CN102149072A

CN102149072A - 一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法

Info

Publication number: CN102149072A
Application number: CN2011100639789A
Authority: CN
Inventors: 马争鸣; 王可; 张飞; 王波涛; 王琳; 张荀; 梁东桓; 张武
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明涉及一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法。具体而言，本发明要解决的问题是：在代理移动IPv6域中，当一组MN从同一个P-MAG切换到另一个N-MAG时，这组MN可以以组的形式进行注册；而当MN从N-MAG离开时，也可以以组的形式进行解除绑定和离开。本发明的目的是这样实现的，扩展MAG的功能，使其能够基于链路层对MN进行分组，并维持分组信息直到MN离开；扩展LMA的功能，使其能够记录并维持分组信息；扩展RFC5213中定义的PBU，PBA和DeReg PBU的消息格式，使其能够支持MN以组的形式进行切换。通过本发明中的方法可以有效地减少MN以组形式移动时的切换时延和信令开销，有利于促进PMIPv6在对时延敏感的业务中的应用。

Description

一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法。

背景技术

当今世界，在飞速发展的IT产业中，最引人注目的当属移动通信和互联网业务。移动通信技术和IP网相融合的结晶---移动IP技术(MIP)，更是容纳了全球通信领域业务。MIP的一个显著特点是移动节点(MN)的移动对于网络层上所承载的应用具有透明性，简单地说，就是MN在不同的网络之间移动，传输层及传输层以上的应用都不必改变通信的源地址和目的地址，从而保持通信的连续性。MIP技术的应用有着广阔前景，它的开发已成为业内研究的热点。

随着网络技术的发展和网络规模的扩大，IPv4地址耗尽问题日益突出，IPv6的试验和部署开始成为业界的热点，伴随着IPv6的广泛部署，移动IPv6(MIPv6)作为IPv6的一个杀手级应用，有望得到规模应用。MIPv6技术使得IPv6移动节点可以使用“家乡地址”在网络中移动，从而保持了上层会话的连续性，但同时也为网络和终端带来了额外的信令开销、复杂的协议栈以及更大的网络时延等问题。目前，IETF的多个工作组正进行MIPv6的扩展研究，其中包括已完成的标准成果PMIPv6(Proxy Mobile IPv6--RFC5213)。

RFC5213在MIPv6的基础上引入了本地移动锚点(LMA)和移动接入网关(MAG)两个新的功能实体。LMA具有类似MIPv6中家乡代理(HA)的功能，是MN家乡网络前缀(MN-HNP)的拓扑锚点，负责维持移动节点的可达状态。MAG是代替MN执行移动管理功能的实体，负责检测MN的接入、离开、初始化以及更新LMA上关于MN的绑定缓存条目。PMIPv6的网络结构示意图如图1所示。

MN接入PMIPv6域时会分配到唯一的MN-HNP，其根据所获得的MN-HNP配置家乡地址。MN接入PMIPv6域的流程如图2所示。首先，MN向其所连接的MAG发送路由请求(RS)消息。在接收到RS消息后，MAG向LMA发送代理绑定更新(PBU)消息，以建立或更新LMA上MN-HNP和MN当前代理转交地址(Proxy-CoA)之间的绑定。LMA根据接收的PBU消息建立或更新相应的绑定缓存条目后，再向MAG回复代理绑定确认(PBA)消息，同时建立到MAG的双向隧道的端节点。MAG将在收到LMA发送来的PBA消息后建立到LMA的双向隧道的端节点，此时，MAG和LMA之间即建立了一条用于传输数据包的双向隧道。最后，MAG将PBA消息中包含的MN-HNP等信息通过路由公告(RA)消息发送至MN，MN将根据收到的MN-HNP等信息配置家乡地址，并在该PMIPv6域内移动时保持其家乡地址不变。

MN在PMIPv6域中获得了初始的地址配置后，当MN改变网络接入点(AP)时，之前的接入网关(P-MAG)检测到MN离开即向LMA发送代理绑定解除(DeReg PBU)消息，请求LMA解除该MN的MN-HNP和当前Proxy-CoA之间的绑定。LMA接收到DeReg PBU消息后解除该绑定缓存，并向P-MAG回复PBA消息。此后，LMA将等待一段指定的时间来允许新的接入网关(N-MAG)更新该绑定缓存，如果指定时间超时，LMA将删除该绑定缓存。N-MAG检测到MN接入时会发送PBU消息至LMA以更新绑定缓存。MN从P-MAG切换至N-MAG的流程如图3所示。

