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IPV6进入移动计算—IPv6移动计算机‖
| 移动计算机，如笔记本 研究兴趣增长迅速。但是这 机的使用可以从一个网络迁 是一个移动计算机在互联网 这样的寻址问题[2]的解决 互联网上移动时在IP层之上 | 或者是PDA已经得到了广泛的应 种兴趣要求原来为站式计算机设 移到另外一个网络[1]。而在移 中移动的时候能够继续使用它的 方案。这个协议允许支持TCP连 透明地维护连接。 | 用，对于在互联网上的移动通信的 计的IP协议，修改为允许移动计算 动通信中使用IP协议的主要问题就 永久家地址。移动IPv6协议提供了 接的建立，并能够在移动计算机在 |
| 但是当一个移动节点从 就被发送到移动计算机的家 持续到应答节点和移动节点 送包。包的迂回传送可能引 包丢失，假设发生了拥塞， 的降低，随之将引起子优化 。 | 一个网络移动到另一个的时候， 代理，并输送给在新网络中的移 之间的路由优化过程的完成，之 起很大的延时。在最坏的情况下 并初始化拥塞控制机制。这个机 性能。但是到现在为止，在移动 | 交接就发生了，发送到旧网络的包 动计算机。这种包的迂回传送一直 后应答节点可以直接向移动节点传 ，TCP协议可能将这种延时误解为 制很不幸地带来了端到端的吞吐率 IPv6协议上的TCP性能研究还很少 |
| 在大部分情况中，移动 地网络无线网络。这些无线 为可靠。虽然在无线连接上 的吞吐率下降及很高的交互 TCP性能方面已经进行了很 IPv6环境。 | 计算机通过无线连接而连到互联 连接由于字节错误要承受巨大的 的包损失除了拥塞之外还有很多 延迟的时候，TCP初始化拥塞控 多的研究，但是我们需要研究一 | 网，这些无线连接如手机网络和本 包丢失，而在有线网络上的通信更 原因，当移交和TCP性能出现很高 制机制。在改进用于无线连接的 些研究成果可以直接应用于移动 |
| 这篇文章中我们提出了在移动IPv6环 况下移动IPv6的包路由协议，指出协议的 连接上的TCP性能的改进方法中选择一个 IPv6环境中所要进行的必要的修改。然后 | 境中改进TCP性能的方法。首先我们分析了在移交情 低效性，并提出改进低效性的方法。然后我们在无线 方法，叫做Snoop，并提出了要将此方法应用到移动 我们通过仿真分析提出的方法的性能。 |
| 论文剩下的部分组织如下。第2部分 无线连接上改进TCP性能提出的解决方案 的移交低效性而提出的方法，并使Snoop 来说明我们提出的方法可以在移动IPv6网 | 解释了TCP拥塞控制机制，移动IPv6协议，和一些在 。第3部分描述了描述了我们为了改进在移动IPv6上 机制适应于移动IPv6环境。在第4部分我们通过仿真 络上改进TCP性能。第5部分总结了这份论文。 |
| 2 相关工作 |
| 在这一部分，我们首先 分析它的低效性。最后我们 | 解释TCP中的拥塞控制机制。然 引入了在无线连接上改进TCP性 | 后我们简单描述了移动IPv6协议并 能的一些工作。 |
| 2.1 TCP中的拥塞控制 |
| 在常规（Tahoe）TCP实现中的拥塞控 重发[3]，[4]。慢启动算法如下：TCP发 个收到的ACK，TCP指数增长窗口大小，直 ，在此阶段中，它继续要线性增加它的cw 确认需要多长时间才能返回，以确定哪一 性。为了这个目的，它维护了一个这个延 | 制框架有三个主要部分]：慢启动，拥塞避免，快速 送者启动一个长度为1的拥塞窗口（cwnd）。对于每 到等于阈值（ssthresh），然后它进入拥塞避免阶段 nd，直到达到接收者的最大接收窗口。TCP继续测量 个包到达接收者，并通过重发来提供丢包来提供可靠 迟（往返发送延迟）的运行平均长度。 |
| 如果现在的延迟是平均 TCP就开始重发丢失陌 这个包丢失。这是因为接收 个最高的按序序号产生确认 法假设丢失的包从重复ACK 反应： | 数标准方差的4倍的话（超时间 CP还会在接收者接收到很多重复 者确认最大的按序序号。如果它 ，从而产生了重复确认。TCP随 序号开始，并转发它。 TCP | 隔），TCP就假设这个包丢失了。 确认的时候（通常是3个），假设 接收到乱序顺序包，它还会为同一 之激活快速重发算法。快速转发算 将对以下原因造成的任何丢包作出 |
| --将ssthresh投入现有窗口的一半或者2（这个更大）去减低数据量。 |
| --重设它的发射窗口（ 平的速率。 | 拥塞）的尺寸为1，所以激活慢 | 启动算法去限制窗口增长到先前水 |
| --重设重发计时器的值 每个连续的超时加倍。这还 | 为backoff间隔，该间隔根据Kar 体现在中间连接的交通负载的降 | n's指数计时器backoff算法，随着 低，从而控制网络中的拥塞。 |
