移動節(jié)點在越區(qū)切換時，首先需要無線鏈路的切換，如果新舊鏈路不在同一個IP子網(wǎng)內，還要進行IP子網(wǎng)切換。即使采用了路由優(yōu)化技術，在無線鏈路切換和子網(wǎng)切換過程中的分組延時還是相當可觀的，而延時的主要部分是由鏈路切換完成后的端到端的移動IP注冊操作引起的。在切換過程中，發(fā)給移動節(jié)點的分組可能被丟失，因此快速切換方案將有利于改善分組數(shù)據(jù)的業(yè)務質量。鏈路切換常由第二層協(xié)議或硬切換完成，而跨越IP子網(wǎng)的切換需要第三層協(xié)議或軟切換完成。

目前，研究移動IP快速切換的文獻很多，其基本思路有3種組播、基于第二層移動觸發(fā)的預先切換和分組緩存，本文主要討論基于第二層移動觸發(fā)的預先切換思想，即:移動節(jié)點在將要移往新的鏈路之前，先啟動一個切換規(guī)程，預先獲取新鏈路上的轉交地址。切換規(guī)程通過在新老接入路由器之間以及接入路由器與移動節(jié)點之間交換新增的報文來實現(xiàn)。這種方法需要移動節(jié)點預先知道自己即將移動到新的網(wǎng)絡，因此需要第二層的支持。我們知道，WLAN中AP是在進行L2切換前就從beacon或探詢應答中知道是否要進行L3切換，并且移動IP注冊非常耗時，因此要想辦法在某一環(huán)節(jié)節(jié)省時間，從而更早的恢復通信。這個移動IPv6快速切換的主要思想是將鏈路層的信息用于L3切換，通過在新舊路由器間傳遞數(shù)據(jù)以提前獲得IP連接。其應用的原理是:數(shù)據(jù)在接收方的傳遞過程是先鏈路層再網(wǎng)絡層，因此鏈路層比網(wǎng)絡層更早得到信息。

1. 系統(tǒng)建模

1.1快速切換步驟

首先詳細敘述一下草案快速切換的步驟:

MN從接收到的ESSID判定需要進行L3切換，于是向原AP發(fā)送代理路由請求其中包括新AP的鏈路層地址。

(2)原AR將新AP的鏈路層地址映射到新AP的IP地址，這就需要在原AR處保留一個映射表。

(3)原AR決定MN在新AP中使用被動的(stateful)還是主動的(stateless)地址。

如果是主動地址:原AR在新的子網(wǎng)上利用MN的接口標識得到一個新的COA(careofaddress)，通常這個接口標識就是MN的48位MAC地址，在前面加上新子網(wǎng)的前綴就形成了COA，通過HI/HACK發(fā)給MN。同時要先確認該地址是否唯一，該“地址唯一確認請求”是與HI/HACK同時發(fā)出的，如果不是唯一的就采用被動地址。

如果是被動地址:原AR利用HI/HACK交換向新AR請求地址，這種情況下，新AR往往采用來分配地址。

(4)原AR向MN返回一個代理路由消息。該消息在stateless地址配置的情況下與HI/HACK同時發(fā)出，再stateful地址配置的情況下在HI/HACK之后發(fā)出。

(5)MN再向原AR發(fā)送一個快速綁定更新(F—BU)，綁定到新的COA，注意，這屬于L3信息，它于L2切換之前進行的。

(6)現(xiàn)在MN才開始進行L2切換，到L2切換進行到第5步結束時MN已移入新AP了。

(7)MN之后將收到F-BACK，表明原AR收到了他的F-BU，這時可以用新的COA通信了，該信息在新舊鏈路上同時發(fā)送(新鏈路，即原AR-新AR-新AP-MN;舊鏈路，即原AR-原AP-MN)。這樣，此后從原AR來的包將根據(jù)FBU送到新的AR。

