CN100536418C - 基于层次的嵌套移动网络路由优化方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于层次的嵌套移动网络路由优化方法，包含：(1)MR收到的RA中没有MAP选项，在自身发出的RA中添加MAP选项，作为MAP工作；(2)收到该RA的MR将自己的LCOA添加到MAP选项中；(3)步骤(2)中的MR给作为MAP的步骤(1)中的MR发送LBU，给HA发送RBU。本发明的优点在于：信息包的传输过程只需要最底层MR和其HA之间的一次封装，独立于嵌套层数；优化传输路径，减少了信息包的传输时延；在MAP域内保护了MN的地址隐私性和移动透明性。
Description
技术领域
本发明属于嵌套网络移动通信技术领域，尤其涉及一种基于层次的嵌套移动网络路由优化方法。
背景技术
在移动网络协议版本6(MIPv6-Mobile Internet Protocol version 6)中，当移动节点(MN-Mobile Node)在不同子网间移动时，既不中断与通信对端(CN-Corresponding Node)的通信，也不用改变其本身的IP地址。MIPv6中MN使用两个地址来进行移动性管理：一个是固定不变的家乡地址(HoA-Home of Address)，用于标识主机；由固定的家乡代理(HA-Home Agent)的家乡网路前缀来配置；另一个是临时转交地址(CoA-Care of Address)，用于路由的目的。当MN移动到一个新的子网时，CoA根据新的外地网络前缀配置。CoA的改变标识了其位置的变化，HoA不会改变，确保上层会话的连通性。MIPv6中，MN离开家乡后向HA绑定其CoA，建立与HA之间的双向隧道(BT-Bi-directionalTunnel)，此后与CN之间的数据分组由HA转发，这种BT的方式存在较大的传输时延。因此该协议还提出了路由优化的方法：即任何一个与MN通信的、具有IPv6功能的CN都可以维护一个缓冲区绑定MN的CoA。这样，MN可以直接与CN进行通信，减少了时延。
层次移动IPv6协议(HMIPv6-Hierarchical Mobile IPv6)通过减少MN移动后注册更新时绑定更新(BU-Binding Update)的交互数量减少时延。利用“区域划分”的思想，HMIPv6在逻辑上将整个网络划分为不同的“域”，每个域由一个特定的称为移动锚点(MAP-Mobility Anchor Point)的实体来管理，这个MAP充当MN的一个临时HA转发MN与CN之间的分组。当MN移动到MAP内时，收到接入路由器(AR-Access Router)发送的路由通告(RA-Router Advertisement)，在RA中包含有AR信息和MAP选项。MN根据RA中的AR信息和MAP信息，配置链路转交地址(LCoA-Link CoA)和区域转交地址(RCoA-Regional CoA)。HMIPv6使用LCoA和RCoA来区分MN在MAP域内和MAP域间的移动。HMIPv6将MN在MAP域内的移动称为微移动，在MAP域间的移动成为宏移动。当MN在一个MAP域内移动时，只有LCoA发生改变，RCoA并不发生改变。这时MN只需要将变化的LCoA向MAP进行注册更新，不必向HA和CN发送BU进行注册，保护了地址隐私性和在MAP域内的移动透明性。
MIPv6提供了单个节点移动中的通信过程。对于由一簇节点组成的移动实体，做为移动子网也需要在移动过程中保持与Internet的连接。在MIPv6的基础上，互联网工程任务组(IETF-Internet Engineering TaskForce)于2005年1月提出了网络移动性(NEMO-NEtwork Mobility)的管理规范基本支持协议。移动子网是指：一个作为整体动态的改变它的Internet接入点的网络，主要形式如个域网(PANs-Personal AreaNetwroks)、部署在车辆中的传感器网络、公共运输工具，如公交车、火车等，在其上部署的接入网络以及通过移动路由器(MR-Mobile Router)连接到Internet的无线自组织网络(Ad hoc)等。