CN102546749A - 用于接入移动ip 网的方法以及ip 承载网 - Google Patents

Abstract

本发明提出用于接入移动IP网的方法以及IP承载网，通过位于IP承载网边缘支持移动IP网接入的路由器接入所述移动IP网，并在应用服务器的调度下，为接入的所述移动IP网建立新路由，在收到应用服务器的路由切换指令前，所述新路由不传送移动IP网的流量。已建立新路由之后，在应用服务器的调度下，将移动IP网的流量切换到新路由上。本发明为移动IP网在高速移动过程中提前预建立路由，实现快速路由以及路由切换，且新路由不会对正在传输的数据产生影响。

Description

用于接入移动IP 网的方法以及IP 承载网

技术领域

本发明涉及电信和IT应用技术，主要是解决高铁和飞机等高速交通工具中终端和设备如何在高速移动过程中接入公共互联网的问题。

背景技术

随着航空业的稳步发展，特别是高铁建设的飞速发展，越来越多的人选择高速交通工具出行。一般来说，飞机和高铁等高速交通工具行驶稳定，乘客有足够的空间和时间来使用各种智能终端(手机、笔记本电脑、掌上电脑等)进行上网，因而飞机和高铁等高速交通工具将是乘客进行移动数据通信的重要场所。

对于商务人士，旅行上网可以利用旅行时间及时处理公务、处理邮件、甚至召开会议；对于学生以及其它非商务人士来说，交通工具内上网比如浏览新闻、欣赏音乐、下载视频、即时聊天等，可以提高旅行体验。而且，从互联网的角度来说，将互联网服务延伸到高速交通工具内也是建设无所不在互联网的重要的一步。

大型高速公共交通工具(乘客人数多于100)内的乘客使用互联网服务，需要通过建设在交通工具内的局域网络接入和中继，再通过专门的无线或者有线接入链路接入到公共互联网，而不是由个人终端与外部网建立直接通信链路。主要有以下两个原因：

首先，由于无线链路在用户终端高速移动过程中存在多普勒频移现象，速度越高，多普勒频移现象越严重，高速公共交通工具的速度多为300km/s以上，在这种情况下，多普勒频移效应会造成普通用户终端难以和外界通信。

其次，高铁列车车厢为全封闭金属车体，无线信号难以穿越车体，在高速交通工具内，个人用户的移动终端难以和外部公共互联网建立和保持可靠的数据通信。

对公共互联网而言，高速交通工具内的网络就是一个高速移动的客户网络(后面统称“移动IP网”，英文为MIPN)。目前的互联网是不具备支持客户网络移动的能力，也就是不能支持移动型IP网络的接入和快速切换。这主要是因为互联网(包括IPv4和IPv6在内)是基于IP地址寻址和路由数据包的，而IP地址在全球采用层级分配与管理的方式，这样IP地址资源一般属于一个地区的某个机构，特定的IP地址前缀一般由客户网络在特定位置使用，而不能大范围移动。如果用户在另外一个地方发出该地址前缀的通告，网络甚至会认为这个地址前缀被恶意劫持而予以拒绝发布。

从IP路由的角度来说，首先，支持移动IP网的核心问题是如何将互联网发送给特定移动IP网的数据快速而准确地转发到目的地，这就要求互联网能及时精确地跟踪该移动IP网的移动。其次，此场景对于互联网的另外一个要求是支持移动IP网在高速移动过程中用户IP地址的不变性，这主要是为了保持应用层会话的连续性，否则，用户的应用层会话将随着IP地址的改变而中断，这在宽带应用中是不允许的。再次，在移动过程中特别是在IP层接入点切换过程中保证数据传输的性能，即选取最佳路径为用户传输数据，降低数据传输的开销。以上已成为当前互联网支持移动IP网络必须解决的关键问题之一。

针对如上问题，目前业界已提出了多种方案，如IETF NEMO、波音的BGP纯动态路由和MPLS承载等方案，但这些已有方案不能很好地满足高速交通工具网络接入的需求。其中：

在IETF的NEMO方案中，移动IP网在其家乡代理HA中维护了自己的IP地址前缀和当前网络位置IP地址的绑定，而且需要在自己移动的过程中及时更新该绑定。在获得移动IP网最新绑定数据的前提下，HA截获第三方发给移动IP网的数据流并转发到移动IP网的当前位置，这种方案的优点是纯粹由客户自己负责移动IP网的移动性管理，因此移动性对于公共互联网透明，不会影响到公网的路由，其缺点是发送到移动IP网的数据流需要中转，产生了影响数据传输性能的“三角路由”问题，而且需要移动IP网向家乡代理及时通告自己的当前位置，在开放互联网环境下会产生较大的安全隐患。

