第３３卷第ｌ期２００８年２月昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版）Ｖ０１．３３Ｎｏ．１Ｊｏ啪ａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇｕｌｌｉｖｅ璐蛔０ｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ鋤ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇ

第３３卷第ｌ期

２００８年２月昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版）Ｖ０１．３３Ｎｏ．１Ｊｏ啪ａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇｕｌｌｉｖｅ璐蛔０ｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ鋤ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ｆｅｂ．２００８

基于８０２．１１無線局域網(wǎng)的移動ＩＰ切換仿真分析

，。李汝恒１，曹水仁２，龍華２

（１．大理學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，云南大理６７１００３；２．昆明理工大學(xué)信息工程與自動化學(xué)院，云南昆明６５０Ｑ５１）摘要：利用ＯＰＮＥＴ仿真軟件，建立８０２．１１環(huán)境下的移動ＩＰ網(wǎng)絡(luò)，在不同無線網(wǎng)絡(luò)場景下仿真研

究移動ＩＰ參數(shù)對切換主要性能指標(biāo)的影響，得出廣播周期和代理請求是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要參

數(shù)，過小的廣播周期會導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)的接收減?。^于主動的發(fā)送代理請求也會導(dǎo)致協(xié)議數(shù)據(jù)在

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部占用過多的資源．

關(guān)鍵詞：移動ＩＰ；無線局域網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)仿真

中圖分類號：唧９３．１７文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１００７—８５５Ｘ（２００８）０ｌ一００４７—０５

ｏｎＭ【０ｂｎｅＩＰＨａｎｄｏｆｆＳ洲撕鋤ＡｌＩａｌｖｓｉｓＢａ鼴ｄ

Ｅｌｅ咖Ｉｌｉｃ８０２．１１Ⅵｈｅｌｅ鯔Ｌ?。叮罚保埃埃?，Ｙ咖柚，Ｃｌｌｉ∞；

６５００５１，ＣｌＩｉｎａ）

ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄＬｌＲｕ—ｈｅｎ９１，ＣＡＯＳｈｕｉ—ｒｅｎ２，ＬＯＮＧＨｕａ２（１．ＣｏＨｅｇｅ０ｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄａｎｄＩＩＩｆｏＩｍａｔｉ帆，ＤａｌｉｕＩＩｉｖ∞ｉ哆，Ｄａｌｉ２．‰ｌＩｌｔｙ

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ｑｕｅｓｔｓ剮舊８ｅｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅｏｃｃｕｐｉｅｄｗｈｅｎａｌｏｔｏｆａｇｅｎｔｒｅ—ＩＰ；’Ｉｒｉｒｅｋ夠ＬＡＮ；ｎｅ咖ｒｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

Ｏ引言

近年來，基于ＩＥＥＥ８０２．１ｌ的無線局域網(wǎng)（硼粕）技術(shù)發(fā)展迅速．無線局域網(wǎng)的規(guī)模也逐步擴大．對有中心結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，每個站點都與一個特定的接入點相關(guān)．如果站點從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)，即發(fā)生漫游．漫游指無線工作站在一組無線訪問點之間移動，并提供對于用戶透明的無縫連接，包括基本漫游和擴展漫游．由于８０２．１１無線局域網(wǎng)只規(guī)定了ＭＡＣ層和物理層，為了保證移動站在擴展服務(wù)區(qū)之間的漫游，需要在ＭＡｃ層之上引入移動ＩＰ技術(shù)以保證在高層會話不中斷的情況下允許移動節(jié)點在不同的網(wǎng)間移動．為實現(xiàn)無縫漫游，基于聊髓上的移動ＩＰ切換機制已有相關(guān)的研究（如Ｓｅｓｈａｎ等），用口多播和緩存器減小切換時延，并利用基站和移動節(jié)點間信號強度進行切換預(yù)測…．，ＩＩ姐等提出用域名代理進行多播數(shù)據(jù)穿過多個小區(qū)．這是一種軟切換，當(dāng)鏈路層進行硬切換時這種機制就不能進行瞄ｏ．Ｓｎｏｅｒｅｎ和Ｂａｌ－ａｋｒｉｓｈｎ觚提出相鄰花銷建立快速切換的另一種機制．這種機制通過浪費一些有線帶寬以減小無線接口的信息交換．這種方法需要修正移動ＩＰ以支持相鄰ＭＡ的發(fā)現(xiàn)．在切換過程中，每個移動節(jié)點通知新的ＭＡ關(guān)于先前的ＭＡ以幫助它建立相鄰節(jié)點的拓撲圖并假設(shè)切換信息能從數(shù)據(jù)鏈路層傳遞到網(wǎng)絡(luò)層Ｈ１．還要一些是增加額外的條件【４＇５１實現(xiàn)無縫切換，但這些研究從機制進行切換分析，沒有從整個網(wǎng)絡(luò)綜合進行切換分析ＭＪ．本文利用Ｏｐｎｅｔ仿真軟件，建立基于８０２．１ｌ上的移動ＩＰ網(wǎng)絡(luò)模型，綜合仿真分析不同無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下切換過程中的網(wǎng)絡(luò)性能．

