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摘要 移动管理是下一代网络NGN中的一个重要内容，文章对无线环境中为节点的移动性提供支持的SIP和MIP协议作了介绍分析，并提出了如何结合两种方案实现通信优化的解决方案。
1、简介
下一代网络（NGN）是建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，是网络目前的发展趋势。下一代网络的基础是统一协议的、分组的、开放的网络体系，同时，网络的业务和终端趋于IP化。一方面，下一代网络将实现计算机互联网、公共服务电话网（PSTN）和有线电视网三网合一，形成语音、数据、图像三种传统意义上完全不同的业务模式的全面融合；另一方面，在下一代网络中，通信网络将在传统语音业务基础上为用户提供内容更丰富的移动数据业务，全IP移动网络将成为下一代网络不可或缺的组成部分[1]。
对移动IP网络来说，终端的移动必然导致终端IP地址随着无线接入网络的不同而发生改变。对于端点的IP地址发生改变，传统的针对固定IP的各种Internet服务连接协议无法保证移动终端的通信质量。针对终端设备的移动管理问题，目前比较成熟的解决方案有基于应用层的SIP协议和基于网络层的MIP协议。
2、SIP和MIP移动解决方案
2.1 SIP简介[2]
SIP（Session Initiation Protocol）会话发起协议，是由IETF（Internet Engineering Task Force）制定的实现实时通信应用的一种应用层控制协议，用来生成、修改和终结一个或多个用户之间的会话。所谓的会话（Session）是指用户之间的数据交换，数据可以是普通的文本数据，也可是经过处理的音频和视频数据。
SIP协议包含四种逻辑实体：用户代理（User Agent），代理服务器（Proxy Server），重定向服务器（Redirect Server）和注册服务器（Registrar）。除了上述四种实体，SIP体系中还存在位置服务器，但位置服务器与SIP服务器之间不使用SIP协议，位置服务器用于存储并向用户返回可能的位置信息。
SIP协议采用基于文本格式的客户——服务器工作方式，客户机发起请求，服务器进行响应。SIP是一个信令协议，独立于底层协议——TCP、UDP或SCTP，采用应用层可靠性机制保证信令的可靠传递。SIP一般与SDP（Session Description Protocol）会话描述协议结合使用，前者负责建立一个会话消息机制，后者提供结构化的语言描述这些会话。
SIP系统如图1所示，SIP用户代理A向用户代理B发起会话请求，请求经过代理服务器中转最终到达被叫方，其中，重定向服务器和位置服务器为请求提供正确的路由信息，使用三次握手机制，最终建立一个会话。
图1 SIP系统结构
2.2 SIP移动性支持
SIP协议在本质上支持用户通信的移动性，因为SIP协议通过类似E-mail形式的全球唯一的用户标识（SIP URL）来确定用户，通常由一个带有SIP前缀的用户名和一个域名组成，例如SIP：User@company.com。SIP用户可以在不同终端、不同接入网络发起注册请求，只要将自己的SIP URL和IP地址告诉注册服务器，注册成功后就会获得相应数据业务。
同时，SIP协议也支持进行中的移动（终端设备IP地址改变）会话。SIP用户通过“Invite”请求成功建立一个会话后，因为用户移动导致终端设备的IP地址发生变化，SIP用户在原有会话未终止的情况下直接向通信对端发送一个新的“Invite”请求（也称为“Re-invite”请求），其中，会话标志仍为原有会话的标志，只是会话连接地址更改为新的IP设备地址，通信对端接受该请求后，即可继续原来的会话[3]。
2.3 MIP简介[4][5]
MIP（Mobile IP）移动IP协议是IETF提出的支持主机移动的网络层解决方案，主要是为了实现通信对端和移动主机间IP分组的可靠发送，当终端设备在不同子网间移动时，保持其与Internet的连接，避免被中断。目前，有MIPv4（RFC 3344）和MIPv6（RFC3775）两个版本。在MIP的家乡网络中都有一个长期的家乡地址（HoA）用来识别MIP的每个移动节点，另外，在外地接入网络中还有一个临时的转交地址（CoA）用来路由数据。节点的每次切换都需要用新获取的CoA向家乡代理注册，以实现HoA与CoA的绑定。对上层协议（如TCP）而言，所看到的会是一直不变的HoA，若需要路由，则通过绑定信息就能找到节点的当前位置，从而实现移动性的支持。
3、两种方案的比较及存在的问题
两种方案的核心思想都是一致的，即通过建立一种映射保证节点通信不受移动影响。SIP是通过用户标志（SIP URL）与移动节点当前IP地址绑定的，MIP则是通过移动节点家乡地址（HoA）和转交地址（CoA）绑定。在外地网络，移动节点通过及时向服务器注册其位置信息（新的链路上的转交地址）实现用户——地址绑定更新，保证通信对端能够通过服务器直接或者间接与移动节点通信。对一个具体的Internet会话应用来说，两种方案都可单独实现移动支持。
3.1 SIP的不足
移动节点离开当前网络，进入新的网络，其IP地址会发生改变，这一过程称为切换。先断开再连接称为硬切换，而先连接再断开称为软切换。而SIP是基于应用层的一种轻量级协议，其针对终端移动的具体解决方案只是在切换完成后及时把移动节点的最新IP地址通知给对端节点。对硬切换来说，只是通过告知对端节点连接地址的变化无法解决切换过程中的数据可靠传输问题。而且，对基于TCP协议且对连接可靠性要求较高的应用来说，SIP也无法保证一个固定的IP连接。另外，对通信双方都是移动节点的快速移动，SIP协议更难保证可靠服务。如图2所示，两个SIP用户因为移动过快，导致Re-invite信令难以传递到通信对端节点最新的位置，从而导致原有的会话丢失。
