CN100376097C - 选取混合网络中接入代理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选取混合网络中接入代理的方法，所述混合网络包括自组网和蜂窝网络，所述方法包括步骤：当移动的节点检测到自己不在蜂窝网络的覆盖范围内时，向其他节点广播代理发现消息；每个收到代理发现消息并且可以作接入代理的节点向移动的节点返回代理应答消息，并在代理应答消息中包含本节点已代理的节点个数；移动的节点根据收到的代理应答消息选定其中一个节点作为接入代理，并选定其他节点作为备用接入代理。利用本发明，可以有效地选取接入代理，实现移动的节点在自组织工作方式下与固定网络的通信，从而有效地弥补了固定网络的覆盖缺陷。

Description

选取混合网络中接入代理的方法

技术领域

本发明涉及混合网络通信技术领域，具体涉及一种选取混合网络中接入代理的方法。

背景技术

MANET(自组网)源于军事应用，经过多年的研发，目前其应用目标已扩大到了家庭网络、个人无线移动通信等民用领域。自组网是由一组带有无线收发信装置的移动节点组成的一个无线移动通信网络，它不依赖于预设的基础设施而临时组建，网络中移动的节点利用自身的无线收发设备交换信息，当相互之间不在彼此的通信范围内时，可以借助其它中间节点中继来实现多跳通信。中间节点帮助其它节点中继时，先接收前一个节点发送的分组，然后再向下一个节点转发以实现中继，所以也称为分组无线网或多跳网。在无线自组织网络中，取消了传统蜂窝移动通信网络中的中心节点的概念，所有的节点都是地位平等的，通过端对端的对等通信方式直接互联。每一个节点兼有终端和路由器的功能，除了自身作为通信终端参与数据通信过程之外，还要为网络中其他节点的数据通信业务提供转发功能。

蜂窝移动通信网络和无线局域网都属于现有网络基础设施范畴，这些无线网络需要基站或者访问服务点这样的中心控制设备，而无线自组织网络是一种无中心的分布式控制网络，它可以在没有或不便利用现有的网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境。其具有以下特点：无中心和自组织性、多跳性、动态变化的拓扑结构、移动的节点的局限性、安全性较差、有限的传输带宽、生存时间短等。

随着第三代移动通信系统逐渐进入商用，业界人士对下一代移动通信的共识是：它与前几代移动通信系统不同，是一个多种系统综合形成的复杂系统。这些系统包括二代和三代的蜂窝系统，例如，GSM(全球移动通信系统)、UMTS(通用移动通信系统)，DVB(数字电视广播)、HAPS(高空平台移动通信系统)等广域覆盖分发系统，支持高速率热点覆盖的无线局域网，个域网以及固定接入网等。引入自组织方式的移动通信系统，有可能成为4G或未来无线移动通信系统的重要形式。在移动通信系统中引入自组织方式，将会带来以下诸多好处：弥补覆盖缺陷、提供P2P(Peer-to-Peer，点对点)模式、降低功耗、提高容量、转移流量以缓解热点区域由于容量饱和造成的呼叫阻塞和切换断链。总之，未来的移动通信系统由于引入了自组织方式，可以使网络具备很高的自适应性和智能性。

在这种新型混合系统中，有三种通信方式，包括：自组织方式、蜂窝方式和混合方式，即经过多跳中继最终接入基站。在这三种通信方式中，前两种方式都已经是比较成熟的技术，而第三种通信方式，即移动的节点在自组织工作方式下如何与固定网络进行通信，则是需要研究的一个全新问题。通过代理技术可以解决这个问题。所谓代理是指在多跳传输中最终将其它用户的服务请求直接送达基站设备的用户。合适的代理选取与维护算法对通信的性能影响较大，但目前还没有现成的可用方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种选取混合网络中接入代理的方法，以有效地选取接入代理，解决在混合组网方式下移动的节点与蜂窝网络的通信问题。

