CN102083102A - 实现移动接入网关可靠性的保障方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现移动接入网关可靠性的保障方法。在PMIPv6中，提出了一种MAGRRP机制来保障MAG的可靠性。该方法通过引入一种新的MAGRRP机制来保障MAG的可靠性，该MAGRRP机制定义了一个MAGRRS冗余集，这组设备包含一台活跃MAG和至少一台备用MAG。所有的MAG共享两个地址MAG_AP和MAG_LMA：MAG_AP配置在活跃MAG上的负责接收AP日志信息的端口；MAG_LMA配置在活跃MAG上的负责与LMA进行绑定注册的端口；通过这个设备作为移动代理MP来代理MN进行通信，能够保证MAG的故障迁移对于MN和LMA是完全透明的，很好地实现了流量切换和故障迁移。
Description
技术领域
本发明涉及移动接入网，特别是涉及一种实现移动接入网关可靠性的保障方法。
背景技术
随着各种无线终端的出现，人们对移动性业务的需求越来越多。移动IP是当前信息技术研究的一个重点，受到了全世界各行各业的广泛关注。移动IP技术是在Internet上提供移动功能的网络层方案之一，使MN可以使用一个永久的IP地址与Internet中的任何主机通信，并且在切换子网时不中断与CN正在进行的通信。
随着MN地理位置的移动变化，网络拓扑也会发生变化，这就需要移动性管理协议来改变端到端的数据路由，从而保证MN与CN的通信不中断。当前的移动性管理协议可分为全局移动性管理协议和区域移动性管理协议。
全局移动性管理协议,如RFC3775(，D. Johnson, C. Perkins, J. Arkko. Mobility Support in IPv6,IETF rfc, June ,2004)所描述的MIPv6，为了保持MN的可达性，建立临时IP地址与永久IP地址的绑定，通过使MN在家乡代理HA或通信对端CN更新临时IP地址来保持MN移动式路由的可达性。但是，全局移动性协议存在三个明显的缺点：更新时延长；信令开销大；位置的保密性差。
区域移动性管理协议有HMIPv6、蜂窝IP等，这些协议的特点是采用分层结构，引入特定的路由算法和切换算法来实现网络管理。分层结构在实现区域管理的同时也增加了网络结构和单点故障的复杂度，增加了网络管理和安全方面的相关问题。这些区域移动管理协议都是基于终端的移动性管理协议，需要修改终端的网络协议栈来参与移动性管理，限制了这些协议的广泛应用。为了解决上述区域移动性管理协议的瓶颈，迫切需要一种便于管理、复杂度低的区域移动性管理协议，即基于网络的区域性移动性管理协议：在这个协议中,MN在同一区域内移动时完全由MP来控制，不需要MN直接同家乡代理进行信令消息的交互。
基于网络的区域性移动性管理协议之一，RFC5213 (，S. Gundavelli, K. Leung, V. Devarapalli,K. Chowdhury, B. Patil. Proxy Mobile IPv6,IETF rfc, August,2008)所描述的PMIPv6于2008年8月发布。解决的问题是：如何在保证MN通信的同时，让MN尽量地不参与到移动性管理过程。MN利用如802.11的链路启动和关闭等二层机制或如邻居发现等三层机制，来检测新的链路，并更新MN的数据分发的路由表项。PMIPv6不需要MN安装特殊的移动性管理软件。在MN切换到新网络拓扑时也不需要MN的网络接口改变其IP地址，从而使MN尽量少地参与到移动性管理过程，将MN在PMIPv6域中移动的复杂度降到最低。
PMIPv6是基于网络的移动性管理协议，不需要更改MN现有的IP协议栈，也不需要MN参与到移动性管理的信令交互过程。PMIPv6协议扩展了MIPv6的信令消息，使用了MIPv6中HA的概念，PMIPv6域类似于MIPv6中的家乡域。当MN在同一个PMIPv6域内移动时，它将获得一个唯一的MN-HNP，移动过程中不需要变更其IP地址，使得网络层移动对MN是透明的。
PMIPv6协议引入了两个功能实体：MAG和LMA。MAG在接入网上运行，其主要执行三项功能：一是执行MN的接入和认证，与MN的LMA发起移动性相关的信令过程；二是模拟MN的家乡链路；三是建立MN的数据转发路径。LMA在汇接层上运行，执行类似MIPv6中HA的功能，其主要功能是当MN在本PMIPv6域内移动时，完成与MAG的绑定注册工作，保证MN与LMA的可达性。
PMIPv6协议运行过程：
1. MN初始化启动，通过DHCPv6机制获得一个链路局部IPv6地址；
2. MN进行移动，从一个MAG2域移动到另一个MAG1域，地理位置发生改变；
3. MAG1的AP检测到有新的MN接入并获取MN的MAC地址；AP将MN的MAC地址信息包含在日志信息中发送给MAG，MAG验证MN合法性；MAG代理合法的MN与LMA进行绑定注册工作；
4. 成功完成绑定注册工作后，MAG使用LMA分配的MN-HNP，构造路由通告向MN所在的AP域广播，MN获取接入的AP的路由通告配置一个全局的MN-HoA；
5. MN与CN进行通信。
