基于802.11无线局域网的移动IP切换仿真分析
第３３卷第ｌ期２００８年２月昆明理工大学学报（理工版）Ｖ０１．３３Ｎｏ．１Ｊｏ啪ａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇｕｌｌｉｖｅ璐蛔０ｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ锄ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
第３３卷第ｌ期
２００８年２月昆明理工大学学报（理工版）Ｖ０１．３３Ｎｏ．１Ｊｏ啪ａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇｕｌｌｉｖｅ璐蛔０ｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ锄ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ｆｅｂ．２００８
基于８０２．１１无线局域网的移动ＩＰ切换仿真分析
，。李汝恒１，曹水仁２，龙华２
（１．大理学院物理与电子信息学院，云南大理６７１００３；２．昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明６５０Ｑ５１）摘要：利用ＯＰＮＥＴ仿真软件，建立８０２．１１环境下的移动ＩＰ网络，在不同无线网络场景下仿真研
究移动ＩＰ参数对切换主要性能指标的影响，得出广播周期和代理请求是影响网络性能的重要参
数，过小的广播周期会导致用户数据的接收减小．过于主动的发送代理请求也会导致协议数据在
网络内部占用过多的资源．
关键词：移动ＩＰ；无线局域网；网络仿真
中图分类号：唧９３．１７文献标识码：Ａ文章编号：１００７—８５５Ｘ（２００８）０ｌ一００４７—０５
ｏｎＭ【０ｂｎｅＩＰＨａｎｄｏｆｆＳ洲撕锄ＡｌＩａｌｖｓｉｓＢａ鼹ｄ
Ｅｌｅ咖Ｉｌｉｃ８０２．１１Ⅵｈｅｌｅ鲻Ｌ肌６７１００３，Ｙ咖柚，Ｃｌｌｉ∞；
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Ｏ引言
近年来，基于ＩＥＥＥ８０２．１ｌ的无线局域网（硼粕）技术发展迅速．无线局域网的规模也逐步扩大．对有中心结构化网络，每个站点都与一个特定的接入点相关．如果站点从一个小区切换到另一个小区，即发生漫游．漫游指无线工作站在一组无线访问点之间移动，并提供对于用户透明的无缝连接，包括基本漫游和扩展漫游．由于８０２．１１无线局域网只规定了ＭＡＣ层和物理层，为了保证移动站在扩展服务区之间的漫游，需要在ＭＡｃ层之上引入移动ＩＰ技术以保证在高层会话不中断的情况下允许移动节点在不同的网间移动．为实现无缝漫游，基于聊髓上的移动ＩＰ切换机制已有相关的研究（如Ｓｅｓｈａｎ等），用口多播和缓存器减小切换时延，并利用基站和移动节点间信号强度进行切换预测…．，ＩＩ姐等提出用域名代理进行多播数据穿过多个小区．这是一种软切换，当链路层进行硬切换时这种机制就不能进行瞄ｏ．Ｓｎｏｅｒｅｎ和Ｂａｌ－ａｋｒｉｓｈｎ觚提出相邻花销建立快速切换的另一种机制．这种机制通过浪费一些有线带宽以减小无线接口的信息交换．这种方法需要修正移动ＩＰ以支持相邻ＭＡ的发现．在切换过程中，每个移动节点通知新的ＭＡ关于先前的ＭＡ以帮助它建立相邻节点的拓扑图并假设切换信息能从数据链路层传递到网络层Ｈ１．还要一些是增加额外的条件【４＇５１实现无缝切换，但这些研究从机制进行切换分析，没有从整个网络综合进行切换分析ＭＪ．本文利用Ｏｐｎｅｔ仿真软件，建立基于８０２．１ｌ上的移动ＩＰ网络模型，综合仿真分析不同无线网络参数下切换过程中的网络性能．
收稿日期：２００７一０９一０３．第一作者简介：李汝恒（１９６２一），男。副教授．主要研究方向：计算机网络通讯．Ｅ—ｍ蚰：Ｒｕｈｅｎｇｊｉ＠１２６．姗
万方数据
,４８昆明理工大学学报（理工版）第３３卷１移动口的切换过程
如图ｌ所示，参与移动ＩＰ的实体有移动节点（ＭＮ）和移动代理（ＭＡ），其中ＭＡ包括外地代理（ＦＡ）和家乡代理（ＨＡ）．ＨＡ是在ＭＮ离开本地网络（ＨＮ）时，用隧道技术把地址传送给ＭＮ，并保留ＭＮ当前位置的信息．ＦＡ为来自ＭＮ的本地代理地址拆除隧道封装，并将拆封后的地址递交给ＭＮ，为ＭＮ提供寻路业务的路由器．
移动ＩＰ的每一个ＭＮ有本地地址及转交地址，本地
地址具有唯一性。ＭＮ移动时其不发生改变．转交地址是