PMIPv6通过扩展MIPv6协议中MN和HA之间的信令消息来支持MN的移动性且无需MN参与。网络中代理移动管理功能的MAG执行与HA之间的信令交互并代替MN进行移动管理，MN将不再参与和HA的信令交互。相对于MIPv6，PMIPv6可以有效的减少信令开销和切换时延，减轻移动终端协议栈的复杂度，提高服务质量。

然而，在PMIPV6域中如何更好的减少切换时延和信令开销依旧是一个重要的研究课题。如一组MN从同一个P-MAG切换到另一个N-MAG时，按照RFC5213的规定，每个MN均需要向N-MAG发送RS消息，而N-MAG也需要针对每个MN向LMA发送PBU消息，同时LMA也需要逐一向N-MAG回复PBA消息。同理，该组MN同时离开N-MAG时同样需要针对每个MN进行离开的相关操作，这显然需要一大笔信令开销，必将增大切换时延。

根据上述情况，本文提出一种基于链路层分组的PMIPv6组切换解决方法，MN将以组的形式进行注册和离开，从而有效地减少切换时延和信令开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于链路层分组的PMIPv6组切换解决方法。通过该方法可以有效地减少MN以组形式移动时的切换时延和信令开销，有利于促进PMIPv6在对时延敏感的业务中的应用。

本发明的目的是这样实现的：

1、N-MAG基于链路层对MN进行分组

N-MAG获取P-MAG的IP地址的流程如图4所示。

(1)MN欲从旧的网络接入点(P-AP)移动到新的网络接入点(N-AP)时，需要向P-AP发送Disassociation消息，该消息中包含MN的MAC地址。

(2)P-AP接收到Disassociation消息后向P-MAG发送日志消息，该消息中包含MN的MAC地址。

(3)P-MAG接收到日志消息后(即检测到MN即将离开)，将向LMA发送DeReg PBU消息，请求LMA解除MN的MN-HNP和当前Proxy-CoA之间的绑定。

(4)LMA收到DeReg PBU消息后，解除MN的MN-HNP和当前Proxy-CoA之间的绑定并向P-MAG回复PBA消息。

(5)MN移动到N-AP，并向N-AP发送Reassociation消息，该消息中携带MN的MAC地址和P-AP的ID。

(6)N-AP接收到消息后向N-MAG发送日志消息，该消息中携带MN的MAC地址和P-AP的ID。

(7)N-MAG接收到日志消息后通过查询本地路由表，由P-AP的ID得到P-MAG的IP地址。

通过上述流程，N-MAG可以获得任意切换过来的MN的P-MAG的IP地址，进而对MN进行分组。分组方法如下：在规定的ΔT时间内，由同一P-MAG切换过来的MN分为一组，称之为组g。

2、扩展原有消息格式以支持组切换

N-MAG对切换过来的MN进行分组后，MN可以以组的形式向LMA注册以及以组的形式离开。本方法将对RFC5213中PBU、PBA和DeReg PBU消息格式进行扩展，以支持MN以组的形式进行切换。

组代理绑定更新(gPBU)消息是对RFC5213中PBU消息的扩展，其消息格式如图5所示。gPBU消息增加了一个新的标识位G，指示是否进行组注册。当进行组注册时，该标识位被置为1；当进行非组注册，即单个MN注册时，该标识位被置为0，此时gPBU消息的功能与RFC5213中PBU消息的功能完全相同。此外，当G＝1时，gPBU消息中的移动选项必须包含组中所有MN的移动节点标识符选项(MN-Identifier)和移动节点链路层标识符选项(MN-LL-Identifier)；当G＝0时，gPBU消息中的移动选项只包含单个MN的MN-Identifier和MN-LL-Identifier。

