CN101778370B - 一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，用于解决移动网络中存在多个移动路由器、且共享移动网络前缀时，每个移动路由器需要分别与家乡代理建立双向隧道的问题。本发明通过定义虚拟物理地址和虚拟家乡地址对而引入虚拟接口方式，按照移动路由器接入的不同外地链路对移动路由器进行分组管理，通过移动网络的内部协商消息，使得位于相同外地链路的移动路由器共享同一虚拟接口和为该接口配置的转交地址，并与家乡代理间只建立一条双向隧道；家乡代理对每组移动路由器只维护一条双向隧道和一个绑定缓存条目，从而减少多个移动路由器与家乡代理之间分别绑定更新和建立双向隧道的信令开销，降低移动网络切换过程中的时延和丢包率。

Description

一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法

技术领域

本发明涉及一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，属于网络移动性管理的技术领域。

背景技术

网络移动性是指一组互相联网的固定或移动节点集合，作为一个相对稳定的整体进行移动并接入互联网获取信息和开展业务的状况。通常，移动网络中的所有节点作整体移动时，都伴随着网络接入点的不断改变。国际标准化组织IETF的网络移动性工作组(NEMO，Network Mobility)在移动IPv6协议(MobileIPv6)的基础上，通过引入移动路由器(MR，Mobile Router)，增加移动路由器选项，扩展绑定更新消息和路由器通告消息的内容、以及切换处理流程等功能，提出了支持网络移动性的管理标准：RFC 3963-NEMOv6，即移动网络基本支持协议。

在NEMOv6协议中，通过移动路由器及其家乡代理(HA，Home Agent)间的协同工作，当移动网络整体改变网络接入点时，能够保证移动网络内所有节点的通信连续性。移动路由器是移动网络的出口路由器，移动网络内的所有节点只有经过移动路由器才可以访问互联网。移动路由器拥有一个或多个移动网络前缀(MNPs，Mobile Network Prefixs)，并公告于移动网络内部。移动网络内部节点根据公告的移动网络前缀或其他方式配置自身的地址。当位于家乡网络(Home Network)时，移动路由器根据其家乡代理公告的网络前缀配置一个永久家乡地址(HoA，Home Address)，执行普通路由器的功能，为移动网络内的节点转发数据分组。当移动网络移动到外地链路(Foreign Link)而改变网络接入点时，移动路由器在外地链路获得一个临时的转交地址(CoA，Care-ofAddress)，并负责向家乡代理发送绑定更新消息。该消息中包含家乡地址和转交地址的绑定和移动网络前缀。家乡代理收到绑定更新消息后，为位于外地链路的移动路由器建立绑定缓存条目(BCE，Binding Cache Entry)，维护家乡地址和转交地址间的绑定关系以及属于移动网络的前缀信息。同时，家乡代理向移动路由器发送一个绑定确认消息，并建立到移动路由器转交地址的隧道；当移动路由器收到家乡代理的绑定确认消息后，也建立到家乡代理的隧道。此时，家乡代理和移动路由器之间就建立了双向隧道，用于转发数据分组。

NEMO工作组提出的NEMOv6协议为位于IPv6移动网络内部的节点提供连续的互联网接入能力(如交通工具上的网络)，这是通过在连接移动网络到互联网的移动路由器及其家乡代理之间建立双向隧道的方式解决的。NEMOv6协议对于位于移动网络内部的节点(MNN，Mobile Network Node)是透明的，因此，不需要移动网络所管理的节点参与移动性管理相关的信令处理。

在实际场景中，移动网络一般都是通过无线链路连接到互联网，因此链路的可靠性比较差。在移动网络中有很多节点情况下，失去连接或连接失败的情况会对节点造成很大冲击，因此需要设计能够保持网络持续接入能力的方法。通过在移动网络中部署多个移动路由器就是提高移动网络保持网络持续接入能力和可靠性的方法之一。

当移动网络中存在多个移动路由器时，它们之间共享移动网络前缀。每个移动路由器都在移动网络内公告全局可路由性，分别作为独立的移动路由器为移动网络服务。当其中某个移动路由器在外地链路接入互联网时，根据外地链路的前缀配置转交地址，并向其家乡代理发送绑定更新消息，注册其当前的家乡地址和转交地址的绑定。当家乡代理收到该绑定更新消息后，向移动路由器发送绑定确认消息，在家乡代理和该移动路由器之间就建立了一条双向隧道。当移动网络中的其他移动路由器从相同的外地链路接入互联网时，都会分别向家乡代理发送绑定更新消息，而家乡代理都会为其单独建立一条双向隧道。因此，移动网络中的多个移动路由器各自单独工作，分别与家乡代理之间单独建立一条双向隧道，家乡代理要为每个移动路由器维持家乡地址和当前转交地址的绑定关系。

