CN101222752B - 群节点切换方法及基于群节点的通信系统、群节点控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了群节点切换方法及基于群节点的通信系统、群节点控制器，其中，群节点切换方法包括：对群节点信息进行维护，再对所述群节点信息进行检测；当检测到群节点需要进行切换时，目标网络侧设备获取所述群节点信息，配置群节点切换所需的参数，根据所述参数对群节点进行切换。本发明能够实现群节点在网络层的切换，在群节点进行链路层切换时不需要增加额外的开销。另外，本发明在进行切换之前就已配置好群节点切换所需的参数，这样群节点在目标网络侧设备建立连接后即可迅速地进行端到端通信，从而缩短切换带来的延迟，以及缩短切换过程中由于群节点内移动节点过多导致的切换信令风暴。

Description

群节点切换方法及基于群节点的通信系统、群节点控制器 

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及群节点切换技术。 

背景技术

移动通信的空中接口协议和信令是按照分层方式来设计的，所述空中接口包括物理层、链路层和网络层。如果移动节点(MN，Mobile Node)要在通信网络中移动，那么就不可避免地要进行链路层切换和网络层切换，其中，协议通常将链路层称为第二层，网络层称为第三层。 

下面结合图1来说明MN在链路层和网络层的移动，如图所示，情况1是链路内的移动，MN在位于同一个移动接入网关(MAG，Mobile AccessGateway)的两个接入点(AP，Access Point)之间移动，此时MN仅仅发生了链路层的切换。情况2是一种本地性移动，MN在两个属于不同MAG的AP之间进行移动，在移动过程中MN发生了链路层的切换以及网络层的切换。情况3是一种全局性移动，此时本地移动性锚点(LMA，Local Mobility Anchor)发生了变化，在移动过程中MN也需要发生链路层的切换以及网络层的切换。除此之外，还有一种情况就是当一个MAG的LMA发生故障时，如果该MAG能够找到其他的LMA来替代这个发生故障的LMA，那么可以在没有链路层的切换情况出现网络层的切换。 

对于MN在网络层的切换，目前互联网工程工作小组(IETF，InternetEngineering Task Force)有很多相关的研究，例如基于网络的本地移动性管理(NETLMM，Network based Local Mobility Management)和代理移动IP(PMIP，Proxy Mobile IP)协议的网络层切换。参照图2，图2是基于NETLMM协议的网络层切换方法流程图，所述方法包括： 

步骤201、MN到达目标MAG，并完成接入认证和服务授权。 

步骤202、目标MAG通过应用编程接口(API，Application ProgrammingInterface)获取MN标识(ID，Identity)、网络前缀和LMAID。其中，除MNID和AP ID外，其他网元的ID都可以理解为IP地址。MN ID和AP ID可以同样 理解为是链路层的地址、网络接入标识(NAI，Network Access Identifier)或者在特定系统中唯一的特定序列。 

步骤203、目标MAG发送位置注册(Location Registration)消息给LMA，所述消息用于通知LMA有一个已经创建状态的MN请求NetLMM服务。其中，所述消息中包含目标MAG本身的ID、网络前缀、LMAID和MN ID。 

步骤204、LMA向目标MAG返回确认(Acknowledgement)消息，同时LMA通过目标MAG发送的网络前缀建立LMA和目标MAG之间的数据通道，目标MAG也通过所述网络前缀为去往MN的数据包建立数据通道。 

步骤205、LMA发送位置取消注册消息给源MAG，所述消息中包含MNID、源MAG ID和LMA ID。 

步骤206、源MAG清除所述MN的所有状态，并返回确认消息，LMA收到确认消息后删除所述MN的所有状态，例如数据通道信息。 

参照图3，图3是基于PMIP协议的网络层切换方法流程图，所述方法包括： 

步骤301、MN进行接入认证。 

步骤302、在接入认证过程中，代理移动性锚点(PMA，Proxy Mobility 

Anchor)通过MN提交的NAI向认证、授权和计费(AAA，Authentication，Authorization and Accounting)服务器获取MN的用户简介(user profile)。 

步骤303、PMA通过获取的User profile获知为MN服务的家乡代理(HA，Home Agent)地址，再发送代理绑定更新消息给HA，请求HA分配MN的家乡链路前缀。 

步骤304、HA向发送AAA请求消息，请求AAA服务器授权。 

步骤305、AAA服务器向HA返回AAA响应消息，其中，该消息携带授权结果。 

步骤306、HA为MN分配一个家乡链路前缀，并将所述家乡链路前缀绑定到PMA的IP地址，再返回代理绑定确认(PBA，Proxy Binding Acknowledge)消息。

步骤307、PMA获取MN的家乡链路前缀之后，给MN发送路由广播消息，所述消息包括MN的家乡链路前缀。 

步骤308、MN通过无状态或有状态方式为自己配置地址，配置完成自己的地址之后，就可以进行通信了。 

但是，上述基于NETLMM和PLMM协议的网络层切换都是针对单个MN在网络层的切换，如果多个移动规律相同或相似的MN同时进行网络层切换就会使网络中信令交互的数量大为增加，同时还需要为每个MN建立数据通道。 

基于上述原因，出现了对MN进行分群的技术，例如将多个移动情况类似的MN定义为群节点，而群节点的移动可以称为群移动。现有技术一提出了一种群节点在网络层的切换方法，所述方法是通过移动路由器(MR，MobileRouter)来建立群节点在网络层的连接，具体是这样实现的：将MR下的多个MN划分为一个群节点，任何MN都可以加入或离开该群节点，在进行网络层的切换时，首先让MR和HA进行绑定来建立链路连接，之后，再通过MR让每个MN和HA进行绑定来建立链路连接，完成MN在网络层的切换。 

