CN101588569B - 在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多LMA的选择方法 - Google Patents

Abstract

一种在PMIPv6域内的MN切换过程中多LMA的选择方法，通过分别扩展MAG与LMA间的PBU消息和PBA消息，使得当MN从p-MAG切换到n-MAG时，该n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送特定的IBU消息，只有保存该MN先前绑定信息的LMA才会根据该IBU消息的内容更新该MN的绑定信息，并发送相应的IBA消息，其他LMA都不做回应，由该n-MAG最终为该MN选择相同的LMA建立绑定关系，以确保该MN切换前后均与同一个LMA建立绑定，解决AAA服务器的重认证问题，保持AAA信息有效性及业务连续性，并优化MN切换性能。该方法不需扩展其他协议，对PMIPv6的已有消息格式和信令流程的改动很小，也不依赖其他外部结构和附加方法，操作步骤简单、便利、易于实现。

Description

在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多LMA的选择方法

技术领域

本发明涉及一种在PMIPv6域内的移动节点切换过程中，多个本地移动锚点LMA的选择方法，确切地说，涉及一种在同一个PMIPv6管理域内存在多个LMA的情况下，移动节点在两个移动接入网关MAG之间进行切换时，如何对该多个LMA进行选择的问题，属于移动互联网的技术领域。

背景技术

IETF代理移动IPv6协议(PMIPv6，Proxy Mobile IPv6)是一种基于移动IPv6协议(MIPv6，Mobile IPv6)扩展的网络层移动性管理协议，其核心功能实体包括移动接入网关(MAG，Mobility Access Gateway)和本地移动锚点(LMA，Local Mobility Anchor)，共同协作提供对移动节点在PMIPv6管理域内的移动性管理。其中，MAG位于移动节点的接入链路上，负责发现移动节点的移入和移出，并向LMA发送移动节点的绑定信息。LMA负责保存和更新移动节点的绑定信息，并创建到移动节点的路由，转发移动节点发送或接收的所有数据分组，其功能类似于移动节点在PMIPv6域内的家乡代理。在一个PMIPv6管理域内，可以同时部署一个或多个LMA，协作完成对管理域内移动节点的移动性管理。

随着无线移动通信和计算机网络技术的快速发展和逐步成熟，以及人们日常工作和活动空间的逐渐扩大、信息交流日益频繁，使得互联网已成为人们相互交流、获取信息、协同工作和互动娱乐的重要手段。当前，人们接入互联网的技术和途径正在不断丰富，使用移动终端、信息家电等新型上网设备的用户也在逐渐增多，呈现出可移动性的趋势。人们对信息交互和共享的移动性潜在需求，既推动了移动互联网的发展，也使移动性管理技术面临诸多问题和挑战。

作为网络层的移动性管理方案，IETF的移动IP协议(MIP，Mobile IP)提供了一种IP路由机制，使移动节点能够使用一个永久IP地址接入网络并进行通信，保证移动节点在改变网络接入点时，仍然可以保持正在进行通信的连续性。

对应于IP协议的不同版本，移动IP协议也有两个版本：移动IPv4协议和移动IPv6协议。其中，移动IPv6协议是一种主要在终端侧实现对移动节点执行移动性管理的协议，但是存在着位置注册信令负荷大、切换时间长、分组丢失率高和实际部署困难与复杂等问题。随着现实应用对移动性管理技术需求的日益迫切，IETF基于移动IPv6协议，扩展提出了一种主要在网络侧实现对移动节点执行移动性管理的协议，即用于解决区域范围内的移动性管理问题的代理移动IPv6协议(PMIPv6，Proxy Mobile IPv6)。

使用PMIPv6协议管理区域移动性的优势有：提高移动节点切换性能，降低实际部署的复杂度，提供位置保密性，支持与移动IPv6协议的协同工作等。PMIPv6协议引入了两个新的功能实体：移动接入网关(MAG，Mobility AccessGateway)和本地移动锚点(LMA，Local Mobility Anchor)，二者共同协作提供对移动节点在PMIPv6管理域内的移动性管理。