一种选取混合网络中接入代理的方法，所述混合网络包括自组网和蜂窝网络，所述方法包括步骤：

A、当移动的节点检测到自己不在所述蜂窝网络的覆盖范围内时，向其他节点广播代理发现消息；

B、每个收到所述代理发现消息并且可以作接入代理的节点向所述移动的节点返回代理应答消息，并在所述代理应答消息中包含本节点已代理的节点个数；

C、所述移动的节点根据收到的代理应答消息选定其中一个节点作为接入代理，并选定其他节点作为备用接入代理；

其中，所述节点为支持蜂窝移动通信方式和多跳中继的自组织通信方式的节点；所述接入代理为一个在蜂窝网络覆盖范围内的节点。

在所述步骤A和步骤B之间包括步骤：

当所述其他节点收到所述代理发现消息后，如果检测到自己不可以作接入代理，并且所述代理发现消息的跳数小于预定值，则继续向其他节点广播所述代理发现消息。

所述步骤B包括：

每个收到所述代理发现消息的节点根据所述代理发现消息中的信息，建立所述代理发现消息的源节点与本节点之间的路由；

如果该节点可以作接入代理，则通过各节点之间建立的路由向所述移动的节点返回代理应答消息。

所述步骤C包括：

C1、所述移动的节点根据收到的代理应答消息选定其中多个节点作为备用接入代理；

C2、根据所述备用接入代理节点建立备用接入代理节点列表；

C3、选定所述接入代理节点列表中的第一个节点作为接入代理。

所述步骤C还包括：

C4、所述移动的节点周期向所述备用接入代理节点列表中各节点发送HELLO消息，检测各节点的连通性；

C5、所述备用接入代理节点列表中各节点收到所述HELLO消息后，向所述移动的节点回复HELLO确认消息，并在所述HELLO确认消息中包含本节点已代理的节点个数；

C6、所述移动的节点根据各节点的回复消息更新所述备用接入代理节点列表中各节点的顺序。

所述步骤C6还包括：

如果在预定时间内未收到所述备用接入代理节点的响应消息，则删除该节点。

所述步骤C2具体为：将各备用接入代理节点按照其与所述移动的节点之间的跳数及其已代理的节点个数进行排序。

所述方法还包括：

当所述移动节点移动到所述蜂窝网络的覆盖范围内后，删除所述备用接入代理节点列表中的所有节点。

可选地，所述蜂窝网络包括：

GSM，和/或GPRS，和/或WCDMA，和/或CDMA IS95A，和/或CDMA20001X，和/或CDMA2000，和/或TD-SCDMA。

优选地，

所述代理发现消息包括以下信息：报文类型、标志位、跳数、广播号、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、源序列号；

所述代理应答消息包括以下信息：报文类型、标志位、下一跳节点子网、跳数、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、路由生存时间、已代理节点数。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明对于混合网络中移动的节点，通过移动的节点向其他节点广播代理发现消息来选取接入代理，然后通过选取的接入代理接入固定网络，实现移动的节点在自组织工作方式下与固定网络的通信，并通过移动的节点周期地向多个备用接入代理发送HELLO消息，检测其连通性，保证了选取的接入代理的有效性，提高了接入速率。利用本发明，可

以有效地弥补固定网络的覆盖缺陷，降低整个网络的功耗，提高固定网络的系统容量，多种通信方式共存使混合网络具备了很高的自适应性和智能性。

附图说明

图1是自组网结构示意图；

图2是混合网络的结构示意图；

图3是移动的节点通过接入代理与蜂窝网络通信的流程；

图4是本发明方法选取接入代理的实现流程图；

图5是图2所示的混合网内节点A与蜂窝网络通信时的消息流程。

具体实施方式

本发明的核心在于在自组织网络及蜂窝网络共存的混合网络中，当移动的节点检测到自己不在蜂窝网络的覆盖区域内时，通过广播的方式选取一个位于蜂窝网络内的节点作为其接入代理，并通过选取的接入代理完成在蜂窝网络中的注册过程及呼叫建链过程；然后，通过自组网将业务信息传送给接入代理，再由接入代理将业务信息传送给蜂窝网络，实现混合网络中的移动的节点与蜂窝网络的通信。

