CN1582049A - 移动ip中准确触发网络层切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动IP中准确触发网络层切换的方法，包括以下步骤：a.当前移动节点检测当前发现的所有基站的选定触发参数的信息；b.判断所检测到的触发参数信息是否满足设定的触发条件，如果满足，则执行步骤c；否则，返回步骤a；c.当前移动节点判断当前满足触发条件的基站是否属于当前所在子网，如果不属于，则主动触发网络层切换；否则返回步骤a。该方法使低层能主动准确地触发网络层启动切换，进而在避免发生误切换的同时，提高切换速度，减少丢包。

Description

移动IP中准确触发网络层切换的方法

技术领域

本发明涉及移动IP切换技术，尤指一种在移动IP中准确触发网络层切换的方法。

背景技术

随着因特网(Internet)的迅猛普及、便携设备的大量使用、无线通信设备的快速发展、以及人们对网络依赖性的增加，移动用户都希望能以一种更加灵活的方式随时随地的访问企业网络资源和Internet资源，也就是说，用户产生了对主机移动性的需求，希望主机在改变其所处位置时无需中断已有的通信连接。为此，因特网工程任务组(IETF)定义了移动IP(Mobile IP)，移动IP是一个支持主机移动的网络层解决方案，其主要思路是：在不更改现有网络路由方式和其它固定主机软硬件的基础上，提供一种位置跟踪和IP数据报文转发机制，当某主机移动时，发向该主机的IP数据报文可以安全转发到该主机当前的位置。

移动IP是一种在全球Internet上提供移动功能的方案，使移动节点(MN)在切换链路时仍可保持正在进行的通信。移动IP所提供的IP路由机制，使移动节点能以一个永久的IP地址连接到任何链路上。

移动IP技术的推出，使移动用户在跨网络移动和漫游中，实现了不用修改计算机原来的IP地址仍可继续使用原网络中一切资源的要求，它对用户屏蔽了移动中IP接入网络变化所带来的影响。简单的说，移动IP就是实现了移动用户在网络中的平滑移动与漫游功能。

图1为移动IP中各实体组成的基本网络拓扑结构图，图中所示的移动节点10是指一个移动的计算机或路由器，也可称为移动主机(MH)，该移动节点10移动后仍能用原来的IP地址进行通信；图中所示的通信对端(CN)11为与移动节点10通信的计算机，也可称为通信对端主机(CH)。参见图1所示，针对移动节点10而言，移动节点10的归属网络称为家乡网络(HN)，移动节点10处于漫游状态时所在的网络称为外地网络(FN)，图1中包含两个外地网络。分配给移动节点10的永久IP地址称为家乡地址(Home Address)，该地址不随节点位置的变化而变化；在家乡网络中，移动节点10家乡网络的链路称为家乡链路(HL)；运行在移动节点10家乡网络上的路由器称为家乡代理(HA，HomeAgent)12，负责保存移动节点当前的位置信息，同时还负责截获发送给移动节点的报文，并将报文以隧道方式转发至移动节点当前的位置。在外地网络中，移动节点10所在的外地网络的链路称为外地链路(FL)；运行在外地网络上的路由器称为外地代理(FA)，是移动节点在外地网络中发送报文的缺省路由器，有时也提供隧道解封装服务，图1中包含分别属于外地网络1和外地网络2的外部代理13和外部代理14。

仍以图1为例，当移动节点10从家乡网络漫游到外地网络1或从外地网络1漫游到外地网络2时，移动节点10就会发生网络切换，通常的切换过程是：移动节点10根据当前检测到的信息发现自身进入新的网络后，移动节点10会通过接收外地代理发送的代理广播消息、或通过动态主机配置协议(DHCP)等方式获得一个转交地址，以此转交地址标识移动节点10当前所处的位置。该转交地址可以是外地代理转交地址，即外地代理的IP地址；也可以是配置转交地址，即外地网络上分配的一个IP地址。获得转交地址后，移动节点10再通过外地代理提供的路由转发功能向自己的家乡代理进行注册，通知家乡代理自己当前的转交地址。也就是说，每当移动节点的位置发生变化时，都要重新向家乡代理进行注册，更新其位置信息，以使家乡代理能随时获知移动节点当前的位置信息。

由于移动IP是网络层解决方案，上面所述的切换过程全部是在网络层进行的，所以，网络层要自己先判断出是否切换，再进行相应处理。现有技术中，网络层判断是否进行切换主要有三种方式：

