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具最佳化繞徑之行動區網設計

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Academic year: 2021

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(1)具最佳化繞徑之行動區網設計 A Mobile Network Design with Routing Optimization Feature 陳政揚 逢甲大學電機研究所. 王壘 逢甲大學電機系. m9003112@knight.fcu.edu.tw. lwang@plum.iecs.fcu.edu.tw 路位址(IP Address)),促使行動通訊協定 (Mobile IP)技術的發展,同時也成為未來需 要深入研究與改良的重要議題﹝2 ﹞ 。. 摘要 本論文 以 Mobile IP 為基礎並延伸其加封 技術(IP-in-IP Encapsulation),完成行動代理區 網之設計( Mobile Agent Design for Mobile Network) 。在可移動式網域的概念下,本論文 考量整個行動式網路的移動性,建立一套更完 整的行動管理方法,以符合時代應用的需求 。 本論文針對一個行動式網域(Mobile Network) 的雛形環境,並以現有 Mobile IP 協定中的 Route Optimization 為概念,發展一新的服務機 制,其目的為整合網際網路與無線區域網路, 提供行動式網域能夠在固定式傳統網域的基 礎之下,自由的移動它的位置,並且相容於行 動計算的環境提供更完善、更穩定的行動通訊 服務。. 關鍵詞 :行動 IP;行動代理;可移動式網域. 一、概論. 以往固定 IP 的定址與路由繞徑方式是以 有線環境為主,並無針對主機移動情況作考 量,故無法直接將有線技術及協定使用在無線 環境上,若考慮主機從所在位置移動到另一個 網域時,勢必要更換主機的 IP 位址,導致原 來所要傳送給此主機的封包資料會因為此主 機 IP 的改變而無法接收。而且更換 IP 位址後 必須重新啟動網路設定,程序十分煩瑣且耗 時,縱使重新設定完成,當下次又移動到其他 網域時,免不了又要再重新設定。以傳統網路 傳輸型式而言,其主要問題的發生原因在網路 層之 IP 路由繞徑及管理上,因此如何對行動 裝置的使用者持續不斷地提供無線的網際網 路服務,在網路層的網路路由及管理上即成為 一 項 頗 具 挑 戰 性 的 任 務。 Mobile IP 的 提 出 ﹝5﹞,其目標就是希望縱使使用者設備實體 網路媒介隨時在更換,也無需改變 IP 位址來 保持通訊不中斷。 由於 Mobile IP 技術主要考量在網路層, 並且需要探討將新的封包訊息加入行動式通 訊協定的架構中﹝6﹞,而本研究則更一步考 量整個行動式網路的移動性,建立一套更完整 的行動管理方法,以符合時代應用的需求。本 論文針對一個行動式網域(Mobile Network) 的雛形環境﹝1﹞,並以現有 Mobile IP 協定中 的 Route Optimization 為概念,發展一新的服 務機制,其目的為整合網際網路與無線區域網 路,提供行動式網域能夠在固定式傳統網域的 基礎之下,自由的移動它的位置,並且相容於 行動計算的環境提供更完善、更穩定的行動通 訊服務。. 隨著近年來網際網路以及無線通訊市場 快速成長,使得現有無線通訊產品也必須迎合 市場的需求,走向模組多元化、資料數位化、 多媒體支援、以及無邊際地漫遊的整體趨勢 , 現今已無人懷疑此二者終將匯流,人們得以隨 時隨地利用輕便的無線裝置擷取或傳達資 訊。而由技術的觀點觀察,採用 IP 做為各種 不同通訊網路間的界面協定也是無線網路的 發展趨勢,而且無線通訊與網際網路結合之軟 體應用,勢必也將成為未來的主流趨勢;然 而,考量將無線通訊數據連接系統技術,取代 原有需要佈線的固接網路環境,在通訊層面雖 可達成移動的效果,但網路的傳輸、路由繞徑 (Routing)與管理上,因無線環境與有線環 境大不相同而須進一步研究與改良 (例如使用 者移動時無法取得或無法繼續使用原來的網. 本論文在第貳章將先介紹基本 Mobile IP ﹝7﹞的功能並說明本論文提出 Mobile Network 之架構與需考量的因素。第參章則討論 此架構在 Mobile IP 協定下之修改重點。第肆 -1-.

