移动MPLS及其关键技术

根据移动MPLS的原理，实现移动MPLS应解决三个问题：切换时延和通信中断问题、“三角路由”问题、ＱｏＳ问题。 １．快速切换技术 快速切换技术的目标是尽可能减少切换时延并保证在切换过程中通信不中断（即在切换过程中没有数据包丢失）。由于切换过程中需要在ＭＨ、新ＦＡ、新ＦＤＡ以及ＨＡ之间进行重新注册，所以注册机制越简单，切换时延越小。同时，ＭＨ和ＨＡ之间建立新PLS的时间越短，切换过程中数据包丢失的可能性就越小。

（１）切换前建立ＬＳＰ机制 这种快速切换机制的基本思想是在ＭＨ移动到新的外地子网或外地域之前建立新的ＬＳＰ。在分级移动ＭＰＬＳ中，若ＭＨ在相邻子网中移动，则在ＭＨ移动到相邻子网之前就在相邻子网内建立起ＬＳＰ；若ＭＨ在相邻域间移动，则在ＭＨ移动到相邻域之前就在相邻域中建立起ＬＳＰ。此机制中引入了主动ＬＳＰ和被动ＬＳＰ，主动ＬＳＰ是指从ＦＤＡ到ＭＨ当前所在外地子网ＦＡ的正用于传送数据的ＬＳＰ，被动ＬＳＰ是指从ＦＤＡ到ＭＨ当前所在外地子网所有相邻子网的ＦＡ的尚未使用的ＬＳＰ。 如果ＭＨ知道它将要访问的子网，就可以使用ＦＡ发现协议得到相邻子网内ＦＡ的ＩＰ地址，然后向这些ＦＡ发送带有访问时间的访问请求消息，这些ＦＡ收到访问请求消息后就可与ＦＤＡ建立一条被动ＬＳＰ。访问时间是指ＭＨ估计的从当前子网移动至某子网所需的时间。如果ＭＨ在访问时间超时前没有发送任何访问请求刷新消息，也没有移动到该子网，标签表中相应的被动ＬＳＰ条目就会被删除。ＭＨ移动到一个新的子网后，将向原来子网的ＦＡ发送一条更新消息，ＦＡ再将其发送到ＦＤＡ，这时中间路由器会将它们所保存的ＬＳＰ状态从主动ＬＳＰ改为被动ＬＳＰ。同时，ＭＨ将向新ＦＡ发送一条更新消息，该ＦＡ收到后也将其发送到ＦＤＡ，中间路由器将它们所保存的??前建立ＬＳＰ的机制中，切换发生时仅需通过一条消息就可完成ＬＳＰ的切换，大大减小了ＭＨ从一个子网移动到另一个子网的切换时延。该机制可以扩展到ＭＨ在不同ＭＰＬＳ域间切换的情况。

（２）基于组播的快速切换机制 　　这种快速切换机制是在ＦＤＡ和当前ＭＨ所在子网的ＦＡ之间，以及所有与该子网相邻的子网的ＦＡ之间均建立ＬＳＰ，这些ＬＳＰ形成一个组。当ＦＤＡ收到ＭＨ进行切换的请求后，将所有来自通信节点的数据包通过事先建立好的ＬＳＰ向所有相邻子网的ＦＡ进行组播。这样当ＭＨ移动到新的子网时，就可以立即收到来自通信节点的数据包。切换过程完成后，网络也会根据切换过程中的信息进行调整，登记新使用的ＬＳＰ，删除不需要的ＬＳＰ。

２．“三角路由”问题解决方案 　　在移动ＭＰＬＳ中，从通信节点发往ＭＨ的数据包首先被发送到ＨＡ，然后再由ＨＡ沿ＬＳＰ转发到ＭＨ，这就是所谓的“三角路由”问题。因为数据包的转发不是通过最优的ＬＳＰ送往ＭＨ，而必须通过ＨＡ进行转发，既浪费网络资源，又导致较高的传输时延。如果通信节点能够获得ＭＨ当前所在子网的ＣＯＡ，并在通信节点和ＦＡ之间建立ＬＳＰ，数据包就不必经过ＨＡ，可以直接通过通信节点和ＦＡ之间的ＬＳＰ进行转发，从而解决了“三角路由”问题。