在PMIPv6的部署过程中，最为重要的问题之一就是MAG的可靠性保障问题。因为在PMIPv6域中，所有的MN都必须通过无线链路接入到MAG，通过MAG的代理来完成与LMA上的绑定注册，建立端地址为< Proxy-CoA ,LMAA>的双向隧道,而后才能与CN进行通信。在MAG这种关键的业务点，如果只使用一台MAG，无论其可靠性多高，整个通信系统必然要承受着因MAG的单点故障而导致网络中断的巨大风险：一旦MAG出现故障，该MAG代理域中的所有MN都将失去与CN的通信，从而给用户造成严重后果。RFC5213并没有明确指出该采取何种方案来保障MAG的可靠性，因此，现有的PMIPv6协议潜在着严重的可靠性隐患。
在MIPv6中，HA是MN在家乡网络的重要支撑，一个MN只和一个HA注册和建立一个绑定，HA可能成为单故障节点。一个HA为多个MN提供服务，如果HA出现故障将会导致多个MN与外界通信失败，因此为HA提供高可靠性保障方法是十分必要的。
目前IETF提出的草案“家乡代理可靠性协议HARP（R. Wakikawa. Home Agent Reliability Protocol (HARP),IETF draft, draft-ietf-mip6-hareliability-08, November 9, 2010）”，正是为了解决MIPv6的家乡代理的可靠性问题而提出的。MIPv6允许配置多个HA，如果当前工作的HA出现故障时，MN可以通过新的HA建立连接，由新的HA继续为MN提供服务。草案中对这些问题进行了描述，并且为HA备份和可靠性提供了HA故障检测，HA状态转移以及HA切换机制。
在HARP中定义了一个家乡代理可靠性冗余集，它由一个或多个拥有不同优先级的HA组成。在通常情况下，最高优先级的HA称为活跃HA，而其它运行着的HA称为备份HA。活跃HA服务一个给定的移动网络。当活跃HA出现故障时，第二优先级的备用HA接替最高优先级的HA的工作，HA的故障迁移对MN应该是透明的，并且耗时不能超过MN转交地址的更新周期。
除此之外，活跃HA通过不间断的发送状态同步消息给备用HA，来保持MN的信息的一致性，包括BC信息、AAA信息、隧道信息。备用HA实时监测活跃HA的可用性，用来发现可能出现的活跃HA故障。一旦当前的活跃HA出现故障，则第二优先级的备用HA成为新的活跃MAG，接管对MN的通信服务。
HA切换可能出现如下情况：
1、故障迁移：活跃HA意外故障。通过备用HA的实时监测，拥有第二优先级的备用HA发现活跃HA出现了故障进行接管，并为MN提供家乡代理服务；
2、初始启动：一个刚刚开启的HA，实时检测到它拥有最高优先级，该HA通知当前的活跃HA，先与其进行状态同步；状态同步完毕，该HA转变为活跃HA，当前活跃HA回落到备用状态；
3、故障排除：活跃HA通知当前最高优先级的备用HA启动家乡代理切换，它将不再活跃。
HARP的应用场景是基于终端的移动性管理协议MIPv6下的HA，而我们欲解决的主要问题是基于网络的移动性管理协议PMIPv6的MAG可靠性保障问题。
PMIPv6协议不但扩展了MIPv6的信令消息，沿用了HA的概念；而且，新引入了MAG作为MP代理PMIPv6域中的所有MN的通信。MAG与HA两个功能实体之间，数据结构和功能机制存在较大的差异：
1、HA主要需要维护的数据结构是BC，主要包含来自MN的BU的详细信息；而MAG需要维护的数据结构是BUL，不仅要包含MN的BU的详细信息，还有包含MN的全局唯一标识移动选项、MN的家乡网络前缀选项及隧道信息等；
2、HA只需要与MN进行绑定注册工作；MAG作为PMIPv6的MP，既需要与LMA进行绑定注册工作，又需要管理MN的通信。
基于以上的差异，在MAG上无法使用HARP协议来实现MAG的可靠性保障。我们需要根据MAG的特性，借鉴HARP的基本思想，为MAG的可靠性设计一种新的保障方法。
发明内容
为了解决现有PMIPv6技术结构的可靠性隐患，本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，通过在接入网关处部署一台活跃MAG和至少一台备用MAG，从而实现新的MAGRRP机制来保障MAG的可靠性。
本发明的目的通过以下措施来达到：
1、一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，在接入网关处部署一台活跃MAG和至少一台备用MAG，该保障方法实现的流程如下：
1）初始化启动LMA和PMIPv6域1、PMIPv6域2的MAGRRS的可靠性保障组成员；
2）PMIPv6域1中的MAGRRS第一优先级成员MAG1_1、第二优先级成员MAG1_2和第三优先级成员MAG1_3通过发送MAG-HELLO发现包来实现对活跃/备份状态的确定，其中优先级最高的MAG1_1成为活跃MAG，MAG1_2和MAG1_3成为备用MAG，活跃的MAG与备用的MAG定期地通过发送MAG-SYNC同步消息包，并携带有绑定更新列表BULE移动选项进行状态的同步；
3）AP1负责检测MN的接入和离开，并通过发送日志消息给活跃的MAG1_1，活跃的MAG1_1检查MN是否是合法已注册的用户；如果合法，则由活跃的MAG1_1代理MN，向LMA发送代理绑定包含MN的描述符的代理绑定更新信令包，进行代理绑定注册工作；