波音的BGP纯动态路由方案的思路是当移动IP网移动到新的网络接入点时，由新的网络接入点在大网中发布对应于该IP地址前缀的路由通告，此时，全网的路由器要及时跟踪该移动IP网的位置，并及时在路由表中更新该移动IP网的路由记录，该方案的优点是不需要客户网络做任何改动，降低了客户网络的成本；缺点是大网需要及时跟踪所有客户网络的移动并及时记录每个移动IP网当前的位置，由于每个移动IP网的地址块都比较小，而移动IP网的数量较大，因此在公网动态发布移动IP网的路由前缀会对公网路由的稳定造成严重影响，不是一种可扩展的方案，因此一般不被采纳。

基于MPLS的方案，即利用MPLS和MP-BGP协议来联合跟踪客户网络的移动，并交换客户网络的路由信息。由于MPLS网络中数据转发是基于标记转发数据流，其好处是可以原样使用IP路由器，只是对于BGP协议进行一定的扩展。但已有方案没有提出针对高速交通工具网络需求的高速切换方案。移动IP网在实现IP接入点切换的过程中，需要接入认证以及路由发布过程需要较长时间，这种方案由于切换时间较长而影响上层业务的性能，甚至使上层通信产生中断。其次，在无控制之下的动态发布移动IP网的路由，需要较长时间进行路由收敛，路由收敛是当路由变化之后通告新的路由后，在网络中可见并达到稳定状态，路由收敛会对于网络的路由稳定性产生影响，甚至产生严重的路由抖动。

以上的各种方案，没有专门针对高速交通工具的应用场景而设计，均不能很好地满足高速交通工具内移动IP网的接入和数据承载。

发明内容

鉴于以上，本发明提出用于接入移动IP网的方法以及IP承载网。

本发明提出的用于接入移动IP网的方法，通过位于IP承载网边缘支持移动IP网接入的路由器接入所述移动IP网，并在应用服务器的调度下，为接入的所述移动IP网建立新路由，所述方法包括以下步骤：

所述IP承载网的当前接入路由器为移动IP网提供接入和数据转发服务，但IP承载网未给移动IP网建立新路由，所述当前接入路由器通知应用服务器；

所述应用服务器根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，从所述接入路由器集合中选取将要切换到的切换接入路由器，发送预先建立新路由的指示；

所述IP承载网的切换接入路由器在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀并建立新路由，在收到所述应用服务器的路由切换指令前，所述新路由不传送移动IP网的流量。

本发明提出的用于接入移动IP网的IP承载网，其边缘具有支持移动IP网接入的路由器，包括：

当前接入路由器，配置于为移动IP网提供接入和数据转发服务，但IP承载网未给移动IP网建立新路由，当前接入路由器通知应用服务器；

切换接入路由器，配置于在收到应用服务器的建立新路由的指示时，建立新路由并在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀，所述新路由在收到应用服务器的路由切换指令前不传送移动IP网的流量；

应用服务器，包括：

序列生成单元，配置于根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合；

移动路由建立和切换调度单元，配置于从所述接入路由器集合中选取将要切换到的切换接入路由器，发送预先建立新路由的指示，并指示切换接入路由器在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀。

与现有技术相比，本发明具有至少如下之一的优点：

首先，为位于飞机和高铁等高速交通工具内的移动IP网提供一种互联网接入和数据承载方案。保证了提供移动管理服务的IP承载网能及时跟踪多个移动IP网的移动过程，使得客户网络在移动过程中根据当前位置动态就近接入不同的IP接入点(即后面提到的mPE设备)；

其次，本发明根据高速公共交通工具路径固定的特点，为每个移动IP网建立提供移动接入服务的接入点序列，这样在当前接入点为移动IP网提供接入服务并传输数据的同时，可以在下一个接入点为该移动IP网提前建立新路由，为下一步的快速切换做好准备，而且本发明也保证新建立的路由不会对于正在传输的数据产生影响；

再者，在支持客户网络移动的同时，不会对于公共互联网的路由产生影响，由提供移动接入服务的IP承载网负责移动的管理，将客户移动IP网位置的跟踪和路由信息的发布限制在IP承载网的部分网络节点范围内，保证了本发明的可扩展性和可实施性。

总之，本发明结合了高速公共交通工具的路径信息，提前在网络中为客户网络预建立路由而设计的一种移动IP网在高速移动过程中实现快速路由、切换的方案。

附图说明

图1示出本发明实施例中用于接入移动IP网的IP承载网的组网示意图，在图1中示出了移动IP网以及IP承载网。其中，在移动IP网中包括移动路由器(MR)，在IP承载网中包括AS、支持移动的PE路由器(mPE)、P以及PE设备。

图2示出本发明实施例中移动IP网穿越多个mPE服务区示意图。

图3示出本发明实施例中用于接入移动IP网的方法流程，包括移动IP网新路由预建立以及进一步进行路由切换的流程示意图。

图4示出本发明系统实施例中的AS的结构示意图。

具体实施方式

高速公共交通工具具有轨道或者航线固定的特点，即其移动IP网的路径一般是固定的，而且其移动是多次重复的，这为IP承载网及时跟踪其移动，实现快速数据转发和快速路由切换提供了重要信息。