| 任何因为在移动网络中的一次移交或 开始一次拥塞控制机制，减少窗口尺寸， | 者是在无线连接上的一个字节错误造成的包丢失都回 从而带来了缓慢递减的TCP性能。 |
| 2.2 移动IPv6 |
| 为了解释移动IPv6，我们使用下面的术语[2]。 |
| --移动节点（M，N）：可以从一个网 时访问。 | 络到另外一个网络改变附着点，同时也可以家地址随 |
| --相应节点（CN）：移动节点与之通信的一个节点。 |
| --家代理（HA）：连接到移动节点家网络的一个路由。 |
| --转交地址（CoA）：一个访问外部网络时与移动节点相联系的单播路由地址。 |
| --基站（BS）：为移动节点提供无线连接端点的路由。HA也是BS |
| 图1显示了在移动IPv6 一个路由广告（Router Adv Binding Update，BU）和绑 的CoA。由CN发出的包首先 通告它的新CoA，在这之后C | 环境中的信息流。在外部网络中 ertisement，RA）消息，并获取 定确认（Binding Acknowledgem 到达HA，然后再被转到MN。当接 N可以直接向MN发送包。 | 的MN从在外部网络中的BS处接收到 CoA。MN通过交换绑定更新（ ent，BA）消息，向它的HA通报它 收到转发的包的时候，MN首先向CN |
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| 图2解释了握手发生的 的新CoA和旧CoA。来自CN的 络中的BS发送到MN。当接收 直接向MN发送包。我们注意 它可以初始化TCP拥塞控制 | 时候的消息流。在一个新的外部 包首先到达一个旧的外部网络， 到转发的包的时候，MN首先向CN 到在移交发生以及CN接收到BU之 机制。 | 网络的MN向它的HA通报一起通报它 然后转送给HA，然后最终通过新网 通告它的新CoA，在这之后CN可以 后来自CN的包发生了很大的延迟， |
| 2.3 在无线网络上改进TCP性能 |
| 为了在无线连接上改进TCP性能而提 ，以及分割连接协议[4][5]。这些协议都 选择一个连接层协议Snoop，并且想要使 护了TCP语法，并且不改变固定网络中的 | 出的方案可以被分为三类：连接层协议，端到端协议 假设?中的网络拓扑。在众多的解决方案中我们 其适应移动IPv6环境，因为它展示了良好的性能，维 已有的TCP实现。 |
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| 在Snoop中，在BS引入 块维护了从固定主机发送的 或者本地超时的时候被检测 的话，Snoop模块就转发丢 要的拥塞控制机制。Balakr 但是他们的方法会带来过载 Snoop进行修改，修改之后 | 一个Snoop模块，它检测每个通 还没有得到移动主机确认的TCP 。为了实现本地超时，模块有自 失的包。从而BS可以向固定主机 ishnan et al. 提出了使用多播 ，而且多播没有得到广泛的部署 不需要使用多播，就可以处理在 | 过连接的每个方向的包。Snoop模 包的缓存。包丢失在收到重复确认 己的转发计时器。如果它在缓存中 隐藏丢包，因而避免了引发了不必 的方ǎ灾С諷noop处理移交。 。在下一个部分，我们将会对 移动IPv6环境中的移交问题。 |
| 3 在移动IPv6上改进TCP性能的设计 |
| 在这一部分中，我们描 移交中如何改进低效性，然 | 述了在移动IPv6上改进TCP性能 后我们如何修改Snoop，以使它 | 的方法。首先我们解释在移动IPv6 可以处理移交。 |
| 3.1 改进移动IPv6移交 |
| 为了解决在图2.2中所提及的移动IPv6移交的低效性，我们引入了下面两个修改。 |
| --两个BS之间的包快速传递：当旧的 直接传递到MN的新BS。包并非从旧的BS到 到MN的更短的路径。 | BS接收到目标为已经移动到其它网络的MN的包时，它 MN的HA 然后通过MN的新的BS到MN，而是通过从旧BS |
| --给CN的提前BU消息： 个BU消息，而是在向HA发送 可以尽可能早地使用优化的 | 在外部网络的MN不是在接收到来 一个BU消息的时候发送一个BU消 路径在外部网络向MN发送包。 | 自HA的转发信息之后就向CN发送一 息给CN。进行了这个修改之后，CN |