为解决上述问题，现在已经提出的相关技术方案主要有两个：

第一个技术方案是《多个移动路由器的动态管理(Dynamic Management ofMultiple Mobile Routers)》【IEEE Malaysia International Conference onCommunications and IEEE International Conference on Networks(MICC&ICON2005)，Vol.2，Kuala Lumpur，Malaysia，November 2005】。该方案是在移动网络中存在多个移动路由器，所有移动路由器都关联一个家乡代理，在移动网络内只公告唯一的移动网络前缀时，引入多个移动路由器管理系统来解决移动网络中多个移动路由器的动态加入与退出的管理问题。它扩展了移动路由器的功能，使多个移动路由器之间相互协作，第一个接入的移动路由器向后接入的移动路由器提供家乡地址，后接入的移动路由器向第一个接入的移动路由器提供转交地址，后接入的移动路由器利用第一个接入的移动路由器的家乡地址注册转交地址。家乡代理支持一个家乡地址绑定多个转交地址的方式，每个绑定更新消息中携带一个扩展选项绑定更新标识，用来区分移动路由器与不同转交地址的绑定关系。家乡代理和多个移动路由器之间建立多条隧道。

该方案解决了多个移动路由器在动态加入和退出时，需要扩展移动路由器的功能，以使它们相互之间通知地址信息；并且，还扩展了家乡代理的功能，使其能够支持移动路由器的家乡地址到多个转交地址的绑定，并需要根据绑定更新标识区分不同的转交地址。由家乡代理与多个移动路由器建立双向隧道，并负责选择一条隧道发送数据分组。但是，该方案的主要缺点是：家乡代理仍要分别为每个移动路由器维护一条双向隧道，还要根据分组选择隧道终端。当其中某个移动路由器改变接入路由时，其对应的绑定缓存条目也需要动态修改，还要改变家乡代理维护的通向该移动路由器的双向隧道的端点。这就使得通过此隧道的下行数据分组受到切换的影响，造成通信的暂时中断。

第二个技术方案是《移动路由器装置、移动网络系统及移动路由器装置的移动管理方法》(专利申请号：200480000917)。该方案的移动路由器装置设有：决定用于将移动网络和基干网络实际相连接的路由器是否作为主路由器的单元；存储作为属于移动网络内的各移动路由器中共同的虚拟地址，对于该虚拟地址，生成移动路由器在移动目的地址可以利用的地址的转交地址的单元；以及在作为主路由器动作时，生成并发送虚拟地址与转交地址之间有明确对应关系的绑定更新消息的单元。移动网络包括备用路由器装置，如果主路由器与基干网路失去连接，备用路由器装置发送另一绑定更新消息，包括对应于该移动路由器的虚拟地址和对应于备用路由器的转交地址。

该方案主要解决了在包含一个主移动路由器和备用路由器的移动网络中，主路由器与家乡代理、主路由器与备用路由器之间进行通信的流程。在移动网络中，移动路由器采用无线链路方式连接到基干网络。但是，由于无线链路的不稳定性，造成主路由器与基干网络之间的链路并不可靠。从而使得主路由器和备用路由器之间的角色可能要频繁调换，而且只使用一个移动路由器作为移动网络对外的出口，会造成移动路由器资源的闲置。

总之，上述两种现有技术在提高移动网络可靠性方面均不甚理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，本发明方法是在移动网络中，采用多个移动路由器相互协作的工作方式，在不改变移动网络与家乡代理的通信流程的前提下，均衡移动路由器的负载，并优化其切换性能，提高移动网络的工作可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，适用于移动网络中存在多个移动路由器，且这些移动路由器共享移动网络前缀的场景；其特征在于：当移动网络中的移动路由器接入不同的外地链路时，通过定义虚拟物理地址和虚拟家乡地址对而引入虚拟接口的方式，按照移动路由器所接入的不同外地链路对移动路由器进行分组管理，通过移动网络的内部协商消息，使得位于同一个外地链路的移动路由器生成和使用相同的虚拟接口，即依据虚拟物理地址和虚拟家乡地址对生成由一组移动路由器共享的虚拟接口，再为该虚拟接口配置一个转交地址，并与家乡代理只建立一条双向隧道；家乡代理对于每组移动路由器只要维护一条双向隧道和一个绑定缓存条目，从而减少多个移动路由器与家乡代理之间分别进行绑定更新和建立双向隧道的信令开销，降低移动网络切换过程中的切换时延和丢包率，使移动网络的整体性能得到优化。

