CN101902792A

CN101902792A - 一种PMIPv6垂直切换方法

Info

Publication number: CN101902792A
Application number: CN2010102286999A
Authority: CN
Inventors: 周迪之; 张瀚文; 张玉军; 彭鸽
Original assignee: Institute of Computing Technology of CAS
Current assignee: Shanghai united information Polytron Technologies Inc
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN101902792B

Abstract

本发明提供一种PMIPv6垂直切换方法，包括：在垂直切换期间移动节点通过自身稳定地址代替切换地址来接收数据包；其中稳定地址指垂直切换期间移动节点中持续接收数据包的地址，切换地址指参与切换的地址。与TPMIPv6协议相比，本申请的方法降低了移动节点在移动接入网关的切换过程中数据的切换延迟和丢包率。

Description

一种PMIPv6垂直切换方法

技术领域

本发明涉及网络管理技术，更具体地，本发明涉及一种PMIPv6垂直切换的方法。

背景技术

代理移动IPv6(PMIPv6)是IETF NETLMM工作组在2008年8月提出的新一代移动管理协议。相比于移动IPv6(MIPv6)，PMIPv6无需移动节点(MN)参与移动管理，具有更小的切换时延。

区域移动锚点(LMA)与移动接入网关(MAG)是PMIPv6部署中的两个关键网络实体。作为MN的家乡网络前缀(HNP)的拓扑锚点，LMA负责维护MN的可达状态。MAG负责探测MN移动状态，判断MN是否接入或离开MAG维护的无线链路。当MN接入MAG维护的无线链路时，MAG向维护MN移动信息的LMA发起绑定注册流程，更新MN位置信息。PMIPv6域中可包含多个LMA，每个LMA负责不同的MN组。LMA与MAG通过隧道连接，LMA与MAG间的任何信令与数据均通过隧道发送。图1为PMIPv6域结构图，其中，区域移动锚点地址(LMAA)和Proxy-CoA(代理转交地址)分别指隧道两端的LMA和MAG的地址，而MN-HNP指MN的家乡网络前缀。

当MN进入PMIPv6域并接入无线链路时，管理此无线链路的MAG获取MN身份并进行验证，验证MN是否授权提供网络侧移动管理服务。如果验证通过，网络会确定MN接口使用的地址配置机制种类。MN在PMIPv6域内移动时，必须按照网络指定的地址配置机制进行地址配置。在上述地址配置机制中，MN需要获取HNP、其接口所在无线链路的缺省路由器地址以及其它相关配置信息。从MN角度，整个PMIPv6域显示为单一链路；切换时MN感知不到任何三层变化。

在图1中，MN可以是纯IPv4节点、纯IPv6节点或双栈节点。网络基于MN策略信息，决定为MN分配IPv4、IPv6或IPv4/IPv6地址。如果MN通过多个接口接入PMIPv6域中的多个接入网络，网络将会为每个接口分配唯一的HNP集合，即每个接口可以配置多个HNP，但每个接口不能拥有相同的HNP。当MN接口间进行垂直切换时，LMA必须为新接口分配与旧接口相同的HNP。当MN单接口上发生水平切换时，LMA为此接口分配相同的HNP。

图2为MN接入PMIPv6域的流程图。MN首先进行二层连接，MAG通过二层信令，获取MN身份标识(MN-ID)；MAG与LMA进行移动注册流程。LMA为MN分配唯一HNP，为MN建立BCE(绑定缓存表项)，并在本地建立LMA-MAG双向隧道端点；MAG收到PBA(代理绑定更新)后，在本地建立LMA-MAG双向隧道端点，并为MN建立数据路由表项。同时，MAG从PBA中提取LMA为MN分配的HNP，将此HNP通过RA(路由器宣告消息)消息发送给MN。RA消息中还需指定MN接口地址配置机制。这时，MAG已获取足够信息模拟MN家乡链路；MN根据RA中的HNP，以及指定的地址配置方式(如DHCP(动态主机配置协议)或无状态地址配置)进行地址配置。当MN完成地址配置后，就可以与其它节点进行通信。由于LMA是MN HNP的拓扑锚点，因此来自PMIPv6域外部节点的、发往MN的数据包都会被LMA接收。LMA根据数据目的地址查找BCE，确认当前MN连接的MAG。然后LMA通过双向隧道将数据发送给MAG。MAG解封装后，通过无线链路将数据发往MN。