现有技术二提出了一种群节点在链路层的切换方法，所述方法提出了一种便于群节点切换的无线单元(RU，Radio Unit)，所述无线单元不能控制群节点和基站(BS，Base Station)之间的通信，它仅用于提前告知网络其他设备(如BS)切换即将发生，从而让网络及早为群移动做好准备。 

上述现有技术一的MR对群节点信息不进行维护，此时群节点内各个MN的移动规律可能就有所不同，故群节点在网络层的切换实际上也是单个MN在进行网络层切换，因此，该现有技术不能实现群节点在网络层的切换。另外，该现有技术是在群节点的单个MN发生切换后才为该群节点的MN配置切换所需的参数，这样就会导致群节点在网络层的切换时延较长。最后，对每个MN进行网络层切换必须通过多次路由才能连接到目的地。 

上述现有技术二对现有协议影响小，但是RU和MN之间不能进行通信，因此群节点在链路层切换的相关信息必须来自网络或者全球卫星定位系统，或者需要全球卫星定位系统的协助，这样就需要为整个网络增加额外的开销。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供群节点切换方法及基于群节点的通信系统，所述方法与系统能够实现群节点在网络层的切换，同时在群节点进行链路层切换时不需要增加额外的开销。 

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种群节点控制器，该群节点控制器能够使多个移动规律相同或相似的移动节点以群节点方式进行切换。 

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种群节点切换方法，该方法包括： 

对群节点信息进行维护，再对所述群节点信息进行检测； 

当检测到群节点需要进行切换时，目标网络侧设备获取所述群节点信息，配置群节点切换所需的参数，根据所述参数对群节点进行切换。 

根据上述方法，本发明实施例也提供了一种基于群节点的通信系统，该系统包括： 

群节点控制器，用于对群节点信息进行维护，以及对所述群节点信息进行检测，以及根据群节点切换所需的参数对群节点进行切换； 

源网络侧设备，用于在群节点控制器检测到群节点需要进行切换时将所述群节点信息发送给目标网络侧设备； 

目标网络侧设备，用于从源网络侧的设备获取群节点信息，以及配置群节点切换所需的参数，以及向群节点控制器提供所述参数； 

本系统中的群节点控制器采用下面所描述的结构。 

另外，本发明实施例也提供了一种群节点控制器，该群节点控制器包括： 

维护单元，用于将群节点控制器下的多个MN划分为一个群节点，在MN接入时将所述MN加入所述群节点，以及在MN离开时从所述群节点删除所述MN；或者根据MN的历史统计信息来划分群节点，以及根据历史统计信息将MN加入群节点或从群节点删除MN； 

触发单元，用于对维护单元得到的群节点进行检测，以及判断所述群节点是否需要进行切换，并将判断结果告知切换单元； 

切换单元，用于获取群节点切换所需的参数，以及在群节点需要进行切换时根据所述参数对群节点进行切换。 

以上技术方案可以看出，由于本发明实施例在检测到群节点需要进行切换时，目标网络侧设备就预先配置群节点切换所需的参数，然后再根据所述参数对群节点进行切换，这样能够实现群节点在网络层的切换，在群节点进行链路层切换时不需要增加额外的开销。 

另外，由于本发明实施例将群节点控制器下的MN划分为一个群节点，在MN加入所述群节点时将所述MN加入所述群节点，以及在MN要离开所述群节点时从所述群节点删除所述MN；或者根据MN的历史统计信息来划分群节点，以及根据历史统计信息将MN加入群节点或从群节点删除MN，从而实现将多个移动规律相同的MN划分为一个群节点，进而使得本发明实施例能够以群节点方式进行切换。 

附图说明

图1是现有技术中本地移动性管理示意图； 

图2是现有技术中基于NETLMM协议的网络层切换方法流程图； 

图3是现有技术中基于PMIP协议的网络层切换方法流程图； 

图4是本发明实施例群移动时的组网图； 

图5是本发明方法实施方式一的流程图； 

图6是本发明方法实施方式二的流程图； 

图7是本发明方法实施方式三的流程图； 

图8是本发明方法实施方式四的流程图； 

图9是本发明方法实施方式五的流程图； 

图10是本发明方法实施方式六的流程图； 

图11是本发明方法实施方式七的流程图； 

图12是本发明方法实施方式八的流程图； 

图13是本发明方法实施方式九的流程图； 

图14是本发明系统实施方式的示意图。 

具体实施方式

本发明实施例将移动规律相同的多个MN划分为一个群节点，当检测到某个群节点需要整体发生切换时，目标网络侧设备可以预先配置群节点在链路 层或网络层切换所需的各种相关参数，例如，数据通道、控制面的上下文以及资源分配等。一旦确定开始执行切换，目标网络侧设备可以为MN预先建立数据通路、控制面的上下文以及预先分配资源等，这样MN在与目标网络建立连接后即可迅速地建立端到端通信，缩短由于切换带来的延迟，以及缩短切换过程中由于群内MN过多而导致的信令风暴。 

参照图4，图4是本发明实施例群移动时的组网图，所述组网图包括服务实体(SE，Serving Entity)、目标实体(TE，Target Entity)和群移动控制器(GMC，Group Mobility Controller)。SE是当前正在为群节点服务的网络设备，可能是基站(BS，Base Station)或者接入路由器(AR，Access Router)等。TE是群节点的切换目标，TE和SE是相同类型的网络设备。GMC和群节点一起移动，GMC可能位于群节点中的某个MN，也可能位于一个可以移动的网络设备，例如中继站(RS，Relay Station)、移动路由器、位于SE上并随群节点一起切换的实体或者属于网络侧某特定的实体。 

