CN101765051A - 一种二层移动子网切换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二层移动子网切换的方法，该方法包括：移动站监测子网内设备列表；移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站，触发设备列表报告；周期性上报地址列表；移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表。与现有技术相比，本发明可以用于移动子网快速、小区制的移动场景，切换平滑快速；此外，本方案对移动网络内部设备，以及固定网络的有线网络内部设备，都完全透明，这些设备无需感知网络的移动，不需要支持移动功能。
Description
技术领域
本发明涉及在全IP无线网络中一个移动子网络在不同基站之间切换时，保证移动子网内各设备的IP数据业务无损和平滑的方法，尤其涉及一种二层移动子网切换的方法。
背景技术
目前的无线网络主要分为专用无线网络和全IP无线网络。在传统的专用无线网络中，通过为IP业务提供传输的承载和隧道来实现对IP数据业务的支持。例如GRPS通信系统在其核心网中定义了一种隧道协议，称为通用隧道协议(GP)，它主要是处理设备移动，同时它还支持注册和身份认证。通过隧道传播的数据分组在其外面被封装了一个GP/UPG/IP头。对于全IP网络，移动IP协议是支持移动设备的主要标准，它对应于IEF标准化组织的RFC 3220(对于IPv4)和RFC 3775(对于IPv6)。移动IP定义了两种实体来提供移动支持：归属代理和外区代理。归属代理静态的分配给移动主机，它是基于移动主机的永久归属IP地址来分配的。外区代理是基于移动主机当前的位置来分配给移动主机的。与外区代理相关联的IP地址叫做转交地址。去往移动主机的数据包首先被归属代理截获，然后可能使用IP-i-IP技术通过隧道将它转发给外区代理，这里使用了转交地址。外区代理解封装数据包，然后将它们直接转发给移动主机。但是移动IP协议不是针对移动子网的情况设计的，如果对移动子网中的每一个设备都进行相应的流程，需要大量信令报文，且延时很大。针对该弊端，IEF发布了RFC3963(网络移动性)标准，将移动子网内的所有设备的信令流程集合在一起实施。专利″无线网的跨区转接方法(申请号/专利号：200410051737.2)″，提出在专用无线网络GPRS/EDGE网络中使用移动IP的技术方法。专利“具有网关功能的移动通信终端及其信号处理方法切换方法(申请号/专利号：200610149950.6)”和专利“具有无线路由器功能的手机(申请号/专利号)200720151698.2”利用移动通信终端的无线接入，为通过WIFI或蓝牙连接到移动终端的其它装置提供网关功能，使它们连接到外部因特网。如上所述，现有技术的层2切换通常用于专用无线网络中，而全IP网络的切换的技术主要存在于层3中，即采用移动IP的方式。但是移动IP方式存在注册时延、切换过程中的丢包，都使得其更适合于慢速、大区制的移动性。若在IP网络的层2切换则存在如下问题：层2对于报文的转发是基于目的地址的转发表，即交换设备根据其内部<地址，端口>的映射表，决定数据发往哪个端口。交换设备若在端口X接收到源地址为A的以太网报文，则一项<地址A，端口X>的映射项将添加到转发表。如果再收到目的地址为A的以太网报文将转发到端口X。因此对于无线移动子网，当无线移动点由旧的基站切换到新的基站后，由于固定网络中的以移动子网中的设备为目的地址的转发路径依旧指向旧的基站，这就导致数据报文转发到旧的基站，这些报文无法发送到无线移动站，发送的数据报文会丢失。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高效可靠的二层移动子网切换的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)移动站监测子网内设备列表；
(2)移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站，触发设备列表报告；
(3)周期性上报地址列表；
(4)移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表。
所述的移动站监测子网内设备列表包括：
(1)移动子网内的设备和固定子网内的设备之间建立业务连接；