当移动节点MN进入PMIPv6管理域时，PMIPv6协议的信令流程如下：由MAG向LMA送代理绑定更新消息(PBU，Proxy Bindign Update)，LMA在代理绑定确认消息(PBA，Proxy Binding Acknowledgement)中返回为该移动节点指定的家乡网络前缀和其他相关信息。所有分配给该移动节点MN相同接口的家乡网络前缀都由LMA的绑定缓存列表(BCE，Binding Cache Entry)的同一个移动会话进行管理。网络根据所分配的网络前缀为该MN分配IP地址。如果当MN正在与通信对端(CN，Corresponding Node)进行通信时发生切换，MN从旧移动接入网关p-MAG(previous attached MAG)切换到新移动接入网关n-MAG(newly attached MAG)时，n-MAG向PMIPv6管理域内任意一个LMA进行绑定注册，MN将无法保证继续使用原先的网络前缀和地址，从而导致AAA服务器的重认证，无法实现会话的连续性。因此当移动节点MN在同一个PMIPv6管理域内发生MAG之间的切换时，n-MAG应该选择向同一LMA进行绑定注册。

在一个PMIPv6管理域内，可以同时部署一个或多个LMA，协作完成对管理域内各个移动节点的移动性管理。当MN初始接入该域时，MAG通过使用LMA发现机制确定为MN建立绑定关系的LMA。目前的LMA发现机制侧重在MN初始接入时，MAG从AAA/DHCP服务器获取LMA的地址或全域名FQDN(FullyQualified Domain Name)。

目前，现有技术中与之最近似的实现方案是：基于在MN的策略规范(PolicyProfile)中保存PMIPv6所需要的策略信息；主要有两种实现方式：(1)n-MAG从AAA服务器获得MN的策略规范；(2)n-MAG从p-MAG获得MN的策略规范。下面分别具体说明之：

(1)MN的策略规范中定义了所有PMIPv6所需要的策略信息，这些信息存储在AAA服务器中。具体实现方式是在Diameter协议中增加属性值对(AVPs，Attribute Value Pairs)，LMA和MAG都可以使用Diameter协议与AAA服务器进行交互。在网络接入认证阶段，MAG使用Diameter协议来向家乡AAA服务器进行查询，返回移动节点绑定的LMA地址、为节点分配的家乡网络前缀等PMIPv6参数和成功的网络接入认证结果。MN被成功认证后，MAG根据MN的策略规范信息向LMA发送PBU。LMA能够和Diameter服务器交互来更新与移动会话相关的信息。

(2)n-MAG通过和p-MAG之间的上下文传输(Context Transfer)获得MN的策略规范，前提是p-MAG已经提前获取n-MAG的IP地址。MN断开连接后，p-MAG发向LMA的撤销注册的PBU中包含context和n-MAG的IP地址，context中可以包含MN的策略规范。LMA收到该消息后可将context转发给n-MAG，n-MAG通过收到的信息能够向指定的LMA发送绑定更新消息。该方法需要p-MAG提前获取n-MAG地址，并对MAG和LMA之间的消息进行扩展。

虽然上述现有技术中，n-MAG可以从AAA服务器获得MN的策略规范，根据策略规范中的信息向指定的LMA发送注册消息。但是，这个过程需要MAG和LMA都与AAA服务器连接，并且需要扩展MAG和AAA服务器间的协议。移动节点每次移动都需要更新AAA服务器上保存的节点信息，这就增加了LMA和AAA服务器之间的信令数据量，加重了AAA服务器的负担；n-MAG从p-MAG获取移动节点的策略规范时，必须在切换之前，p-MAG已经获取了n-MAG的地址，同时需要扩展MAG和LMA间的消息。总之，该方法需要和提前获取n-MAG地址的机制合作完成，不能独立实现。

因此，在PMIPv6域内的移动节点切换过程中，如何对多个LMA进行选择的方法依然成为业内科技人员关注和研究的重点课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多个LMA的选择方法，本发明是基于IETF RFC 5213描述的下述情况：LMA和MAG在为移动节点建立绑定关系前，已建立了安全关联，因此认为PMIPv6域内的MAG已经获取同一域内所有LMA的地址，并且已经建立了安全关联。本发明是通过扩展PBU消息和PBA消息，n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送特定消息时，只有保存先前MN绑定信息的LMA才会根据该特定消息的内容更新MN的绑定信息，并发送相应的确认消息，其他LMA不做任何回应，从而实现n-MAG最终为该MN选择同一个LMA建立绑定关系。