（１）ＣＯＡ缓存机制 　　

ＣＯＡ缓存机制是在通信节点中对ＭＨ所在的一个或多个子网的ＣＯＡ进行缓存。当通信节点有数据要发往ＭＨ时，首先查找ＣＯＡ缓存表中与ＭＨ相对应的项，如果找到与ＭＨ绑定的ＣＯＡ，就用该ＣＯＡ在通信节点和ＭＨ当前所在子网的ＦＡ之间建立ＬＳＰ，并通过通信节点与ＦＡ之间的ＬＳＰ发送数据包，而无需通过ＨＡ转发。

开始时通信节点中不存在与ＭＨ相关的ＣＯＡ缓存，送往ＭＨ的数据包还是要通过ＨＡ转发。但是根据ＭＨ在子网间移动时所进行的注册过程，ＨＡ中含有ＭＨ目前所在子网的ＣＯＡ信息。所以，当数据包到达ＨＡ后，ＨＡ会查找ＭＨ当前所在子网的ＣＯＡ，并通过ＨＡ和ＦＡ之间已经建立的ＬＳＰ转发数据。同时，ＨＡ根据收到的数据包找出数据发送方的地址和数据目的地址所对应的ＣＯＡ，并向数据的发送方通信节点发送ＭＨ及其ＣＯＡ的绑定信息。通信节点收到该绑定信息后将其放入缓存，并利用该绑定信息与ＭＨ当前所在子网的ＦＡ间直接建立ＬＳＰ。此后通信节点发往ＭＨ的数据包就不再需要ＨＡ转发，而直接通过通信节点和ＦＡ之间的ＬＳＰ发送。通信节点所缓存的有关ＭＨ的ＣＯＡ信息可以定时或通过ＭＨ移动时ＨＡ向通信节点发送的更新消息进行刷新，以保证ＣＯＡ信息的准确性。

（２）基于特征数据（ｐｒｏｆｉｌｅ）的机制 　　

基于用户行为的机制是通过对ＭＨ移动特性的预测来解决“三角路由”问题的。在这种机制下，每个ＭＨ都对应着一组描述用户行为信息的特征数据，这些特征数据包括用户的移动特点、旅行计划和可能的通信需求等。当通信节点需要向ＭＨ发送数据时，首先设法获得ＭＨ的移动特征数据，并据此推断出ＭＨ所在子网的ＣＯＡ，然后通过ＣＯＡ在通信节点和ＦＡ之间建立ＬＳＰ，最后通过ＬＳＰ发送数据。获得ＭＨ特征数据的机制包括分布式和集中式两种。通信节点获得ＭＨ的特征数据后，可推断出ＭＨ当前所在子网的ＣＯＡ，并据此建立与ＦＡ间的ＬＳＰ。根据ＭＨ特征数据推断出的ＣＯＡ信息可能不够精确，但可通过分级移动ＭＰＬＳ机制进行完善。

ＭＰＬＳ主要通过ＤｉｆｆＳｅｒｖ和ＩｎｔＳｅｒｖ两种服务模型来实现ＱｏＳ，这两种方法同样适用于移动ＭＰＬＳ，为实时移动多媒体业务提供质量保证。

（１）用ＤｉｆｆＳｅｒｖ提供ＱｏＳ

在ＤｉｆｆＳｅｒｖ服务模型中，业务流在网络边缘被分成三种类型，分别是：加快转发（ＥＦ）、确定转发（ＡＦ）和尽力而为，每一种类型均对应一个类型标志，即区分服务码点（ＤＳＣＰ）。网络中的核心节点通过查看业务流的ＤＳＣＰ值确定相应数据包的每跳行为（ＰＨＢ）。

