1 引言

　　移動計算和移動網絡已經逐漸成為了應用系統研究的主流方向之一，其應用面覆蓋了小到飛機、輪船和汽車的移動計算設備，大到衛星全球定位系統等多個不同層次。目前單個接入點所能覆蓋的范圍十分有限，移動節點發生跨區域切換和頻繁切換的可能性較高。在文章的第二部分總結了現有的解決方案，它們都可以顯著減少移動節點的切換時間。

　　nat實現網絡地址轉換功能。通過nat可以實現私網與外網的隔離。nat作為一種安全的技術能夠有效保護私網主機的安全。nat對外出的和外來的網絡通信都可以使用。從外出數據包的角度看，nat允許內部主機共享一個或者多個ip地址；從外來數據包的角度看，nat把公共地址映射到不同主機的私有地址，使數據包能夠到達正確的目的地。

　　本文在預注冊方法與后注冊方法的基礎上提出了兩者相結合的改進辦法。可以進一步減少切換時延。此外，還提出將nat穿透技術與移動節點通信相結合，解決了私網條件下移動節點的互相通信問題。文章末尾還利用petri網建模的方式，驗證了改進方法的有效性。

　　2、基于私網穿越的移動ip無縫切換機制

　　本文要討論的問題是移動ipv4的私網穿越問題。所謂無縫切換是指同時具有低延遲切換和低損失切換兩種切換優點的切換方式。本節在分析原有的預注冊方法的交互過程基礎上，提出了改進的方法。

　　2.1預注冊方法

　　對于低延遲切換采用一種改進的預注冊與后注冊相結合的切換方法。對于低損失切換采用一種多層次的區域注冊的方法(利用gfa)。預注冊的過程可以用圖1來描述。

　　a. 原來的外部代理向移動節點即將切換到的新的外部代理發出代理路由請求以便獲得新的外部代理的ip地址或者鏈路層地址（比如mac地址）。

　　b. 新的外部代理以廣播的形式返回自身的ip地址或者鏈路層地址。

　　c. 移動節點向原來的外部節點請求新的外部代理的地址。如果沒有這一步說明鏈路層切換是由網絡發動的。否則是由移動節點自主發動的。

　　d. 原來的外部代理向移動節點返回新的外部代理的地址。

　　e. 移動節點開始向新的外部代理移動。此時，移動節點會向新的外部代理注冊。注意到此時還在鏈路層切換的階段，實際上并沒有建立移動節點到新的外部代理的物理連接。因此，請求實際上通過原來的外部代理進行轉發。

　　f. 新的外部代理向網關外部代理（gfa）進行區域注冊。

　　g. 如果移動節點移動到了另外的網關代理的范圍，則重新注冊全局coa。

　　h. 本地代理返回gfa地址作為移動節點新的全局coa。

　　i. gfa向新的外部代理轉發本地代理的注冊回復。

　　j. 新的外部代理向移動節點轉發注冊回復。注冊回復中包括本地coa和全局coa。

　　圖1 預注冊方法

　　2.2 改進的預注冊方法與后注冊方法的結合方法

　　原來的相結合的方法是在預注冊的方法啟動的時候加入一個計時器來設定超時時間，一旦沒有在預期的時間內返回注冊應答也就是說在正式切換前沒有提前完成鏈路層的切換。這個時候啟動后注冊的方法建立多個外部代理之間的雙向隧道。而改進的預注冊與后注冊相結合的方法是在預注冊的過程中并行加入后注冊的方法。

　　在步驟a中增加：由原來的外部代理向新的外部代理發送切換請求(handoff request) 在步驟b中增加：在接到切換請求之后新的外部代理發送切換恢復(handoff reply) 通過增加的部分，可以建立起原來的外部代理與新的外部代理之間的雙向隧道。于是在鏈路層切換沒有完成之前節點都可以通過這個雙向隧道保持相互的連接不中斷。與原來的預注冊方法失敗之后再調用后注冊方法的結合方法相比，改進的方法節約了失敗之后建立雙向隧道所需的時間，進一步減少了延遲。

　　2.3 私網穿越

　　為了能夠使得私網的移動結點可以在公網上通信，可以使用nat穿透技術來解決這一問題。在原型設計中可以把nat和gfa放在一起考慮。也就是說用軟件的方式在同一臺服務器上實現nat和gfa。

　　x是位于公網上的全局節點，mh是位于gfa/nat后面的私有節點。x向ha發送以mh為目標節點的數據包。初始化的時候，x、mh各自向各自的gfa進行區域注冊。獲得了fa和gfa的地址，即lcoa與gcoa。

　　x請求到mh的數據包首先封裝在到fa的ip負載中路由到fa，fa為了穿透防火墻用udp封裝esp隧道發給gfa，gfa經過地址變換后發送到ha。ha收到數據包之后取出最里層的原始信包，再把信包傳遞給mh。由于x，mh都已經知道了對方的終端，下一步它們各自gfa就可以直接通信了。當然，所用的穿透方法還是用udp封裝esp隧道。

　　3系統建模與性能評價

　　本節針對改進的方法，利用petri網進行系統建模，得到如圖2的滑動窗口協議的鏈路層快速