CN1960327A - 基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法。本发明的步骤包括移动节点查看路由器公告消息中所包含的移动锚点选项；如果先前移动锚点选项存在，则移动节点形成新的链路转交地址，并向先前移动锚点发送本地绑定更新消息；如果不存在，则移动节点需要选择新的移动锚点为自己服务；移动节点将自己的综合量度和综合量度阈值进行比较，确定应该选择哪个级别的移动锚点；移动节点形成新的区域转交地址和链路转交地址，并发送本地绑定更新消息以注册两个转交地址的映射，注册新的区域转交地址与家乡地址的映射。本发明易于在实际网络中配置、算法复杂性低、计算开销小。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络通信技术领域，尤其是涉及一种基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，具体地是多级移动锚点体系结构下一种基于移动和通信量特征的移动锚点选择算法。
背景技术
基于移动和通信量特征的层次移动IPv6(IPv6，Internet ProtocolVersion 6，第6版网际协议)的多级移动管理方法是一种改进的层次移动IPv6协议，它引入多级移动锚点体系结构为移动节点提供接入服务。移动节点根据自身移动特征和通信量特征选择合适的移动锚点，相同条件下发送域外注册信令多的移动节点选择高级别移动锚点，从而达到降低层次移动IPv6协议总体域外注册开销(即所有节点发出的域外注册开销之和)的目的。为了在IPv6网络中为移动节点提供跨网段漫游功能，互联网工程任务小组(IETF，Internet Engineering Task Force)提出了移动IPv6(MIPv6，Mobile IPv6)协议，之后又提出层次移动IPv6(HMIPv6，Hierarchical Mobile IPv6)协议来改进移动IPv6的性能。层次移动IPv6引入一种新的实体——“移动锚点”(Mobility Anchor Point，MAP)，它负责处理移动节点在本地域内的移动。当发生域内移动时，移动节点只需向移动锚点发送本地注册信令即可。
节点的IP地址唯一标识它的互联网连接点。如果节点改变了与互联网的连接点，它通常需要改变IP地址才能保持网络的连通性。但是，这样会使节点已有的通信全部中断。为了使节点具有继续通信的能力，必须保证数据流的网络层标识IP地址保持不变。当前互联网中，路由器根据数据包目的地址进行选路，从而逐跳地将数据包发送到目的地址所标识的网络节点。为了保证数据包转发的优化路由，在移动节点移动到新的网段后，应使用当前网段的某个IP地址接收和发送数据包。移动IPv6技术解决了这些问题。
当移动节点在家乡网络时，它与通信对端之间按照传统的路由技术进行通信，不需要移动IPv6的介入。当移动节点移动到外地链路时，移动节点的家乡地址保持不变，同时获得一个临时的IP地址(即转交地址)。移动节点向家乡代理发送绑定更新消息，通告家乡地址与转交地址的映射。通信对端与移动节点通信仍然使用移动节点的家乡地址，数据包仍然发往移动节点的家乡网络；家乡代理截获这些数据包，并根据已获得的映射关系通过隧道方式将其转发给移动节点的转交地址。移动节点则可以通过家乡代理和通信对端进行通信。这个过程也叫做三角路由过程。
移动节点也会将家乡地址与转交地址的映射关系告知通信对端，当通信对端获得了移动节点的转交地址就可以直接将数据包转发到其转交地址所在的外地网络。这样通信对端与移动节点之间就可以直接进行正常通信。这个通信过程也被称作路由优化后的通信过程。
移动IPv6技术方案有一个很大的缺陷，就是不区分宏移动和微移动。移动节点每次执行切换都要向家乡代理和通信对端注册它的新转交地址。相对于本地域，家乡代理和通信对端通常距离移动节点较远，并可能跨越多个网段，因此频繁的切换会在骨干网中引入大量的信令负载。
层次移动IPv6技术在移动IPv6技术的基础上引入移动锚点(MAP，Mobility Anchor Point)来改善移动节点在移动锚点域内的切换性能。
移动节点进入一个移动锚点域内后会收到包含移动锚点选项(用来描述移动锚点的信息，如IP地址等)的路由器通告(RA，RouterAdvertisement)，此时移动节点需要配置两个转交地址：区域转交地址(RCoA，Regional Care-of Address)和链路转交地址(LCoA，On-linkCare-of Address)。移动节点需要对链路转交地址进行重复地址检测(DAD，Duplicate Address Detection)操作，成功后发送本地绑定更新(Local Banding Update，LBU)消息给移动锚点。移动锚点收到本地绑定更新后，对区域转交地址进行重复地址检测，然后返回本地绑定确认(Local Banding Acknowledgement，LBA)消息。移动节点收到成功的本地绑定确认消息后，向家乡代理和通信对端注册其新的区域转交地址。
如果移动节点是在移动锚点域内发生了切换，如改变了接入路由器(Access Router，AR)，这时移动节点的区域转交地址不变，只需要重新配置链路转交地址。移动节点在成功对该链路转交地址进行重复地址检测后，向移动锚点发送本地绑定更新。