移动子网作为一个独立单元，改变在Internet上的接入点，可以包括一个或多个MR连接到Internet，为移动网络节点(MNN-Mobile Network Node)提供Internet服务。在NEMO基本支持协议中，通过在MR和其HA之间使用BT进行数据传输，数据包头十分冗余。移动网络可以任意大小，网络移动不改变内部节点的物理接入点，但是改变了他们的全局拓扑位置，由此引发严重的路由优化问题。移动网络中的路由优化问题是移动网络的研究重点。移动网络可以接入到另外一个移动网络内部形成嵌套网络，嵌套网络和当前的接入网都具有各自的家乡代理，当采用NEMO基本支持协议进行数据传输时，数据包将沿着隧道多层封装，数据传输效率低，路径不优化。
公知技术一：反向路由头(RRH-Reverse Routing Header)协议，Thubert和M.Molteni提出的优化方案，采用源路由机制的思想，用优化的路由进行信息包的传输。如图1所示，按照RRH协议，子网路由器MR3与它的家乡代理HA_MR3建立双向隧道，略去了MR1和MR2的家乡代理HA_MR1和HA_MR2。当信息包从MNN发出时，它使用一种新的路由头“反向路由头”记录从MNN到CN的所有MR。
当信息包从MNN发送给CN时，路径上的第一个MR分配必要数量的RRH。由于MR3是路径上的第一个MR，深度为3，则MR3就在隧道头中分配3个RRH。MR3在第一个空间中插入它的家乡地址HoA_MR3，外部IPv6头的目的地址是HoA_MR3，源地址是MR3的CoA。
当信息包到达MR2时，MR2将现有源地址替换为它的CoA，并将原来的源地址，即MR3的CoA，记录在RRH的第二个空间中。同样，当信息包到达MR1时，源地址替换为MR1的CoA，原来的源地址记录在RRH的第三个空间中。
信息包通过隧道传递给HA_MR3，HA_MR3收到信息包后，查看RRH发现信息包是从MR3发送过来的，HA对信息包解封装，并发送给CN，同时为MR3创建一个缓存，包括RRH中记录的条目和外部IPv6头的源地址，即MR1的CoA。该缓存使得从CN发送给MNN的信息包使用RRH向相反的方向发送。公知技术一的缺陷在于：1、中间路由器和HA需要修改；2、当MN和CN分别处于两个不同的嵌套移动网络中时，从MN到CN的路由转化为非优化的路由。
公知技术二：递归绑定更新(RBU-Recursive Binding Update)，通过循环发送绑定更新来维持与通信对端的优化路由。该方案除了绑定更新的操作之外，不需要对移动网络协议(MIP-Mobile IP)的其它部分进行修改。RBU操作集中在嵌套移动子网的MR和连接在MR的访问移动节点(VMN-Visiting Mobile Nodes)上，VMN和MR都需要给CN发送BU。如图2所示，当CN发送一个信息包给VMN，它通过每个HA发送，用IPv6头封装。当VMN收到该包并解封装后，与CN执行MIPv6中的路由优化过程。CN收到VMN发送的BU，与VMN的CoA建立隧道，信息包通过隧道发送。同时，信息包也发送给每个HA。
当MR3解封装该包，它也给CN发送BU，CN将该包隧道给VMN的CoA，该隧道内还有一个目的地址为VMN的CoA的隧道。之后，MR2和MR1以递归的方式给CN发送BU，这样在CN的绑定缓存(BC-BindingCache)中就形成了对VMN和MR的绑定表项。CN为每个信息包创建四个封装，分别发往MR的CoA和VMN。类似地，从VMN来的包在MR处被隧道到CN。公知技术二的缺陷在于：1、过多的绑定更新，且随着嵌套层数增加而增多；2、只适用于VMN和支持MIPv6的CN。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决上述缺陷，避免缺陷存在，采用HMIPv6的思想在嵌套移动网络中进行路由优化，信息包的传输过程只需要一次封装，独立于嵌套层数；优化传输路径，减少了信息包的传输时延；在MAP域内保护了MN的地址隐私性和移动透明性。
