摘要： 當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)多以層級(jí)部署的集中式方案為主，但隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，集中式部署的問題日益暴露，而分散部署的扁平式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)張。該文主要結(jié)合幾篇參考文獻(xiàn)，介紹了集中式部署的弊端和分散部署的可能性方案，可在不同層進(jìn)行：中心層、接入路由層、接入層和主機(jī)層。同時(shí)介紹已經(jīng)被提出的幾種分散部署的移動(dòng)管理解決方案。

關(guān)鍵詞：MIPv6；PMIPv6；移動(dòng)管理分布式

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）04-0712-04

Deployment of Mobile Management Distributed

LI Ming

（Guangdong Province Vocational School of Maritime Engineering， Guangzhou 510320，China）

Abstract： In this paper， combine several references to the drawbacks of centralized deployment and dispersed the possibility of deployment program in different layers： center layer， the access routing layer， access layer and host layer. Also introduced a mobile management solution has been proposed by several decentralized deployment.

Key words： MIPv6； PMIPv6； Distributed and Dynamic Mobility Management

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日漸受到重視。現(xiàn)有的分層的蜂窩網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)性管理可以部署在集中式結(jié)構(gòu)中。與此同時(shí)，移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)量迅速增長(zhǎng)，服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)提供商需要選擇性地降低在不同接入網(wǎng)之間切換時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量。

大部分已有的移動(dòng)IP解決方案源自于移動(dòng)因特網(wǎng)協(xié)議（Mobile Internet Protocol，MIP）標(biāo)準(zhǔn)，適合IPv6的是MIPv6[1]。一個(gè)給定的移動(dòng)錨點(diǎn)維護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（Mobile Node，MN）的綁定，如MIP中的家鄉(xiāng)代理HA或者代理移動(dòng)IPv6（Proxy Internet Protocol version 6，PMIPv6[2]）中的本地移動(dòng)錨點(diǎn)（Local Mobility Anchor，LMA）。數(shù)據(jù)報(bào)封裝后在MN和接入路由（Access Router，AR）之間交換（PMIP中則在的MAG和LMA之間）。這些方法已經(jīng)在集中式結(jié)構(gòu)中實(shí)施，中心網(wǎng)絡(luò)實(shí)體就是移動(dòng)錨點(diǎn)（HA或LMA），以下統(tǒng)稱為MA。

這些移動(dòng)管理的集中式實(shí)施方案可將數(shù)據(jù)報(bào)路由到MN所在位置和在MN切換過程中保持IP會(huì)話的持續(xù)性。但由于中心網(wǎng)絡(luò)實(shí)體處理能力有限，集中式方案具有的一定的性能問題和擴(kuò)展局限性，這需要昂貴的費(fèi)用去擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和工程，將成為移動(dòng)用戶規(guī)模擴(kuò)展的瓶頸。

與集中式方法不同，在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)結(jié)構(gòu)分散移動(dòng)管理功能更適合扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種使移動(dòng)管理功能更接近各移動(dòng)用戶的方案，成為分布式移動(dòng)管理。移動(dòng)管理功能的分布可在不同層進(jìn)行，也可以將部分功能進(jìn)行分布也可以全部功能分布。分布式移動(dòng)管理結(jié)構(gòu)可以避免不必要的長(zhǎng)路徑路由、能容納更多的移動(dòng)終端、更利于動(dòng)態(tài)移動(dòng)管理（即當(dāng)使用者需要服務(wù)支持時(shí)才提供相關(guān)的移動(dòng)服務(wù)）。動(dòng)態(tài)移動(dòng)管理可以避免資源浪費(fèi)、減少信令超載和網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。

本文剩余部分如此安排：第二節(jié)根據(jù)Anthony Chan[3]等人的討論，介紹現(xiàn)有的集中式移動(dòng)管理方案有哪些局限；第三節(jié)介紹分布式移動(dòng)管理的集中部署形式；最后介紹已經(jīng)被提出的幾種具體分布式移動(dòng)管理方案。