本发明方法的技术创新特点是：利用多个移动路由器之间的协作：采用虚拟接口的方式向家乡代理注册，对家乡代理的操作和数据结构不做任何修改。由于双向隧道的两端是家乡代理和移动路由器的虚拟接口的转交地址，而且，位于同一个外地链路上的多个移动路由器共享该虚拟接口以及为该虚拟接口配置的转交地址。这样，就使得移动网络位于外地链路时，通过位于同一外地链路的同组内的多个移动路由器的协作，使得每组移动路由器共享一个虚拟接口，每组移动路由器只与家乡代理建立一条双向转发隧道；因此，家乡代理不需要分别为每个移动路由器维护双向隧道，减少了家乡代理与多个移动路由器之间进行绑定更新和建立双向隧道的信令开销。而且，位于同一个外地链路的移动路由器切换到其他外地链路时，只要在原外地链路还有其组内的其他移动路由器，家乡代理就仍然可以通过同组移动路由器的双向隧道将数据分组转发到移动网络。这样，移动路由器的切换过程对于已经建立的通信是透明的，保证了通信的连续性。

本发明基于路由公告消息扩展出移动路由器发现消息和移动路由器应答消息，对其他通信协议不作任何改变，且对NEMOv6协议的通信流程不产生任何影响的情况下，就能够根据现有的负载均衡策略在多个移动路由器之间实现负载合理分配，并减少家乡代理在各个移动路由器注册家乡地址与转交地址绑定信息时的信令传输工作量，优化整个移动网络的性能。

附图说明

图1是移动网络从家乡网络移动到外地网络。

图2是移动网络连接在外地链路间的切换示意图。

图3是移动路由器发现消息组成结构示意图。

图4是移动路由器应答消息组成结构示意图。

图5是MR1和MR2接入外地链路AR1的信令流程图。

图6是移动路由器切换时的信令流程。

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。

本发明是一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，其工作场景是：移动网络中存在多个移动路由器，且这些移动路由器共享移动网络前缀，因此移动网络内部节点可以通过任一个移动路由器访问互联网，家乡代理也可以选择任一个移动路由器向移动网络内部节点发送数据分组。

本发明方法是：当移动网络中的移动路由器接入不同的外地链路时，通过定义虚拟物理地址和虚拟家乡地址对而引入虚拟接口的方式，按照移动路由器所接入的不同外地链路对移动路由器进行分组管理，通过移动网络的内部协商消息，使得位于同一个外地链路的移动路由器生成和使用相同的虚拟接口，即依据虚拟物理地址和虚拟家乡地址对生成由一组移动路由器共享的虚拟接口，再为该虚拟接口配置一个转交地址，并与家乡代理只建立一条双向隧道；家乡代理对于每组移动路由器只要维护一条双向隧道和一个绑定缓存条目，从而减少多个移动路由器与家乡代理之间分别进行绑定更新和建立双向隧道的信令开销，降低移动网络切换过程中的切换时延和丢包率，优化移动网络的整体性能。

为了实现虚拟接口，本发明方法引入了虚拟地址池的概念，在虚拟地址池中保存有多组虚拟物理地址和虚拟家乡地址对。虚拟地址池由多个移动路由器共同维护。

先介绍移动网络在家乡链路和外地链路之间进行切换时的信息流程。当移动网络位于家乡链路时，移动网络中的每个移动路由器都使用自己的家乡地址，执行普通路由器的功能，为移动网络内的节点转发数据分组。

