CN101018166A - 一种在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，该方法是通过在各子网中设置独立的本地管理单元进行网络侧性能数据的测量；移动节点上的切换决策模块在切换过程中综合网络侧性能指标、移动节点性能指标及用户偏好等影响因子对候选网络进行评估；移动节点上的切换管理模块根据评估的结果选择出最优的网络进行切换；本发明所提供的方法解决了具备多种网络接入技术的移动设备在异构重叠覆盖的网络环境中垂直切换过程中最优网络的选择问题。
Description
技术领域
本发明属于移动IP领域，具体地说，是提出了一种重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换体系架构，通过本地管理单元(LMU)和移动节点(MN)切换决策和切换管理(HFDM)模块来支持MN选择最优的网络进行切换，LMU主要提供对垂直切换中网络侧性能的测量，MN切换决策和切换管理模块主要根据相应的参数指标选择最优的网络进行切换。
背景技术
无线、移动网络无处不在，为用户提供随处可及的通信服务。现存无线、移动网络在覆盖范围、接入能力、地址范围、对移动的支持等方面存在差异，在为用户提供丰富接入手段的同时，增加了网络的异构性。多种网络接口的移动设备广泛存在，用户可以选择接入“感兴趣”的网络。如何为应用动态地选择“最优”的承载网络，更好地为终端用户服务，成为值得我们关注的问题。
IPv6作为NGN、NGI的核心、必选协议，近年来得到快速发展。而未来的移动网络和服务如3G、4G等，都将建立在IPv6的基础上，并且移动IPv6将对移动性提供更好的支持，所以本方法也在移动IPv6环境下展开讨论。移动IPv6是建立在IPv6的体系结构基础之上的，其基本思想是，移动设备在移动计算中可以离开本地网络仍然可以透明地与互联网保持联络，不用手工配置任何网络信息就能够继续通信，并且能保持正在进行的网络连接不被中断。经过近几年的研究工作在全球的开展，移动IPv6在移动性支持上已有相对成熟的协议栈和实现方案，但要求保障传输数据包及时、安全、可靠却并非易事，而这些性能方面的要求又是保障移动应用部署的关键因素，从某种意义上来说，移动IPv6协议只是解决了移动支持的问题，而系统性能的提高还需要解决一些技术上的关键问题。
目前，切换方式根据切换网络是否改变可以分为两种：垂直切换和水平切换。垂直切换是一种在异构网络间进行的切换，如无线与有线、Wlan与3G之间等。而水平切换是一种在同构网络之间进行的切换。本方法主要考虑的是垂直切换。
垂直切换问题目前是重叠覆盖的多制式网络环境下进行移动通信要解决的关键问题之一。当移动节点从重叠覆盖的多制式网络中选择最优网络并切换到最优网络时，就面临着两个主要的问题：切换决策和切换管理。对于水平切换，切换决策均是以AP信号强弱作为参考标准，然而异构网络间的垂直切换将依赖更多的标准来进行切换决策，这样将使切换决策变得更加复杂；同时由于多接口的存在，现有的移动IPv6协议并不适用于异构网络间的垂直切换，如果要做到这一点就必须对现有的移动IPv6协议栈进行修改。
当前，芬兰赫尔辛基大学基于移动IPv6开发的MIPL项目实现了简单的垂直切换策略选择，英国剑桥大学的COMS项目使用移动IPv6技术，针对无线局域网WLAN和GPRS网络的整合以及这两个间的垂直切换也提出了相应的垂直切换方法，但都没有对多制式网络环境下的切换选择以及接口管理提出有效、灵活的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，支持MN在切换过程中对于不同制式接入网络的切换决策和切换管理，以解决MN在重叠覆盖的多制式网络环境中最优网络的选择问题。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，该方法是通过在各子网中设置独立的本地管理单元(LMU)，在MN系统中增加切换决策和切换管理模块，来保证MN能够选择最优的网络进行切换。
本发明适用于具有多制式网络接口的移动节点，网络接口编号为1-n，其中网络制式包括802.3、802.11、GPRS、CDMA1X、3G等。
上述方法具体包括如下步骤：
A.MN定时检测各网络接口和应用策略的变化，当检测到网络或应用策略发生改变时，触发候选网络筛选过程；
B.MN根据用户配置文件中的网络筛选规则，进行候选网络预选；
C.MN根据预选后的候选网络集合，向相应的LMU发送“候选网络性能查询请求”信令；
D.LMU定时测量本子网的网络性能信息，并将结果保存在LMU的网络性能参数表中；
E.LMU接收到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令时，就通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数列表发送给MN；
F.MN定时测量本机相关性能信息，并将结果保存在MN的本机性能参数表中；
G.MN的切换决策模块根据候选网络性能参数、本机性能参数和用户偏好等规则进行切换决策，选择最优的候选网络；
H.MN切换到最优的候选网络。