1 集中式移動(dòng)管理方案介紹與局限

1.1 MIPv6

MIPv6是一種需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN參與移動(dòng)管理的移動(dòng)網(wǎng)路協(xié)議，使用該協(xié)議的節(jié)點(diǎn)無論是否發(fā)生移動(dòng)都能通過IPv6地址被訪問。MIP與它眾多的改進(jìn)版本都將會(huì)話標(biāo)識(shí)分離成兩部分：家鄉(xiāng)地址（HoA）和路由地址（CoA）。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN從家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)HoA作為會(huì)話標(biāo)識(shí)，從接入的拜訪網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)CoA作為路由的實(shí)際地址。當(dāng)MN接入一個(gè)新的IP網(wǎng)絡(luò)，其路由地址CoA將會(huì)改變。MIP允許MN通過路由經(jīng)過家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)錨點(diǎn)來保持會(huì)話標(biāo)識(shí)，使正在進(jìn)行的會(huì)話避開路由地址的改變。

1.2 PMIPv6

為了減輕移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的工作量，IETF的NETLMM工作組（Network—based Localized Mobility Management Work Group）提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)管理的區(qū)域性移動(dòng)方案： PMIPv6，該方案通過引進(jìn)新的功能實(shí)體，代替移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)管理。在PMIPv6中，通行對(duì)端節(jié)點(diǎn)（Correspondent Node ，CN）和MN只需要具備普通IP協(xié)議棧，都使用HoA進(jìn)行通信。在MIP中MN需要具備的移動(dòng)管理功能移植到一個(gè)稱為移動(dòng)接入網(wǎng)關(guān)（MobileAccess Gatway ，MAG）的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體上。MN通過MAG連接到拜訪網(wǎng)絡(luò)，MAG提供代理CoA使MN繼續(xù)使用原有的HoA與CN通信。CN僅知道MN的HoA因此它發(fā)送給MN的數(shù)據(jù)報(bào)將先路由到MA。MAG和MA管理HoA和CoA的綁定關(guān)系、執(zhí)行封裝和解封裝，建立隧道轉(zhuǎn)發(fā)MN和CN的通信數(shù)據(jù)。在MA和MAG之間，數(shù)據(jù)報(bào)以代理CoA作為外層封裝地址在隧道中路由，內(nèi)層數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址仍是HoA但是在隧道中不可見。

1.3 集中式移動(dòng)管理的局限性

1）路由路徑長(zhǎng)

通過集中的錨點(diǎn)進(jìn)行路由通常會(huì)導(dǎo)致路由路徑過長(zhǎng)。如當(dāng)MN和CN彼此距離相近但屬于兩個(gè)不同的相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)家鄉(xiāng)移動(dòng)錨點(diǎn)時(shí)，發(fā)往MN的數(shù)據(jù)報(bào)需要經(jīng)由家鄉(xiāng)移動(dòng)錨點(diǎn)進(jìn)行路由，這樣的路由路徑較長(zhǎng)。即是可以優(yōu)化路由路徑使MN和CN直接通信，但是在初始通信建立時(shí)和MN每移動(dòng)到一個(gè)新的拜訪網(wǎng)絡(luò)，首發(fā)數(shù)據(jù)包始終要經(jīng)由家鄉(xiāng)移動(dòng)錨點(diǎn)。

當(dāng)用戶在移動(dòng)過程中使用如視頻播放等占據(jù)較大網(wǎng)絡(luò)流量的應(yīng)用時(shí)，長(zhǎng)路徑的轉(zhuǎn)包會(huì)造成通信的不流暢，且容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。服務(wù)提供商需要將這些內(nèi)容資源以緩存等方式，放置在更靠近用戶接入網(wǎng)絡(luò)的位置以減少中心網(wǎng)絡(luò)流量。分布式移動(dòng)管理可以實(shí)現(xiàn)將資源部署在更靠近用戶接入網(wǎng)絡(luò)的位置。