4）LMA收到来自PMIPv6域1中的活跃MAG1_1的包含有MN描述符的代理绑定注册消息后进行确认，如果MN的描述符验证合法，则为活跃的MAG1_1代理的MN分配家乡网络前缀，然后创建代理绑定确认消息发送给活跃的MAG1_1；活跃的MAG1_1接收并解析代理绑定确认消息，然后向MN路由通告LMA为MN分配的家乡网络前缀，MN根据路由通告配置一个家乡地址，然后就可以与通信对端进行通信；
5）当活跃的MAG1_1出现故障后，此时第二优先级的MAG1_2通过发送MAG-HELLO发现包检测到MAG1_1发生了故障，则MAG1_1此时不可用，MAG1_2此时成为活跃状态，MAG1_3仍为备用状态；活跃的MAG1_2使用与MAG1_1最后更新的状态进行隧道重建、代理绑定更新列表的重建，以最小的时延恢复MN与CN之间的通信；
6）当不可用的MAG1_1排除故障后，接收到来自优先级比MAG1_1低的MAG1_2和MAG1_3的MAG-HELLO包，发现此时的MAG1_2是活跃的，则与活跃的MAG1_2进行状态同步，当状态同步完成后，MAG1_1从不可用状态转变为活跃状态，MAG1_2从活跃状态转变为备用状态，MAG1_3仍处于备用状态。
进一步，所述的MAG-HELLO消息是被定义用于在MAGRRS成员之间进行交互信息，管理确定MAGRRS成员状态为活跃/备用状态，并用于活跃MAG故障的实时检测；该新消息主要由MAGRRS的优先级较低的MAG向优先级较高的MAG周期性地发送，消息中携带着与该MAG的有关MAGRRS基本信息。新的MAG-HELLO交互消息的基本格式如表1所示：
表 1
MAG-HELLO消息各字段的含义及作用如下：
序列号：作为MAG-HELLO消息的序列号，用来验证该MAG-HELLO消息是不是最新的MAG-HELLO消息；
MAG优先级：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的源MAG的优先级；
MAG-HELLO生存时间：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的生存时间；
MAG-HELLO发送间隔：16bit无符号整数，用来标识MAG之间发送MAG-HELLO消息的间隔；
MAGRRS组ID：8bit无符号整数，用来标识MAGRRS的唯一标识；
(A)ctive标志：活跃MAG的标志，如果设置了该标志位，说明当前MAG-HELLO消息的发送者是活跃MAG；
(R)equest标志：请求MAG-HELLO确认消息标志，如果设置了该标志位，那么该MAG-HELLO消息的接收者必须回复一个MAG-HELLO确认消息给发送者；
保留：保留作扩展使用，该域由发送者初始化为0，接收者忽略该域；
移动选项：携带MIPv6规范的移动选项，变长，可选。
进一步，所述的MAG-SYNC同步消息是被定义用于在MAGRRS成员之间周期性地进行BUL信息和隧道信息等状态的同步；当活跃MAG出现故障，备用MAG通过MAG-HELLO交互消息的检测，能够即时检测出第一优先级活跃MAG出现了故障；第二优先级的备用MAG立即转换为新的活跃MAG，开始接管原来活跃MAG所代理的所有MN的通信。
两种功能场景：
(1)初始启动时，发送MAG-HELLO交互信息，检测网络中同组的活跃MAG是否存在；如果存在，向活跃MAG发送SS-REQ包，进行状态同步；如果不存在活跃MAG，且自己优先级最高，自动转变为活跃MAG；
(2)活跃MAG代理MN成功完成一次绑定注册后，自发地向MAGRRS所有的备用MAG发送SS-SPON包，具体可以携带的是BULE移动选项；
新的MAG-SYNC同步消息的基本格式如表2所示：
表2
其中的类型为：8bit无符号整数，被分配了如下几个值：0，状态同步请求SS-REQ消息，该类型的消息不包含任何信息，由刚刚启动的MAG向活跃MAG请求所有MN的BUL及隧道状态等信息；1，状态同步应答SS-REP消息，该类型的消息在MAGRRS成员之间使用，包含当前活跃MAG的所有的BULE，这个消息由活跃MAG发送，作为SS-REQ消息的应答；2，自发状态同步 SS-SPON消息，该类型的消息是在活跃MAG在成功代理MN完成一个绑定注册时，由活跃MAG主动构造SS-SPON消息并发送给MAGRRS中的所有备用MAG；
保留：8bit，保留，该字段由发送者初始化为0，接收者必须忽略该域；
标识符：16bit无符号整数，该字段是用于SS-REQ消息和SS-REP消息的随机数，如果为0值，代表为SS-SPON消息。
进一步，所述BULE移动选项是被定义用于携带隧道标识、MN的链路局部地址、MN的家乡前缀、MN的LMA地址等关于MN在活跃MAG上的BULE的信息；当活跃MAG接收到一个来自LMA的PBA包；如果PBA的处理状态值为0，说明与LMA已经成功完成绑定注册，则查找BUL，获取对应该PBA包的BULE，然后根据该BULE构造BULE移动选项作为SS-SPON消息的移动选项，由活跃MAG自发地向MAGRRS中的所有备用MAG发送，所有的备用MAG无需回复确认给活跃MAG；
新的BULE移动选项的基本格式如表3所示：
表 3
类型：8bit无符号整数，定义为0x08，指定该移动选项为BULE选项；
长度：8bit无符号整数，固定长度80，十六进制为0x50；