所述MN的HFDM模块包括接口检测、候选网络筛选、网络性能参数查询、自身性能监测、切换决策、切换管理等模块，以及配置文件和本机性能参数表。其中，所述接口检测模块将定时检测各网络接口，判断是否有新的候选网络；所述候选网络筛选模块对所有的候选网络进行筛选，选择出符合规则的候选网络；所述网络性能查询模块负责从LMU来获取候选网络的各种性能参数；所述自身性能监测模块负责用来获取MN的各种性能参数；所述切换决策模块用来在所有候选网络中选择最优的网络；所述切换管理模块来完成从当前接入网络切换到选择后的最优网络。所述配置文件保存用户偏好描述、候选网络筛选的规则以及进行切换决策的规则等；所述本机性能参数表用来保存MN自身的各种性能参数。
所述LMU包括定时查询模块、网络性能参数传递模块，以及网络性能参数表。其中，所述定时查询模块将查询到的本子网的性能参数保存到网络性能参数表中；所述网络性能参数传递模块在接受到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令后，从网络性能参数表中读出网络性能参数，然后通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数发送给MN；所述网络性能参数表用来保存LMU所在子网的各种性能参数。
本发明所提供的方法解决了移动设备在重叠覆盖的多制式网络环境中最优网络的选择问题。
附图说明
图1为重叠覆盖的多制式网络环境下垂直切换的场景描述图；
图2为垂直切换体系架构的软件结构图；
图3为垂直切换时序图；
图4为切换决策部分过程描述图；
图5为LMU上的网络性能参数表；
图6为MN上的本机性能参数表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明的目的在于提出一种重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，支持MN在切换过程中对于不同制式接入网络性能的测量、分析及决策过程，以解决MN在重叠覆盖的多制式网络环境中最优网络的选择问题。
该方法具体包括如下步骤：
A.MN定时检测各网络接口，当检测到新的网络信号集合时，触发候选网络筛选过程；
B.MN根据用户配置文件中的网络筛选规则，进行候选网络预选；
C.MN根据预选后的候选网络集合，向相应的本地管理单元(LMU)发送“候选网络性能查询请求”信令；
D.LMU定时测量本子网的网络性能信息，并将结果保存在LMU的网络性能参数表中；
E.LMU接受到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令时，就通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数发送给MN；
F.MN定时测量本机相关性能信息，并将结果保存在MN的本机性能参数表中；
G.MN的切换决策模块根据候选网络性能参数、本机性能参数和用户偏好等规则进行切换决策，选择最优的候选网络；
H.MN切换到最优的候选网络。
通过上述步骤解决了具备多种网络接入技术的移动设备在重叠覆盖的多制式网络环境中垂直切换过程中最优网络的选择问题。
如图1所示，为重叠覆盖的多制式网络环境下垂直切换的场景描述图，MN为具备多种制式网络接口的移动设备，其中包括802.3、802.11、GPRS、CDMA1X、3G等网络制式。该架构在每一个子网内部署一个LMU，LMU可以部署在每个子网的任何一台主机上，也可以部署在接入路由器上。通过LMU的辅助，MN完成在重叠覆盖的多制式网络环境中选择最优的接入网络进行切换。
如图2所示，MN包括接口检测、候选网络筛选、网络性能参数查询、自身性能监测、切换决策、切换管理等模块，以及配置文件和本机性能参数表。其中，接口检测模块定时检测各网络接口，判断是否有新的候选网络；候选网络筛选模块对所有的候选网络进行筛选，选择出符合规则的候选网络；网络性能查询模块负责从LMU获取候选网络的各种性能参数；自身性能监测模块负责获取MN的各种性能参数；切换决策模块负责在所有候选网络中选择最优的网络；切换管理模块完成从当前接入网络到所选择的最优网络的切换；配置文件中保存有用户偏好描述、候选网络筛选规则以及进行切换决策的规则；本机性能参数表中保存MN自身的各种性能参数。
LMU包括定时查询模块、网络性能参数传递模块以及网络性能参数表。其中，定时查询模块将查询所得的本子网性能参数保存到网络性能参数表中；网络性能参数传递模块在接收到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令后，从网络性能参数表中读出网络性能参数，然后通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数发送给MN；网络性能参数表用来保存LMU所在子网的各种性能参数。
如图3所示，为垂直切换体系架构的时序图。MN检测到新的网络信号集合时，触发候选网络筛选过程，进行候选网络预选，并根据预选后的候选网络集合向相应网络中的LMU发送“候选网络性能查询请求”信令。各LMU收到此信令后将其保存的网络性能信息通过“候选网络性能查询应答”信令通知MN。MN的切换决策模块随即综合各候选网络性能参数列表、本机性能参数和用户偏好等规则进行切换决策，选择最优的候选网络。此后MN通过主动生成转交地址(CoA)和向通信对端(CN)/家乡代理(HA)发送“绑定更新”信令和接收“绑定应答”信令切换到所选择的最优网络，完成垂直切换。