(2) 章為測試環境的介紹及測試結果的分析。第伍 章結論中歸結出未來相關的研究方向及應考 慮的重點。. 主機。 (2) 註冊(Registraion): Mobile IP 協定在註冊程序中,使用 了要求訊息(Registration Request) 和回應訊息 (Registration Reply)兩 種訊息格式,透過此兩種訊息的交 換,可使 HA 得知 MN 目前所在何 處,其程序如圖 1 之步驟 1~4 所示。. 二、Mobile IP 與 Mobile Network 近幾年來由於無線通訊技術的快速發 展,行動計算已成為電腦通訊領域中備受矚目 的一環,原本需透過傳統線路連接以存取網路 資訊的方式,逐漸轉由無線上網的方式來取 代,如此可隨時隨地上網取得最新、最重要的 資訊,對講求時效的商業行為更加顯得有吸引 力。而為了達到行動計算的目的,在網路路由 繞徑及 IP 位址的管理,新一代無線通訊的 IP 標準(Mobile IP)就因此而產生。. (3) Tunneling:. 在 Mobile IP 的網路中,移動性(Mobility) 一詞是指行動中的主機在不同的網域間漫遊 時 , 可 以 保 有 本 身 固 定 的 IP 位 址( Home Address) ,而不需要對此 IP 位址作改變,免除 應用程式需重新啟動並設定 IP 位址連線的困 擾,這也就是 Mobile IP 技術﹝5﹞。在 Mobile IP 的協定中共有四個主要元件: (1)MN(Mobile Node):在網際網路上可任 意移動改變網路連接點( point of attachment)之主機,如手提電腦、PDA。 (2)HA (Home Agent):MN 之 IP 位址的 原始 Home Network(HN)中的路由 器,當 MN 離開時負責通道(Tunneling) 之維持與加封轉傳封包到 MN 目前所 在位置,並且負責紀錄 MN 目前位址的 資訊。( HN 指 的 是 與 MN 網 路 識 別 (Network-ID)相符合的網域,不符合 的網域則為 Foreign Network(FN))。. 在通道傳送技術中,透過 Agent 間 的連接,傳送端(Source)會將資 料加封 ( Encapsulation)後 送 入 通 道,接收端(Destination)會將資料解 封( Decapsulation)後,再 傳 送 給 接收端,完成資料傳送。圖 2 表示 Tunneling 之情形,當 MN 離開 HN 後 , 資 料 傳 送 路 徑 為 CN->HA->FA->MN->CN,此為正常 傳送路徑,也稱為三角繞徑 (Triangle routing)。此傳送路徑雖 然可將資料安全傳送至目的地,卻 容易造成傳輸媒介擁擠 ,大大地降 低 網 路 效 能。 如 能 利 用 最 佳 繞 徑 (Route Optimization)﹝9﹞技術簡 化此傳送路徑 ,即可改善其傳送效 能。 Home Network. Registration Request. Home Agent. 2. Foreign Network. 1. 3 Registration Reply Foreign Agent. 4. Mobile Node. Internet. Correspondent Node. (3) FA(Foreign Agent):存在於 FN 網域 上的路由器,提供 MN 移入時暫時 IP 位址、轉傳封包及 Tunneling 維護等服 務。. 圖 1:Mobile IP 之 Registration Home Network Home Agent. (4)CN(Correspondent node):網路上其它 之任意節點,將與 MN 透過 Mobile IP 通訊。. Foreign Network. Triangle Routing Correspondent Node. 在 MN 由 HN 移至 FN 的過程中,必需經過以 下三個基本程序:. Foreign Agent. Mobile Node. 圖 2:Triangle routing Mobile IP 只是針對單一 MN 移動時提供 行動性的網路服務;若考慮運用在實際的環境 中,長途旅行多半是利用公眾的大型交通工 具,如火車、客運汽車、甚至是飛機,這些長 程交通工具在行動通訊的服務上將形成一個 或多個網域(Subnet)的移動,則目前 Mobile. (1) 廣播(Advertisement) : 各地的網路代理者(Agent)會週期性 的作廣播(Broadcast)Advertisement 的 動作,發送載有關於 COA 訊息之 Agent Advertisement 封包給區域網路上的每個. -2-.