收稿日期：２００７一０９一０３．第一作者簡介：李汝恒（１９６２一），男。副教授．主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)通訊．Ｅ—ｍ蚰：Ｒｕｈｅｎｇｊｉ＠１２６．姍

萬方數(shù)據(jù)　

４８昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版）第３３卷１移動口的切換過程

如圖ｌ所示，參與移動ＩＰ的實體有移動節(jié)點（ＭＮ）和移動代理（ＭＡ），其中ＭＡ包括外地代理（ＦＡ）和家鄉(xiāng)代理（ＨＡ）．ＨＡ是在ＭＮ離開本地網(wǎng)絡(luò)（ＨＮ）時，用隧道技術(shù)把地址傳送給ＭＮ，并保留ＭＮ當(dāng)前位置的信息．ＦＡ為來自ＭＮ的本地代理地址拆除隧道封裝，并將拆封后的地址遞交給ＭＮ，為ＭＮ提供尋路業(yè)務(wù)的路由器．

移動ＩＰ的每一個ＭＮ有本地地址及轉(zhuǎn)交地址，本地

地址具有唯一性。ＭＮ移動時其不發(fā)生改變．轉(zhuǎn)交地址是

當(dāng)ＭＮ連接到外地網(wǎng)絡(luò)鏈路上時用來標(biāo)識ＭＮ所處位置

的地址．當(dāng)ＭＮ處于本地網(wǎng)絡(luò)鏈路上時，ＭＮ的工作機制

和固定節(jié)點一樣，無需采用移動ＩＰ功能．當(dāng)ＭＮ到外地網(wǎng)

絡(luò)鏈路上時，需要使用一個稱作“代理發(fā)現(xiàn)”的規(guī)程在外

地鏈路上發(fā)現(xiàn)一個ＦＡ，并向這個ＦＡ進行注冊，把這個

ＦＡ的ＩＰ地址作為自己的轉(zhuǎn)交地址川．圖１移動ＩＰ的工作原理

Ｆｉｇ．１ＰｒｉｎｄｐＩｅｏｆｔｈｅ代理發(fā)現(xiàn)有兩類消息：代理廣播消息（從）和代理請ｍｏｂｎｅＩＰ

求消息（ＡＳ）．代理廣播消息是ＨＡ或ＦＡ在自己所連接的網(wǎng)絡(luò)上周期性地廣播代理廣告消息以聲明自己的存在，ＭＮ通過對消息的監(jiān)聽判斷自己是在本地網(wǎng)絡(luò)上還是在外地網(wǎng)絡(luò)上，如果ＭＮ發(fā)現(xiàn)自己仍在本地網(wǎng)絡(luò)上，不啟動移動ＩＰ功能．如果ＭＮ檢測到它已移動到一個新的外地網(wǎng)絡(luò)上，則通過注冊獲得轉(zhuǎn)交地址，ＭＮ得到轉(zhuǎn)交地址后通過綁定向本地代理進行注冊，以便讓本地代理存儲ＭＮ的當(dāng)前位置；另一種消息是代理請求消息，當(dāng)ＭＮ沒有耐心等待下一個周期發(fā)送的代理廣播消息時，它可以發(fā)送代理請求消息．這個消息的唯一目的就是讓鏈路上的所有代理立即發(fā)送一個代理廣播消息．當(dāng)移動節(jié)點快速地切換鏈路，而代理發(fā)送廣播消息的頻率相比而言就太慢了，此時啟動代理請求消息就很有必要．

