CN104811966A - 实现移动节点上下行数据负载均衡与切换的方法及系统 - Google Patents

实现移动节点上下行数据负载均衡与切换的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种实现移动节点（MN）上下行数据负载均衡与切换的方法，该方法包括：在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道；每个LMA以预设时间间隔自动检查负载状况并将自身的负载状况发送给路由管理实体（RMS）；RMS接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。进一步地，当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA；每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。本发明实施例还公开了一种实现MN上下行数据负载均衡与切换的系统。

Description

实现移动节点上下行数据负载均衡与切换的方法及系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域的负载均衡与切换技术，尤其涉及一种实现移动节点（Mobile Node，MN）上下行数据负载均衡与切换的方法和系统。
背景技术
目前，在移动互联网中，由于全局移动带来的各种弊端，如信令开销大、需要修改主机等，国际标准组织因特网工程任务组（The Internet EngineeringTask Force，IETF）提出了基于网络的区域移动管理协议代理移动IPv6（ProxyMobile IPv6，PMIPv6）。
在PMIPv6技术中，通过PMIPv6协议处理一个MN移动管理行为的网络区域称为PMIPv6域。在这个域中，核心的功能实体是本地移动锚（LocalMobility Anchor，LMA）和移动接入网关（Mobile Access Gateway，MAG）；其中，LMA是在PMIPv6域内MN的家乡代理，负责保持MN可访问，同时也是移动节点家乡网络前缀（MN-HNP）的提供者；MAG位于MN接入的位置，代表MN进行移动管理，负责检测MN的移动及MN与LMA之间的绑定注册等信令交互。
图1为一个PMIPv6域的组成结构示意图，其中，当MN在一个PMIPv6域中移动时，MN一直使用自身在PMIPv6域中的移动节点家乡地址（MobileNode’s Home Address，MN-HoA）；代理转交地址（Proxy Care-of Address，Proxy-CoA）由MAG配置，是LMA和MAG之间隧道的端点，LMA将这个Proxy-CoA视为MN的转交地址并进行注册。
当MN通过某条接入链路连入PMIPv6域时，该链路上的MAG在识别出MN后决定此MN是否被授权使用PMIPv6服务，如果确认MN已被授权，则网络将保证MN接入网络的接口设备使用任何该网络允许的地址配置机制获得地址，并使MN可在该PMIPv6域中任意移动。MN所获得的地址配置信息包括MN-HNP、该链路上的默认路由器地址以及其他相关的配置信息。从MN的角度来看，整个PMIPv6域可视为一条单独的链路，当MN更换接入此PMIPv6的链路后，该MN仍可保持其初始的地址配置。
当MN进入PMIPv6域时，MAG感知到MN的接入，MAG向LMA发送代理绑定更新消息（Proxy Binding Update，PBU），LMA在接收到PBU后，向MAG返回代理绑定确认消息（Proxy Binding Acknowledgement，PBA），在PBA中携带MN-HNP，同时LMA将建立绑定缓存（Binding Cache entry，BCE）及与MAG间的一条双向隧道。MAG接到PBA后，建立与LMA间的双向隧道，这样，MAG就拥有模拟MN的家乡链路所需的所有信息；之后，MAG在MN接入的链路上发送路由通告（RA）以宣告MN的MN-HNP；MN接到RA后即可进行地址配置，进而完成接入PMIPv6域的过程，使得MN和对端通信MN的数据流量通过LMA和MAG之间的双向隧道进行转发。
当MN从先前的MAG（p-MAG）切换到新的MAG（n-MAG）时，p-MAG感知到MN离开其接入链路，则向LMA发送取消绑定的PBU，LMA接收此PBU并返回PBA；n-MAG发现MN接入后，将按照MN接入PMIPv6域的流程通过PBU信令更新LMA上的绑定和路由信息。这样，MN会在新的链路上收到与之前相同的RA，从而确定仍处于相同的链路并使用相同的地址配置。
由此可知，PMIPv6技术能在MN不参与移动信令的前提下实现MN的移动切换，具备实现上的便利性，易于推广。但是，一个PMIPv6域内的所有数据都需要经过LMA进行隧道处理和路由，造成LMA压力过大。而且，随着Internet的发展，高清晰的视频业务越来越多，此类业务带来的大量数据报文对LMA的处理能力形成了巨大的挑战。因此，在PMIPv6技术中，存在单个LMA负载过大的问题。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供了一种实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法和系统。
本发明实施例提供了一种实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法，在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道，该方法还包括：
每个LMA以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS；
RMS接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；
RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
上述方案中，所述在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道包括：
当MAG启动时，同时读取配置文件中的多个LMA信息，并根据每个LMA信息分别发送建立隧道请求信令至对应LMA；
LMA接收隧道请求信令，之后，根据隧道请求信令建立对应的LMA到MAG的隧道并返回建立隧道应答信令；
MAG接收隧道应答信令，之后，根据隧道应答信令建立对应的MAG至LMA的隧道。
上述方案中，所述LMA自身的负载状况包括：LMA为每个MAG转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率。
