CN101465811A

CN101465811A - 基于分层移动IPv6协议资源预留方法

Info

Publication number: CN101465811A
Application number: CNA2009100449679A
Authority: CN
Inventors: 吴进; 贺辉; 洪辉; 赵瑞生; 董必勇
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-06-24

Abstract

本发明涉及一种基于分层移动IPv6协议资源预留方法。该方法中采用的节点包括：家乡代理HA，移动节点MN，通信节点CN，接入路由器AR，以及位于接入路由器AR与骨干网之间的移动锚点MAP，资源预留RSVP代理PA设计在移动锚点MAP上。用于实现分层移动IPv6(HMIPv6)下服务质量QoS相关方法在于：其具体操作步骤为：①资源预留初始化过程；②移动锚点MAP域内切换资源预留过程。本方法通过网络层协议移动IPv6(MIPv6)与资源预留RSVP协议结合，利用passive路径被active的激活机制，引入临时资源预留temporary reservation机制，同时采用不同子网间公共区域圆滑机制，从而节省网络资源，简化资源预留步骤，减少移动节点切换时延，进而优化实时业务服务质量QoS。本发明综合现有模型优点，实现节省网络资源与减少切换时延的结合，使得资源预留路径达到最优化，并使得无缝切换成为可能。

Description

基于分层移动IPv6协议资源预留方法

技术领域：

本发明属于计算机应用中的网络通信技术领域，尤其涉及解决下一代移动通信网络(Mobile IPv6)实时业务服务质量(QoS)保证问题的模型及方法。

背景技术：

随着人们对无线移动接入的需求不断增加，传统IP网络由于地址缺乏、不支持移动性等因素已远远不能满足人们的需要。Internet工程任务组(Internet Engineering TaskForce，IETF)提出了移动IPv6(Mobile IPv6，MIPv6)协议，其以IPv6庞大地址空间为依托，以及对移动性业务和服务质量的支持，使其得到快速发展。

随着移动IPv6(MIPv6)应用的不断扩展，需要在移动无线网络中传输视频、音频等与时间有关的连续媒体的应用越来越多，实时业务的服务质量(QoS)保证已成为关键技术要点。目前，IETF提出的资源预留RSVP(Resource reSerVation Protocol)是在综合服务(IntServ)模型中提出的一种控制协议，它让整个通路的所有节点都为发送方预留一定的资源，从而实现端到端的服务质量QoS保证，它是综合服务模型IntServ实现服务质量QoS保证的关键技术。在移动环境中，由于移动的特殊性，综合服务IntServ/RSVP模型很难实现服务质量QoS保证。因为移动节点(Mobile Node，MN)在同一个会话中，可能会在不同子网间不断移动，在进入一个新的子网后，为了保证服务质量QoS，资源预留RSVP协议就会重新建立起预留资源，这会增大传输的延迟，给实时业务的实现带来了困难，并增加了实现操作的复杂度。

移动IPv6(Mobile IPv6，MIPv6)是Internet工程任务组IETF的Mobile IP工作组针对移动主机的移动性管理而提出的一组网络层协议，它是一个纯粹的路由解决方案，能够使移动中的主机在保持原IP地址不变的条件下继续保持通信，而且要求独立于底层的无线传输链路，即可适用于不同类型的移动通信系统。其引入了两个网络实体：家乡代理(HomeAgent，HA)和外地代理(Foreign Agent，FA)来进行移动性管理。

分层移动IPv6协议(Hierarchical Mobile IPv6，HMIPv6)引入了新的实体，即移动锚点(Mobility Anchor Point，MAP)，引入移动锚点MAP域的概念。分层移动IPv6协议HMIPv6将移动节点的移动区域分为移动锚点MAP域内移动与移动锚点MAP域间移动。不同域以移动锚点MAP区分，在同一个移动锚点MAP域内移动节点MN拥有域转交地址RCoA(Regionalcare-of-address)和本地转交地址LCoA(Local care-of-address)两个地址。假设每个AccessRouter(AR)与基站(BS)构成一个子网(site)，且每相邻两子网间具有公共区域。当移动节点MN在同个移动锚点MAP域内不同子网间切换时，只改变本地转交地址LCoA，不改变域转交地址RCoA；当移动节点MN进入新的移动锚点MAP域内时，MAP自动分配给移动节点MN一个新的域转交地址RCoA，并通过IPv6自动配置功能自动配置给MN一个新的本地转交地址LCoA。而后移动节点MN向家乡代理HA及通信节点(Communication Node，CN)发送绑定更新消息(Binding update，BU)注册新的域转交地址RCoA。同时向新的移动锚点MAP注册新的本地转交地址LCoA，并丢弃原移动锚点MAP的绑定。当移动节点MN在移动锚点MAP域内与域外的通信节点CN通信时，移动锚点MAP截获发往移动节点MN的数据包，通过源端为域转交地址RCoA，目标端为本地转交地址LCoA的隧道转发给移动节点MN；移动节点MN发往通信节点CN的数据，首先以本地转交地址LCoA为源端，域转交地址RCoA为目的端的隧道发给移动锚点MAP，由移动锚点MAP再以域转交地址RCoA为源端转发到通信节点CN。分层移动IPv6协议HMIPv6通过将移动节点MN的切换分为移动锚点MAP域内和域间两个过程，从而减小漫游注册时延，减少信令开销。