在代理选取过程中，由移动的节点向其他节点广播代理发现消息；每个收到代理发现消息并且可以作接入代理的节点向移动的节点返回代理应答消息，并在代理应答消息中包含本节点已代理的终端个数；这样，移动的节点即可根据收到的代理应答消息选定其中多个节点作为备用接入代理，并根据其与这些节点之间的跳数及每个节点已代理的终端个数从中选取一个节点作为接入代理。由于终端与接入代理的移动性，因此移动的节点还要通过HELLO消息周期地检测各备用接入代理节点的连通性，并根据检测结果对这些备用接入代理节点进行维护，以便从中选取出一个合适的节点作为接入代理。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

自组织网络是一个所有组成节点所组成的自治系统，在一个无线自组织网络中，节点之间通过多跳无线链路相互通信。在这里没有基站等基础设施，每个节点既是接收和发送信息的终端，又充当其他节点间通信的路由器。其网络结构如图1所示：

由于受到信号发射功率的影响，节点A与节点C通信时，需要经过两跳无线链路，即先建立与节点B的无线链路，再通过节点B建立节点B与节点C的无线链路，然后将通话信息发送到节点B，再由节点B发送到节点C，反之亦然。而节点D和节点E之间可以直接相互通信。

在自组网与蜂窝网共存的混合网络中，如图2所示，自组网中的某些节点，比节点C、节点D、节点E位于蜂窝网的覆盖区域内，此时，这些节点可直接与基站通信。而其他节点(节点A和节点B)由于不在蜂窝网的覆盖区域内，不能直接与基站通信。

本发明通过选取接入代理的方式实现混合网络中移动的节点与蜂窝网络的通信。所谓接入代理是指一个在蜂窝网络覆盖范围内的移动的节点，当蜂窝网络覆盖范围外的一个或者多个终端要与蜂窝网络进行通信时，它代替这些终端完成在蜂窝网络中的注册过程；并将通信业务数据流在蜂窝网络协议与MANET协议之间进行转换，起到一个网关的作用。

参照图3，图3示出了移动的节点通过接入代理与蜂窝网络通信的流程：

步骤301：移动的节点检测自己是否在蜂窝网络的覆盖范围内。

如果在蜂窝网络的覆盖范围内，则进到步骤302：注销其接入代理节点。

然后，进到步骤303：直接与基站进行通信，这种情况下的建链、拆链过程与普通蜂窝网的终端相同。

如果不在蜂窝网络的覆盖范围内，则进到步骤304：选取接入代理。该接入代理为位于蜂窝网络中的某节点。

步骤305：通过选取的接入代理完成在蜂窝网络中的注册过程及呼叫建链过程。

步骤306：移动的节点通过自组织方式将业务信息传送给接入代理，再由接入代理将业务信息传送给所述蜂窝网络，反之亦然。

在混合通信方式中，当用户处于覆盖区外时，用户的身份注册信息和业务数据将经过多跳传输给用户选取的接入代理，由接入代理来代替用户完成与基站间的信息交互。因此合适的接入代理选取与维护对通信的性能影响较大，代理的选取和维护问题是一个关键的问题。

在本发明中，通过移动的节点向其他节点广播代理发现消息PDIS，每个收到该代理发现消息并且可以作接入代理的节点向移动的节点回送代理应答消息PREP，来选取接入代理。

代理发现消息PDIS包括以下信息：报文类型、标志位、跳数、广播号、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、源序列号。