上述方案中，所述根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径包括：根据每个LMA的负载状况确定过载LMA和轻载LMA；发送负载调整信令至到达过载LMA数据包最多的MAG；所述MAG接收并根据负载调整信令，修改对应路由项；其中，当LMA的CPU利用率高于百分比上限，且转发的上行数据包总个数大于预设值时，确定为过载LMA；当LMA的CPU利用率低于百分比下限时，确定为轻载LMA。
上述方案中，所述方法还包括：
当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA；
每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
上述方案中，所述将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令至RMS；RMS接收到路由更新信令后，转发路由更新信令至每个LMA。
本发明实施例还提供了一种实现MN上下行数据负载均衡与切换的系统，该系统包括：LMA、MAG、RMS；其中，
所述MAG、用于在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道；
所述LMA，用于以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS；
所述RMS，用于接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
上述方案中，所述LMA自身的负载状况包括：LMA为每个MAG转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率。
上述方案中，所述当前MAG，还用于当MN切换到当前MAG时，完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS发送至每个LMA；
所述LMA，还用于分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
上述方案中，所述当前MAG将路由更新信令经由RMS发送至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令至RMS；RMS接收到路由更新信令后，转发路由更新信令至每个LMA。
本发明实施例提供的实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法和系统，在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道；每个LMA以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给路由管理实体（RouteManagement Server，RMS）；RMS接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。另外，当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA，每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。如此，在PMIPv6域内引入多个LMA，通过双向的、动态的LMA间负载均衡技术，能够解决PMIPv6中单个LMA负载过大的问题，进而实现双向数据流且动态的负载均衡与切换。
附图说明
图1为一个PMIPv6域的组成结构示意图；
图2为引入多个LMA和RMS后的PMIPv6结构示意图；
图3为本发明实施例一实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法的实现流程示意图；
图4为本发明实施例在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道的实现流程示意图；
图5为本发明实施例隧道请求信令Tnl_request的格式示意图；
图6为本发明实施例隧道应答信令Tnl_ack的格式示意图；
图7为本发明实施例负载信息信令Load_info的格式示意图；
图8为本发明实施例RMS的负载列表数据结构示意图；
图9为本发明实施例负载调整信令Load_adjust的格式示意图；
图10为本发明实施例从MAG至LMA的上行数据的动态负载均衡的信令流程示意图；
图11为本发明实施例二实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法的实现流程示意图；
图12为本发明实施例路由更新信令Route_adjust的格式示意图。
图13为本发明实施例从LMA至MAG的下行数据的动态负载均衡的信令流程示意图；
图14为本发明实施例实现MN上下行数据负载均衡与切换的系统的组成结构示意图。
具体实施方式
在本发明实施例中，在每个LMA与MAG之间均建立双向隧道；每个LMA以预设时间间隔自动检查负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS；RMS接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
另外，当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA，每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
这里，LMA可通过负载信息信令Load_info将自身的负载状况发送给RMS；
所述将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令Route_adjust至RMS，RMS接收到Route_adjust后，转发Route_adjust至每个LMA。
这里，所述预设时间间隔可按照具体的业务需要预先设定，如5分钟。
在实际应用中，在PMIPv6的单个LMA的基础架构之上，首先引入多个LMA，同时，为了实现负载均衡和多个LMA间的路由一致性，还引入了RMS。如图2所示，为引入多个LMA和RMS后的PMIPv6结构示意图。为了描述方便，在后续本发明实施例的描述中也均以两个LMA的情况为例。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图3为本发明实施例一实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法的实现流程示意图，如图3所示，本发明实施例一实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法包括：