图3为MN的切换流程，当MAG探测MN中断连接后，向维护有MN信息的LMA发送注销PBU。LMA接收到注销PBU后，不直接删除MN BCE。而是等待新MAG发来的注册PBU。如果在此时间内没有收到新MAG的注册PBU，LMA认为MN已脱离PMIPv6域，删除其BCE；反之，LMA认为MN发生切换，更新BCE。图3反映的操作流程并不一定严格按照先后顺序执行。很有可能MN在新MAG的注册流程发生在旧MAG注销操作之前。

从图2和图3可以看出，MN在PMIPv6域间移动时，在垂直切换中，MN需要将旧接口地址配置在新接口上。同时，网络发送给新接口的RA中携带的HNP为旧接口配置的HNP。因此，从新接口角度看，垂直切换过程相当于在接口中配置一个新地址，因此需要进行地址配置，包括耗时达1000ms的重复地址检测(DAD)测试。因此，在垂直切换中，PMIPv6协议的切换时延会大大超过水平切换中的切换时延。

图4为PMIPv6垂直切换流程图，图4反映的操作流程并不一定严格按照图示顺序执行，新MAG为MN-IF2发起的移动注册操作有可能发生在旧MAG为MN-IF1发起的注销操作之前。在图4中，MN-IF2二层接入目标无线链路中的基站(或接入点AP)。基站(或AP)触发N-MAG发起移动注册流程。LMA在收到PBU后，更新对应BCE，向MN-IF2转发数据。此时，由于MN新接口地址配置还没有完成，因此会操成数据包丢失。另一方面，当LMA更新BCE后，如果还有来自MN-IF1的上行数据，则数据同样会被LMA抛弃。当MN-IF1所在无线链路传输时延较大时，这种情况是完全有可能发生的。因此，在垂直切换中，LMA、MAG过早的更新数据路由会导致MN的上下行数据丢失。

临时绑定PMIPv6协议(TPMIPv6)协议的目的是在切换过程中降低切换时延与丢包率。在垂直切换中，新旧无线链路间存在信号重叠区。TPMIPv6利用上述特点，将MN新接口的接入过程分为两步：临时注册与正式注册。当MN新接口二层接入新MAG时，新MAG首先触发临时注册过程。在临时注册中，LMA为新接口分配与旧接口相同的HNP，使得MN新接口可以进行地址配置；同时，LMA继续保留旧接口的BCE，为其转发数据。这样，当MN在链路间信号重叠区时，新接口就可以进行地址配置，旧接口也可以继续收发数据。

图5为TPMIPv6注册更新的流程图，当探测到MN二层接入后，P-MAG(切换前旧MAG)首先进行临时注册(Transient PBU)。临时注册结果是：LMA在保留原有BCE的基础上，新建临时BCE(Transient BCE)。LMA根据临时BCE转发来自N-MAG(切换后新MAG)的MN上行数据。LMA根据原有BCE继续向P-MAG转发MN上下行数据。待N-MAG判断MN完全接入新链路后，N-MAG发起正式注册过程，LMA此时删除原有BCE，激活临时BCE。

图6为TPMIPv6在垂直切换中的流程图。当探测到MN IF2二层接入后，N-MAG首先进行临时注册。LMA在保留原有BCE的基础上，新建临时BCE，其中的BCE中的MAG地址为N-MAG地址。LMA根据临时BCE为MN IF2转发上行数据。LMA根据原有BCE为MN IF1转发上下行数据。根据MAG2返回的RA中携带的HNP，MN IF2进行地址配置(包括DAD测试)。地址配置完成之后，由于LMA中已经为IF2建立临时BCE，因此MN IF2可直接发送上行数据。同时，N-MAG探测到MN IF2地址配置完成后(MN IF2发来的NA消息或上行数据)，进行移动注册。此次移动注册使得LMA删除原有BCE，更新临时BCE为正式BCE，并根据此BCE为MN IF2转发上下行数据。