为了达到上述目的，本发明提供了一种在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多个本地移动锚点LMA的选择方法，假设在PMIPv6域内的移动接入网关MAG已经获取同一域内所有本地移动锚点LMA的地址，并且已经建立了安全关联；其特征在于：通过分别将MAG与LMA之间的代理绑定更新消息PBU和代理绑定确认消息PBA扩展为初始绑定更新消息IBU和初始绑定确认消息IBA，并且，IBU消息具有下述组成结构：即在PBU消息中增加一个新的标志位I，其他标志位则和RFC 5213中规定的PBU消息中的标志位相同；并且当该IBU消息为用于查询MN在切换至新移动接入网关n-MAG之前与MN连接的第一个LMA的绑定更新消息时，标志位I设置为1，否则设置为0；同样地，对于IBA消息也有相应的组成结构，即：将PBA消息中增加一个新的状态值I，其它状态值和RFC5213中规定的PBA消息中的状态值相同，并且，当该IBA消息为用于查询MN在切换至新移动接入网关n-MAG之前与MN连接的第一个LMA的绑定确认消息时，状态值I设置为1，否则设置为0；使得移动节点MN从旧移动接入网关p-MAG切换到新移动接入网关n-MAG时，通过n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送初始绑定更新消息IBU，保存该MN先前绑定信息的LMA根据该IBU消息的内容更新该MN的绑定信息，并发送相应的初始绑定确认消息IBA，其他LMA都不做任何回应，从而由该n-MAG最终为该MN选择相同的LMA建立绑定关系，以确保该MN切换前后均与同一个LMA建立绑定，解决AAA服务器的重认证问题，保持AAA信息的有效性及业务的连续性，以及优化MN切换性能。

所述方法中，移动节点MN位于存在多个LMA的PMIPv6管理域内，并通过p-MAG连接到第一个LMA；当MN在通信过程中发生移动时，从p-MAG切换到n-MAG时的信令操作流程如下：

(1)MN断开与p-MAG的连接，切换到位于同一个PMIPv6管理域的n-MAG；

(2)该n-MAG检测到连接事件，按照标准的PMIPv6信令流程，对该MN进行接入和授权验证；

(3)该n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送IBU消息，并开始计时，设置的等待时间的阈值为RFC 5213中规定的INITIAL_BINDACK_TIMEOUT；该发送的IBU消息中标志位I的值设置为1，其它标志位和字段都与RFC 5213中对PBU的相关规定全部相同；

(4)先前已与MN建立绑定关系的第一个LMA在RFC 5213中规定的MinDelayBeforeBCEDelete等待时间结束前，若接收到其中标志位I的值为1的该IBU消息，就按照标准的PMIPv6流程对该IBU消息中的其他字段进行相应处理；并在成功处理该IBU消息后，第一个LMA根据该IBU消息中的内容修改该移动会话所对应的绑定缓存条目BCE中的内容，并向n-MAG发送初始绑定确认消息IBA，该IBA消息中状态值I的值设置为1；n-MAG收到该IBA消息后，建立该移动会话的绑定更新列表BCL；至此，n-MAG和第一个LMA完成了对该MN移动后的绑定注册；所述同一域内的其他LMA都忽略该IBU消息，不采取任何操作；

(5)如果n-MAG在其等待时间结束时，仍然没有接收到来自任何LMA的确认消息，则该n-MAG认为该MN是第一次接入，或者切换之前的绑定信息已被LMA删除，就按照标准的PMIPv6流程选择LMA，并发送PBU消息进行注册。

本发明方法用于解决当同一个PMIPv6管理域内存在多个LMA时，移动节点在两个MAG之间切换时多LMA的选择问题。当MN从p-MAG切换到n-MAG时，n-MAG可以与PMIPv6管理域内多个LMA中的任意一个建立连接，为该MN提供服务。若n-MAG选择的LMA与以前p-MAG绑定的LMA不同时，需要对该MN重新进行AAA认证等信令过程，影响MN的切换性能，增大系统开销。此时，为改善MN的切换性能，保持MN的AAA信息有效性及业务的连续性，需要对n-MAG的选择机制进行扩展和优化。但是，目前的IETF PMIPV6协议中并未提供相应的n-MAG选择方法，现在也没有针对该问题的建议草案。

本发明是通过在PMIPv6的已有信令中分别扩展MAG与LMA之间的代理绑定更新消息PBU和代理绑定确认消息PBA，即在已有的两个信令上分别增加一个标志位而扩展出两条新的消息：初始绑定更新消息IBU和初始绑定确认消息IBA，从而在PMIPv6管理域内，设计了一种MN域内切换过程中n-MAG对多LMA的选择方法，该方法能够确保MN切换前后均与同一个LMA建立绑定，解决了AAA重认证的问题，优化了MN切换性能，保持了AAA信息的有效性及业务的连续性。本发明不需要扩展其他协议，对PMIPv6的已有消息格式和信令流程的改动很小，又不依赖其他外部结构(如AAA服务器)和其他附加方法，操作方法简单、便利、易于实现。因此，本发明具有很好的推广应用前景。