步骤S100：在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道；
这里，与标准的PMIPv6协议相比，本发明实施例中预先建立隧道的机制能够优化MN切换：当MN从一个MAG切换到另外一个MAG时，LMA只需要改变路由，而不再需要建立隧道，从而节省了切换处理时间，降低了MN切换时的丢包率及延迟。
其中，如图4所示为本发明实施例在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道的信令流程示意图，具体地，所述在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道包括：
步骤10：当MAG启动时，同时读取配置文件中的多个LMA信息，并根据每个LMA信息分别发送建立隧道请求信令Tnl_request至对应LMA；
这里，多个LMA以LMA1和LMA2为例，LMA的信息由PMIPv6网络管理员输入MAG的配置文件中，MAG以MAG1为例。
其中，对应不同的LMA，Tnl_request分别为Tnl_request1和Tnl_request2。
步骤11：LMA接收Tnl_request，之后，根据Tnl_request建立对应的LMA到MAG的隧道并返回建立隧道应答信令Tnl_ack；
其中，对应不同的LMA，对应的LMA到MAG的隧道分别为MAG1<->LMA1和MAG1<->LMA2；Tnl_ack分别为Tnl_ack1和Tnl_ack2。
步骤12：MAG接收Tnl_ack，之后，根据Tnl_ack建立对应的MAG至LMA的隧道。
其中，对应不同的LMA，对应的MAG至LMA的隧道分别为MAG1<->LMA1和MAG1<->LMA2。
这里，隧道请求信令Tnl_request与隧道应答信令Tnl_ack的格式示意图分别如图5、图6所示。
步骤S101：每个LMA以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS；
这里，LMA自身的负载状况包括但不仅限于：LMA为每个MAG转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率等。
这里，LMA可通过负载信息信令Load_info将自身的负载状况发送给RMS；如图7所示为本发明实施例负载信息信令Load_info的格式示意图。
步骤S102：RMS接收每个LMA的负载状况，并存储到自身维护的负载列表中；
这里，如图8所示为本发明实施例RMS的负载列表数据结构示意图。
步骤S103：RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
这里，所述根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径包括：根据每个LMA的负载状况确定过载LMA和轻载LMA；发送负载调整信令Load_adjust至到达过载LMA数据包最多的MAG；所述MAG接收并根据Load_adjust，修改对应路由项。其中，当LMA的CPU利用率高于百分比上限，且转发的上行数据包总个数大于预设值时，确定为过载LMA；当LMA的CPU利用率低于百分比下限时，即确定为轻载LMA。其中，百分比上限通常取值为80%，百分比下限通常取值为40%，所述预设值为6000个。
这里，如图9所示为本发明实施例负载调整信令Load_adjust的格式示意图。其中，LMA1为过载LMA，LMA2为轻载LMA，MAG1为所述到达LMA1数据包最多的MAG。
在上述实现MN上行数据负载均衡与切换的方法的实现流程中，LMA定期检查自身的负载状况并通知给RMS，RMS根据LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径，从而实现了动态的负载均衡。如图10所示，为本发明实施例从MAG至LMA的上行数据的动态负载均衡的信令流程示意图。
进一步地，图11为本发明实施例二实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法实现流程示意图，如11所示，本发明实施例二实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法包括图3所示的步骤S100至S103，所述方法还包括：
步骤S104：当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA；
这里，所述将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令Route_adjust至RMS；RMS接收到Route_adjust后，转发Route_adjust至每个LMA。
其中，如图12所示为本发明实施例路由更新信令Route_adjust的格式示意图。这里，假设MN从MAG1切换到MAG2（即当前MAG）。
步骤S105：每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
在上述实现MN上下行数据负载均衡与切换的方法的步骤S104和S105中，与单LMA的情形比较，通过RMS实现多个LMA至MN的路由的一致性，即多个LMA都可正确转发MN的下行数据至MN当前连接的MAG，从而实现LMA到MN的数据的正确转发，实现下行数据的负载均衡。如图13所示，为本发明实施例从LMA至MAG的下行数据的动态负载均衡的信令流程示意图。
图14为本发明实施例实现MN上下行数据负载均衡与切换的系统的组成结构示意图，如图14所示，本发明实现MN上行数据负载均衡与切换的系统包括：LMA10、MAG11、RMS12；其中，
所述MAG11，用于在每个LMA10与各个MAG11之间均建立双向隧道；
这里，所述在多个LMA10与MAG11间建立多隧道的信令流程如图4所示，在每个LMA10与各个MAG11之间均建立双向隧道包括：
所述MAG11在启动时，同时读取配置文件中的多个LMA10信息，并根据每个LMA10信息分别发送建立隧道请求信令Tnl_request至对应LMA10；所述LMA10接收Tnl_request，之后，根据Tnl_request建立对应的LMA10到MAG11的隧道并返回建立隧道应答信令Tnl_ack；所述MAG11接收Tnl_ack，之后，根据Tnl_ack建立对应的MAG11至LMA10的隧道。
所述LMA10，用于以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS12；
