01-移动IPv6部署基于图形的分析和实用指南

移动IPv6部署：基于图形的分析和实用指南摘要移动IPv6协议是在互联网上提供移动服务的主要解决方案。许多网络提供商已经在其操作系统和设备上实施了这一协议。此外，最近人们选择为WiMAX和3GPP2终端用户提供永久IP地址。移动IPv6依靠一种特殊的叫做本地代理的路由器来隐藏移动节点的位置变化。这样，移动节点的流量必须流经本地代理。这种强制偏差使得路径延长，从而造成更长的通信时延。为了解决这些问题，我们基于图形理论描述一种解决移动IPv6部署问题的方法，并且可以应用到任何运营商的网络。特别是，我们使用图形中心的概念来量化因折线路而增加的通信距离，并确定本地代理的位置。我们使用现实生活中的网络拓扑结构来评估这一方法，获得的移动IPv6表现几乎接近使用直接路径的效果。这种算法是通用的，可以用来高效部署移动IPv6和本地代理迁移：一种使用多个本地代理的新型移动IPv6结构。1.介绍移动IPv6协议使得移动节点在移动时能够使用相同的IPv6地址来进行通信，这多亏了一种特殊的移动路由器——本地代理。然而，因为本地代理采用的是折线路由，其表现也存在弊端：移动节点的流量流经本地代理造成强制偏差。本地代理的位置会影响通信时延和路径长度，因此选择本地代理的精确位置就成为移动IPv6部署的关键。在此，我们用图形来模拟运营商的网络，用著名的图形度量，根据本地代理的位置，正式地描述折线路由的影响。我们使用图形中度和中心的概念来确定本地代理的位置，比如，折线路由仅导致通信距离增加很小。基于这些观察，我们提出一个通用方法来解决移动IPv6部署问题，该方法可应用于任何运营商网络。我们的方法与其他方法（如迂回路由过程）相比而言较为单一，因为路径优化只能通过正确部署本地代理实现，是非侵入性协议方向，不受严格的报文过滤政策影响。因此，路径优化可直接用作增强移动IPv6部署，并保持与现有的互联网架构兼容。本文的余下部分按照以下结构进行安排：第2节描述移动IPv6协议和本地代理迁移；第3节讨论度和中心的概念；第4节正式界定移动IPv6和本地代理迁移对路径长度的影响，并通过比较不同的本地代理位置讨论通信方法；第5节使用现实生活中的网络拓扑结构来从数值上评估此方法；第6节检查相关工作；最后是结论。2.考虑的移动协议2.1移动IPv6移动IPv6协议单独为每一个移动节点（MN）在网络上提供一个唯一的永久性标识符（IPv6地址）。移动IPv6的关键要素是位于本地网络移动节点的本地代理（HA）。它是专用的IPv6路由器，用来管理本地IPv6前缀和绑定永久IPv6地址（标识符）和访问网络（定位器）获得的IPv6地址。在移动IPv6术语中，以上地址分别被称为内部地址和转交地址。由通信对端发送到属于本地前缀的内部地址的报文,发送到本地网络,被本地代理拦截并转发到移动节点的当前位置：其转交地址。同样地，由移动节点发送给其通信对端的报文在传送前必须经过本地代理。在任何时候，不管连接到任何网络，移动节点总是通过其本地代理进行通信。这种报文通过本地代理所造成的偏差称为折线路由，会造成更长的路径和移动节点及其通信对端之间更长的时延。请见图1。折线路由的效果很大程度上取决于本地代理的位置。由于寻址和路由结构，本地代理的位置在拓扑结构和物理位置上受其本地前缀限制。本地代理必须处于正确的物理位置，这样它才能接收传往本地前缀的报文。因此，本地代理必须位于该前缀在互联网上宣传的位置。2.2本地代理迁移我们提出一种新的移动结构，叫做本地代理。本地代理使用传统移动IPv6协议，另外还有移动管理平面。在这个新的平面中，本地代理分布在整个互联网，并交换其能够到达的移动节点的信息。这种部署用任意播路由来完成，每一个本地代理用相同的本地IPv6前缀。因此，每个移动节点与在拓扑结构上与其最近的本地代理来交换流量来缩短通信时延。这种新型的本地代理部署的目的是提供一种可以缩短通信时延的高效路由优化结构，可以与现有移动IPv6的移动节点的规格和实施兼容，并且对所有通信对端透明。