(3) IP 就無法應付這種應用的形式。. 時,接收所在網域中的 Advertisement 訊 息,並偵測目前所在位置為 Home Network 或是 Foreign Network,若為 Foreign Network 則執行 Registration 程序,若為 Home Network 則執行 Deregistration 程 序;而 Mobile Network 設計則必須加入 Mobile Agent 的考慮與設計。. 在 以 往 Mobile IP 的 相 關 研 究 上 並 無 Mobile Network 類似的考慮被提出,我們可將 Mobile Network 的連線架構以圖 3 來表示。圖 中與 Mobile IP 架構最大的差異在可移動代理 者(Mobile Agent;MA)上,這是原始 Mobile IP 所沒有的元件功能。在 Mobile Network 中, 當 MA 所負責的網域移動時,MA 不只要有像 MN 的處理能力,還必須能像 Agent 在網域內 發出 Advertisement 訊息提供給移入的 MN 作 為執行註冊程序的依據 ,所以 MA 在 Mobile Network 架構中扮演著對外像是 MN,對內像 是 Agent 的雙重角色。. 在 Mobile Network 架構中,當整個 MA 所負責的網域移動時,MA 不只要有 像 MN 的處理能力,還必須能在網域內週 期性發出 Advertisement 來使 MN 得到所 需的 COA 位址,也就是說 MN 的 COA 位 址 是 可 由 MA 來 設 定。整 個 Mobile Agent 對 Advertisement 訊息管理流程可 由圖 4 來表示,最大不同之處在於 MA 在 完成本身註冊程序後發出 Advertisement 訊 息 時 將 COA 欄位設定為 COA MA (即 FA MA ),MN 所得的 COA 就是 COA MA 。. Correspondent Node. I n t e r n e t. Home Network Home Agent. Foreign Network. Start. Foreign Agent. Mobile Network Mobile Agent Receive Agent Advertisement. Mobile Node. Mobile Nodes. The subnet is moving away from its home network to another network together with some MNs which at its network A s ubnet is part of home network.. NO Change COA ?. YES. 圖 3:Mobile Network 基本架構. Stay Home Network ?. NO. 1.Change COA 2.Register to HAMA. YES. 本研究是以 Mobile Network 雛形環境 ﹝1﹞為 基礎 ,以解決雛形環境的多重繞送 問題 (如 RFC2002 所 述 ) 。 有 鑑 於 此 , 本 研 究 即 對 RFC2002 考慮 Mobile Network 的支援下,RFC 2002 規格中加入一些新的策略 (policy),例 如定義新的元件、新的封包欄位、訊息交換方 式等,但先決條件為不修改原本 Mobile IP 協 定之條件之下進行。. 1.Change COA 2.Deregister to HAMA. Send Advertisement. Accept the Reg. Request form MN and relay it to HAMN. YES. MA complete Registration procedure ? NO Issue Advertisement that MA is busy. 三、Mobile Network 設計 圖 4:Mobile Agent 對 Advertisement 訊息管理 之流程圖. 在 Mobile Network 架構中,當 CN 欲傳遞 資料至位於 Mobile Network 中的 MN 時,其 傳遞過程將較 Mobile IP 更為繁複 ,本研究即 針對 Mobile Network 架構在資料封包之路由 控制上,選擇以修改 IP 表頭法的控制方式, 並配合 Route Optimization 的技術 ﹝4﹞,有效 縮短封包繞送路徑。在繞徑最佳化下,FA MA 如何轉傳 MN 封包,本研究考慮繞送方式為 Proxy 方式,考量 Mobile Network 所應加入的 擴充與修改,其研究之重點及結論如下:. (2) Registration 程序 在 Mobile IP 中 註 冊 時 使 用 了 Registration Request 和 Registration Reply 兩種訊息,在 Mobile Network 架構中也同 樣使用這兩種訊息格式,不過在註冊程序 上卻有非常大的差異。在 Mobile Network 架構中,MA 扮演了非常重要的角色。以 下將完整的註冊程序分為兩個部分來說 明:. (1) Advertisement 程序的修改. A. Mobile Agent 的註冊程序:. 在 Mobile IP 協 定 中 , 針 對 Advertisement 程序只需要考慮 MN 移動 -3-.