这里，所述LMA10自身的负载状况包括但不仅限于：LMA10为每个MAG11转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率等。
这里，LMA10可通过负载信息信令Load_info将自身的负载状况发送给RMS12；
所述RMS12，用于接收每个LMA10的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA10的负载状况实时调整MAG11的数据转发路径。
这里，RMS12根据每个LMA10的负载状况实时地调整MAG11的数据转发路径具体包括：所述RMS12根据每个LMA10的负载状况确定过载LMA10和轻载LMA10；发送负载调整信令Load_adjust至到达过载LMA10数据包最多的MAG11；相应的，所述MAG11接收并根据Load_adjust，修改对应路由项。
这里，在本发明实施例实现MN上下行数据负载均衡与切换的系统中，所述当前MAG21，还用于当MN切换到当前MAG21时，完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS22转发至每个LMA20；
这里，所述当前MAG21将路由更新信令经由RMS22转发至每个LMA20包括：当前MAG21发送路由更新信令Route_adjust至RMS22；RMS22接收到Route_adjust后，转发Route_adjust至每个LMA20。
所述LMA20，还用于调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG21。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种实现移动节点MN上下行数据负载均衡与切换的方法，其特征在于，在每个本地移动锚LMA与各个移动接入网关MAG之间均建立双向隧道，所述方法还包括：
每个LMA以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给路由管理实体RMS；
RMS接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；
RMS定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道包括：
当MAG启动时，同时读取配置文件中的多个LMA信息，并根据每个LMA信息分别发送建立隧道请求信令至对应LMA；
LMA接收隧道请求信令，之后，根据隧道请求信令建立对应的LMA到MAG的隧道并返回建立隧道应答信令；
MAG接收隧道应答信令，之后，根据隧道应答信令建立对应的MAG至LMA的隧道。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LMA自身的负载状况包括：LMA为每个MAG转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径包括：根据每个LMA的负载状况确定过载LMA和轻载LMA；发送负载调整信令至到达过载LMA数据包最多的MAG；所述MAG接收并根据负载调整信令，修改对应路由项；其中，当LMA的CPU利用率高于百分比上限，且转发的上行数据包总个数大于预设值时，确定为过载LMA；当LMA的CPU利用率低于百分比下限时，确定为轻载LMA。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当MN切换到当前MAG时，当前MAG完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA；
每个LMA分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将路由更新信令经由RMS转发至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令至RMS；RMS接收到路由更新信令后，转发路由更新信令至每个LMA。
7.一种实现移动节点MN上下行数据负载均衡与切换的系统，其特征在于，所述系统包括：本地移动锚LMA、移动接入网关MAG、路由管理实体RMS；其中，
所述MAG、用于在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道；
所述LMA，用于以预设时间间隔自动检查自身的负载状况，并将自身的负载状况发送给RMS；
所述RMS，用于接收每个LMA的负载状况并存储到自身维护的负载列表中；定期遍历自身维护的负载列表，根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述MAG在每个LMA与各个MAG之间均建立双向隧道包括：所述MAG在启动时，同时读取配置文件中的多个LMA信息，并根据每个LMA信息分别发送建立隧道请求信令至对应LMA；所述LMA接收隧道请求信令，之后，根据隧道请求信令建立对应的LMA到MAG的隧道并返回建立隧道应答信令；所述MAG接收隧道应答信令，之后，根据隧道应答信令建立对应的MAG至LMA的隧道。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述LMA自身的负载状况包括：LMA为每个MAG转发的数据包个数、上行数据包总个数、以及CPU利用率。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述RMS根据每个LMA的负载状况实时调整MAG的数据转发路径包括：所述RMS根据每个LMA的负载状况确定过载LMA和轻载LMA；发送负载调整信令至到达过载LMA数据包最多的MAG；所述MAG接收并根据负载调整信令，修改对应路由项；其中，当LMA的CPU利用率高于百分比上限，且转发的上行数据包总个数大于预设值时，确定为过载LMA；当LMA的CPU利用率低于百分比下限时，即确定为轻载LMA。
11.根据权利要求7至10任一项所述的系统，其特征在于，所述当前MAG，还用于当MN切换到当前MAG时，完成标准的PBU/PBA交换后，将路由更新信令经由RMS发送至每个LMA；
所述LMA，还用于分别调整对应的路由项，将获取的MN的数据都由隧道口转发至当前MAG。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述当前MAG将路由更新信令经由RMS发送至每个LMA包括：当前MAG发送路由更新信令至RMS；RMS接收到路由更新信令后，转发路由更新信令至每个LMA。
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