PBU标志位：16bit的标志位，在PMIPv6中定义，它们是A，H，L，K，M，R，P，其中P指定该绑定注册类型是“代理注册”；
序列号：16bit无符号整数，用来判断包含的是否是最新的BULE；
生存时间：16bit无符号整数，标识该BULE生存时间；
代理COA接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG用于与LMA绑定注册的网络接口；
MN接入接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG接收AP日志信息的网络接口；
MN的标识符：32位无符号整数，是MN在PMIPv6域的唯一标识；
隧道标识：8位无符号整数，标识活跃MAG与LMA之间的双向隧道；
MN的家乡网络前缀：128位无符号整数，携带LMA为MN分配的IPv6家乡网络前缀；
MN的家乡网络前缀长度：MN的家乡网络的前缀长度；
保留：为将来的使用预留了16bit的空间；
MN的代理转交地址：128位无符号整数，携带为MN代理注册的MAG代理COA接口索引对应的IPv6地址；
MN的链路地址：128位无符号数，携带MN通过AP的RA获得的IPv6地址；
MN的LMA地址：128位无符号整数，携带MN的LMA的IPv6地址。
本发明的优点在于：
根据本专利所提出的一种实现移动接入网关可靠性的保障方法：在PMIPv6的环境中，在MAG上采用MAGRRP机制。能有效地防止因MAG的故障而导致所代理的MN的通信中断丢失。
MAGRRP机制属于一种轻量级的机制，能够有效地降低可靠性保障实现的复杂度，因此不会对MAG造成大的带宽占用和处理负担。新设计的MAGRRP机制设计简洁，具有高内聚、低耦合的特性，对现有的PMIPv6协议改动很小，易于实现。
附图说明
图1：MAG可靠性保障的网络拓扑图；
图2：MAG-HELLO交互过程；
图3：MAG-SYNC状态同步过程；
图4：MAGRRS故障迁移过程；
图5：MAGRRS故障回迁过程。
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的完整技术方案是：一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，在PMIPv6中，提出了一种MAGRRP机制来保障MAG的可靠性。该方案通过引入一种新的MAGRRP机制来保障MAG的可靠性，该MAGRRP机制定义了一个MAGRRS冗余集，其中包含一台活跃MAG和至少一台备用MAG，来实现可靠性保障、故障迁移对MN和LMA的透明性，因此，MN和LMA仅将这组设备等同于一台活跃的MAG，无法感知到其他备用MAG的存在。所有的MAG共享两个地址MAG_AP和MAG_LMA：MAG_AP仅配置在活跃MAG上的负责接收AP日志信息的端口；MAG_LMA仅配置在活跃MAG上的负责与LMA进行绑定注册的端口；通过这个虚拟设备作为移动代理来代理MN进行通信，能够保证MAG的故障迁移对于MN和LMA是完全透明的，这就很好地实现了流量切换和故障迁移。
本发明的方法是一种轻量级的机制，MAGRRS的所有参与接入网关可靠性保障的MAG组成员包括至少两台具有不同优先级的MAG。在初始启动时，检测网络中是否存在同组的活跃MAG；若存在，则发送SS-REQ包与活跃MAG进行状态同步；如果不存在活跃MAG或优先级比自己高的MAG，则自发转变成为活跃MAG，代理域中的MN进行通信，并自发地与其他优先级低的MAG周期性地进行状态同步。活跃MAG与备用MAG之间进行BUL信息和隧道信息等的状态同步。活跃MAG采用触发机制（初始启动除外），仅在成功代理MN完成一个绑定注册时才与备用MAG进行状态同步。活跃MAG与备用MAG之间周期性地发送MAG-HELLO消息进行交互，用于确定MAGRRS中的活跃MAG和备用MAG身份；当活跃MAG出现故障时，第二优先级的备用MAG如果连续3次接收不到来自最高优先级的活跃MAG对MAG-HELLO包的确认，即判断当前活跃MAG出现了故障，该备用MAG转变为新的活跃MAG，接管原活跃MAG代理的所有MN的通信服务，最大限度地降低因MAG故障而引起的MN通信延迟与丢包率。
本发明中的新增消息：有自定义的MAGRRS_INFO结构体, 用于存储MAG的MAGRRS相关信息；有自定义的MAG-HELLO交互消息，用于管理MAGRRS成员状态及对活跃MAG的故障探测；有自定义的MAG-SYNC同步消息，可以用于同步状态请求、同步状态请求应答和自发状态同步；有自定义的BULE移动选项，用于存储跟MN相关的BULE及隧道信息，作为移动选项添加在MAG-SYNC消息中。活跃MAG和备用MAG对新增的MAG-HELLO消息及MAG-SYNC消息进行处理。
PMIPv6沿用了MIPv6的HA概念，在MIPv6的BU、BA信令消息基础上扩展出新的PBU、PBA信令交互消息。一种实现移动接入网关可靠性的保障方法是在PMIPv6的环境中，设计了一个高内聚、低耦合的机制，实现对MAG可靠性的保障。