本发明提出用于接入移动IP网的方法以及IP承载网。在本发明中，移动IP网的接入和移动管理是由基于MPLS转发的IP承载网来负责，但和已有支持移动的MPLS方法不同的是，本发明基于高速交通工具路径固定的特点，专门设计了AS(应用服务器)来负责移动路由建立和路由切换调度。

移动IP网的路由信息是采用专门扩展的MP-iBGP协议在支持移动的PE间来发布和传送，其中，支持移动的PE即mPE，是移动IP网接入到IP承载网的接入点，这样IP承载网中每个mPE设备及时获知每个移动IP网的当前位置；路由的动态建立和路径切换是由AS来统一调度，也就是AS指示mPE根据每个移动IP网的当前位置和其路径信息为移动IP网提前建立新路由，并在当前的mPE不能继续提供服务时，AS指示IP承载网中所有的mPE将发送给移动IP网的流量切换到新路由上，实现移动IP网新旧路由的快速切换。

在以上过程中，客户移动IP网的IP地址前缀以及分配给终端用户的IP地址是保持不变的，这样保证了移动IP网的移动对于上层应用是透明的。要指出的是，本发明中的IP协议代表IPv4和IPv6协议，也就是所有设计的新功能同时支持IPv4和IPv6协议，是一种支持向下一代互联网过渡的方案。

下面将结合附图和实施例进行详细说明。

图1示出本发明用于接入移动IP网的IP承载网的组网示意图。本发明提出移动IP网的路由实现和数据承载方案，主要是实现下方的移动IP网和大网建立数据通路，并实现对于公共互联网资源的访问。在客户网络高速移动过程中，实现路由建立和数据传输过程在时间上的并行，根据高速交通工具的路径信息提前在下一个即将接入的IP接入点为客户网络建立新路由，移动IP网在切换到新的IP接入点时直接进入到数据流传输环节，不必再进行IP地址前缀发布以及路由建立过程，减少了切换时间，大大提升了切换质量，保证了上层业务性能。下面对该系统的各个部分进行详细说明。

MR是位于高速交通工具内的路由器设备，是移动IP网的核心组网设备。对内作为网关负责汇聚接入所有的用户终端，向用户终端分配IPv4/IPv6地址，并提供互联网接入服务。对外通过移动接入链路接入到IP承载网中，在IP层面其负责向IP承载网的接入点提供自己的帐号等信息以进行注册，并通告自己的IPv4/IPv6地址前缀；在通过接入点接入到IP承载网后，负责转发用户终端发送到公网和从公网接收到的流量。另外，还具备客户网关的必备功能。

mPE是位于IP承载网边缘支持移动IP网接入的接入点设备，它是IP承载网实施动态路由建立、客户流量转发以及高速路由切换的关键设备。负责对移动IP网进行接入控制；在移动IP网注册后将该移动IP网的路由前缀在IP承载网中进行通告，跟踪每个移动IP网的当前位置；接收AS的指令在IP承载网内建立最新路由；还按照IP承载网的路由组织为移动IP网实施流量转发；接收AS的调度指令为特定移动IP网实施路由切换。

AS是基于应用层交通信息实施路由动态建立和快速切换的调度服务器。AS可以为逻辑实体，在网络部署时IP可达即可，对于位置的设置无特殊要求。其根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，提前建立为移动IP网提供接入服务的mPE集合；进一步，在该移动IP网移动过程中，还根据移动IP网的当前位置对mPE集合进行排序生成mPE序列，在IP承载网中为其建立新路由以及还在必要时实施路由切换，并指示相关的mPE实施该指令。

图1中除了以上三个网元外，还有P、PE设备，它们是MPLS中的标准网元设备，支持移动IP网，对移动IP网没有额外要求。其中的MP-IBGPm协议是mPE之间交换移动IP网路由的协议，支持移动的MP-iBGP会话，是对于传统的MP-iBGP协议进行的扩展。

对于IP承载网来说，支持移动IP网的核心问题是如何将发给移动IP网的数据快速准确地传送到移动IP网的当前位置，也就是能及时掌握该移动IP网在网络中的位置，并基于该位置建立数据传输路由。

为了达到以上目的，本发明采用MPLS网络作为数据传输平台，MPLS网络采用标记交换的数据传送方式，其中的LSP(标记交换路径)可作为移动IP网的数据传输通道。MPLS网络中，任意两个PE之间都预先建有直达的LSP(标记交换路径)，用LSP来传送移动数据比纯IP路由转发可以提高传送速度。在实现上，当移动IP网接入到特定的mPE接入点上时，本发明为移动IP网的IP地址前缀动态分配移动标记，用于在mPE之间的MP-iBGPm会话中标识该移动IP网，并通过移动标记实现LSP和移动IP网中IP地址前缀的关联。

本发明的路由建立和快速切换是在AS统一调度之下完成的，在此对于各个基本过程先逐个介绍。在移动IP网发现mPE(k)并通过认证鉴权接入到mPE(k)后，主要的几个基本过程如下：

