移動ip技術及其發(fā)展趨勢論文

1、<p>　　移動IP技術及其發(fā)展趨勢</p><p>　　摘要：本文首先介紹了當前移動IP技術的發(fā)展前景，接著介紹了移動IP技術的概念、基本原理，然后分析了移動IP技術產生的必然性，通過綜合分析指出現(xiàn)有移動IP技術的不足并提出改進方法，最后展望移動IP技術發(fā)展趨勢。</p><p>　　關鍵詞：移動IP技術、移動通信技術、IP網、發(fā)展趨勢</p><p>

2、<b>　　0引言</b></p><p>　　當今世界，飛速發(fā)展的IT產業(yè)中，最引人注目的當屬移動通信和互聯(lián)網業(yè)務，移動通信網和互聯(lián)網編織的天羅地網，使人深感世界之大，莫非“網”土。移動通信技術和IP網相融合的結晶——移動IP技術，更是容納了全球通信領域業(yè)務。</p><p>　　如何讓人們能夠隨時、隨地訪問Internet，是當前Internet技術研究的一個熱點

3、，也是下一代真正的個人通信技術的目標。無線接入中的移動IP技術使得人們一直夢想的無處不在的多媒體全球網絡連接成為可能，它適應了普遍計算時代的需求。</p><p>　　現(xiàn)有的移動通信采用的是電路交換方式，用戶通話時一直占用固定的帶寬資源。這種通信方式適合話音業(yè)務，但對IP類型的業(yè)務則不是最適合的。為適應快速增長的數據型業(yè)務需求，現(xiàn)有的電路交換的移動通信網絡必須進行改造，人們需要的是一個以包交換為基礎的無線網絡，這

4、種新型網絡結構正是移動IP未來的結構。</p><p>　　移動IP不是移動通信技術和因特網技術的簡單疊加，也不是無線話音和無線數據的簡單疊加，它是移動通信和IP的深層融合，也是對現(xiàn)有移動通信方式的深刻變革。它將真正實現(xiàn)話音和數據的業(yè)務融合，移動IP的目標是將無線話音和無線數據綜合到一個技術平臺上傳輸，這一平臺就是IP協(xié)議。未來的移動網絡將實現(xiàn)全包交換，包括話音和數據都由IP包來承載，話音和數據的隔閡將消失。在I

5、MT-2000中已明確規(guī)定，第三代移動通信系統(tǒng)必須支持移動IP分組業(yè)務。而IETF(Internet工程任務組)也正在擴展因特網協(xié)議，開發(fā)一套用于移動IP的技術規(guī)范，目前已制訂完成了RFC2002（IP移動性支持）、RFC2003（IP內</p><p>　　的IP封裝）、RFC2004（IP內的最小封裝）、RFC2290（用于PPP IP CP的移動IPv4配置選項），其他協(xié)議正在制訂中。移動通信的IP化進程將

6、分為三個階段：首先是移動業(yè)務的IP化；之后是移動網絡的分組化演進；最后是在第三代移動通信系統(tǒng)中實現(xiàn)全IP化。</p><p>　　1移動IP技術的概念[]</p><p>　　移動IP技術從廣義上講，就是移動通信技術和IP技術的有機結合，即對IP協(xié)議進行擴展，支持終端的移動性，擁有固定的IP地址，而且不論移動到什么地區(qū)或者通過什么方式連接到Internet上都是如此。簡單地說，所謂移動IP

7、技術，就是移動用戶在跨網絡隨意移動和漫游中，使用基于TCP/IP協(xié)議的網絡時，不用修改計算機原來的IP地址，同時繼續(xù)享有原網絡中一切權限。移動IP技術是移動互聯(lián)時代最基礎、最關鍵的技術之一，也是實現(xiàn)任何時間、任何地方、與任何人通過任何方式進行任何業(yè)務通信的全球個人通信的關鍵技術之一。未來的移動網絡將實現(xiàn)全包交換!包括話音和數據都由IP包來承載，話音和數據的隔閡將消失，移動IP技術是實現(xiàn)全球個人通信的關鍵技術和移動互聯(lián)網的基石。</

