CN1889516A - 一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统及管理方法，通过移动节点(MN)发送流绑定更新消息(FBU)到通信对端(CN)通知CN将要发生切换的流的信息；MN、CN更新本机的流绑定更新列表(FBUL)；MN、CN对发生切换的流进行地址替换实现对上层应用的透明；MN通过路由控制模块控制发生切换的流通过指定接口传输。本发明所提供的方法解决了移动IPv6环境下面向数据流的移动性管理问题。

Description

一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统及管理方法

技术领域

本发明属于移动IP领域，具体地说，是提出了一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法。该方法通过流信息管理模块完成对MN的转交地址和家乡地址的管理，通过路由管理模块完成对数据包的路由的管理。

背景技术

无线、移动网络无处不在，为用户提供随处可及的通信服务。现存无线、移动网络在覆盖范围、接入能力、地址范围、对移动的支持等方面存在差异，在为用户提供丰富接入手段的同时，增加了网络的异构性。多种网络接口的移动设备广泛存在，用户可以选择接入“感兴趣”的网络。如何为应用动态地选择“最优”的承载网络，更好地为终端用户服务，成为值得关注的问题。

IPv6作为NGN、NGI的核心、必选协议，近年来得到快速发展。而未来的移动网络和服务如3G、4G等，都将建立在IPv6的基础上，并且移动IPv6将对移动性提供更好的支持，所以本方法也在移动IPv6环境下展开讨论。移动IPv6是建立在IPv6的体系结构基础之上的，其基本思想是，移动设备在移动计算中可以离开本地网络仍然可以透明地与互联网保持联络，不用手工配置任何网络信息就能够继续通信，并且能保持正在进行的网络连接不被中断。经过近几年的研究工作在全球的开展，移动IPv6在移动性支持上已有相对成熟的协议栈和实现方案，但要求保障传输数据包及时、安全、可靠却并非易事，而这些性能方面的要求又是保障移动应用部署的关键因素，从某种意义上来说，移动IPv6协议只是解决了移动支持的问题，而系统性能的提高还需要解决一些技术上的关键问题。

目前，切换方式根据切换网络是否改变可以分为两种：垂直切换和水平切换。垂直切换是一种在异构网络间进行的切换，如无线与有线、Wlan与3G之间等。而水平切换是一种在同构网络之间进行的切换。垂直切换问题目前是重叠覆盖的多制式网络环境下进行移动通信要解决的关键问题之一，而如何控制移动主机的切换成为值得关注的问题。

针对切换后不同的数据流重定向方式，切换可以分为以下四种：切换完成后把所有通讯对端(以后简称CN)的数据流重新定向到新接口，这种策略称为“All-flow”的管理策略；切换完成后把某一个或者某一些CN的数据流重新定向到新接口，这种策略称为“Per-cn”的管理策略；切换完成后把某个CN的某个流的数据重新定向到新接口，这种策略称为“Per-flow”的管理策略；切换完成后把某个CN的多个流重定向到不同的接口上以实现负载平衡，这种策略称为“Load balance”的管理策略。本发明所提出的面向流的方式属于“Per-flow”的管理策略。

法国电信和Cisco公司的研究人员于2005年7月提出一个题为“MobileIPv6 for multiple interfaces”的草案，此方案对于切换完成后流的重定向策略为All-flow的方式，对数据流的控制不够灵活。芬兰Oulu大学媒体组提出的方案将客户机与服务器之间的所有的连接抽象为channel，上层应用面向channel，因而可以屏蔽下层接口的差别。其缺点是如果想充分利用本方案带来的优势，上层应用程序必须重新采用面向channel的方式编写，因而其方案有很大局限性。

以上提到的几种方案，或者是没有实现“Per-flow”方式，或者是需要重新编写应用程序。因此，就需要一种既能实现“Per-flow”方式，又能对上层透明的方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统及管理方法，以移动IPv6环境下面向数据流的移动性管理问题。

本发明的技术解决方案：一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特点在于包括：通信对端CN和移动节点MN，两者通过网络进行通信，其中移动节点MN包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置文件和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块负责维护流绑定更新列表FBUL，路由管理模块负责根据FBUL中的信息决定数据包的发送接口；IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块；IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。CN的结构与MN相似，包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置文件和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块负责维护流绑定更新列表FBUL；IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块；IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。