GMC的功能主要有：群节点信息维护，切换触发和切换执行。群节点从SE切换到TE的过程中，如果SE和TE位于同一子网范围，可以认为是由于无线链路发生了变化，仅导致了链路层的切换；如果SE和TE位于不同子网范围，可以认为是群节点的无线链路发生了变化，从而导致了网络层的切换。 

通常根据移动情况相似或相同这一特点来划分群节点，网络侧的设备(例如基站或接入路由器)可以根据MN的历史统计信息或者路由信息的相关性来判断该MN是否属于一个群节点，再根据后续获得的信息对群节点进行维护，例如，判断是否向群节点添加MN，是否删除从群节点删除MN等。其中，所述历史统计信息可以是切换过的小区，小区切换的时刻等，路由器信息可以是属于同一个RS下的MN。 

不论GMC位于群节点中的一个移动节点还是位于一个移动设备，解决方案都类似；而GMC位于SE上时解决方案会有所不同，下面就对这两种情况进行分析。 

情况一、GMC位于移动设备上

在此情况下，可以将移动节点、中继站或移动路由器等当作移动设备。GMC位于移动设备上时，群节点信息的维护比较容易，可以把GMC下的MN自动划为一个群节点，如果MN接入则将MN加入群节点，如果MN离开则从群节点删除该MN。 

群节点的切换往往由GMC来触发，当GMC检测到TE信息时，立即将检测结果报告给SE，SE通过网络将群节点信息通知TE，这样TE可以为群节点预先建立网络侧的数据通路，建立控制面的上下文信息以及资源预分配等。 

如果TE检测到GMC的移动，TE通过上层实体或者其他方式(例如向周围网络设备询问GMC信息)获取为该GMC服务的SE信息，并向SE请求群节点信息，之后，TE为群节点预先建立网络侧的数据通道，建立控制面的上下文信息以及资源预分配等。 

在群节点进行切换时，GMC可以有多种选择：1)、GMC自己先执行切换，之后，GMC下的MN直接通过GMC与TE的接口接入网络；2)、GMC不干涉群节点的切换过程，自己也随着这些群节点一起切换。 

情况二：GMC位于固定的网络设备上 

在此情况下，可以将为群节点服务的网络设备(例如基站或接入路由器等)当作固定的网络设备。GMC位于固定的网络设备上时，只能通过MN的历史统计信息来对群节点进行划分，例如某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性来删除或增加MN。 

群节点的切换需要GMC触发，当群节点检测到TE信息时，立即将检测结果报告给GMC，当GMC决定切换时将TE信息告诉SE，SE通过网络将群节点信息通知TE，这样TE可以为群节点预先建立数据通路，建立控制面的上下文信息以及资源预分配等。 

如果TE首先检测到GMC的移动，TE通过上层实体或者其他方式(例如向周围网络设备询问GMC信息)获取为该GMC服务的SE信息，并向SE请求群节点信息，SE通过网络将群节点信息通知TE，这样TE可以为群节点预先建立网络侧的数据通路，建立控制面的上下文信息以及资源预分配等。

GMC通过网络从SE切换到TE，而群节点自己完成切换。 

参照图5，图5是本发明方法实施方式一的流程图，该实施方式属于群节点在链路层的切换情况，GMC位于RS，SBS(SBS，Serving BS)相当于SE，目标基站(TBS，Target BS)相当于TE，在切换之前，RS和SBS都存储了群节点信息。其中，RS的功能比较强大，能够为MN分配无线资源，SBS和TBS负责为MN分配链路层会话标识(例如802.16e中的连接标识)以及管理安全所需的密钥等信息，具体包括以下步骤： 

步骤501、RS对群节点信息进行维护，通常将RS下的MN自动划为一个群节点，当有新的MN接入RS时，RS将该新的MN加入群节点，当群节点中有MN要离开RS时，RS从群节点删除该MN。 

RS对TBS发射的信号进行检测，同时也侦听TBS的广播消息，并从所述消息获取目标基站标识等信息。 

步骤502、当TBS发射的信号进一步增强，RS决定需要将群节点切换到TBS时，将目标基站标识发送给SBS，以告知SBS群节点将要切换到TBS下。 

步骤503、SBS获知群节点将要发生链路层切换，通过上层实体(例如AR)或者直接通信将需要切换的群节点信息告知TBS，所述群节点信息包括群节点标识、群节点的所有MN ID、建立数据通道所需的参数和安全上下文等信息，其中，MN ID都是链路层的ID，例如媒介接入控制地址、通用移动通信系统(UMTS，Universal Mobile Telecommunications System)中的国际移动用户标识(IMSI，International Mobile Subscriber Identity)、临时移动用户标识(TMSI，Temporary Mobile SubscriberIdentity)或者用户的网络接入标识。 

步骤504、TBS为RS和群节点预先配置切换所需的参数，然后再等待RS接入TBS。 

TBS为RS和群节点预先配置切换所需的参数包括以下步骤：TBS为RS建立好数据通道，该数据通道能够将AR收到的数据包路由到TBS，再通过TBS将数据包下发给MN，同时TBS为群节点建立数据通道和建立控制面上下文(例如安全关联以及管理安全所需的密钥)，其中，TBS在为群节点建立数据 通道时需要为每个MN配置链路层会话标识，在为RS建立数据通道时需要为RS配置链路层会话标识。 

