CN101483856B - 基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法 - Google Patents

基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法 Download PDF

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Abstract

一种基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法，其特征在于：A)在关联建立前，固定终端向移动终端发起连接的请求；B)在关联建立后的数据通信过程中，实现垂直切换；C)根据测量所获得的参数对与实际链路状态进行实时估计。本发明可很好地解决通过多路径实现高效切换的目的。

Description

基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法
技术领域
本发明涉及一种基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法。
背景技术
垂直切换是指在不同的网络接口间的切换，在此过程中，接入路由器和链路层技术通常也会发生变化，如UMTS和WLAN之间的切换。
网络层的垂直切换技术以移动IP(MIP，Mobile IP)为代表。基于MIP的切换存在移动节点切换时间长、数据包丢失率高、信令开销大等问题。
MSCTP技术在传输层实现了单路径情况下移动终端的切换。由于在单路径条件下，移动终端在切换的过程中不能够通过其他路径告知通信对端，因此，还不能很好地解决通过多路径实现高效切换的目的。
关于垂直切换的研究工作大多局限在支持单路径的传输协议下，对于多信道同步检测的支持需要更深入的开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法，通过测量网络参数合理的对链路的状态进行实时的评估，选择合理的切换判决机制，用于解决移动终端在多重异构网络覆盖区域内的垂直切换问题。
一、根据本发明的一个实施例，提供了一种在关联建立和通信过程中，通过同时建立多信道连接并且进行同步检测，在不中断连接的状态下获取到相应的网络状态，该方法包括以下步骤：
(一)在关联建立前，由于移动终端(MN)向固定终端(CN)发起连接的过程不需要位置管理功能即可实现，并且过程比较简单，因此，本发明只描述固定终端向移动终端发起连接的步骤。
A1)当MN从本地网络移动到外地时，根据收到的当前路由器的公告进行无状态地址分配，生成新的转交地址，此时MN有本地代理分配给它的本地地址和归属于外地网络的转交地址；
A2)MN利用MIPv6或其他具有位置管理功能的协议向本地代理发送绑定更新信息，注册当前的转交地址。本地代理收到MN的新转交地址后，立刻进行绑定缓存更新；
A3)CN向MN发送包含CN本地地址和MN本地地址的INIT块，启动SCTP关联的建立。由于此刻CN不知道MN的转交地址，因此在这一步中，CN发送的INIT块先寻路到本地代理；
A4)本地代理根据MN的转交地址，通过隧道把INIT块转发到MN；
A5)MN直接把INIT-ACK块发送到CN，作为对INIT的确认。包含INIT-ACK的IP包的源地址和目的地址分别是MN的转交地址和CN的IP地址；
A6)CN和MN交换COOKIE-ECHO和COOKIE-ACK块，SCTP关联建立进程结束，MN与CN开始传输数据。
(二)在关联建立后的数据通信过程中，在传输层实现垂直切换的方法，该方法包括以下步骤：
B1)在MN移动之前，CN把数据块经过转交地址传送到MN，而MN直接把数据发送到CN；
B2)当MN检测到新的网络覆盖并准备切换时，MN将通过新网络中的接入路由器获得新的转交地址，根据MIPv6或其他具有位置管理功能的协议向本地代理更新它的转交地址；
B3)MN直接完成切换，并通过路径选择机制在多条路径中选择一条(不同于切换路径的其他路径)，用于向CN发送在本关联中添加新IP地址的数据包；
B4)CN收到该数据包后，返回相应的确认信号，传输层的切换完成；
B5)当MN在不同网络中反复切换时，重复上述过程，直到关联结束。当MN将多个重叠的异构网络分配的地址都加入到IP列表后，开始进行同步的链路状态检测，收集所有异构网络的网络参数。
二、根据本发明的一个实施例，还提供了一种根据测量所得到的网络参数对实际链路的状态进行实时估计的方法，该方法包括以下步骤：
C1)关联建立之后，发送端通过发送数据包接收对端的SACK信号，可以直接或经过计算得到对应的网络参数，如拥塞窗口大小(CWND)，往返时间(RTT)等。