在使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ网中，每个ＭＨ在其家乡代理注册自己的业务类型，这些业务类型信息保存在ＨＡ上。每当ＭＨ移动到其它域的子网时，其业务类型信息也会被ＨＡ转发到相应域。根据ＭＨ的业务类型，可以在外地域中建立符合ＭＨ业务类型相应ＱｏＳ要求的ＬＳＰ。以分级移动ＭＰＬＳ为例，当ＭＨ第一次移动到一个外地域时，注册消息会通过ＦＤＡ传送到ＨＡ，ＨＡ则向ＦＤＡ回送注册应答消息，此时ＨＡ就可以把有关ＭＨ的业务类型信息发送给ＦＤＡ，ＦＤＡ将此信息存储起来。显然，ＦＤＡ应保存目前漫游在本域的所有ＭＨ的业务类型信息。ＦＤＡ向ＦＡ发送注册应答消息时，也可以把ＭＨ的业务类型信息发送给ＦＡ，使ＦＡ可以利用ＭＨ的业务类型信息与通信节点建立Ｅ－ＬＳＰ以实现ＱｏＳ。

作为Ｅ－ＬＳＰ的入口ＬＥＲ，ＦＡ和通信节点具有ＭＰＬＳ／ＤｉｆｆＳｅｒｖ功能。它们根据业务流的特点对数据流进行定时、整形、ＤＳＣＰ值分配等，并给数据包加标签。ＭＰＬＳ网络的中间节点（如ＦＤＡ）根据所收到数据包的ＤＳＣＰ值选择相应的ＰＨＢ对数据进行转发。 在使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ中，注册信息和业务类型信息可以在预先建立好的用于传送信令的ＬＳＰ上传送，业务流可以在ＨＡ和ＦＤＡ间以及ＦＤＡ和ＦＡ间预先建立的多条符合业务类型相应ＱｏＳ要求的ＬＳＰ上传送。使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ有两个特点：一是网络内部节点服务机制比较简单，内部节点只进行简单的调度转发，流状态信息的保存与流监控机制只在边界节点进行；二是网络内部节点的服务对象是流聚集而非单流，单流信息只在网络边界保存，因此具有较好的扩展性和鲁棒性。

开始时通信节点中不存在与ＭＨ相关的ＣＯＡ缓存，送往ＭＨ的数据包还是要通过ＨＡ转发。但是根据ＭＨ在子网间移动时所进行的注册过程，ＨＡ中含有ＭＨ目前所在子网的ＣＯＡ信息。所以，当数据包到达ＨＡ后，ＨＡ会查找ＭＨ当前所在子网的ＣＯＡ，并通过ＨＡ和ＦＡ之间已经建立的ＬＳＰ转发数据。同时，ＨＡ根据收到的数据包找出数据发送方的地址和数据目的地址所对应的ＣＯＡ，并向数据的发送方通信节点发送ＭＨ及其ＣＯＡ的绑定信息。通信节点收到该绑定信息后将其放入缓存，并利用该绑定信息与ＭＨ当前所在子网的ＦＡ间直接建立ＬＳＰ。此后通信节点发往ＭＨ的数据包就不再需要ＨＡ转发，而直接通过通信节点和ＦＡ之间的ＬＳＰ发送。通信节点所缓存的有关ＭＨ的ＣＯＡ信息可以定时或通过ＭＨ移动时ＨＡ向通信节点发送的更新消息进行刷新，以保证ＣＯＡ信息的准确性。

