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摘要：当前，如何在Internet中实现移动用户的无缝接入已成为Internet通信的热点之一。本文先简单介绍了无线接入的方式和系统，再重点介绍了移动IP的基本原理，分析了现有的移动IP技术存在的不足，并提出了相应的改进方法。
关键词：移动IP 无线接入 代理 隧道技术 IMT-2000
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引言
随着Internet的迅速发展，人们越来越希望能够灵活、快速、低费用、随时随地地接入Internet。无线通信技术由于具备了这些特性，越来越广泛地应用在Internet接入中。而且在IMT-2000中已明确规定，第三代移动通信系统必须支持移动IP分组业务。
color=#5288c7>一．无线接入的方式及系统
无线通信技术大致可以分为移动电话系统、无线通信系统和卫星通信系统3类。移动电话系统目前主要有AMPS、GSM和IS-95几种。这些系统中，移动经营者分别提出了提供数据业务的方案。
在AMPS系统上开发的CDPD完全使用原有的频谱和设施，除了基站和天线与AMPS系统共用外，网管系统则是独立的，采用专用频率方式或者是跳频方式来传送数据。电路交换式蜂窝数据技术方式也是用于AMPS系统上的，只是它采用的不是CDPD方式的分组交换而是电路交换方式。
GSM系统的提供者利用1.9GHz的PCS网路提供移动数据业务，称为PCS1900。
此外，QUALCOMM公司提出的IS-95CDMA移动电话系统也计划提供数据业务。
1． 卫星通信系统利用卫星提供移动式和固定式无线Internet业务。
2． 无线通信系统是指主要用于ISM（工业、科研、医疗）频段和U-NII(国家信息基础设施未开放的)频段。ISM频段系统主要用于大楼内部和大学校园内的无线通信。U-NII频段的设备一律采用LBT(Listen-Before-Talk)无线通信协定。
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二.移动IP技术
对于固定式无线通信接入的解决方案是比较容易的，只要在原有的通信系统的基础上略加改进就可以了，难就难在对于移动的无线用户如何接入Internet网，并且同时满足IMT-2000中提出的两个要求：
一、基于IP的无线话音（Wireless Voice Over IP）传输的时延不能超过CDMA及TDMA中语音帧的间隔20ms；
二、传输过程中，必须提供类似于传统无线通讯中的无缝切换的质量，具有最小的包丢失率。
IETF的网络工作组提出了RFC2002标准，详细阐述了移动IP的原理、实现以及各种细节问题。随后，又出现了阐述IP内的IP封装的RFC2003标准、IP内的最小封装的RFC2004标准、用于PPP
IPCP的移动Ipv4配置选项的RFC2290标准。下面就详细介绍一下移动IP的相关技术。
传统IP技术的主机使用固定的IP地址和TCP端口号进行相互通信。在通信期间，它们的IP地址和TCP端口号必须保持不变，否则IP主机间的通信将无法继续。而移动IP主机在通信期间可能需要在网路上题动，它的IP地址也许会经常发生变化。若采用传统方式，IP地址的变化会导致通信终端。为解决这个问题，移动IP技术引用了处理蜂窝移动电话呼叫的原理，使移动节点采用固定不变的IP地址，一次登陆即可实现在任意位置上保持与IP主机的单一链路层连接，使通信持续进行。在介绍移动IP技术之前，先介绍以下几个重要概念：
移动代理（Mobility Agent）：又分为归属代理和外区代理两类。归属代理是归属网上的移动代理，它至少有一个借口在归属网上。其责任是当移动节点移动到外区网时，截收发往该点的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动节点的转交节点。外区代理位于移动节点所在的当前外区网上，它负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点。
移动IP地址：移动IP节点拥有两个IP地址。一个是归属地址，是移动节点与归属网连接时使用的地址，不管移动节点移至网络何处，其归属地址保持不变。二是转交地址，就是隧道终点地址，转交地址可能是外区代理转交地址，也可能是驻留本地的转交地址。通常用的是外区代理转交地址。在这种地址模式中，外区代理就是隧道的终点，它接收隧道数据包，解除数据包的隧道封装，然后将原始数据包转发到移动节点。
位置登记（Registration）：移动节点必须将其位置信息向其归属代理进行登记，以便被找到。有两种不同的登记规程。一种是通过外区代理，移动节点向外区代理发送登记请求报文，然后将报文中继到移动节点的归属代理；归属代理处理完登记请求报文后向外区代理发送登记答复报文（接受或拒绝登记请求），外区代理处理登记答复报文，并将其转发到移动节点。另一种是直接向归属代理进行登记，即移动节点向其归属代理发送登记请求报文，归属代理处理后向移动节点发送登记答复报文。
代理发现（Agent Discovery）：一是被动发现，即移动节点等待本地移动代理周期性的广播代理通告报文；二是主动发现，即移动节点广播一条请求代理的报文。
隧道技术（Tunneling）：当移动节点在外区网上时，归属代理需要将原始数据报转发给已登记的外区代理。这是，归属代理使用IP隧道技术，将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中，从而使原始IP数据包原封不动的转发到处于隧道终点的转交地址处。在转交地址处解除隧道，取出原始数据包，并将原始数据包发送到移动节点。当转交地址为主流本地的转交地址时，移动节点本身就是隧道的终点，它自身进行解除隧道，取出原始数据包的工作。RFC2003和RFC2004中分别定义了两种隧道封装技术，见图1。