C2)通过下列公式对每条链路所能提供的服务质量(QoS)进行估算：
Bi＝CWNDi/RTTi
Di(x)＝aDi(x-1)+(1-a)Mi(x)
Ji(x)＝Ji(x-1)+(Mi(x)-Ji(x))/16
其中，a＝0.94，Mi(x)是RTT第x次采样值。
C3)每当发现新的可供选择的网络链路时，传输层协议都会将该链路加入到关联中，然后通过测量相关的网络参数，作为用户对于QoS的要求做出切换决策。
C4)当发现现有某一链路所能提供的QoS不足以满足用户要求时，可以在传输层完成使用其他接入方式进行数据传输，从而实现依照用户使用偏好完成垂直切换的目的。
C5)当用户根据其他要求希望实现垂直切换时(如由于资费标准差异导致用户希望使用价格更便宜的接入方式时)，也可以忽略上述步骤，直接在传输层完成切换工作。
本发明在关联建立阶段，选取了由CN向MN发起关联建立的场景进行说明，由于这一过程需要有支持位置管理功能的协议才能完成，因此比较复杂。之后对于关联建立之后数据传输过程中，MN的实现垂直切换的步骤进行了说明。在这一过程中，发送端通过选择和切换路径不同的其他路径传输信令，以实现快速切换的目的。同时，还提供了根据测量所获得的参数对与实际链路状态进行实时估计方法，这一步为MN获得新的接入点信息后，选择合理的决策机制进行切换提供了依据。需要注意的是，本发明中根据用户对QoS的要求进行切换。
附图说明
图1为本发明中移动终端和服务器通信的结构示意图；
图2为本发明实施例1中关键步骤的示意图；
图3为本发明实施例1中关联建立和传输过程中MN移动及用户控制切换所需步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明移动终端在多种类型的异构网络覆盖情况下移动的示意图。在移动之前，MN可以使用多种接入方式和服务器CN进行通信。在建立关联之前，MN处于GPRSAP和802.15xAP覆盖范围下(为了体现切换过程，这里用椭圆表示GPRS和CDMA的覆盖范围，尽管实际上它们是整体覆盖的)。
步骤501：关联建立前MN的移动，该过程包括以下步骤：
A1)MN开始从位置A向位置B移动，在此过程中发现CDMAAP发出的信号。用户希望切换到资费更低的CDMA AP覆盖的网络，则MN在到达位置B后向CDMAAP发送获取IP请求；
A2)CDMA AP经过鉴权等手段后向MN发送分配给它的IP地址；
A3)然后，根据MIP协议或其他具有位置管理功能的协议要求，向本地代理发送地址更新信息；
A4)收到本地代理的确认信息，完成一次垂直切换过程，
步骤502：CN主动向MN发起请求并建立关联，该过程包括以下步骤：
A5)CN向MN的原地址发送INIT数据包，当MN的家乡代理收到以后将其转发到MN的转交地址；
A6)MN收到该数据报后，直接向CN发送INIT-ACK数据包。该数据报包含了MN现在的地址和CN的地址；
A7)CN收到INIT-ACK数据包后，向MN的新地址发送COOKIE-ECHO数据包；
A8)MN收到COOKIE-ECHO数据包后，向CN发送COOKIE-ACK数据包，关联建立成功，
步骤601：关联建立之后，MN从位置B移动到位置C过程中发现并添加新的IP到已建立的关联中，该过程包括以下步骤：
A9)MN在从位置B移动到位置C，此过程中检测到802.11x AP的信号；
A10)通过DHCP方式，MN能够获得新的IP地址。此时MN有三种接入方式，分别是802.11x，802.15x和CDMA；
A11)MN通过向CN发送SCTP地址配置改变(ASCONF)数据块，通知CN要使用此新IP地址；
A12)CN收到后发回ASCONF-ACK块进行确认，添加IP完毕；
步骤602：根据测量得到的网络链路状态，用户可以选择QoS较高的链路为其提供服务。假定802.11x方式的信号强度和带宽都优于802.15x方式，通过比较MN选择了802.11x和CDMA方式用于和CN进行通信，并实现了第二次垂直切换，该过程包括以下步骤：
A13)当时用三条路经同时进行传输时，发送端会实时采集相关的网络参数；并根据发明内容二公开的方法对网络的性能进行实时评估，为切换决策提供依据；
A14)为了缓解接受缓存耗尽的问题，用户希望选择两种更好的接入方式用于传输，通过比较，最终确定使用802.11x和CDMA作为和CN通信的接入方式。因此，在关联中发出删除802.15x所分配地址的申请；
A15)收到响应信号后，完成本次垂直切换。
若此后MN又发生移动，则循环步骤A8到A10，若用户需要根据QoS要求进行切换，则循环步骤A11到A14。