组代理绑定确认消息(gPBA)是对RFC5213中PBA消息的扩展，其消息格式如图6所示。gPBA消息中也增加了一个新的标识位G。当进行组注册时，该标识位被置为1；当进行非组注册，即单个MN注册时，该标识位被置为0，此时gPBA消息的功能与RFC5213中PBA消息功能完全相同。此外，当G＝1时，gPBA消息移动选项必须包含组中所有MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP；当G＝0时，gPBA消息移动选项只包含单个MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP。

组代理绑定解除(DeReg gPBU)消息是对RFC5213中DeReg PBU消息的扩展，其消息格式如图7所示。DeReg gPBU消息同理也增加了一个新的标识位G。当进行组解除绑定时，该标识位被置为1；当进行非组解除绑定，该标识位被置为0。此外，当G＝1时，DeReg gPBU消息的移动选项可以包含组中任意一个MN的MN-LL-Identifier，一般为第一个离开的MN的MN-LL-Identifier；当G＝0时，DeReg gPBU消息的移动选项必须包含当前MN的MN-LL-Identifier。

3、组切换时组注册的相关操作

MN组注册流程示意图如图8所示：

(1)MN分别向N-MAG发送RS消息。

(2)N-MAG对切换过来的MN进行分组，并记录分组信息。N-MAG再向LMA发送gPBU消息，其中，G＝1，移动选项包含组中所有MN的MN-Identifier和MN-LL-Identifier。LMA接收到gPBU消息后，获得分组信息和组成员信息，并记录分组信息。最后，LMA向N-MAG回复gPBA消息，其中，G＝1，移动选项包含组中所有MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP。

(3)N-MAG接收到gPBA消息后，分别向组成员MN回复RA消息，以告知每个MN各自的MN-HNP。各个MN根据获得的MN-HNP配置接口的家乡地址。

(4)通过分组和组注册过程，LMA和N-MAG上均已记录了分组信息，根据RFC5213的规定，当N-MAG检测到MN离开时即向LMA发送DeReg PBU消息请求解除相应绑定缓存条目。

4、组切换时组离开的相关操作

MN组离开流程如下：

(1)N-MAG检测到ΔT时间内整个组所有成员均要离开，N-MAG向LMA发送DeReg gPBU消息，其中，Lifetime＝0，G＝1，移动选项中包含该组中第一个离开的MN1的MN-LL-Identifier。

(2)LMA接收到DeReg gPBU消息，搜索MN1所在的组，解除整个组的代理绑定缓存条目。LMA再向N-MAG回复gPBA消息，其中，G＝1，移动选项中包含组中第一个离开的MN1的MN-LL-Identifier。

5、组切换时非组离开的相关操作

MN非组离开流程如下：

(1)当N-MAG检测到ΔT时间内不是整个组的所有成员均要离开时，N-MAG仅针对需要离开的MN分别逐一向LMA发送DeReg gPBU消息，其中，Lifetime＝0，G＝0，移动选项中只包含该MN的MN-LL-Identifier。同时，N-MAG需要相应调整已记录的分组信息。

(2)LMA接收到DeReg gPBU消息后，仅解除DeReg gPBU消息移动选项中包含的该MN的代理绑定缓存条目，同时相应调整已记录的分组信息；LMA再向N-MAG回复gPBA消息，其中，G＝0，移动选项中只包含该MN的MN-LL-Identifier。

附图说明

图1为PMIPv6的网络结构示意图

图2为MN接入PMIPV6域的流程图

图3为MN从P-MAG切换至N-MAG的流程图

图4为N-MAG获取P-MAG的IP地址的流程图

图5为gPBU消息格式

图6为gPBA消息格式

图7为DeReg gPBU消息格式

图8为MN组注册流程示意图

图9为实施实例的网络结构示意图

具体实施方式

本发明的目的是提供一种基于链路层分组的PMIPv6组切换解决方法。通过该方法可以有效地减少MN以组形式从P-MAG切换至N-MAG时的切换时延和信令开销，有利于促进PMIPv6在时延敏感等业务中的应用。其基本思想是：N-MAG通过链路层获得P-MAG的IP地址，在时间间隔ΔT内根据P-MAG的相关信息将切换过来的MN进行分组，以组的形式向LMA注册或离开；同时，本文也针对非组离开时的情况提出相关解决办法。

