CN104469944B - 一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法，包括以下步骤：MN接入当前MAG，当前MAG与LMA建立双向隧道；MN变成空闲状态，当前MAG自举为PA，并将寻呼指示消息发给其他MAG；MN移动到其他MAG；当CN向MN发送数据包时，MN变为活跃状态，数据包被重定向到当前MAG；当前MAG发起寻呼过程，另一MAG或忽略该请求或响应寻呼请求消息；响应寻呼请求消息的另一MAG自举为新的PA，其他MAG更新MN对应的信息；当MN向CN发送数据包时，重定向到另一MAG，其他MAG发起PMIP过程，建立和LMA之间的双向隧道。以上步骤可重复。通过本发明的方法可以对本地化寻呼过程中的数据处理流程进行优化。

Description

一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法。

背景技术

移动互联网中的移动节点(Mobile Node，MN)可以被分成两大类：一类是处于激活状态的MN，这种节点需要经常对位置管理者进行位置更新；另一类是处于空闲状态的MN，这种节点较少发送数据报文，从而也较少需要对位置管理者进行位置更新。对处于激活状态的MN，由于位置管理者知道其精确位置信息，因此可以把报文直接发送给该节点。对处于空闲状态的MN，由于位置管理者往往不知道其精确位置信息，因此，需要通过其他技术来对这类节点进行定位，该技术通常称为寻呼。

寻呼技术已经在传统蜂窝移动通信系统中得到了广泛的应用。近来，国内外学者纷纷提出把寻呼应用于互联网，提出了IP寻呼的概念。IP寻呼指的是定位处于空闲状态MN的IP地址的过程[Kempf J.Dormant mode host alerting(“IP paging”)problemstatement.IETF RFC3132,2001；Kempf J,Castelluccia C,Mutaf P,et al.Requirementsand functional architecture for an IP host alerting protocol.IETF RFC 3154,2001]。IP寻呼的研究内容主要涉及到三个方面，分别是寻呼体系结构(PagingArchitecture)、寻呼协议(Paging Protocol)和寻呼算法(Paging Algorithm)[Ramjee R,Li L,Porta T,et al.IP paging services for mobile hosts.Wireless Networks,2002,8(5):427-441]。其中，寻呼体系结构决定IP寻呼中MN寻呼状态信息存储的位置；寻呼协议决定IP寻呼中寻呼的发起者，定义IP寻呼中节点之间的各种交互消息，并负责更新和维护MN的寻呼状态；寻呼算法决定IP寻呼中查找节点IP地址所采用的方法，如选择寻呼、顺序寻呼、多步寻呼和定向寻呼等。

目前，IP寻呼的研究主要集中在对移动IPv4(Mobile IPv4，MIPv4)[C.Perkins,IPMobility Support for IPv4.RFC 3344.2002]和移动IPv6(Mobile IPv6，MIPv6)[D.Johnson,C.Perkins,J.Arkko.Mobility Support in IPv6.RFC3775.2004]进行寻呼功能的扩展。这些扩展机制主要可以分成两类：第一类称为静态聚合寻呼(Static AggregatePaging,SAP)[Lee J S,Min J H,Park K S,et al.Paging extensions for hierarchicalmobile IPv6:P-HMIPv6.Proceedings of the IEEE International Conference onNetworks(ICON),Sydney,Australia,IEEE Press,2003:245-248；Poungkong T,Benjapolakul W.A comparative analysis on signaling cost of mobile IP regionalregistration with paging support.Proceedings of the IEEE WirelessCommunications&Networking Conference(WCNC),New Orleans,USA,IEEE Press,2005:1415-1420；Liebsch M,Lamparter B.A generic IP paging architecture andprotocol.Computer Networks,2005,49(3):427-448；Wu X,Mukherjee B,Bhargava B.Acrossing-tier location update/paging scheme in hierarchical cellularnetworks.IEEE Transactions on Wireless Communications,2006,5(4):839-848；Castelluccia C,Mutaf P.An adaptive per-host IP paging architecture.ACMSIGCOMM Computer Communication Review,2001,31(5):48-56]。在该类机制中，网络管理者预先设计好寻呼域，寻呼域的范围保持不变，并且网络对所有处于空闲状态的MN采用相同的寻呼机制。这类机制主要解决网络的整体性能优化问题；第二类称为个人寻呼(Individual Paging)[Castelluccia C.Extending mobile IP with adaptiveindividual paging:a performance analysis.ACM SIGMOBILE Mobile Computing andCommunications Review,2001,5(2):14-26；Do H T,Onozato Y.A comparison ofdifferent paging mechanisms for mobile IP.Wireless Networks,2007,13(3):379-395；Techabanyat C,Benjapolakul W.Distributed local paging scheme for mobilitymanagement in mobile IP.Proceedings of the IFIP International Conference onWireless and Optical Communications Networks(WOCN),Singapore,IEEE Press,2007:1-5；Roy A,Misra A,Das S K.Location update versus paging trade-off in cellularnetworks:an approach based on vector quantization.IEEE Transactions on MobileComputing,2007,6(12):1426-1440]，在该类机制中，网络对每个处于空闲状态的MN的寻呼机制以及寻呼域范围都可能不同。这类机制主要解决单个MN的性能优化问题。但上述研究都是在基于终端的移动性管理协议之上进行，因而存在一些固有弊端，如：需要更新现有终端的软件、增加终端复杂性和电量消耗、大量移动性信令占用无线资源等。

