CN103188746A - 一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法。终端在移动中检测到服务质量下降至一定阈值时，扫描周边接入点网络获取最佳接入点，然后通过PAR与该最佳接入点NAR协商获取新的Eloc地址，并将该Eloc地址通知通信对端终端及家乡EMS服务器以更新其各自存储的<ID，ELoc>映射表，随后由NAR缓存由通信对端终端发往该终端的数据包，待该终端切换至新的Eloc地址后取回缓存的数据包，恢复与通信对端终端的正常通信。本发明通过预获取待接入网的Eloc地址，避免了通信中断的问题，大大减小了切换时延；切换时将通信对端终端的数据包缓存，也大大降低了丢包率。

Description

一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法

技术领域

本发明涉及一种网络切换方法，特别是涉及一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，属于无线接入技术领域。

背景技术

互联网设计之初是为固定终端服务的，本质上并不支持具有移动性的终端。互联网的IP地址拥有身份和位置双重标识：作为身份标识时，IP地址用来表示网络中主机的身份，高层协议通常将IP地址作为标识符绑定到应用程序中；作为位置标识时，IP地址被用于路由系统中决定数据包转发的路径。

随着通讯技术的发展，越来越多的具有移动性的终端都能够支持互联网应用，当用户从一个子网移动到另一个子网时，其IP地址会发生变化，此时位置标识的改变导致身份标识的改变，就会出现通信中断的情况。

针对以上问题，国家重点项目“基于主机标识和位置寻址的下一代路由体系与实验系统”将核心网与边缘接入网络分离，构建了一种把终端的位置标识和身份标识相分离的新型路由体系模型，在此体系下，通信采用身份标识，路由采用位置标识。

图1为采用上述新型路由体系模型的网络拓扑图。如图，该体系包括一个核心网和数个接入网，并在此基础上增加了一些新的网络实体，或是对原有网络实体进行了扩展，具体说明如下：

(1)身份位置映射服务器EMS

每一个接入网设置一台EMS服务器，用于维护本网络中每台终端的身份标识和位置标识，即<ID，ELoc>映射。

(2)扩展的DNS服务器

负责维护终端的身份标识和该终端所属接入网的家乡EMS服务器的位置标识，即<ID，ELoc(EMS)>映射。

(3)核心网边缘路由器PE

与接入网边缘路由器CE连接，负责维护本网络中终端的位置标识与核心网路由标识，即<ELoc，核心网路由标识RLoc>映射，并将数据包的目的ELoc地址采用核心网路由标识Rloc进行封装，使该数据包能在核心网中进行路由。

(4)接入网边缘路由器CE

与核心网边缘路由器PE连接。

(5)边界路由器RMS

负责与其他接入网的边界路由器RMS采用BGP协议交互全网的<ELoc，RLoc>映射。当数据需要出本接入网时，需要RMS进行转发。

各终端存储有通信对端终端的身份标识和位置标识，即<ID，ELoc>映射。

该新型路由体系虽然解决了IP地址双重标识的问题，能够支持终端的移动性，但是，当终端从一个子网移动到另一个子网，即要断开与当前接入路由器PAR的连接，而与新接入的路由器NAR连接时，需要一定的时间以动态获取新的Eloc地址，在此期间内，会造成通信的中断。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种在身份与位置标识相分离的新型路由体系下，当终端在不同接入网络间或网内切换时，能够有效的减小切换时延，降低丢包率的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，该路由体系包括核心网和数个接入网，各接入网中设有EMS服务器，EMS服务器中存储有本网络中每台终端的<ID，ELoc>映射表，各终端中存储有其通信对端终端的<ID，ELoc>映射表，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)终端移动中监测到链路的服务质量下降至一定阈值时，扫描周边接入点网络以获取可用接入点的信息，并从中选择最佳接入点作为NAR，然后向其PAR发起路由切换请求，PAR向NAR发起主机切换请求；