另外，LMA的选择可分为两个阶段：MN初始接入时LMA的选择，以及MN切换过程中LMA的选择，两个阶段相互独立，可采用不同的方式进行LMA的选择。目前的LMA发现机制侧重在MN初始接入时，MAG从AAA/DHCP服务器获取LMA的地址或FQDN。而本发明侧重在MN切换过程中，为保持会话的连续性，确保向同一LMA进行绑定注册。本发明与目前的LMA发现机制属于LMA选择的不同阶段，并不与其发生冲突，具有很好的兼容性。

附图说明

图1是RFC 5213中规定的PBU消息格式示意图。

图2是RFC 5213中规定的PBA消息格式示意图。

图3是本发明对PBU消息进行扩展的IBU消息格式示意图。

图4是本发明对PBA消息进行扩展的IBA消息格式示意图。

图5是本发明方法中，MN从p-MAG切换到n-MAG时的信令操作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1和图2，该两个图展示了RFC 5213中规定的PBU消息格式和PBA消息格式。本发明的一个重要创新是将PBU和PBA消息分别扩展为初始绑定更新消息IBU(Initial Binding Update)和初始绑定确认消息IBA(Initial BindingAcknowledgement)。

初始绑定更新消息IBU是在PBU消息中增加新的标志位I，扩展为IBU消息(参见图3所示)，其他标志位和RFC 5213中规定的PBU的标志位相同。如果该消息是查询前一连接的绑定更新消息，则I位必须设置为1，否则为0。IBU消息中其他字段都和RFC 5213中规定的PBU消息中的其他字段相同。

初始绑定确认消息IBA是对PBA消息做相同的扩展，即增加状态值I，扩展为IBA消息(参见图4所示)，其他各项标志位都和RFC 5213中规定的PBA消息中的标志位相同。如果该消息是查询前一连接的确认消息，则I位必须设置为1，否则为0；IBA消息中的其他字段都和RFC 5213中规定的PBA消息中其他字段相同。

本发明在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多个LMA的选择方法，是假设在PMIPv6域内的移动接入网关MAG已经获取同一域内所有本地移动锚点LMA的地址，并且已经建立了安全关联；该方法通过分别扩展MAG与LMA之间的PBU消息和PBA消息，使得当移动节点MN从p-MAG切换到n-MAG时，该n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送特定的初始绑定更新消息IBU，只有保存该MN先前绑定信息的LMA才会根据该IBU消息的内容更新该MN的绑定信息，并发送相应的初始绑定确认消息IBA，其他LMA都不做任何回应，由该n-MAG最终为该MN选择相同的LMA建立绑定关系，以确保该MN切换前后均与同一个LMA建立绑定，解决AAA服务器的重认证问题，保持AAA信息的有效性及业务的连续性，以及优化MN切换性能。

参见图5，介绍本发明中，移动节点MN位于存在多个LMA的PMIPv6管理域内，并通过p-MAG连接到第一个LMA的情况下；当MN在通信过程中发生移动时，从p-MAG切换到n-MAG时的信令流程如下：该图假设PMIPv6域中存在n(n≥2)个LMA，LMA1代表第一个LMA，LMA(2，...，n)代表同一PMIPv6管理域内其他(n-1)个LMA。对于本发明中的多LMA选择方法，在同一PMIPv6管理域中，除了MN已经连接的第一个LMA外，对于所有其它(n-1)个LMA的信令流程都是相同的，说明本发明方法具有良好的协议兼容性和灵活的可扩展性。

(1)MN断开与p-MAG的连接，切换到位于同一个PMIPv6管理域的n-MAG；

(2)该n-MAG检测到连接事件，按照标准的PMIPv6信令流程，对该MN进行接入和授权验证；

(3)该n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送IBU消息，并开始计时，设置的等待时间的阈值为RFC 5213中规定的INITIAL_BINDACK_TIMEOUT；该发送的IBU消息中标志位I的值设置为1，其它标志位和字段都与RFC 5213中对PBU的相关规定全部相同；

