CN1642348A - 一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法，它是采用在现有的管理实体上通过对管理的机制的改变从而实现用户的位置更新和查询方法的改变。本发明的家乡代理可以根据网络的状况和实际使用情况自动生长和同步，可以完成用户的分布式用户登记和查询。利用现有的无线接入网如802.11网，采用本发明的方法通过对管理实体的软件编程就可以构成一个高抗毁性和可靠性通信网络，实现在一些紧急场合(例如在发生地震、大范围的自然灾害以及军事应用等情况下)的通信需要。

Description

一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法

技术领域

本发明属于使用无线进行移动中通信的领域，如无线通信，Internet，个人通信，无线自组织网络等，特别是那些需要对移动用户提供支持以及需要高抗毁性、可靠性的集成多个异种网络的网络结构中。

背景技术

众所周知，用户移动管理是在移动用户的标识(用户名)及其地址(用户相对网络结构的位置)间提供时变影射的机制，是一种支持漫游用户到达一个新的服务区去接收服务的基本技术，其主要功能是在整个服务网络内有效支持用户和设备的无缝漫游。它主要是进行用户的位置管理，包括编址、位置更新、注册、查询、跟踪和寻呼等，主要内容是如何定位移动节点、跟踪它的移动、更新位置信息等。

目前，实现用户网络间移动管理的方法很多，主要有：

1.在GSM系统中，使用了HLR/VLR机制来进行用户的移动管理，整个服务区被分成位置区(LA)，用HLR来永久登记属于它的用户，用VLR来登记那些临时移动到它的网络内的那些用户。当用户进入一个新的位置区时，如果新位置区和原位置区都由同一个VLR服务，那么就不向HLR产生任何更新请求，否则就进行位置更新操作。

2.在Internet中，使用移动IP(MIP)在网络层进行移动管理。在移动IP(MIP)中，每个移动终端有一个属于某个家乡网络的永久IP地址，当它移动到外地网络时，它获得一个临时的转交地址(CoA)。每个移动终端都在它的家乡网络内部有一个家乡代理(HA)来负责跟踪该终端的现行的CoA，每次该终端获得一个新的CoA时都必须更新HA中对该终端的绑定。对不同的IP版本(IPv4和IPv6)，MIP的实现略有不同。详细介绍见RFCs2002-2006。图1给出了它的示意。

3.应用层移动管理方法会晤产生协议(SIP)，它是作为实时多媒体呼叫的信令协议而被发展起来的，可以完成个人移动性、会晤移动性和服务移动性。它的主要思想是在终端移动到新的位置时，重新产生新的会晤连接来支持移动性。SIP支持位置更新和路由重选，但不支持切换和寻呼。SIP有两种机制，一是基于重定向服务器的机制，二是基于代理服务器的机制。详细情况见RFC2543。

另外还存在多种其它管理方式，如Cellular IP和HAWAII，MIP-RR，HMIPv6，TeleMIP，uMIP，IDMP等，但这些管理方式主要使用在一个子网内部(域内)，或称为微移动性管理，和本发明使用的场合有所不同。

随着移动通信需求的发展，很多特殊的场合需要进行高可靠性的无线通信，原有的移动管理方式在使用时存在诸多问题。GSM使用的是集中式的移动管理方式，在用户移动性较大时将产生很大的管理开销，容易在网络中造成拥塞，而且可靠性和抗毁性都较低。而MIP使用时也存在几个限制：HA的位置必须位于家乡网内；HA的脆弱性，它不允许在家乡网络之外存在其它地理上分散的HA；三角路由和隧道问题等。其中前两个问题限制了网络的顽存性，后两个问题带来性能的降低，并阻止了互操作性。SIP适合实时应用但是不适合非实时的应用，而且需要新的传输层协议如SCTP去适应业务流的改变。因此需要一种新的具有高可靠性和抗毁性的用户网间移动管理方法自适应地提高它的可靠性和抗毁性以满足这些特殊需求的通信需要。

发明内容

本发明提供一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法，它可以在多个异种网络间使用，采用本发明进行用户的移动管理，可以使网络具有很高的生存性，减小用户位置的更新开销和时延。

