CN102202356B - 车载网络移动切换的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，所述车载网络中设置三类节点：接入路由器、接入节点及汽车移动节点；接入节点与IPv6互联网的接入路由器相连，汽车移动节点通过与其关联的接入节点接入到IPv6互联网，相邻的汽车移动节点之间进行通信。本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景，因此，本技术具有很高的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动切换的实现系统，尤其涉及的是一种车载网络移动切换的实现方法。
背景技术
车载自组网由于其实用性已经受到广泛关注，成为研究的热点。车载自组网的主要特点之一为路面移动节点沿路进行移动，因此，如何实现路面移动节点的无缝移动切换成为研究的热点之一。
目前现有的移动协议（如HMIPv6，FMIPv6及MIPv6）应用到车载网络中还存在一些问题，主要原因为如下：
1）现有移动协议中，移动节点需要发送和接收大量的控制信息来确保移动过程中的通信畅通，减少数据包的丢失，而传输控制信息会消耗大量的能量，这会大幅度缩减移动节点的寿命；
2）现有移动协议的控制信息数据包开销较大，移动切换延迟较长从而提高了数据包丢失率。
因此需要提出一种移动切换延迟短，数据不包丢失率低的车载网络移动切换的实现方法。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种车载网络移动切换的实现方法。
技术方案：本发明公开了一种车载网络移动切换的实现方法，所述车载网络中设置三类节点：接入路由器、接入节点及汽车移动节点；接入节点与IPv6互联网的接入路由器相连，汽车移动节点通过与其关联的接入节点接入到IPv6互联网，相邻的汽车移动节点之间进行通信；
车载网络中的节点的IPv6地址由三部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个全局路由前缀标识一个接入路由器，与一个接入路由器相连的接入节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分为接入节点ID，接入节点ID唯一标识一个接入节点，在一个接入节点覆盖范围内的汽车移动节点获取的IPv6地址的接入节点ID与该接入节点的IPv6地址的接入节点ID相同；第三部分为汽车移动节点ID，它唯一标识一辆汽车；
汽车移动节点的家乡代理保存一个本地节点记录表，本地节点记录表包括本地汽车移动节点的IPv6地址域及本地汽车移动节点当前所在子网的接入路由器的IPv6地址域；
接入路由器保存一个移动节点路由记录表，移动节点路由记录表包括汽车移动节点的IPv6地址域以及与汽车移动节点关联的接入节点的IPv6地址域；
接入节点保存一个邻居接入节点记录表，用于记录与同一个接入路由器相连的邻居接入节点的信息，包括邻居接入节点的IPv6地址。
在汽车移动节点移动过程中，汽车移动节点的IPv6地址保持不变，无需转交地址，节省了转交地址配置时间和代价，从而缩短了移动切换时间和降低了移动切换代价
本发明所述方法中，汽车移动节点与接入节点相关联，即汽车移动节点在接入节点的通信范围内，接入节点与接入路由器相连从而接入互联网，接入节点查询邻居接入节点记录表判断汽车移动节点即将关联的下一个接入节点是否与自己同属于一个接入路由器，如果是，则获取下一个接入节点的IPv6地址，并通过下述过程实现汽车移动节点的预移动切换过程：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点向接入路由器发送更新消息，消息负载为汽车移动节点的IPv6地址与下一个接入节点的IPv6地址；
步骤303：接入路由器收到更新消息后，查看移动节点路由记录表，将汽车移动节点相应的路由表项的关联接入节点的IPv6地址更新为下一个接入节点的IPv6地址；
步骤304：结束。
在上述预移动切换过程中，移动切换在汽车移动节点当前关联的接入节点与汽车移动节点一跳范围内的接入路由器之间进行，汽车移动节点无需参与移动切换过程，因此缩短了移动切换延迟和数据包丢失率，降低了移动切换代价。
本发明所述方法中，在移动切换过程中，汽车移动节点与当前关联的接入节点链路相连，接收接入节点转发的数据，移动切换过程结束后，汽车移动节点与下一个接入节点链路相连，开始接收下一个接入节点转发的数据。
本发明所述方法中，汽车移动节点定期在其一跳范围内广播关联接入节点的IPv6地址。
