基于流傳輸控制協(xié)議的移動(dòng)切換研究

　　摘　要：傳輸層的移動(dòng)SCTP可支持無(wú)縫的移動(dòng)切換，而不需要網(wǎng)絡(luò)路由器的支持，SCTP的移動(dòng)切換性能主要是由在關(guān)聯(lián)中加入和改變IP主地址的觸發(fā)機(jī)制決定。本文針對(duì)具體的切換實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析研究，提出了預(yù)切換的可行性方案。 


　　移動(dòng)業(yè)務(wù)的發(fā)展過(guò)程中，越來(lái)越多的移動(dòng)終端都具有訪問(wèn)IP網(wǎng)的功能，用戶也希望能夠隨時(shí)隨地訪問(wèn)IP網(wǎng)。移動(dòng)IP在網(wǎng)絡(luò)層解決了這個(gè)問(wèn)題，但是他也存在著2大缺陷：性能受限并且增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。為了克服其缺陷，并希望在傳輸層中實(shí)現(xiàn)IP移動(dòng)性。隨之傳輸層的移動(dòng)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)由于流傳輸控制協(xié)議（SCTP）的多宿性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為IEFT的提案之一。 

　　本文對(duì)移動(dòng)SCTP的切換過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，分析了切換觸發(fā)時(shí)機(jī)的選擇，最后提出了基于移動(dòng)SCTP快速切換的方案。 

1SCTP 協(xié)議特點(diǎn) 

　　2000年，IEFT的信令傳送工作組發(fā)布了流控制傳輸協(xié)議SCTP，命名為RFC2960，使得SCTP 正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。SCTP是一種應(yīng)用層數(shù)據(jù)分組傳輸協(xié)議，可在UDP或IP層等不可靠數(shù)據(jù)分組的服務(wù)上提供可靠的服務(wù)。該傳輸協(xié)議針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)上TCP協(xié)議的缺陷進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，是對(duì)TCP協(xié)議的一種替代，但他同時(shí)也支持TCP協(xié)議及更高層次上的協(xié)議，能夠按照目前No 7信令網(wǎng)對(duì)可靠性和誤碼率等要求生成數(shù)據(jù)包，并且透明地傳輸。雖然SCTP是為了在IP網(wǎng)絡(luò)中的傳輸信令而設(shè)計(jì)的，但是他本身具有一些新的特性，如多宿性、多流性、選擇性確認(rèn)、Cookie機(jī)制及動(dòng)態(tài)增加和刪除地址等，能提供高性能的服務(wù)，而且他還繼承了TCP的一些擁塞控制和流量控制的機(jī)制，這些都能保證SCTP為上層提供可靠的傳輸服務(wù)。 

　　其中SCTP的多宿性與動(dòng)態(tài)增加和刪除地址這2個(gè)特性，使得SCTP具有支持傳輸層的 切換功 能。多宿性是指SCTP端點(diǎn)可以有多個(gè)IP地址。SCTP選擇一個(gè)地址為“主”地址，所有數(shù)據(jù)在正常情況下都發(fā)送到這個(gè)目的地址，當(dāng)“主”地址不可用后，從備用地址中選擇一個(gè)可用地址作為新的“主”地址，重新傳輸發(fā)送失敗的數(shù)據(jù)，這樣提高了關(guān)聯(lián)的可靠性，降低了時(shí)延。動(dòng)態(tài)增加和刪除地址是指在關(guān)聯(lián)建立以后仍具有動(dòng)態(tài)增刪地址的能力。這種能力不僅可以支持網(wǎng)卡的熱插拔，也可以支持網(wǎng)絡(luò)鏈路的動(dòng)態(tài)增減。 

2基于移動(dòng)SCTP無(wú)縫移動(dòng)切換的分析

2.1移動(dòng)SCTP的移動(dòng)切換過(guò)程 





　　如圖1所示，假設(shè)移動(dòng)主機(jī)MN已初始化與一個(gè)通信對(duì)端CN連接，由移動(dòng)主機(jī)的IP地址2和對(duì) 端的IP地址1組成了SCTP關(guān)聯(lián)。當(dāng)MN移動(dòng)到一個(gè)新區(qū)域，從訪問(wèn)路由器A區(qū)域移動(dòng)到訪問(wèn)路由器B區(qū)域，將進(jìn)行如下的傳輸層的切換： 

　　(1)從一個(gè)新地址獲得IP地址假設(shè)MN從路由器A區(qū)域移動(dòng)到路由器B區(qū)域。通過(guò)IP的地址獲得機(jī)制（比如IPv4中的動(dòng)態(tài)地址配置機(jī)制和IPv6中的動(dòng)態(tài)地址配置機(jī)制或無(wú)狀態(tài)地址配置），從路由器B區(qū)域中獲得一個(gè)新的IP地址。 

　　(2)在SCTP的關(guān)聯(lián)中動(dòng)態(tài)加入新的IP地址MN將通過(guò)發(fā)送地址配置變化塊到通信對(duì)端CN，MN將使用新的IP地址。然后MN從CN收到包含地址配置變化響應(yīng)塊以確認(rèn)對(duì)端是否接受此通告。 

　　(3)改變主IP地址當(dāng)MN再繼續(xù)向路由器B區(qū)域移動(dòng)，其需要使用新的主I P地址。這時(shí)需要有一個(gè)專門的規(guī)則來(lái)觸發(fā)主IP地址的變化，滿足規(guī)則后，MN將發(fā)送一個(gè)設(shè)置主IP地址的通知包到通信對(duì)端。MN從CN收到包含通知響應(yīng)塊以確認(rèn)對(duì)端是否接受此通告。 