(4)先前已与MN建立绑定关系的第一个LMA在RFC 5213中规定的MinDelayBeforeBCEDelete等待时间结束前，若接收到其中标志位I的值为1的该IBU消息，就按照标准的PMIPv6流程对该IBU消息中的其他字段进行相应处理；并在成功处理该IBU消息后，第一个LMA根据该IBU消息中的内容修改该移动会话所对应的绑定缓存条目BCE中的内容，并向n-MAG发送初始绑定确认消息IBA，该IBA消息中状态值I的值设置为1；n-MAG收到该IBA消息后，建立该移动会话的绑定更新列表BCL；至此，n-MAG和第一个LMA完成了对该MN移动后的绑定注册；所述同一域内的其他LMA都忽略该IBA消息，不采取任何操作；

(5)如果n-MAG在其等待时间结束时，仍然没有接收到来自任何LMA的确认消息，则该n-MAG认为该MN是第一次接入，或者切换之前的绑定信息已被LMA删除，就按照标准的PMIPv6流程选择LMA，并发送PBU消息进行注册。

Claims (2)

1.一种在PMIPv6域内的移动节点切换过程中多个本地移动锚点LMA的选择方法，假设在PMIPv6域内的移动接入网关MAG已经获取同一域内所有本地移动锚点LMA的地址，并且已经建立了安全关联；其特征在于：通过分别将MAG与LMA之间的代理绑定更新消息PBU和代理绑定确认消息PBA扩展为初始绑定更新消息IBU和初始绑定确认消息IBA，并且，IBU消息具有下述组成结构：即在PBU消息中增加一个新的标志位I，其他标志位则和RFC 5213中规定的PBU消息中的标志位相同；并且当该IBU消息是为用于查询MN在切换至新移动接入网关n-MAG之前与MN连接的第一个LMA的绑定更新消息时，标志位I设置为1，否则设置为0；同样地，对于IBA消息也有相应的组成结构，即：将PBA消息中增加一个新的状态值I，其它状态值和RFC 5213中规定的PBA消息中的状态值相同，并且，当该IBA消息为用于查询MN在切换至新移动接入网关n-MAG之前与MN连接的第一个LMA的绑定确认消息时，状态值I设置为1，否则设置为0；使得移动节点MN从旧移动接入网关p-MAG切换到新移动接入网关n-MAG时，通过n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送初始绑定更新消息IBU，保存该MN先前绑定信息的LMA根据该IBU消息的内容更新该MN的绑定信息，并发送相应的初始绑定确认消息IBA，其他LMA都不做任何回应，从而由该n-MAG最终为该MN选择相同的LMA建立绑定关系，以确保该MN切换前后均与同一个LMA建立绑定，解决AAA服务器的重认证问题，保持AAA信息的有效性及业务的连续性，以及优化MN切换性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，移动节点MN位于存在多个LMA的PMIPv6管理域内，并通过p-MAG连接到第一个LMA；当MN在通信过程中发生移动时，从p-MAG切换到n-MAG时的信令操作流程如下：

(1)MN断开与p-MAG的连接，切换到位于同一个PMIPv6管理域的n-MAG；

(2)该n-MAG检测到连接事件，按照标准的PMIPv6信令流程，对该MN进行接入和授权验证；

(3)该n-MAG向同一PMIPv6域内的所有LMA发送IBU消息，并开始计时，设置的等待时间的阈值为RFC 5213中规定的INITIAL_BINDACK_TIMEOUT；该发送的IBU消息中标志位I的值设置为1，其它标志位和字段都与RFC 5213中对PBU的相关规定全部相同；

(4)先前已与MN建立绑定关系的第一个LMA在RFC 5213中规定的MinDelayBeforeBCEDelete等待时间结束前，若接收到其中标志位I的值为1的该IBU消息，就按照标准的PMIPv6流程对该IBU消息中的其他字段进行相应处理；并在成功处理该IBU消息后，第一个LMA根据该IBU消息中的内容修改该移动会话所对应的绑定缓存条目BCE中的内容，并向n-MAG发送初始绑定确认消息IBA，该IBA消息中状态值I的值设置为1；n-MAG收到该IBA消息后，建立该移动会话的绑定更新列表BCL；至此，n-MAG和第一个LMA完成了对该MN移动后的绑定注册；所述同一域内的其他LMA都忽略该IBU消息，不采取任何操作；

(5)如果n-MAG在其等待时间结束时，仍然没有接收到来自任何LMA的确认消息，则该n-MAG认为该MN是第一次接入，或者切换之前的绑定信息已被LMA删除，就按照标准的PMIPv6流程选择LMA，并发送PBU消息进行注册。

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