本发明提供一种基于层次的嵌套移动网络路由优化方法，MR处于嵌套移动网络内部，当MR连接到Internet上的AR时，包含：(1)MR收到的RA中没有MAP选项，在自身发出的RA中添加MAP选项，作为MAP工作；(2)收到该RA的MR将自己的LCOA添加到MAP选项中；(3)步骤(2)中的MR给作为MAP的步骤(1)中的MR发送LBU，给HA发送RBU，MN直接连接的最底层MR和其HA之间建立隧道。
一种路由优化方法，进一步包含：(4)步骤(2)中的MR给下一层的MR发送MAP选项中包含自己LCOA的RA，下一层的MR将自己的LCOA添加到MAP选项中，形成NAI。
一种路由优化方法，其中，步骤(3)中MR给MAP发送的LBU中包含NAI，在MAP处形成绑定缓存列表。
一种路由优化方法，其中，步骤(2)进一步包含：该MR基于AR配置LCoA，基于MAP配置的RCoA。
一种路由优化方法，其中，步骤(3)进一步包含：MR使用LCOA给MAP发送LBU；使用RCOA给HA发送RBU。
一种路由优化方法，其中，步骤(2)中RA的MAP选项中还包括MAP的HoA及MAP的CoA。
一种路由优化方法，其中，步骤(3)中MR给MAP发送的LBU中还包含有MR的HoA。
一种路由优化方法，MR发送给HA的RBU中还包含MAP的当前CoA和MR自己的RCoA，并将HA和MAP的当前CoA进行绑定。
本发明与公知技术相比，其优点在于：本发明采用层次的思想对嵌套移动网络进行路由优化，避免了NEMO基本支持协议MR-HA双向隧道的方法，使信息包的传输只经过一层封装，独立于嵌套层数，大大减少了信息包的传输时延。本发明中，嵌套移动子网中的各级MR对应的HA处保留MR在当前MAP域内的位置，既可以附加认证计费等各种通信业务，同时采用MAP域微移动的思想进行移动节点位置管理，提供了地址隐私性和移动透明性。能够为移动网络技术的应用提供高性能的路由机制，在列车、城铁、公交车、飞机等移动子网中提供良好的通信支持。
附图说明
图1为公知技术反向路由头RRH优化方案示意图；
图2为公知技术递归绑定更新RBU优化方案示意图；
图3为嵌套移动网络的结构示意图；
图4为MR3发送的绑定更新和MAP、HA_MR3处的绑定更新情况；
图5为本发明从CN到LFN的信息包传输流程图；
图6为本发明从LFN到CN的信息包传输流程图；
图7为本发明的信息包交互过程图；
图8为本发明另一实施例从CN到LFN的信息包传输流程图；
图9为本发明另一实施例从LFN到CN的信息包传输流程图。
具体实施方式
有关本发明的技术内容及详细说明，现配合附图说明如下：
实施例1
如图3所示，HMIPv6与嵌套移动网络在拓扑结构上有相似之处。但HMIPv6是针对主机的移动性管理方案，嵌套移动子网中MR是移动的，使用HMIPv6的思想进行路由优化，需要进行一系列的扩展。
为了避免嵌套移动网络中的冗余路由，在HMIPv6的基础上，对MAP选项进行扩展。连接在Internet上的MR作为MAP工作，整个嵌套移动网络形成一个本地MAP域。当MR首次连接到Internet上的AR，其收到的RA中没有MAP选项。该MR判断自己处于整个嵌套网络的第一层，在自身发出的RA中添加MAP选项，开始作为MAP工作。MAP选项中不仅包括MAP的HoA，还包括MAP的CoA。任何一个收到该RA的MR将自己的LCOA添加到MAP选项中，形成嵌套地址信息(NAI-NestedAddress Information)。
除了第一层直接连接到Internet的MAP之外，每个MR发送两个绑定更新：发给第一层MR即MAP的本地绑定更新(LBU-Local BindingUpdate)和发给HA_MR的区域绑定更新(RBU-Regional BindingUpdate)。发送给MAP的LBU里包含扩展MAP选项中包含的NAI，和每个MR的HoA。发送MR的HoA，是为了在MAP和HA_MR之间建立绑定，即在MAP处管理着整个嵌套网络的拓扑结构。发送给HA_MR的RBU中包含MAP的当前CoA和MR自身的RCoA，并将MR的HA和MAP的当前CoA进行绑定。发送给MR的信息包，以MAP的CoA作为目的地址。