(4) MA 的註冊程序大致上與 Mobile IP 協定中的 MN 註冊的程序相同,如 圖 5 中步驟 1 至步驟 4. 假設 MA 以及在 MA 網域中的 MN 皆成功的完成註冊程序,以 COA MA 表示 MA 在 FN 取得的 COA 和 COA MN 表示 MN 在 Mobile Network 取得的 COA。MNs 在完成註冊後 ,HAMN 根據所記錄 MN 的 MI 資訊( MN ó COA MA ),在如下三種情 況下發出 Binding Update 訊息:<1>收到 傳送給 MNs 的封包、<2>收到 Binding Warning、<3>收到 Binding Request。. B. MN 的註冊程序: 當 MN 移動到 Mobile Network 網域 中,其註冊的程序與在 Mobile IP 協 定中的 MN 有非常大的改變。在圖 5 中,步驟 5 至步驟 11 為 Mobile Network 網域中 MN 的註冊程序, MA. HAMA. FA MA. 1.Send Reg. Request to HAMA. 當 CN 欲傳送封包給 MN,封包根據 網路繞送規則送至 HA MN,HAMN 依據 MN 的 MI 資訊將封包訊息加封送出,封包經 轉傳後由 MN 接收。HA MN 在加封封包 後,便立刻根據原始封包表頭的來源位址 當成目的位址送出 Binding Update 訊息給 CN 如情況<1>,CN 收到此訊息時除回應 確認訊息( Binding Acknowledge )外,還為 此 MN 建立 MI 訊息。CN 依據此 MN 的 MI 訊息,直接將封包加封送至 FA MA,再 經 MA 轉傳至 MN,其封包傳送路徑為 CN=>FA MA =>MA=>MN,無需再經 HA MN 和 HM MA 加封及轉傳動作,其傳送路徑如 圖 6 所示。此過程還需考慮的重點為 FA MA 如何將 MN 的訊息轉傳至 MA,本研究提 出以 Proxy ARP 方式。. 2.Relay Reg. Request to HAMA 3.Send Reg. Reply to MA. ). MN 5.Send Reg. Request to HAMN. 4.Relay Reg. Reply to MA. 6.Relay Reg. Request to HAMN. HAM N 7.Relay Reg. Request to HAMN 8.Send Reg. Reply to MN. 11.Relay Reg. Reply to HAMN. 10.Decapsulate and Relay Reg. Reply to MA. 9.Encapsulate Reg. Reply to MA. 圖 5:Mobile Agent & Mobile Node 的註冊訊息 交換之流程圖 前提是 MA 必須成功的通過註冊程 序。圖中值得注意的是步驟 8 及步 驟 9,假設 MA 成功完成註冊的程 序,從 FA MA 取得 COA MA 位址,並 且 在 HA MA 紀 錄 了 MA 之 Home Address 對應到的 COA MA。因此, 當 Mobile Network 網域中的 MN 送 出 Registration Request 的請求訊息 時,會經過 MA 及 FA MA 然後再透過 Routing Protocol 將 訊 息 繞 送 到 HA MN ,此時 Tunneling 所建立的通 道資料是 HA MN Address 和 MA 之 Home Address,所以當 HA MN 要送 出回應的 Registration Reply 封 包 時,其 IP 層來源位址欄位存放的是 HA MN Address,目的位址欄位存放 的是 MA 之 Home Address,由 HA MN 送出的回應封包會被繞送到 MA 之 Home Network , 此 封 包 將 會 被 HA MA 接收並且利用 MA 之 Home Address 所 對 應 到 的 COA MA 作 IP-within-IP 的加封動作,之後 FA MA 再將此封包解封並傳送給 MA,最 後 MA 再將此 Registration Reply 封 包送給 MN。. CN list: MN's Home Add ó COA MA. MN's HA list: MN's Home Add ó COAMA. MN ’s CN. D:C O AMA S: MN's CN Add. D: MN's Home Add S: MN's CN Add. MN ’s HA. payload. Internet. FA. MA’s HA D: MN's Home Add S: MN's CN Add. MA's HA list: MA's Home Add ó COA MA. payload. Mobile Network Mobile Agent. D: MN's Home Add S: MN's CN Add. payload. MN. 圖 6:封包傳遞流程圖 ARP 協定是負責將 IP 地址和網卡實 體地址 (MAC)之間的轉換,而 ARP table 的建立會因系統實作而有所不同。ARP table 中的每個 Entry 在建立時都有其有 效時間,並無法即時作有效控制。其中 Entry 被刪除原因如下 :<1>Entry 的有效 時間變為零、<2>ARP table 有一定的大 小,若 Entry 數量過多,會刪除使用次數 較少的 Entry。雖然無法將 Entry 即時刪 除,卻可以使用 Proxy ARP 來作有效的更 新,來使 MA 減輕負載並完成換手( Hand off )動作。以下分別考慮如下兩種情況: <1>單一 MN 移動至 Mobile Network、<2> 整個 Mobile Network 移動。由於所考慮部 份為 MA 如何使 FA MA 轉傳 MN 訊息,移 動後所需進行動作如本章前半部所述,在. (3) 資料封包的傳遞. -4-.