1)移动标记分配与关联

移动IP网中的MR将向mPE(k)通告该移动IP网的如下信息：

——移动网络标识Mobile_ID

——MR接口IP地址MR_interface_IPaddr

——IP地址前缀Mobile_IPaddr_Prefix

——路由模式标志routing_mode_flag

——其它必要信息

其中，routing_mode_flag是是否采用AS路由调度的标志。为了能实现将发向该移动IP网的数据在IP承载网上传输，mPE(k)为该移动IP网地址前缀分配一个本地性的移动标记mLabel，该移动标记将是实现动态路由建立和基于标记交换移动业务数据的关键。在获得以上信息后，就可以实现如下的信息关联记录：

{mLabel，Mobile_ID，MR_interface_IPaddr，Mobile_IPaddr_Prefix，routing_mode_flag}

并存储在mPE(k)本地数据库中。

2)路由通告

mPE(k)在完成如上信息关联记录后，通过MP-iBGPm协议及时向IP承载网内的其它mPE路由器发送如下信息，在此该对端mPE路由器表示为mPE(i)，

{mLabel，Mobile_ID，Mobile_IPaddr_Prefix，routing_mode_flag}

上面提到，routing_mode_flag是是否采用AS路由调度的标志，其值为1表示采用AS路由调度，其值为0表示不采用AS调度，即由mPE(k)和mPE(i)直接协商建立路由，与现有技术一致。

这些信息可以承载在MP_BGP_UPDATE消息中的NLRI域中，也就是对于MP-iBGP协议做这样的扩展，我们称之为MP-iBGPm。

在经过如上的信息交互后，这样对端的mPE(i)就获得了该移动IP网当前接入的mPE(k)地址、IP地址前缀、移动标记等信息，其中，mPE(k)地址是通过IP层传递的。以上信息将存储在mPE(i)本地数据库中。需要提到的是，在扁平的对等结构的网络拓扑中，所有的mPE路由器之间存在全互联的MP-iBGPm会话，相互之间可直接发布移动IP网的路由信息；在分层结构的网络中，为了降低全互联带来的可扩展性问题，则通过路由反射器RR在mPE路由器之间交换移动IP网的路由信息，本发明支持以上两种网络拓扑。

3)流量转发

当对端mPE(i)路由器接收到发给移动IP网的数据后，将利用其目的IP地址前缀检查mPE(i)本地数据库，并找到匹配于该目的IP地址的记录，提取其移动标记mLabel作为本次MPLS数据转发的内层标记。基于mPE(i)本地数据库中的mPE(k)地址，获取其对应的LSP的标记作为MPLS数据转发的外层标记(根据IP地址来获取相应的LSP，mPE(k)地址与LSP的标记绑定方式是在mPE内部实现，不需要显性来做)。在获取内层和外层标记后，外层标记是用于查找IP地址的标记，填写MPLS数据包中的相关字段并在IP承载网中进行转发。

当mPE(k)收到该数据包后首先去除外层标记，然后根据内层标记mLabel查询本地数据库，判定该数据包所对应的移动IP网，并提取其重要网络信息如MR_interface_IPaddr和Mobile_IPaddr_Prefix后，通过移动路由器的接口IP地址转发到该移动IP网。

4)路由撤销

mPE(k)向其它mPE节点发送到达特定移动IP网的路由撤销信息，表示mPE(k)不再为该移动IP网提供接入服务，通告其它mPE路由器撤销对应的路由记录，该信息也通过MP-iBGPm进行传送，也即通过MP_BGP_UPDATE消息中的NLRI域进行传送。

以上是基于MPLS支持移动IP网数据转发的基本过程，本发明设计了专门的AS来调度路由建立和路由切换过程，目的是为了让IP承载网及时跟踪移动IP网的位置，利用最佳路径向其提供数据转发服务；其次，实现移动IP网路由的提前建立，从而减轻路由通告和收敛过程对于数据转发的影响，也有利于数据路径的快速切换。

在本发明中，AS和IP承载网的每个mPE之间都有控制通信接口，通过与该接口之间传送的控制和反馈消息来实现对高速移动的移动IP网地址前缀发布、路由建立、路由切换、过时路由撤销的统一调度。其中路由切换是在两个相邻的mPE之间发生，也可以在多个相邻的mPE之间发生。在移动过程中一般是在相邻的mPE之间进行的，相邻是指逻辑上只有单跳。

下面以mPE(k)和mPE(k+1)即两个mPE为例来介绍路由调度和路径切换过程，其中mPE(k)为正在为移动IP网提供接入和数据转发服务的当前接入节点，mPE(k+1)为即将切换到的下一个接入节点，在本发明中接入节点与路由器为同一含义。

实现以上高速切换过程的基础是公共交通工具的路径是固定和重复的，这样根据交通工具MIPN的路径信息，生成该移动IP网在运行过程中为其提供接入服务的mPE的序列，格式如下：

Seq(MIPN)：mPE(1)→mPE(2)→mPE(3)→...→mPE(s)