2)NAR响应该主机切换请求，为欲接入的该终端分配新的位置标识Eloc及一定资源，并将该Eloc返回给PAR，PAR进一步返回给该终端；

3)该终端向其通信对端终端发送路由地址更新请求，告知其Eloc地址变更；

4)该通信对端终端向所述终端返回确认响应；

5)该通信对端终端更新其存储的通信对端终端的<ID，ELoc>映射表；后续发往所述终端的数据包发送至所述Eloc地址，由所述NAR缓存；

6)所述终端进行切换，配置自身的位置标识为所述Eloc地址；

7)所述终端向所述NAR请求取回所述缓存的数据包；

8)所述NAR响应请求，将所述缓存的数据包返回给所述终端。

进一步地：

所述步骤3)之前还包括该步骤：

所述终端向其家乡EMS服务器发送携带所述Eloc地址的更新请求，该家乡EMS服务器响应该请求，更新所述终端的<ID，ELoc>映射关系。

所述步骤3)之后还包括以下步骤：

A、所述通信对端终端向所述EMS服务器发起Eloc查询请求，以进行安全验证；

B、所述EMS服务器查询更新后的所述终端的<ID，ELoc>映射关系，将结果返回给所述通信对端终端。

所述可用接入点的信息包括服务集标识、QoS参数、ELoc地址。

所述最佳接入点是根据所述获取的可用接入点的信息，进行策略算法确定的。

所述策略算法为QoS参数最优法。

所述NAR为所述终端分配的一定资源是用于缓存所述通信对端终端向所述终端发送的数据包的内存空间。

本发明的优点是：

(1)终端移动切换过程中，上层的业务不会受到影响；

(2)克服了身份和位置标识相分离的新型路由体系中终端移动性受路由标识符分配时长的制约；

(3)增强了身份和位置标识相分离的新型路由体系对实时多媒体业务的支持。

附图说明

图1为身份和位置标识相分离的新型路由体系的网络拓扑图；

图2为本发明中终端切换网络时的信号流程示意图；

图3为本发明的一具体实施例示意图之一；

图4为本发明的一具体实施例示意图之二。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

图2为本发明中终端切换网络时的信号流程示意图。如图，移动终端A在移动过程中，检测到与PAR的无线链路的服务质量下降至低于一定阈值时，就扫描周边的接入点以获取周边可用接入点的信息，并从中选定最佳接入点作为NAR，然后向PAR发送路由器切换请求，PAR随即向NAR发送主机切换配置请求；NAR收到该请求后为欲接入的终端A分配位置标识Eloc及一定的资源，如缓存数据包的内存空间等，分配成功后向PAR返回携带该Eloc信息的主机切换配置响应；PAR收到该响应后，一方面将携带该Eloc信息的路由器切换响应返回给终端A，另一方面返回给NAR确认消息。

其中，本发明通过以下方法获得所述的最佳接入点：

当终端主机开机启动后，周期性地主动检测链路服务质量QoS，当检测到当前无线链路的服务质量低于设定的QoS阈值(该阈值可以根据终端主机业务需求动态更新)时，扫描周边的接入点网络，获取周边环境中可用的接入点信息，包括接入点的服务集标识ESSID(Service Set Identifier)、QoS参数、ELoc地址等，并根据策略算法，如QoS参数最优法，选择出最佳的接入点。如果选定的该最佳接入点没有给该终端分配到可用的Eloc地址，若还有其他接入点，就选择其他接入点中较佳的接入点作为NAR。

如图，当终端A收到NAR分配的位置标识Eloc后，向其家乡EMS服务器发送ID、Eloc绑定请求，请求更新<ID，Eloc>映射表信息，其家乡EMS服务器执行更新操作，成功后向终端A返回ID、Eloc绑定响应；

然后，终端A向其通信对端终端发送路由地址更新请求，为验证该消息的真实性，通信对端终端向终端A的家乡EMS服务器发送Eloc查询请求，以进行安全性验证，该家乡EMS服务器查询已经更新的<ID，Eloc>映射表，将携带终端A的Eloc的信息以Eloc查询响应消息发送给通信对端终端；通信对端终端收到该响应消息，确认终端A的位置标识Eloc的确发生改变，就向终端A发送确认消息，同时，更新其存储的关于终端A的<ID，Eloc>映射关系，随后，该通信对端终端发送至终端A的数据包全部发送至NAR给终端A分配的Eloc地址，由NAR缓存；

这里要注意的是：为降低丢包率并减小时延，只有当终端A收到通信对端终端的第一个确认消息后，其通信对端终端才开始将发往终端A的数据包发向NAR以进行缓存。这是由于终端过早的切换会导致过多的丢包，而过晚的切换则会导致数据包缓存的时间延长。

如图，终端A收到通信对端终端确认路由地址更新的响应后，进行二层链路切换，断开当前链路，配置自身的位置标识为NAR为其分配的Eloc，接入NAR；成功切换后，终端A向NAR发送缓存数据包取回请求消息，请求取回切换间隔内，由通信对端终端发送给其的数据包，NAR响应该请求，将缓存的数据包发回给终端A；随后终端A以新的位置标识Eloc与通信对端终端保持通信。

