CN102711152A - 一种路由优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路由优化方法及系统，属于网络与移动通信技术领域。所述方法包括：为每个终端分配身份标识和位置标识；终端与通信对端通信时，终端采用身份标识进行数据传输；当数据传输到终端所属移动接入网络后，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；当数据到达通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。本发明提供的方案，数据在核心网络中传输不需要额外的封装，减轻了数据传输开销，数据传输路径在核心网中直接采用最优路径，减少了路径长度，数据传输过程不依赖于本地移动锚点，从而减轻了本地锚点失效对系统的影响，提升了系统的可扩展性。

Description

一种路由优化方法及系统

技术领域

本发明涉及网络与移动通信技术领域，特别涉及一种路由优化方法及系统。

背景技术

随着无线技术的发展和各种移动终端的出现，现有的互联网技术逐渐向移动互联网方向发展。由于传统的互联网在设计之初没有考虑到对移动终端的支持，无法有效支持各种移动场景，因此先后出现了一系列对终端和子网的移动性支持协议。这些协议主要包含两类：基于主机的移动性支持协议如移动IPv4/v6[RFC 3344,RFC 3775]和代理移动和基于网络的移动性支持协议如代理移动IPv4/v6[RFC 5213]。这些移动性支持协议通常利用隧道封装实现对移动终端的移动性支持。

移动IPv6的设计原则是通过构建的移动节点MN的身份标识(HoA)和位置标识(CoA)之间的映射关系来实现移动性管理，保证上层通信的连续性。但是，移动IPv6中MN上的数据包必须经过家乡代理HA进行转发，产生了三角路由问题，使得路由不优化，切换延时过长，无法满足实时业务的需求。为此，出现了快速切换方案FMIPv6[RfC 4068]。FMIPv6借助了基础网络的支持，通过MN前后两个接入路由器之间的信令交互提前进行新地址的配置，并在前后两个接入路由器之间构建隧道以减少切换丢包，提升了移动性切换性能。但是，同移动IPv6一样，这两种协议都面临着信令开销大的问题，尤其是当MN频繁发生微移动时，大量的信令处理消耗了过多的能量，限制了MN的使用时间。为此，出现了层次移动MIPv6。HMIPv6[RFC 4140]引入了移动锚点MAP来负责MN在一个区域内发生移动切换时的移动性管理，MAP在本质上是一个本地家乡代理。当MN在MAP域内移动时，只须向该MAP注册，而无须向HA发起注册过程。为了区别MN的微移动和宏移动，HMIPv6引入了链路转交地址LCoA和区域转交地址RCoA，并在路由器通告中新加了MAP选项用于通告该域的MAP地址。

MIPv6，FMIPv6和HMIPv6提供了一个较为完整的移动性解决方案，但是它们在部署应用上却存在先天不足，这主要是因为这些方案要求终端参与到移动性信令交互过程中，需要移动终端扩展相应的功能，从而限制了其在手机、PDA等设备上的应用。

代理移动IPv6是在移动IPv6的基础上引入了本地移动锚点(Local Mobility Anchor,LMA)和移动接入网络(Mobility Access Gateway，MAG)两个新的功能实体。LMA支持移动IPv6中家乡代理的功能，并对其绑定缓存进行了扩展，增加了代理移动IPv6标识，移动节点标识、接口标识、链路本地地址、IPv6家乡前缀(Home Network Prefix,HNP)、双向隧道标识、接入技术标识和时间戳等选项。此外，LMA为每个移动节点分配一个唯一的前缀，若移动节点有多个网络接口，则为每个接口分配一个网络前缀。MAG是移动节点在接入链路上的默认路由器，具有三个主要功能：1)检测移动节点的接入和离开；2)通告移动节点的家乡网络前缀来模拟节点的家乡网络；3)为移动节点构建数据传输通道。同基于主机的移动性管理协议相比，代理移动IPv6可以为移动节点提供基于网络的移动性管理，而不需要移动节点的参与，网络中的特定实体会跟踪节点的移动，并执行移动性信令交互和路由状态建立过程。