一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法，包括：管理体制生成、分布式位置更新方法和位置查询方法，其特征是：

所述的管理体制生成采用下面的步骤：

1)用户移动管理代理的生成：移动用户在进行漫游时，采用移动管理代理或家乡代理来进行管理。本体制需要生成逻辑家乡代理，简称LHA。每一个LHA管理一个子网内的移动用户，它可以包含一个或多个实际的移动管理实体，不同子网的用户由不同的LHA进行管理。管理体制的具体生成方法如下。

①主家乡代理(MHA)的生成：每个子网的用户根据它的地址或归属位置对应一个家乡网络，每个前述的网络移动管理实体作为某一子网内的移动用户的主家乡代理(MHA)，也可作其它用户的从家乡代理(SHA)。

②逻辑家乡代理(LHA)的生成：用户逻辑家乡代理的自动生成是通过MHA根据网络的稳定状况、抗毁性要求等请求其它不同位置和数量的管理实体充当它管理用户的SHA来实现。我们把MHA和这些SHA一起称为该用户的逻辑家乡移动代理(LHA)。当LHA只有一个成员时，该机制就和普通的MIP的机制兼容。

③LHA建立后的信息交换：LHA成员之间要建立通信连接以交换信息，在用户注册后就将该用户的信息从MHA扩散到这些SHA中去，这样一个用户可在一个MHA及多个SHA登记注册，不同的用户可在不同的LHA中注册，实现多个家乡代理的同时运行。每个LHA的成员通过骨干网相连，互相传递信息，这样当一个LHA的成员受到破坏时，用户可以在同一LHA中的其它成员处登记或查询。

④MHA和家乡网络对应关系的建立：每个MHA下的用户对应同一家乡网络，MHA可以位于家乡网络内，但也可以位于家乡网络之外，但在家乡网络内部的路由器有指向该MHA的指针，修改该指针就可以改变所对应的MHA。同时MHA定期和家乡网络通信以验证彼此的完好性。

2)用户的初始注册或登记：初始入网的用户获得一个属于它的标识，该标识对应一个家乡网络和MHA，通过该标识就可以进行初始注册或登记：用户在初始入网时将自己的一些基本信息通过家乡网络发送到该MHA处注册。该MHA对该用户进行验证、激活和位置更新，然后将用户的信息和当前位置传递到同一LHA的其它SHA中。MHA将LHA信息一起返回给用户。这样用户在以后的漫游登记时可就近选择一个LHA成员登记。

3)针对LHA成员损毁时的解决方法：LHA成员之间通过定期的两两之间的信息交换和同步信息的应答来验证彼此的完好性。当经过一段时间某个成员收不到另外一个成员的信息应答时，则专门向该成员发送一个探询以确定其是否完好，如果还是收不到该成员的应答则可以确认它已经损毁。

不同成员的损毁处理的方法：当一个SHA损毁时MHA将增加额外的SHA代替；如果MHA损毁，首先发现的SHA将接管原MHA的功能并同时修改用户家乡网络的指针，之后再按SHA损毁时的过程处理。如果家乡网络损毁，经过一段时间后MHA收不到家乡网络的完好性信息，那么它就向家乡网络的外围网络发布转发请求，将它自己所管理的用户和自己的地址通告给它们，这样所有前往原家乡网络的查询将被拦截。

需要说明的是：

本发明的管理体制是在现有的网络管理实体基础上进行的。管理实体是指那些为用户提供移动性管理支持的管理机构，如路由器、信息管理系统等。它们位于网络的中心节点或者那些传输带宽很宽处理能力很强的地方。

本发明采用一种与现行MIP标准兼容的逻辑家乡代理机制，一个逻辑家乡代理可以包含一个或几个具有相同信息的家乡代理来共同为一个子网的用户提供服务。逻辑家乡代理可以根据网络的状况和实际使用情况自动生长和同步，可以完成用户的分布式用户登记和查询。