可设定其分组格式如下表1所示：

表1：

类型	标志位	保留字段	跳数
				PDIS标识
目的IP地址
				目的序列号
源IP地址
				源序列号

类型(Type)：指控制报文的类型；

标志位(5Bit)：加入标记(J)为多播保留的字段，修复标记(R)为多播保留的字段，义务的PDIS标记(G)表明是否需要单播PDIS给目的IP地址域中指明的节点，目的节点回复标记(D)表明只有目的节点才对该PDIS做回复，序列号未知标记(U)：表明目的序列号未知；

跳数：从源节点到当前接收到PDIS的节点的跳数；

PDIS的广播号：和源IP地址一起保证唯一标识一次路由建立过程发送的路由请求；

目的节点的IP地址：目的节点的IP地址；

目的节点序列号：源节点收到的最新的到目的节点的任何路由的序列号；

源节点IP地址：发起PDIS的节点的IP地址；

源节点序列号：发起PDIS的节点当前的序列号。

代理应答消息PREP包括以下信息：报文类型、标志位、下一跳节点子网、跳数、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、路由生存时间、已代理节点数。

可设定其分组格式如下表2所示：

表2：

类型	标志位	保留字段	前缀长度	跳数
					目的IP地址
目的序列号
					源IP地址
生存时间
					已代理节点数

类型(Type)：指控制报文的类型；

标志位(5Bit)：修复标记(R)：为多播保留的字段；需要确认标记(A)：表明是否需要确认收到PREP；

前缀长度：如果非零，说明指定的下一跳将被当作到达前缀所指出的子网的下一跳节点；

跳数：源节点到目的节点的跳数；

目的节点的IP地址：该路由的目的节点的IP地址；

目的节点序列号：该路由的目的节点序列号；

源节点IP地址：发起PDIS的节点的IP地址；

生存时间(Lifetime)：收到PREP的节点认为该路由有效的时间(单位：微秒)；

已代理节点数：表示该节点已经是几个节点的代理。

图4示出了本发明方法选取接入代理的实现流程，包括以下步骤：

步骤401：移动用户向其他节点广播代理发现消息PDIS。

步骤402：收到代理发现消息PDIS的节点建立源节点与本节点的路由。

步骤403：检测收到的代理发现消息的跳数是否小于预定值。

如果不小于预定值，则进到步骤404：丢弃收到的代理发现消息。

如果小于预定值，则进到步骤405：进一步检测检测自己是否可以作该移动用户的接入代理。

如果可以，则进到步骤406：向该移动用户返回代理应答消息PREP，在代理应答消息中包含本节点已代理的终端个数。

然后，进到步骤407：继续向其他节点广播该代理发现消息。

如果不可以，则直接进到步骤407：继续向其他节点广播该代理发现消息。

步骤408：移动用户根据收到的代理应答消息选定其中一个节点作为接入代理。

该移动用户可能会接收到多个节点回送的代理应答消息，因此，可以从中选择一个合适的节点作接入代理，其他节点作为备用接入代理。

为了方便接入代理的选取，可以建立一个备用代理节点列表，将所有回送代理应答消息的节点全部放入该表中，也可以从中选取若干个节点放入该表中。对这多个节点按优先级顺序进行排序，需要通信时，选取该表中的第一个节点作为接入代理。

在对这些节点排序时，要考虑到移动用户与该节点之间的距离，也就是与该节点之间的跳数，以及该节点已经承担了几个节点的代理。为了提高通信效率，可以将表中的节点根据公式：Value＝h+1.8*n进行升序排列，其中h为目的节点与源节点之间的距离(跳数)；n表示该节点已经是n个节点的代理了。

接入代理选定后，移动用户向该接入代理发送代理请求消息，接入代理收到该消息后，向移动用户回复代理确认消息。同时将自己记录的承担的代理节点数加1。当移动用户收到代理确认消息后，即可向代理节点发送身份信息开始注册过程。

由于无线通信中终端的移动性，某个终端的代理可能会移动到距离该终端太远的位置而无法与该终端用户进行通信，因此为了保证备用代理节点列表的节点代理的有效性，还需要移动用户对备用代理节点信息定时进行维护。