Seq(MIPN)的生成方式如下：

AS通过手动配置提前获得IP承载网中所有mPE位置信息，包括：mPE编号、mPE地理位置以及Servicing_Area(mPE)，其中Servicing_Area(mPE)是覆盖面，是为mPE服务的地理范围，也就是该mPE可提供移动接入服务的地理位置点的集合。从图2中可以看出，mPE位置以及以虚线示出的Servicing_Area(mPE)。

AS通过手动配置提前获得公共交通工具的路径信息，其路径信息的属性为：路径起点、路径终点以及Path(MIPN)。其中Path(MIPN)为该交通工具经过的路径信息上地理位置点的集合。

为了生成对于MIPN提供服务的接入点序列，首先从AS提前获取的IP承载网的所有mPE信息中，提取可为MIPN提供服务的mPE接入点集合，即提取所有mPE信息中的mPE编号，假设该IP承载网中mPE集合为：

{mPE(1)，mPE(2)，...，mPE(s)}，其中s为mPE的数目。

对于集合中的每个mPE元素进行如下的交集处理，

Path(MIPN)∩Servicing_Area(mPE(n))，n＝0，...，s。

对于特定的mPE(n)来说，如果交集的结果不为空，说明MIPN在其服务范围内，则保留；如果交集为空，则去除，经过这样的交集处理，就选取了可服务于该MIPN的mPE集合，mPE集合中是mPE的编号。

图2示出本发明实施例中移动IP网穿越多个mPE服务区示意图。mPE(1)、mPE(2)、mPE(4)、mPE(5)和mPE(7)服务的地理范围和Path(MIPN)交集不为空，也即可以为MIPN提供服务，而mPE(3)、mPE(6)则不能为移动IP网MIPN提供服务。

在获得可为MIPN服务的mPE集合后，还需要为其中的mPE排序建立mPE序列，体现为MIPN提供服务的先后顺序。该排序标准是每个mPE与MIPN路径起点的最小距离，从图2可以看出，每个mPE服务范围边缘与该路径都至少有一个交点，将交通工具进入该服务范围的交点作为第一交点，如图2中的p2、p4、p5、p7等节点分别是MIPN进入mPE(2)、mPE(4)、mPE(5)和mPE(7)服务范围的进入点，这个进入点与MIPN路径起点之间沿着移动IP网路径的距离可以作为该mPE最小距离。在获得每个mPE到MIPN路径起点的最小距离值后，可以将其从小到大排序作为该MIPN的mPE序列，这就是mPE序列的生成方法。

在图2的例子中，最后生成MIPN的mPE序列为：

Seq(MIPN)：mPE(1)→mPE(2)→mPE(4)→mPE(5)→mPE(7)。

基于以上的处理结果，在公用交通工具达到特定位置时，可以很容易地判定即将切换的下一个服务节点mPE(k+1)，该信息为提前建立新的路由打下了良好的数据基础。在当前时刻，该交通工具的移动IP网接入到mPE(k)并由其在提供数据转发服务时，全网传送发送到MIPN的数据就穿越IP承载网直接转发到mPE(k)；另一方面，在mPE(k)为MIPN数据转发过程中就可同时为切换到mPE(k+1)做好准备，即围绕移动IP网即将接入到mPE(k+1)节点的场景建立移动IP网的路由，也就是提前进行IP地址前缀通告和路由建立。

而在传统的路由体系中，数据传输只有在新的路由建立后进行，在路由建立过程中，数据传输会临时中断。在本发明中，围绕mPE(k+1)建立移动IP网的路由后可以不立即传送数据，还可以继续采用mPE(k)接入点上的路由传送数据，这种路由建立和数据传输在时间域上的松耦合保证新路由有充裕的时间维持稳定，也为移动IP网切换到新的路由上时省去了路由建立过程，切换时间的减少将会显著减少由于切换引起的丢包，提到了切换质量。

AS在进行路由建立和切换调度的过程中，在AS的数据库中为每个MIPN在特定mPE的服务过程中维护了一个服务记录，用于记录MIPN在该mPE的服务状态，其格式如下：

(MIPN，mPE，flag)

其中的flag用于表示当前MIPN在mPE的服务状态，例如，没有建立新路由、已建立新路由、切换到新路由等。

图3示出本发明实施例中用于接入移动IP网的方法流程示意图。通过位于IP承载网边缘支持移动IP网接入的路由器接入移动IP网，并在应用服务器的调度下，为接入的移动IP网建立新路由。还如图3所示，本发明已建立新路由之后，还在应用服务器的调度下，将移动IP网的流量切换到新路由上。即在MIPN的routing_mode_flag＝1的条件下，系统内各单元的相互通信流程为：

①、当前mPE(k)正在使用当前路由为移动IP网(MIPN)提供接入和数据转发服务，但IP承载网还没有为MIPN建立移动IP网的新路由。mPE(k)及时将MIPN的相关信息通告给AS，然后AS在数据库中生成该MIPN的服务状态记录(MIPN，mPE(k)，flag)，其中flag＝0表示还没有建立新路由。