Claims (4)

1.一种基于多信道同步检测下移动终端的垂直切换方法，
A)在关联建立前，固定终端向移动终端发起连接的请求；
B)在关联建立后的数据通信过程中，实现垂直切换；
C)根据测量所获得的参数对于实际链路状态进行实时估计，
其特征在于，所述特征A)包括步骤：
A1)当MN从本地网络移动到外地时，根据收到的当前路由器的公告进行无状态地址分配，生成新的转交地址，此时，MN有本地代理分配给它的本地地址和归属于外地网络的转交地址；
A2)MN利用MIPv6或其他具有位置管理功能的协议向本地代理发送绑定更新信息，注册当前的转交地址，本地代理收到MN的新转交地址后，立刻进行绑定缓存更新；
A3)CN向MN发送包含CN本地地址和MN本地地址的INIT块，启动SCTP关联的建立，CN发送的INIT块先寻路到本地代理；
A4)本地代理根据MN的转交地址，通过隧道把INIT块转发到MN；
A5)MN直接把INIT-ACK块发送到CN，作为对INIT的确认，包含INIT-AC K的IP包的源地址和目的地址分别是MN的转交地址和CN的IP地址；
A6)CN和MN交换COOKIE-ECHO和COOKIE-ACK块，SCTP关联建立进程结束，MN与CN开始传输数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征B)包括步骤：
B1)在MN移动之前，CN把数据块经过转交地址传送到MN，而MN直接把数据发送到CN；
B2)当MN检测到新的网络覆盖并准备切换时，MN将通过新网络中的接入路由器获得新的转交地址，根据MIPv6或其他具有位置管理功能的协议向本地代理更新它的转交地址；
B3)MN直接完成切换，并通过路径选择机制在多条路径中选择一条不同于切换路径的其他路径，用于向CN发送在本关联中添加新IP地址的报文；
B4)CN收到该数据包后，返回响应的确认信号，传输层的切换完成；
B5)当MN在不同网络中反复切换时，重复上述过程，直到关联结束。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征C)包括步骤： 
C1)关联建立之后，发送端通过发送数据包接收对端的SACK信号，直接或经过计算得到对应的网络参数；
C2)对每条链路所能提供的服务质量(QoS)进行估算；
C3)每当发现新的可供选择的网络链路时，传输层协议都会将该链路加入到关联中，然后，通过测量相关的网络参数，作为用户对于QoS的要求做出切换决策；
C4)当发现现有某一链路所能提供的QoS不足以满足用户要求时，在传输层完成使用其他接入方式进行数据传输，从而实现依照用户使用偏好完成垂直切换的目的；
C5)当由于资费标准差异导致用户希望使用价格更便宜的接入方式时，忽略上述步骤，直接在传输层完成切换工作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对应的网络参数包括拥塞窗口大小和往返时间。 
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