图4为MR3发送的绑定更新和MAP、HA_MR3处的绑定更新情况。每个MR移动到该MAP域之后，都要配置两个转交地址：基于AR配置的LCoA和基于MAP配置的RCoA。以MR3的工作为例。MR3移动到嵌套网络中后，收到MR2的RA，其MAP选项中包含了MAP的CoA、MR1的LCOA和MR2的LCOA。MR3根据MR2在RA中通告的网络前缀配置LCOA_MR3，同时根据MAP选项中包含的MAP前缀配置RCOA_MR3。MR3配置好两个地址之后，分别使用LCOA_MR3给MAP发送LBU；使用RCOA_MR3给HA_MR3发送RBU。
图5为本发明从CN到本地固定节点(LFN-Local Fixed Nodes)的信息包传输流程图。如图5所示，从CN发出的信息包源地址为CN的地址，目的地址为MR3的家乡地址HoA_MR3。信息包到达HA_MR3后，建立从HA_MR3到MR3的隧道，并根据绑定将外部头地址设为MAP的CoA。信息包到达MAP后，去掉外部地址MAP_CoA，此时目的地址为HoA_MR3。MAP检查绑定缓存，寻找到LFN的路由。由于在MAP处HoA_MR3的绑定说明路由依次经过：MR1_LCoA，MR2_LcoA和MR3_CoA。MAP根据该绑定情况将信息包以此往下传输。到达MR3后，MR3解封装该包，将该包发送给LFN。信息包的传输过程只需要MR3和HA_MR3之间的一次隧道封装。在本发明中，MR在MAP域内移动时，只需要给MAP发送一次绑定更新，减少了绑定更新的数量，并使得MR在MAP域内的位置透明，保持了地址隐私性。
图6为本发明从LFN到CN的信息包传输流程图。如图6所示，LFN产生的信息包发送给MR3，MR3建立到MR3_HA的隧道，并封装该包。此时信息包的源地址为MR3_LCoA，目的地址为CN。为了在MAP处实现出口过滤，外部头源地址设为MAP_CoA。MR2和MR1传输该包给MAP，MAP去掉外部头，信息包继续沿隧道传输至MR3_HA。HA_MR3解封装该包，根据目的地址选项将信息包发送给CN。
图7为本发明的信息包交互过程图。如图7所示：
(1)当MR1移动到MAP域内后，接收MAP发送的包含MAP选项的RA，给MAP发送LBU及MAP返回本地绑定确认信息(LBA-LocalBinding Acknowledgement)；给HA_MR1发送RBU以及HA_MR1返回区域绑定确认信息(RBA-Regional Binding Acknowledgement)的过程。
(2)当MR2连接到MR1后，MR1给MR2发送的RA中包含有MR1自身的LCOA和MAP的信息，MR2给MAP发送LBU以及MAP返回LBA，给HA_MR2发送RBU以及HA_MR2返回RBA的过程。
(3)当MR3连接到MR2，MR3收到的RA中包含NAI信息和MAP的信息，MR3给MAP发送包含有NAI的LBU，MAP返回LBA；MR3给对应的HA_MR3发送RBU，包括自身的RCOA和MAP的CoA。HA_MR3返回RBA，建立MR3和HA_MR3之间的隧道。
(4)在LFN和CN之间建立通信连接，进行信息包的传输。
实施例2
嵌套移动子网的路由优化方案可以采用多种方式。在层次路由优化的基础上，如果在MAP和HA_MAP处建立隧道，也可以实现路由优化。
在这种方案中，任何一个移动到MAP域内的MR，也分别给其HA和MAP发送两个BU。发送给HA的BU中包含MAP的HoA，告诉HA该MR是处于MAP域内；发送给MAP的BU中包含NAI。在HA_MR3和HA_MAP和MAP处的绑定如图8所示。CN和LFN之间的信息包需要经过两层隧道封装：1)在LFN上一层的MR和其HA之间的隧道；2)MAP和其HA之间的隧道。
图8为本发明另一实施例从CN到LFN的信息包传输流程图。从CN发送给LFN的信息包，首先发送给HA_MR3。根据HA_MR3处的绑定，通过HA_MR3和MR3之间建立的隧道，到达HA_MAP；根据HA_MAP处的绑定，通过HA_MAP与MAP之间的隧道传输到MAP，HA_MAP和MAP之间的隧道结束。MAP解一次封装，从绑定缓存中发现LFN通过MR1、MR2、MR3可达。根据MAP处的绑定，MAP采用源路由机制，当信息包到达MR3，HA_MR3和MR3之间的隧道结束。MR3再次解封装并将信息包发送给LFN。