注意在L2切換的步驟15都是由硬件完成的，要使MN能發(fā)送IP層信息如F-BU就不能開始L2切換，也即接口硬件在沒有MN的允許下不能開始切換。當整個切換完成，可以看到，這比采用移動IP注冊更有效得節(jié)省了切換時間。

1.2算法的改進

從草案建議的切換算法可注意到，無論是L2切換還是L3切換，都是由MN控制的，因此為了保證MN能夠正常的通信，必須在L2切換之前先得到新的COA，然后再等L2主要切換步驟完成再進行綁定更新等，這么一來，L2和L3切換能同時進行的步驟較少。但是，倘若讓L3切換由網(wǎng)絡來控制，情況就不同了:

當切換條件達到時，MN發(fā)送一個探詢請求，所有收到這個探詢請求的AP響應一個探詢應答。MN根據(jù)應答中的信息選擇合適的新接入AP。

(2)MN同時向兩個AP發(fā)送切換觸發(fā)，宣告L2切換正式開始，考慮到此后MN在連接到新AP之前無法通信，且網(wǎng)絡如果沒有足夠的信息就不能決定是否進行L3切換，所以該切換觸發(fā)中應該含有新、舊兩個AP的MAC地址，原AP收到切換觸發(fā)，立即將此信息傳遞到原AR。新AP接到觸發(fā)，啟動前面所提到的L2切換，開始和MN通過信息交換達到同步。

(3)原AR收到L2切換觸發(fā)，必須能夠識別出另一個AP的子網(wǎng)，這就要求在AR處要保留一個各個子網(wǎng)所含的AP的MAC地址集，并且不同的子網(wǎng)AP的MAC地址是不同的。

(4)如果原AR通過查找發(fā)現(xiàn)兩個AP分屬不同的子網(wǎng)(兩個AP與不同路由器相連)，就向新AP所屬的AR(即新AR)請求地址，新AR根據(jù)動態(tài)主機配置協(xié)議分配一個COA地址，返回給原AR，原AR把該地址從兩個BSS內發(fā)送給MN以確保其能收到，這是考慮到:MN可能與新AP建立了連接(鏈路層切換完成)，但也可能仍與原AP連接著。這一步同時進行的是鏈路層切換，這樣MN一進入新的網(wǎng)絡就有了COA地址了。這里需要注意的是原AR實際上是充當了家鄉(xiāng)代理的角色。

(5)之后MN再向原AR(家鄉(xiāng)代理)發(fā)送綁定更新，進行注冊，再接收綁定應答，即注冊成功。

必須注意的是，在這個切換方案里新AR并不是外地代理，因為如果是外地代理，在注冊請求時，它要對注冊請求進行一系列的有效性檢查。如果其中有一項檢查失敗，外地代理就向移動節(jié)點發(fā)送一條注冊應答消息拒絕這次注冊請求。如果檢查成功，外地代理就將包含注冊請求消息的數(shù)據(jù)包的IP報頭和UDP頭完全剝去，再加上新的報頭后才送給家鄉(xiāng)代理。同樣當外地代理接到來自家鄉(xiāng)代理的注冊應答后，將對消息進行一系列的有效性檢查。外地代理一旦發(fā)現(xiàn)應答是無效的，將產生一個包含適當?shù)腃ode域的注冊應答，并發(fā)送給移動節(jié)點。而我們這里，新AR僅僅作為一個路由器使用。

從上面的步驟看到，一方面采用了由鏈路層信息發(fā)起切換(草案的思想)，節(jié)省了一部分時間，另一方面由于COA地址的獲得和L2切換同時進行，更是大大節(jié)省了時間，特別是對于WLAN，由于其所有控制信號和數(shù)據(jù)信號都共用一個信道，并且MAC層采用CSMA/CA的策略，如果同一BSS內有幾個MN同時工作，L2切換所花的時間就很長。從仿真的結果看，同時有4個MN工作的時候，L2切換時間大約是2s，充分利用這2s的時間獲取COA將大大減少切換時延。