第一种是代理广告：该方法的判断基于代理广告中因特网控制报文协议(ICMP)路由广告部分的生命周期(Lifetime)域。移动节点记录收到的所有代理广告的Lifetime，直至Lifetime到时。如果移动节点在某个Lifetime内没有收到对应代理的下一个广告，则认为已经与该代理失去联系；如果在Lifetime未到时就收到对应代理的下一个广告，则移动节点可以立即尝试向该代理注册。

第二种是使用网络前缀：在某些情况下，移动节点可以使用代理广告中的Prefix-Lengths扩展，来确定新收到的代理广告是否来自与自身当前转交地址相同的网络，如果前缀不同，则移动节点可以认为自身已移动到另一个网络。

第三种是通过路由请求：移动节点可以在网络内发送路由请求消息来寻找新的代理，通过返回的路由应答来判断是否发生了切换。

以上三种方式都是网络层的判断，但实际上移动节点的切换还包括低层即物理层和链路层的切换，并且，根据标准移动IP协议，只有当移动节点在低层的切换完成后，才开始网络层切换。更明确地说就是，只有在物理层和链路层断开了原有网络连接、建立了新连接后才能进行网络层切换，而在网络层切换前原来的连接已经断掉，但网络层并不能察觉，因此，这种切换过程必然会造成切换时延和整体通信恢复的周期延长，进而导致丢包。

为缩短切换时延、减少丢包，目前已有研究机构提出将二层即链路层切换和三层即网络层切换结合起来，将二层切换事件通知给三层，例如：IETF一个低延时切换草案中提出的二层触发方式。但此草案的重点在三层的切换处理上，所以它只是提出一个概念，未定义二层触发的参数和条件，未具体给出如何获得和使用二层触发。

此外，二层以下的切换是在每次变更基站时均会进行的，如果简单的根据新基站出现就触发网络层切换，又会使某移动节点在同一无线子网的不同基站之间频繁进行切换。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动IP中准确触发网络层切换的方法，使低层能主动准确地触发网络层启动切换，进而在避免发生误切换的同时，提高切换速度，减少丢包。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种移动IP中准确触发网络层切换的方法，该方法包括以下步骤：

a.当前移动节点检测当前发现的所有基站的选定触发参数的信息；

b.判断所检测到的触发参数信息是否满足设定的触发条件，如果满足，则执行步骤c；否则，返回步骤a；

c.当前移动节点判断当前满足触发条件的基站是否属于自身当前所在子网，如果不属于，则主动触发网络层切换；否则返回步骤a。

该方法进一步包括：当前移动节点获取并存储当前所处子网的所有基站信息，并实时获取当前所发现的所有基站的基站信息；

则步骤c所述判断为：当前移动节点将满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的所有基站的基站信息进行匹配，如果均不匹配，则满足触发条件的基站不属于当前移动节点当前所在子网，否则属于当前移动节点当前所在子网。

该方法还进一步包括：预先选定要检测的触发参数，并设置相应的触发条件。其中，所设置的触发条件引起的触发时间提前于物理层自动切换的时间。所述设置相应的触发条件为设置所选定要检测的触发参数的阈值。

上述方案中，所述选定要检测的触发参数为：移动节点判断是否进行物理层切换所用的物理层参数信息。所述选定要检测的触发参数为接收信号强度、或为信噪比。

上述方案中，所述基站信息为：确定当前基站子网归属的基站标志。所述基站信息为基站标识ID、或为基站所属子网的服务集标识SSID、或基站的MAC地址。

上述方案中，步骤a中所述获取基站信息具体包括：移动节点向当前所在于网的代理发送携带有请求获取所有基站信息指示的注册请求消息，收到所述注册请求的代理向发起注册请求的移动节点返回携带有当前子网中所有基站的信息的注册应答消息。其中，所述请求获取所有基站信息的指示放置于注册请求消息的扩展域中；所述所有基站的信息放置于注册应答消息的扩展域中。

上述方案中，步骤a中所述获取基站信息具体包括：移动节点从当前所属基站下发的消息中提取自身当前所属子网的服务集标识SSID。

本发明所提供的一种移动IP中准确触发网络层切换的方法，具有以下的优点和特点：

1)本发明利用检测到的物理层信道的相关信息作为网络层切换的触发条件，将网络层切换提前于低层切换进行，能够缩短网络层切换判断的时间，从根本上提高切换速度，且有效减少丢包。

2)本发明中的移动节点根据当前无线子网内的基站信息，判断自身是否在不同子网之间切换，如此，不仅提高了切换判断的准确度，而且避免了由于低层切换信息频繁触发而造成网络层的盲目切换。