２基于８０２．ｎ無線局域網(wǎng)的移動口切換

基于８０２．１ｌ無線局域網(wǎng)上的移動ＩＰ，其特點是在無線節(jié)點上增加移動ＩＰ，使ＡＰ具有家鄉(xiāng)代理實體或外地代理實體的功能，ＭＮ具有完成移動切換的功能．切換分為三個階段完成：１）鏈路層的切換；２）移動ＩＰ的檢測；３）移動ＩＰ注冊¨Ｊ．

當(dāng)ＭＮ和與之連接ＡＰ點間的信號強度減弱超過其接受閾值時，ＭＮ就尋找新的ＡＰ，這就是鏈路層切換的開始．鏈路層切換的第一步是通過掃描發(fā)現(xiàn)新的ＡＰ，在發(fā)現(xiàn)新ＡＰ后根據(jù)信號強度等參數(shù)選擇并連接ＡＰ．移動ＩＰ的移動檢測在鏈路切換后應(yīng)立刻進行，因為運行在不同的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上，移動ＩＰ并不意識到鏈路層發(fā)生的事件，故移動檢測可以純粹由網(wǎng)絡(luò)層完成．

移動檢測有基于廣播機制、基于鏈路層提示機制以及二者混合的方式．廣播機制發(fā)送代理廣播消息，其ＭｏｂｉｌｅＩＰｖ４標(biāo)準算法是基于廣告壽命區(qū)域的ＩＣＭＰ代理．廣告壽命存活期是指缺乏后續(xù)廣告的最大時間．在廣告壽命存活期間ＦＡ或ＨＡ利用ＩＣＭＰ路由廣播代理信息，如果ＭＮ在一定的時問段沒有接受到廣告，ＭＮ將認為目前代理不可到達，暗示ＭＮ移動到新的網(wǎng)絡(luò)．如果ＭＮ沒有存儲從其他代理接受的最近廣告，它將發(fā)送代理請求搜尋新的代理，兩個成功廣播間隔是１／３的廣告存活期．基于鏈路層提示的機制通過發(fā)送請求代理消息實現(xiàn)檢測，當(dāng)移動ＩＰ層意識到鏈路層切換事件的發(fā)生，ＭＮ立刻發(fā)送代理請求消息，ＦＡ或ＨＡ將對代理請求消息進行回應(yīng)．這種方法犧牲移動ＩＰ層和鏈路層的獨立性以達到移動檢測優(yōu)化的目的，允許從鏈路層的信息傳到移動ＩＰ，能夠完成快速移動檢測．這能夠采用更低的廣播數(shù)據(jù)率獲得更有效的帶寬．在這種情況ＭＮ將不得不用綁定政策，即移動主機或路由要求ＨＡ保持多個綁定信息并發(fā)送包含ＩＰ包目的地址到不同的ＦＡ．

根據(jù)上述機制，可得移動ＩＰ層的切換時間ｚ－刪唧愀為檢測時間ｚ知和注冊時間ｚ．艇。之和．即：

ＴＨ～Ｎ∞腿Ｒ２ＴＭｎ＋ＴＲ盼‘刪Ⅳｃ０●’跚一１肼ＤＴ‘抒Ｊ噼?

萬方數(shù)據(jù)　

第ｌ期李汝恒，曹水仁，龍華：基于８０２．１１無線局域網(wǎng)的移動ｍ切換仿真分析４９

根據(jù)上式，檢測和注冊都會影響切換性能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能變換．本文就不同廣播周期及僅使用廣播代理和啟用請求代理后的無線環(huán)境下仿真分析切換延時、丟包率以及客戶端和服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)性能．

３移動口的切換過程仿真

３．１仿真參數(shù)及場景

本文利用ＯＰＮＥＴ仿真軟件一’搭建基于

８０２．１ｌ協(xié)議的移動ＩＰ模型，場景如圖２所示．

無線局域網(wǎng)的接人點（ＡＰ）構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)家鄉(xiāng)代理