本发明所述方法中，汽车移动节点CMN1与接入节点AP1关联，汽车移动节点CMN1的一跳范围内的汽车移动节点CMN2与接入节点AP2关联，汽车移动节点CMN1收到汽车移动节点CMN2广播的关联接入节点IPv6地址后，判断即将关联的下一个接入节点AP2与当前关联的接入节点AP1是否属于不同的接入路由器，如果接入节点AP1和接入节点AP2属于不同的接入路由器，即接入节点AP1属于接入路由器AR1，接入节点AP2属于接入路由器AR2，汽车移动节点CMN1则请求汽车移动节点CMN2进行移动切换操作，其过程为：
步骤501：开始；
步骤502：汽车移动节点CMN1向汽车移动节点CMN2发送预移动切换消息；
步骤503：汽车移动节点CMN2收到汽车移动节点CMN1发送的消息后，向汽车移动节点CMN1的家乡代理发送更新消息，消息负载为汽车移动节点CMN1的IPv6地址以及汽车移动节点CMN2的关联接入节点AP2的IPv6地址；
步骤504：更新消息通过接入节点AP2到达接入路由器AR2，接入路由器AR2收到更新消息后，在其移动节点路由记录表中增加一条表项，表项的移动节点IPv6地址域为汽车移动节点CMN1的IPv6地址，关联接入节点IPv6地址域为接入节点AP2的IPv6地址，然后将更新消息发送到互联网；
步骤505：更新消息在互联网内进行路由，最后到达汽车移动节点CMN1的家乡代理，家乡代理查看本地节点记录表，将汽车移动节点CMN1对应表项中当前子网接入路由器的IPv6地址更新为接入路由器AR2的IPv6地址，其中，接入路由器AR2的IPv6地址从接入节点AP2的IPv6地址中获取；
步骤506：家乡代理判断是否建立了到达接入路由器AR2的隧道，如果是，进行步骤508，否则进行步骤507；
步骤507：家乡代理建立到达接入路由器AR2的隧道；
步骤508：结束；
在移动切换过程中，汽车移动节点与当前关联的接入节点链路相连，接收接入节点转发的数据，移动切换过程结束后，汽车移动节点与下一个接入节点链路相连，开始接收下一个接入节点转发的数据。
车载网络与其他移动网络不同，车载网络中的汽车移动节点按照道路进行高速行驶，汽车移动节点在高速行驶的同时要与外界网络通信，因此对于移动切换的延迟时间以及丢包率有很高的要求，本发明提出汽车移动节点请求另外一个汽车移动节点进行预先移动切换机制，即在二层移动切换之前进行三层移动切换，因此汽车移动节点在预移动切换过程中，仍然与当前关联的接入节点链路相连，当前关联的接入节点仍然能够将目的地址为汽车移动节点的数据转发给汽车移动节点，从而降低了数据丢包率，缩短了移动切换时间，确保了通信的连续性。
本发明所述方法中，家乡代理HA与接入路由器AR之间建立隧道后，所有家乡代理HA的汽车移动节点移动到由AR标识的子网时，都采用该隧道通信，当隧道内无数据通信时，拆除家乡代理HA。
有益效果：本发明提供了一种车载网络移动切换的实现方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明所述的接入路由器、接入节点及汽车移动节点结构示意图。
图2为本发明所述的节点IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述的本地节点记录表示意图。
图4为本发明所述的移动节点路由记录表结构示意图。
图5为本发明所述的邻居接入节点记录表结构示意图。
图6为本发明所述的汽车移动节点在即将关联的下一个接入节点与当前接入节点同属于一个接入路由器时的移动切换流程示意图。
图7为本发明所述的汽车移动节点在即将关联的下一个接入节点与当前接入节点同属于不同接入路由器时的移动切换流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种车载网络移动切换的实现方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
图1为本发明所述的接入路由器、接入节点及汽车移动节点结构示意图。所述车载网络中设置三类节点：接入路由器1、接入节点2及汽车移动节点3，接入节点2与IPv6互联网4的接入路由器1相连，汽车移动节点3通过与其关联的接入节点2接入到IPv6互联网4，相邻的汽车移动节点3之间进行通信。
图2为本发明所述的节点IPv6地址结构示意图。车载网络中的节点的IPv6地址由三部分组成：第一部分是全局路由前缀，长度为64比特，一个全局路由前缀标识一个接入路由器，与一个接入路由器相连的接入节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分为接入节点ID，长度为i比特，接入节点ID唯一标识一个接入节点，在一个接入节点覆盖范围内的汽车移动节点获取的IPv6地址的接入节点ID与该接入节点的IPv6地址的接入节点ID相同；第三部分为汽车移动节点ID，长度为（64-i）比特，它唯一标识一辆汽车。