本发明新的自定义的数据结构，为MAGRRS_INFO结构体，用于存储该MAG所在的MAGRRS的信息。该结构体主要的成员变量包括：1、可靠性组ID；2、MAGRRS共享地址MAG_AP，仅配置在活跃MAG上的负责接收AP日志信息的端口(MN接入接口)，用于接收来自AP的检测MN接入或离开的日志信息；3、MAGRRS共享地址MAG_LMA，仅配置在活跃MAG上的负责与LMA进行绑定注册的端口(代理COA接口)，用于与LMA通信的组地址；4、在MAGRRS的每一个MAG的代理COA接口上设置一个独有的全局地址MAG_SOLE，用于MAGRRS的成员之间进行信息的交互和状态的同步，该地址在MAG初始化时即配置给代理COA接口；MAGRRS成员列表，包含MAGRRS各个成员的MAG_SOLE和对应的优先级字段(值越小，优先级越高)。
MAG_AP和MAG_LMA两个共享IP地址仅在活跃MAG上使用，MN与活跃MAG的MAG_AP地址进行通信；LMA与活跃MAG的MAG_LMA地址进行通信。当活跃MAG出现故障时不再占用这两个共享IP地址，第二优先级的备用MAG转变为新的活跃MAG。在该新的活跃MAG的MN接入接口上配置MAG_AP地址，代理COA接口配置MAG_LMA地址，从而保证MAG的故障迁移对LMA和MN的完全透明性。
MAG的独有地址MAG_SOLE是用于在MAGRRS的成员之间进行消息交互和状态同步；共享地址MAG_AP和MAG_LMA是用来保证MAG的故障迁移对MN和LMA保持透明性。
本发明新的消息类型，MAG-HELLO交互消息。MAG-HELLO消息是被定义用于在MAGRRS成员之间进行交互信息，管理确定MAGRRS成员状态为活跃/备用状态，并用于活跃MAG故障的实时检测。该新消息主要由MAGRRS的优先级较低的MAG向优先级较高的MAG周期性地发送，消息中携带着有关该MAG的有关MAGRRS基本信息。新的MAG-HELLO交互消息的基本格式如表1所示：
表1
其中 MAG-HELLO消息各字段的含义及作用如下：
序列号：作为MAG-HELLO消息的序列号，用来验证该MAG-HELLO消息是不是最新的一个；
MAG优先级：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的源MAG的优先级；
MAG-HELLO生存时间：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的生存时间；
MAG-HELLO发送间隔：16bit无符号整数，用来标识MAG之间发送MAG-HELLO消息的间隔；
MAGRRS组ID：8bit无符号整数，用来标识MAGRRS的唯一标识；
(A)ctive标志：活跃MAG的标志。如果设置了该标志位，说明当前MAG-HELLO消息的发送者是活跃MAG；
(R)equest标志：请求MAG-HELLO确认消息标志。如果设置了该标志位，那么该MAG-HELLO消息的接收者必须回复一个MAG-HELLO确认消息给发送者；
保留：保留作扩展使用，该域由发送者初始化为0，接收者忽略该域；
移动选项：携带MIPv6规范的移动选项，变长，可选。
本发明新的消息格式，MAG-SYNC同步消息，用于在MAGRRS成员之间周期性地进行BUL信息和隧道信息等状态的同步。当活跃MAG出现故障，备用MAG通过MAG-HELLO交互消息的检测，能够即时检测出最高优先级活跃MAG出现了故障；第二优先级的备用MAG立即转换为新的活跃MAG，开始接管原来活跃MAG所代理的所有MN的通信。
两种功能场景：
(1)初始启动时，发送MAG-HELLO交互信息，检测网络中同组的活跃MAG是否存在；如果存在，向活跃MAG发送SS-REQ包，进行状态同步；如果不存在活跃MAG，且自己优先级最高，自动转变为活跃MAG。
(2)活跃MAG代理MN成功完成一次绑定注册后，自发地向MAGRRS所有的备用MAG发送SS-SPON包。具体可以携带的是BULE移动选项。
新的MAG-SYNC同步消息的基本格式如表2所示：
表 2
类型：8bit无符号整数。被分配了如下几个值：0，状态同步请求(SS-REQ)消息，该类型的消息不包含任何信息，由刚刚启动的MAG向活跃MAG请求所有MN的BUL及隧道状态等信息；1，状态同步应答(SS-REP)消息，该类型的消息在MAGRRS成员之间使用，包含当前活跃MAG的所有的BULE，这个消息由活跃MAG发送，作为SS-REQ消息的应答；2，自发状态同步 (SS-SPON)消息，该类型的消息是在活跃MAG在成功代理MN完成一个绑定注册时，由活跃MAG主动构造SS-SPON消息并发送给MAGRRS中的所有备用MAG；
保留：8bit，保留，该字段由发送者初始化为0，接收者必须忽略该域；
标识符：16bit无符号整数。该字段是用于SS-REQ消息和SS-REP消息的随机数，如果为0值，代表为SS-SPON消息。
MAG-SYNC消息格式中的移动选项主要是用于携带自定义的移动选项来进行活跃MAG与备份MAG之间的若干状态的同步，下面进行详细的介绍。
本发明有新的自定义的移动选项，BULE移动选项，它是被定义用于携带隧道标识、MN的链路局部地址、MN的家乡前缀、MN的LMA地址等关于MN在活跃MAG上的BULE的信息。当活跃MAG接收到一个来自LMA的PBA包。如果PBA的处理状态值为0，说明与LMA已经成功完成绑定注册，则查找BUL，获取对应该PBA包的BULE，然后根据该BULE构造BULE移动选项作为SS-SPON消息的移动选项，由活跃MAG自发地向MAGRRS中的所有备用MAG发送，所有的备用MAG无需回复确认给活跃MAG。