针对该问题，本发明通过对代理的连通性检测，对备用代理节点列表进行不断的维护和更新。如果移动用户在一段时间(可根据实际应用预先设定)内没有和这些节点进行通信，则周期地向这些节点发送HELLO消息，检测各节点的连通性。各节点收到HELLO消息后，向移动用户回复HELLO确认消息，并在HELLO确认消息中包含本节点已支持的代理个数。移动用户根据各节点的回复消息更新备用接入代理节点列表中各节点的顺序。仍然按上述原则确定各节点的排列顺序，即按照其与移动用户之间的跳数及其已代理的终端个数进行排序。如果在预定时间内未收到备用接入代理节点的响应消息，则删除该节点。

如果当前接入代理节点的顺序发生了改变，则进行接入代理的更换，选择当前排在第一的节点作为接入代理。同时向原来的代理节点发送代理撤消消息，原代理节点收到代理撤销消息后回复撤销确认消息，同时将自己记录的承担的代理节点数减1。移动用户选取新的代理节点后，向新选择的代理节点发送代理请求消息，重新进行代理请求过程。

上述代理请求消息、代理确认消息、HELLO消息、HELLO确认消息、代理撤销消息、撤销确认消息的具体消息格式可根据应用需要来确定。

当移动用户需要接入蜂窝网络时，先检测自己是否在蜂窝网络覆盖范围内。如果在其范围内，再看自己是否还有接入代理节点没有注销，则注销该接入代理后再接入蜂窝网络(这种情况下的建链、拆链过程和普通蜂窝网的终端一样)；如果不在蜂窝网络范围内，则该节点向其代理节点发送带业务类型的业务请求消息(如果没有代理节点就进入代理选取过程)。代理节点收到该请求后，代替移动用户与蜂窝网络进行交互完成呼叫建链过程，并开始进行业务的传输。业务传输时，蜂窝网将需要发给移动用户的数据发送给该代理节点，代理节点将数据通过自组网转发送给移动用户，反之亦然。业务结束后，移动用户发起业务拆链请求，代理节点收到拆链信息后，代替移动用户与蜂窝网完成呼叫的拆链规程，并向移动用户回复拆链的确认消息。

在本发明中，需要移动的节点同时支持多跳中继的自组织通信方式和蜂窝移动通信方式。如果蜂窝网络的终端本身也支持自组织通信方式，则使用单模终端即可，否则，可采用双模终端。

下面以图2所示的混合网内节点A与基站的通信为例，详细说明代理选取及业务建链及拆链的过程，其消息流程如图5所示：

节点A检测自己不在蜂窝网络的覆盖范围内，该节点广播一个代理发现(PDIS)消息，收到PDIS消息的中间节点B根据PDIS中的信息，建立到源节点(节点A)的路由。该路由称为反向路由，其目的节点是广播PDIS的源节点(节点A)的路由。该路由称为反向路由，其目的节点是广播PDIS的源节点，下一跳节点是将PDIS发送给本节点的邻居节点。然后该节点再继续向周围节点广播此消息，同时该节点判断自己是否可作代理，如果可以就向源节点回复代理应答消息(PREP)(图中节点C、D收到了节点B转发的PDIS消息，它们都回应了PREP消息)，PREP沿着刚刚建立的路由向源节点传送，在此过程中，收到PREP的节点建立到目的节点的路由，该路由称为正向路由，其目的节点是PREP的源节点，下一跳是将PREP发送给本节点的邻居节点。

这样，节点A收到了节点C和节点D回复的代理应答消息，节点A根据这些消息中信息从中选择节点C作为其接入代理。然后节点A向节点C发送代理请求消息PREQ，节点C收到该消息后，向节点A回复代理确认消息PACK。当节点A收到PACK消息后，向代理节点发送身份信息开始注册过程：