现有比较优秀的资源预留方案有：移动资源预留方案(MRSVP)：针对移动IP网络中的QoS问题，A.K.Talukdar等人在其文献中提出了MRSVP方案，该方案是资源预留RSVP协议在移动IPv6(MIPv6)网络中的扩展，为移动网络提供实时业务保证。其引入了三个新概念：移动清单(Mobility SPECification，MSPEC)，主动/被动预留(active/passive reservation)，本地/远程代理(local/remote proxy agent)。该方案存在的缺陷是预留过多的带宽，浪费网络资源，并且移动节点MN通常无法精确指定移动清单MSPEC。

分层移动资源预留方案(HMRSVP)：C.C.Tseng等人提出了分层移动资源预留RSVP方案，该方案将移动IP(MIP)协议的区域注册与在区域交叠范围内进行资源预留两大思想融合在一起。区域注册协议根据区域内部的路由拓扑结构给每个区域分层地分配移动代理(MobilityAgent，MA)。位于区域网关处的区域最高层代理称为网关移动代理(Gateway MobilityAgent，GMA)。分层的网关移动代理GMA和区域分配移动代理MA结构，使移动节点MN对于家乡代理HA来说，隐藏了本区域内移动节点MN自身的移动性。当移动节点MN在本区域内部移动时，由于资源建立时间非常短，分层移动资源预留HMRSVP方案不用进行资源的预留，资源的状态一直处于主动预留(active reservation)状态。当移动节点MN在区域间移动，移动节点MN进入两区域的交叠范围时，分层移动资源预留HMRSVP方案进行被动资源预留(passivereservation)，待移动节点MN进入该区域时，转变为主动预留，进而迅速建立起实时数据传输。分层移动资源预留HMRSVP方案存在的缺陷，在主动、被动预留资源时，均没有考虑公共路由路径上已预留资源的共享，而是主动、被动预留过程相互独立进行，从而预留了多余的资源。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术所存在的缺陷，基于分层移动IPv6协议(HMIPv6)，将扩展资源预留RSVP信令与分层移动IPv6协议HMIPv6相结合，提出了一种基于分层移动IPv6协议的资源预留方法，结合了移动资源预留MRSVP与分层移动资源预留HMRSVP的优点，在移动网络中这一方案可以减少大量延迟，为实时业务提供最快的资源预留。

为达到上述目的，本发明的构思是：根据法国英锐而(INRIA)公司的估计，70％以上的移动是在一定区域内进行的，因此本发明定位于MAP域内的资源预留方法。

本发明方法中节点包括：家乡代理(HA)，移动节点(MN)，通信节点(CN)，接入路由器(AR)，位于接入路由器AR与骨干网之间的移动锚点(MAP)，特征是资源预留RSVP代理PA设计在移动锚点MAP上。

本发明的扩展资源预留RSVP信令类型：

PATH Error(PATH_Err)：资源预留失败消息，当在某路由器处预留失败，该路由器发送该消息至源端，包含此路由器的IP地址。

Active Notification(Act_Not)：移动节点MN检测到自己进入新区域或子网，移动节点MN向接入路由发送该消息，通知将之前建立的passive预先资源保留转为active链接。

Passive Notification(Pas_Not)：移动节点MN当前所在的接入路由器AR(或代理PA)发送该消息至相邻的接入路由器AR(或代理PA)，通知其预先资源保留，该资源未被占用，通过Temp_Resv消息使其它通信程序仍可使用该资源。

Passive Path(Pas_Path)：被动预先资源保留PATH路径消息。

Passive Resv(Pas_Resv)：被动预先资源保留RESV消息。

Temporary RESV(Temp_Resv)：临近接入路由器AR(或代理PA)上建立起预先资源保留后，为保证不浪费资源，移动节点MN通过该消息，建立暂时资源预留，使其它“尽力而为”服务仍可使用该资源。

