快速換手FMIPv6之擷取路由預測機制 指 導 教 授：童 曉 儒 博 士 學 生：宋 仁 誠

Outline Background Mobile IPv6 FMIPv6 MIPv6 Vs. FMIPv6 802.11 Network Conclusions

Background □ 網路及通訊在現今社會中已成為人們生活不可缺少的必需品，人們對 對於網際網路連提供需求越來越注重提供的品質和服務 □ 為了讓行動裝置在上網可以隨意移動不中斷因此需要行動性(mobility)機制. IETF已制定MIPv6.使用IPv6環境具有資料的傳輸更加安全及有效率，設定也更加人性化、自動化特性 □ MIPv6是在Layer 3解決使用者移動不同網路方案,但是要達到快速無封包遺失顯然是不夠.尤其在存取多媒體資源使用者無法忍受200ms中斷使得行動性的管理機制面臨挑戰因此IEFT制定快速換手行動式FMIPv6達到快速換手最具代表性。 □ FMIPV6 在換手時，封包不會因換手而大量遺失換手行動式.在原網域就已經取得新IP.使用隧道技術,進行Soft Handoff ,減少設備換手時的產生的延遲及封包的遺失。

Mobile IPv6 A網域節點傳送資料給B網域節點.經過一段時間B網域節點移動到C網域. 因為網路位址改變，此離開原來網路的節點將無法接收到傳送給它的封 包，同樣的A網域送出的封包也會被B網域路由器給丟棄，造成兩點網路 連線中斷。 Mobile IPv6就是解決此連線中斷的協定

Mobile IPv6 □ MIPv6 Vs MIPv4 ˙將Mobile IPv6的設計與IPv6緊密結合，它取消了原來 在IPv4中Foreign Agent實體，而由路由器取代. ˙IPv6定位址數量遠遠多於IPv4的定址數量 ˙自動定址 (Auto-configure)，自動化設定位址及預設閘道路由 器，使用者方便取得IP . ˙封包傳送時利用IPv6 Destination Option同時傳送 Mobile IPv6的 訊息，簡化了Mobile IPv6的控制訊息 ˙採用路由最佳化(Route Optimization)機制，解決三角繞路的問 題 ˙採用Anycast Address方式來搜尋Home Agent

MIPv6 Vs. MIPv4 比較的項目 Mobile IPv6 Mobile IPv4 Foreign Agent No YES Care-of Address CCoA only Foreign Agent or CCoA Obtaining Care-of Address IPv6 stateless and stateful mechanism By Foreign Agent or DHCPv4 Route Optimization Mandatory Option Packet tunnel during route optimization Forward packets with no tunneling Require packet tunneling between Mobile Node and Correspondent Node Home Agent involves route optimization Mobile IP message format IP Headers and ICMP Packets ICMP and UDP packets Mobile IP message Reduced and allow piggybacked in header Reg. Req, Bing Update, … Smooth Handover Reverse tunneling No ingress filtering problem Solve ingress filtering

Mobile IPv6 □ Link A是Mobile Node的Home network,一段時間後Mobile Node往Link B移動

Mobile IPv6 □ 此時Mobile Node將在Link B取得的IP(Coa)向Home Agnet註冊更新其位址(Binding Update)

Mobile IPv6 □ 三角繞送 Home Agent收到Binding Update得知Mobile Node已離開,攔截CN封包送到位於Link B的Mobile Node

Mobile IPv6 □ 路由最佳化 Mobile Node送出內含IP(Binding Update)給Correspondent Node更新Cache後就能點對點傳輸

FMIPv6 □ 移動偵測使用L2 Trigger,快速偵測MN移動 □ 透過RtSolPr可得知鄰近網域作為移動預測依據 □ 經由預測機制預先取得IP完成位址驗證縮短Handoff Time □ Buffer和Tunnel機制減少Packet loss

FMIPv6 □ 主動式快速換手 ˙MH移動PAR->NAR,MH送出RtsolPr取得{AP-ID,AR-Info} ˙使用信號強度預測出下一個新網域將新IP以Hi送出交由NAR驗證IP合法性 ˙MH收到Hack表示IP驗証完成送出FBack此時PAR和NAR建立Tunnel複制來自 CN封包 ˙Layer 2換手完成後MH送出FNA並將Tunnel teardwon