当ＭＮ连接到外地网络链路上时用来标识ＭＮ所处位置
的地址．当ＭＮ处于本地网络链路上时，ＭＮ的工作机制
和固定节点一样，无需采用移动ＩＰ功能．当ＭＮ到外地网
络链路上时，需要使用一个称作“代理发现”的规程在外
地链路上发现一个ＦＡ，并向这个ＦＡ进行注册，把这个
ＦＡ的ＩＰ地址作为自己的转交地址川．图１移动ＩＰ的工作原理
Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｄｐＩｅｏｆｔｈｅ代理发现有两类消息：代理广播消息（从）和代理请ｍｏｂｎｅＩＰ
求消息（ＡＳ）．代理广播消息是ＨＡ或ＦＡ在自己所连接的网络上周期性地广播代理广告消息以声明自己的存在，ＭＮ通过对消息的监听判断自己是在本地网络上还是在外地网络上，如果ＭＮ发现自己仍在本地网络上，不启动移动ＩＰ功能．如果ＭＮ检测到它已移动到一个新的外地网络上，则通过注册获得转交地址，ＭＮ得到转交地址后通过绑定向本地代理进行注册，以便让本地代理存储ＭＮ的当前位置；另一种消息是代理请求消息，当ＭＮ没有耐心等待下一个周期发送的代理广播消息时，它可以发送代理请求消息．这个消息的唯一目的就是让链路上的所有代理立即发送一个代理广播消息．当移动节点快速地切换链路，而代理发送广播消息的频率相比而言就太慢了，此时启动代理请求消息就很有必要．
２基于８０２．ｎ无线局域网的移动口切换
基于８０２．１ｌ无线局域网上的移动ＩＰ，其特点是在无线节点上增加移动ＩＰ，使ＡＰ具有家乡代理实体或外地代理实体的功能，ＭＮ具有完成移动切换的功能．切换分为三个阶段完成：１）链路层的切换；２）移动ＩＰ的检测；３）移动ＩＰ注册¨Ｊ．
当ＭＮ和与之连接ＡＰ点间的信号强度减弱超过其接受阈值时，ＭＮ就寻找新的ＡＰ，这就是链路层切换的开始．链路层切换的第一步是通过扫描发现新的ＡＰ，在发现新ＡＰ后根据信号强度等参数选择并连接ＡＰ．移动ＩＰ的移动检测在链路切换后应立刻进行，因为运行在不同的异构网络上，移动ＩＰ并不意识到链路层发生的事件，故移动检测可以纯粹由网络层完成．
移动检测有基于广播机制、基于链路层提示机制以及二者混合的方式．广播机制发送代理广播消息，其ＭｏｂｉｌｅＩＰｖ４标准算法是基于广告寿命区域的ＩＣＭＰ代理．广告寿命存活期是指缺乏后续广告的最大时间．在广告寿命存活期间ＦＡ或ＨＡ利用ＩＣＭＰ路由广播代理信息，如果ＭＮ在一定的时问段没有接受到广告，ＭＮ将认为目前代理不可到达，暗示ＭＮ移动到新的网络．如果ＭＮ没有存储从其他代理接受的最近广告，它将发送代理请求搜寻新的代理，两个成功广播间隔是１／３的广告存活期．基于链路层提示的机制通过发送请求代理消息实现检测，当移动ＩＰ层意识到链路层切换事件的发生，ＭＮ立刻发送代理请求消息，ＦＡ或ＨＡ将对代理请求消息进行回应．这种方法牺牲移动ＩＰ层和链路层的独立性以达到移动检测优化的目的，允许从链路层的信息传到移动ＩＰ，能够完成快速移动检测．这能够采用更低的广播数据率获得更有效的带宽．在这种情况ＭＮ将不得不用绑定政策，即移动主机或路由要求ＨＡ保持多个绑定信息并发送包含ＩＰ包目的地址到不同的ＦＡ．
根据上述机制，可得移动ＩＰ层的切换时间ｚ－删唧愀为检测时间ｚ知和注册时间ｚ．艇。之和．即：
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万方数据
,第ｌ期李汝恒，曹水仁，龙华：基于８０２．１１无线局域网的移动ｍ切换仿真分析４９
根据上式，检测和注册都会影响切换性能导致网络性能变换．本文就不同广播周期及仅使用广播代理和启用请求代理后的无线环境下仿真分析切换延时、丢包率以及客户端和服务器端发送数据和接收数据量的网络性能．
３移动口的切换过程仿真
３．１仿真参数及场景
本文利用ＯＰＮＥＴ仿真软件一’搭建基于
８０２．１ｌ协议的移动ＩＰ模型，场景如图２所示．
无线局域网的接人点（ＡＰ）构成网络家乡代理
和外地代理ＨＡ、ＦＡ－１、ＦＡ．２和ＦＡ－３，并通过
路由器构成扩展无线局域网．服务器为无线局
域网提供（ＲＰＧ）服务。ＲＰＧ在ＯＰＮＥＴ中是模
拟多媒体信源的自相似业务数据源【ｌ引．移动
ＩＰ包含ＲＰＧ客户机和移动路由（ＭＲ），如图３图２网络仿真场景
ｎｇ．２ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓＩｍｕｌａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ所示，其沿图２所示轨迹在ＨＡ、ＦＡｊ、Ｆ』啦和