Busy Notification(Busy_Not)：一旦移动节点MN完成切换，被动(passive)路径变成了主动(active)路径，实时业务需要使用之前预先保留的资源，接入路由器AR发送该消息阻止“尽力而为”服务继续使用该资源。

本发明资源预留RSVP代理PA的实现：

本发明基于分层移动IPv6(HMIPv6)协议，突出优点是：移动节点MN在本移动锚点MAP域范围内进行漫游时，移动节点MN的移动对于家乡代理HA与通信节点CN均透明，只需更新域内服务质量QoS资源预留路径，移动锚点MAP到通信节点CN段无需重新建立资源预留。考虑到分层移动IPv6(HMIPv6)协议这一特点，把资源预留RSVP代理PA程序设计在移动锚点MAP上，有助于各功能实体协同运作，代理PA主要功能：

(1)利用程序在移动锚点MAP上实现代理PA，代理PA内含有管辖域内所有移动节点MN的本地转交地址LCoA与域转交地址RCoA对照表，代理PA截获发往移动节点MN数据包后，根据对照表将数据包格式中目的地址由域转交地址RCoA变为本地转交地址LCoA，再转发到移动节点MN；代理PA截获发往通信节点CN数据包后，根据对照表将源地址由本地转交地址LCoA改为域转交地址RCoA。从而实现本地转交地址LCoA与域转交地址RCoA动态转换。

(2)移动节点MN在移动锚点MAP域内漫游进入新子网，通过自我配置，移动节点MN获得新的本地转交地址LCoA并向代理PA提交本地转交地址LCoA。故在本地转交地址LCoA发生变化时，代理PA需保持本地转交地址LCoA与域转交地址RCoA对应关系。

(3)代理PA不会转发数据到被动Passive路径，只会发送数据到主动Active和临时Temporary服务路径，代理PA收到通告Act_Not，则转发数据到新的主动Active路径，并发送Pas_Tear消息释放其他被动Passive路径上预先资源保留。

(4)移动节点MN进入不同网络间公共区域时，代理PA即发送消息Pas_Not直接通知新的代理PA建立被动Passive预先资源保留路径。

本发明提出的资源模式，采用三种协同运作的资源预留模式：

Active Reservation：主动资源预留，移动节点MN与代理PA建立主动链接，移动节点MN与通信节点CN数据通信在这条链路进行；

Passive Reservation：预先资源保留，但资源未进行分配，并未被占用；

Temporary Reservation：临时资源预留，临近的代理PA或接入路由器AR建立预先资源保留(Passive Reservation)后，若有其它“尽力而为”服务需使用该资源，则建立该临时资源预留模式，以使资源不浪费。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于分层移动IPv6协议的资源预留方法，采用节点包括：家乡代理HA、移动节点MN、通信节点CN、接入路由器AR，以及位于AR与骨干网之间的移动锚点MAP，其特征在于：建立资源预留RSVP代理PA，并将其设计在移动锚点MAP上；移动节点MN在每个移动锚点MAP域内具有绑定地址：区域转交地址RCOA、本地转交地址LCOA，当移动节点MN在移动锚点MAP1域内由接入路由器AR1移动到接入路由器AR2时只需向移动锚点MAP1发送绑定更新消息BU，对移动锚点MAP1到通信节点CN之间的预留可以沿用，无须重建；其具体实施步骤为：

(1)资源预留初始化过程；

(2)移动锚点MAP域内切换资源预留过程。

上述具体实施步骤(1)的具体细则操作步骤为：

①移动节点MN发送RSVP PATH路径消息经过路径路由到达RSVP代理PA，包含发送该消息节点IP地址、请求QoS等，通知各路径节点准备进行资源预留；

②为了在PATH路径上真正保留资源，RSVP代理PA收到由移动节点MN发送过来的PATH路径消息后，反馈给移动节点MN一个RSVP RESV预留消息，确认进行资源预留；

③RSVP代理PA接收到移动节点MN的PATH路径消息，根据通信节点CN地址信息(含HA、LCoA、RCoA)，RSVP代理PA直接向通信节点CN发送预留消息RESV进行资源预留，因为在RSVP代理PA与通信节点CN之间可视为单播通道。RSVP代理PA可通过移动节点MN与通信节点CN会话建立过程获得通信节点CN地址信息。