鉴于这类移动性协议本身的缺陷，IETF成立了NetLMM工作组，提出基于网络的移动性管理协议需求[J.Kempf,Ed.Problem Statement for Network-Based LocalizedMobility Management(NETLMM).RFC4830.2007]。经过长期讨论之后，正式发布了代理移动IPv6(Proxy Mobile IPv6，PMIPv6)标准[S.Gundavelli,Proxy MobileIPv6.RFC5213.2008]。基于网络的移动性管理协议不需要终端参与移动性管理过程，所有的移动性信令都由网络完成，这就解决了对终端的功能需求和无线资源浪费的问题。基于PMIPv6基本协议，J.H.Lee提出基于网络的寻呼机制[Jong-Hyouk Lee，Tai-Myoung Chung，Sangheon Pack and Sri Gundavelli，Shall we apply paging technologies to proxymobile IPv6？Proceedings of the 3rd international workshop on Mobility in theevolving internet architecture Mobility In The Evolving InternetArchitecture，Aug.2008-Aug.2008，Seattle，WA，USA]，仿真结果证明该机制可以有效的减少PMIPv6的协议开销，进而优化PMIPv6协议的性能。

该机制可以有效的减少PMIPv6中空闲MN的注册消息，并通过基于网络的寻呼保证了寻呼扩展对于MN的透明，但是仍然有如下缺陷：

1)MAG(移动接入网关)和LMA(本地移动锚点)之间需要通过定时器的设置来对MN空闲状态进行同步，增加了协议的复杂性；

2)当MN有上行数据发送的时候，当前MAG需要进行状态激活、PMIP(代理移动IP)绑定，才能开始传输数据，带来了一定的时延；

3)当MN有下行数据到达LMA的时候，LMA首先需要进行状态激活、寻呼、PMIP绑定，才能向MN发送数据包，这首先需要LMA对数据包进行缓存，会加剧LMA的瓶颈效应；而且数据包发送时延过大；

4)该机制没有详细的操作规程以及消息格式定义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷提出一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法，基于多个MAG位于同一寻呼域的网络架构，包括以下步骤：

1)一MN接入一当前MAG，所述当前MAG通过发起PMIPv6绑定过程与LMA建立双向隧道；

2)MN在当前MAG的子网内变成空闲状态，当前MAG自举为MN的PA，并将寻呼指示消息发给所述寻呼域内其他MAG；

3)MN移动到所述寻呼域内其他MAG，所述其他MAG如发现MN是一个idle节点(即为空闲状态)，则不进行任何PMIP操作；

4)当CN向MN发送数据包时，MN变为活跃状态，数据包被重定向到当前MAG；当前MAG发起寻呼过程，当寻呼域内另一MAG收到寻呼请求消息时，如发现自己的子网内没有所述MN的信息，则忽略该请求；如发现自己的子网内有所述MN的信息，则响应寻呼请求消息，MN重新变为空闲状态，由响应寻呼请求消息的另一MAG自举为新的PA，并向所述寻呼域内的其他MAG发送寻呼指示消息；