下面我们以5个MN以组形式从P-MAG切换至N-MAG为实例，并结合附图9详细说明本发明的具体实施方式。

1、如图9所示，LMA的地址为aec0:0:0:1::1/64，P-MAG的地址为bec0:0:0:1::1/64，N-MAG的地址为bec0:0:0:1::2/64。其中，MAG具有将MN分组并维持分组信息的功能。

2、MN欲离开P-MAG时，将分别请求解除绑定缓存，具体过程如下：MN欲离开P-AP，通过链路层向P-AP发送Disassociation message，其中包括MN的MAC地址。N-AP接收到Disassociation message后向P-MAG发送日志消息，该消息中携带MN的MAC地址。P-MAG接收到日志消息后(即检测到MN即将离开)，按照RFC5213中的规定，其向LMA发送DeReg PBU，请求LMA解除MN的MN-HNP和P-MAG的IP地址之间的绑定，DeReg PBU的源地址是bec0:0:0:1::1/64，目的地址是aec0:0:0:1::1/64。LMA收到DeReg PBU，接受请求进行相应处理后向P-MAG回复PBA，PBA的源地址是aec0:0:0:1::1/64，目的地址是bec0:0:0:1::1/64。5个MN均通过上述流程解除绑定缓存。

3、MN移动至N-AP时，将分别通过链路层向N-AP发送Reassociation message，请求接入网络。该信息中携带MN的MAC地址和P-AP的ID。N-AP接收到消息后向N-MAG发送日志消息，该消息中携带MN的MAC地址和P-AP的ID。N-MAG接收到日志消息后通过查询本地路由表，由P-AP的ID得到P-MAG的IP地址。最后，N-MAG对切换过来的MN进行分组。由于在指定的时间ΔT内这些MN均具有相同的P-MAG，符合分组条件，故N-MAG将其分为组g，并记录分组信息。

4.MN以组的形式进行注册，每个MN分别向N-MAG发送RS，N-MAG再向LMA发送gPBU。该gPBU的源地址为bec0:0:0:1::2/64，目的地址为aec0:0:0:1::1/64，另外，该gPBU中的标识位(G)被置为1，移动选项中包含g组所有MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP。

LMA接收到gPBU后，获得分组信息和组成员信息，并记录分组信息。LMA在更新相应的绑定缓存条目后向N-MAG回复gPBA，并将gPBU中(G)位设置为1。该gPBA的源地址为aec0:0:0:1::1/64，目的地址为bec0:0:0:1::2/64，另外，该gPBA中的标识位(G)被置为1，移动选项中包含g组所有MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP。

N-MAG接收到gPBA后，分别向组成员回复RA，以告知每个MN各自的MN-HNP。各个MN根据获得的MN-HNP配置接口的家乡地址。

5、MN继续以组形式移动离开N-MAG，当N-MAG检测到MN离开时即向LMA请求解除MN的MN-HNP和N-MAG的IP地址之间的绑定。

N-MAG在ΔT时间内检测到整个g组的MN离开时，将向LMA发送DeReg gPBU。该DeReg gPBU的源地址为bec0:0:0:1::2/64，目的地址为aec0:0:0:1::1/64，另外，该DeReg gPBU中的Lifetime被置为0，标识位(G)被置为1，移动选项中包含组g中第一个离开的MN1的MN-LL-Identifier。

LMA接收到DeReg gPBU，根据已有保存的分组信息，搜索MN1所在的组，发现MN1属于组g，则解除整个g组的绑定缓存，并向N-MAG回复gPBA。该gPBA的源地址为aec0:0:0:1::1/64，目的地址为bec0:0:0:1::2/64，另外，该gPBA中的标识位(G)被置为1，移动选项中包含组g中第一个离开的MN1的MN-LL-Identifier。

Claims

1.一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法，其特征在于：

A、当移动节点(MN)从前一个接入网关(P-MAG)切换到下一个接入网关(N-MAG)时，N-MAG基于链路层对切入N-MAG的MN进行分组；

B、将RFC5213中定义的PBU、PBA和DeReg PBU消息扩展为gPBU、gPBA和DeReggPBU消息，以支持MN以组的形式进行切换；

C、N-MAG对切入的MN进行分组并记录分组信息后，同一组的MN可以以组的形式进行注册；

D、同一组的MN可以以组的形式离开N-MAG，也可以以非组的形式离开N-MAG。

2.根据权利要求1所述的一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法，其特征在于所述步骤A具体包括：

