一般而言,SIP 較 Mobile 適用於 VoIP 的使用。原因在於 Mobile IP 其已知 問題包含前面所述的 triangle routing 問題及 encapsulation 額外的負擔,並且 需要獨一無二的 home IP address 來做 MN 身份的辨別。 其中 triangle routing 可 由 routing optimization 來解決;但必須要做的 encapsulation 而產生之額外負 擔對於 VoIP 的媒體 media 傳輸會造成相當大的影響,尤其是使用低位元傳輸率 (low-bit rate)的影音封包其封包內可存放的資料內容本來就短,再加上 encapsulation header 將會使得傳輸效能相當差。
在此小節中姑且不論 MIP 及 SIP 對 VoIP 的適用性,我們將探討此二者在於跨 網域交遞的中斷時間, 而此處的時間分析皆以“已知新網域服務代理人" 為前 提。
如圖 2-7 所示為 SIP 情形下的跨網域交遞(Inter-domain handoff)訊息流程,
當 SIP MN 進入 Visited Region 時使用 DHCP 獲得在新網域的 IP 位址,之後使用此
t
arp: 作ARP (address resolution protocol)撿查此IP有無已被使用所 花的時間t
h 從MN往home 的round trip timet
mc MN與CN間的round trip time圖 2-7 SIP Inter-domain handoff
如圖 2-8 所示: Mobile IP 在做跨網域交遞時 FA 存在的情形下在恢復連線 之前的動作,包括一開始進入新網域主動發出 router solicitation 以要求 FA 發 出 Advertisement 以獲得新網域之 Care-of Address,然後以此 Care-of Address 對 home agent 發出註冊的動作,接著對 CN 發出 binding update 指示 CN 往 MN 新 的位置通訊:
所需花費的時間一共為
2t
s+ 2t
h+ 2t
mc圖 2-8 Mobile IP Inter-domain handoff with FA
如圖 2-9 所示;:Mobile IP 在做跨網域交遞時若 FA 不存在時的情形。在此 情形下需自行靠 DHCP 去獲得 IP,其運作過程與 SIP 跨網域交遞相類似。僅是 SIP registration 換成 MIP registration, INVITE 的動作換為 binding update。
在恢復連線前的中斷時間為:
4t
s+ t
arp+ 2t
h+ 2t
mc圖 2-9 Mobile IP Inter-domain handoff without FA
由以上分析可知 mobile IP 在跨網域交遞上的表現較 SIP 更佳。然而這 MIP 和 SIP 二者在恢復連線前仍需花費上述中斷時間。而敏感於中斷時間的多媒體應用 程式需將中斷時間降至 150ms 以下才感覺不到中斷,需要花一定時間在交遞 MIP 和 SIP 仍然會造成可感覺中斷的發生。
2.4
相關論文探討Mobile IP 提供了無線網路設備(Wireless Device 或 Mobile Node; MN)在移 動時其上層應用程式(Application-Layer program)得以繼續連線。然而無線網路 設備在進行無線網路基地台交遞(AP handoff)時,無線網路設備必須進行新無線網 路基地台探索(Probe)及連接,會有一段未連線的時間。並且在無線網路設備尚未 通知原對應端(Corresponding Node; CN)前,CN 仍會利用舊的 IP 傳送封包 (Packets),以至於會有部份封包會移失。上述探索、連接的程序往往會花掉過長 的時間,使得無線網路設備無法達成快速或無接痕(seamless)的交遞,進而造成上 層通訊層或應用層交遞(Application handoff)過程的中斷。對於一些有服務品質 (QoS)要求或即時(real-time)的應用程式而言,不夠快速的交遞會造成使用者感覺 得出來的短暫中斷。
而針對快速交遞的問題,過去已經有一些解決的方法
2.4.1 Mechanisms and hierarchical topology for fast handover in
wireless IP networks
此方法運用階層化網路(Hierarchical topology)將網路分為網域(Domain),
次網域(sub-domain),交界路由器(Cross-router)和基地台(AP)四層。當 MN 進入 到 domain 後,會得到一個 IP,MN 在此 domain 內都使用這 IP。當 MN 在基地台層 移動時,舊的 AP 會將封包重傳至新的 AP,再轉到 MN。若是在 sub-domain 移動,