当MN向CN发送数据包时，MN移动到的其他MAG首先将数据包重定向到新的PA，同时MN移动到的其他MAG发起PMIP过程，建立和LMA之间的双向隧道。

进一步地，所述步骤2)中当MN在Lifetime期间没有任何数据发送时，当前MAG确认MN变为空闲状态，自举为PA，并发起MN的状态同步。

进一步地，步骤2)中所述寻呼指示消息携带MN-ID、MN-HNP、状态指示和PA地址，当MN为空闲状态时，寻呼指示消息使得其他MAG建立MN的一绑定缓存条目；当MN为活跃状态时，PA如主动向其他MAG发送寻呼指示消息，则其他MAG删除MN的状态信息。

进一步地，步骤4)中所述寻呼请求消息携带MN-ID、MN-HNP和PA地址，用以使MN的转换为活跃状态，使和MN不相连的MAG删除MN的状态；使和MN相连的MAG，将MN的状态转换为活跃，发起PMIPv6绑定过程，同时向PA发送寻呼响应消息。

进一步地，所述寻呼响应消息作为寻呼请求消息的响应，携带MN-ID、MN-HNP及和MN相连的MAG的地址。

通过上述技术方案，本发明可以对本地化寻呼过程中的数据处理流程进行优化，主要体现在：

1)消除LMA为MN缓存数据的要求，减缓PMIPv6的LMA瓶颈问题；

2)状态同步在本地范围进行，将寻呼过程和数据缓存扁平化；

3)当MN发生状态迁移时，无需通过定时器的设置来对MN空闲状态进行同步，且通过PA使寻呼过程在MAG之间进行，以便网络能够及时进行状态同步并减小数据转发时延；

4)提供详细的操作规程及消息格式定义。

附图说明

图1为本发明实施例中基于PMIPv6的本地化寻呼网络架构示意图。

图2为本发明实施例中基于PMIPv6的本地化寻呼方法的流程示意图。

图3为本发明实施例中MAG上MN的绑定更新列表图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

实施例：

在本实施例中，首先对本发明的本地化寻呼方法的主体架构进行说明。如图1所示，图中的LMD(Local Mobility Domain)为本地移动域，是一个PMIPv6的服务域，CN(Corresponding Node)为通信节点，指代与MN进行通信的节点。MN在空闲状态的第一个MAG作为寻呼代理(Paging Agent，PA)，从而实现寻呼过程的本地化，并将寻呼管理扁平化，可以起到分散LMA压力的作用，这是由于传统的寻呼方法是由LMA统一管理的，本发明通过选择第一个MAG作为寻呼代理，把这个MAG作为管理寻呼的节点，使得后续的寻呼操作都是在MAG之间进行，故而实现了扁平化；为了尽快地进行数据转发，PA和其他MAG(即与第一个MAG位于同一寻呼域的其他MAG)之间的信息同步中包含MN-ID、MN-HNP和PA的地址，当其他MAG接收到MN的上行数据时，一方面通过PA进行转发，另一方面发起PMIP绑定过程，建立优化路径，其中，PMIP绑定过程就是基本的PMIP中通过PBU/PBA交互建立的LMA和MAG之间的绑定关系；当LMA向MN转发下行数据时，先发送到PA，由PA进行寻呼，当前MAG(即在同一个寻呼域内而且是MN目前正在接入的MAG)在响应寻呼消息从而向MN转发数据的同时，向LMA发起PMIP绑定过程。

具体可参照图1提供的一种网络架构，包含三个寻呼域(paging area)，分别表示为，paging area1、paging area2、paging area3，其中分别有MAG1、MAG2及MAG3位于pagingarea1中，有MAG4、MAG5及MAG6位于paging area2中，有MAG7、MAG8及MAG9位于paging area3中。如果MN1或MN2在空闲状态下将MAG1、MAG4或MAG7作为PA，作为PA的MAG1与同样位于paging area1的MAG2、MAG3之间的信息同步包括MN-ID、MN-HNP和MAG1的地址，当MAG2或MAG3接收到MN1或MN2的上行数据时，一方面通过MAG1进行转发，另一方面发起PMIP绑定过程，建立优化路径；当LMA向MN1或MN2转发下行数据时，先发送到MAG1，由MAG1进行寻呼，当前MAG在响应寻呼消息从而向MN1或MN2转发数据的同时，向LMA发起PMIP绑定过程。pagingarea2、paging area3内的MAG也可以实现同样的寻呼过程。当然本实施例仅结合图1的网络架构作为示例对寻呼过程进行描述，实际上，网络架构的构成，寻呼域的数量及寻呼域中MAG的数量，空闲状态的MN数量都会有所变化，本发明对此不作限定。