3)本发明是对标准移动IP协议的扩展，仅对现有处理进行了微小改动，与标准移动IP系统完全兼容，因此，实现简单方便，且易于在现有的移动IP系统上进行功能扩展。

附图说明

图1为移动IP中各实体组成的基本网络拓扑结构图；

图2为本发明定义的移动节点切换时物理层信道信息的触发时机示意图；

图3为本发明实现的处理流程图；

图4为实施例的网络拓扑图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：移动节点将物理层信道的相关信息作为触发条件，并结合当前网络的基站信息，判断是否需要触发网络层切换。

其中，将物理层信道的相关信息作为触发条件是指：移动节点定时检测自身当前所在无线网络的状态，获得相关的物理层信道信息，从中选定要检测的触发参数，并针对触发参数定义触发条件，那么，当发现新基站时，就判断新发现的基站的触发参数是否满足触发条件。

这里，所述物理层信道信息为移动节点判断是否进行物理层切换所用的参数信息，包括当前所连接到的基站的ID、可用的基本服务集列表、接收到的信号强度、信噪比等等；可从上述物理层信道信息任选一种或几种作为触发参数，通常是选定接收信号强度、或信噪比作为触发参数；所述的触发条件是指预先设定所选定触发参数对应的阈值，比如：选定信噪比为触发参数，触发条件设置为设定信噪比阈值为SIR1，那么，如果移动节点当前的信噪比值大于SIR1，就启动触发。所设置的触发条件必须保证利用本触发条件而引起的触发时间提前于物理层自动切换的时间，如图2所示，时刻22为现有技术中网络层进行切换的起始时刻，时刻21为本发明中设置的网络层切换的触发时刻。

但是，上述触发可能只是完成同一子网内不同基站之间的切换，也就是说，如果仅根据此触发条件触发网络层的切换，会导致很多无谓的切换，严重影响网络性能，消耗系统资源。因此，本发明还结合移动节点当前所在子网内的基站信息，将当前子网的基站信息作为判断依据，移动节点同时判断新出现的基站是否属于新的无线子网，若属于新的无线子网则启动网络层切换，否则不进行网络层切换。

如图3所示，本发明中触发网络层进行切换的方法包括以下步骤：

步骤301：移动节点实时检测当前发现的所有基站的预先选定的触发参数的信息。这里，触发参数可以是接收信号强度、信噪比等等。那么，如果以信噪比作为触发参数，移动节点就实时检测当前所发现的所有基站信号的信噪比变化情况。

在本发明方法执行前，要预先选定要检测的触发参数，并设置好触发条件，也就是设置好触发参数的阈值。

步骤302：移动节点判断所检测到的触发参数信息是否满足设定的触发条件，如果满足，则执行步骤303；否则，返回步骤301。

步骤303～304：移动节点判断满足触发条件的基站是否属于移动节点当前所在子网，如果属于，则返回步骤301，如果不属于，则主动触发网络层切换。

这里，移动节点可以通过比较基站信息来判定满足触发条件的基站是否属于自身当前所在子网。这种情况下，移动节点要定时搜索，获取并存储当前所在子网的所有基站信息，并实时搜索获取当前所发现的所有基站的基站信息。所述的基站信息是指能标识每个基站子网归属的信息，即当前基站属于哪个子网的标识信息，比如：基站ID、基站所属子网的服务集标识(SSID)等等。所述定时搜索的时间周期可根据实际情况任意设定，比如：根据移动节点的移动速率设定；如果时间周期设置为零，则进行实时搜索。

那么，所述判断就是：移动节点将当前所有满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的当前所在子网内的所有基站信息匹配，如果能匹配上，则返回步骤301，如果均不匹配，则主动触发网络层切换。

下面以两个实施例具体说明本发明方法的实现，两个实施例均以移动节点在无线局域网中的移动为例进行说明。图4为两个实施例所采用的移动IP网络拓扑图，图4中包括两个子网，即子网1和子网2，子网1中包含两个无线基站：接入点(AP)1和AP2，子网2中有一个基站--AP3，三个虚线圆分别表示AP1、AP2和AP3的覆盖区域。便携计算机为移动节点41，移动节点41的移动轨迹如点划线42所示，从AP1移动到AP2再移动到AP3。对于移动节点41来说，子网1和子网2都是它的外地网络，子网1中的代理为外地代理1，子网2中的代理为外地代理2。

实施例一：

本实施例中选用信噪比为触发参数，触发条件是新发现的AP的信噪比高于现在的AP。本实施例中判断是否出现新无线子网的依据是：通过外地代理传递给移动节点的本子网内的AP信息。那么，本实施例是结合检测的信噪比大小和获取的AP信息共同判定是否触发网络层切换。

由于标准移动IP协议对注册消息的定义留有扩展域，如表一、表二所示，表一为注册请求消息的消息格式，表二为注册应答消息的消息格式，因此，外地代理与移动节点之间关于基站信息的传递可以利用注册消息的扩展域。

0	1								2	3
											类型(Type)	S	B	D	M	G	R	T	X	生命周期(Lifetime)
家乡地址(Home Address)
											家乡代理(Home Agent)
转交地址(Care-of Address)
											描述(Identification)
扩展域(Extensions)......