在图6中，MN-IF1在MN-IF2完成地址配置后中断。但是，在实际垂直切换中，TPMIPv6无法保证MN IF1始终可以接收数据包(例如IF1移动出MAG1覆盖范围)。当MN-IF1在MN-IF2完成地址配置前中断时，网络依然将下行数据发送至P-MAG，从而造成数据包丢失。

发明内容

为克服现有TPMIPv6协议的垂直切换性能受MN在信号重叠区驻留时间影响的问题，本发明提出了一种基于稳定地址的TPMIPv6垂直切换方法，即ETPMIPv6(增强型TPMIPv6)。

根据本发明的一个方面，提出了一种PMIPv6垂直切换方法，包括：

在垂直切换期间移动节点通过自身稳定地址代替切换地址来接收数据包；其中稳定地址指垂直切换期间移动节点中持续接收数据包的地址，切换地址指参与切换的地址。

其中，该方法进一步包括：

步骤10)、移动节点根据切换触发事件向目标移动接入网关发送包括稳定地址的消息，目标移动接入网关向区域移动锚点发送包含稳定地址的代理绑定更新消息进行临时注册，区域移动锚点返回临时代理绑定应答；

步骤20)、区域移动锚点获取向非切换接口对应的移动接入网关发送包括稳定地址的切换通告消息，非切换接口对应的移动接入网关建立与稳定地址的双向隧道端点，并向区域移动锚点返回切换通告应答消息；

步骤30)、到源切换接口的数据包通过区域移动锚点发送至非切换接口对应的移动接入网关，由其经隧道发送至非切换接口，目标移动接入网关向目标切换接口发送路由器宣告消息，目标切换接口根据路由器宣告消息中的家乡网络前缀进行地址配置；

步骤40)、目标移动接入网关检测到目标切换接口完成地址配置后，向区域移动锚点发送代理绑定更新，进行正式移动注册，区域移动锚点向目标移动接入网关返回代理绑定应答消息。

步骤50)、区域移动锚点向非切换接口对应的移动接入网关发送切换完成通告消息，非切换接口对应的移动接入网关撤销与非切换接口间的隧道端点，向区域移动锚点返回切换通告消息，移动节点通过目标切换接口收发数据，撤销非切换接口中的隧道端点。

通过应用本发明，切换期间MN利用稳定地址代替切换地址接收数据包，有效的降低垂直切换的切换时延、丢包率等指标，提升垂直切换性能。MAG发往LMA的临时绑定PBU中，需要携带稳定地址(IP_steady)与稳定地址所在接口标识(IFs-ID)，使得LMA能够将数据转发至稳定地址所在MAG。临时注册时，LMA向IFs所在MAG发送切换通告消息；IFs所在MAG向LMA返回切换通告应答消息。正式注册时，LMA向IFs所在MAG发送切换完成通告消息；IFs所在MAG向LMA返回切换完成通告应答消息；从而使得IFs所在MAG能够通过隧道向稳定地址所在接口转发发往切换地址的数据包。

与TPMIPv6协议相比，ETPMIPv6方法降低了MN在MAG切换过程中数据的切换延迟和丢包率。

附图说明

图1是现有PMIPv6域结构示意图；

图2是现有MN接入流程图；

图3是现有MN切换流程图；

图4是现有PMIPv6垂直切换流程图；

图5是现有TPMIPv6接入流程图；

图6是现有TPMIPv6垂直切换流程图；

图7是根据本发明实施例的ETPMIPv6切换方法流程图；

图8是根据本发明的第一实例的ETPMIPv6切换方法流程图；

图9是根据本发明的三接口情况下的ETPMIPv6协议流程图；

图10是根据本发明的双接口情况下的ETPMIPv6协议流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种PMIPv6垂直切换的方法进行详细描述。