2）不適合網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展

集中式移動(dòng)管理最近已經(jīng)部署以支持已有的層次移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。這有利于層次結(jié)構(gòu)體系。但大量的無線數(shù)據(jù)流量以指數(shù)速度增長(zhǎng)，整個(gè)層次結(jié)構(gòu)體系需要昂貴的升級(jí)費(fèi)用。可以預(yù)言，數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)將很快使集中資料的移動(dòng)錨點(diǎn)節(jié)點(diǎn)如MIP中的HA、PMIP中的LMA、3GPP EPS中的P-GW超載。

為了解決這個(gè)問題，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)版本趨向于分散部署網(wǎng)絡(luò)實(shí)體功能，使之更靠近接入網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已得到多種改進(jìn)以適應(yīng)從層次結(jié)構(gòu)到扁平結(jié)構(gòu)的演進(jìn)。如3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，GRPS網(wǎng)絡(luò)擁有GGSN–SGSN–RNC–NB （Node B）的多層結(jié)構(gòu). 在3GPP EPS網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)已減少為P-GW–S-GW–eNB （Evolved NB）。在一些部署方案中，P-GW和S-GW整合在一起以減少層次結(jié)構(gòu)。以減少網(wǎng)絡(luò)中物理網(wǎng)絡(luò)元素的方式減少層次數(shù)，可以使系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔和保持低開銷。由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)越來越趨于扁平化，集中式移動(dòng)性管理已成為非最佳方式。

3）集中式路由和移動(dòng)上下文保存的低擴(kuò)展性

當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，需要建立特殊的路由保證會(huì)話的持續(xù)性。CN發(fā)出的數(shù)據(jù)報(bào)在MIP中需要通過HA和FA之間建立的隧道傳輸、在PMIP中則通過LMA和MAG之間的隧道。但是，這些在隧道兩端的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體依然需要為非移動(dòng)性的節(jié)點(diǎn)的普通數(shù)據(jù)報(bào)實(shí)現(xiàn)普通路由。這些普通的數(shù)據(jù)報(bào)需要被根據(jù)路由表直接路由，而不通過隧道方式。因此，網(wǎng)絡(luò)需要辨認(rèn)需要隧道路由的數(shù)據(jù)報(bào)和普通的數(shù)據(jù)報(bào)。其中需要經(jīng)過隧道路由的數(shù)據(jù)報(bào)屬于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)需要用一個(gè)合適的IP報(bào)頭封裝原數(shù)據(jù)報(bào)。因此網(wǎng)絡(luò)需要保持和管理每個(gè)MN的移動(dòng)信息的上下文，這些上下文能標(biāo)明MN的移動(dòng)狀態(tài)和讓網(wǎng)絡(luò)從普通的數(shù)據(jù)報(bào)中區(qū)分出需要通過隧道路由的移動(dòng)性數(shù)據(jù)報(bào)。

為每個(gè)MN建立這樣的路由和保持移動(dòng)信息上下文使集中式的設(shè)計(jì)在擴(kuò)大MN數(shù)量規(guī)模時(shí)存在很大的難度。將路由保存功能和移動(dòng)信息上下文保持功能在不同網(wǎng)絡(luò)上分散部署具有更強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

4）多種擴(kuò)展的MIP致使部署過程復(fù)雜化

以集中式方式主要部署在層次移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的MIP已有大量的改進(jìn)和擴(kuò)展版本，其中包括PMIP、FMIP、PFMIP、HMIP、DSMIP，或許陸續(xù)還有更多版本的出現(xiàn)。這些版本在提出之后的若干年內(nèi)發(fā)現(xiàn)有新的不同需求。部署因此變得很復(fù)雜，特別是不同部署方案之間的互操作性問題。

當(dāng)MIP的改編版提出為了適應(yīng)扁平化的網(wǎng)絡(luò)而用分布式方式部署，這要求對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)和策略和不同的MIP擴(kuò)展版本進(jìn)行全盤的考慮，最終可以根據(jù)使不同的方案啟用或者關(guān)閉某個(gè)版本功能，并讓此更容易理解。

