在移動(dòng)IPv6中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換可以分為移動(dòng)檢測(cè)和信令重建兩個(gè)階段。在移動(dòng)檢測(cè)階段，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)利用ICMPv6路由器發(fā)現(xiàn)機(jī)制來(lái)判定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置是位于家鄉(xiāng)鏈路" title="鏈路">鏈路還是外地鏈路，從而判斷移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生了鏈路切換。如果發(fā)生了鏈路切換，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就需要進(jìn)行信令重建。在信令重建階段，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制，以無(wú)狀態(tài)的地址自動(dòng)配置方式獲得一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)交地址，然后向家鄉(xiāng)代理發(fā)送“綁定更新”消息，得到家鄉(xiāng)代理的應(yīng)答消息后，將一個(gè)轉(zhuǎn)交地址注冊(cè)到家鄉(xiāng)代理上。
　　當(dāng)前對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換的研究主要集中在信令重建階段，例如層次化移動(dòng)IPv6^[1]減少了切換時(shí)需要重建的鏈路長(zhǎng)度和在移動(dòng)停靠點(diǎn)MAP(Mobility Anchor Point)域外發(fā)送信令的數(shù)量，而快速切換^[2]機(jī)制更是提前進(jìn)行了信令重建。雖然現(xiàn)有的提高切換性能的方案可以減少切換對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信的影響，但是在切換時(shí)仍然會(huì)丟包。這必然會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)性能產(chǎn)生影響，尤其對(duì)使用傳輸控制協(xié)議TCP的業(yè)務(wù)影響較大。
　　當(dāng)前大多數(shù)對(duì)移動(dòng)IPv6中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換的分析都是基于模擬仿真來(lái)進(jìn)行的。為了更真實(shí)、更準(zhǔn)確地分析切換時(shí)信令重建過(guò)程對(duì)業(yè)務(wù)性能的影響，本文在移動(dòng)IPv6實(shí)驗(yàn)床上對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和通信對(duì)端之間的ICMPv6業(yè)務(wù)和TCP業(yè)務(wù)進(jìn)行了測(cè)試。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換時(shí)信令重建延遲具有非對(duì)稱性；隨著無(wú)線信道" title="無(wú)線信道">無(wú)線信道速率的提高，信令重建延遲有所減少；切換時(shí)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和無(wú)線接入點(diǎn)" title="無(wú)線接入點(diǎn)">無(wú)線接入點(diǎn)的距離與信令重建延遲沒(méi)有明顯的聯(lián)系。
1 測(cè)試環(huán)境和測(cè)試方案
1.1 移動(dòng)IPv6實(shí)驗(yàn)床
　　本測(cè)試中使用的移動(dòng)IPv6環(huán)境是安裝了芬蘭赫爾辛基技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的基于Linux操作系統(tǒng)的移動(dòng)IPv6 MIPL(Mobile IPv6 for Linux)實(shí)驗(yàn)床^[3]，使用的MIPL系統(tǒng)版本為mipv6-1.1-v2.4.26，配套使用的Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核版本為L(zhǎng)inux 2.4.26。實(shí)驗(yàn)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　節(jié)點(diǎn)CN、HA和AR是安裝了MIPL軟件的Linux主機(jī)，它們之間通過(guò)純IPv6有線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。AP1和AP2為無(wú)線接入點(diǎn)AP(Access Point)，型號(hào)為L(zhǎng)inksys Wap11。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN安裝了Linux操作系統(tǒng)和MIPL軟件的Acer Notepad，它通過(guò)使用802.11b協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)卡與AP1、AP2進(jìn)行通信。
1.2 測(cè)試方案
1.2.1 切換過(guò)程