②、AS根据每个移动IP网的路径信息建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，根据移动IP网的位置信息以及为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合确定下一步将要切换到的mPE为mPE(k+1)，并发送预先建立新路由的指令给mPE(k+1)，指示其在IP承载网上为MIPN发布IP地址前缀并预先建立新路由。

③、mPE(k+1)在IP承载网上通过MP-iBGPm协议发布MIPN的IP地址前缀并建立新的路由，该路径为移动IP网下一步即将切换的新路由，在收到AS的路由切换指令前，该路由并不立即用来传送MIPN的流量。然后，mPE(k+1)给AS发送新路由建立结果反馈。如果新路由成功建立，此时AS中(MIPN，mPE(k)，flag)flag＝1，表示已建立有新路由。

在以上步骤中，已完成建立新路由的流程。

④、MIPN移动到mPE(k+1)服务区，并向其发出注册请求，进行身份认证。

⑤、mPE(k+1)向AS通告MIPN已经注册成功。

⑥、AS可结合移动IP网的地理位置、mPE(k)节点负载、无线信号强度以及运行时间等因素确定MIPN可以切换到新的路由上去。为了完成网络层面的切换，AS给IP承载网内部各mPE发出MIPN的流量切换指令。在切换完成后，此时(MIPN，mPE(k)，flag)中的flag＝2，表示该移动IP网的流量已经切换到新的路由上，此时由mPE(k+1)将流量转发给MIPN网中MR。

⑦、如果切换成功，在AS的数据库中建立新的记录(MIPN，mPE(k+1)，flag)，此时mPE(k+1)的flag＝0，表示已由其承担了MIPN的接入以及流量转发过程，但还未建立新的路由。然后，再由mPE(k+1)作为移动IP网的服务节点重复过程①～⑦。

在以上步骤中，已完成建立新路由并切换的流程。

对于mPE(k)来说，如果在一定时间内mPE(k+1)上的MIPN流量运行正常，此时mPE(k)建立的MIPN路由为过时路由，就可以撤销了，从而实现了完全的切换，此时可以删除AS数据库中的(MIPN，mPE(k)，flag)记录，也可以作为Log日志保留。

在MIPN的routing_mode_flag＝0的条件下，则不由AS为MIPN实施路由调度，即由mPE(k)和mPE(i)直接协商建立路由，然后再传输数据即可。

上面提到，AS是实施移动路由调度和快速切换的重要设备，为了支持以上功能，系统必须至少具备如下功能单元。

图4示出本发明系统实施例中的AS的结构示意图。AS包括：序列生成单元、移动路由建立和切换调度单元以及移动IP网信息管理单元。

序列生成单元配置于根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合。该单元的输入信息有高速交通工具的时刻和路径信息，时刻的作用是超时没有接收到心跳信息的话需要撤销路由。还可以进一步根据移动IP网的当前位置以及为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，生成可服务于该移动IP网的接入路由器序列，具体方法如前所述。当然，每个公共交通工具的路线过一个时期可能发生调整，本单元也需要及时获得相关数据从而调整mPE序列。

移动路由建立和切换调度单元负责对于IP承载网中每个移动IP网的路由进行调度和管理。在及时跟踪每个移动IP网移动状态的基础上，从所述接入路由器集合中任意选取将要切换到的切换接入路由器，或者，从所述接入路由器序列中，按照各个接入路由器的最小距离从小到大的顺序选取将要切换到的切换接入路由器，及时发出预先建立移动IP网新路由的指令；结合移动IP网的位置、mPE节点负载、无线信号强度以及运行时间等因素指示IP承载网将该移动IP网的流量及时切换到新路由上。

移动IP网信息管理单元是对AS中所存储的所有移动IP网数据进行维护管理，如增添、删除、更新，除了对其IP网络层面和路径信息及时刻等信息的管理外，还要进行移动IP网的帐号维护等安全性的管理。

本发明具有至少如下之一的优点，具体为：

本发明在承载层面采用MPLS技术来负责移动IP网的接入和数据承载，直接用基于标记交换的LSP进行数据传输，P节点不用做任何改动，因此对于传统的MPLS网络系统具有良好的继承性，有利于部署时降低运营者的升级成本。

在控制层面，由IP承载网边缘的mPE节点负责跟踪每个移动IP网的移动情况，并通过专门扩展的MP-iBGPm协议来交换和发布每个移动IP网的路由信息，不要求IP承载网中的其它设备跟踪并记录移动IP网的当前位置和运动信息。与纯粹的IP动态路由方式相比，本发明只需要少数节点记录移动IP网的路由信息，这样移动IP网的移动性对于IP承载网的路由稳定性影响较小。