                      表一

0	1	2	3
				类型(Type)	Code	生命周期(Lifetime)
家乡地址(Home Address)
				家乡代理(Home Agent)
扩展域(Extensions)......

                   表二

本实施例中，移动节点41获取当前子网内AP信息的过程是：移动节点41向当前所在子网的代理发送注册请求消息，该注册请求中携带有请求传递当前子网内所有基站信息的指示，所述指示放置在注册请求消息的扩展域中；移动节点41当前所在子网的代理收到注册请求后，向移动节点41回送携带有当前子网内所有基站信息的注册应答消息，同样，所有基站信息也放置在注册应答消息的扩展域中。具体来说，移动节点41在AP1或AP2中时，移动节点41就向FA1发送携带有请求传递当前子网内所有基站信息指示的注册请求；移动节点41在AP3中时，移动节点41就向FA2发送携带有请求传递当前子网内所有基站信息指示的注册请求。

那么，注册消息的具体扩展方法是：在注册请求消息的扩展域中添加一项，并为该项设定一个特定值，代表移动节点请求外地代理传递本子网内基站的信息，比如：设定一个类型项，并将类型值定义为39，如表三所示。当然，如果某移动节点处于家乡网络，同样可以向家乡代理发送携带有特定类型值的注册请求。

0
	类型

表三

相应地，在注册应答消息的扩展域中添加一项，用于携带当前子网所有基站的信息，如表四所示。

0	1	2	3
				类型	字节数	数量
基站1的标志信息
				基站2的标志信息
......
				基站n的标志信息

                表四

表四中，类型表示该注册应答消息中携带有基站信息，类型值与注册请求消息中的类型值相同，比如：类型值为39；数量表示本子网内基站的个数；字节数表示一个基站信息所需占用的字节数，表四中假定为四个字节；基站1至基站n的标志信息为基站信息，可以是基站的ID、介质访问控制(MAC)地址等，只要是能唯一标识某个基站的信息都可以。

外地代理和移动节点41之间交互过程是这样：

外地代理通过定时搜索所在子网的基站，获得并存储本子网内所有基站的信息，并定时更新。

当移动节点41向外地代理注册时，如果移动节点41在注册请求的扩展项中请求基站信息，则外地代理就将其存储的子网内所有基站的信息传给移动节点41，移动节点41将其保存下来。

当移动节点41接到物理层的触发消息后，就将当前检测到的新基站信息与自身存储的子网内所有基站的信息进行匹配，如果匹配不成功，则说明移动节点41进入了新的子网，则触发网络层的切换；否则说明移动节点还是在同一子网内移动，不触发网络层切换。

为防止当前所处子网内的基站数量发生变化，例如：关闭一个基站、新增加一个基站等情况，除外地代理定时更新以外，移动节点41还可以定时请求外地代理传递当前子网内所有基站的信息。由于标准移动IP协议中的注册请求也是要定时发送的，因此可以直接利用定时的注册请求来定时请求基站信息。

移动节点41一旦进入新的子网，原子网的基站信息就将被新子网的信息所代替。但对于家乡网络的基站信息，移动节点41必须一直保存，因为对于网络层来说，回到家乡的处理可能与在不同外地网络之间切换有区别。

如图4所示，外地代理FA1和外地代理FA2定时搜索，获得子网内所有AP的MAC地址；当移动节点41进入子网1向外地代理FA1注册，并请求当前子网内的AP信息时，外地代理FA1将AP1、AP2的MAC地址填入注册应答的扩展域中传给移动节点41，此时移动节点41就保存了AP1和AP2的MAC地址。

当移动节点41在子网1内移动，即从AP1向AP2移动时，会在移动过程中离AP2距离越来越近，AP2的信噪比会满足设定的触发条件，此时，移动节点41不会马上触发网络层切换，而是将AP2的MAC地址与自身保存的当前子网中所有AP的MAC地址进行比较，发现AP2的MAC地址与其中一个AP的相等，因此判断出AP2与AP1属于同一子网，于是，移动节点41就不会触发网络层的切换。可见，本发明的方法可避免不必要的网络层的切换触发。