(2)数据从移动子网中的设备发往固定子网内的设备，数据通过移动站和它附着的基站之间的无线链路发送；
(3)当以太网报文从移动子网的有线端口转发到移动站的无线端口时，移动站获取报文的源MAC地址，并将此MAC地址作为一个设备的唯一标识；
(4)若当前设备列表中没有该设备标示，则将MAC地址加入设备列表中；
(5)将MAC地址对应的设备项的超时时间延长一个超时周期。
(6)周期性检查设备列表中每个MAC地址对应的超时时间，若已经超时，则将该MAC地址从设备列表中删除。
所述的移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站，触发设备列表报告包括：
(1)移动站构造设备列表报告通过无线报文发给新附着的无线基站，该设备列表报告中包含移动子网内的设备的MAC地址；
(2)若无线基站本身不是无线网关，则将该设备列表报告通过无线回传网络，经过一次或多次传递，传递到无线网关；
(3)无线网关收到设备列表报告，发送接收报告确认报文；
(4)若无线网关本身不是收到该设备列表报告报文的无线基站，则通过无线回传网络，将报文经过一次或多次传递，传递到无线基站；
(5)无线基站在等待一个超时周期后，若没有收到接收报告确认报文，则将重复构造设备列表报告通过无线报文发给新附着的无线基站，直到达到最大重发次数；
(6)无线网关解析设备列表报告，获取到每个设备的MAC地址；对于每个MAC地址构造一个ARP协议报文，将构造好的ARP协议报文从无线网关连接有线网络的端口发送出去；
(7)有线网络中的交换设备接收到ARP协议报文，经过地址学习，学习到移动子网设备的MAC地址来自的端口，交换设备继续将ARP协议报文泛洪出去；网络中的所有设备都能学习到到达移动子网设备的端口；
(8)若有线网络中有发往移动子网设备的报文，有线网络中的交换设备将根据学习到的地址和端口影射，将报文逐级转发到正确的端口，直到对应的无线网关；
(9)无线网关通过无线网络内的路由方式将数据发往移动子网附着的无线基站；
(10)无线基站将报文发给移动子网中的移动站；
(11)移动站收到报文后，将报文转发到移动子网中的有线网络，报文再在有线网络中被发送到目的地址对应的移动子网设备。
所述的周期性上报地址列表包括：
(1)在移动站设备启动时，启动周期性上报定时器；
(2)在周期性上报定时器超时时，判断当前是否处在设备列表报告过程中，若不是，则进入设备列表报告过程；
(3)重新启动“周期性上报”定时器。
所述的移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表包括：
(1)配置给移动站一个网段；
(2)对于配置网段中的每一个IP地址，移动站在移动子网的有线网络内发送ARP请求报文，查询该IP对应设备的MAC地址；
(3)若有设备应答该IP，则移动站监测子网内设备列表过程将获取到该MAC地址。
所述的ARP协议报文依据RFC826以太网地址转换协议，所述的报文中所有字段填为全零，除了目的以太网地址字段为：0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太网地址字段为：当前MAC地址(48比特)，协议类型为0x0806(16比特)。
与现有技术相比，本发明可以用于移动子网快速、小区制的移动场景，切换平滑快速；此外，本方案对移动网络内部设备，以及固定网络的有线网络内部设备，都完全透明，这些设备无需感知网络的移动，不需要支持移动功能。
附图说明
图1是本发明一种二层移动子网切换的方法的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，系统包括移动子网和固定网络两个部分。移动子网中包括：具有无线通信功能模块的无线移动站，满足IEEE802.3标准的以太网络，其它的通信设备。固定网络中包括：具备无线通信功能模块的无线基站，连接无线网络和有线网络的无线网关，满足IEEE802.3标准的以太网络和其它的通信设备。无线基站和无线网关可以在一个设备上，也可以经过一跳或者多跳的无线链路连接。A、B、C、E、F分别代表网络中的固定设备。
移动子网在无线网络中移动。在无线网络中，在无线移动点从旧的基站切换到新的基站后，由于固定网络中的以移动子网中的设备为目的地址的转发路径依旧指向旧的基站，这就导致数据转发到旧的基站，这些数据将丢失。本专利采用了创新的方法，提出了一种二层移动子网切换方法，可完全解决上述问题。