步骤505、中继站将RS ID发给TBS，TBS将为RS配置的链路层会话标识发送给RS，RS配置链路接入TBS，完成切换。 

步骤506、TBS将预先配置好的链路层会话标识通过RS转发给每个MN。 

步骤507、群节点根据收到的链路层会话标识配置链路，再通过RS接入TBS，完成群节点在链路层的切换。 

参照图6，图6是本发明方法实施方式二的流程图，GMC位于RS，SBS和TBS分别相当于SE和TE，在切换之前SBS存储了群节点信息。其中，本实施方式的RS功能不够强大，它只负责转发群节点和BS之间的数据，SBS和TBS负责为MN分配链路层会话标识(例如802.16e中的连接标识)以及管理安全所需的密钥等信息，该实施方式具体如下： 

步骤601至步骤603与本发明方法的实施方式一中的步骤501至步骤503完全相同。 

步骤604、TBS为RS和群节点预先配置切换所需的参数，然后再等待RS和群节点接入TBS。 

TBS为RS和群节点预先配置切换所需的参数的方法和本发明方法实施方式一步骤504中所述方法相同。 

步骤605、TBS通过广播信道为RS和群节点分配合适的物理层参数，并下发给RS和群节点，以建立物理层连接。 

步骤606、RS和群节点建立物理层连接后，分别把各自的ID发给TBS，通知TBS中继站和群节点将切换到TBS。 

步骤607、TBS将预先配置好的链路层会话标识下发给RS和群节点，RS和群节点根据所述链路层会话标识配置链路接入TBS，完成在链路层的切换。 

由上述可知，本发明方法实施方式二与方法实施方式一的区别在于： 

本发明方法实施方式一中的群节点不需要改变物理层参数，只需要获取链路层会话标识即可，而本发明方法实施方式二中的群节点必须改变物理层 参数，这些参数由TBS分配并在切换过程中下发。 

本发明方法实施方式一中RS作为一个GMC主动触发群节点切换过程；本发明方法实施方式二中RS作为一个BS的用户决定将要发生切换时，由BS触发一个群节点切换过程。 

参照图7，图7是本发明方法实施方式三的流程图，本实施方式的GMC位于SBS，SBS和TBS分别相当于SE和TE，切换之前SBS存储了群节点信息，该实施方式包括以下步骤： 

步骤701、SBS对群节点信息进行维护，通常SBS根据MN的历史统计信息来划分群节点，例如，某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性来在群节点中删除或增加MN。 

群节点内有MN对TBS发射的信号进行检测，并侦听TBS的广播消息，再从所述消息中获取目标基站标识等信息。 

步骤702、当TBS发射的信号进一步增强，某些MN决定将要切换到TBS时，该MN将目标基站标识发送给SBS，告知SBS该MN自己将要切换到TBS下。 

步骤703、位于SBS的GMC获知MN决定切换到TBS的信息后决定进行群移动，SBS通过上层实体或者直接通信将需要切换的群节点信息告知TBS，所述群节点信息包括群节点标识、群节点内MN的IP地址、群节点的所有MN ID、建立数据通道所需的参数和安全上下文等信息。 

步骤704、TBS为群节点预先配置切换所需的参数，然后再等待群节点的接入。 

TBS为群节点预先配置切换所需的参数包括以下步骤：TBS为群节点建立数据通道和建立控制面上下文(例如安全关联以及管理安全所需的密钥)，其中，TBS在为群节点建立数据通道时需要为每个MN配置链路层会话标识。 

步骤705、群节点分别把各个MN的ID发给TBS，通知TBS群节点将切换到TBS。 

步骤706、TBS将预先配置好的链路层会话参数下发给群节点，群节点即可配置链路接入TBS，完成在链路层的切换。

参照图8，图8是本发明方法实施方式四的流程图，该实施方式属于群节点在链路层的切换情况，GMC位于RS，SBS相当于SE，TBS相当于TE，在切换之前RS和SBS都存储了群节点信息。其中，RS的功能比较强大，能够为MN分配无线资源，SBS负责为MN分配链路层会话标识(例如802.16e中的连接标识)以及管理安全所需的密钥等信息，具体包括以下步骤： 

步骤801、RS对群节点信息进行维护，通常将RS下的MN自动划为一个群节点，当MN接入RS时，RS将该MN加入群节点，当MN要离开RS时，RS从群节点删除该MN。 

TBS对RS发射的信号进行检测，并通过与RS的交互获取群节点标识信息。 

步骤802、TBS告知SBS群节点将要切换到TBS。 

步骤803至步骤807与本发明方法实施方式一的步骤503至步骤507相同。 

上述四种方法实施方式都是针对群节点在链路层的切换情况，下面对群节点在网络层的切换进行介绍，本发明实施例对群节点在网络层的切换也分为两种情况，一种是GMC位于移动设备(如MR)上，一种是GMC位于固定的网络设备(如接入路由器)上，对于前一种情况，可以用NEMO协议解决；而对于后一种情况就需要参照本发明方法实施方式五、六、七和八，这几种实施方式是针对群节点在网络层的切换，其中，实施方式五至七是基于NETLMM协议的群节点切换，实施方式八是基于PMIP协议的群节点切换。 

参照图9，图9是本发明方法实施方式五的流程图，该实施方式的GMC位于目标MAG和LMA，发生群移动时，LMA向源MAG和目标MAG分发数据，所述流程包括： 

步骤901、源MAG通过一定的机制维护一个或多个群节点信息。所述过程可以如下：源MAG把所述群节点信息上传给LMA，此后若MN发生改变，则源MAG通知LMA更新群节点信息。 