参见图1，介绍移动网络从家乡链路移动到外地链路时的情况：

移动路由器MR1首先接收到位于第一个外地链路的接入路由器AR1发送的路由公告消息，MR1检测到公告消息中的外地链路前缀与家乡链路前缀不同，确认自己移动到了外地链路。MR1首先在移动网络内部发送本发明扩展的移动路由器发现MRD(Mobile Router Discovery)消息，其中携带有外地链路前缀(Foreign Link Prefix)信息，以查看是否已经存在主移动路由器，即要确认自己是否为接入该外地链路的第一个移动路由器。如果MR1没有接收到主移动路由器返回的移动路由器应答MRR(Mobile Router Response)消息，表明该移动网络中还没有移动路由器接入该AR1。此时，MR1从虚拟地址池中选择一组未使用的虚拟物理地址V-MAC1和虚拟家乡地址V-HoA1对，再根据地址对生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址CoA1。由于MR1是第一个接入AR1的移动路由器，因此它就成为了接入该外地链路的主移动路由器，主移动路由器需要管理与其位于同一外地链路的其他移动路由器，并负责维护虚拟接口的转交地址到家乡代理的双向隧道，以及多个移动路由器间的负载分配策略。随后，MR1向家乡代理发送绑定更新消息，注册MR1选择的虚拟家乡地址V-HoA1和在外地链路配置的转交地址CoA1的绑定。家乡代理收到MR1发送的该绑定更新消息后，建立其到虚拟接口的转交地址的双向隧道。以后该移动网络中的其他移动路由器再接入到同一外地链路时，就与已经接入该外地链路的主移动路由器成为一组，再通过移动网络内部消息协商、即向主移动路由器发送移动网络内部消息，请求主移动路由器的虚拟家乡地址和转交地址信息而生成相同的虚拟接口。这样，同组移动路由器都配置相同的虚拟接口，无需再发送绑定更新消息，每个移动路由器的家乡代理只维护其到虚拟接口的转交地址的双向隧道，不需要分别为每个移动路由器维护一条双向隧道；此时，由主移动路由器维护虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道和多个移动路由器间的负载分配策略。虚拟地址池中的信息则由移动网络中的多个移动路由器共享和维护。此时，家乡代理检测到移动网络中既有接入在家乡链路的移动路由器，也有接入外地链路的移动路由器，该移动网络接入互联网的方式和家乡代理通过哪个移动路由器通信与多转交地址(RFC5648)中的相关定义类似。移动路由器MR2和移动路由器MR3接入AR1后执行的操作与MR1相同，此时家乡代理采用RFC5648中的方式为移动网络转发数据分组。

参见图2，介绍MR1由第一个外地链路AR1切换到第二个外地链路AR2时的情况：

MR1收到第二个外地链路的接入路由器AR2发送的路由公告消息后，首先在移动网络内部发送MRD消息，其中携带有第二个外地链路的前缀信息，以查看是否存在主移动路由器。如果MR1没有收到MRR消息，表明尚未有其他移动路由器接入第二个外地链路。此时，MR1从虚拟地址池中选择一组未使用的虚拟物理地址V-MAC2和虚拟家乡地址V-HoA2对，再依据地址对生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址CoA2。因MR1是第一个接入AR2的移动路由器，因此它就成为接入该外地链路的主移动路由器，负责管理位于同一外地链路的同组其他移动路由器，并负责维护虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道，以及同组多个移动路由器间的负载分配策略。随后，MR1向HA发送绑定更新消息，注册MR1选择的虚拟家乡地址V-HoA2和在外地链路配置的转交地址CoA2的绑定。家乡代理按照RFC3963中的规定，处理该接收到的绑定更新消息，在绑定缓存条目中的转交地址项中填入MR1的转交地址CoA2，并与选定的虚拟家乡地址V-HoA2绑定。当MR1收到HA的绑定确认消息后，就完成了家乡代理到转交地址的双向隧道的建立。双向隧道信息由主移动路由器进行维护。

当移动路由器MR2接入到与MR1相同的AR2时，收到AR2发送的路由公告消息后，会在移动网络内部发送MRD消息，消息中携带有第二个外地链路的前缀信息。由于MR1已经接入AR2，并作为该外地链路的主移动路由器，因此，MR1收到MR2的MRD消息时，根据第二个外地链路的前缀信息确定MR2也接入了同一个AR2，此时MR1会把自己的虚拟家乡地址V-HoA2和转交地址CoA2以及自身作为主移动路由器等信息通过MRR消息发送给MR2。当MR2收到来自MR1的MRR消息后，先根据消息中的虚拟家乡地址V-HoA2和转交地址CoA2来生成相同的虚拟接口，并记录主移动路由器信息。由于MR2收到了MR1的MRR消息，表明MR1已经接入同一个外地链路，并且已经向HA进行了注册，以及和HA建立了双向隧道。因此，移动路由器MR2不需要再向HA发送绑定更新消息。此时，MR1和MR2可以分别为移动网络内部节点发送上行链路数据包。对于下行链路数据包，移动路由器之间根据现有的负载分配算法来确定由谁负责接收，并转发给移动网络内部节点。

当MR1准备切换到其他外地链路时，由于MR1此时是主移动路由器，需要维护其与家乡代理的双向隧道，所以要向其他路由器发送通告消息。组内其他移动路由器之间通过策略选择新的主移动路由器，由其继续负责维护与HA的双向隧道信息。当接入某个外地链路的最后一个移动路由器要进行切换时，虚拟地址池将会对虚拟接口所使用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对进行回收。

为了使移动路由器在加入或离开外地链路时，能够收发相互协商的移动网络内部消息，本发明在移动路由器之间扩展了两条消息：移动路由器发现消息和移动路由器应答消息。下面分别介绍之：