下面对本发明的本地化寻呼方法的具体实施过程及操作原理进行说明。

1.寻呼过程

本实施例所提出的PMIPv6本地化寻呼方法操作流程如图2所示：

MAG1，MAG2，MAG3和MAG4位于同一个寻呼域(paging area)。

1)MN接入MAG1，由于MAG1中没有维护任何MN的状态信息，MAG1发起PMIPv6绑定过程，从而和LMA建立了双向隧道；

2)MN在MAG1子网内变成空闲状态(idle mode)，MAG1自举为MN的PA，并将相关信息(即上述的HNP，ID等信息)通过寻呼指示发给paging area的其他MAG；

3)MN移动到MAG2后，MAG2发现MN是一个idle节点，不进行任何PMIP操作；

4)MN移动到MAG3后，MAG3发现MN是一个idle节点，不进行任何PMIP操作；

5)当CN向MN发送数据包时，数据包被发送到LMA，由于LMA绑定的MAG是MAG1，所以数据包被重定向到MAG1。而由于MN此时已经移动到其他的MAG，所以MAG1发起寻呼过程，当MAG2和MAG4收到寻呼请求消息时，发现自己的子网内没有MN的信息，从而忽略该请求。MAG3发现子网内有该MN的信息，便响应MAG1的请求消息。一方面MAG1将数据包重定向到MAG3，进而转发给MN；另一方面，MAG3发起PMIP绑定过程。当LMA收到PBU消息之后，更新和MAG之间的绑定状态；

6)由于MN又转移到idle状态，于是MAG3充当新的PA，并向其他MAG进行通告，其他MAG更新MN对应的信息(即上述的HNP，ID等信息)；

7)MN移动到MAG4，MAG4发现MN是一个idle节点，不进行任何PMIP操作；

8)当MN向CN发送数据包时，MAG4首先将数据包重定向到PA(MAG3)，同时MAG4发起PMIP过程，建立和LMA之间的双向隧道。

2.状态同步

为了在MAG之间对MN的活跃和空闲状态进行同步，本发明不限定MAG信息同步所采用的具体技术(如单播或组播)，但需要对MAG上MN的绑定更新列表进行如图3所示扩展。

由此可见，MAG的绑定更新列表中增添了该MN当前的状态(I标志位为1表示处于空闲状态，I为0表示处于活跃状态)及其对应的PA地址，Lifetime用于对这些状态进行管理，并遵从如下原则：

当活跃MN的Lifetime过期且MAG仍然没有收到任何MN的数据包，就将其状态转移为空闲；

当每次收到MN的数据包时，都需要对Lifetime进行归零重置；

当空闲MN的Lifetime过期时，如果PA一项为Null，则表明当前MAG就是该空闲MN的PA，那么这个MAG就需要向LMA进行MN的位置更新，以继续维护LMA的MN绑定状态，该MAG还需要继续向其他MAG发送寻呼指示消息，以更新MN在其他MAG上的状态；

当空闲MN的Lifetime过期时，如果PA一项不为Null，表明MAG没有收到PA对于MN空闲状态的继续维护，则MAG默认为该MN转换为活跃状态，从而删除该条目。

3.PA自举

当MN在Lifetime期间没有任何数据发送时，当前MAG确认该MN转移到空闲状态，自举为PA，并发起该MN的状态同步。

4.信令消息

本发明涉及三个消息，分别为寻呼指示，寻呼请求和寻呼响应，本发明不限定这三种消息的具体格式，但是其必选内容以及处理规则如下：

1)寻呼指示消息从PA发送给相同寻呼域中的所有其他MAG(可以采用单播或组播技术)，其中携带MN-ID、MN-HNP、状态指示和PA地址。当MN状态为空闲时，这一消息将使得其他MAG建立如图3中MN1的绑定缓存条目；当MN状态转换为活跃时，PA也可以主动向其他MAG发送这一消息，从而使得其他MAG可以及时删除该MN的状态信息；