　　在正常的切換過(guò)程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換是因?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)移出了原來(lái)的無(wú)線接入點(diǎn)的信號(hào)覆蓋范圍，或是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到了信號(hào)更好的無(wú)線接入點(diǎn)。這樣的切換過(guò)程包括本文前面提到的移動(dòng)檢測(cè)和信令重建兩個(gè)過(guò)程。為了單獨(dú)分析移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換時(shí)的信令重建過(guò)程，本測(cè)試中通過(guò)在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行iwconfig命令，將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)卡連接到新的無(wú)線接入點(diǎn)。之后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就可以從新的無(wú)線接入點(diǎn)處接收路由器通告，獲得轉(zhuǎn)交地址，向家鄉(xiāng)代理進(jìn)行注冊(cè)，從而完成切換。整個(gè)切換過(guò)程排除了移動(dòng)檢測(cè)階段，因此測(cè)試中所有涉及到的切換過(guò)程均只包括信令重建過(guò)程。
1.2.2 測(cè)試業(yè)務(wù)
　　本文對(duì)使用ICMPv6協(xié)議和TCP協(xié)議的業(yè)務(wù)進(jìn)行了測(cè)試。選擇這兩種業(yè)務(wù)，主要是基于如下考慮：
　　(1)ICMPv6中的PING6命令被用于檢測(cè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)，以及測(cè)試本地節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)間的通信延遲。在本文的實(shí)驗(yàn)中，節(jié)點(diǎn)CN使用PING6命令連續(xù)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN發(fā)送ICMPv6 回顯請(qǐng)求(Echo Request)消息，通過(guò)對(duì)ICMPv6消息中斷時(shí)間的觀測(cè)給出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN切換時(shí)信令重建過(guò)程的延遲。
　　(2)在有線網(wǎng)絡(luò)中，由于誤碼率非常低，TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)包丟失看作是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的信號(hào)，啟動(dòng)擁塞控制機(jī)制。但是，在無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包丟失主要是由無(wú)線信道高誤碼率和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換造成的。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生切換時(shí)，TCP 協(xié)議誤認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞而采取擁塞控制措施。這樣不但不能改善性能，反而降低了吞吐量，導(dǎo)致性能下降。本文通過(guò)對(duì)TCP擁塞窗口CWND(Congestion Window)的觀測(cè)，嘗試對(duì)TCP業(yè)務(wù)在信令重建過(guò)程中受到的影響進(jìn)行分析。
1.2.3 通信速率
　　本文測(cè)試中通過(guò)設(shè)定無(wú)線網(wǎng)卡固定傳輸速率的方法來(lái)限定無(wú)線信道的傳輸速率。由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN的無(wú)線網(wǎng)卡是使用802.11b協(xié)議，因此本文的測(cè)試中只使用1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps四種速率。
1.2.4 測(cè)試內(nèi)容
　　ICMPv6業(yè)務(wù)測(cè)試分為兩種情況：一種是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN由家鄉(xiāng)鏈路切換到外地鏈路，另一種是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN從外地鏈路切換回家鄉(xiāng)鏈路。節(jié)點(diǎn)CN使用PING6命令檢測(cè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN的家鄉(xiāng)地址是否可達(dá)，通過(guò)tcpdump命令收集數(shù)據(jù)包，并分析移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換對(duì)于ICMPv6業(yè)務(wù)的影響。
　　TCP業(yè)務(wù)的測(cè)試過(guò)程與ICMPv6業(yè)務(wù)基本相同，所不同的是節(jié)點(diǎn)CN使用TCP協(xié)議與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN進(jìn)行通信。為了得到TCP連接的擁塞窗口大小，使用getsockopt命令來(lái)得到TCP連接的詳細(xì)信息。
2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析
2.1 切換對(duì)ICMP業(yè)務(wù)的影響