移动IP协议工作原理大致如下：
1． 移动代理（即外区代理和归属代理）通过代理通告报文广播其存在。移动节点通过代理请求报文，可有选择的向本地移动代理请求代理通告报文。
2． 移动节点收悉这些代理通告后，分辨其在归属网上，还是在某一外区网上。
3． 当移动节点检测到自己位于归属网上时，那么它不需要移动服务就可工作。假如移动节点从登记的其他外区网返回归属网时，通过交换其随带的登记请求和登记答复报文，移动节点需要向其归属代理撤销其外区网登记信息。
4．当移动节点检测到自己已漫游到某一外区网时，它获得该外区网上的一个转交地址。这个转交地址可能通过外区代理的通告获得，也可能通过外部分配机制获得，如DHCP(一个驻留本地的转交地址)。
5．离开归属网的移动节点通过交换其随带的登记请求和登记答复报文，向归属代理登记其新的转交地址，另外它也可能借助于外区代理向归属代理进行登记。
6．发往移动节点归属地址的数据包被其归属代理接收，归属代理利用隧道技术封装该数据包，并将封装后的数据包发送到移动节点的转交地址，由隧道终点（外区代理或移动节点本身）接收，解除封装，并最终传送到移动节点。
在相反方向，使用标准的IP选路机制，移动节点发出的数据包被传送到目的地，无需通过归属代理转发。无论移动节点在归属网内还是在外区网中，IP主机与移动节点之间的所有数据包都是用移动节点的归属地址，转交地址仅用于与移动代理的联系，而不被IP主机所觉察。图2说明了移动节点在外区网上时，移动IP的工作过程。
1．IP主机经过标准的IP选路，发往移动节点的数据包抵达归属网。
2．数据包被归属代理接收，由注册表可知移动节点的关联地址。
3．采用"隧道技术"送到移动节点的转交地址，即外区代理。
4．外区代理解除隧道，取出原始数据包，并将原始数据包转发给移动节点。
5．移动节点发出的数据包通过标准的IP选路规程发送到目的地（本图中外区代理为移动节点的缺省路由器）。
color=#5288c7>三.不足与改进
由上述移动IP的原理简述可以看出，它的确能较好的解决移动节点在子网间漫游时的通信问题，但在寻径上却存在如下不足。现在我们考虑一个漫游至外地网的用户1，正与用户2进行通信，根据以上寻径方式，用户1的数据必将按照传统IP寻径方法，以某种最佳寻径方式达到用户2；而从用户2发出的数据，由于目的地址是用户1，数据必将先到达用户1的归属代理，在由归属代理传到外地代理，最后才到达用户1。这显然不是最佳路径，特别是当用户1漫游到用户2所在的归属网时，这种寻径方式的传输延迟很大，对实时语音、图像等会造成极大的损害；也增加了网络负担，数据包在网络中运行的时间大大增加。
为了解决这个不足，可以引入一种新的代理----通信代理，它是与移动节点通信的IP节点的路由器。新结构的工作过程如下：三个代理都发送代理通告报文声明自己的存在，不同的是，通信代理针对的是本范围内的所有用户。用户2要发数据给用户1，他并不知道用户1已移动，仍向用户1所在的子网发数据，被本地代理截获，本地代理一方面将该数据包转发到外区代理，一方面分析源地址，向数据包源端反向发送一条消息，该消息包括用户1目前的状态，如它的关联地址等等，用户2收到本地代理发来的消息后，得知用户1已移动，则向通信代理进行登记，告诉其关于用户1的关联地址，请求建立通信代理至外区代理的通道，建立成功后，由于这是通信两点直接建立的，所以路径最佳，然后用户2把发往用户1的数据包发给通信代理，通信代理截获后由"隧道"发往外区代理，再由外区代理发给用户1。示意图如图3。通过这种改进，大大减小了时延，更好的满足了第三代移动通信系统IMT-2000中对于时延的要求。
由于采用了IP隧道封装技术，使得封装后的数据包大于源路由数据包，这样不但增加了路由上的负担，还必然的增加了消息处理时延。为了解决这一问题，就要对数据包的包头进行合理的设计或是对包头进行压缩。此外，还存在一些不足之处：
1． 无线链路带宽低、误码率高。
2． 为了能够使用IP隧道封装技术，事先必须给隧道的出口节点（包括外区代理及移动节点本身）设立解除封装的功能。
3． 移动IP节点的成本要高于有线IP网的节点成本，而目前Internet上的大多数设备和ISP不支持移动IP业务。增设外区代理、归属代理、通信代理都需要更大的资金投入，且技术含量更高。
4． 移动IP的接入对Internet网的安全性提出了更高的要求；反过来，Internet网中的防火墙检验每个数据包的源地址时，当发现数据包的归属地址与外区网的网络地址不一样时，会阻截IP隧道数据包。
在第三代移动通信系统中采用的是Ipv6方案，它提供长达128比特位的地址。作者认为在地址资源极大丰富的情况下，甚至可以不采用代理地址，也就不会发生防火墙阻隔合法的数据包的通过的情况了。这样就减少了通信过程中的复杂度。而Ipv6方案在安全性方面也给予了一定的技术支持，原来的Internet安全机制只建立于应用程序级，如E-mail加密、SNMPv2网络管理安全、接入安全（HTTP、SSL）等，现在IP级的安全也得到了保证。具体由IP的AH（Authentication
Header）和ESP(Encapsulating Security Payload)标记来保证分组的鉴权和私密特性。
color=#5288c7>四.结论
无线接入中的移动IP技术使得人们一直梦想的无处不在的多媒体全球网络连接成为可能，它适应了普遍计算时代的需求。然而现有的移动IP技术还有很多不足之处，Ipv6方案也还没有最终完善。但是有一点我们是可以肯定的，那就是基于移动IP技术的第三代移动通信系统和Internet网络相结合，提供高速、高质量的多媒体通信业务必将是大势所趋。
摘自《移动通信在线》