图2比较了移动IPv6的网络结构和我们提出的系统。由于本地代理在互联网拓扑的分布，一个移动节点将永远使用离它最近的本地代理，就像本地代理迁移到移动节点附近的位置一样。这个最近的本地代理指的是主要本地代理（图2中的P-HA）。同样地，由第二个移动节点发送的报文（MN1），使用通用IP路由机制被发送到最近的本地代理，然后转发到MN1的主要本地代理。用移动IPv6（图2（a））协议，移动节点通过一个单独的本地代理进行通信。由于任意播路由，移动节点和通信对端之间的通信并不对称。在图3中，我们考虑一种带有两个本地代理HA1和HA2和两个节点的结构，移动节点MN靠近HA1，通信对端CN靠近HA2。靠近的概念是由常规路由从节点发送报文给本地代理。从MN到CN（图3（a）），没有方法可以直接知道哪个本地代理离CN更近。从CN到MN（图3（b）），由CN发送给MN1的报文由于任意播路由立即被HA2拦截，然后转发到MN1的主要本地代理（HA1）。注意，两个移动节点之间的通信与通讯对端和移动终端之间的通信类似。3.重要的图形节点在本文中，我们试图探索放置本地代理的合适节点。一定要注意，为给定数量的本地代理选择最佳的位置需要大量的运算。在直觉上，这些节点应该在图中有一个重要的位置来避免折线路由的那么多可能的效果。在文学上，定义了一些韵律学来捕获这样的特征。在此，我们呈现出度，中间中心性和最短路径的中心（这样可以精确地在一个图中确定集合了所有最短路径的节点）。在以下几节里，我们将使用这三种度量法，来找到用移动IPv6和本地代理迁移最可能缩短通信距离的本地代理的位置。节点x的度就是以x结尾的边缘的数字。这是一种确定重要节点的有效的度量法。这种方法因计算简单，常用在图形分析。中间中心性用在多种科学领域，如社会学，见例[6]。比如，社会学家利用这种方法来准确找到在关系图中强相关的人。类似地，这种方法也用于确定一种病毒感染如何在一个给定的图中传播，那些强相关的节点应该进行特别保护和治疗来限制病毒的传播[5]。中间中心性在直觉上估计节点在几个最短路径中的重要性。这使得该方法在我们的语境中非常有意思，因为一个本地代理位于大量的最短路径中，应该对通信距离的影响不大。更正式地，一个节点的中间中心性用CB(x)来表示。然而，中间中心性并不足以实现我们的目的。的确，当节点x在节点u和v之间的最短距离时，在u和v两个节点之间有许多最短路径，这降低了x的中间中心性。图4对此进行了解释。节点A在18对节点的最短路径上，节点E在12对节点的最短路径上。因此，节点A似乎是比节点E更好的本地代理位置点。但是，A比E的中间中心性低：它们的中间中心性分别是9和10.5。在我们的语境中，重要的是一个节点是否在两个节点的最短路径上，不管这些节点之间的最短路径的数量。因此，我们引入了节点x的最短路径中心性，记作CSP(x)。它精确描述包括x在内的最短路径的数量。4.方法在本节，我们正式确定移动IPv6和本地代理迁移对路径长度的影响。然后，我们讨论策略和后来在评估一节中用到折线路由仿真。4.1对路径长度的影响我们现在在一个图中讨论移动IPv6协议和本地代理迁移协议对两个节点之间的路径长度的影响。本地代理，移动节点和通信对端可以位于任何节点。我们定义两个新的符号：dmip6(A,B)和dham(A,B)分别表示使用移动IPv6和本地代理迁移时A与B之间的通信路径长度。我们将其称作“通信距离”。一般来讲，通信距离比A与B之间的直接距离长，因为通信路径必须根据具体情况经过一或两个本地代理。使用移动IPv6，在通信对端和移动极端A和B之间交换的报文必须通过本地代理HA。因此，在A与B之间产生的通信距离是A和HA的距离与HA和B的距离之和。注意，使用移动IPv6时，移动节点和通信对端之间的路径是对称的。移动节点和通信对端之间的通信与通信对端和移动节点之间的通信时对等的。与移动IPv6相反，当使用本地代理迁移时，通信对端和移动节点之间的通信一般是不对称的。