上述具体实施步骤(2)的具体细则操作步骤为：

①刚开始，移动节点MN处于移动锚点MAP域内由路由器AR1接入的子网1内，其子网内转交地址为LCoA1，区域转交地址为RCoA。移动节点MN开始移动后，当到达子网1边界与子网2公共区域，移动节点MN接收到路由器AR2的网际控制报文协议ICMP路由公告消息，知道自己即将进行切换，通过自我配置获得新子网内转交地址LCoA2，同时发送绑定更新消息BU给资源预留RSVP代理PA，告知代理PA其新本地子网转交地址LCoA2，并要求代理PA发送Pas_Not消息给接入路由器AR2，从而触发新链路上预先资源保留；

②接入路由器AR2收到Pas_Not触发消息，发Pas_Path消息给代理PA，对新链路进行预先资源保留(Passive Reservation)；

③代理PA接收到Pas_Path消息，反馈Pas_Resv消息，确认成功预先资源保留(PassiveReservation)；

④若期间有“尽力而为”服务需使用改预先保留的资源，移动节点MN发送Temp给接入路由器，请求在该链路中建立临时资源预留temporary reservation以供急需；

⑤当实时业务需要使用③中预先保留的资源，移动节点MN向接入路由器AR2发送消息Act_Not，激活之前的passive资源，同时接入路由器AR2反馈Busy_Not消息，通知移动节点MN之前建立的“尽力而为”服务已停止；

⑥移动节点MN与接入路由器AR2之间进行路由器请求RS(Router Solic itation)消息与路由器宣告RA(Router Advertisement)消息交互。移动节点MN发出Act_Not消息后，当移动节点MN检测到足够路由器宣告RA信息确认进入新子网链路，移动节点MN向接入路由器AR1、代理PA发送Teardown消息，通知其释放原链路所预留的资源，停止发送数据给前接入路由器AR1，关闭该保证切换通畅而起用的隧道，同时代理PA通过本地转交地址LCoA2将缓冲数据发送给移动节点MN；

⑦代理PA与通信节点CN间仍使用之前所预留资源，至此移动节点MN与通信节点CN间新资源预留建立完成。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质的特点和显著优点：

本发明采用三种资源模式：临时资源预留模式、预先保留资源模式、主动资源预留模式，从而实现提前预留资源，达到无缝切换的目的，并提高网路资源利用率；移动节点在当前域范围内进行漫游时，移动节点的移动对于家乡代理与通信节点均透明，只需更新域内QoS资源预留路径，代理PA到通信节点段无需重新建立资源预留，从而可以很快建立预留通道，实现低切换延时，并提高资源利用率。

附图说明：

图1为分层移动IPv6(HMIPv6)协议网络架构；

图2为本发明方案的功能结构图；

图3为资源预留初始化过程图；

图4为MAP域内切换资源预留过程图；

图5为本发明的方法流程图。

图例：MN移动节点；CN通信节点；HA家乡代理；MAP移动锚点；AR接入路由器；BU绑定更新；PA移动代理。

具体实施方式：

本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：

本实施例中，每个移动节点MN拥有三个地址：家乡地址、本地转交地址(LCoA)和区域转交地址(RCoA)。整个资源预留过程分为：资源预留初始化、MAP域内切换资源预留、MAP域间切换资源预留(暂不在本发明之列)。

参见图1，本实施例所基于的分层移动IPv6(HMIPv6)基本网络架构。该模型由通信节点CN、移动节点MN、家乡代理HA、移动锚点MAP以及接入路由器AR组成。

该分层移动IPv6(HMIPv6)协议模型在接入路由器AR与骨干网之间加入了移动锚点MAP。移动节点MN在每个移动锚点MAP域内具有绑定地址：区域转交地址RCOA、本地转交地址LCOA。该模型下当移动节点MN在MAP1域内由接入路由器AR1移动到接入路由器AR2时只需要向移动锚点MAP1发送绑定更新BU消息，对移动锚点MAP1到通信节点CN之间的预留可以沿用，无须重建。

以图2说明本实施例的功能结构模型。本实施例只考虑移动节点MN在移动锚点MAP域内移动与通信节点CN通信的情况。

以图5说明本基于分层移动IPv6协议的资源预留方法具体操作步骤为：

①资源预留初始化过程；②移动锚点MAP域内切换资源预留过程。

以图5与图3来说明初始化资源预留具体实施过程：

移动节点MN与通信节点CN建立会话(Session)，便开始资源预留初始化，过程如下：

①移动节点MN发送RSVP PATH路径消息经过路径路由到达代理PA，包含发送该消息节点IP地址、请求服务质量QoS等，通知各路径节点准备进行资源预留；

②为了在PATH路径上真正保留资源，代理PA收到由移动节点MN发送过来的PATH路径消息后，反馈给移动节点MN一个资源预留RSVP RESV消息，确认进行资源预留；