8、p><p>　　移動IP的首要目標就是解決節(jié)點的移動性問題。傳統(tǒng)的IP選路機理只適用固定主機的路由管理，而移動節(jié)點的路由是一種動態(tài)路由，因此，移動數據網中的移動性管理必須具備對移動節(jié)點動態(tài)鏈路上的管理機制。</p><p>　　由于移動IP技術的應用有著廣闊前景，它的開發(fā)已成為業(yè)界研究的熱點，此前，一些相關規(guī)定也相繼出臺，許多商家已經出臺了應用技術方案和設備，移動IP的應用已經悄然開始。<

9、;/p><p>　　2移動IP的基本原理</p><p>　　使用傳統(tǒng)IP技術的主機使用固定的IP地址和TCP端口號進行相互通信，在通信期間它們的IP地址和TCP端口號必須保持不變，否則IP主機之間的通信將無法繼續(xù)。而移動IP的基本問題是IP主機在通信期間可能需要在網路上移動，它的IP地址也許經常會發(fā)生變化。而IP地址的變化最終會導致通信的中斷。</p><p>　　如

10、何解決因節(jié)點移動（即IP地址的變化）而導致通信中斷的問題？蜂窩移動電話提供了一個非常好的解決問題的先例。因此，解決移動IP問題的基本思路與處理蜂窩移動電話呼叫相似，它將使用漫游、位置登記。隧道技術、鑒權等技術。從而使移動節(jié)點使用固定不變的IP地址，一次登錄即可實現(xiàn)在任意位置（包括移動節(jié)點從一個IP（子）網漫游到另一個IP（子）網時）上保持與IP主機的單一鏈路層連接，使通信持續(xù)進行。</p><p><b&g

11、t;　　2.1幾個重要概念</b></p><p>　　移動代理（Mobility Agent）[1]：又分為歸屬代理和外區(qū)代理兩類。歸屬代理是歸屬網上的移動代理，它至少有一個借口在歸屬網上。其責任是當移動節(jié)點移動到外區(qū)網時，截收發(fā)往該點的數據包，并使用隧道技術將這些數據包轉發(fā)到移動節(jié)點的轉交節(jié)點。外區(qū)代理位于移動節(jié)點所在的當前外區(qū)網上，它負責解除原始數據包的隧道封裝，取出原始數據包，并將其轉發(fā)到該移

12、動節(jié)點。</p><p>　　移動IP地址：移動IP節(jié)點擁有兩個IP地址。一個是歸屬地址，是移動節(jié)點與歸屬網連接時使用的地址，不管移動節(jié)點移至網絡何處，其歸屬地址保持不變。二是轉交地址，就是隧道終點地址，轉交地址可能是外區(qū)代理轉交地址，也可能是駐留本地的轉交地址。通常用的是外區(qū)代理轉交地址。在這種地址模式中，外區(qū)代理就是隧道的終點，它接收隧道數據包，解除數據包的隧道封裝，然后將原始數據包轉發(fā)到移動節(jié)點。</

13、p><p>　　位置登記（Registration）[1][]：移動節(jié)點必須將其位置信息向其歸屬代理進行登記，以便被找到。有兩種不同的登記規(guī)程。一種是通過外區(qū)代理，移動節(jié)點向外區(qū)代理發(fā)送登記請求報文，然后將報文中繼到移動節(jié)點的歸屬代理；歸屬代理處理完登記請求報文后向外區(qū)代理發(fā)送登記答復報文（接受或拒絕登記請求），外區(qū)代理處理登記答復報文，并將其轉發(fā)到移動節(jié)點。另一種是直接向歸屬代理進行登記，即移動節(jié)點向其歸屬代理發(fā)送