参见图3，介绍移动路由器发现消息，它是移动路由器刚接入外地链路时，接收到接入路由器的路由公告消息后发送的。该消息是由现有的路由公告消息扩展了一个移动路由器选项所组成，消息格式与路由公告消息相同。该移动路由器选项格式包括20个字节，其组成如下：第一个字节8位是表示该选项类型的类型字段，第二个字节8位是表示该选项位长的长度字段，第三个字节8位是该移动路由器生成的唯一序号，用于标识该消息的消息序号字段，第四个字节8位是表示外地链路前缀字长的前缀长度字段，第5～20个字节128位是该移动路由器接收到的路由公告消息中携带的外地链路前缀信息，用于检测是否存在主移动路由器：当主移动路由器存在并接收到该消息后，会检测消息中携带的外地链路前缀，如果与自己相同，就要向发送消息的移动路由器返回移动路由器应答消息，返回转交地址信息以及负载分配策略。

参见图4，介绍移动路由器应答消息，它是已经接入到外地链路的主移动路由器接收到移动路由器发现消息后，先检测和判断该发现消息中携带的外地链路前缀是否与己相同，如果相同，则其要向发送该消息的移动路由器反馈该移动路由器应答消息，返回转交地址信息与负载分配策略；如果不同，则主移动路由器不作反应。该消息是也是由现有的路由公告消息扩展一个移动路由器选项而构成的，其消息格式与路由公告消息相同。该移动路由器选项格式包括36个字节，其组成如下：第一个字节8位是表示该选项类型的类型字段，第二个字节8位是表示该选项位长的长度字段，第三个字节8位是消息序号字段，其中的消息序号与接收到的移动路由器发现消息中的消息序号相同，用于标识该消息是其应答消息，第四个字节8位是表示转交地址中的前缀长度字段，第5～20个字节128位是主移动路由器使用的转交地址信息，第21～36个字节128位是主移动路由器使用的虚拟家乡地址信息。

下面具体介绍本发明的两种主要应用场景：MR1和MR2先后接入外地链路的AR1，然后MR1从AR1接入到外地链路的AR2的工作流程。

先参见图5，说明移动网络中的MR1和MR2两个移动路由器先后接入外地链路时所对应的操作步骤：

(1)当移动网络移出家乡链路时，其中一个移动路由器MR1首先接收到位于第一个外地链路的接入路由器AR1发送的路由公告消息后，检测到该公告消息中的外地链路前缀与其家乡链路前缀不同而确定自己移动到了外地链路；或者是该移动路由器MR1接入到该AR1后，先向后者发送路由请求消息，该AR1收到该请求消息后，就返回路由公告消息；

(2)该移动路由器MR1先在移动网络内部发送携带有该第一个外地链路的前缀信息的移动路由器发现消息，用于查询是否有属于相同移动网络的其他移动路由器已经接入到该AR1，即检测是否存在主移动路由器；如果没有收到移动路由器应答消息，表明该移动网络中不存在主移动路由器，则顺序执行步骤(3)；否则，表明其不是第一个接入到该AR1，设其为MR2，则跳转执行步骤(6)；

(3)该移动路由器MR1从虚拟地址池中选择一组未使用虚拟物理地址和虚拟家乡地址对，再根据地址对的信息生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址，并将自己设置为接入该外地链路的主移动路由器；

(4)该移动路由器MR1向家乡代理发送绑定更新消息，注册其所选择的虚拟家乡地址和在外地链路配置的转交地址的绑定；

(5)家乡代理接收到MR1发送来的绑定更新消息时，检测到移动网络中既有接入在家乡链路的移动路由器，也有接入外地链路的移动路由器，就生成相应的绑定更新缓存项，并建立到虚拟接口的转交地址的隧道；此时该移动网络接入互联网的方式和家乡代理通过哪个移动路由器通信都是根据RFC5648协议中的多转交地址中的相关规定执行；该流程结束；

(6)该MR2先在移动网络内部发送携带有该第一个外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，接入该AR1的主移动路由器MR1接收到该发现消息后，就会发送携带有其虚拟家乡地址和转交地址信息的移动路由器应答消息；

(7)该MR2从接收到的主移动路由器MR1应答消息中获得虚拟家乡地址和转交地址以及负载分配策略信息，因家乡代理已建立其到虚拟接口的转交地址的双向隧道，故该移动路由器MR2不需要再向家乡代理发送绑定更新消息，就能够直接使用虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道接入互联网，实现信息交互。