代理移动IPv6存在着三角路由问题，从而影响了数据传输效率。此外，代理移动IPv6中所有的数据必须经过本地移动锚点LMA进行转发，从而使得本地移动锚点成为了影响其性能的瓶颈。为此，本发明旨在提出一种路由优化方法与系统解决上述问题。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

利用移动性支持技术实现对移动的支持面临着三角路由问题，即移动终端和通信对端必须经由家乡代理或本地移动锚点进行转发，从而增加了数据包的传输开销，并且家乡代理或本地移动锚点有可能成为影响移动性支持协议扩展性和安全性的瓶颈。为此而出现的支持路由优化的方法，在优化后的路径上仍旧采用隧道传输，增加了传输开销，降低了传输效率。

发明内容

为了解决现有技术中代理移动IPv6存在三角路由，从而影响数据传输效率的问题，本发明实施例提供了一种路由优化方法及系统。所述技术方案如下：

一种路由优化方法，所述方法包括：

为每个终端分配身份标识和位置标识；所述身份标识为终端的家乡网络前缀，所述位置标识由终端所属移动接入网络MAG分配；

终端与通信对端通信时，终端采用身份标识进行数据传输；

当数据传输到终端所属移动接入网络后，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；

当数据到达通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

该方法还包括：

将所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系存储在映射系统；

当数据传输到终端所属移动接入网络后，终端所属移动接入网络向映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；

当数据传输到通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络向映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

该方法还包括：

所述移动接入网络向所述映射系统获取身份标识和位置标识的映射关系时，若映射系统已经有所述映射关系记录，则更新该映射关系；若映射系统没有所述映射关系记录，则创建身份标识与位置标识的映射关系。

该方法还包括：

所述移动接入网络维护本地缓存表和远端缓存表；

所述本地缓存表，用于缓存接入所述移动接入网络的终端的身份标识和位置标识的映射关系；

所述远端缓存表，用于缓存与接入所述移动接入网络的终端进行通信的通信对端的身份标识和位置标识的映射关系。

该方法还包括：

所述位置标识为终端所属移动接入网络的全局可路由IPv6地址或全局可路由IPv4地址。

一种路由优化系统，所述系统包括至少两个移动接入网络，其中，

所述移动接入网络用于与接入自身的终端之间采用终端身份标识进行数据传输；为所述终端分配位置标识；在所述终端与通信对端进行通信时，将终端的身份标识映射成位置标识，通过所述终端的位置标识与通信对端所属的移动接入网络之间进行数据传输。

所述系统进一步包括映射系统，用于存储和维护所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系；

所述移动接入网络进一步用于向所述映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

所述移动接入网络进一步包括本地缓存表单元和远端缓存表单元，其中，

所述本地缓存表单元，用于缓存接入所述移动接入网络的终端的身份标识和位置标识的映射关系；

所述远端缓存表单元，用于缓存与接入所述移动接入网络的终端进行通信的通信对端的身份标识和位置标识的映射关系。

所述移动接入网络进一步包括查询单元，用于向所述映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

所述映射系统进一步包括存储单元和更新单元，其中，

所述存储单元，用于存储所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系；

所述更新单元，用于创建所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过为每个终端分配身份标识和位置标识，终端与通信对端通信时，在终端采用身份标识发送和接收数据；当数据传输到MAG后，通过映射系统将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；当到达通信对端的MAG后，再利用映射系统将位置标识映射为身份标识，进行数据传输。数据在核心网络中传输不需要额外的封装，减轻了数据传输开销，数据传输路径在核心网中直接采用最优路径，减少了路径长度，数据传输过程不依赖于本地移动锚点，从而减轻了本地锚点失效对系统的影响，提升了系统的可扩展性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的路由优化方法原理流程图；