| 进行了这两个修改之后，在移动IPv6 在新的外部网络中的MN向HA和CN发送BU。 的BS。一个HS消息携带新的CoA和新BS的I 的快速传递。当旧BS快速传递一个包，它 的CoA。将一个HS消息发送到新的BS将在 CN的包被发送到旧的BS，然后通过新的BS 直接发送到MN。在从CN接收到一个BA消息 可以停止快速发送包。但是旧的BS在接收 等待一段时间，因为一些正在去往旧BS的 | 移交中的消息流如图4所示，一旦获取一个新的CoA， 在同一时间MN发送移交开始（HS）消息到旧的BS和新 P地址。一旦收到一个HS消息，旧的BS开始了到新BS 必须将包的外部IP头的目标IP地址从旧的CoA改为新 下一个子章节叙述。直到CN接收到一个BU消息，来自 被快速传递到MN。但是在接受到BU消息之后，CN可以 之后，MN发送移交终端（HE）消息到旧BS，使得旧BS 到HE消息之后没，并不是马上停止快速传递包，而是 包可能会出现长时间延迟或者到达延迟。 |
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| 3.2 Snoop的修改 |
| 修改Snoop模块去处理移交的操作被描述为如图5的有限自动机。 |
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| 每个状态的描述如下： |
| --INIT：一旦接收到一 缓存并接受来自旧的BS的缓 | 个HS消息，一个新的BS进入到这 存内容。在同一时间它执行常规 | 个状态，它创建了一个空的Snoop 的Snoop功能。 |
| --ACTIVE：执行常规的Snoop功能。 |
| --FIN1：一旦收到HS消 还从CN到新BS进行包的快速 | 息，旧BS进入这个状态并将它的 传递。 | Snoop缓存内容发送给新的BS，它 |
| --FIN2：一旦收到一个HE消息，旧的 传递。在等待一段时间之后，一个旧的BS | BS进入到这个状态，且仅从CN到新的BS进行包的快速 完成了快速传递。 |
| 当新的BS从MN接收到HS 还能执行常规的Snoop功能 破坏它的Snoop缓存并通过 之后。当旧的BS传递它的Sn CoA到新的CoA。更深入的分 移交造成的丢包。 | ，它创建了一个新的Snoop缓存 。一旦接收到HS，旧的BS首先传 新的BS直接快速传递给MN，直到 oop缓存内容时，它必须改变外 析揭示了这种修改的Snoop恢复 | 并等待旧的BS的缓存内容。同时它 递它的Snoop缓存内容给新的BS， 它从MN收到HE，并等待了一段时间 面的IP头的目标地址，从MN的旧 了因为无线网络中的字节错误或者 |
| 4 模拟结果 |
| 为了通过仿真来评价提出的方法的性 v2.5.13[7]。在仿真中使用网络拓扑如图 固定网络中的路由，BS和主机。 | 能，我们在Linux PC上使用NS2v2.1b6[6]和Mobiwan 6所示。在这些图中，六边形、圆，和方形相应是在 |
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| 在图6（a）中的逻辑拓扑显示了在固 ，这些物理连接描述了BS的地理分布以及 | 定网络中的所有连接，而在图6（b）显示了物理连接 MN的近似移动。 |
| 我们进行了两套的模拟 的无线网络中。在实验中， 和（b）显示了各自的结果 自使用修改后的Snoop的改 移动IPv6上有7%的性能增长 变，因为在无线网络中没有 ，发生越多的移交，性能的 | ：一个是在一个不会丢包的无线 包从CN发送到MN，在MN处我们测 。每个图有两条线：虚线表示来 进的移动IPv6。图7（a）显示了 。在这种情况下，大部分的性能 包的丢失。在图7（a）的X轴， 改进就越明显。 | 网络中，而另外一个在丢包率为1% 量最大的按序TCP序号。图7（a） 自原来的移动IPv6，而实线表示来 改进的移动IPv6体现出了在原来的 改进来自于移动IPv6移交协议的改 移交用箭头来表示，我们可以看到 |
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| 在图7（b）中显示在无 性能因为丢包发生了严重的 我们可以从这样的观察中得 | 线网络中，同时存在着移交和丢 下降。但是修改的Snoop有效地 到结论：在200秒后，在图7（a | 包。我们可以看到原来的移动IPv6 防止了因为丢包引起的性能下降。 ）中改进的TCP序号是29000 |
| 而在图7（b）中是28100，两个数字之间没有太大差别。 |
| 5 结论 |
| 在移动网络和无线网络中的字节错误 控制机制，在移动和无线网络中的TCP应 我们首先改进移动IPv6移交协议。实现包 息到HA和CN。然后为了在无线网络上改进 它去支持处理移动IPv6移交。通过模拟可 | 和移交引起包丢失。他们初始化了激发不必要的拥塞 用程序经历了严重的性能下降。为了解决这个问题， 括从旧的BS到新的BS的快速传递，还有同时发送BU消 TCP性能提出的方法中，我们选择Snoop协议，并修改 以显示我们方法的效率。 |