本发明通过在原接入网预获取新接入网的Eloc地址的方法，避免了移动终端在切换网络时造成的通信中断，同时，将切换间隔内通信对端终端发来的数据包缓存至NAR，有效的减小了时延并降低了丢包率。

图3及图4为本发明的一具体实施例。如图，在身份和位置标识相分离的新型路由体系的网络中，包括一个核心网、数个接入网，及DNS服务器，核心网中设有数个与接入网边缘路由器CE相连接的核心网边缘路由器PE，各个接入网中除路由器CE外还设有EMS服务器。

接入网A中的终端A的身份标识和位置标识分别为ID(A)、Eloc(A)，EMS服务器的位置标识为Eloc(EMS(A))，接入网B中的终端B的身份标识和位置标识分别为ID(B)、Eloc(B)，EMS服务器的位置标识为Eloc(EMS(B))，DNS服务器中存储有<ID，Eloc(EMS)>映射表，各接入网的EMS服务器中存储有本网络内终端的<ID，Eloc>映射表，各终端中存储有通信对端终端的<ID，Eloc>映射表。

为了更加清楚明了地解释说明，附图中的编号和下述方法流程中的序号相互对应。

当接入网A中的终端A欲与接入网B中的终端B通信，并在通信过程中，终端A移出接入网A时，具体的处理流程为：

(1)终端A以ID(B)向DNS服务器发送查询请求；

(2)DNS服务器根据ID(B)查询<ID，Eloc(EMS)>映射表，向终端A返回Eloc(EMS(B))；

DNS服务器中存储有<ID，Eloc(EMS)>映射表，即<ID(A)，Eloc(EMS(A))>，<ID(B)，Eloc(EMS(B))>，……，由此可以根据身份标识查找到该终端所在接入网的家乡EMS服务器的位置标识。

(3)终端A根据Eloc(EMS(B))以ID(B)向EMS(B)发送查询请求，查询终端B的Eloc(B)；

各个接入网的EMS服务器中存储有本网络中各个终端的<ID，Eloc>映射表，即<ID(A)，Eloc(A)>，<ID(B)，Eloc(B)>，……，由此可以根据身份标识查找到该终端的位置标识。

(4)EMS(B)根据ID(B)查询<ID，Eloc>映射表，获得Eloc(B)，并返回给终端A；

(5)终端A根据Eloc(B)向终端B发起通信请求；

(6)终端B响应终端A的请求，二者开始通信；

(7)终端A移出接入网A，终端A检测到与CE(A)的无线链路的服务质量下降至不满足需求时，扫描周边接入点网络，获取周边可用的接入点的信息，当从中确定了CE(C)为最佳接入点时，向CE(A)发送路由器切换请求，CE(A)随即向CE(C)发起主机切换配置请求；

其中，终端A向CE(A)发送的消息主要包括欲接入点NAR的ESSID和其ELoc地址，目的是触发PAR和NAR之间的协商机制，以获取NAR中可使用的新的位置标识Eloc。

(8)若请求成功，CE(C)为终端A分配可用的Eloc，即Eloc(C)及相应的资源，比如用于缓存终端B发往终端A的数据包的内存空间，并将Eloc(C)返回给CE(A)，CE(A)进一步返回给终端A；若失败，即终端A没有获取到可用的Eloc，如果还有其他接入点，则选择其他接入点中较佳的接入点，重复步骤(7)中的切换请求过程。

有以下两种失败的情况：一种是请求的ESSID或NAR的Eloc地址与其自身的信息不符，此时收到NAT MATCH消息；另一种是虽然信息符合，但由于存储资源不足等异常原因导致不能受理切换，此时收到NOT AVAIL消息。

(9)终端A向EMS(A)发送ID、Eloc绑定请求，即请求更新<ID，Eloc>映射表，EMS(A)响应请求，根据ID(A)及Eloc(C)将<ID(A)，Eloc(A)>更新为<ID(A)，Eloc(C)>；