移動(dòng)性管理必須的一個(gè)特點(diǎn)是可以在層次結(jié)構(gòu)和扁平結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，因此移動(dòng)性管理協(xié)議需要足夠靈活地支持不同的網(wǎng)絡(luò)。此外，動(dòng)態(tài)性移動(dòng)管理的一個(gè)目標(biāo)是可選擇性的開啟或者關(guān)閉移動(dòng)性支持和不同的移動(dòng)信令。在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)兼容這一目標(biāo)來整合不同的移動(dòng)方案，將各種移動(dòng)方案作為可選擇的項(xiàng)。另外一些對(duì)于基本協(xié)議的擴(kuò)展應(yīng)在整合時(shí)考慮到。

5）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的移動(dòng)信令超載

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信過程中，終端使用者通過直接以對(duì)端地址作為目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)來通信。但是對(duì)端都需要事前在網(wǎng)絡(luò)上通過相關(guān)信令獲得對(duì)方IP地址，為此有多種解決方案。MIPv6路由優(yōu)化模式提供了一種比雙向隧道模式更有效的數(shù)據(jù)交換方式，除非MN不愿意想CN公開自己的拓?fù)湮恢茫ㄈ鏑oA）或一些網(wǎng)絡(luò)自身有限制，路由優(yōu)化方式將會(huì)被使用。但是在MIPv6的路由優(yōu)化模式中，需要交換大量的信令消息以建立和定期更新MN和CN之間的雙向安全聯(lián)盟。當(dāng)通信對(duì)端都是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，移動(dòng)信令消息總量會(huì)增加。

6）單點(diǎn)故障和攻擊

集中式移動(dòng)錨點(diǎn)較脆弱，容易發(fā)送單點(diǎn)故障和單點(diǎn)攻擊。這需要通過冗余和備份功能來解決。另一方面，分布式移動(dòng)管理結(jié)構(gòu)可以在通過在本地小范圍的網(wǎng)絡(luò)上部署，根本上緩和這個(gè)安全問題。

2 分布式移動(dòng)管理方案

在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)結(jié)構(gòu)分散移動(dòng)管理功能更適合扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。移動(dòng)管理功能的分布可以將控制信息平面和數(shù)據(jù)信息平面都分散布置也可以部分功能進(jìn)行分布?？稍诓煌瑢舆M(jìn)行：中心層、接入路由層、接入層和主機(jī)層，如圖1所示。本節(jié)將介紹如何在不同層次進(jìn)行分布式部署。

2.1在移動(dòng)中心網(wǎng)絡(luò)層分布部署

將移動(dòng)錨點(diǎn)HA/MA分散布置，MN和移動(dòng)數(shù)據(jù)流量可以分散管理，即圖2所示的中心層面分布方式。如果每個(gè)移動(dòng)錨點(diǎn)負(fù)責(zé)管理特殊的地理域，當(dāng)MN穿過這些與邊界時(shí)，更改當(dāng)前接入的移動(dòng)錨點(diǎn)，切換過程必須將MN綁定信息恰當(dāng)?shù)貍鬏數(shù)叫碌囊苿?dòng)錨點(diǎn)上。當(dāng)不同的移動(dòng)錨點(diǎn)管理不同的IP地址塊，發(fā)往MN或者由MN發(fā)出的數(shù)據(jù)報(bào)必須在切換后保證正確達(dá)到性。

2.2 在接入路由器層分布部署

在AR層分布移動(dòng)功能有多種不同的可能性，圖3所示。移動(dòng)錨點(diǎn)MA可以作為最靠近MN的路由，即AR。這將使與其他節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)互通的移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)形成只有ARs一層的扁平化移動(dòng)結(jié)構(gòu)。也可以擁有一個(gè)MA和多個(gè)ARs，這就形成一個(gè)次扁平化的在ARs上還有MA層的結(jié)構(gòu)。