LHA中每个成员信息表项包括：成员信息表的每个条目包含该用户的标识(永久地址)、状态标志、转交地址(CoA)、位置更新时标等。用户的标识是用户的永久标志，可以是IP地址，状态标志是用来指示该用户目前是处于激活状态还是挂起状态，这里的转交地址是该用户目前所在的子网的网关地址，位置更新时标用来指示该更新的先后次序，也用来进行LHA成员之间的同步。

所述的分布式位置更新方法，采用下面的步骤：

1)用户的分布式位置更新方法：用户在第一次入网时从它的MHA处接收它的LHA的信息，当用户移动到外部网络时，就近选择一个LHA成员进行位置更新。

本方法的一个具体的实例如图2所示：当用户漫游到外部网络时，它先完成和子网1的一些交互，同时将自己的标识、LHA列表和与它正在通信的对等节点(CN)的列表报告给该子网的网关，同时网关进行远程位置更新：该网关首先检查u1是否已是本子网的用户，以确认该用户是否为本子网暂时脱网的用户，同时记下该用户u1目前的地址绑定，此即为u1目前的位置。该网关根据用户的LHA表向其中最近的一个进行位置更新，例如SHA1，同时把自己的地址作为u1的转交地址一起发送给该LHA以及外部CN，对本子网内的那些CN则直接把u1当前的位置通知它们。当LHA收到用户的位置更新信息时，返回的确认也把LHA目前的状态信息返回给用户。

2)LHA成员信息的同步：当某个用户更新了其LHA的信息后，将这些信息扩散到本LHA的其它成员中去，保证LHA中的信息的同步。用户信息的同步是通过LHA成员之间的信息交换完成的，通过时标的先后来确定信息的有效性。当用户在它的某个LHA成员处进行了位置更新或注册后，收到该信息的成员检查该用户的更新时标是否较新：如是则更新该条目，否则丢弃该注册信息。该成员更新完本地数据库的条目后，立即向本LHA的其他成员发送用户位置更新消息，以保证LHA用户信息的同步。本LHA内的其它成员在收到位置更新消息后，检查时标：如果较新就更新信息并返回确认，该确认也用来确定LHA成员的完好性；如果较旧则要判断它的来源，如果是非LHA则直接丢弃，如果来自其它LHA则要反向传送一个更新消息，以指示相应的LHA用户信息过时。LHA也把该用户的新的转交地址通知给上一个转交地址以便后续分组的转发。

所述的位置查询方法，可以是：

方法一：当有用户需要查找目的用户的位置时，它将该请求转发到目的用户的地址所对应的家乡网络，通过家乡网络内部的指针找到该用户所对应的LHA中的MHA，由MHA直接返回给源用户相应的位置信息；

也可以是方法二：当某一源用户想查询某个目的用户时，它可以直接向这些专门为移动用户服务的管理实体中的一部分进行查询，只要这些被查询的实体中有一个属于目的用户的LHA成员之一，那么这次查询就成功了；

还可以方法一和方法二结合起来，在家乡网络存在的时候采用方法一，在家乡网络失效时采用方法二。

需要说明的是：

方法一和传统的位置查询方法类似，方法二仅仅适合于本发明的移动性管理策略，采用完全的分布式查询机制。它的依据是网络中存在多个为某一用户服务的移动管理实体存在，但是专门为移动用户服务的管理实体总数是有限的。它的好处是完全不需要家乡网络的存在，具有较高的可靠性和抗毁性，但查询的代价较高，在一次查询失败时需要多次查询，时延较大。这是本发明的独有的查询方式，是一种概率型的查询方式，一次查询成功的概率和同时查询的管理实体的数量和目的用户的LHA的成员的数量有关，这可以使用在网络极端不稳定家乡网络全部损毁时的情况，保证对用户的通信需要。