图2是本发明实施例2提供的通信系统结构示意图；

图3是本发明实施例2提供的路由优化方案与现有路由方案比较示意图；

图4是本发明实施例3提供的路由优化方案与现有路由方案比较流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的原理在于为每个终端分配身份标识和位置标识，并引入映射系统来构建身份标识和位置标识之间的映射关系。终端与通信对端通信时，在终端采用身份标识发送和接收数据。当数据传输到MAG后，通过映射系统将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输。当到达通信对端的MAG后，再利用映射系统将位置标识映射为身份标识，进行数据传输。

实施例1

如图1所示，为本发明实施例1提供的路由优化方法原理流程图，具体如下：

步骤10，为每个终端分配身份标识和位置标识。

在实际的移动接入网络中，每个移动接入网络MAG都有若干个终端MN接入其中，每个终端都具有家乡网络前缀。本实施例中，将终端的家乡网络前缀作为该终端的身份标识，并由终端所属的MAG为终端分配位置标识（Location Identification，LID）。该位置标识LID可以是MAG所拥有的全局可路由的IPv6地址或全局可路由的IPv4地址。

这里，身份标识为代理移动IPv6为终端分配的IPv6家乡网络前缀HNP（Home NetworkPrefix）。身份标识和位置标识的映射关系包括IPv6家乡网络前缀与全局可路由IPv6地址之间的映射，IPv6家乡网络前缀与全局可路由IPv4地址之间的映射。映射包含一对一映射，一对多映射和多对一映射。

步骤20，终端与通信对端通信时，终端采用身份标识进行数据传输。

当终端需要与通信对端进行通信的时候，终端本身不需要做特别的操作，采用身份标识与终端所属的MAG进行数据传输，将通信数据发送到终端所属的MAG。

步骤30，当数据传输到终端所属移动接入网络后，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输。

当MAG接收到终端发送的数据时，需要将终端的身份标识映射为位置标识，这个映射关系可以由MAG自身生成。然后终端获取通信对端的位置标识，根据通信对端的位置标识与通信对端所属的MAG进行数据传输，将数据发送到通信对端所属的MAG。

步骤40，当数据到达通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

通信对端所属的MAG在接收到数据后，同样根据通信对端的身份标识和位置标识的映射关系，获取通信对端的身份标识，采用通信对端的身份标识与通信对端进行数据传输，将数据发送到通信对端。

通信对端发回的数据走同样的路由，这样，就建立起了终端与通信对端的通信路由，完成通信过程。

较佳地，为了方便MAG获取各个终端的身份标识和位置标识的映射关系，需要建立一个映射系统，将所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系存储在映射系统。映射系统还可以创建、更新和维护终端的身份标识和位置标识之间的映射关系。每个MAG可以向映射系统发出请求，获取所需要的终端的映射关系。

在具体的通信过程中，当数据传输到终端所属移动接入网络后，终端所属移动接入网络向映射系统获取终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；当数据传输到通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络向映射系统获取终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

移动接入网络MAG向映射系统获取身份标识和位置标识的映射关系时，若映射系统已经有所述映射关系记录，则更新该映射关系；若映射系统没有所述映射关系记录，则创建身份标识与位置标识的映射关系。

为了方便MAG维护映射关系，每个MAG维护两个缓存表，一个是本地缓存表，用于缓存接入其的MN的映射关系，另一个是远端缓存表，用于缓存与MN通信的对端的映射关系。

实施例2

如图2所示，为本发明实施例2提供的系统结构示意图，其中，主要包括：LMA，MAG，映射系统，移动节点、通信对端，认证服务器如AAA服务器等。

在代理移动IPv6中，让移动终端MN的家乡网络前缀HNP作为身份标识，让MAG为每个接入其的移动终端配置位置标识LID，该位置标识可以是MAG所拥有的IPv6地址。引入映射系统，为每个移动终端MN构建其身份标识HNP到位置标识LID的映射关系。每个MAG维护两个缓存表，一个是本地缓存表，用于缓存接入其的MN的映射关系，另一个是远端缓存表，用于缓存与MN通信的对端的映射关系。通信过程中，MN到MAG的通信采用MN的身份标识HNP，而MAG之间的通信则采用位置标识LID来进行。