一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)MN以新接口的地址作为MN的转交地址(MNCoA)发送流绑定更新(FBU)消息到CN，FBU消息中包含了MN的家乡地址(MNHoA)以及即将发生切换的流的信息；

(2)CN将FBU消息中的流信息加入到本机的FBUL中，并回复流绑定应答消息(FBA)到MN；

(3)MN收到FBA消息后将流信息加入到本机的FBUL中；

(4)CN对于收到的每个数据包，如果数据包的源地址为MNCoA，则将源地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理；

(5)CN对于每个发往MNHoA的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理；

(6)M N对于每个发往CN地址(CNAddr)的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把源地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理，最后由路由管理模块选择相应的接口将数据包发送出去；

(7)MN对于每个从CNAddr发来的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理。

流信息包括源地址、目的地址、源端口、目的端口、传输层协议类型。

FBUL结构包括MNHoA，MNCoA，CNAddr，MN端口号(MNPort)，与MN通信的CN端口号(CNPort)，传输层协议类型(Pro)。

用户需要在配置文件中指定每个接口对应的网关地址。

MN通过路由控制模块控制发生切换的流通过指定接口传输。

附图说明

图1为本发明的切换场景图；

图2为本发明的移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统MN的结构图；

图3为本发明的移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统CN的结构图；

图4为本发明的MN数据处理流程图；

图5为本发明的CN数据处理流程图；

图6为本发明的流绑定更新列表的逻辑结构图；

图7为本发明的扩展报头格式；

图8为本发明的FBU消息的格式；

图9为本发明的FBA消息的格式。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括MN和CN，MN具有多个接口，每个接口都存在一个网关服务器，并且每个接口与CN之间的网络都是可达的，其中有一个接口正在与CN进行通信。

如图2所示，MN包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块维护FBUL，路由管理模块负责根据FBUL中的信息决定数据包的发送接口。IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块。IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。

如图3所示，CN包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置文件和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块负责维护流绑定更新列表FBUL；IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块；IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。

如图4所示，为MN的数据处理流程图，包括MN接收流程和MN发送流程。MN对于每个发往CNAddr的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的信息与FBUL中的某项信息吻合，则把源地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理，最后由路由管理模块选择相应的接口将数据包发送出去。MN对于每个从CNAddr发来的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理。

如图5所示，为CN的数据处理流程图，包括CN接收流程和CN发送流程。CN对于收到的每个数据包，如果数据包的源地址为MNCoA，则将源地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理。CN对于每个发往MNHoA的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据报的信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理。

如图6所示，为流绑定更新列表的逻辑结构。FBUL是一个双向链表，其中的每个节点都是一个struct fbul_entry结构。其定义如下：

struct fbul_entry

{

struct in6_addr  mn_hoa；

struct in6_addr  mn_coa；

struct in6_addr  cn_addr；

＿u16 mn_port；

＿u16 cn_port；

＿u8 pro；

＿u16 lifetime；

struct fbul_entry*prev；

struct fbul_entry*next；

}；

结构中各字段的说明如下：

mn_hoa：MN的家乡地址(MNHoA)；

mn_coa：MN的转交地址(MNCoa)；

cn_addr：CN地址(CNAddr)；

mn_port：MN端口号(MNPort)；

cn_port：与MN通信的CN端口号(CNPort)；

pro：传输层协议类型(Pro)；

lifetime：本节点的生存时间；

prev：指向FBUL中前一节点的指针；

next：指向FBUL中后一节点的指针。

如图7至图9所示，本发明中所用到的消息定义如下：

扩展报头部分：

struct mh_hdr

{

＿u8 nextheader；

＿u8 length；

＿u8 type；

＿u8 reserved；

＿u16 checksum；

＿u8 data[]；

}；

扩展报头部分是本发明中所用到的消息的公共部分。本发明中所提到的每条消息都是从扩展报头部分开始，消息体部分紧接着扩展报头部分。

流绑定更新：

struct mh_fbu

{

＿u16 sequence；

＿u16 lifetime；

＿u16 mn_port；

＿u16 cn_port；

＿u8 pro；

＿u8 reserved；

}

MN以自己的转交地址为源地址，以CNAddr为目的地址发送FBU消息给相应的CN，并将自己的家乡地址放入消息的家乡地址选项中。消息中的生存时间是以4秒为单位的时间计数，用于告知CN本地FBUL中该流信息的生存时间。消息序号是用来唯一标识一条FBU消息及其应答的整数，对于每一个FBU/FBA消息对，具有相同的消息序号。