先将注册信息发送到节点B，由节点B转发到节点C，由节点C代替节点A完成注册过程。注册完成后，节点C将注册确认消息经节点B发送给节点A。

然后，节点A向节点C发送带有业务类型的业务请求消息，如果节点C支持该业务类型，则代替节点A与蜂窝网络完成业务的呼叫建立过程。如果节点C不支持该业务类型，则直接返回出错信息给节点A，这将使节点A启动新的有QoS(服务质量)要求的代理选取过程，并更新代理节点，然后由新代理完成上述过程，开始进行业务的传输。

业务传输结束后，如果由自组网的用户发起断链消息，代理节点收到断链消息后，代替用户完成呼叫的拆链规程。具体到该例，节点A向节点C发送业务拆链请求，节点C代替节点A与蜂窝网络完成业务的呼叫拆除过程。然后，向节点A回复业务拆链成功消息。

如果由蜂窝网的用户发起断链消息，代理节点收到断链消息后，代替用户与蜂窝网完成呼叫的拆链规程，然后通知用户。具体到该例，节点C收到蜂窝网发来的拆链信令后代替节点A与蜂窝网络完成业务的呼叫拆除过程，然后向节点A发送业务拆链请求，节点A收到该业务拆链请求向节点C回复业务拆链成功消息。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种选取混合网络中接入代理的方法，所述混合网络包括自组网和蜂窝网络，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、当移动的节点检测到自己不在所述蜂窝网络的覆盖范围内时，向其他节点广播代理发现消息；

B、每个收到所述代理发现消息并且可以作接入代理的节点向所述移动的节点返回代理应答消息，并在所述代理应答消息中包含本节点已代理的节点个数；

C、所述移动的节点根据收到的代理应答消息选定其中一个节点作为接入代理，并选定其他节点作为备用接入代理；

其中，所述节点为支持蜂窝移动通信方式和多跳中继的自组织通信方式的节点；所述接入代理为一个在蜂窝网络覆盖范围内的节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A和步骤B之间包括步骤：

当所述其他节点收到所述代理发现消息后，如果检测到自己不可以作接入代理，并且所述代理发现消息的跳数小于预定值，则继续向其他节点广播所述代理发现消息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

每个收到所述代理发现消息的节点根据所述代理发现消息中的信息，建立所述代理发现消息的源节点与本节点之间的路由；

如果该节点可以作接入代理，则通过各节点之间建立的路由向所述移动的节点返回代理应答消息。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

C1、所述移动的节点根据收到的代理应答消息选定其中多个节点作为备用接入代理；

C2、根据所述备用接入代理节点建立备用接入代理节点列表；

C3、选定所述接入代理节点列表中的第一个节点作为接入代理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括：

C4、所述移动的节点周期向所述备用接入代理节点列表中各节点发送HELLO消息，检测各节点的连通性；

C5、所述备用接入代理节点列表中各节点收到所述HELLO消息后，向所述移动的节点回复HELLO确认消息，并在所述HELLO确认消息中包含本节点已代理的节点个数；

C6、所述移动的节点根据各节点的回复消息更新所述备用接入代理节点列表中各节点的顺序。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C6还包括：

如果在预定时间内未收到所述备用接入代理节点的响应消息，则删除该节点。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C2具体为：将各备用接入代理节点按照其与所述移动的节点之间的跳数及其已代理的节点个数进行排序。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述移动节点移动到所述蜂窝网络的覆盖范围内后，删除所述备用接入代理节点列表中的所有节点。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述蜂窝网络包括：

GSM，和/或GPRS，和/或WCDMA，和/或CDMA IS95A，和/或CDMA20001X，和/或CDMA2000，和/或TD-SCDMA。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述代理发现消息包括以下信息：报文类型、标志位、跳数、广播号、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、源序列号；

所述代理应答消息包括以下信息：报文类型、标志位、下一跳节点子网、跳数、目的IP地址、目的序列号、源IP地址、路由生存时间、已代理节点数。

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