图3为本发明所述的本地节点记录表示意图。本地节点记录表包括本地汽车移动节点的IPv6地址域及本地汽车移动节点当前所在子网的接入路由器的IPv6地址域。
图4为本发明所述的移动节点路由记录表结构示意图。移动节点路由记录表包括汽车移动节点的IPv6地址域以及与汽车移动节点关联的接入节点的IPv6地址域。
图5为本发明所述的邻居接入节点记录表结构示意图。邻居接入节点记录表用于记录与同一个接入路由器相连的邻居接入节点的信息，包括邻居接入节点的IPv6地址。
图6为本发明所述的汽车移动节点在即将关联的下一个接入节点与当前接入节点同属于一个接入路由器时的移动切换流程示意图。汽车移动节点与接入节点相关联，即汽车移动节点在接入节点的通信范围内，接入节点与接入路由器相连从而接入互联网，接入节点查询邻居接入节点记录表判断汽车移动节点即将关联的下一个接入节点是否与自己同属于一个接入路由器，如果是，则获取下一个接入节点的IPv6地址，并通过下述过程实现汽车移动节点的预移动切换过程：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点向接入路由器发送更新消息，消息负载为汽车移动节点的IPv6地址与下一个接入节点的IPv6地址；
步骤303：接入路由器收到更新消息后，查看移动节点路由记录表，将汽车移动节点相应的路由表项的关联接入节点的IPv6地址更新为下一个接入节点的IPv6地址；
步骤304：结束。
图7为本发明所述的汽车移动节点在即将关联的下一个接入节点与当前接入节点同属于不同接入路由器时的移动切换流程示意图。
如图所示，汽车移动节点CMN1与接入节点AP1关联，汽车移动节点CMN1的一跳范围内的汽车移动节点CMN2与接入节点AP2关联，汽车移动节点CMN1收到汽车移动节点CMN2广播的关联接入节点IPv6地址后，判断即将关联的下一个接入节点AP2与当前关联的接入节点AP1是否属于不同的接入路由器，如果接入节点AP1和接入节点AP2属于不同的接入路由器，即接入节点AP1属于接入路由器AR1，接入节点AP2属于接入路由器AR2，汽车移动节点CMN1则请求汽车移动节点CMN2进行移动切换操作，其过程为：
步骤501：开始；
步骤502：汽车移动节点CMN1向汽车移动节点CMN2发送预移动切换消息；
步骤503：汽车移动节点CMN2收到汽车移动节点CMN1发送的消息后，向汽车移动节点CMN1的家乡代理发送更新消息，消息负载为汽车移动节点CMN1的IPv6地址以及汽车移动节点CMN2的关联接入节点AP2的IPv6地址；
步骤504：更新消息通过接入节点AP2到达接入路由器AR2，接入路由器AR2收到更新消息后，在其移动节点路由记录表中增加一条表项，表项的移动节点IPv6地址域为汽车移动节点CMN1的IPv6地址，关联接入节点IPv6地址域为接入节点AP2的IPv6地址，然后将更新消息发送到互联网；
步骤505：更新消息在互联网内进行路由，最后到达汽车移动节点CMN1的家乡代理，家乡代理查看本地节点记录表，将汽车移动节点CMN1对应表项中当前子网接入路由器的IPv6地址更新为接入路由器AR2的IPv6地址，其中，接入路由器AR2的IPv6地址从接入节点AP2的IPv6地址中获取；
步骤506：家乡代理判断是否建立了到达接入路由器AR2的隧道，如果是，进行步骤508，否则进行步骤507；
步骤507：家乡代理建立到达接入路由器AR2的隧道；
步骤508：结束；
在移动切换过程中，汽车移动节点与当前关联的接入节点链路相连，接收接入节点转发的数据，移动切换过程结束后，汽车移动节点与下一个接入节点链路相连，开始接收下一个接入节点转发的数据。
综上所述，本发明提供了一种车载网络移动切换的实现方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景，因此，本技术具有很高的推广价值。
本发明提供了车载网络移动切换的实现方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，所述车载网络中设置三类节点：接入路由器、接入节点及汽车移动节点；接入节点与IPv6互联网的接入路由器相连，汽车移动节点通过与其关联的接入节点接入到IPv6互联网，相邻的汽车移动节点之间进行通信；
车载网络中的节点的IPv6地址由三部分组成：第一部分是全局路由前缀，一个全局路由前缀标识一个接入路由器，与一个接入路由器相连的接入节点的IPv6地址的全局路由前缀相同；第二部分为接入节点ID，接入节点ID唯一标识一个接入节点，在一个接入节点覆盖范围内的汽车移动节点获取的IPv6地址的接入节点ID与该接入节点的IPv6地址的接入节点ID相同；第三部分为汽车移动节点ID，它唯一标识一辆汽车；