(5) 此將不詳加敘述。. 系統而有所不同,不過,因 ARP table 屬 於實體層,其轉送速度也較快。. 情況一:單一 MN 移動至 Mobile Network. (4) 小括號編號(1)、(2)等,並與本文內容 上下保持一行之間距。. 前提為 MA 完成註冊程序。當單一 MN 移 入 Mobile Network 並 完 成 Registration 程序後,接下步驟如圖 7 所 示,MA 立即針對單一 MN 向 FA MA 發出 Proxy ARP , FA MA 便 建 立 ARP entry ( MNóMACMA )。此時 FA MA 若接收 CN 傳送給 MN 的訊息時,便根據 ARP table 中的 entry ( M NóMACMA )將訊息送至 MA,由 MA 轉傳至 MN。. 四、初步之實驗結果 為驗證本論文所提出之 Route Optimization 架構的正確性,並評估其傳輸效率、 觀察影響效能之主要因素,本研究亦利用既有 的實驗環境 Mobile Network架構下建立 Route Optimization 模式,本章將對 Mobile Network 架構之 Route Optimization 模式實驗環境平 台之建立以及系統效能測量作完整之介紹與 說明。. MN 移入 Mobile Network 時接收 MA 所發出 Advertisement 訊息並向 HA MN 完 成 註 冊 程 序 , MA 因 此 建 立 MN 的 Mobility Binding。 此 時 MA 可藉由此 Binding 的存活時間( Lifetime )和 是否轉 送或接收 MN 訊息來確定 MN 是否存 在。若 MN 移至他處或關機,MA 同樣針 對單一 MN 向 FA MA 發出 Proxy ARP, FA MA 更 新 ARP entry( MNóMACFA MA ),關於訊息 MN 將 不再轉傳至 MA ,因而減少 MA 負載。 MN. 我們利用既有之實驗室網路環境及設 備,在 Mobile Network 環境實際建置完成 Route Optimization 模式,其網路環境架構如圖 8 所示。本文以上述之各種流量大小為模擬依 據,針對 MNs 在理想獨占頻寬(ideal)以及 1 Mbps 至 8 Mbps 各種條件之下,分別測量 MNs 的註冊時間、以 Ping 方式所測傳輸反應時間 及以 FTP 方式來接收大量資料方式的傳輸時 間。就註冊時間而言,在網路流量 0、2、4 及 8 Mbps 和 MA 是否忙碌條件之下,以 1、4、 7 及 10 個 MNs 為測試基準,分別量測其中的. Binding ó CoAMA D CoA MA. S CN. MN. CN. CN. payload. FAMA. (2). MN ó MACMA. F CU Gat eway. Int ern et Proxy ARP. (3). MN. CN. payload. EE R outer. (1) 100M bps Hub. MA. MN R outer A. R out er B. (4) MN. CN. F oreign Agent 1. payload. 100M bps Hub. C orres pondent N ode. 100M bps Hub. Router C Mobile Agent ( MA ). 圖 7:使用 Proxy ARP 方式之封包傳遞流程圖 MN 's H ome Agent. 情況二:整個 Mobile Network 移動. MA's Home A gent. 100M bps Hub. Mobile Nodes ( MNs). Mo bile Ne tw ork. 前提為 MA 完成註冊程序。若 Mobile Network 中有多個 MNs,每個 MN 需重新 註冊後,MA 針對每個 MN 向 FA MA 發出 Proxy ARP 訊息,FA MA 根據每個 Proxy ARP 訊息建立每個 MN 的 ARP Entry, MA 便依據此 ARP table 轉傳 MNs 訊息。 