流绑定应答：

struct mh_fba

{

＿u16 sequence；

＿u16 lifetime；

＿u8 status；

＿u8 reserved；

}

CN在收到MN发来的FBU消息后，更新本地的FBUL，并以相同的消息序号返回FBA消息给MN。消息中的生存时间是以4秒为单位的时间计数，用于告知MN本地FBUL中该流信息的生存时间。状态字段为0表示该次流绑定更新成功，否则表示该次流绑定更新中发生的错误号。

对于本领域的普通技术人员来说可显而易见地得出其他优点和修改。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。

Claims (10)

1、一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于包括：通信对端CN和移动节点MN，两者通过网络进行通信，其中移动节点MN包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置文件和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块负责维护流绑定更新列表FBUL，路由管理模块负责根据FBUL中的信息决定数据包的发送接口；IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块；IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。CN的结构与MN相似，包括用户空间和内核空间，用户空间包括用户管理模块，它读入用户的配置文件和接受用户输入的指令，通过用户管理接口送至内核空间；内核空间包括用户管理接口、消息管理模块、流信息管理模块，用户管理接口负责接受用户管理模块的命令并发送给消息管理模块、流信息管理模块，消息管理模块负责处理用户发来的消息或者网络消息，流信息管理模块负责维护流绑定更新列表FBUL；IP包接收模块负责过滤符合FBUL要求的数据包或者网络消息，将符合要求的数据包发送给IP包处理及路由控制模块；IP包处理及路由控制模块完成面向流方式的路由，最后调用IP包发送模块将数据包发送出去。

2、根据权利要求1所述的一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于所包括的用户管理模块是一个运行在用户态的应用程序，它负责在系统启动时根据用户的配置文件初始化运行参数，在系统运行时接受用户输入的指令，并通过用户管理接口把用户输入的指令送至内核空间。

3、根据权利要求1所述的一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于所包括的用户管理接口是内核态与用户态信令传输的接口，将用户管理模块发送的指令分别发送至消息管理模块、路由管理模块、流信息管理模块。

4、根据权利要求1所述的一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于所包括的消息管理模块负责处理用户空间发送的信令消息和网络信令消息。

5、根据权利要求1所述的一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于包括的流信息管理模块负责根据用户发送的信令构建和维护FBUL。

6、根据权利要求1所述的一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理系统，其特征在于包括的路由管理模块负责根据FBUL中的信息将数据包的发送到指定的网络接口。

7、一种移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)MN以新接口的地址作为MN的转交地址(MNCoA)发送流绑定更新(FBU)消息到CN，FBU消息中包含了MN的家乡地址(MNHoA)以及即将发生切换的流的信息；

(2)CN将FBU消息中的流信息加入到本机的FBUL中，并回复流绑定应答消息(FBA)到MN；

(3)MN收到FBA消息后将流信息加入到本机的FBUL中；

(4)CN对于收到的每个数据包，如果数据包的源地址为MNCoA，则将源地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理；

(5)CN对于每个发往MNHoA的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理；

(6)MN对于每个发往CN地址(CNAddr)的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把源地址替换为MNCoA，并交给下层处理，否则直接交给下层处理，最后由路由管理模块选择相应的接口将数据包发送出去；

(7)MN对于每个从CNAddr发来的数据包，查询FBUL中的信息，如果数据包的流信息与FBUL中的某项信息吻合，则把目的地址替换为MNHoA，并交给上层处理，否则直接交给上层处理。

8、根据权利要求7所述的移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法，其特征在于：流信息包括源地址、目的地址、源端口、目的端口、传输层协议类型。

9、根据权利要求7所述的移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法，其特征在于：FBUL结构包括MNHoA，MNCoA，CNAddr，MN端口号MNPort，与MN通信的CN端口号CNPort，传输层协议类型Pro。

10、根据权利要求7所述的移动IPv6环境下面向流的移动性管理方法，其特征在于：用户需要在配置文件中指定每个接口对应的网关地址。

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