总的来说，本申请提出一种基于稳定地址的TPMIPv6切换方法，即ETPMIPv6，其中稳定地址是指垂直切换期间MN中可以持续接收数据包的地址，用IP_steady表示，将参与切换的地址称为切换地址，用IP_handoff表示。本申请的方法总的包括在垂直切换期间MN通过自身的稳定地址代替切换地址来接收数据包。另外，将参与切换的接口称为切换接口，用IFh表示，将不参与切换的接口称为非切换接口，用IFs表示。

图7为基于稳定地址的TPMIPv6的切换方法的流程图，在图7中，数据欲从切换接口IFh1切换至切换接口IFh2，即切换地址IP_handoff需要从IFh1配置到IFh2。在切换期间，MN利用IP_steady接收数据。IP_steady既可以位于非切换接口(IFs)，也可以位于切换接口中(IFh2)。如果IP_steady位于切换接口(IFh2)中，则MAG3与MAG2为同一实体。其中，IFh1可以称之为源端，IFh2称之为目标端，对应的移动接入网关也称为切换源的移动接入网关和切换目标的移动接入网关。

1、当IP_steady位于切换接口时，切换触发事件为MN新接口(IF2)接入新链路时发送的二层消息；当IP_steady位于非切换接口时，切换触发事件为MN发送的切换请求(如流切换请求等)；切换触发事件中，MN发往MAG的消息必须携带以下信息：IP_steady，IFs-ID(例如，MAC地址等)。

同时，MN需要在IFs中建立与MAG3的双向隧道端点。

2、MAG2向LMA发送临时PBU进行临时注册。临时PBU中必须携带稳定地址信息。上述稳定地址信息包括：IP_steady，IFs-ID。

3、LMA向MAG2返回临时PBA消息。

4、LMA根据稳定地址信息查询到IFs所在MAG，即图7中MAG3。LMA向MAG3发送切换通告消息。切换通告消息必须包含IP_steady。

5、MAG3记录切换通告消息中的IP_steady，建立与IFs的、针对IP_steady的双向隧道端点，并向LMA返回切换通告应答消息。

6、发往MN IFh1的数据包首先通过LMA发送至MAG3，再由MAG3经隧道发送至IFs；其中，隧道中数据包外层目的地址为IP_steady，源地址为MAG3地址。

7、MAG2向IFh2发送RA。IFh2根据RA中HNP进行地址配置。

8、待MAG2探测到IFh2完成地址配置后(如探测到IF2上行数据，或接收到IF2发送的RS消息)，向LMA发送PBU，进行正式移动注册。

9、LMA向MAG2返回PBA消息。

10、LMA向MAG3发送切换完成通告消息。切换完成通告消息必须包含IP_steady。

11、MAG3撤销与IFs间隧道端点，然后向LMA返回切换通告消息。MN通过IFh2收发数据，并撤销IFs中的隧道端点。

在ETPMIPv6协议中，切换时MN利用稳定地址代替切换地址收发数据。然而，稳定地址既可以位于切换接口也可以位于非切换接口。前者主要发生在切换接口在切换前已经接入到目标切换网络的场景，在这种场景下，参与临时绑定和正式绑定的MAG将是同一实体。而在后者发生的场景中，稳定接口所连接的MAG和切换接口所在的MAG可能连接在不同的LMA下面，当连接在不同的LMA下时，LMA之间需要进行稳定地址的查询过程。因此，以下将分三种场景分别讲述具体例子。其中，例子一和二中，稳定地址均位于非切换接口上，例子一中两个切换接口与一个稳定接口注册在同一个LMA中，例子二中切换接口和稳定接口注册在不同LMA中；例子三中，稳定地址位于切换接口中。

例子一

在例子一中，切换接口为IF1与IF2，数据从IF1切换至IF2。稳定地址位于非切换接口IF3中。IF1、IF2与IF3分别连接至MAG1、MAG2与MAG3。MAG1、MAG2与MAG3在同一LMA中注册。IF1中地址为IP_handoff，IF3中地址为IP_steady。