（２）基于特征数据（ｐｒｏｆｉｌｅ）的机制 　　

基于用户行为的机制是通过对ＭＨ移动特性的预测来解决“三角路由”问题的。在这种机制下，每个ＭＨ都对应着一组描述用户行为信息的特征数据，这些特征数据包括用户的移动特点、旅行计划和可能的通信需求等。当通信节点需要向ＭＨ发送数据时，首先设法获得ＭＨ的移动特征数据，并据此推断出ＭＨ所在子网的ＣＯＡ，然后通过ＣＯＡ在通信节点和ＦＡ之间建立ＬＳＰ，最后通过ＬＳＰ发送数据。获得ＭＨ特征数据的机制包括分布式和集中式两种。通信节点获得ＭＨ的特征数据后，可推断出ＭＨ当前所在子网的ＣＯＡ，并据此建立与ＦＡ间的ＬＳＰ。根据ＭＨ特征数据推断出的ＣＯＡ信息可能不够精确，但可通过分级移动ＭＰＬＳ机制进行完善。

３．移动ＭＰＬＳ中ＱｏＳ的实现

ＭＰＬＳ主要通过ＤｉｆｆＳｅｒｖ和ＩｎｔＳｅｒｖ两种服务模型来实现ＱｏＳ，这两种方法同样适用于移动ＭＰＬＳ，为实时移动多媒体业务提供质量保证。

（１）用ＤｉｆｆＳｅｒｖ提供ＱｏＳ

在ＤｉｆｆＳｅｒｖ服务模型中，业务流在网络边缘被分成三种类型，分别是：加快转发（ＥＦ）、确定转发（ＡＦ）和尽力而为，每一种类型均对应一个类型标志，即区分服务码点（ＤＳＣＰ）。网络中的核心节点通过查看业务流的ＤＳＣＰ值确定相应数据包的每跳行为（ＰＨＢ）。

在使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ网中，每个ＭＨ在其家乡代理注册自己的业务类型，这些业务类型信息保存在ＨＡ上。每当ＭＨ移动到其它域的子网时，其业务类型信息也会被ＨＡ转发到相应域。根据ＭＨ的业务类型，可以在外地域中建立符合ＭＨ业务类型相应ＱｏＳ要求的ＬＳＰ。以分级移动ＭＰＬＳ为例，当ＭＨ第一次移动到一个外地域时，注册消息会通过ＦＤＡ传送到ＨＡ，ＨＡ则向ＦＤＡ回送注册应答消息，此时ＨＡ就可以把有关ＭＨ的业务类型信息发送给ＦＤＡ，ＦＤＡ将此信息存储起来。显然，ＦＤＡ应保存目前漫游在本域的所有ＭＨ的业务类型信息。ＦＤＡ向ＦＡ发送注册应答消息时，也可以把ＭＨ的业务类型信息发送给ＦＡ，使ＦＡ可以利用ＭＨ的业务类型信息与通信节点建立Ｅ－ＬＳＰ以实现ＱｏＳ。

作为Ｅ－ＬＳＰ的入口ＬＥＲ，ＦＡ和通信节点具有ＭＰＬＳ／ＤｉｆｆＳｅｒｖ功能。它们根据业务流的特点对数据流进行定时、整形、ＤＳＣＰ值分配等，并给数据包加标签。ＭＰＬＳ网络的中间节点（如ＦＤＡ）根据所收到数据包的ＤＳＣＰ值选择相应的ＰＨＢ对数据进行转发。 在使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ中，注册信息和业务类型信息可以在预先建立好的用于传送信令的ＬＳＰ上传送，业务流可以在ＨＡ和ＦＤＡ间以及ＦＤＡ和ＦＡ间预先建立的多条符合业务类型相应ＱｏＳ要求的ＬＳＰ上传送。使用ＤｉｆｆＳｅｒｖ的移动ＭＰＬＳ有两个特点：一是网络内部节点服务机制比较简单，内部节点只进行简单的调度转发，流状态信息的保存与流监控机制只在边界节点进行；二是网络内部节点的服务对象是流聚集而非单流，单流信息只在网络边界保存，因此具有较好的扩展性和鲁棒性。