新的BULE移动选项的基本格式如表3所示：
表 3
类型：8bit无符号整数。定义为0x08，指定该移动选项为BULE选项；
长度：8bit无符号整数。固定长度80，十六进制为0x50；
PBU标志位：16bit的标志位，在PMIPv6中定义，它们是A，H，L，K，M，R，P，其中P指定该绑定注册类型是“代理注册”；
序列号：16bit无符号整数，用来判断包含的是否是最新的BULE；
生存时间：16bit无符号整数，标识该BULE生存时间；
代理COA接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG用于与LMA绑定注册的网络接口；
MN接入接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG接收AP日志信息的网络接口；
MN的标识符：32位无符号整数，是MN在PMIPv6域的唯一标识；
隧道标识：8位无符号整数，标识活跃MAG与LMA之间的双向隧道；
MN的家乡网络前缀：128位无符号整数，携带LMA为MN分配的IPv6家乡网络前缀；
MN的家乡网络前缀长度：MN的家乡网络的前缀长度；
保留：为将来的使用预留了16bit的空间；
MN的代理转交地址：128位无符号整数，携带为MN代理注册的MAG代理COA接口索引对应的IPv6地址；
MN的链路地址：128位无符号整数，携带MN通过AP的RA获得的IPv6地址；
MN的LMA地址：128位无符号整数，携带MN的LMA的IPv6地址。
本发明一种实现移动接入网关可靠性的保障方法的步骤如下：
步骤1、初始化LMA和不同优先级的MAG。如图1所示，在每个MAGRRS中定义了至少3个不同优先级的MAG。其中，PMIPv6域的MAGRRS成员命名为“MAG(域值)_（优先级字段）”，其中优先级字段的值越小优先级越高：PMIPv6域1的MAGRRS成员有优先级高、初始化为活跃MAG的MAG1_1（第一优先级，初始为活跃MAG）、MAG1_2（第二优先级，初始化为备用MAG）、MAG1_3（第三优先级，初始为备用MAG）；PMIPv6域2与PMIPv6域1类似，这里不再赘述。下面以PMIPv6域1中的MAGRRS各个成员MAG为例进行详细阐述。
步骤2、如图2所示，MAG1_1、MAG1_2和MAG1_3之间使用各自的独有MAG_SOLE地址，发送MAG-HELLO消息进行交互，用于确定各个MAG的活跃/备份状态。优先级较低的MAG(MAG1_2、MAG1_3)创建交互包MAG-HELLO，包括本MAG优先级及生存时间、MAG-HELLO包的发送间隔、MAGRRS组ID、A/R标志位。然后依次向MAGRRS中优先级比本MAG高的成员发送MAG-HELLO包(优先级低的MAG向优先级高的MAG发送)。步骤2周期性(0.5秒)的进行重复操作。
步骤3、当MAGRRS组成员收到MAG-HELLO消息时，必须首先检查MAGRRS组ID，如果不是本MAGRRS成员发送，则直接丢弃；检查MAG生存时间，如果已经过期，丢弃；检查优先级字段，如果优先级高于本MAG的优先级则忽略；否则检查标志位A，如果为1，说明发送该MAG-HELLO包的MAG为活跃MAG， 本MAG优先级较高，应该切换为活跃MAG，而发送者应该回落成备用MAG。通过MAGRRS成员之间的消息交互，能够快速地确定MAGRRS各个成员的状态：优先级最高的一个为活跃MAG，其他的为备用MAG。此时在PMIPv6域1中，MAG1_1优先级最高且正常运行着，成为活跃MAG，它的代理COA接口配置共享地址MAG_LMA，MN接入接口配置共享地址MAG_AP；而MAG1_2、MAG1_3成为备用MAG，它们的代理COA接口和随时准备着接替可能出现故障的活跃MAG的代理工作。
步骤4、当AP检测到有新的MN接入到PMIPv6域1的无线范围内，则向活跃MAG(MAG1_1)发送一个日志消息，活跃MAG解析日志文件获取MN的MAC地址，判断是否合法；如果合法，则结合MAC地址获取MN的MN-ID描述符；根据MN-ID建立或更新对应新接入MN相应的BULE。而后，活跃MAG构造PBU包发送给LMA，同时添加或更新对应的BULE；LMA接收并解析PBU包：如果PBU包正确，则发送PBA进行确认；如果PBU包错误，则直接丢弃。同时传递LMA对PBU的处理状态，如果处理状态为0，则同时在LMA上添加或更新BC；PBU收到PBA，如果处理状态为0，则更新对应的BULE，说明绑定注册完成；如果处理状态不为0，则删除对应的BULE。活跃MAG完成第一次绑定注册时，在活跃MAG和LMA之间建立双向隧道,隧道端接点地址为MAG_LMA和LMAA。
步骤5、如图3所示，当活跃的MAG(MAG1_1)成功完成一次绑定注册操作时，自发地与MAGRRS的其他备用MAG(MAG1_2、MAG1_3)进行状态同步操作:首先，创建MAG-SYNC同步消息，指定消息为自发类型；然后，设置标识符为一个16bit无符号整数类型的随机数，用于协助匹配状态同步的请求/应答包；最后，构造BULE选项作为MAG-SYNC消息的移动选项。