A1、当MN接入下一个接入点(N-AP)时，向N-AP发送Reassociation消息，该消息中携带MN的MAC地址和前一个接入点(P-AP)的ID；

A2、N-AP接收到Reassociation消息后向N-MAG发送日志消息，该消息中携带MN的MAC地址和P-AP的ID；

A3、N-MAG接收到日志消息后通过查询本地路由表，由P-AP的ID得到P-MAG的IP地址，在规定的时间ΔT内，把由同一个P-MAG切换过来的MN分为一组。

3.根据权利要求1所述的一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法，其特征在于所述步骤B具体包括：

B1、gPBU消息是对RFC5213中PBU消息的扩展，增加了一个新的标识位G；当G＝1时，进行组注册，此时，gPBU消息中的移动选项包含组中所有MN的标识符(MN-Identifier)和链路层标识符(MN-LL-Identifier)；当G＝0时，进行非组注册，即单个MN注册，此时，gPBU消息的功能与RFC5213中PBU消息的功能完全相同；

B2、gPBA消息是对RFC5213中PBA消息的扩展，增加了一个新的标识位G；当G＝1时，进行组注册，此时，gPBA消息移动选项包含组中所有MN的MN-LL-Identifier和家乡网络前缀(MN-HNP)；当G＝0时，进行非组注册，即单个MN注册时，此时，gPBA消息的功能与RFC5213中PBA消息的功能完全相同；

B3、DeReg gPBU消息是对RFC5213中DeReg PBU消息的扩展，增加了一个新的标识位G；当G＝1时，进行组解除绑定，此时，DeReg gPBU消息的移动选项可以包含组中任意一个MN的MN-LL-Identifier，一般为第一个离开的MN的MN-LL-Identifier；当G＝0时，进行非组解除绑定，此时，DeReg gPBU消息的功能与RFC5213中DeReg PBU消息的功能完全相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法，其特征在于所述步骤C具体包括：

C1、N-MAG向本地移动锚(LMA)发送gPBU消息，其中G＝1，移动选项包含组中所有MN的MN-Identifier和MN-LL-Identifier；

C2、LMA接收到gPBU消息后，获得组的成员信息，并记录该组的信息；

C3、LMA向N-MAG回复gPBA消息，其中G＝1，移动选项包含组中每个MN的MN-LL-Identifier和MN-HNP；

C4、N-MAG接收到gPBA消息后，分别向组中每个MN回复路由公告消息，以告知其各自的MN-HNP；

C5、MN根据获得的MN-HNP配置各自的家乡地址。

5.根据权利要求1所述的一种基于链路层分组的代理移动IPv6组切换解决方法，其特征在于所述步骤D具体包括：

D1、当N-MAG在规定的时间ΔT内检测到某组的所有MN都要离开时，MN以组的形式离开的具体步骤包括：

D11、N-MAG向LMA发送DeReg gPBU消息，其中G＝1，Lifetime＝0，移动选项中包含组中第一个离开的移动节点(MN1)的MN-LL-Identifier；

D12、LMA接收到DeReg gPBU消息，搜索MN1所在的组，解除整个组的代理绑定缓存条目；

D13、LMA向N-MAG回复gPBA消息，其中G＝1，移动选项中包含MN1的MN-LL-Identifier；

D2、当N-MAG在规定的时间ΔT内检测到某组的部分MN要离开时，需要离开的MN以非组的形式离开的具体步骤包括：

D21、N-MAG仅针对组中需要离开的MN分别逐一向LMA发送DeReg gPBU消息，其中G＝0，Lifetime＝0，移动选项中只包含该MN的MN-LL-Identifier；同时，N-MAG需要相应调整已记录的分组信息；

D22、LMA接收到DeReg gPBU消息后，仅解除DeReg gPBU消息移动选项中所包含的MN的代理绑定缓存条目，同时相应调整已记录的分组信息；

D23、LMA向N-MAG回复gPBA消息，其中G＝0，移动选项中只包含该MN的MN-LL-Identifier。