通常根据MN的历史统计信息来划分群节点，例如，某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性来删除或增加MN。 

步骤902、群节点中的一个MN移动到目标MAG下。

步骤903、目标MAG为所述移动到目标MAG下的这个MN向LMA进行位置注册，以建立目标MAG和LMA间的数据通道，该数据通道用于传输和该MN相关的数据。 

步骤904、LMA发现该MN属于某一个群节点，于是向目标MAG发送群移动请求消息。其中，该消息携带群节点信息，例如，群节点标识和群节点中的所有MN的IP地址。 

步骤905、目标MAG为群节点配置切换所需的参数，例如，建立目标MAG和LMA间的数据通道和建立控制面上下文等信息，所述数据通道用于传输和该群节点相关的数据。 

目标MAG配置好参数之后返回一个确认消息，表明数据通道建立完毕。目标MAG和LMA之间可以存在一个定时器，用于指明目标MAG多长时间应该返回一次移动结果。 

步骤906、LMA将IP地址属于该群节点内MN的所有数据同时发给目标MAG和源MAG。 

步骤907、目标MAG向LMA发送群移动完成消息，所述群移动完成消息需要表明群节点的所有MN是否完成在网络层的切换，如果没完成还需要表明这段时间内完成网络层切换的MN的IP地址。 

步骤908、LMA每次收到群移动完成消息后返回一个确认消息，通常步骤907和步骤908是周期性进行，直到群节点中的所有MN完成在网络层的切换。 

步骤909、LMA收到完成网络层切换的MN的IP地址时，只将MN的数据包单向发给目标MAG，而不发给源MAG，当LMA将IP地址为该群节点内所有MN的数据包全部发给目标MAG时，此时群节点的MN全部完成在网络层的切换。 

参照图10，图10是本发明方法实施方式六的流程图，该实施方式的GMC位于目标MAG和LMA，发生群移动时，LMA向源MAG和目标MAG分发数据，具体包括： 

步骤1001、源MAG通过一定的机制维护一个或多个群节点信息。所述过 程可以如下：源MAG把所述群节点信息上传给LMA，此后若MN发生改变，则源MAG通知LMA更新群节点信息。 

通常根据MN的历史统计信息来划分群节点，例如，某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性在群节点中删除或增加MN。 

步骤1002、源MAG检测到某个群节点将要切换到目标MAG，其中，群节点内的MN可以通过802.21协议将目标网络的AP信息上传。 

步骤1003、源MAG为所述群节点向LMA发送位置注册消息，通知LMA将有群节点要切换到目标MAG下。其中，所述位置注册消息携带目标MAG ID和群节点标识。 

步骤1004至步骤1009与本发明方法实施方式五的步骤904至步骤909相同。 

参照图11，图11是本发明方法实施方式七的流程图，本实施方式的GMC位于源MAG和LMA，发生群节点移动时，源MAG和目标MAG有选择地向对方和自己管辖区域下发数据，所述流程包括： 

步骤1101、源MAG通过一定的机制维护一个或多个群节点信息。所述过程如下：源MAG把所述群节点信息上传给LMA，此后若MN发生改变，则源MAG通知LMA更新群节点信息。 

通常根据MN的历史统计信息来划分群节点，例如，某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性来删除或增加MN。 

步骤1102、某个群节点内的一个MN移动到目标MAG下。 

步骤1103、目标MAG为所述MN向LMA进行位置注册，建立目标MAG和LMA间的数据通道，所述数据通道用于传输和该MN相关的数据。 

步骤1104、LMA发现该MN属于某一个群节点，于是向目标MAG发送群移动请求消息，其中，群移动请求消息携带群节点信息，包括该群节点内所有MN的IP地址以及该群节点之前附着的源MAG地址。 

步骤1105、目标MAG为群节点配置切换所需的参数，例如，建立目标MAG 和LMA间的数据通道和建立控制面上下文等信息，所述数据通道用于传输和该群节点相关的数据。 

目标MAG配置好参数之后返回群移动确认消息，表明数据通道建立完毕。 

步骤1106、LMA和目标MAG之间建立双向数据通道，LMA将IP地址属于该群节点内MN的所有数据都发给目标MAG。 

步骤1107、目标MAG向源MAG发起群移动请求消息，该消息包含群节点标识。 

步骤1108、源MAG向目标MAG返回群移动确认消息。 

步骤1109、在源MAG和目标MAG之间建立一个双向数据通道，源MAG和目标MAG通过MAG间数据通道传输没有移动到目标MAG的MN的数据。 

步骤1110、目标MAG发送一条群移动完成消息给源MAG，用于请求拆除数据通道。 

步骤1111、源MAG返回一条群移动完成确认消息。 

参照图12，图12是本发明方法实施方式八的流程图，所述实施方式应用于PMIP协议中，GMC位于源PMA，具体包括以下步骤： 

步骤1201、源PMA通过一定的机制维护一个或多个群节点信息。通常源PMA根据MN的历史统计信息来划分群节点，例如，某些MN在某段时间内进行了相同的切换，同样也可以根据这种相关性来删除或增加MN。 

步骤1202、源PMA通过底层的触发获知群节点中有MN将移动到目标PMA，该底层触发可以来自802.21中定义的机制。 

步骤1203、源PMA向目标PMA发送群移动通知，并携带群节点信息。 

步骤1204、目标PMA为群节点配置切换所需的参数，例如，建立源PMA和目标PMA间的数据通道和建立控制面上下文等信息，所述数据通道用于传输和该群节点相关的数据。 