MA 對 MNs 的控制如情況一所述 Binding 的存活時間及接收或轉傳 MNs 訊息,MA 必需針對每個 MN 執行相同步驟,MN 數 量的增加會因此加重 MA 負載。. 圖 8:使用 Proxy ARP 方式之封包傳遞流程圖 最長註冊時間。就以 FTP 方式傳輸時間而言, 在網路流量 0、2、4 及 8 Mbps 和 MA 是否忙 碌條件之下,以 1、4、7 及 10 個 MNs 為測試 基準,分別量測其中的最長傳輸時間。就以 Ping 方式所測傳輸反應時間而言,分別對 MA 及單一 MN 在理想、1、3、5 以及 7Mbps 情況 之比較,上述的每種情況皆反覆進行多次測 試,以下即所作之測試結果:. 雖然 MA 可藉由對 MNs 的控制來減 輕負載,但必須針對每個 MN 發出一個控 制信號且 ARP table 的時效性較不易控 制,ARP table 的 entry 數量也因個別實作. (一) 註冊時間統計資料結果 將整個 Mobile Network 移動,以便測試其 -5-.

(6) 註冊時間,有關 MNs 之註冊時間依兩種情況 討論,情況一:MA 清閒,情況二:MA 忙碌。 並且根據上述之條件為模擬依據所測量之結 果,並將結果分別以圖 9 及圖 10 表示之 。圖 中之 Y 軸為註冊時間 (單位為 ms)、X 軸為流 量(單位為 Mega),以 MN 數量為測試基準, 分別量測 1、4、7 及 10 個 MNs 時所需註冊時 間。. 1. 800 單位:ms. (2) 註冊時間會因網路流量、MN 數量及 MA 忙碌與否而所有不同,圖 9 及圖 10 皆可得到印證 ,就最壞情況(網路 流量為 8Mbps、MN 數量為 10 及 MA 忙碌)而言,其註冊時間為 672ms,表 示 Mobile Network 移動時轉換新 FA 之平均間隔時間不得低於 0.7 秒 , Mobile Network 才可能正常運作 。此 結 果 顯 示 相 當 重 要 的 訊 息 :Mobile Network 於換手時所需時間。. 600. 4. 400 200. 就圖 9 與圖 10 的直接比較,可發現 MA 本身是否有其它的傳輸負擔,並不致對註冊時 間產生太大的影響 ,此點對 Mobile Network 以 Agent 的方式管理之可能性無異為一大激 勵,因按一般常理而言,FA 不僅要管理轉送 這些控制訊號,同時也要負責它資訊的發送和 轉傳。. 7. 0 0. 2. 4. 6. 8. 10. 流量(Mega). 單位:ms. 圖 9: MA 清閒時之註冊時間統計. 1. 1000 500. (二) 以 Ping 方式所測資料結果之比較. 4. 0 0. 2. 4. 6. 8. 流量(Mega). 分別對 MA 及單一 MN 在理想 、1、3、5 以及 7Mbps 各種情況下,由 CN 利用 ping 的 動作偵測連線的傳輸反應時間,上述的每種情 況之傳輸各反覆進行多次,在以下的敘述中, 所得的結果均以毫秒 (ms)為單位,分別以三種 情況為測試條件:A 情況為原 Mobile Network ﹝1﹞、 B 情況為加入 route optimization 功 能、C 情況為 B 情況下再加上 MA 忙碌,以下 即針對 MA 及 MN 所作之測試結果:. 7 10. 圖 10: MA 忙碌時之註冊時間統計 如圖 9 所示,註冊時間會依 MN 數量及網 路流量增加而有所增長為預期結果,以 MN 數 量為 1 個而言,網路流量依序增加,註冊時間 理所當然變大,而我們所應注重的是增加的幅 度,在流量為 0 和 2Mega 時,其間差距可說 相當小,隨著流量增加,在網路流量飽和點 50%和 60%情況下,其間差距可說變大許多 。 當網路流量以一定比例增加時,其所需註冊時 間並非等比例增加,而是以類似指數方式向上 增加,可預期的是當網路流量不斷增加時,註 冊時間將較難預測。. 表 1 為在 MA 移入 Foreign Network 後, 對 MA 所測數據,表 2 為在 MA 移入 Foreign Network 及 MN 移入 Mobile Network 後,對 MN 所測數據。由表 1 及表 2 結果可知: (1)表 1 中就 A 情況及 B 情況而言,MA 所做動作雖不同,但由數據看來並無太 差距,若再考慮 C 情況則有明顯差距。 