　　表1給出了從tcpdump命令收集的數(shù)據(jù)中得到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換延遲。

　　在表1中，距離指發(fā)生切換時(shí)MN距離無(wú)線接入點(diǎn)的距離；速率指設(shè)定的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN無(wú)線網(wǎng)卡的最高速率；OUT表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN切換到外地鏈路時(shí)的切換延遲；IN表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN切換回家鄉(xiāng)鏈路時(shí)的切換延遲。
　　可以看出，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)切換時(shí)的信令重建延遲是非對(duì)稱的，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)從家鄉(xiāng)鏈路切換到外地鏈路時(shí)的信令重建過(guò)程延遲為2～2.5秒，而從外地鏈路切換回家鄉(xiāng)鏈路時(shí)的信令重建過(guò)程延遲約為1～1.5秒。這是因?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)從家鄉(xiāng)鏈路切換到外地鏈路時(shí)需要通過(guò)自動(dòng)配置獲得轉(zhuǎn)交地址COA(Care-Of-Address)，而從外地鏈路切換回家鄉(xiāng)鏈路時(shí)則沒(méi)有地址自動(dòng)配置過(guò)程。
　　受無(wú)線信道質(zhì)量的限制，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)實(shí)際很難達(dá)到11Mbps的通信速率。在去掉11Mbps的測(cè)試數(shù)據(jù)后不難發(fā)現(xiàn)，在切換測(cè)試中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)使用5.5Mbps的通信速率時(shí)信令重建延遲普遍較小，特別是在MN距離無(wú)線接入點(diǎn)距離較大時(shí)?？梢?jiàn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信令重建延遲與無(wú)線信道速率有一定聯(lián)系，隨著無(wú)線信道速率的提高，信令重建延遲有所減少。由于實(shí)際測(cè)試中對(duì)無(wú)線信道的干擾因素較多，因此在測(cè)試數(shù)據(jù)中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些異常數(shù)據(jù)，例如1米距離的測(cè)試數(shù)據(jù)中5.5Mbps的延遲要高于2Mbps和1Mbps的延遲。為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，本文保留了這些數(shù)據(jù)。
　　受實(shí)驗(yàn)條件的限制，無(wú)法進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的切換測(cè)試。從現(xiàn)有的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與無(wú)線接入點(diǎn)間的距離和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信令重建延遲沒(méi)有明顯的聯(lián)系。
2.2 切換對(duì)TCP業(yè)務(wù)的影響
2.2.1 相同通信速率和距離
　　圖2是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN使用5.5Mbps的速率與節(jié)點(diǎn)CN進(jìn)行通信時(shí)TCP擁塞窗口報(bào)文段個(gè)數(shù)(CWND)的變化曲線。發(fā)生切換時(shí)MN與無(wú)線接入點(diǎn)的距離為3米。
　　從圖2中可以看出，在沒(méi)有切換發(fā)生時(shí)，擁塞窗口CWND的變化較為規(guī)則，擁塞窗口最小為7，切換過(guò)程中擁塞窗口保持為1，而且在切換完成后重新啟動(dòng)了慢啟動(dòng)過(guò)程?？梢?jiàn)TCP協(xié)議將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換誤判斷為網(wǎng)絡(luò)擁塞，啟動(dòng)了擁塞控制機(jī)制。其結(jié)果就是降低了TCP協(xié)議的性能。
　　OUT曲線中CWND值為1的時(shí)間為6.006秒，IN曲線中CWND值為1的時(shí)間為2.942秒。由于CWND保持值為1的時(shí)間包括切換的信令重建時(shí)間和TCP協(xié)議的操作時(shí)間，因此這一時(shí)間要長(zhǎng)于表1中的切換時(shí)間。MN切換到外地鏈路時(shí)通信中斷時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)TCP業(yè)務(wù)性能的影響也較大。

2.2.2 相同距離不同通信速率
　　圖3和圖4分別是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)距離無(wú)線接入點(diǎn)3米處切換回家鄉(xiāng)鏈路和距離無(wú)線接入點(diǎn)1米處切換到外地鏈路時(shí)擁塞窗口CWND的變化曲線。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)分別以1Mbps、2Mbps、5.5 Mbps和11 Mbps的速率與節(jié)點(diǎn)CN進(jìn)行通信。