再说明第二种应用场景-MR1从第一个外地链路的AR1接入到第二个外地链路的AR2的工作流程：此时，移动网络已位于外地链路，作为主移动路由器的移动路由器从第一个外地链路的接入路由器AR1切换到第二个外地链路的接入路由器AR2而重新执行的地址配置过程中，家乡代理和虚拟接口的转交地址的双向隧道依然存在，只是该双向隧道在移动网络一端由同组其他的移动路由器作为新的主移动路由器；也就是当主移动路由器发生切换时，在同组的其他移动路由器中选择新的主移动路由器，以维护其与家乡代理的双向隧道信息。

参见图6，具体说明上述方法的操作步骤：

(1)该MR1先接收到AR2发送的路由公告消息后，检测到该公告消息中的外地链路前缀与其家乡链路前缀不同而确定自己移动到了第二个外地链路；或者是该MR1接入到该AR2后，先向后者发送路由请求消息，AR2收到该请求消息后，就返回路由公告消息；

(2)该MR1先在移动网络内部发送携带有该第二个外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，用于查看是否有属于相同移动网络的其他移动路由器已经接入到该AR2，即检测是否存在主移动路由器；如果没有收到移动路由器应答消息，表明该移动网络中没有移动路由器接入AR2，则顺序执行步骤(3)；否则，表明其不是第一个接入到该AR2的移动路由器，则跳转执行步骤(7)；

(3)该MR1从虚拟地址池中选择一组未使用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对，再根据地址对的信息生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址，并将自己设置为该移动网络接入该第二个外地链路的主移动路由器，以便对接入该第二个外地链路的其他移动路由器进行管理，并负责维护虚拟接口的转交地址与家乡代理之间双向隧道和多个移动路由器间的负载分配策略；

(4)该MR1向家乡代理发送绑定更新消息，注册其所选择的虚拟家乡地址和在第二个外地链路配置的转交地址的绑定；

(5)家乡代理接收到主移动路由器发送的绑定更新消息时，就生成相应的绑定更新缓存条目，并建立到虚拟接口的转交地址的双向隧道；

(6)因此时该移动路由器MR1要执行切换，从第一个外地链路的AR1移走，其虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道依然存在，只是该双向隧道在移动网络一端由同组其他的移动路由器作为新的主移动路由器；即主移动路由器发生切换时，要通知同组其他移动路由器，并在同组的移动路由器中选择新的主移动路由器，以维护其与家乡代理的双向隧道信息。

(7)该MR1在移动网络内部发送携带有该外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，该AR2的主移动路由器接收到该发现消息后，就会发送携带有其虚拟家乡地址和转交地址信息的移动路由器应答消息；

(8)该MR1从接收到的主移动路由器应答消息中获得转交地址和负载分配策略信息，因家乡代理已建立其到虚拟接口的转交地址的双向隧道，故该MR1不需要再向家乡代理发送绑定更新消息，就能够直接使用家乡代理与虚拟接口的转交地址之间的双向隧道接入互联网，实现信息交互。

本发明已经进行了实施试验，试验的结果是成功的，实现了发明目的。

Claims (9)

1.一种采用虚拟接口支持多个移动路由器协同工作的方法，适用于移动网络中存在多个移动路由器，且这些移动路由器共享移动网络前缀的场景；其特征在于：当移动网络中的移动路由器接入不同的外地链路时，通过定义虚拟物理地址和虚拟家乡地址对而引入虚拟接口的方式，按照移动路由器所接入的不同外地链路对移动路由器进行分组管理，通过移动网络的内部协商消息，使得位于同一个外地链路的移动路由器生成和使用相同的虚拟接口，即依据虚拟物理地址和虚拟家乡地址对生成由一组移动路由器共享的虚拟接口，再为该虚拟接口配置一个转交地址，并与家乡代理只建立一条双向隧道；家乡代理对于每组移动路由器只要维护一条双向隧道和一个绑定缓存条目，从而减少多个移动路由器与家乡代理之间分别绑定更新和建立双向隧道的信令开销，降低移动网络切换过程中的切换时延和丢包率，使移动网络的整体性能得到优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述虚拟接口是通过引入虚拟物理地址和虚拟家乡地址对的概念实现的，所述虚拟物理地址和虚拟家乡地址对设有多组，采用虚拟地址池来存储并管理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述移动网络中接入到某个外地链路的第一个移动路由器要从所述虚拟地址池中选择一组虚拟物理地址和虚拟家乡地址对，再由该地址对生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址，并将自己设置为该移动网络中接入该外地链路的主移动路由器；主移动路由器负责管理与其位于同一外地链路的其他移动路由器，并向家乡代理发送绑定更新消息，注册虚拟家乡地址到该虚拟接口配置的转交地址的绑定；家乡代理收到该主移动路由器的绑定更新消息后，建立其到虚拟接口的转交地址的隧道；以后该移动网络中的其他移动路由器再接入到同一个外地链路时，都共享该虚拟接口及为该虚拟接口配置的转交地址，与已经接入同一个外地链路的主移动路由器成为一组：即只需向主移动路由器发送移动网络内部消息，请求主移动路由器的虚拟家乡地址和转交地址信息；以后的同组移动路由器都配置相同的虚拟接口，无需再发送绑定更新消息，这样，每个移动路由器的家乡代理只维护其到虚拟接口的转交地址的双向隧道，不需要分别为每个移动路由器维护一条双向隧道；此时，由主移动路由器维护家乡代理与虚拟接口的转交地址的双向隧道和多个移动路由器间的负载分配策略。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：为了使移动路由器在加入或离开外地链路时，能够收发相互协商的移动网络内部消息，移动路由器之间要扩展两条消息：移动路由器发现消息和移动路由器应答消息；