FMIPv6 □ 反應式快速換手 MN移動快速來不及在PAR內送出FBU就會轉為此模式.此時MN會將FBU封裝在 FNA內送給NAR,通知PAR將暫存包傳回

802.11 Handoff □ Scan ˙Passive Scan 節省電力,對每個Channel聆聽Beacon訊框.收到訊框暫存以便取出訊號來源AP資訊 ˙Active Scan MN依序對每個Channel送Probe Request,然後等待一段時間讓此Channel AP回應 □ Authentication ˙無線網路提供Mac層認證,以保證網路安全.透過認證程序以保證使用者穫得授權,身份認證是聯結前必要的程序,唯有經過認證使用者才能使用網路 □ Reassociation 重新連結到新AP

Mobile IPv6 Latency □ MIPv6換手延遲時間 ˙ Layer 2延遲 MH移動到新網域必須依照802.11協定跟AP作連結,這段時間依照各家廠牌有不同延遲時間.以D-Link為例在50~70ms. ˙ 移動偵測延遲 MH進入到Overlay Area收到新路由器廣播而且發現離開原有網路稱為移動偵測.這段時間決定在路由器廣播時間間隔,MH沒收到原路由器連續兩次廣播得知已離開原網域.RFC 規定路由器廣播間隔3s,支援Mobile IP建議300ms ˙ DAD位址偵測延遲 IPV6環境使用DAD(Duplicate Address Detection)來偵測網域其它節點是否有使用相同位址.MN使用Neighbor Discovery 送出欲偵測IP,等待聆聽1000ms如果沒有節點回應此訊息表示IP沒有重覆,MN便會將該IP指定給網卡介面.DAD偵測平均花費1787ms[1]. ˙ 註冊延遲 MN對Home Agent和CH註冊更新.MH送出Binding Update更新Home agent和CH Binding cache.此時MN在新網域才能接收到CN封包

Mobile IPv6 Latency □ MIPv6 Handoff Time D= Dl2 + D movement detection + Ddad +Dreg

FMIPv6 Latency D=D l2 + D FNA □ FMIPv6換手延遲時間 FMIPV6使用Router Discovery取代傳統MIPv6移動偵測,使用Hi和HACK來交換驗証Ncoa位址合法性.這兩個階段在移動到新網域前已經完成所以不計入延遲時間 □ FMIPv6 Handoff Time D=D l2 + D FNA

MIPv6 Vs. FMIPv6 □ 移動偵測 ˙ MIPv6 使用Layer 3收到路由器廣播檢測MN是否移動.在相同網域具有多個路由 器,這些路由器廣播不同Pre-fix.因此收到新的Pre-fix並不是作為惟一 可靠檢測方式.能提供更可靠就是檢測連續兩次收不到原路由器廣播.因 此廣播間隔成為重要因素.間隔時間長無法立即檢測移動狀態延長換手 時間,發送頻率頻繁可能會導致網路相大的負載,服務品質降低 ˙ FMIPV6 使用Layer 2 PHY Indication 方式可以預測MN未來移動方向.在實際 網路建置中,常見多個APs連接到同一個AR.在這種情況下有可能只在相 同網域移動.MN PHY在Link_quality_ crosses _threshold狀態執行掃 描搜尋附近有效APs..將掃描APs查詢 PAR取得APs所屬網域依各AP信號 強度值預測將來網內或網外移動方向.

MIPv6 Vs. FMIPv6 □ DAD檢測 ˙ MIPv6 當MN檢測出已發生移動，使用IPv6機制產生新的轉交位址.取得路由器 Pre-fix加上MAC產生Global Address. 為防止位址衝突執行DAD檢測驗 證合法性。考慮有多個移動點同時移動點進入相同網域同時進行DAD檢 測,每個移動點應該隨機延遲一段時間(0~1000ms)[9]再傳送檢測要求 等待聆聽1000ms有無節點回應.因此DAD檢測在換手過程佔最長時間. ˙ FMIPv6 MN在移動到新網域前已完成DAD檢測

MIPv6 Vs. FMIPv6 □ 註冊 ˙ MIPv6 在註冊完成前Home agent無法得知移動位置會將傳送到MN封包丟棄. 完成註冊如果CN和MN使用TCP通信在換手過程中CN會收不到Ack情況, 會依次數逐漸延長重送時間.重送時間計數完畢後MN才會收到CN重送 封包.路由器廣播間隔時間長短等因素同樣會影響傳送重送封包時間. 換手時間越長,恢復通信時間越長. ˙FMIPv6 FMIPv6使用隧道技術移動到新網域立即恢復通信.MN在原網域透過預 測機制得知未來移動網域,建立一條原網域和新網域之間隧道,確保移 動到新網域就能接收到封包,減少封包遺失.