层次移动IPv6技术在一定程度上解决了移动IPv6中注册信令过多的问题，但是它也存在以下不足：1.层次移动IPv6的总体域外注册开销性能仍不理想。2.层次移动IPv6没有提供移动锚点的配置策略。3.当移动节点具有多个供选择的移动锚点时，层次移动IPv6没有提供一种有效的移动锚点选择算法。
多级层次移动IPv6技术的目标是进一步降低层次移动IPv6的总体域外注册开销。在多级层次移动IPv6体系结构下，移动锚点被划分为两个或更多的级别。高级别移动锚点拥有更大的覆盖区域，并管辖多个低级别移动锚点。图1描述了一个两级层次移动IPv6网络的拓扑结构；图2为两级层次移动IPv6的体系结构图。
在多级层次移动IPv6体系结构下，当移动节点到达某个子网时，它在每个移动锚点级别上都至少拥有一个可用移动锚点。移动节点使用基于移动速度的移动锚点选择算法，在不同级别的移动锚点中选择最合适的一个。在相同时间内，高速节点经历的移动锚点域间切换多于低速节点，从而发出更多的域外注册信令，所以高速节点通常选择较高级别的移动锚点。
假设MAP被划分为n级，那么基于速度的移动锚点选择算法需设置n+1个阈值T1，T2，......，Tn，Tn+1，其中T1＝+∞，Tn+1＝0。若移动节点的速度介于阈值Ti和Ti+1(1≤i≤n)之间，那么它应该选择第i级MAP。表1是三级层次移动IPv6的移动锚点选择表，四个速度阈值分别为0、2、6和+∞(m/s)。
表1三级层次移动IPv6的移动锚点选择表
| 移动类别 | 速度阈值(m/s) | 所选MAP | |
| 最低速度 | 最高速度 | ||
| 1 | 0 | 2 | 3级MAP |
| 2 | 2 | 6 | 2级MAP |
| 3 | 6 | +∞ | 1级MAP |
基于速度的移动锚点选择算法仅考虑了移动节点发往家乡代理的注册信令开销。层次移动IPv6与移动IPv6一样配置了路由优化机制，节点在执行家乡注册时，还必须向所有的通信对端发送绑定更新消息，以完成通信对端注册。在移动特征相同的情况下，连接有更多通信对端的节点所发送的域外注册信令也更多。因此，节点所连接的通信对端数目也应成为移动锚点选择算法的参数之一。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种降低层次移动IPv6的总体域外注册开销的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，具体地是多级移动锚点体系结构下一种基于移动和通信量特征的移动锚点选择算法。
本发明中的多级层次移动IPv6体系结构包括五个功能单元，功能定义如下：
IPv6网络接入路由器(AR)：接入路由器，负责向移动主机提供网络接入点。
层次移动IPv6移动锚点(MAP)：位于移动节点访问网络的特殊路由器，充当移动节点的本地家乡代理。同一访问网络中可能存在多个移动锚点。
移动节点(MN)：在子网间切换的主机或路由器。它在移动过程中不断地改变网络接入点。
家乡代理(HA)：移动节点家乡链路上的路由器，负责维护移动节点当前位置信息，并且把来自通信对端的分组通过隧道转发给移动节点。
通信对端(CN)：与移动节点进行通信的节点。
本发明对层次移动IPv6进行改进，引入多级移动锚点体系结构，使移动节点根据自身的移动特征和通信量特征选择合适的移动锚点为其提供移动接入服务，具体步骤如下：
步骤1：移动节点进入某个接入路由器覆盖范围后，接收到该接入路由器的路由器公告(RA)消息。移动节点查看路由器公告消息中所包含的一个或多个移动锚点选项。
步骤2：如果先前为它提供移动接入服务的移动锚点选项仍然存在，那么移动节点形成新的链路转交地址(LCoA)，并向先前移动锚点发送本地绑定更新消息以完成移动锚点域内切换。
步骤3：如果先前移动锚点选项不存在，那么移动节点需要选择新的移动锚点为自己服务。移动节点计算移动特征和通信量特征的综合值(称作“综合量度”)。
步骤4：移动节点将自己的综合量度和综合量度阈值进行比较，确定应该选择哪个级别的移动锚点。
步骤5：移动节点形成新的区域转交地址(RCoA)和新的链路转交地址(LCoA)，并向新选择的移动锚点发送本地绑定更新消息以注册两个转交地址的映射。在收到新移动锚点回复的本地绑定确认消息后，移动节点向家乡代理和通信对端发送绑定更新消息，以注册新的区域转交地址与家乡地址的映射。
其中步骤1——路由器公告消息是IPv6邻居发现协议用来发现邻居节点的消息。移动锚点选项是层次移动IPv6中定义的用来描述移动锚点的邻居发现选项，它包含移动锚点的IPv6地址等信息。
其中步骤2——移动节点根据新的接入路由器网络前缀和自身网络接口的标志号，通过无状态地址配置方法生成新的链路转交地址。
其中步骤3——先前移动锚点选项不存在是指新收到的路由器公告中没有包含先前移动锚点选项。综合量度的计算公式为：C＝(1+Nc)/Tf，其中Nc表示移动节点当前连接的通信对端数目，而Tf表示移动节点的平均子网驻留时间。Tf采用历史估算法获得。移动节点通过记录它进入和离开当前子网的系统时间(te和tl)并计算两者之差，可得到它在当前子网的驻留时间Tf_c。历史估算法综合考虑Tf_c以及前一次的估算值Tf_p来计算Tf最终估算值，其计算格式如下：Tf＝a×Tf_c+(1-α)×Tf_p。