(10)EMS(A)更新成功，向终端A返回ID、Eloc绑定响应；

(11)终端A向终端B发送路由地址更新请求，告知自身位置标识的变更；

该请求消息中包括终端A当前正在使用的Eloc(A)和切换后将要使用的Eloc(C)。

(12)终端B向EMS(A)发起Eloc查询请求，以确认终端A的位置标识是否改变；

(13)EMS(A)查询已更新的<ID，Eloc>映射表，并向终端B返回Eloc查询响应；

(14)终端B确认终端A的位置标识改变，即安全验证通过，向终端A返回确认消息；

(15)终端B根据ID(A)及Eloc(C)更新其存储的通信对端终端的<ID，Eloc>映射表，即将<ID(A)，Eloc(A)>更新为<ID(A)，Eloc(C)>，随后，其发往终端A的数据包发送至Eloc(C)；

此时，发送至Eloc(C)的数据包缓存在CE(C)中。

(16)终端A收到终端B的确认路由地址更新消息后，进行二层链路切换，配置自身的位置标识为Eloc(C)，接入CE(C)；

(17)终端A向CE(C)发送缓存数据包取回请求，请求取回终端B发送至Eloc(C)的数据包；

(18)CE(C)向终端A发送其缓存着的数据包，释放资源；

至此，移动终端A由接入网A切换至接入网C，在此过程中，由于采用了在不断开原有的链路连接，预先获取NAR的可用Eloc地址，然后再进行切换的方法，避免了通信中断的问题，大大减小了切换时延；同时，在切换时，将通信对端终端发来的数据包暂时缓存，也大大降低了丢包率。

另外，本发明的网络切换方法也同样适用于网内切换，即切换前后的路由器在同一个接入网内。当终端A与终端B在通信过程中终端A进行内网切换时，终端A的位置标识由Eloc(A)改变为Eloc(A`)，首先向EMS(A)发送ID、Eloc绑定请求，EMS(A)响应请求，根据ID(A)及Eloc(A`)将<ID(A)，Eloc(A)>更新为<ID(A)，Eloc(A`)>；然后终端A向终端B发出路由地址更新请求，告知其自身位置标识的变更，终端B进行安全验证通过后，更新其存储的通信对端的映射表，即将<ID(A)，Eloc(A)>更新为<ID(A)，Eloc(A`)>，随后，其发往终端A的数据包发送至Eloc(A`)；终端A进行二层链路切换后将新接入路由缓存的数据包取回，继续与终端B通信。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，该路由体系包括核心网和数个接入网，各接入网中设有EMS服务器，EMS服务器中存储有本网络中每台终端的<ID，ELoc>映射表，各终端中存储有其通信对端终端的<ID，ELoc>映射表，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)终端移动中监测到链路的服务质量下降至一定阈值时，扫描周边接入点网络以获取可用接入点的信息，并从中选择最佳接入点作为NAR，然后向其PAR发起路由切换请求，PAR向NAR发起主机切换请求；

2)NAR响应该主机切换请求，为欲接入的该终端分配新的位置标识Eloc及一定资源，并将该Eloc返回给PAR，PAR进一步返回给该终端；

3)该终端向其通信对端终端发送路由地址更新请求，告知其Eloc地址变更；

4)该通信对端终端向所述终端返回确认响应；

5)该通信对端终端更新其存储的通信对端终端的<ID，ELoc>映射表；后续发往所述终端的数据包发送至所述Eloc地址，由所述NAR缓存；

6)所述终端进行切换，配置自身的位置标识为所述Eloc地址；

7)所述终端向所述NAR请求取回所述缓存的数据包；

8)所述NAR响应请求，将所述缓存的数据包返回给所述终端。

2.如权利要求1所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，其特征在于，所述步骤3)之前还包括该步骤：

所述终端向其家乡EMS服务器发送携带所述Eloc地址的更新请求，该家乡EMS服务器响应该请求，更新所述终端的<ID，ELoc>映射关系。

3.如权利要求2所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，其特征在于，所述步骤3)之后还包括以下步骤：

A、所述通信对端终端向所述EMS服务器发起Eloc查询请求，以进行安全验证；

B、所述EMS服务器查询更新后的所述终端的<ID，ELoc>映射关系，将结果返回给所述通信对端终端。

4.如权利要求3所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，其特征在于，所述可用接入点的信息包括服务集标识、QoS参数、ELoc地址。

5.如权利要求4所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的网络切换方法，其特征在于，所述最佳接入点是根据所述获取的可用接入点的信息，进行策略算法确定的。

6.如权利要求5所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的切换方法，其特征在于，所述策略算法为QoS参数最优法。

7.如权利要求1所述的在身份与位置标识相分离的路由体系下移动终端的切换方法，其特征在于，所述NAR为所述终端分配的一定资源是用于缓存所述通信对端终端向所述终端发送的数据包的内存空间。

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