目标PMA配置好参数之后返回群移动确认消息给源PMA。 

步骤1205、源PMA收到确认消息后建立双向数据通道，该数据通道中传输的数据包括：还没有移动到目标PMA的MN的上行数据，源PMA收到的所 有下行数据(此时源PMA同时在自己网络内下发)，已移动到目标PMA但目标PMA还没有绑定好的MN的上行数据，目标PMA收到的还没移动到本网络的MN的下行数据。 

步骤1206、目标PMA分别向HA发送代理绑定更新消息，将群节点内所有MN都和它们相对应的HA进行绑定。 

步骤1207、HA向对应的MN返回绑定确认消息。 

步骤1208、目标PMA发送一条群移动完成消息给源PMA，用于请求拆除数据通道。 

步骤1209、源PMA返回一条群移动完成确认消息。 

参照图13，图13是本发明方法实施方式九的流程图，本实施方式是一种链路层和网络层合作的群节点切换方案，假设SBS位于源接入路由器(SAR，Source Access Router)，TBS位于目标路由器(TAR，Target Access Router)下，该实施方式包括： 

步骤1301、RS对群节点信息进行维护，通常将RS下的MN自动划为一个群节点，当MN接入RS时，RS将该MN加入群节点，当MN要离开RS时，RS从群节点删除该MN。 

RS对TBS发射的信号进行检测，并侦听TBS的广播消息，再从该消息获取TBS ID等信息。 

步骤1302、当TBS信号进一步增强，RS决定需要将群节点切换到TBS时，将目标基站标识发送给SBS，告知SBS群节点将要切换到TBS下。 

步骤1303、SBS获知群节点将要发生切换，通过上层实体(如AR)或者直接通信将要切换的群节点信息告知TBS，群节点信息包括群节点标识、群节点的所有MN ID、建立数据通道所需的参数和安全上下文等信息。其中，MN的ID都是链路层的ID，例如媒介接入控制地址、UMTS系统中的IMSI、TMSI或者用户的网络接入标识。 

TBS为RS和群节点预先配置在链路层切换所需的参数，然后再等待RS接入。

TBS为RS和群节点预先配置链路层切换所需的参数包括以下步骤：TBS为RS建立链路层的数据通道，该数据通道能够将AR收到的数据包路由到TBS，再通过TBS将数据包下发给MN，同时TBS为群节点建立链路层的数据通道和控制面上下文(例如安全关联以及管理安全所需的密钥)，其中，TBS在为群节点建立数据通道时需要为每个MN配置链路层会话标识，在为RS建立数据通道时需要为RS配置链路层会话标识。 

步骤1304、SBS同时将群节点要切换的信息告知SAR，SAR再判断该群节点是否发生了网络层切换。 

步骤1305、SAR发现所述群节点在网络层已建立连接链路，则群节点不需要进行网络层的切换，否则群节点需要进行网络层的切换，SAR发送群节点信息给TAR。 

TAR为群节点配置网络层切换所需的参数，例如，建立网络层的数据通道和控制面上下文，其中，TAR在为群节点建立数据通道时需要为群节点内的每个MN配置IP地址。 

步骤1306、RS将RS ID发给TBS，通知TBS中继站将切换到TBS。 

步骤1307、TBS将为RS配置的链路层会话标识发送给RS，RS通过链路层会话标识配置链路接入TBS，完成在链路层的切换，TBS将为群节点配置的链路层会话标识通过RS转发给群节点，群节点内的MN根据收到的链路层会话标识并通过RS接入TBS，完成群节点在链路层的切换。 

步骤1308、TBS将RS ID上报给TAR，以通知TAR群节点已切换到TBS。 

步骤1309、TAR通过路由广播消息给RS下发群节点内每个MN的IP地址，RS再将该IP地址转发给每个MN。 

群节点根据收到的IP地址接入TAR完成群节点在网络层的切换。 

本发明实施例也提供了一种群节点切换的系统，由图14可知，该系统包括群节点控制器1401、源网络侧设备1405和目标网络侧设备1406。 

其中，群节点控制器1401包括： 

维护单元1402，用于将群节点控制器1401下的MN划分为一个群节点， 在MN接入时将MN加入所述群节点，以及在MN离开时从群节点删除该MN；或者根据MN的历史统计信息来划分群节点，以及根据历史统计信息将MN加入群节点或从群节点删除MN。 

触发单元1403，用于对维护单元1402得到的群节点进行检测，以及判断所述群节点是否需要进行切换，并将判断结果告知切换单元1404和源网络侧设备1405。 

切换单元1404，用于从目标网络侧设备1406获取群节点切换所需的参数，以及在群节点需要进行切换时根据所述参数对群节点进行切换。 

群节点控制器1401可以位于移动设备上，例如移动节点、中继站、移动路由器，也可以位于固定的网络设备上，例如基站、接入路由器等。另外，可通过源MAG和LMA共同实现群节点控制器1401的群节点信息维护、群节点切换触发和群节点切换执行功能，还可以通过源PMA实现群节点控制器1401的群节点信息维护、群节点切换触发和群节点切换执行功能。 

其中，源网络侧设备1405用于在群节点控制器1401的触发单元1403检测到群节点需要进行切换时，将所述群节点信息发送给目标网络侧设备1406。 

其中，目标网络侧设备1406用于从源网络侧设备1405获取群节点信息，以及配置群节点切换所需的参数，以及向群节点控制器1401的切换单元1404提供所述参数。 

通常，在进行链路层切换时，目标网络侧设备1406配置的群节点切换所需的参数包括为群节点控制器1401建立链路层的数据通道，为群节点建立链路层的数据通道、控制面上下文和预留无线资源，在为群节点建立数据通道时，需要为每个MN配置链路层会话标识，在为群节点控制器1401建立数据通道时需要配置链路层会话标识。 