2.3 在接入網(wǎng)絡(luò)分布部署

信息文本的位置將分散布置和更靠近用戶：構(gòu)建在靠近主干網(wǎng)絡(luò)的CDN，開始將緩存技術(shù)分散布置在靠近接入網(wǎng)絡(luò)的位置，使用戶更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。WiFi作為一種無線接入方法越來越流行，其接入點(diǎn)AP開始在越來越多的住宅區(qū)和公共地區(qū)安裝。同樣，蜂窩系統(tǒng)中的微小區(qū)、毫微小區(qū)因更有效的范圍利用和數(shù)據(jù)流量的卸載獲得越來越多的關(guān)注，如3GPP LIPA和SIPTO[46]?；诮尤刖W(wǎng)絡(luò)層的分布圖4。

接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量比HA的數(shù)量要大的多，這導(dǎo)致更頻繁的切換將會(huì)發(fā)生。因此，擴(kuò)展性和信令過載是主要的設(shè)計(jì)問題，需要仔細(xì)考慮。

2.4 在主機(jī)層完成分布部署

若采用一旦發(fā)現(xiàn)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)則對(duì)端節(jié)點(diǎn)之間直接通信的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方法，則可以在主機(jī)層進(jìn)行分布布置，如圖5所示。為了發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)需要如DNS的信息服務(wù)器，這些服務(wù)器可以集中布置也可以分散布置。雖然MIPv6不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議，但它的路由優(yōu)化機(jī)制可以作為主機(jī)到主機(jī)直接通信的一種情況。

3 具體分布式部署方案

文章[4]提出將家鄉(xiāng)代理分散布置到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)。依靠任播技術(shù)，MN在任意的網(wǎng)絡(luò)都可以介入到最近的一個(gè)家鄉(xiāng)代理HA，此HA模擬虛擬家鄉(xiāng)鏈路。CN發(fā)送給MN的數(shù)據(jù)包，也借助任播技術(shù)可以經(jīng)由最靠近CN的一個(gè)HA轉(zhuǎn)包，此HA查找自己擁有的關(guān)于MN的信息表，將包轉(zhuǎn)給最靠近MN的HA。這個(gè)方案要執(zhí)行的前提條件是各個(gè)HA之間預(yù)先通信，建立起了安全聯(lián)盟，通過隧道動(dòng)態(tài)且定時(shí)地交換所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置信息。

以上方案需要各HA之間同步所有MN信息，這在大范圍和MN 數(shù)量增多、變化大的情況下會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。因此文章[5]在基于以上方案的基礎(chǔ)上，同樣采用任播技術(shù)，同時(shí)將HA分為以下三個(gè)功能模塊：

A、前綴/家鄉(xiāng)地址分配功能；

B、位置管理功能：管理MN的家鄉(xiāng)地址和當(dāng)前接入的移動(dòng)路由的映射；

C、移動(dòng)路由功能：攔截目的地址為家鄉(xiāng)地址的包，并根據(jù)B中信息轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

每個(gè)MN在歸屬網(wǎng)絡(luò)上的HA為MN提供以上三種功能服務(wù)，分散布置在各拜訪網(wǎng)絡(luò)的HA則只為MN執(zhí)行位置管理功能和移動(dòng)路由功能。

IETF草案[6]中則將家鄉(xiāng)代理分散部署的同時(shí)定義了一個(gè)新的功能實(shí)體CMD，以記錄MN的信息。當(dāng)各家鄉(xiāng)代理需要一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)信息時(shí)，就與CMD聯(lián)系。在MN移動(dòng)時(shí)，可以保持原會(huì)話通過原路徑路由到原代理，再通過原代理與新代理之間建立隧道而轉(zhuǎn)包。草案[7]是站在PMIPv6協(xié)議上，將原有的功能實(shí)體AR、MAG和LMA整合成一個(gè)新的功能實(shí)體稱為D-GW（Distributed Gateway），并將其分散部署到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

無論以上何種提出的方案，都將家鄉(xiāng)代理盡可能地分散部署到接近移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入網(wǎng)絡(luò)，減輕中心網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。適合未來移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

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