2)寻呼请求消息从PA发送给相同寻呼域中的所有其他MAG(可以采用单播、组播或任播技术)，其中包含MN-ID、MN-HNP和PA地址，这一消息将使得该MN的状态转换为活跃，对于和MN不相连的MAG，删除该MN的状态；对于和MN相连的MAG，将MN的状态转换为活跃，发起PMIPv6绑定过程，同时向PA发送寻呼响应消息；

3)寻呼响应消息从MAG发向PA(采用单播技术)，以作为寻呼请求消息的响应，其中包含MN-ID、MN-HNP和该MAG的地址。

5.数据转发

本发明涉及到的数据转发过程主要包括MAG和LMA之间的数据转发和MAG和PA之间的数据转发。

1)对于MAG和LMA之间的数据转发，完全按照PMIPv6基本协议操作；

2)对于MAG和PA之间的数据转发：

当MAG收到空闲MN发送的上行数据包且该MAG不作为PA时，则需要按照绑定更新列表将数据包重定向到PA，同时发起PMIPv6绑定过程。当该MAG收到LMA发送的PBA(ProxyBinding Acknowledgement代理绑定确认)之后，表明PMIPv6隧道已经建立，后续的数据包将通过PMIPv6隧道继续发送；当MAG收到空闲MN发送的上行数据包且该MAG为PA时，首先将MN的状态转换为激活并向其他MAG发送寻呼指示消息进行MN的状态同步，同时通过PMIPv6隧道向LMA转发数据包；

当LMA收到MN的下行数据包时，首先通过PMIPv6隧道转发到为MN注册的MAG，而这个注册的MAG一定是MN的PA，当MN当前处在PA子网时，PA直接向MN转发数据包并向其他MAG发送寻呼指示消息进行MN的状态同步；当MN当前处在别的MAG子网时，PA首先通过发送寻呼请求消息寻找MN的当前MAG，并在接收到寻呼响应后将数据包发送到对应的MAG。

Claims (5)

1.一种基于PMIPv6的本地化寻呼方法，基于多个MAG位于同一寻呼域的网络架构，包括以下步骤：

1)MN接入一当前MAG，所述当前MAG与LMA建立双向隧道；

2)如MN为空闲状态，则当前MAG自举为MN的PA，并将寻呼指示消息发给所述寻呼域内其他MAG；

3)MN移动到所述寻呼域内其他MAG，所述其他MAG如发现MN为空闲状态，则不进行任何PMIP操作；

4)当CN向MN发送数据包时，MN变为活跃状态，数据包被重定向到当前MAG；当前MAG发起寻呼过程，当寻呼域内另一MAG收到寻呼请求消息时，如发现自己的子网内没有所述MN的信息，则忽略该请求；如发现自己的子网内有所述MN的信息，则响应寻呼请求消息，MN重新变为空闲状态，由响应寻呼请求消息的另一MAG自举为新的PA，并向所述寻呼域内的其他MAG发送寻呼指示消息；

而当MN向CN发送数据包时，步骤3)中MN移动到的其他MAG将数据包重定向到新的PA，同时建立和LMA之间的双向隧道。

2.如权利要求1所述基于PMIPv6的本地化寻呼方法，其特征在于，所述步骤2)中当MN在Lifetime期间没有数据发送时，当前MAG确认MN变为空闲状态。

3.如权利要求1所述基于PMIPv6的本地化寻呼方法，其特征在于，步骤2)中所述寻呼指示消息携带MN-ID、MN-HNP、状态指示和PA地址，当MN为空闲状态时，寻呼指示消息使得其他MAG建立MN的一绑定缓存条目；当MN为活跃状态时，PA如主动向其他MAG发送寻呼指示消息，则其他MAG删除MN的状态信息。

4.如权利要求1所述基于PMIPv6的本地化寻呼方法，其特征在于，步骤4)中所述寻呼请求消息携带MN-ID、MN-HNP和PA地址，用以使MN的状态转换为活跃，使和MN不相连的MAG删除MN的状态；使和MN相连的MAG，将MN的状态转换为活跃，同时向PA发送寻呼响应消息。

5.如权利要求4所述基于PMIPv6的本地化寻呼方法，其特征在于，所述寻呼响应消息作为寻呼请求消息的响应，携带MN-ID、MN-HNP及和MN相连的MAG的地址。