本发明对于公共互联网的路由稳定性没有任何影响，由于移动性的支持是在支持移动的IP承载网范围内，如果移动IP网的IP地址从统一的IP地址块中进行分配，此时IP承载网在向全球互联网通告路由时将对于所有的细路由条目进行聚类，外部网络看见的移动路由条目很少，移动IP网的移动性也不会对于大网的路由稳定性产生任何影响。

本发明可以判定移动IP网即将接入的下一个接入节点。结合公共交通工具的路径信息和每个接入节点的服务地理覆盖范围，提前为移动IP网建立为其服务的接入节点序列，该序列描述了该移动IP网在IP层面的移动路径。比传统的预测和统计方法准确率高，而且处理工作量小，更加符合路径固定的移动IP网的特点。

本发明实现了路由建立和数据传送的分离，即mPE路由器可以提前为移动IP网建立路由，在新的路由建立后，发向移动IP网的数据可以在原来的路由上继续进行传输，新路由可以并不立即用来传送移动IP网的流量，这为保证新路由的稳定提供了充足时间。另外，路由的提前预建立也为移动IP网切换到新的接入点省去了路由建立过程，切换时间的减少将会显著减少由于切换引起的丢包，提高了切换质量。

下面结合本发明的实际应用，对其实现过程进行进一步阐述。

在实际应用中，本发明在MPLS网络的PE路由器中扩展移动IP网相关的功能，也就是增加扩展支撑移动IP网的MP-iBGPm相关功能，使PE路由器能及时交换移动IP网的路由信息，实现对于移动IP网移动过程的及时跟踪。

增加针对每个移动IP网路由的状态信息，实现新路由建立和流量承载在时间域上的脱离，这样路由在建立后可以暂时处于待命状态，在接受指令后进入激活使用状态，来直接承载特定移动IP网的流量；mPE路由的建立和切换受AS的统一调度，mPE路由器具有与AS的控制接口，接受AS的路由建立和路由切换指令。

在实际部署时可以集中部署AS，实现对于管辖域内的mPE路由器的调度和管理。在数据交换层面采用标记交换的方式来传输数据，因此对于P路由器不作任何要求，可以直接利用现网中的P路由器设备。另外，mPE作为集中移动IP网的动态路由交换以及接入认证的综合设备，也可以分开设计实施，也就是移动IP网的路由交换和接入认证由不同的设备来承担。

作为对详细描述的结论，应该注意本领域的技术人员将会很清楚可对优选实施例做出许多变化和修改，而实质上不脱离本发明的原理。例如，虽然本发明以高速交通工具为例进行描述、说明，但是，本发明并不限于高速交通工具，也不限于接入IP承载网，其他具有高速移动的移动IP网在建立路由、进行路由时都适用本发明。这种变化和修改包含在所附权利要求书所述的本发明的范围之内。

Claims (14)

1.用于接入移动IP网的方法，通过位于IP承载网边缘支持移动IP网接入的路由器接入所述移动IP网，并在应用服务器的调度下，为接入的所述移动IP网建立新路由，所述方法包括以下步骤：

所述IP承载网的当前接入路由器为移动IP网提供接入和数据转发服务，但IP承载网未给移动IP网建立新路由，所述当前接入路由器通知应用服务器；

所述应用服务器根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，从所述接入路由器集合中选取将要切换到的切换接入路由器，发送预先建立新路由的指示；

所述IP承载网的切换接入路由器在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀并建立新路由，在收到所述应用服务器的路由切换指令前，所述新路由不传送移动IP网的流量。

2.根据权利要求1所述用于接入移动IP网的方法，其中，已建立新路由之后，还在应用服务器的调度下，将移动IP网的流量切换到新路由上，包括以下步骤：

所述移动IP网移动到所述切换接入路由器并注册成功；

所述应用服务器向IP承载网内各接入路由器发出移动IP网的流量切换指令，将移动IP网的流量切换到新路由上。

3.根据权利要求1或2所述用于接入移动IP网的方法，其中，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，包括以下步骤：

应用服务器获取IP承载网中所有提供接入服务的接入路由器的地理位置点集合以及移动IP网路径上地理位置点集合；

对上述两个集合进行交集处理，即以上述任一集合中任一地理位置点与另一地理位置点集合进行交集，如果交集的结果不为空，说明移动IP网在接入路由器覆盖的范围内，并根据交集结果不为空时对应的接入路由器建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合。

4.根据权利要求3所述用于接入移动IP网的方法，其中，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合，包括以下步骤：

每个接入路由器服务范围边缘与终端运行路径至少有一个交点，将终端进入服务范围的交点作为第一交点，所述第一交点与路径起点之间沿着移动IP网的运行路径的距离作为接入路由器的最小距离；