在一些紧急场合例如大面积的自然灾害、军事行动等，网络稳定性差设备容易损坏，而这些场合往往需要比平时具有更高的通信可靠性，为了在这些应用场合提供高可靠性和抗毁性的通信服务，本发明提出了一种与传统的网络移动性管理标准兼容的逻辑家乡代理移动用户管理方式。其基本的思想是：把网络中的专门为移动用户提供管理功能的实体联合起来考虑，每个子网的用户具有一个逻辑上的家乡网络和主家乡代理MHA，当网络的可靠性下降或者需要管理机构具有更高的抗毁性和可靠性时，MHA将动态的请求其它实体担任本MHA的从家乡代理SHA，通过本发明提出的机制来保证它们之间的信息的同步。这样在网络中存在多个具有相同信息的移动用户的管理实体，这些实体信息可以被用户利用来实现用户位置的分布式更新。同时这种机制也可以实现用户的分布式查询，大大的提高网络的整体可靠性能和抗毁性能。

和现有的网间移动性管理相比较，本发明具有以下特点：

1.采用和家乡网络及用户的归属位置都独立的逻辑家乡代理机制，抗毁性及可靠性都较高，由MHA和SHA构成的LHA和家乡网络的位置无关，可以独立的布置，并且在数量上可以随需要改变，而原有机制的家乡代理只有一个且必须位于家乡网络内部；

2.逻辑家乡代理的布置灵活，可以根据网络的具体情况布置，可以随着网络管理的抗毁性和可靠性要求生长，在管理要求低时它可以退化为和标准的移动性管理兼容的管理模式；

3.家乡网络不是物理上而是逻辑上的，一个用户所对应的逻辑家乡代理成员具有完全平等的功能，主从关系可以随时改变，并且成员可以自动修补损坏；

4.用户触发的LHA成员之间的同步方式，采用时标进行信息判决，同步开销小，简单可靠；

5.可以完成用户信息的分布式处理，用户的位置更新消息不需要经过家乡网络的转发，位置更新可以直接和最近的一个LHA成员进行，这样当用户频繁移动或漫游时可以大大提高用户移动性管理的速度，减少位置更新的时延和开销，提高切换性能，对支持具有QoS需要的业务更加有利；

6.两种用户查询方式，可以保证在极端情况下，家乡网络被完全损毁时，还可以通过本发明的分布式查询方法查找用户，保证在极端情况下对用户的通信需求。

本发明是采用多家乡代理机制以获得移动用户管理的高抗毁性和可靠性。这种方式可以使用在那些网络稳定性差网络设备容易损坏的场合，例如本发明和无线局域网系统或按Ad Hoc工作模式工作的无线多跳网络一起，使用在一些紧急场合的移动通信中，例如地震、抢险救灾以及军事应用等，保证在极端情况下对用户的通信需求。这种情况虽然很少发生，但是对用户通信却有可能是很重要的，因为越紧急的情况的通信往往也是越重要的。

附图说明：

图1是MIP的示意图

其中：CN是和用户进行通信的对等用户，HA是用户的家乡代理，FA是用户漫游到外地时的外地代理，u1是移动用户。

图2是位置登记示意图

其中：CN是和用户进行通信的对等用户，u1，u2是移动用户，LHA1，LHA2是逻辑家乡代理，MHA1，MHA2是主家乡代理，SHA1是MHA1的从家乡代理。

图3是通过家乡网络的位置查询示意图

其中：CN是和用户进行通信的对等用户，LHA1是逻辑家乡代理，MHA1是主家乡代理，SHA1是MHA1的从家乡代理。

图4是本发明管理体制的建立流程图

图5是本发明的用户分布式位置更新和注册流程图

图6是本发明的位置查询流程图。

具体实施方式：

利用现有的无线接入网如802.11网，采用本发明的方法通过对管理实体的软件编程就可以构成一个高抗毁性和可靠性通信网络，实现在一些紧急场合的通信需要。例如在发生地震、大范围的自然灾害以及军事应用等情况下，通过构建这种网络可以在网络基础设施损坏较严重稳定性很差的情况下实现对移动用户的可靠管理，保证在极端情况下对用户的通信需求。

Claims (1)

1、一种高抗毁性的分布式用户网间移动管理方法，包括：管理体制生成、分布式位置更新方法和位置查询方法，其特征是：

所述的管理体制生成，采用下面的步骤：

步骤1(生成逻辑家乡代理(简称LHA)步骤)：每一个LHA管理一个子网内的移动用户，它包含一个或多个实际的移动管理实体，不同子网的用户由不同的LHA进行管理；管理体制的具体生成方法步骤如下：