当移动节点41从AP2移入AP3，即从子网1进入子网2时，如果按照现有标准移动IP协议，只有在移动节点41完全与子网1中的AP断掉连接后，它才能重新寻找新的AP建立连接，然后进行网络层的切换。

而在本发明中，当移动节点41进入子网2和子网1的交界部分时，随着离AP3的距离变近，虽然此时原连接还可用，但移动节点41会发现AP3的信噪比已满足设定的触发条件，此时，移动节点41再将当前发现的满足触发条件的AP3的MAC地址与自身当前保存的当前子网中所有AP的MAC地址进行比较，发现AP3的MAC地址与自身当前保存的所有AP均不匹配，因此，可以确定AP3属于新的子网，则移动节点41就主动触发网络层的切换。

实施例二：

本实施例中仍选用信噪比为触发参数，触发条件是新发现的AP的信噪比高于现在的AP。本实施例中判断是否出现新无线子网的依据是：不同子网的SSID。本实施例是结合检测的信噪比大小和获取的子网SSID共同判定是否触发网络层切换。本实施例实现的前提是：要求网络配置相邻无线子网时采用不同的SSID，例如：如果子网1与子网2相邻，则配置子网1的SSID为Ssid1，子网2的SSID为Ssid2。

移动节点41会定时搜索，获取当前所处子网的子网SSID。当移动节点41在AP1和AP2的覆盖范围内时，移动节点41获取的所在子网1的SSID一直为Ssid1，移动节点41保存的也是Ssid1。因此，虽然移动节点41从AP1向AP2移动过程中，随着距离AP2越来越近，AP2的信噪比会满足设定的触发条件，但由于AP2所属子网的SSID与AP1所属子网的SSID相等，所以可以判断出AP2与AP1同属一个子网，则移动节点41不会触发网络层的切换。可见，本发明的方法能够避免不必要的网络层切换。

当移动节点41进入子网2与子网1的交界部分时，随着离AP3的距离变近，虽然此时原连接还可用，但移动节点41会发现AP3的信噪比已满足设定的触发条件，此时，移动节点41将满足触发条件的AP3所属子网的SSID与Ssid1进行比较，发现所获得的AP3所属子网的SSID为Ssid2，与当前子网1的SSID不同。因此，可以确定AP3属于新的子网，则移动节点41就主动触发网络层的切换。

本实施例中，移动节点获取子网SSID的方法是：在移动节点与AP之间的交互过程中，移动节点可以从AP下发的消息中提取其所属子网的SSID。

本发明中采用物理层信道的相关信息作为网络层切换的触发条件，将网络层切换提前于低层切换进行，缩短了网络层切换判断的时间，从根本上提高了切换速度；同时，本发明还根据当前子网的基站信息判断是否发现了新的无线子网，而不是原无线子网内新的基站，从而提高了切换判断的准确度，避免了由于低层切换信息频繁触发而造成网络层的盲目切换。

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 (10)

1、一种移动IP中准确触发网络层切换的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.当前移动节点检测当前发现的所有基站的选定触发参数的信息；

b.判断所检测到的触发参数信息是否满足设定的触发条件，如果满足，则执行步骤c；否则，返回步骤a；

c.当前移动节点判断当前满足触发条件的基站是否属于自身当前所在子网，如果不属于，则主动触发网络层切换；否则返回步骤a。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：当前移动节点获取并存储当前所处子网的所有基站信息，并实时获取当前所发现的所有基站的基站信息；

则步骤c所述判断为：当前移动节点将满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的所有基站的基站信息进行匹配，如果均不匹配，则满足触发条件的基站不属于当前移动节点当前所在子网，否则属于当前移动节点当前所在子网。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先选定要检测的触发参数，并设置相应的触发条件。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所设置的触发条件引起的触发时间提前于物理层自动切换的时间。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设置相应的触发条件为设置所选定要检测的触发参数的阈值。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述选定要检测的触发参数为：移动节点判断是否进行物理层切换所用的物理层参数信息。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选定要检测的触发参数为接收信号强度、或为信噪比。

8、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站信息为基站标识ID、或为基站所属子网的服务集标识SSID、或基站的MAC地址。

9、根据权利要求2或8所述的方法，其特征在于，步骤a中所述获取基站信息具体包括：移动节点向当前所在子网的代理发送携带有请求获取所有基站信息指示的注册请求消息，收到所述注册请求的代理向发起注册请求的移动节点返回携带有当前子网中所有基站的信息的注册应答消息。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述请求获取所有基站信息的指示放置于注册请求消息的扩展域中；所述所有基站的信息放置于注册应答消息的扩展域中。

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