步骤6、活跃MAG(MAG1_1)构造BULE选项，用于能够即时地与备用MAG(MAG1_2、MAG1_3)同步BUL信息和隧道信息。主要包含最新的已被确认的BULE的大部分信息，需传递的字段有PBU标志位、序列号、生存时间、代理COA接口索引、MN接入接口索引、MN的标识符、隧道标识、MN的家乡网络前缀长度、MN的家乡网络前缀、MN的代理转交地址、MN的链路局部地址、MN的LMA地址。活跃MAG构造BULE选项完毕，自发地向MAGRRS的所有备用MAG发送出去。所有的备用MAG收到并解析MAG-SYNC消息，更新BUL，无需发送SS-REP包。此时所有备用的MAG转为已同步状态。
步骤7、如图4所示，故障迁移。当活跃MAG(MAG1_1)出现故障后，由于步骤2是周期性地进行，MAGRRS的其他备用MAG(MAG1_2、MAG1_3)能够即时地发现此情况，此时MAG1_2迅速转变成新的活跃MAG：使用已同步的、最新的BUL；MAG1_2的代理COA接口配置共享地址MAG_LMA，MAG1_2的MN接入接口配置共享地址MAG_AP(此时，MAG_LMA和MAG_AP已经在MAG1_1上释放)；根据BULE的隧道标识在MAG1_2上重建MAG与LMA之间的双向隧道，以最快的速度恢复出原活跃MAG(MAG1_1)代理的所有MN的通信。
步骤8、如图5所示,故障排除后的操作。当MAG1_1故障排除后重新恢复功能，由于步骤2是周期性地进行，它能够即时地检测到当前活跃MAG(MAG1_2)优先级比自己(MAG1_1)的低，因此向MAG1_2发送一个SS-REQ消息。MAG1_2接收并解析来自MAG1_1的SS-REQ消息，则启动与MAG1_1的状态同步，同时请求一个SS-REP消息。当MAG1_1与MAG1_2状态同步完毕，MAG1_1转变为活跃状态，MAG1_2回落为备用MAG状态。
以上介绍的是在PMIPv6域1中实现MAG可靠性保障的一个具体实施例，对于LMA所管理的多个PMIPv6域（域1--域n）中可以同时为MAG部署如上所述的可靠性保障方法。各个PMIPv6域的MAG可靠性保障是相互独立的，因为一个PMIPv6域中的MAG只负责跟LMA进行代理绑定注册工作，而不与其他PMIPv6域中的MAG进行交互，所以，各个PMIPv6域的MAG可靠性保障可以同时进行。
Claims (4)
1.一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，其特征在于：在接入网关处部署一台活跃MAG和至少一台备用MAG，该保障方法实现的流程如下：
1）初始化启动LMA和PMIPv6域1、PMIPv6域2的MAGRRS的可靠性保障组成员；
2）PMIPv6域1中的MAGRRS第一优先级成员MAG1_1、第二优先级成员MAG1_2和第三优先级成员MAG1_3通过发送MAG-HELLO发现包来实现对活跃/备份状态的确定，其中优先级最高的MAG1_1成为活跃MAG，MAG1_2和MAG1_3成为备用MAG，活跃的MAG与备用的MAG定期地通过发送MAG-SYNC同步消息包，并携带有绑定更新列表BULE移动选项进行状态的同步；
3）AP1负责检测MN的接入和离开，并通过发送日志消息给活跃的MAG1_1，活跃的MAG1_1检查MN是否是已注册合法的用户；如果合法，则由活跃的MAG1_1代理MN，向LMA发送包含有MN的描述符的代理绑定更新信令包，进行代理绑定注册工作；
4）LMA收到来自PMIPv6域1中的活跃MAG1_1的包含有MN的描述符的代理绑定更新信令包后进行确认，如果MN的描述符验证合法，则为活跃的MAG1_1代理的MN分配家乡网络前缀，然后创建代理绑定确认消息发送给活跃的MAG1_1；活跃的MAG1_1接收并解析代理绑定确认消息，然后向MN所在的AP域路由通告LMA为MN分配的家乡网络前缀，MN根据路由通告配置一个全局的家乡地址，然后就可以与通信对端进行通信；
5）当活跃的MAG1_1出现故障后，此时第二优先级的MAG1_2通过发送MAG-HELLO发现包检测到MAG1_1发生了故障，则MAG1_1此时不可用，MAG1_2此时成为活跃状态，MAG1_3仍为备用状态；活跃的MAG1_2使用与MAG1_1最后更新获得的状态进行隧道重建、代理绑定更新列表的重建，以最小的时延恢复MN与CN之间的通信；
6）当不可用的MAG1_1排除故障后，接收到来自优先级比MAG1_1低的MAG1_2和MAG1_3的MAG-HELLO包，发现此时比MAG1_1优先级低的MAG1_2是活跃的，则与此时活跃的MAG1_2进行状态同步，当状态同步完成后，MAG1_1从不可用状态转变为活跃状态，MAG1_2从活跃状态转变为备用状态，MAG1_3仍处于备用状态。
2.如权利要求1所述的一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，其特征在于：
所述的MAG-HELLO消息是被定义用于在MAGRRS成员之间进行信息交互，管理确定MAGRRS成员状态为活跃/备用状态，并用于活跃MAG故障的实时检测；该新消息主要由MAGRRS的优先级较低的MAG向优先级较高的MAG周期性地发送，消息中携带着与该MAG的有关的MAGRRS基本信息；新的MAG-HELLO交互消息的基本格式如表1所示：
表 1