所述移动路由器发现消息是各个移动路由器刚接入外地链路时，接收到接入路由器的路由公告消息后发送的，该消息中携带有从路由公告消息中获得的外地链路前缀信息，用于检测是否存在主移动路由器，即移动网络中第一个接入该外地链路的移动路由器；

所述移动路由器应答消息是已经接入到外地链路的主移动路由器接收到移动路由器发现消息后，先检测和判断该移动路由器发现消息中携带的外地链路前缀是否与己相同，如果相同，则其要向发送该消息的移动路由器发送移动路由器应答消息，返回虚拟家乡地址和转交地址信息与负载分配策略；如果不同，则主移动路由器不作反应。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当位于同一外地链路的移动路由器中的主移动路由器移出外地链路时，通过移动网络内部消息与同组的其他移动路由器进行协商而选择新的主移动路由器，双向隧道仍然存在于家乡代理和虚拟接口的转交地址之间，其他移动路由器不需要重新发送绑定更新消息，使得切换过程中通信不会中断，优化切换性能和保证通信的连续性。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述移动路由器发现消息是由现有的路由公告消息扩展一个移动路由器选项而构成的，其消息格式与路由公告消息相同，该移动路由器选项格式包括20个字节，其组成如下：第一个字节是表示该选项类型的类型字段，第二个字节是表示该选项位长的长度字段，第三个字节是该移动路由器生成的唯一序号，用于标识该消息的消息序号字段，第四个字节是表示外地链路前缀字长的前缀长度字段，第5～20个字节是该移动路由器接收到的路由公告消息中携带的外地链路前缀信息；

所述移动路由器应答消息也是由现有的路由公告消息扩展一个移动路由器选项而构成的，其消息格式与路由公告消息相同，该移动路由器选项格式包括36个字节，其组成如下：第一个字节是表示该选项类型的类型字段，第二个字节是表示该选项位长的长度字段，第三个字节是消息序号字段，其中的消息序号与接收到的移动路由器发现消息中的消息序号相同，用于标识该消息是其应答消息，第四个字节是表示转交地址中的前缀长度字段，第5～20个字节是主移动路由器使用的转交地址信息，第21～36个字节是主移动路由器使用的虚拟家乡地址信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，当移动网络中的多个移动路由器先后接入外地链路时，包括下列操作步骤：

(1)当移动网络移出家乡链路时，其中一个移动路由器首先接收到位于外地链路的某个接入路由器发送的路由公告消息，检测到该公告消息中的外地链路前缀与其家乡链路前缀不同而确定自己移动到了外地链路；或者是该移动路由器接入到该外地链路后，先向外地链路的接入路由器发送路由请求消息，该接入路由器收到该请求消息后，就返回路由公告消息；

(2)该移动路由器先在移动网络内部发送携带有该外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，用于查询是否有属于相同移动网络的其他移动路由器已经接入到该外地链路；如果没有收到移动路由器应答消息，表明该移动网络中没有其他移动路由器接入到该外地链路，则顺序执行步骤(3)；否则，表明其不是第一个接入到该外地链路的移动路由器，则跳转执行步骤(6)；

(3)该移动路由器从虚拟地址池中选择一组未使用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对，再根据地址对的信息生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址，并将自己设置为移动网络接入该外地链路的主移动路由器，以便对接入该外地链路的其他移动路由器进行管理，并负责维护家乡代理与虚拟接口的转交地址之间的双向隧道和同组移动路由器间的负载分配策略；