采用了本发明实施例2提供的方案，比现有技术中的通信路由有了十分明显的优化，具体如图3所示，展示了本发明方实施例2方案的组成部分，包括本地移动锚点LMA，若干个MAG如MAG1和MAG2，移动终端MN和通信对端CN，以及映射系统。虚线所示部分为优化前的路径，可以看出数据传输必须经过MAG和LMA之间的隧道。实线所示部分为优化后的路径，可以看出数据传输直接通过MAG，而不需要隧道。

实施例3

如图4所示，为本发明实施例3提供的方案与现有通信方案比较流程图，其中，假设终端MN和通信对端CN初始时分别接入MAG1和MAG2，MN和CN在接入网络后，首先发送路由器请求（Route Solicitation，RS）以获得地址；MAG1、MAG2在收到RS消息后，开始分别执行代理移动IPv6过程，即与MN和CN的LMA发送代理绑定更新（Proxy BindingUpdate，PBU）和代理绑定确认（Proxy Binding Acknowledgment，PBA）消息，建立隧道，然后MAG1、MAG2分别向MN和CN发送路由器通告消息（Route Advertisement，RA）通告其家乡网络前缀HNP1和HNP2。由此，MN和CN分别完成接入网络的过程。

本实施例3的具体流程如下：

MN和CN接入到网络后，其相应的MAG1和MAG2将为其分配位置标识LID1和LID2，同时向映射系统发送“映射关系请求”消息。若映射系统已经有该映射关系记录，则更新该映射关系；若映射系统没有，则创建身份标识HNP到位置标识LID的映射关系；

映射系统在完成更新/创建映射关系后，向对应的MAG回复“映射请求回复消息”以通告其映射更新/创建结果；

当MN开始传输数据时，数据包到达MAG1后，MAG1将检查其本地缓存表以获取MN的位置标识LID1，将检查远端缓存表以获取通信对端的位置标识LID2；

若本地缓存表中没有MN的位置标识LID1的缓存记录或/和远端缓存表中没有CN的位置标识LID2的缓存记录，则MAG1向映射系统发送“映射关系查询”消息以查询其映射关系；

映射系统收到该消息后，执行查询过程，并回复“映射关系回复”消息以返回映射关系；

MAG1收到该映射关系后，将其记录在本地缓存表或远端缓存表，并将数据包的源地址和目的地址分别替换成对应的位置标识，并进行发送；

当数据包传输到CN所连接的MAG2后，MAG2将根据查询本地缓存表和远端缓存表，以获取LID1和LID2对应的HNP1和HNP2；

若本地缓存表或/和远端缓存表没有对应的映射关系，则MAG2向映射系统发送“映射关系查询”消息以查询其映射关系；

映射系统收到该消息后，执行查询过程，并回复“映射关系回复”消息以返回映射关系；

MAG2收到该映射关系后，将其记录在本地缓存表或远端缓存表，并将数据包的源地址和目的地址分别替换成对应的身份标识，并发送给CN，完成数据通信过程。

特别的，当MN或CN发生移动时，他们将立即向映射系统更新映射关系。

很明显，本实施例3优化后的路由不再需要建立隧道，路由建立的流程明显简化。

实施例4

本发明实施例4提供了一种路由优化系统，该系统包括多个移动接入网络MAG，每个MAG均有多个终端接入。移动接入网络MAG用于与接入自身的终端之间采用终端身份标识进行数据传输；为终端分配位置标识；在终端与通信对端进行通信时，将终端的身份标识映射成位置标识，通过终端的位置标识与通信对端所属的移动接入网络之间进行数据传输。