通过构建以移动子网中设备地址为源地址的以太网广播报文，促使有线网络中所有交换设备及时学习到正确的路径和端口，以保证发往移动子网的数据报文发往正确的基站。移动子网中的移动站负责收集该网络中的设备列表，在该设备的附着点变化时，它通过信令消息将设备列表上报给新的附着点。新的附着点通过无线回传网络将该设备列表一直传递到无线网关。无线网关将为每一个设备构造上述广播报文，发往有线网络。
为防止因无线网络报文丢失导致有线网络中的发送路径没有正确更新。提出优化方法：移动站周期性上报地址列表。可避免可能的从有线网络到无线网络报文的发送路径错误。
为防止网络中可能存在的静默设备，即该种设备通常只接受报文，不主动或者很少发送报文。提出优化方法：移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表。
移动站监测子网内设备列表的过程：
(1)移动子网内的设备和固定子网内的设备之间建立业务连接；
(2)数据从移动子网中的设备发往固定子网内的设备，数据通过移动站和它附着的基站之间的无线链路发送；
(3)当以太网报文从移动子网的有线端口转发到移动站的无线端口时，移动站获取报文的源MAC地址，并将此MAC地址作为一个设备的唯一标识；
(4)如果当前“设备列表”中没有该设备标示，将MAC地址加入“设备列表”中；
(5)将MAC地址对应的设备项的超时时间延长一个超时周期。
同时周期性检查设备列表中每个MAC地址对应的超时时间。如果已经超时(超时时间在当前的检查时间之前)，则将该MAC地址从“设备列表”中删除。
移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站。它触发的随后的“设备列表报告”过程：
(1)移动站构造“设备列表报告”通过无线报文发给新附着的无线基站。该“设备列表报告”中包含移动子网内的设备的MAC地址；
(2)若无线基站本身不是无线网关，则将该“设备列表报告”通过无线回传网络，经过一次或多次传递，传递到无线网关；
(3)无线网关收到“设备列表报告”，发送“接收报告确认”报文；
(4)若无线网关本身不是收到该“设备列表报告”报文的无线基站，则通过无线回传网络，将报文经过一次或多次传递，传递到无线基站；
(5)无线基站在等待一段超时时间如果没有收到“接收报告确认”报文，将重发步骤1至步骤2，直到达到最大重发次数；
(6)无线网关解析“设备列表报告”，获取到每个设备的MAC地址；
对于每个MAC地址：构造一个ARP协议报文(依据RFC826)，报文中所有字段填为全零；除了目的以太网地址字段为：0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太网地址字段为：当前MAC地址(48比特)；协议类型为0x0806(16比特)；将构造好的ARP协议报文从无线网关连接有线网络的端口发送出去；
(7)有线网络中的交换设备接收到ARP广播报文，经过地址学习，学习到移动子网设备的MAC地址来自的端口，交换设备继续将ARP广播报文泛洪出去，网络中的所有设备都能学习到到达移动子网设备的端口；
(8)如果有线网络中有发往移动子网设备的报文，有线网络中的交换设备将根据学习到的地址和端口影射，将报文逐级转发到正确的端口，直到对应的无线网关；
(9)无线网关通过无线网络内的路由方式将数据发往移动子网附着的无线基站；
(10)无线基站将报文发给移动子网中的移动站；
(11)移动站收到报文后，将报文转发到移动子网中的有线网络，报文在在有线网络中被发送到目的地址对应的移动子网设备。
周期性上报地址列表的过程。因为无线网络具有较高的误码率和丢包率，为防止报文丢失导致有线网络中对路径和端口没有正确更新，可启动周期性上报地址列表的过程：
(1)在移动站设备启动时，启动“周期性上报”定时器；
(2)在“周期性上报”定时器超时时，判断当前是否处在“设备列表报告”过程中，如果不是，则进入“设备列表报告”过程；
(3)重新启动“周期性上报”定时器；
为防止网络中可能存在的静默设备，即该种设备通常只接受报文，不主动或者很少发送报文，提出优化方法：移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表，具体步骤是：
(1)配置给移动站一个网段；
(2)对于配置网段中的每一个IP地址，移动站在移动子网的有线网络内发送ARP请求报文(依据RFC826)，查询该IP对应设备的MAC地址；
(3)如果有设备应答该IP，“移动站监测子网内设备列表”过程将获取到该MAC地址。