按照各个接入路由器的最小距离从小到大进行排序，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器序列。

5.根据权利要求4所述用于接入移动IP网的方法，其中，从所述接入路由器集合中选取将要切换到的切换接入路由器，包括以下步骤：

从所述接入路由器集合中任意选取将要切换到的切换接入路由器；

或者，从根据所述接入路由器集合排序得到的所述接入路由器序列中，按照各个接入路由器的最小距离从小到大的顺序选取将要切换到的切换接入路由器。

6.根据权利要求2所述用于接入移动IP网的方法，其中，将移动IP网的流量切换到新路由上，包括：

移动IP网中的移动路由器向切换接入路由器通告该移动IP网的移动网络标识、移动路由器的接口IP地址、IP地址前缀以及路由模式标志；

切换接入路由器根据移动IP网的IP地址前缀分配本地性的移动标记，在切换接入路由器的本地数据库中存储移动网络标识、移动路由器的接口IP地址、IP地址前缀、路由模式标志以及本地性的移动标记的关联关系，将所述关联关系通知IP承载网内的其他接入路由器；

当对端接入路由器接收到发给移动IP网的数据后，根据目的IP地址前缀进行匹配查找，提取本地性的移动标记作为数据转发的内层标记，根据切换接入路由器的IP地址获取对应的标记交换路径作为数据转发的外层标记，所述标记交换路径作为移动IP网的数据传输通道；

获取外层标记和内层标记后，填写在数据包的相关字段并在IP承载网中转发；

当切换接入路由器接收到数据包后，去除外层标记，根据内层标记判定所述数据包所对应的移动IP网，通过移动路由器的接口IP地址转发到所述移动IP网。

7.根据权利要求2或6所述用于接入移动IP网的方法，其中，将移动IP网的流量切换到新路由上之后，还包括：

在设定时间内所述切换接入路由器上的移动IP网流量运行正常，则所述当前接入路由器建立的路由为过时路由，所述切换接入路由器向其他接入路由器发送路由撤销信息，表示所述当前接入路由器不再为该移动IP网提供接入服务，通告其它接入路由器撤销对应的路由记录。

8.用于接入移动IP网的IP承载网，其边缘具有支持移动IP网接入的路由器，包括：

当前接入路由器，配置于为移动IP网提供接入和数据转发服务，但IP承载网未给移动IP网建立新路由，当前接入路由器通知应用服务器；

切换接入路由器，配置于在收到应用服务器的建立新路由的指示时，建立新路由并在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀，所述新路由在收到应用服务器的路由切换指令前不传送移动IP网的流量；

应用服务器，包括：

序列生成单元，配置于根据每个移动IP网的路径信息以及所述IP承载网的各接入路由器的位置信息，建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合；

移动路由建立和切换调度单元，配置于从所述接入路由器集合中选取将要切换到的切换接入路由器，发送预先建立新路由的指示，并指示切换接入路由器在IP承载网上发布移动IP网的IP地址前缀。

9.根据权利要求8所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述移动路由建立和切换调度单元向IP承载网内各接入路由器发出移动IP网的流量切换指令，将移动IP网的流量切换到新路由上。

10.根据权利要求8或9所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述序列生成单元获取IP承载网中所有提供移动接入服务的接入路由器的地理位置点集合以及终端运行路径上地理位置点集合；对上述两个集合进行交集处理，即以上述任一集合中任一地理位置点与另一地理位置点集合进行交集，如果交集的结果不为空，说明移动IP网在接入设备覆盖的范围内，并根据交集结果不为空时对应的接入路由器建立为移动IP网提供接入服务的接入路由器集合。

11.根据权利要求10所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述序列生成单元将每个接入路由器服务范围边缘与终端运行路径所具有的至少一个交点中，终端进入服务范围的交点作为第一交点，第一交点与路径起点之间沿着移动IP网的运行路径的距离作为接入路由器的最小距离；按照各个接入路由器的最小距离从小到大进行排序，建立移动IP网的接入路由器序列。

12.根据权利要求11所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述移动路由建立和切换调度单元从所述接入路由器集合中任意选取将要切换到的切换接入路由器；或者从根据所述接入路由器集合排序得到的所述接入路由器序列中，按照各个接入路由器的最小距离从小到大的顺序选取将要切换到的切换接入路由器。

13.根据权利要求8所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述切换接入路由器根据移动IP网的IP地址前缀分配本地性的移动标记，在切换接入路由器的本地数据库中存储移动网络标识、移动路由器的接口IP地址、IP地址前缀、路由模式标志以及本地性的移动标记的关联关系，将所述关联关系通知IP承载网内的其他接入路由器；当接收到数据包后，去除外层标记，所述外层标记是根据切换接入路由器的IP地址获取的标记交换路径，所述标记交换路径作为移动IP网的数据传输通道，根据内层标记判定所述数据包所对应的移动IP网，所述内层标记是根据IP地址前缀进行匹配查找并提取的本地性的移动标记，通过移动路由器的接口IP地址转发到所述移动IP网。

14.根据权利要求9或13所述用于接入移动IP网的IP承载网，其中：

所述切换接入路由器上的移动IP网流量在设定时间内运行正常，则所述当前接入路由器建立的路由为过时路由，所述切换接入路由器向其他接入路由器发送路由撤销信息，表示所述当前接入路由器不再为该移动IP网提供接入服务，通告其它接入路由器撤销对应的路由记录。

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