图8示出在本例中的ETPMIPv6切换流程。当MN新接口(IF2)二层接入新链路时，二层消息需要携带信息：IP_steady，IF3-ID(MAC地址等)；

同时，MN需要为在IFs中建立与MAG3的双向隧道端点。

MAG2向LMA发送临时PBU进行临时注册。临时PBU中必须携带稳定地址信息。上述稳定地址信息包括：IP_steady，IF3-ID。

LMA向MAG2返回临时PBA消息。

LMA根据稳定地址信息查询到IF3所在MAG，即MAG3。LMA向MAG3发送切换通告消息。切换通告消息必须包含IP_steady。

MAG3记录切换通告消息中的IP_steady，建立与IF3的、针对IP_steady的双向隧道端点，并向LMA返回切换通告应答消息。

发往MN的IFh1的数据包首先通过LMA发送至MAG3，再由MAG3经隧道发送至IF3；其中，隧道中数据包外层目的地址为IP_steady，源地址为MAG3地址。

MAG2向IFh2发送RA。IFh2根据RA中HNP进行地址配置。

待MAG2探测到IFh2完成地址配置后(如探测到IF2上行数据，或接收到IF2发送的RS消息)，向LMA发送PBU，进行正式移动注册。

LMA向MAG2返回PBA消息。

LMA向MAG3发送切换完成通告消息。切换完成通告消息必须包含IP_steady。

MAG3撤销与IF3间隧道端点，然后向LMA返回切换通告消息。MN通过IFh2收发数据，并撤销IF3中的隧道端点。

例子二

在例子二中，切换接口为IF1与IF2，数据从IF1切换至IF2。稳定地址位于非切换接口IF3中。LMA2维护IF3注册信息，LMA1维护IF1、IF2注册信息。LMA1与LMA2间可以相互通信。因此，LMA1与LMA2之间需要稳定地址查找过程。IF1中地址为IP_handoff，IF3中地址为IP_steady。

图9示出本例中三接口时的ETPMIPv6切换流程图。当MN新接口(IF2)二层接入新链路时，二层消息需要携带信息：IP_steady，IF3-ID(如MAC地址等)；

同时，MN需要在IF3中建立与MAG3的双向隧道端点。

MAG2向LMA1发送临时PBU进行临时注册。临时PBU中必须携带稳定地址信息。上述稳定地址信息包括：IP_steady，IF3-ID；

LMA1向MAG2返回临时PBA消息。

由于LMA1在本地BCE中查询不到稳定地址对应表项，因此向其它LMA发送稳定地址查询消息，其中包括：MN-ID，IP_steady，IF3-ID；

当LMA接收到稳定地址查询消息时，如果本地BCE内不存在稳定地址对应表项，则忽略此请求；如果本地BCE内存在稳定地址对应表项，则LMA根据稳定地址信息查询到配置稳定地址的接口(IF3)所在MAG，即图7中MAG3。LMA2向MAG3发送切换通告消息。切换通告消息必须包含IP_steady。同时，LMA2建立与LMA1间双向隧道端点。

MAG3记录切换通告消息中的IP_steady，建立与MN IF3的双向隧道端点，并向LMA返回切换通告应答消息。

LMA2向LMA1返回稳定地址查询回复，必须包含IP_steady。LMA1收到稳定地址查询回复后，建立与LMA2间双向隧道端点。

发往MN IF1的数据包首先通过LMA1经隧道发送至LMA2，再由MAG3经隧道发送至MN IF3。

MAG2向IF2发送RA。IF2根据RA中HNP进行地址配置。

待MAG2探测到MN IF2完成地址配置后(如探测到IF2上行数据，或接收到IF2发送的RS消息)，向LMA1发送PBU，进行正式移动注册。

LMA1向MAG2返回PBA消息。

LMA1向LMA2发送切换完成通告，其中包含IP_steady；

LMA2向MAG3发送切换完成通告消息。切换完成通告消息必须包含IP_steady。

MAG3撤销与MN IF3间隧道端点，然后向LMA2返回切换完成通告回复消息。MN通过IF2收发数据，并撤销IF3中的隧道端点。LMA2收到切换完成通告回复消息后，撤销与LMA1间双向隧道端点。