如图4所示，MN的切换决策过程可以分为切换初始化、候选网络筛选、网络性能参数查询和切换决策四个步骤。在切换初始化过程中，MN通过检测到新的网络信号集合触发候选网络筛选。在候选网络筛选过程中，MN根据配置文件上记录的候选网络筛选规则完成对候选网络的筛选。在网络性能参数查询模块中，MN从相应LMU处获取候选网络的网络性能参数。在切换决策模块中，MN综合候选网络性能参数、本机性能参数和用户偏好等规则选择最优的候选网络，完成切换决策，生成候选网络排序列表。
图5所示为LMU上的网络性能参数表的数据定义，其中每一行对应一项网络性能参数，包括“协议类型”、“电量消耗”、“服务价格”、“AP的SSID值”、“AP的MAC地址”、“网络ID”、“网络带宽”、“往返时间”和“QoS类型”等，其数据类型及描述详见图表，LMU在运行过程中定时获取该子网中相应的参数指标。
图6所示为MN上的本机性能参数表的数据定义，其中每一行对应一项本机性能参数，包括“状态”、“信号强度”、“噪声强度”、“网络的丢包率”、“网络的数据包重传率”等，其数据类型及描述详见图表，MN的自身性能监测模块在运行过程中定时获取本机相应的参数指标。
Claims (9)
1.一种在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，包括网络侧的本地管理单元(LMU)和移动节点(MN)侧的切换决策模块和切换管理模块；其特征在于：该方法包括如下步骤：
A.MN定时检测各网络接口和应用策略的变化，当检测到网络或应用策略发生改变时，触发候选网络筛选过程；
B.MN根据用户配置文件中的网络筛选规则，进行候选网络预选；
C.MN根据预选后的候选网络集合，向相应的LMU发送“候选网络性能查询请求”信令；
D.LMU定时测量本子网的网络性能信息，并将结果保存在LMU的网络性能参数表中；
E.LMU接收到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令时，就通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数列表发送给MN；
F.MN定时测量本机相关性能信息，并将结果保存在MN的本机性能参数表中；
G.MN的切换决策模块根据候选网络性能参数、本机性能参数和用户偏好等规则进行切换决策，选择最优的候选网络；
H.MN切换到最优的候选网络。
2.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述的本地管理单元可以部署在每个子网的主机上或路由器上。
3.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述的MN是具备一种以上制式网络接入方式的移动设备。
4.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述的MN的切换决策和切换管理模块部署在具备基本移动IPv6支持的移动节点上。
5.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述本地管理单元的控制模块包含定时查询模块、网络性能参数传递模块以及网络性能参数表；其中，定时查询模块将查询所得的本子网性能参数保存到网络性能参数表中；网络性能参数传递模块在接收到MN发送的“候选网络性能查询请求”信令后，从网络性能参数表中读出网络性能参数，然后通过“候选网络性能查询应答”信令将本子网的性能参数发送给MN；网络性能参数表用来保存LMU所在子网的各种性能参数。
6.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述MN的切换决策模块包含有接口检测、候选网络筛选、网络性能参数查询、自身性能监测、决策评估模块，以及配置文件和本机性能参数表；其中，所述接口检测模块将定时检测各网络接口，判断是否有新的候选网络；所述候选网络筛选模块对所有的候选网络进行筛选，选择出符合规则的候选网络；所述网络性能查询模块负责从LMU来获取候选网络的各种性能参数；所述自身性能监测模块负责用来获取MN的各种性能参数；所述决策评估模块用来在所有候选网络中选择最优的网络；所述配置文件保存用户偏好描述、候选网络筛选的规则以及进行切换决策的规则等；所述本机性能参数表用来保存MN自身的各种性能参数。
7.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：所述切换管理模块根据网络评估的结果来决定最终切换的行为，包括MN所有网络连接都切换还是特定应用的连接发生切换。
8.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：上述步骤D涉及到网络性能参数包括：传输协议类型、耗电功率、网络价格、AP的SSID、AP的MAC地址、网络标识、带宽、RTT、服务质量类型。
9.根据权利要求1所述的在重叠覆盖的多制式网络环境下的MIPv6垂直切换控制方法，其特征在于：上述步骤F涉及到本机性能参数包括：网络连接状态、网络负载、信号强度、噪声强度、网络丢包率、数据重传率、CPU负载、电池剩余电量。
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