和外地代理ＨＡ、ＦＡ－１、ＦＡ．２和ＦＡ－３，并通過

路由器構(gòu)成擴展無線局域網(wǎng)．服務(wù)器為無線局

域網(wǎng)提供（ＲＰＧ）服務(wù)。ＲＰＧ在ＯＰＮＥＴ中是模

擬多媒體信源的自相似業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)源【ｌ引．移動

ＩＰ包含ＲＰＧ客戶機和移動路由（ＭＲ），如圖３圖２網(wǎng)絡(luò)仿真場景

ｎｇ．２ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓＩｍｕｌａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ所示，其沿圖２所示軌跡在ＨＡ、ＦＡｊ、Ｆ』啦和

ＦＡ＿３移動．ＨＡ路由器采用移動ＩＰ為ＭＲ提供家鄉(xiāng)代理服務(wù)，當(dāng)Ｍｏｂｉｌｅ一口一ＮＥＴ沿著軌跡線移動時，ＭＲ就會根據(jù)移動情況分別與ＦＡ＿１、ＦＡ－２、ＦＡ一３進行外地代理處理以提供ＲＰＧ客戶機和服務(wù)器的連接．研ａＩＩ采用８０２．１１ｂ，鏈路數(shù)據(jù)速率為１１Ｍ，移動ＩＰ采用Ｉｐｖ４標(biāo)準．網(wǎng)絡(luò)仿真時間為１５ｍｉｎ．

№ｒｖａｌ－ｉｓ－１６

Ｍｏｂｉｌｅ口Ｒｅｇｉｓｎａｔｉ∞Ｔｍ伍ｃＳｅｎｔＱａｃｋｅｔｓ）

１．００

Ｏ．７５

Ｏ．５０

Ｏ．２５

Ｏ．００蝴ａＬｉ８－１８

圖３

Ｆｉｇ．３ＭｏｂｎＵＰ－－ＮＥＴ內(nèi)部ｍｏｂｎｅ口ＮＥＴＦｉｇ．４圖４ＨＡ在兩種廣播周期下發(fā)送注冊信息ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＨＡｓｅｎｄｉｎｇｎｇｉｓｔｒａ６０ｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｗｏｂｍａｄｃａｓｔｃｙｃＩｅ３．２仿真結(jié)果及分析

１）廣播周期的影響

如上所述，代理廣播ＨＡ或ＦＡ周期性地在自己的鏈路上通告代理的存在，通告的周期性是影響切換檢測的重要因素．基于圖２和圖３的仿真場景，廣播周期分別為１６ｓ和８ｓ．

圖４顯示當(dāng)周期減小一半時，ＨＡ發(fā)送的注冊信息包將增加上萬倍．這將會在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部占用很大的資源．圖５所示為兩種周期下ＲＰＧ—Ｃｌｉｅｎｔ接收到的信息，可以看出廣播周期為１６ｓ時，ＲＰＧ—Ｃｌｉｅｎｔ接收到的信息較廣播周期為８ｓ時的大．圖６顯示了ｗＬＡＮ的丟包率，對廣播周期為８８的情況，因過小的廣播周期占用網(wǎng)絡(luò)資源，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包率較廣播周期為１６ｓ時增大．

萬方數(shù)據(jù)　

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２）兩種切換方式的比較

根據(jù)前面所述，移動切換可以使用廣播注冊和代理請求．本文仿真分析僅使用廣播代理和啟用代理請

求對切換的影響．參數(shù)與場景與前相同．圖７顯示在兩種切換時ＭＲ注冊時發(fā)送的數(shù)據(jù)包．可以看出啟用代理請求注冊所使用的數(shù)據(jù)量大于廣播機制．這也導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量增大，如圖８顯示兩種切換機制下

ＲＰＧ－Ｃｌｉｅｎｔ接收到的數(shù)據(jù)量．從圖中可以看出，使用代理請求后其接收的數(shù)據(jù)量小于使用廣播機制的切換．這意味著如果在具有使用廣播機制的場景下使用代理請求會因發(fā)送過多的注冊信息占用了網(wǎng)絡(luò)資源，

影響數(shù)據(jù)的接收．

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圖７兩種切換機制下ＭＲ發(fā)送注冊信息的數(shù)據(jù)圖８兩種切換機制下砌，ＧＣｕｅｎｔ接收數(shù)據(jù)包