14、登記請求報文，歸屬代理處理后向移動節(jié)點發(fā)送登記答復報文。</p><p>　　代理發(fā)現(xiàn)（Agent Discovery）[1][2]：一是被動發(fā)現(xiàn)，即移動節(jié)點等待本地移動代理周期性的廣播代理通告報文；二是主動發(fā)現(xiàn)，即移動節(jié)點廣播一條請求代理的報文。</p><p>　　隧道技術（Tunneling）[1][2]：當移動節(jié)點在外區(qū)網上時，歸屬代理需要將原始數據報轉發(fā)給已登記的外區(qū)代理。這是，

15、歸屬代理使用IP隧道技術，將原始IP數據包封裝在轉發(fā)的IP數據包中，從而使原始IP數據包原封不動的轉發(fā)到處于隧道終點的轉交地址處。在轉交地址處解除隧道，取出原始數據包，并將原始數據包發(fā)送到移動節(jié)點。當轉交地址為主流本地的轉交地址時，移動節(jié)點本身就是隧道的終點，它自身進行解除隧道，取出原始數據包的工作。RFC2003和RFC2004中分別定義了兩種隧道封裝技術，見圖1。</p><p><b>　　圖1&

16、lt;/b></p><p>　　2.2移動IP協(xié)議工作原理[]</p><p>　　1）移動代理（即外區(qū)代理和歸屬代理）通過代理通告報文廣播其存在。移動節(jié)點通過代理請求報文，可有選擇的向本地移動代理請求代理通告報文。</p><p>　　2）移動節(jié)點收悉這些代理通告后，分辨其在歸屬網上，還是在某一外區(qū)網上。</p><p>　　3）當

17、移動節(jié)點檢測到自己位于歸屬網上時，那么它不需要移動服務就可工作。假如移動節(jié)點從登記的其他外區(qū)網返回歸屬網時，通過交換其隨帶的登記請求和登記答復報文，移動節(jié)點需要向其歸屬代理撤銷其外區(qū)網登記信息。</p><p>　　4）當移動節(jié)點檢測到自己已漫游到某一外區(qū)網時，它獲得該外區(qū)網上的一個轉交地址。這個轉交地址可能通過外區(qū)代理的通告獲得，也可能通過外部分配機制獲得，如DHCP(一個駐留本地的轉交地址)。</p&g

18、t;<p>　　5）離開歸屬網的移動節(jié)點通過交換其隨帶的登記請求和登記答復報文，向歸屬代理登記其新的轉交地址，另外它也可能借助于外區(qū)代理向歸屬代理進行登記。</p><p>　　6）發(fā)往移動節(jié)點歸屬地址的數據包被其歸屬代理接收，歸屬代理利用隧道技術封裝該數據包，并將封裝后的數據包發(fā)送到移動節(jié)點的轉交地址，由隧道終點（外區(qū)代理或移動節(jié)點本身）接收，解除封裝，并最終傳送到移動節(jié)點。在相反方向，使用標準的

19、IP選路機制，移動節(jié)點發(fā)出的數據包被傳送到目的地，無需通過歸屬代理轉發(fā)。無論移動節(jié)點在歸屬網內還是在外區(qū)網中，IP主機與移動節(jié)點之間的所有數據包都是用移動節(jié)點的歸屬地址，轉交地址僅用于與移動代理的聯(lián)系，而不被IP主機所覺察。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　圖2說明了移動節(jié)點在外區(qū)網上時，移動IP的工作過程。</p><

20、;p>　　1）IP主機經過標準的IP選路，發(fā)往移動節(jié)點的數據包抵達歸屬網。</p><p>　　2）數據包被歸屬代理接收，由注冊表可知移動節(jié)點的關聯(lián)地址。</p><p>　　3）采用“隧道技術”送到移動節(jié)點的轉交地址，即外區(qū)代理。</p><p>　　4）外區(qū)代理解除隧道，取出原始數據包，并將原始數據包轉發(fā)給移動節(jié)點。</p><p>