汽车移动节点的家乡代理保存一个本地节点记录表，本地节点记录表包括本地汽车移动节点的IPv6地址域及本地汽车移动节点当前所在子网的接入路由器的IPv6地址域；
接入路由器保存一个移动节点路由记录表，移动节点路由记录表包括汽车移动节点的IPv6地址域以及与汽车移动节点关联的接入节点的IPv6地址域；
接入节点保存一个邻居接入节点记录表，用于记录与同一个接入路由器相连的邻居接入节点的信息，包括邻居接入节点的IPv6地址。
2.根据权利要求1所述的车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，汽车移动节点与接入节点相关联，即汽车移动节点在接入节点的通信范围内，接入节点与接入路由器相连从而接入互联网，汽车移动节点定期在其一跳范围内广播关联接入节点的IPv6地址，接入节点查询邻居接入节点记录表判断汽车移动节点即将关联的下一个接入节点是否与自己同属于一个接入路由器，如果是，则获取下一个接入节点的IPv6地址，并通过下述过程实现汽车移动节点的预移动切换过程：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点向接入路由器发送更新消息，消息负载为汽车移动节点的IPv6地址与下一个接入节点的IPv6地址；
步骤303：接入路由器收到更新消息后，查看移动节点路由记录表，将汽车移动节点相应的路由表项的关联接入节点的IPv6地址更新为下一个接入节点的IPv6地址；
步骤304：结束。
3.根据权利要求2所述的车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，移动切换过程中，汽车移动节点与当前关联的接入节点链路相连，接收接入节点转发的数据，移动切换过程结束后，汽车移动节点与下一个接入节点链路相连，开始接收下一个接入节点转发的数据。
4.根据权利要求1所述的车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，汽车移动节点定期在其一跳范围内广播关联接入节点的IPv6地址。
5.根据权利要求2所述的车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，汽车移动节点CMN1与接入节点AP1关联，汽车移动节点CMN1的一跳范围内的汽车移动节点CMN2与接入节点AP2关联，汽车移动节点CMN1收到汽车移动节点CMN2广播的关联接入节点IPv6地址后，判断即将关联的下一个接入节点AP2与当前关联的接入节点AP1是否属于不同的接入路由器，如果接入节点AP1和接入节点AP2属于不同的接入路由器，即接入节点AP1属于接入路由器AR1，接入节点AP2属于接入路由器AR2，汽车移动节点CMN1则请求汽车移动节点CMN2进行移动切换操作，其过程为：
步骤501：开始；
步骤502：汽车移动节点CMN1向汽车移动节点CMN2发送预移动切换消息；
步骤503：汽车移动节点CMN2收到汽车移动节点CMN1发送的消息后，向汽车移动节点CMN1的家乡代理发送更新消息，消息负载为汽车移动节点CMN1的IPv6地址以及汽车移动节点CMN2的关联接入节点AP2的IPv6地址；
步骤504：更新消息通过接入节点AP2到达接入路由器AR2，接入路由器AR2收到更新消息后，在其移动节点路由记录表中增加一条表项，表项的移动节点IPv6地址域为汽车移动节点CMN1的IPv6地址，关联接入节点IPv6地址域为接入节点AP2的IPv6地址，然后将更新消息发送到互联网；
步骤505：更新消息在互联网内进行路由，最后到达汽车移动节点CMN1的家乡代理，家乡代理查看本地节点记录表，将汽车移动节点CMN1对应表项中当前子网接入路由器的IPv6地址更新为接入路由器AR2的IPv6地址，其中，接入路由器AR2的IPv6地址从接入节点AP2的IPv6地址中获取；
步骤506：家乡代理判断是否建立了到达接入路由器AR2的隧道，如果是，进行步骤508，否则进行步骤507；
步骤507：家乡代理建立到达接入路由器AR2的隧道；
步骤508：结束；
在移动切换过程中，汽车移动节点与当前关联的接入节点链路相连，接收接入节点转发的数据，移动切换过程结束后，汽车移动节点与下一个接入节点链路相连，开始接收下一个接入节点转发的数据。
6.根据权利要求5所述的车载网络移动切换的实现方法，其特征在于，家乡代理HA与接入路由器AR之间建立隧道后，所有家乡代理HA的汽车移动节点移动到由AR标识的子网时，都采用该隧道通信，当隧道内无数据通信时，拆除家乡代理HA。
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