ＦＡ＿３移动．ＨＡ路由器采用移动ＩＰ为ＭＲ提供家乡代理服务，当Ｍｏｂｉｌｅ一口一ＮＥＴ沿着轨迹线移动时，ＭＲ就会根据移动情况分别与ＦＡ＿１、ＦＡ－２、ＦＡ一３进行外地代理处理以提供ＲＰＧ客户机和服务器的连接．研ａＩＩ采用８０２．１１ｂ，链路数据速率为１１Ｍ，移动ＩＰ采用Ｉｐｖ４标准．网络仿真时间为１５ｍｉｎ．
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图３
Ｆｉｇ．３ＭｏｂｎＵＰ－－ＮＥＴ内部ｍｏｂｎｅ口ＮＥＴＦｉｇ．４图４ＨＡ在两种广播周期下发送注册信息ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＨＡｓｅｎｄｉｎｇｎｇｉｓｔｒａ６０ｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｗｏｂｍａｄｃａｓｔｃｙｃＩｅ３．２仿真结果及分析
１）广播周期的影响
如上所述，代理广播ＨＡ或ＦＡ周期性地在自己的链路上通告代理的存在，通告的周期性是影响切换检测的重要因素．基于图２和图３的仿真场景，广播周期分别为１６ｓ和８ｓ．
图４显示当周期减小一半时，ＨＡ发送的注册信息包将增加上万倍．这将会在网络内部占用很大的资源．图５所示为两种周期下ＲＰＧ—Ｃｌｉｅｎｔ接收到的信息，可以看出广播周期为１６ｓ时，ＲＰＧ—Ｃｌｉｅｎｔ接收到的信息较广播周期为８ｓ时的大．图６显示了ｗＬＡＮ的丢包率，对广播周期为８８的情况，因过小的广播周期占用网络资源，导致数据丢包率较广播周期为１６ｓ时增大．
万方数据
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２）两种切换方式的比较
根据前面所述，移动切换可以使用广播注册和代理请求．本文仿真分析仅使用广播代理和启用代理请
求对切换的影响．参数与场景与前相同．图７显示在两种切换时ＭＲ注册时发送的数据包．可以看出启用代理请求注册所使用的数据量大于广播机制．这也导致网络中数据量增大，如图８显示两种切换机制下
ＲＰＧ－Ｃｌｉｅｎｔ接收到的数据量．从图中可以看出，使用代理请求后其接收的数据量小于使用广播机制的切换．这意味着如果在具有使用广播机制的场景下使用代理请求会因发送过多的注册信息占用了网络资源，
影响数据的接收．
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图７两种切换机制下ＭＲ发送注册信息的数据图８两种切换机制下砌，ＧＣｕｅｎｔ接收数据包
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４结论
对于移动ＩＰ，广播周期是一个重要参数，过小的广播周期将导致大量的网络资源被占用，导致用户数
据的接收减小．同时是否使用代理请求也需要根据情况而定，在能使用广播注册的情况下，过于主要的发送代理请求也会导致数据在网络内部资源的占用．文章对移动口的参数进行了仿真分析比较，得出的结
论对切换的优化具有一定的参考价值．参考文献：
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万方数据
,第ｌ期
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【８】Ｆｉｋ０嘲Ｎ，Ｋ６璐鲫Ａ。ｃ峨Ｃ．砒枷ｎｇ
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万方数据
,
基于802.11无线局域网的移动IP切换仿真分析
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：李汝恒， 曹水仁， 龙华， LI Ru-heng， CAO Shui-ren， LONG Hua李汝恒,LI Ru-heng(大理学院,物理与电子信息学院,云南,大理,671003)， 曹水仁,龙华,CAO Shui-ren,LONG Hua(昆明理工大学,信息工程与自动化学院,云南,昆明,650051)昆明理工大学学报（理工版）JOURNAL OF KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（SCIENCE ANDTECHNOLOGY）2008,33(1)
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