21、;　　5）移動節(jié)點發(fā)出的數據包通過標準的IP選路規(guī)程發(fā)送到目的地（本圖中外區(qū)代理為移動節(jié)點的缺省路由器）。</p><p>　　3分析移動IP技術產生的必然性</p><p><b>　　3.1市場的驅動</b></p><p>　　移動通信和Internet以其市場潛力最大、應用領域最廣、吸納用戶最多而成為兩大支柱產業(yè)。全球移動用戶已超過10

22、億，我國移動用戶已躍居全球第一；全球互聯(lián)網用戶已超過6.65億，我國互聯(lián)網用戶突破5450萬，僅次于美國和日本!居世界第三。目前兩網用戶仍呈高速增長趨勢。到2006年底，移動互聯(lián)網用戶將占移動用戶的50%。巨大的市場需求，是移動’1 技術發(fā)展的第一動力。</p><p><b>　　3.2技術的驅動</b></p><p>　　移動通信技術發(fā)展的目標是實現(xiàn)寬帶化、智能

23、化、個人化，使無線語音、數據、圖像、多媒體信息、網上娛樂等能夠在一個統(tǒng)一的網絡平臺上高速接入。在移動環(huán)境下提供因特網服務正是第三代移動通信系統(tǒng)的主要業(yè)務特征。全IP網絡結構將由基于通用分組無線系統(tǒng)GRPS的通用核心網絡逐漸過渡。3GPP在Release4規(guī)定了基于IP網絡的傳輸標準，3GPP在Release5中還對IP多媒體系統(tǒng)進行了定義。近幾年來GRPS，WLAN，CDMA LX技術正在得到廣泛的發(fā)展與完善，推動著移動IP技術的發(fā)展，

24、并為移動IP業(yè)務的技術實現(xiàn)提供了平臺。</p><p>　　IP網絡技術也在不斷升級，逐步邁向更高的臺階。IP技術向無線技術領域發(fā)展的3個目標為：允許用戶從專有網絡(以太網、無線LAN等)到公共網絡的無縫漫游，這樣的漫游需要利用一些標準，如移動IP；簡化通過個人區(qū)域網絡(PAN)技術(如藍牙技術)實現(xiàn)的移動計算機與無線設備之間的連接；IP語音，當地面網絡開始利用IP協(xié)議傳送語音和多媒體信息時，IP語音通信延伸到無

25、線設備顯得非常重要。</p><p>　　IP協(xié)議對底層承載技術有廣泛的適應性，IP核心網絡由數年前的軟件路由器加窄帶中繼發(fā)展到吉比特甚至太比特IP路由交換機加寬帶傳輸網絡。IP接入網絡由傳統(tǒng)的低速調制解調器、ISDN發(fā)展到ADSL和Cable Modem，特別是ADSL的簡化版G．Lile是一種實用的低成本寬帶IP接入網(IP—RAN)。諾基亞已經引入了基于IP的無線接入網絡(IP—RAN)，而Cisco也在其

26、ISO中提供了對移動IP的支持，以增強網絡的擴展性、靈活性以及安全性，這將使用戶在不改變其IP地址的情況下在企業(yè)網內外靈活漫游，為Internet提供全面的可移動性。諾基亞和Cisco也將在移動通信網絡和IP網絡的互聯(lián)上展開全面合作，基于這一業(yè)界強者之間的合作，諾基亞將提供包括其IP移動核心網絡和Cisco骨干路由技術在內的全方位互操作系統(tǒng)解決方案，IP網絡與移動通信網絡走向融合和統(tǒng)一將成為網絡發(fā)展的必然趨勢。由此可見，技術的發(fā)展與進步

27、，是移動IP得以發(fā)展的又一動力。</p><p>　　4現(xiàn)有移動IP技術存在的不足與改進</p><p>　　1）解決移動節(jié)點在子網間漫游時在尋徑上卻存在如下不足。考慮一個漫游至外地網的用戶A，正與用戶B進行通信，根據以上尋徑方式，用戶A的數據必將按照傳統(tǒng)IP尋徑方法，以某種最佳尋徑方式達到用戶B；而從用戶B發(fā)出的數據，由于目的地址是用戶A，數據必將先到達用戶A的歸屬代理，在由歸屬代理傳到