这里的通信对端也是终端，也需要接入通信对端所属的MAG。终端与MAG之间的通信采用终端的身份标识进行，而MAG之间的通信采用终端的位置标识来进行。

终端的位置标识为MAG所分配，分配的位置标识可以是MAG本身的IPv6地址或IPv4地址。

该系统进一步包括映射系统，用于存储和维护终端的身份标识和位置标识之间的映射关系。移动接入网络MAG向映射系统获取终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。也就是说，MAG需要向映射系统获取终端的映射关系，然后才能根据这个映射关系获取终端的身份标识或者位置标识，从而完成通信过程。

进一步的，映射系统包括存储单元和更新单元。

存储单元，用于存储终端的身份标识和位置标识之间的映射关系；

更新单元，用于创建终端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

当终端发生移动时，他们将立即向映射系统更新映射关系。

进一步的，移动接入网络MAG包括本地缓存表单元和远端缓存表单元。

本地缓存表单元，用于缓存接入移动接入网络的终端的身份标识和位置标识的映射关系；

远端缓存表单元，用于缓存与接入所述移动接入网络的终端进行通信的通信对端的身份标识和位置标识的映射关系。

移动接入网络MAG还包括查询单元，用于向映射系统获取终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

综上所述，本发明各个实施例通过为每个终端分配身份标识和位置标识，终端与通信对端通信时，在终端采用身份标识发送和接收数据；当数据传输到MAG后，通过映射系统将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；当到达通信对端的MAG后，再利用映射系统将位置标识映射为身份标识，进行数据传输。数据包在核心网络中传输不需要额外的封装，减轻了数据传输开销，数据传输路径在核心网中直接采用最优路径，减少了路径长度，数据传输过程不依赖于本地移动锚点，从而减轻了本地锚点失效对系统的影响，提升了系统的可扩展性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路由优化方法，其特征在于，所述方法包括：

为每个终端分配身份标识和位置标识；所述身份标识为终端的家乡网络前缀，所述位置标识由终端所属移动接入网络分配；

终端与通信对端通信时，终端采用身份标识进行数据传输；

当数据传输到终端所属移动接入网络后，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；

当数据到达通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

将所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系存储在映射系统；

当数据传输到终端所属移动接入网络后，终端所属移动接入网络向映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将身份标识映射成位置标识，利用位置标识进行传输；

当数据传输到通信对端所属的移动接入网络后，通信对端所属的移动接入网络向映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系，将位置标识映射为通信对端的身份标识，进行数据传输。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述移动接入网络向所述映射系统获取身份标识和位置标识的映射关系时，若映射系统已经有所述映射关系记录，则更新该映射关系；若映射系统没有所述映射关系记录，则创建身份标识与位置标识的映射关系。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述移动接入网络维护本地缓存表和远端缓存表；

所述本地缓存表，用于缓存接入所述移动接入网络的终端的身份标识和位置标识的映射关系；

所述远端缓存表，用于缓存与接入所述移动接入网络的终端进行通信的通信对端的身份标识和位置标识的映射关系。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述位置标识为终端所属移动接入网络的全局可路由IPv6地址或全局可路由IPv4地址。

6.一种路由优化系统，其特征在于，所述系统包括至少两个移动接入网络，其中，

所述移动接入网络用于与接入自身的终端之间采用终端身份标识进行数据传输；为所述终端分配位置标识；在所述终端与通信对端进行通信时，将终端的身份标识映射成位置标识，通过所述终端的位置标识与通信对端所属的移动接入网络之间进行数据传输。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括映射系统，用于存储和维护所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系；

所述移动接入网络进一步用于向所述映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述移动接入网络进一步包括本地缓存表单元和远端缓存表单元，其中，

所述本地缓存表单元，用于缓存接入所述移动接入网络的终端的身份标识和位置标识的映射关系；

所述远端缓存表单元，用于缓存与接入所述移动接入网络的终端进行通信的通信对端的身份标识和位置标识的映射关系。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述移动接入网络进一步包括查询单元，用于向所述映射系统获取所述终端与通信对端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述映射系统进一步包括存储单元和更新单元，其中，

所述存储单元，用于存储所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系；

所述更新单元，用于创建所述终端的身份标识和位置标识之间的映射关系。

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