图9为本发明另一实施例从LFN到CN的信息包传输流程图。从LFN发出的信息包到达MR3后，根据MR3与HA_MR3之间建立的隧道，以HA_MR3为目的地址进行封装，为了实现出口过滤，此时外部头目的地址为MAP_CoA，并发送给MR2。MR2和MR1不对信息包进行封装，直接发送给MAP，MAP根据与HA_MAP之间的隧道，将信息包进行二次封装后发送给HA_MAP，HA_MAP解封装并发送给HA_MR3，经HA_MR3发送给CN。
在上述方案中，信息包的路由得到了一定程度的优化。但是其绑定机制决定信息包的传输需要两层封装，在一定程度上消耗了带宽资源。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (3)
1、一种基于层次的嵌套移动网络路由优化方法，移动路由器MR处于嵌套移动网络内部，当移动路由器MR连接到Internet上的接入路由器AR时，其特征在于，包含：
(1)移动路由器MR在给移动接入锚点MAP发送本地绑定更新LBU时，将自身所配置的本地转交地址LCoA也包含在该本地绑定更新LBU消息中，和上层各级移动路由器MR的本地转交地址LCoA一起形成嵌套地址标识NAI选项；
(2)移动路由器MR在给移动接入锚点MAP发送本地绑定更新LBU时，将该嵌套地址标识NAI消息包含在本地绑定更新LBU消息中，在移动接入锚点MAP处建立缓存，存储从移动接入锚点MAP到达该移动路由器MR的逐级路由信息；
(3)数据包在嵌套子网内部按照源路由机制进行传输，不再需要多层封装，传输过程步骤如下：
从通信对端节点CN发出的信息包源地址为通信对端节点CN的地址，目的地址为移动路由器MR3的家乡地址HoA_MR3；信息包到达家乡代理HA_MR3后，建立从家乡代理HA_MR3到移动路由器MR3的隧道，并根据绑定将外部头地址设为移动接入锚点MAP的转交地址CoA；信息包到达移动接入锚点MAP后，去掉外部地址MAP_CoA，此时目的地址为家乡地址HoA_MR3；移动接入锚点MAP检查绑定缓存，寻找到本地绑定更新LFN的路由；由于在移动接入锚点MAP处家乡地址HoA_MR3的绑定说明路由依次经过：本地转交地址MR1_LcoA，MR2_LcoA和转交地址MR3_CoA；移动接入锚点MAP根据该绑定情况将信息包以此往下传输；到达移动路由器MR3后，移动路由器MR3解封装该包，将该包发送给本地绑定更新LFN；信息包的传输过程只需要移动路由器MR3和家乡代理HA_MR3之间的一次隧道封装；
本地绑定更新LFN产生的信息包发送给移动路由器MR3，移动路由器MR3建立到家乡代理MR3_HA的隧道，并封装该包；此时信息包的源地址为本地转交地址MR3_LCoA，目的地址为通信对端节点CN；为了在移动接入锚点MAP处实现出口过滤，外部头源地址设为移动接入锚点的转交地址MAP_CoA；移动路由器MR2和移动路由器MR1传输该包给移动接入锚点MAP，移动接入锚点MAP去掉外部头，信息包继续沿隧道传输至家乡代理HA_MR3；家乡代理HA_MR3解封装该包，根据目的地址选项将信息包发送给通信对端节点CN。
2、根据权利要求1所述的路由优化方法，其特征在于，进一步包含：
(1)嵌套子网中的任何一级移动路由器MR包括最顶层作为移动接入锚点MAP工作的移动路由器MR给下一层的移动路由器MR发送的路由器通告消息RA中，其移动接入锚点MAP选项中应包含自己的区域转交地址本地转交地址LCOA；
(2)收到该路由器通告消息RA消息的移动路由器MR将自己配置的本地转交地址LCOA添加到移动接入锚点MAP选项中，形成嵌套地址标识NAI。
3、根据权利要求2所述的路由优化方法，其特征在于，
除移动接入锚点MAP外子网内各级移动路由器MR给移动接入锚点MAP发送的本地绑定更新消息LBU中包含嵌套地址标识NAI，在移动接入锚点MAP处形成绑定缓存列表。
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