LMA2向LMA1发送切换完成通告回复消息。LMA1收到切换完成通告回复消息后，撤销与LMA2间双向隧道端点。

例子三

在例子三中，切换接口为IF1与IF2，数据从IF1切换至IF2。稳定地址位于切换接口IF2中。IF2在切换前已接入目标连路。切换前，IF2配置地址为IP_steady，IF1配置地址为IP_handoff。

图10示出本例中双接口时ETPMIPv6切换流程图，当MN新接口(IF2)触发切换时(如流切换请求等)，需要携带以下信息：IP_steady，IF2-ID(如MAC地址等)。同时，MN需要在稳定地址所在接口(IF2)中建立与MAG3的双向隧道端点。

MAG2向LMA发送临时PBU进行临时注册。临时PBU中必须携带稳定地址信息。上述稳定地址信息包括：IP_steady，IF2-ID。

LMA向MAG2返回临时PBA消息。

LMA根据稳定地址信息查询到配置稳定地址的接口(IF2)所在MAG，即图7中MAG2。LMA向MAG2发送切换通告消息。切换通告消息必须包含IP_steady。

MAG2记录切换通告消息中的IP_steady，建立与MN IF2的双向隧道端点，并向LMA返回切换通告应答消息。

发往MN IF1的数据包首先通过LMA发送至MAG2，再由MAG2经隧道发送至MN IF2；其中，隧道中数据包外层目的地址IP_steady，源地址为MAG2地址。

MAG2向IF2发送RA。IF2根据RA中HNP进行地址配置。

待MAG2探测到MN IF2完成地址配置后(如探测到IF2中源地址为切换地址的上行数据，或接收到IF2发送的源地址为切换地址的RS消息)，向LMA发送PBU，进行正式移动注册。

LMA向MAG2返回PBA消息。

LMA向MAG2发送切换完成通告消息。切换完成通告消息必须包含IP_steady。

MAG3撤销与MN IF2间隧道端点，然后向LMA返回切换通告消息。MN通过IF2收发数据，并撤销IF2中为切换地址建立的隧道端点。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种PMIPv6垂直切换方法，包括：

2.权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括：

3.权利要求2的方法，还包括：

4.权利要求3所述的方法，其中，稳定地址位于非切换接口或者切换接口中。

5.权利要求4所述的方法，其中，步骤30)中，隧道中数据包外层目的地址为稳定地址，源地址为非切换接口对应的移动接入网关的地址。

6.权利要求4所述的方法，其中，稳定地址位于所述切换接口时，切换触发事件为移动节点新接口接入新链路时发送的二层消息；稳定地址位于非切换接口时，切换触发事件为移动节点发送的切换请求。

7.权利要求4所述的方法，其中，步骤10)中，移动节点同时在非切换接口中建立与目标移动接入网关的双向隧道端点。

8.权利要求4所述的方法，其中，当稳定地址位于切换接口时，目标移动接入网关和非切换接口对应的移动接入网关是同一实体。

9.权利要求4所述的方法，其中，当稳定地址位于非切换接口时，非切换接口对应的移动接入网关和目标移动接入网关连接到不同的区域移动锚点，不同的区域移动锚点之间进行相互查询来获取稳定地址。

10.权利要求4所述的方法，其中，步骤20)中，当稳定地址位于非切换接口中并且切换接口和稳定地址注册在不同区域移动锚点时，切换接口对应的区域移动锚点向其它区域移动锚点发送稳定地址查询消息，其它区域移动锚点检索本地绑定缓存表项，根据稳定地址信息向配置稳定地址的非切换接口对应的移动接入网关发送包含稳定地址的切换通告消息，同时，切换接口对应的区域移动锚点和其它区域移动锚点建立双向隧道端点。