在进行网络层切换时，目标网络侧设备1406配置的群节点切换所需的参数包括建立网络层的数据通道和控制面上下文。 

在链路层和网络层合作的群节点切换中，目标网络侧设备1406需要配置群节点在链路层和网络层切换所需的参数，同时在建立网络层的数据通道时还需为群节点内的每个MN配置IP地址。

由上述可知，本发明实施例首先要对群节点信息进行维护，并在检测到群节点需要进行切换时，目标网络侧设备就已配置好群节点切换所需的参数，然后再根据所述参数对群节点进行切换，这样能够实现群节点在网络层的切换，在群节点进行链路层切换时不需要增加额外的开销。 

进一步地，本发明实施例在进行切换之前，目标网络侧设备就已配置好群节点切换所需的参数，这样群节点在目标网络侧设备建立连接后即可迅速地进行端到端通信，从而缩短切换带来的延迟，以及极大地缩短切换过程中由于群节点内MN过多导致的切换信令风暴。 

进一步地，群节点切换应用NetLMM协议时，本发明实施例将源MAG需要发送的位置注册消息减为一个，从而极大地减少了网络中信令的交互数量。同时MN移动到目标MAG时可以直接获得服务，而不需要等到目标MAG向LMA进行位置注册后才能获得服务，这样极大地减少了切换带来的延迟。 

进一步地，群节点应用PMIP协议时，本发明实施例的目标PMA可以预先将每个MN代理绑定到相应的HA，这样，MN到达新的网络后可以直接进行通信，极大地减少了切换带来的延迟。 

进一步地，本发明实施例在进行链路层切换时，目标基站可以预先获得群节点切换所需的参数，从而预留资源，并极大的减少切换失败的概率，进而加快了切换速度。 

进一步地，本发明实施例在为群节点建立网络层的数据通路时，可以采用一次性为群节点内大部分MN建立数据通道，扩展NETLMM或者PMIP的信令，使得其信令能够携带多个MN的信息，从而可以一次性建立多个MN的数据通路。 

最后，本发明实施例在基于NETLMM或者PMIP协议的群节点切换过程中不改变IP地址，也就不需获取新的IP地址、重复地址检测、向全局移动锚点(例如：家乡代理)注册新的转交地址等过程，从而减少了移动延时和空中接口信令。同时由于移动节点不改变IP地址，使得移动节点位置的保密性比全局移动性管理有所改善。 

以上对本发明实施例所提供的群节点切换方法及基于群节点的通信系统 和群节点控制器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (25)

1.一种群节点切换方法，其特征在于，所述方法包括：

对群节点信息进行维护，再对所述群节点信息进行检测；

当检测到群节点需要进行切换时，目标网络侧设备获取所述群节点信息，配置群节点切换所需的参数，根据所述参数对群节点进行切换。

2.如权利要求1所述的群节点切换方法，其特征在于，对群节点信息进行维护包括：

将中继站下的多个移动节点MN划分为一个群节点，当有新的MN接入中继站时，中继站将所述新接入中继站的MN加入所述群节点，当所述群节点中有MN要离开所述中继站时，中继站将所述要离开中继站的MN从所述群节点中删除。

3.如权利要求2所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备为目标基站时，对群节点进行检测包括：

中继站对目标基站发射的信号进行检测，并获取目标基站标识；

中继站决定将群节点切换到目标基站时，将所述目标基站标识发送给源基站，源基站将需要切换的群节点信息发送给目标基站。

4.如权利要求2所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备为目标基站时，对群节点进行检测包括：

目标基站对中继站发射的信号进行检测，并获取群节点标识，再将群节点标识发送给源基站，源基站将需要切换的群节点信息发送给目标基站。

5.如权利要求1至4任一项所述的群节点切换方法，其特征在于，配置群节点切换所需的参数包括：

目标网络侧设备为中继站建立数据通道时配置链路层会话标识，以及在为群节点建立数据通道时为群节点内所有MN配置链路层会话标识。

6.如权利要求5所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

目标网络侧设备将配置的链路层会话标识发送给中继站，中继站通过所述链路层会话标识接入目标网络侧设备完成切换；

目标网络侧设备将为群节点配置的链路层会话标识通过中继站转发给群 节点，群节点内的MN根据收到的链路层会话标识并通过中继站接入目标网络侧设备完成切换。

7.如权利要求5所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

中继站和群节点根据目标网络侧设备分配的物理层参数建立物理层连接，再分别将各自的标识发送给目标网络侧设备，目标网络侧设备将为群节点和中继站配置的链路层会话标识分别发送给群节点和中继站，群节点和中继站通过所述链路层会话标识接入目标基站完成切换。

8.如权利要求1所述的群节点切换方法，其特征在于，由服务基站对所述群节点信息进行维护，服务基站对群节点信息进行维护包括：

根据MN的历史统计信息来划分群节点，再根据历史统计信息将MN加入群节点，或者将MN从群节点中删除。

9.如权利要求1或8所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备是目标基站时，对群节点信息进行检测包括：

群节点内有MN对目标基站发射的信号进行检测，并获取目标基站标识，所述MN决定将要切换到目标基站时，将所述目标基站标识发送给源基站，源基站将需要切换的群节点信息发送给目标基站。