28、外地代理，最后才到達用戶A。這顯然不是最佳路徑，特別是當用戶A漫游到用戶B所在的歸屬網時，這種尋徑方式的傳輸延遲很大，對實時語音、圖像等會造成極大的損害；也增加了網絡負擔，數據包在網絡中運行的時間大大增加。</p><p>　　為了解決這個不足，可以引入一種新的代理——通信代理，它是與移動節(jié)點通信的IP節(jié)點的路由器。新結構的工作過程如下：三個代理都發(fā)送代理通告報文聲明自己的存在，不同的是，通信代理針對的是本范圍內

29、的所有用戶。用戶B要發(fā)數據給用戶A，他并不知道用戶A已移動，仍向用戶A所在的子網發(fā)數據，被本地代理截獲，本地代理一方面將該數據包轉發(fā)到外區(qū)代理，一方面分析源地址，向數據包源端反向發(fā)送一條消息，該消息包括用戶A目前的狀態(tài)，如它的關聯(lián)地址等等，用戶B收到本地代理發(fā)來的消息后，得知用戶A已移動，則向通信代理進行登記，告訴其關于用戶A的關聯(lián)地址，請求建立通信代理至外區(qū)代理的通道，建立成功后，由于這是通信兩點直接建立的，所以路徑最佳，然后用戶B把

30、發(fā)往用戶A的數據包發(fā)給通信代理，通信代理截獲后由"隧道"發(fā)往外區(qū)代理，再由外區(qū)代理發(fā)給用戶A。示意圖如圖3。通過這種改進，大大減小了時延，更好的滿足了第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000中對于傳輸和尋徑時延的要求。</p><p>　　圖3：移動節(jié)點連接在外區(qū)網上且使用外區(qū)代理轉交地址</p><p>　　2）由于采用了IP隧道封裝技術，使得封裝后的數據包大于源路由數據包

31、，這樣不但增加了路由上的負擔，還必然的增加了消息處理時延。為了解決這一問題，就要對數據包的包頭進行合理的設計或是對包頭進行壓縮。</p><p>　　3）移動IP節(jié)點的成本要高于有線IP網的節(jié)點成本，而目前Internet上的大多數設備和ISP不支持移動IP業(yè)務。增設外區(qū)代理、歸屬代理、通信代理都需要更大的資金投入，且技術含量更高。</p><p>　　4）移動IP的接入對Internet

32、網的安全性提出了更高的要求；反過來，Internet網中的防火墻檢驗每個數據包的源地址時，當發(fā)現(xiàn)數據包的歸屬地址與外區(qū)網的網絡地址不一樣時，會阻截IP隧道數據包。</p><p>　　5）IPv4和IPv6。在安全性方面，在移動IPv4中必須依賴自己的安全機制，通過靜態(tài)地配置“移動安全關聯(lián)”來完成這些功能，增加了負擔。移動IPv6使用IPSec來滿足更新綁定時的所有安全需求（發(fā)送者認證，數據完整性保護，重傳保護等

33、），也就是說移動IPv6的安全性是建立在IPv6的安全機制之上的，這樣對移動IPv6就可以省去很多用來應付安全性的工作。IPv6在解決路由的低效性、入口過濾等問題方面也較IPv4有自己考慮的解決的方案。</p><p>　　5移動IP技術發(fā)展三部曲</p><p>　　5.1 IP業(yè)務與移動通信結合的第一步：在電路交換的移動通信網絡中引入IP電話業(yè)務</p><p>

34、;　　IP電話是一種新的電話業(yè)務，是在IP網絡承載話音技術創(chuàng)新的產物。它把話音進行壓縮編碼，打包分組，路由分配，存儲交換，解包解壓縮等變換處理，在IP網絡上實現(xiàn)話音通信。因為它的分組特性有效地利用了網絡資源，降低了話音傳輸的成本，所以與傳統(tǒng)電話相比有成本價格上的優(yōu)勢。在固定網中，IP電話業(yè)務正在崛起?；诔杀旧系目紤]，在移動網絡中引入IP電話業(yè)務也是頗有發(fā)展前景的新業(yè)務。在我國，GSM移動網絡中引入IP電話是用戶關注的新業(yè)務，也是運營商