　　(4)從SCTP關(guān)聯(lián)中刪除原IP地址當(dāng)MN向路由器B區(qū)域移動(dòng)前進(jìn)時(shí)，原IP地址失效，MN必須從其地址表項(xiàng)中刪除這個(gè)IP地址，MN將發(fā)送一個(gè)刪除IP地址的通知包到通信對(duì)端。MN從CN收到通知響應(yīng)塊以確認(rèn)對(duì)端是否接受此通告。 

2.2移動(dòng)SCTP切換管理 

　　移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)，使已經(jīng)建立的會(huì)話不發(fā)生中斷及盡量減少數(shù)據(jù)的丟失和延 遲是移動(dòng)SCTP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換的關(guān)鍵。移動(dòng)SCTP的移動(dòng)切換性能主要決定于在關(guān)聯(lián)中何時(shí)觸發(fā) 加入和改變IP主地址。

2.2.1在SCTP關(guān)聯(lián)中加入和刪除IP地址 

　　一個(gè)可利用的IP地址應(yīng)盡早加入SCTP關(guān)聯(lián)中，因?yàn)榧尤牖騽h除終端IP地址的目的是為切換 工作做最佳的準(zhǔn)備。新的訪問(wèn)路由的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)能夠通信的信號(hào)強(qiáng)度閾值，就觸發(fā)執(zhí)行加入IP地址操作。當(dāng)原IP地址已失效，MN由下層網(wǎng)絡(luò)或鏈路層的信號(hào)觸發(fā)刪除此IP地址。

2.2.2在SCTP關(guān)聯(lián)中改變主地址 

　　在SCTP關(guān)聯(lián)中改變主地址有兩種主要方法： 

　　(1)在MN快速移動(dòng)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到新的IP地址時(shí)，MN從CN收到加入新地址的響應(yīng)，即發(fā)送設(shè)立主“IP地址”的通知，CN收到此通知以確定切換成功。但如果MN是一個(gè)在兩個(gè)區(qū)域中往返移動(dòng)的站點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生乒乓效應(yīng)。 

　　(2)用一個(gè)直接的下層或上層指示來(lái)確定何時(shí)觸發(fā)主路徑的變化。設(shè)置鏈路層的信號(hào)強(qiáng)度閾值，當(dāng)某一接口的信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)此閾值時(shí)改變主地址，或者當(dāng)MN的SCTP配置有數(shù)據(jù)包丟失閾值，可利用上層的消息來(lái)觸發(fā)主地址的改變。 

3基于移動(dòng)SCTP的快速切換的方案 

　　通過(guò)以上對(duì)移動(dòng)SCTP切換性能的研究分析， 在此基礎(chǔ)上提出能快速切換的預(yù)切換機(jī)制。此機(jī)制的關(guān)鍵在于使可利用的IP地址能夠盡早加入SCTP關(guān)聯(lián)中，即MN在移往新的鏈路之前，先啟動(dòng)一個(gè)切換規(guī)程，預(yù)先獲取新鏈路上的轉(zhuǎn)交地址，如圖2所示。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 

　　(1)MN在移動(dòng)過(guò)程中，檢測(cè)到鏈路的質(zhì)量下降，MN向當(dāng)前連接的原路由器發(fā)出代理服務(wù)請(qǐng)求。 

　　(2)原路由器把MN的接口標(biāo)示地址及新的路由前綴編譯后，向MN發(fā)送新的轉(zhuǎn)交地址和新的路由IP地址和鏈路層的地址；同時(shí)向新路由器發(fā)出切換初始化信息，指示MN的轉(zhuǎn)交地址。 

　　(3)由新路由器確定這個(gè)新的轉(zhuǎn)交地址是否合法，若合法，就給原路由器一個(gè)切換初始化確認(rèn)信息，并緩存鄰域。 

　　(4)一旦MN收到新的轉(zhuǎn)交地址，就通過(guò)原路由器發(fā)送地址加入請(qǐng)求到CN，使得加入新地址過(guò)程在二層鏈路切換前完成，減少切換時(shí)延。  





4結(jié)語(yǔ) 

　　本文在流傳輸控制協(xié)議SCTP的移動(dòng)切換基礎(chǔ)上，提出了快速移動(dòng)切換的方案，本著盡量降 低切換時(shí)延的目的，通過(guò)對(duì)移動(dòng)SCTP的切換觸發(fā)機(jī)制的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)。方案最關(guān)鍵的技術(shù)是在動(dòng)態(tài)加入IP地址基礎(chǔ)上提出了預(yù)切換機(jī)制。 

參考文獻(xiàn) 

［1］ Stream control tramission protocol （SCTP）dynamic address reconfiguration.IETF Internet Draft，Mar2003，draftiefttsvwgaddipsctp06txt

［2］ Koh S J.Use of SCTP for IP mobility.IETF Internet Draft，June 2003，dr aftsjkohsctpmobile02.txt

［3］ Sangheon Pack， Yanghee ChoiPre-authenticated fast handoff in a public wireless LAN based on IEEE 8021x Model.IFIP TC6 Personal Wireless Communicat ions 2002， Singapore， Oct，2002.

［4］孫利民，闞志剛移動(dòng)IP技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2003.