封包在網域層會被 multicast 到所有 sub-domain 層路由器,再轉到新的基地台。
此法中由於 IP 不須改變所以省去了註冊程序,但是封包經被大量 multicast 傳送,
增加了網路的流量。
2.4.2 Low latency handoff for wireless IP QoS with Neighbor Casting
此方法進一步將 2.4.1 方法中 multicast 傳送去除以減少網路的流量,改用 Layer 2 的 MAC 封包傳送方法,由舊 AP 使用 MN 的 MAC address 來轉送封包。 但 這是必須要等到新的 AP 通知舊 AP 後,舊 AP 才能將封包轉傳,由於是直接利用 MAC 位置, MAC 不會因 handoff 而改變, 新 AP 不需等 MN 做好註冊或 IP 要求後才通 知舊 AP, 所以舊 AP 可以儘早將封包轉傳到新 AP 後再轉送到 AP。
2.4.3 Link layer assisted mobile IP fast handoff method over wireless LAN Network
此方法也是利用 MN MAC address 轉送的方法來達成快速 handoff,但是它用一 個實體的 MAC layer bridge 轉送器,配合 MAC packet filter 及 database 來管制 MAC 封包的轉送,當 handoff 發生時,舊 AP 通知 MAC bridge 允許 MN 的 MAC 封包 透過 bridge 傳送到其它網域的 AP 上,待 MN 進入新 AP 後就可取得剛才保留住的 MAC 封包。 但是此 MAC bridge 必須連接許多的 AP 才可以達成此方法。
2.4.4 Summary
上述這些方法都是 MN 移動到新的基地台後, MN 才開始尋找新的服務代理人 (Service Discovery)及進行位置更新, 使得交遞延遲過久,因此另有文獻提出預 先註冊(Pre-Registration)的機制來加快交遞。但這些預先註冊方法都假設已經知
道鄰近網域中的服務代理人,而沒有提到如何去找到這些服務代理人。
因此我們需要一個方法除了能夠找出鄰近的網域(Neighbor Discovery)外,還能 讓 MN 在移動之前可以先向鄰近的網域(或次網域)找出服務代理人並進行相關資源的 保留,以便能作快速交遞。若 MN 可以進一步偵測出自己行進的方向,則更可減少對 鄰近網域作相關資源的保留,以免造成資源的浪費。
Neighbor Discovery 的方法有很多種, 最常見的就是 profile 型式,在網路 架設之初就已經明定好了鄰近網域及其服務器的位置,網域內的成員很容易可以得 知他鄰近有哪些網域及服務器。但是一般而言,從 IP 位址不能看出地域上的鄰近 網域,即 MN 不能由自身的 IP 得知鄰近網域的 IP 位址資訊。所以必須要有一套方 法能讓網域內的 MN 取得正確的鄰近網域資訊及其服務代理人位置。
第3章 縮短跨網域交遞延遲的方法
在本章節中,我們將以詳細說明作跨網域交遞 (Inter-subnet handoff)時網路 各層的改進方式,包含在各層中花費最多時間的網路層交遞改進方法: LAMP (Location-Awared Mobility Management Protocol); 鏈結層交遞改進方法: AP Direct association;應用層交遞改進方法:Foreseed Duplicated Connections。
首先我們將在 3.1 節中介紹整體跨網域交遞所需花費的時間。在 3.2 節中將介紹 LAMP(Location Awared Mobility Management Protocol)方法並以 SIP 網域環境 為實例來說明其架構、概念及其訊息流程,包含其如何預先獲得鄰近網域的資源及 其如何達到快速交遞的方式。在 3.3 節中我們將介紹基地台強迫接續(AP direction association)方法,包含做預先探索和及強迫鏈結至下個 AP 的時機以及如何選擇 下一個連向的無線基地台,及防止在二無線基地台間連結時所產生的乒乓效應的方 法。 在 3.4 節中我們將介紹猜測式多重連線(Foreseed Duplicated Connections)
方法 的原理及其如何選擇要建立 duplicated connections 的方向。最後在 3.5 節 中我們將介紹將以上三種方法整合在一起以達到最短的 handoff 時間,並且能大幅 降低在 3.4 節中提到 Foreseed Duplicated Connections 方法所造成的大量頻寬浪 費。