35、需要解決的技術問題。</p><p>　　5.2在GSM網絡中引入IP分組數據業(yè)務：GPRS</p><p>　　GPRS是移動通信網絡向分組化發(fā)展的一個里程碑。GPRS是一個從空中接口到地面接入網再到核心網絡部分都分組化的數據通信網絡。GPRS的分組化實質，使得空中接口頻譜利用率與地面接入網帶寬利用效率都得到極大地提高。同時誕生了“按流量計費”這種更加合理的資費政策，使得運營商可以宣稱：

36、讓用戶24小時在線，只有點擊的時候才計費。GPRS掃除了阻礙無線互聯(lián)網應用得到普及在技術和成本兩方面的障礙，必將加快移動互聯(lián)網應用的普及和推廣。GPRS的骨干網將借助于IP網絡和互聯(lián)網絡能夠無縫互通互聯(lián)。對用戶來說，移動終端使得原先需要龐大昂貴的PC才能使用的互聯(lián)網以一種更為簡單便捷、親切易用和廉價實用的方式出現(xiàn)，也更加易于為廣大普通百姓所接受。移動性將大大促進互聯(lián)網應用的普及?？梢源竽懙仡A言，互聯(lián)網和移動通信的結合，會使得以前曲高和寡

37、的數據業(yè)務以廉價實用的方式進入尋常百姓家。</p><p>　　5.3第三代移動通信網絡的發(fā)展方向將是一個全IP的分組網絡</p><p>　　第三代移動通信的發(fā)展是在固定網絡向寬帶電信級IP網絡發(fā)展的大背景下進行的。第三代移動通信的核心網絡將采用寬帶IP網絡。在此IP網上，承載著從實時話音、視頻到Web瀏覽、電子商務等多種業(yè)務，是電信級的多業(yè)務統(tǒng)一網絡。寬帶的IP網絡將是分層的：物理承載

38、可以是IP over DWDM、IP over SDH、IP over ATM等多種方式，IP協(xié)議是主導的網絡路由與尋址協(xié)議，網絡控制由Call Server服務器實現(xiàn)，而網上的業(yè)務則由眾多的第三方智能業(yè)務提供商提供。實現(xiàn)了傳輸網絡、網絡控制、業(yè)務提供的分離。相對與傳統(tǒng)網絡、網絡安全性、業(yè)務質量保證、新業(yè)務提供的便利性、業(yè)務種類的豐富性以及開放系統(tǒng)帶來的廣闊商業(yè)機會都是無可比擬的。</p><p>　　第三代移動

39、網絡發(fā)展的初期將繼承現(xiàn)有移動網絡的基礎設施，如移動交換機</p><p>　?。∕SC/VLR），歸屬位置登記（HLR）數據庫等；在業(yè)務發(fā)展初期，電路型業(yè)務如話音，電路型多媒體業(yè)務將仍然由MSC網絡承載，而分組數據業(yè)務將由GSN分組交換機承載，形成電路和分組兩套網絡并存的局面。但隨著分組業(yè)務量的急劇增長和IP技術的完全成熟，所有的業(yè)務將會統(tǒng)一到IP網絡，形成一個真正的綜合業(yè)務網絡。</p><

40、p><b>　　6結束語</b></p><p>　　IP技術和移動通信技術的完美結合，正使得數據通信發(fā)生與語音通信一樣的深刻變革。雖然現(xiàn)有的移動IP技術還有很多不足之處，IPv6方案也還沒有最終完善。但是有一點我們是可以肯定的，那就是基于移動IP技術的第三代移動通信系統(tǒng)和Internet網絡相結合，提供高速、高質量的多媒體通信業(yè)務必將是大勢所趨。它將締造人類個人通信的美好藍圖：人類將