(4)该移动路由器向家乡代理发送绑定更新消息，注册其所选择的虚拟家乡地址和在外地链路配置的转交地址的绑定；

(5)家乡代理接收到主移动路由器发送的绑定更新消息时，检测到移动网络中既有接入在家乡链路的移动路由器，也有接入外地链路的移动路由器，就生成相应的绑定更新缓存项，并建立到虚拟接口的转交地址的隧道；此时该移动网络接入互联网的方式和家乡代理通过哪个移动路由器通信都是根据RFC5648协议中的多转交地址中的相关规定执行；该流程结束；

(6)该移动路由器在移动网络内部发送携带有该外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，该外地链路的主移动路由器接收到该发现消息后，就会发送携带有其虚拟家乡地址和转交地址信息的移动路由器应答消息；

(7)该移动路由器从接收到的移动路由器应答消息中获得虚拟家乡地址、转交地址和负载分配策略信息，并与主移动路由器共享同一虚拟接口，因家乡代理已建立其到虚拟接口的转交地址的双向隧道，故该移动路由器不需要再向家乡代理发送绑定更新消息，就能够直接使用虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道接入互联网，实现信息交互。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，当移动网络已位于外地链路，当主移动路由器、即接入外地链路的第一个移动路由器MR1从第一个外地链路切换到第二个外地链路而重新执行地址配置过程中，第一个外地链路中家乡代理和虚拟接口的转交地址之间的双向隧道依然存在，只是该双向隧道在移动网络一端由同组其他的移动路由器作为新的主移动路由器；也就是当主移动路由器发生切换时，在同组的其他移动路由器中选择新的主移动路由器，以维护其与家乡代理的双向隧道信息；当外地链路上的最后一个移动路由器移走时，虚拟地址池将回收虚拟接口所用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：

(1)该移动路由器MR1先接收到第二个外地链路的接入路由器发送的路由公告消息后，检测到该公告消息中的外地链路前缀与其家乡链路前缀不同而确定自己移动到了第二个外地链路；或者是该移动路由器MR1接入到该第二个外地链路后，先向该第二个外地链路的接入路由器发送路由请求消息，第二个外地链路的接入路由器收到该请求消息后，就返回路由公告消息；

(2)该移动路由器MR1先在移动网络内部发送携带有该第二个外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，用于查看是否有属于相同移动网络的其他移动路由器已经接入到该第二个外地链路；如果没有收到移动路由器应答消息，表明该移动网络中没有其他移动路由器连接到该第二个外地链路，则顺序执行步骤(3)；否则，表明其不是第一个接入到该第二个外地链路，则跳转执行步骤(7)；

(3)该移动路由器MR1从虚拟地址池中选择一组未使用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对，再根据地址对的信息生成一个虚拟接口和为该虚拟接口配置一个转交地址，并将自己设置为移动网络接入该第二个外地链路的主移动路由器，以便对接入该第二个外地链路的其他移动路由器进行管理，并负责维护家乡代理与虚拟接口的转交地址之间的双向隧道和同组移动路由器间的负载分配策略；

(4)该主移动路由器向家乡代理发送绑定更新消息，注册其所选择的虚拟家乡地址和在第二个外地链路所配置的转交地址的绑定；

(5)家乡代理接收到该主移动路由器发送来的绑定更新消息时，就生成相应的绑定缓存条目，并建立到该第二个外地链路的虚拟接口的转交地址的隧道；

(6)该主移动路由器MR1执行切换而从第一个外地链路的接入路由器移走时，其家乡代理和虚拟接口的转交地址的双向隧道依然存在，只是该双向隧道在移动网络一端由同组其他的移动路由器作为新的主移动路由器；即主移动路由器发生切换时，在同组的其他移动路由器中选择新的主移动路由器，以维护其与家乡代理的双向隧道信息；若该主移动路由器是此外地链路上的最后一个移动路由器，则该主移动路由器移走时，虚拟地址池将回收虚拟接口所用的虚拟物理地址和虚拟家乡地址对；

(7)该移动路由器MR1先在移动网络内部发送携带有该第二个外地链路前缀信息的移动路由器发现消息，该第二个外地链路的主移动路由器接收到该发现消息后，就会发送携带有其虚拟家乡地址和转交地址信息的移动路由器应答消息；

(8)该移动路由器MR1从接收到的主移动路由器应答消息中获得虚拟家乡地址、转交地址和负载分配策略信息，并与主移动路由器共享同一虚拟接口；该移动路由器不需要再向家乡代理发送绑定更新消息，就能够直接使用该外地链路的虚拟接口的转交地址与家乡代理之间的双向隧道接入互联网，实现信息交互。

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