802.11 Scan Analysis □ MN在掃描前會將狀態設定為省電模式(Power save)[3],AP此時會暫存 封包,等完成頻道掃描,返回原頻道,MN取回AP暫存封包.由於AP本身 Buffer限制增加,這種作法增加AP負擔有可能導致封包遺失 □ 掃描過程中需要反覆變換頻道監聽每一個有效訊號,掃描802.11規定所有 頻道須要數百號秒,掃描期間一般不可能傳送接收封包因此掃描作法顯的 非常重要.改善方式只掃描特定頻道,降低網路中斷時間 □ 掃描取得AP和其信號強度清單,在使用清單參數時還必須要考慮有效性. 無線通信受外在環境影響甚鉅,掃描一次結果不能反應實際情況.另外掃 描和換手時間間隔太長,移動點不斷在移動情況下,AP信號強度清單可能 過期失效,選用不正確AP換手會失敗.掃描頻率和掃描時間選擇是很重要 的參數.

FMIPv6 Movement Prediction Analysis □ 使用信號強度參數外,再透過路由器取得附近AP[AP-ID,AR-Info]相關 參數,移動點進入新網域可隨時進行此操作,在移動點不斷移動情況下, 必需考慮參數有效性,太早或太晚都會影響準確度.網路中常見路由器 連接多個AP,限於MTU影響,路由器如何克服將鄰近AP參數容納在有限 空間提供給移動點查詢是重要的議題. □ 移動點產生預測移動路徑取得新AP相關參數,進入新網域,網卡會去連 結新AP.等待一段時間新AP沒有回應表示預測失敗.移動點重新掃描AP 信號回復傳統MIPv6換手. □ AP無線覆蓋區域大小也是決定換手成功失敗因素.覆蓋區域大移動點 有充足時間準備Layer 3換手.

Conclusion □ WLAN移動一般採用802.11偵測AP Beacon信號,透過信號強度參數得知移動設備和AP相對位置距離,經過演算法分析,提供未來可能移動路徑.但是無線很容易受環境影響,預測移動路徑是否是唯一解決的方法. □ 人類移動都有固定模式,在室內移動因地形影響或在商圈百貨公司固定消費特性有相同移動行為.是否可利用這些特性將這些行為記錄,作為遇測路徑參數. □ 本研究未來探討以FMIPv6為架構在AR建立資料庫,記錄室內使用者移動行為,摒棄802.11信號強度方式,研究成果預期改善換手次數並提高預測路徑準確度,避免因遇預測失敗付出額外的成本

Reference [1] 高志名,預先註冊之快速換手階層化行動式IPV6研究, 國立中央大學,民國九十四年七月 [2] D.Johnson,C.perkins,j.Arkko,”Mobility Support in IPv6”,RFC3775,June 2004 [3] K.Mitani et al,”Unidied L2 abstraction for L3-Driven FastHandover”,Internet,dfaft,,draft-koki-mobopts-l2-abstractions-02.txt,Feb 2005 [4] McGann,Mobile IPV6 Fast Handover for 802.111Networks,IEFTdraft-ieft-mishop- 80211fh-04.txt,2005 [5] Nicolas Montavont and homas,Anticipated Handover over IEEE802.11Networks,IEEE ,2005 [6] Rajeev Koodli,Ed,”Fast Handovers for Mobile IPv6”,RFC4068,July,2005 [7] Robert Hsieh,”S-MIP:A seamless Handoff Architecture for Mobile IP”2003 [8] Srikant Sharma,”Low-latency Mobile IP Handoff For Infrastructure-Mode Wireless LANs”,IEEE 2004 [9] S.Thomson,T.Narten,and T.Jinmei,”IPV6 Stateless Auto address configuration”, RFC 2462,December 1998

報 告 完 畢