10.如权利要求9所述的群节点切换方法，其特征在于，配置群节点切换所需的参数包括：

目标基站为群节点建立数据通道时为群节点内所有MN配置链路层会话标识。

11.如权利要求10所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

将群节点内所有MN的标识发送给目标基站，目标基站将为群节点配置的链路层会话标识下发给群节点，群节点通过所述链路层会话标识接入目标基站完成切换。

12.如权利要求1所述的群节点切换方法，其特征在于，由源移动接入网关MAG对所述群节点信息进行维护，源MAG对群节点信息进行维护包括：

根据MN的历史统计信息来划分群节点，再根据历史统计信息将MN加入群节点，或者将MN从群节点中删除。

13.如权利要求1所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备是目标MAG时，对群节点信息进行检测包括：

群节点中有MN移动到目标MAG，目标MAG为所述MN向本地移动性锚点LMA进行位置注册，LMA发现所述MN属于一个群节点时，向目标MAG发送所述群节点信息。

14.如权利要求1、12或13所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备是目标MAG时，对群节点信息进行检测包括：

源MAG检测到群节点需要切换到目标MAG时，为所述群节点向LMA进行位置注册，通知LMA有群节点将要切换到目标MAG，LMA再向目标MAG发送群节点信息。

15.如权利要求14所述的群节点切换方法，其特征在于，配置群节点切换所需的参数包括：

建立目标MAG和LMA间的数据通道，以及建立控制面上下文信息。

16.如权利要求15所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

LMA通过目标MAG和LMA间的数据通道，将群节点内MN的所有数据发给目标MAG和源MAG，目标MAG向LMA发送消息，所述消息表明群节点的MN是否完成在网络层的切换，再将完成切换的MN的数据包发送给目标MAG。

17.如权利要求15所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

LMA通过目标MAG和LMA间的数据通道，将群节点内MN的所有数据发送给目标MAG；

在源MAG和目标MAG间建立双向数据通道，通过所述数据通道传输没有移动到目标MAG的数据。

18.如权利要求1所述的群节点切换方法，其特征在于，由源代理移动 性锚点PMA对群节点信息进行维护，源PMA对群节点信息进行维护包括：

根据MN的历史统计信息来划分群节点，再根据历史统计信息将MN加入群节点，或者将MN从群节点中删除。

19.如权利要求1或18所述的群节点切换方法，其特征在于，目标网络侧设备是目标PMA时，对群节点进行检测包括：

源MAG获知群节点内有MN移动到目标PMA，再将所述群节点信息发送给目标PMA。

20.如权利要求19所述的群节点切换方法，其特征在于，配置群节点切换所需的参数包括：

建立源PMA和目标PMA间的数据通道，以及建立控制面上下文。

21.如权利要求20所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

源PMA通过源PMA和目标PMA间的数据通道将群节点内数据包传送给目标PMA，目标PMA发送消息将群节点内所有MN和对应的HA进行绑定。

22.如权利要求1至4任一项所述的群节点切换方法，其特征在于，配置群节点切换所需的参数包括：

目标网络侧设备为中继站建立数据通道时配置链路层会话标识，以及在为群节点建立数据通道时为群节点内所有MN配置链路层会话标识；

目标接入路由器TAR为群节点内的所有MN配置IP地址。

23.如权利要求22所述的群节点切换方法，其特征在于，根据参数对群节点进行切换包括：

目标网络侧设备将配置的链路层会话标识发送给中继站，中继站通过所述链路层会话标识接入目标网络侧设备完成在链路层的切换，群节点根据配置的链路层会话标识并通过中继站接入目标网络侧设备完成在链路层的切换；

目标网络侧设备将中继站标识上报给TAR，TAR通过中继站将为群节点配置的IP地址转发给群节点，群节点内的每个MN通过所述IP地址接入TAR完成群节点在网络层的切换。

24.一种基于群节点的通信系统，其特征在于，所述系统包括：

群节点控制器，用于对群节点信息进行维护，以及对所述群节点信息进行检测，以及根据群节点切换所需的参数对群节点进行切换；

源网络侧设备，用于在群节点控制器检测到群节点需要进行切换时将所述群节点信息发送给目标网络侧设备；

目标网络侧设备，用于从源网络侧的设备获取群节点信息，以及配置群节点切换所需的参数，以及向群节点控制器提供所述参数；

所述群节点控制器包括：

维护单元，用于将群节点控制器下的多个MN划分为一个群节点，在MN接入时将所述MN加入所述群节点，以及在MN离开时从所述群节点删除所述MN；或者根据MN的历史统计信息来划分群节点，以及根据历史统计信息将MN加入群节点或从群节点删除MN；

触发单元，用于对维护单元得到的群节点进行检测，以及判断所述群节点是否需要进行切换，并将判断结果告知切换单元和源网络侧设备；

切换单元，用于获取群节点切换所需的参数，以及在群节点需要进行切换时根据所述参数对群节点进行切换。

25. 一种群节点控制器，其特征在于，所述群节点控制器包括：

维护单元，用于将群节点控制器下的多个MN划分为一个群节点，在MN接入时将所述MN加入所述群节点，以及在MN离开时从所述群节点删除所述MN；或者根据MN的历史统计信息来划分群节点，以及根据历史统计信息将MN加入群节点或从群节点删除MN；

触发单元，用于对维护单元得到的群节点进行检测，以及判断所述群节点是否需要进行切换，并将判断结果告知切换单元；

切换单元，用于获取群节点切换所需的参数，以及在群节点需要进行切换时根据所述参数对群节点进行切换。

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