MAG-HELLO消息各字段的含义及作用如下：
序列号：作为MAG-HELLO消息的序列号，用来验证该MAG-HELLO消息是不是最新的MAG-HELLO消息；
MAG优先级：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的源MAG的优先级；
MAG-HELLO生存时间：16bit无符号整数，用来标识发送该MAG-HELLO消息的生存时间；
MAG-HELLO发送间隔：16bit无符号整数，用来标识MAG之间发送MAG-HELLO消息的间隔；
MAGRRS组ID：8bit无符号整数，用来标识MAGRRS的唯一标识；
(A)ctive标志：活跃MAG的标志，如果设置了该标志位，说明当前MAG-HELLO消息的发送者是活跃MAG；
(R)equest标志：请求MAG-HELLO确认消息标志，如果设置了该标志位，那么该MAG-HELLO消息的接收者必须回复一个MAG-HELLO确认消息给发送者；
保留：保留作扩展使用，该域由发送者初始化为0，接收者忽略该域；
移动选项：携带MIPv6规范的移动选项，变长，可选。
3.如权利要求1所述的一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，其特征在于：
所述的MAG-SYNC同步消息是被定义用于在MAGRRS成员之间周期性地进行绑定更新列表BUL信息和隧道信息等状态的同步；当活跃MAG出现故障，备用MAG通过MAG-HELLO交互消息的检测，能够即时检测出第一优先级活跃MAG出现了故障；第二优先级的备用MAG立即转换为新的活跃MAG，开始接管原来活跃MAG所代理的所有MN的通信；
两种功能场景：
(1)初始启动时，发送MAG-HELLO交互信息，检测网络中同组的活跃MAG是否存在；如果存在，向活跃MAG发送SS-REQ包，进行状态同步；如果不存在活跃MAG，且自己优先级最高，自动转变为活跃MAG；
(2)活跃MAG代理MN成功完成一次绑定注册后，自发地向MAGRRS所有的备用MAG发送SS-SPON包，具体可以携带的是BULE移动选项；
新的MAG-SYNC同步消息的基本格式如表2所示：
表2
其中的类型为：8bit无符号整数，被分配了如下几个值：0，状态同步请求SS-REQ消息，该类型的消息不包含任何信息，由刚刚启动的MAG向活跃MAG请求所有MN的绑定更新列表BUL及隧道状态等信息；1，状态同步应答SS-REP消息，该类型的消息在MAGRRS成员之间使用，包含当前活跃MAG的所有的BULE，这个消息由活跃MAG发送，作为SS-REQ消息的应答；2，自发状态同步 SS-SPON消息，该类型的消息是在活跃MAG在成功代理MN完成一个绑定注册时，由活跃MAG主动构造SS-SPON消息并发送给MAGRRS中的所有备用MAG；
保留：8bit，保留，该字段由发送者初始化为0，接收者必须忽略该域；
标识符：16bit无符号整数，该字段是用于SS-REQ消息和SS-REP消息的随机数，如果为0值，代表为SS-SPON消息。
4.如权利要求1所述的一种实现移动接入网关可靠性的保障方法，其特征在于：
所述BULE移动选项是被定义用于携带隧道标识、MN的链路局部地址、MN的家乡网络前缀、MN的LMA地址等关于MN在活跃MAG上的BULE的信息；当活跃MAG接收到一个来自LMA的PBA包，如果PBA的处理状态值为0，说明与LMA已经成功完成绑定注册，则查找BUL，获取对应该PBA包的BULE，然后根据该BULE构造BULE移动选项作为SS-SPON消息的移动选项，由活跃MAG自发地向MAGRRS中的所有备用MAG发送，所有的备用MAG无需回复确认给活跃MAG；
新的BULE移动选项的基本格式如表3所示：
表 3
类型：8bit无符号整数，定义为0x08，指定该移动选项为BULE选项；
长度：8bit无符号整数，固定长度80，十六进制为0x50；
PBU标志位：16bit的标志位，在PMIPv6中定义，它们是A，H，L，K，M，R，P，其中P指定该绑定注册类型是“代理注册”；
序列号：16bit无符号整数，用来判断包含的是否是最新的BULE；
生存时间：16bit无符号整数，标识该BULE生存时间；
代理COA接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG用于与LMA绑定注册的网络接口；
MN接入接口索引：8bit无符号整数，标识活跃MAG接收AP日志信息的网络接口；
MN的标识符：32位无符号整数，是MN在PMIPv6域的唯一标识；
隧道标识：8位无符号整数，标识活跃MAG与LMA之间的双向隧道；
MN的家乡网络前缀：128位无符号整数，携带LMA为MN分配的IPv6家乡网络前缀；
MN的家乡网络前缀长度：MN的家乡网络的前缀长度；
保留：为将来的使用预留了16bit的空间；
MN的代理转交地址：128位无符号整数，携带为MN代理注册的MAG代理COA接口索引对应的IPv6地址；
MN的链路地址：128位无符号数，携带MN通过AP的RA获得的IPv6地址；
MN的LMA地址：128位无符号整数，携带MN的LMA的IPv6地址。
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