③代理PA接收到移动节点MN的PATH路径消息，根据通信节点CN地址信息(含HA、LCoA、RCoA)，代理PA直接向通信节点CN发送预留RESV消息进行资源预留，因为在代理PA与通信节点CN之间可视为单播通道。代理PA可通过移动节点MN与通信节点CN会话建立过程获得通信节点CN地址信息。

以图5与图4来说明域内切换资源预留具体实施过程：

移动节点MN在分层移动IPv6(HMIPv6)协议模型下移动锚点MAP域内进行从接入路由器AR1到接入路由器AR2不同子网的切换过程如下：

④若期间有“尽力而为”服务需使用改预先保留的资源，移动节点MN发送Temp_Resv给接入路由器AR2，请求在该链路中建立临时资源预留(Temporary Reservation)，以供急需；

⑤当实时业务需要使用(3)中预先保留的资源，移动节点MN向接入路由器AR2发送消息Act_Not，激活之前的passive资源，同时接入路由器AR2反馈Busy_Not消息，通知移动节点MN之前建立的“尽力而为”服务已停止；

容易看出，本发明资源预留RSVP-PA方案基于分层移动IPv6协议，吸取移动资源预留MRSVP与分层移动资源预留HMRSVP协议优点，并通过优化资源预留RSVP信令达到优化资源预留的目的。

下面从切换时延角度分析本发明较现有方案的优势：MRSVP协议在临近子网建立passive资源预留后，移动节点MN进行切换，其切换时延为：T_delay(MRSVP)＝T_pas->act+T_hamdoff；HMRSVP协议利用不同子网公共区域来圆滑切换，从而免去了移动节点MN切换时间，其切换总时延为：T_{delay(HMRSVP)}＝T_pas->act；RSVP-PA方案既利用了passive被active的激活机制，又采用了不同子网间公共区域圆滑机制，并且资源预留RSVP代理PA与通信节点CN之间资源无须重预留，故其切换总时延为：T_{delay(RSVP-PA)}＝T_{pas->act(MN->PA)}。显然，T_{delay(RSVP-PA)}<T_{delay(HMRSVP)}<T_delay(MRSVP)，即RSVP-PA方案中所需时延最小，性能最好(其中T_pas->act为passive资源被active所需时间，T_handoff为移动节点MN的切换时间，T_{pas->act(MN->PA)}为移动节点MN到代理PA之间被动passivc资源被active所需时间)。

下面从资源利用率角度阐述本发明较现有方案的优点：

移动资源预留MRSVP协议使用移动节点MN临近子网中均建立资源预留，浪费部分资源；分层移动资源预留HMRSVP协议与本发明资源预留RSVP-PA方案均采用不同子网间公共区域激发passive预留圆滑机制，减少资源浪费；但是本发明资源预留RSVP-PA方案引入了临时资源预留(Temporary Reservation)机制，使没有被使用的passive资源仍能够被其他“尽力而为”服务利用，从而较HMRSVP方案更加充分利用了网络资源；故而RSVP-PA方案资源利用率最高。

综上所述，无论从切换时延还是资源利用率角度，本发明RSVP-PA方案均显示出其独特的性能优势，其节省网络资源，简化资源预留步骤，并减少移动节点切换时延，从而优化了实时业务的服务质量。

最后应当说明的是，以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的研究技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改、等同替换、改进等，但凡在本发明的精神和原则之内，均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种基于分层移动IPv6协议的资源预留方法，采用节点包括：家乡代理HA、移动节点MN、通信节点CN、接入路由器AR、以及位于AR与骨干网之间的移动锚点MAP，其特征在于：建立资源预留RSVP代理PA，并将其设计在移动锚点MAP上；移动节点MN在每个移动锚点MAP域内具有绑定地址：区域转交地址RCOA、本地转交地址LCOA，当移动节点MN在移动锚点MAP1域内由接入路由器AR1移动到接入路由器AR2时只需向移动锚点MAP1发送绑定更新消息BU，对移动锚点MAP1到通信节点CN之间的预留可以沿用，无须重建；其具体实施步骤为：

a.资源预留初始化过程；

b.移动锚点MAP域内切换资源预留过程；

2.如权利要求1所述的基于分层移动IPv6协议的资源预留方法，其特征在于所述具体实施步骤a的具体细则操作步骤为：

3.如权利要求1所述的基于分层移动IPv6协议的资源预留方法，其特征在于所述具体实施步骤b的具体细则操作步骤为：

④若期间有“尽力而为”服务需使用改预先保留的资源，移动节点MN发送Temp_Resv给接入路由器AR2，请求在该链路中建立临时资源预留temporary reservation，以供急需；