ｓｅｎｔＭＲｉｎｔｗｏＲｅｇｉｓ打ａＨｏｎ打ａｍｃｈａｎｄｏ盯ｓｃｈｅｍ∞Ｆｉｇ．８ｎａ重丘ｃ托ｃｅｉＶｅｄｂｙｌ心ＧｃＨｅｎｔｍｔｗＤｈａｎｄｏ仃ｓｃｈｅｍ錨ｂｙ

４結(jié)論

對于移動ＩＰ，廣播周期是一個重要參數(shù)，過小的廣播周期將導(dǎo)致大量的網(wǎng)絡(luò)資源被占用，導(dǎo)致用戶數(shù)

據(jù)的接收減小．同時是否使用代理請求也需要根據(jù)情況而定，在能使用廣播注冊的情況下，過于主要的發(fā)送代理請求也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源的占用．文章對移動口的參數(shù)進行了仿真分析比較，得出的結(jié)

論對切換的優(yōu)化具有一定的參考價值．參考文獻：

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萬方數(shù)據(jù)　

第ｌ期

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【７］ｓｒｉｋ眥Ｓｈ刪ａ，Ｎｉｎ鰣Ｉｌｇ盈ｕ，％一ｃｋｅｒＣｌｌｉｕｅｈ．Ｌ鯽一ｈｔｅｎｃｙＭｏｂｉｌｅ疋Ｈ蛐ｄ疆ｆｏｒＩｎ‰咖ｃｔ哦一Ｍｏｄｅｗｉｒｅｌ嘲ＬＡＮｓＡ衄ｔｌａｌＣ徹如∞ｎ∞ｏｎ

【８】Ｆｉｋ０嘲Ｎ，Ｋ６璐鯽Ａ。ｃ峨Ｃ．砒枷ｎｇ

ｔｉｇａ＿６∞ｗｉｎｌ

ｌｉＩｌｇ，ａｎｄ【Ｊ】．ＩＥＥＥＪＯｕＲＮＡＬＯＮｓＥＬＥｃＩＥＤＡＲＥＡＳＩＮＣＯＭＭｕＮＩｃＡｌｌＯＮＳ，２００４，２２（４）：６４３—６５２．ｔｌ地ｈｔｅｍ“ｏｒｌａｌＭｏｂｄｅ坤ｈ鋤ｄ—ｏ舶ｔｈＩＤｕｇｌｌＬｉＩｌｌ【一ｈｙ盱ＩＩＩｆｏｒｍｄ仰，蛐?。穑澹颍椋恚澹睿簦幔欤桑桑斐?０ｆ８０２．１１ｂ蛐ｄＩｎｔｅｍｅｔＡｕｄｉｏ［ｃ］．Ｐｒ∞∞ｄｉｎ９８Ｍｕｌｔｉ一伽如咖∞∞Ｍｅ∞ｕ刪ｍｎｔ。Ｍｏｄｅｌ—Ｅｖａｌ岫ｔｉ∞ｏｆＣ鋤ｐ咖一Ｃ∞姐ｕＩｌｉｃａｌｉｏｎＳｙｓｔｅＩ瑚（ＭＭＢ），Ｇｅｍ柚ｙ，Ｓ叩ｔｅｍｂｅｒ２００１．

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ｃＩ口ｎｆｅｍｎ∞ｏｎｓｅｌｆ一８ｉｍｉｌａｒｉｍｐｈｃ出伽０ｆ３Ｇｍｏｂｉｌｅ訛位ｃ［ｃ］．－ｎｌｅ２００ｒ７ｉｍｅｍ８ｔｉｏｎａｌ０ｍｍｌｕＩＩｉ枷∞ｉＩＩＣｏｍｐｕｌｊｎｇ．

（上接第４６頁）

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萬方數(shù)據(jù)　

基于802.11無線局域網(wǎng)的移動IP切換仿真分析

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英文刊名：

年，卷(期)：李汝恒， 曹水仁， 龍華， LI Ru-heng， CAO Shui-ren， LONG Hua李汝恒,LI Ru-heng(大理學(xué)院,物理與電子信息學(xué)院,云南,大理,671003)， 曹水仁,龍華,CAO Shui-ren,LONG Hua(昆明理工大學(xué),信息工程與自動化學(xué)院,云南,昆明,650051)昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版）JOURNAL OF KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（SCIENCE ANDTECHNOLOGY）2008,33(1)

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