Claims (6)
1.一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)移动站监测子网内设备列表；
(2)移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站，触发设备列表报告；
(3)周期性上报地址列表；
(4)移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表。
2.根据权利要求1所述的一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，所述的移动站监测子网内设备列表包括：
(1)移动子网内的设备和固定子网内的设备之间建立业务连接；
(2)数据从移动子网中的设备发往固定子网内的设备，数据通过移动站和它附着的基站之间的无线链路发送；
(3)当以太网报文从移动子网的有线端口转发到移动站的无线端口时，移动站获取报文的源MAC地址，并将此MAC地址作为一个设备的唯一标识；
(4)若当前设备列表中没有该设备标示，则将MAC地址加入设备列表中；
(5)将MAC地址对应的设备项的超时时间延长一个超时周期。
(6)周期性检查设备列表中每个MAC地址对应的超时时间，若已经超时，则将该MAC地址从设备列表中删除。
3.根据权利要求1所述的一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，所述的移动子网发生切换时，子网中的移动站从附着在一个基站，改为附着到另外一个基站，触发设备列表报告包括：
(1)移动站构造设备列表报告通过无线报文发给新附着的无线基站，该设备列表报告中包含移动子网内的设备的MAC地址；
(2)若无线基站本身不是无线网关，则将该设备列表报告通过无线回传网络，经过一次或多次传递，传递到无线网关；
(3)无线网关收到设备列表报告，发送接收报告确认报文；
(4)若无线网关本身不是收到该设备列表报告报文的无线基站，则通过无线回传网络，将报文经过一次或多次传递，传递到无线基站；
(5)无线基站在等待一个超时周期后，若没有收到接收报告确认报文，则将重复构造设备列表报告通过无线报文发给新附着的无线基站，直到达到最大重发次数；
(6)无线网关解析设备列表报告，获取到每个设备的MAC地址；对于每个MAC地址构造一个ARP协议报文，将构造好的ARP协议报文从无线网关连接有线网络的端口发送出去；
(7)有线网络中的交换设备接收到ARP协议报文，经过地址学习，学习到移动子网设备的MAC地址来自的端口，交换设备继续将ARP协议报文泛洪出去；网络中的所有设备都能学习到到达移动子网设备的端口；
(8)若有线网络中有发往移动子网设备的报文，有线网络中的交换设备将根据学习到的地址和端口影射，将报文逐级转发到正确的端口，直到对应的无线网关；
(9)无线网关通过无线网络内的路由方式将数据发往移动子网附着的无线基站；
(10)无线基站将报文发给移动子网中的移动站；
(11)移动站收到报文后，将报文转发到移动子网中的有线网络，报文再在有线网络中被发送到目的地址对应的移动子网设备。
4.根据权利要求1所述的一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，所述的周期性上报地址列表包括：
(1)在移动站设备启动时，启动周期性上报定时器；
(2)在周期性上报定时器超时时，判断当前是否处在设备列表报告过程中，若不是，则进入设备列表报告过程；
(3)重新启动“周期性上报”定时器。
5.根据权利要求1所述的一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，所述的移动站主动扫描特定的子网网段，以获取设备列表包括：
(1)配置给移动站一个网段；
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6.根据权利要求1所述的一种二层移动子网切换的方法，其特征在于，所述的ARP协议报文依据RFC826以太网地址转换协议，所述的报文中所有字段填为全零，除了目的以太网地址字段为：0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太网地址字段为：当前MAC地址(48比特)，协议类型为0x0806(16比特)。
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