①主家乡代理(MHA)的生成步骤：每个子网的用户根据它的地址或归属位置对应一个家乡网络，每个前述的网络移动管理实体作为某一子网内的移动用户的主家乡代理(MHA)，也可作其它用户的从家乡代理(SHA)；

②逻辑家乡代理(LHA)的生成步骤：用户逻辑家乡代理的自动生成是通过MHA请求其它管理实体充当它管理用户的SHA来实现；MHA与所述的SHA一起构成该用户的逻辑家乡移动代理(LHA)；

③LHA建立后的信息交换步骤：一个用户可在一个MHA及多个SHA登记注册，不同的用户可在不同的LHA中注册，实现多个家乡代理的同时运行；每个LHA的成员通过骨干网相连，互相传递信息；

④MHA和家乡网络对应关系的建立步骤：每个MHA下的用户对应同一家乡网络，MHA可以位于家乡网络内，也可以位于家乡网络之外，在家乡网络内部的路由器有指向该MHA的指针，修改该指针就可以改变所对应的MHA；

步骤2(用户的初始注册或登记方法)：初始入网的用户获得一个属于它的标识，该标识对应一个家乡网络和MHA，通过该标识就可以进行初始注册或登记：用户在初始入网时将自己的一些基本信息通过家乡网络发送到该MHA处注册；该MHA对该用户进行验证、激活和位置更新，然后将用户的信息和当前位置传递到同一LHA的SHA中；MHA将LHA信息一起返回给用户；

步骤3(针对LHA成员损毁时的解决方法)：当经过一段时间某个成员收不到另外一个成员的信息应答时，则专门向该成员发送一个探询以确定其是否完好，如果还是收不到该成员的应答则可以确认它已经损毁；

不同成员的损毁处理的方法是：当一个SHA损毁时，MHA将增加额外的SHA代替；如果MHA损毁，首先发现的SHA将接管原MHA的功能并同时修改用户家乡网络的指针，之后再按上述一个SHA损毁时的方法处理；如果家乡网络损毁，MHA收不到家乡网络的完好性信息，那么它就向家乡网络的外围网络发布转发请求，将它自己所管理的用户和自己的地址通告给它们，这样所有前往原家乡网络的查询将被拦截；

所述的分布式位置更新方法，采用下面的步骤：

步骤1(用户的分布式位置更新步骤)：用户在第一次入网时从它的MHA处接收它的LHA的信息，当用户移动到外部网络时，就近选择一个LHA成员进行位置更新；

步骤2(LHA成员信息的同步步骤)：用户信息的同步是通过LHA成员之间的信息交换完成的，通过时标的先后来确定信息的有效性；当用户在它的某个LHA成员处进行了位置更新或注册后，收到该信息的成员检查该用户的更新时标是否较新：如是则更新该条目，否则丢弃该注册信息；该成员更新完本地数据库的条目后，立即向本LHA的其他成员发送用户位置更新消息，以保证LHA用户信息的同步；本LHA内的其它成员在收到位置更新消息后，检查时标：如果较新就更新信息并返回确认，该确认也用来确定LHA成员的完好性；如果较旧则要判断它的来源，如果是非LHA则直接丢弃，如果来自其它LHA则要反向传送一个更新消息，以指示相应的LHA用户信息过时；LHA也把该用户的新的转交地址通知给上一个转交地址以便后续分组的转发；

所述的位置查询方法，可以是：

方法一：当有用户需要查找目的用户的位置时，它将该请求转发到目的用户的地址所对应的家乡网络，通过家乡网络内部的指针找到该用户所对应的LHA中的MHA，由MHA直接返回给源用户相应的位置信息；

也可以是方法二：当某一源用户想查询某个目的用户时，它可以直接向这些专门为移动用户服务的管理实体中的一部分进行查询，只要这些被查询的实体中有一个属于目的用户的LHA成员之一，那么这次查询就成功了；

还可以方法一和方法二结合起来，在家乡网络存在的时候采用方法一，在家乡网络失效时采用方法二。

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