图2 SIP系统结构
3.2 MIP的不足
因为采用了隧道机制，MIP存在路由冗长的缺陷。MIPv4固有的问题就是三角路由问题，如图3（a）所示，即通信对端发给移动节点的数据必须经由家乡代理传递给移动节点，而移动节点发给通信对端的数据包可以通过外地代理直接传递给通信对端。此外，随着下一代网络对网络安全性要求的提高，存在入口过滤的外地网络不允许外地代理直接转发源地址为移动节点家乡地址的数据包到通信对端，导致出现比三角路由更耗费网络资源的双向隧道路由。而现有网络对MIPv6路由优化的支持还不充分，导致部分MIPv6节点也得采用双向隧道路由传输机制，移动节点的数据传递必须经过家乡代理中转，如图3（b）所示。
图3 MIP三角路由与双向隧道数据传输方式
4、SIP与Mobile IP结合使用
4.1 SIP和MIP互补性分析
SIP与MIP在通信节点的IP移动性支持上具有较明显的互补性。在MIP应用中，移动节点以HoA进行通信，数据包通常是先路由到家乡代理，再以隧道方式传递到移动节点。因为HoA是固定的，因此，移动节点之间的数据传递可靠性能够保证。而SIP提供的是移动节点的当前IP地址，不存在路由优化问题，对于实时性要求较高的、基于UDP的应用来说十分合适。另一方面，SIP作为一种应用层协议，具有很强的可扩展性，对未来移动通信支持的方式较多。例如，第三方会话控制“Third Party Call Control（3pcc）”，呼叫转移“REFER”方法丰富了网络的移动性服务[6]。而且，SIP协议能够利用不断丰富的扩展，不断改善移动性支持的性能。例如，“Re-invite”基本方法结合新的SIP标记头“Join”，很好地实现了通信的软切换[7]。
4.2 SIP和MIP结合使用机制分析
目前的SIP是基于Simple IP机制的，会话节点只提交一个通信地址，若直接与MIP简单结合而不做扩展是无法发挥SIP协议性能优势的。因为MIP机制提交家乡地址，对上层屏蔽了移动细节，若家乡地址“永久”不变，SIP固有的移动支持功能自然无法激活，而且网络层移动支持的种种局限无法消除，那么将无法发挥出SIP解决方案的优势。另一方面，目前SIP和MIP具有两套注册机制，终端移动会分别向SIP注册服务器和MIP家乡代理进行注册，一次移动导致双重注册显然也不利于节约网络资源。
（1）家乡代理作为SIP中重定向服务器
考虑到利用现有体系，并且在不作大变动的情况下，家乡代理很适合作为SIP系统中的重定向服务器。同时，通过合适的协商机制，在移动节点向家乡代理进行位置更新后，由家乡代理向SIP注册服务器注册。移动节点除了在初始注册时需要进行两次注册外，在以后的切换中，只需要向家乡代理注册一次就可以完成SIP系统中的重定向注册任务，能够节省一半的信令开销。
（2）SIP优先的UDP会话机制
对于MIPv4来说，由于扩展能力有限，难以实现路由优化，而目前对MIPv6节点的路由优化支持还很不够，因此只能保证MIPv6节点之间实现路由优化。而SIP作为应用层协议，只要移动节点提交CoA就可以避免路由冗余。因此，有必要对SIP作一些扩展。应用层关注MIP中的CoA变化，在基于UDP协议的应用中提交CoA而不是HoA，因而默认通过SIP协议处理移动性问题，但是当基于SIP协议的会话出现较大的丢包率时，还是要考虑由网络层解决节点的移动性问题。
（3）MIP的强制使用
许多上层协议要求网络层提供唯一的IP地址来识别移动节点，即对上层来说不希望看到节点的移动特性，在这种情况下，必须由网络层解决节点的移动性问题。
5、结论
尽管SIP应用层协议和移动IP可以独立实现对用户通信的移动性支持，但是目前单独依靠网络层或应用层的移动管理方案还是难以满足下一代网络的移动性要求。考虑到不同的应用场景，网络层和应用层对移动性的解决方案各具优缺点，因此应根据具体应用情况采用不同的机制提供对节点的移动性支持。
参考文献
[1] 蒋亮，郭建等.下一代网络移动IPv6技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 张智江，张云勇，刘韵洁.SIP协议及其应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3] RFC3665.Session Initiation Protocol（SIP）Basic Call Flow Example[S].2003.
[4] RFC3344.IP Mobility Support for IPv4[S].2002.
[5] RF3775.Mobility Support in IPv6[S].2004.
[6] Henning Schulzrinne，ElinWedlund.Application-Layer Mobility Using SIP[J].Mobile Computing and Communications Review，Vol 1，No 2.
[7] Nilanjan Banerjee，Arup Acharya，Sajal K Das.Seamless SIP-Based Mobility for Multimedia Applications [J].IEEE Network，Mar/Apr 2006.