表示 MA 在增加 route optimization 功 能,MA 並無增加負載。. 圖 10 與圖 9 所測條件唯一不同地方為 MA 是否忙碌,MA 為整個 Mobile Network 出 口,自然為網路流量的瓶頸所在,若 MA 本身 有額外負載動作需執行,自然無法全心處理 MNs 所需的服務,MNs 所需註冊時間必定延 長,但其走向與圖 10 相同。. (2) 表 2 中就 A 情況及 B 情況而言,因傳 迗路徑不同,所表現結果較表 1 不同, 但所在網域為皆為自行分割子網域,多 重繞送問題並不顯著。若考慮個別將之 置於網際網路的一處,成效更能突顯。. 經過上述之各種流量大小為模擬依據所 量測得知結果,由圖 9 及圖 10 中可知: (1) 圖 9 及圖 10 所測的註冊時間是在 MA 是否忙碌與否情況下進行測試,圖 10 所測時間必然較圖 9 長。其中最明顯 之處在於以網路流量飽和點 50% 和 60%情況下差距最為明顯 ,可知若網 路流量以等比例增加,註冊時間將以 類似指數走向增加。. (三) 大量資料傳輸時間之統計資料結果 本組實驗以 MA 及在 Mobile Network 中 的所有 MNs 皆完成註冊程序,觀測 CN 以 FTP 方式將資料傳送給所有 MNs 的資料傳輸時 間。在網路流量 0、2、4 及 8 Mega 在 MA 另 有其它傳輸工作(忙碌)的情況下,以 1、4、7. -6-.

(7) 及 10 個 MNs 為測試基準,分別量測其中的最 長傳輸時間。根據上述之各種條件為模擬依據 所測量之結果如表 3 所示,表中所顯示之數字 單位為秒。由表 3 可知:. 析,已充分證明本研究所提出的方法能正 常作業,並由實驗數據中發現若千影響效 能的重要因素; 但為落實無線的通線環 境,並進一步評估本研究所提出的 Route Optimization 的效果,本研究正進行環境 的無線化並針對有無 Route Optimization 的傳輸作效能比對 。. (1) 以網路流量飽和度之 50%及 60%為 測試基準所測的傳輸時間差距明顯 較大,可知若流量等比例增加,傳輸 時間會以類似指數方式變大。. (2) 修改 Mobile Network 架構以支援未 來 IPv6﹝3﹞時代的來臨. (2) 隨著網路流量、MN 數量及傳輸量的 增加情況下所測數據如預期相對增 大。 此部份是以三種不同方式進行註冊時 間、傳輸反應時間及大量資料傳輸時間的測 試。就註冊時間而言,主要目的在於當 Mobile Network 所需最少時間,就傳輸反應時間而 言,可看出本文所提方式有較佳效能,至於大 量資料傳輸時間而言,另一方案(Binding 方式) 因時間問題尚無法有具體結果,在此並無比 較。. 五、結論 在本論文中,我們提出了行動式網域的概 念以及實作出修改 IP 表頭之路由控制方法, 並 且 將 所 提 出 之 方 案 成 功 地 整 合 至 Mobile Network 架構中,提供與現有網路的相容性與 透通性,儘量避免對網路通訊協定的更改,並 改善了原本 Mobile Network 架構的多重繞徑 問題。本系統所建立的網域行動漫遊架構,主 要延伸 Mobile IP 最佳繞徑的概念來改善了網 域移動所造成的傳輸延遲。. Mobile Network 既整合了 Mobile IP 基 礎 架 構 與 應 用 特 性 , 並 完 成 Route Optimization 方案的建置,奠定將來後續 研究發展之基礎,未來亦可配合 IPv6 的 特性,朝向所適用之移動式網域方案繼續 探討,進而整合到新一代的 IPv6 網際網 路協定。 (3) 改 良 Mobile Network 以 支 援 hierarchical 的網路架構 原 Mobile IP 並未考慮 hierarchical 環境架 構,近幾年國外針對 Mobile IP 提出了 hierarchical環境架構之研究,此技術可減 低 MN 局部移動時所需的註冊時間,進而 提昇資料繞送之效能,因此若考慮 hierarchical 的 觀 念 , 提 出 網 路 層 的 hierarchical行動管理架構,將使網域架構 更為完善。 (4) 換手(Hand off) 換手﹝8﹞﹝10﹞為 Mobile IP 中的 重要課題之一,雖然本研究並未深入探 討,換手功能卻是延伸本架構特色的所 在,如能深入加以了解並加入此功能,使 整個 Mobile Network 真正能漫遊於網路 間。. 本論文之研究成果可歸納如下: (1) 提 出 一 套 網 域 移 動 的 最 佳 解 決 方 案,該方案除支援原 Mobile IP 之行 動節點之基本需求外,並解決多重繞 徑問題。. 誌謝. (2) 架構於現有的網路系統,對於原有的 網路通訊協定不須作任何的更改。. 本 研 究 接 受 國 科 會 計 畫 編 號 NSC91-2218-E-035-006 之部分經費補助. (3) 建立一套此最佳化 Mobile Network模 擬環境平台,提供未來進一步的改良 與發展。. 參考文獻 [1] 黃興進,”網際網路應用與管理 ”, 第十三. 在未來的相關研究上,除了繼續改進系統 的運作效能與討論系統需要修正之處 外,可往 整合 IPv6、支援階層式(hierarchical)的網路 架構等研究方向作進一步研究:. 屆國際資訊管學術研 討會無線網路應用研 討會,淡江大學,論文集 2,pp.163-172, 2002 年 5 月。 [2] 曾建超 ,”無線網際網路”,無線網路應用. (1) 改善實驗環境並作深入分析. 研討會,台中逢甲大學,pp.1-21,2001 年 5 月。. 雖然透過本論文所介紹的實驗分 -7-.

(8) RFC 2002, October 1996.. [3] S. Derring, R. Hinden, “Internet Protocol,. Version 6 (IPv6),” IEEE Potentials, Vol. 17, No. 2, pp.11-12, December 1998.. [8] C. Perkins, K. Y. Wang, “Optimized smooth. handoffs in Mobile IP,” Proceedings of the IEEE International Symposium on Co mputers and Communications, PP.340-346, March 1998.. [4] A. Giovanardi, G. Mazzini, "Optimization. routing and security features for transparent mobile IP," IEEE Global Telecommunications Conference, Vol.2, No.2, pp.880-885, 1998.. [9] C. Perkins, David B. Johnson, “Route Opti-. mization in. [5] C. Perkins, “Mobile IP,” IEEE Communica-. [10]. tions Magazine, Vol.35, No.5, pp.84-99, May 1997. [6] C. Perkins, Mobile IP: Design Principles and. Practices, Addison-Wesley, 1997.. W. Woo, V. C. M. Leung, “Handoff enhancement in mobile -IP environment,” Proceedings of the 5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications, Vol. 2, No.2, pp.760-764, 1996.. [7] C. Perkins, “IP Mobility Support,” IETF. 表1. 表2. 表 3 MNs 作大量傳輸的傳輸效能表. -8-.

(9)

數據

圖 4:Mobile Agent 對 Advertisement 訊息管理 之流程圖
表 3 MNs 作大量傳輸的傳輸效能表

參考文獻

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