其中步骤4——如果网络中存在n级移动锚点，那么相应地设置n+1个综合量度的阈值：T1，T2，......，Tn，Tn+1，其中T1＝+∞，Tn+1＝0。如果移动节点的综合量度介于阈值Ti和Ti+1(1≤i≤n)之间，那么它应该选择第i级移动锚点。
其中步骤5——移动节点根据新选择移动锚点的网络前缀和自身网络接口的标志号，通过无状态地址配置方法生成新的区域转交地址。同时，移动节点还采用与步骤3相同的方法生成新的链路转交地址。
本发明是一种改进的层次移动IPv6协议，引入多级移动锚点体系结构为移动节点提供移动接入服务。移动节点根据自身移动特征和通信量特征选择合适的移动锚点，相同条件下发送域外注册信令较多的移动节点选择高级别移动锚点，大大降低了层次移动IPv6的总体域外注册开销。本发明的特点是：1.多级移动锚点体系结构易于在实际网络中配置；2.基于移动和通信量特征的移动锚点选择算法符合移动节点的域外注册开销函数，算法复杂性低、计算开销小。
附图说明
图1为现有技术中一个两级层次移动IPv6网络的拓扑结构图；
图2为两级层次移动IPv6的体系结构图；
图3为本发明的一实施例的网络拓扑图。
具体实施方式
图3给出了本发明的一个应用实例的网络拓扑图，其中包含两级移动锚点。本实例的网络配置如下：
家乡代理HA的IPv6地址为：3ffe:0:0:1::1/64，家乡网络地址为3ffe:0:0:1::/64。
移动节点MN的家乡地址为：3ffe:0:0:1::2/64。
通信对端CN的IPv6地址为：3ffe:0:0:9::123/64。
高级别移动锚点H-MAP1接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:2::1/64，接口2的IPv6地址为：3ffe:0:0:4::1/64，H-MAP1域的网络地址为：3ffe:0:0:4::/64。
高级别移动锚点H-MAP2接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:3::1/64，接口2的IPv6地址为：3ffe:0:0:5::1/64，H-MAP2域的网络地址为：3ffe:0:0:5::/64。
低级别移动锚点L-MAP1接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:4::2/64，接口2的IPv6地址为：3ffe:0:0:6::1/64，L-MAP1域的网络地址为：3ffe:0:0:6::/64。
低级别移动锚点L-MAP2接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:4::3/64，接口2的IPv6地址为：3ffe:0:0:7::1/64，L-MAP2域的网络地址为：3ffe:0:0:7::/64。
低级别移动锚点L-MAP3接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:5::2/64，接口2的IPv6地址为：3ffe:0:0:8::1/64，L-MAP3域的网络地址为：3ffe:0:0:8::/64。
接入路由器AR1接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:6::2/64，负责的网络地址为3ffe:0:0:10::/64。AR1和L-MAP1相连，L-MAP1和H-MAP1相连，即AR1存在于L-MAP1域和H-MAP1域内。
接入路由器AR2接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:7::2/64，负责的网络地址为3ffe:0:0:11::/64。AR2和L-MAP2相连，L-MAP2和H-MAP1相连，即AR2存在于L-MAP2域和H-MAP1域内。
接入路由器AR3接口1的IPv6地址为：3ffe:0:0:8::2/64，负责的网络地址为3ffe:0:0:12::/64。AR3和L-MAP3相连，L-MAP3和H-MAP2相连，即AR3存在于L-MAP3域和H-MAP2域内。
HA、H-MAP1、H-MAP2以及CN通过一个IPv6网络互联。
在本实例中，假设初始时MN位于AR1域，它所连接的通信对端数为2(Nc＝4)，平均子网驻留时间为10s。本实例中的移动锚点选择表如下：
表2实例的移动锚点选择表
| 节点类别 | 综合量度阈值(m/s) | 所选MAP | |
| 最低值 | 最高值 | ||
| 1 | 0 | 0.45 | 高级别MA |
| 2 | 0.45 | +∞ | 低级别MA |
初始时MN计算出自己的综合量度为0.5。根据上述选择表，MN选择高级别移动锚点H-MAP1为其提供接入服务。
在本实例中，MN从AR1域移动到AR2域，具体步骤如下：
步骤1：MN查看来自AR2的路由器公告消息，发现其中包含了H-MAP1的移动锚点选项。
步骤2：MN根据新的网络前缀和网络接口标志符通过无状态地址配置方法生成新的转交地址：3ffe:0:0:11:220:edff:feb4:505f/64，之后向H-MAP1发送本地绑定更新消息。
在本实例中，MN从AR2域移动到AR3域，具体步骤如下：
步骤1：MN查看来自AR2的路由器公告消息，发现其中未包含了H-MAP1的移动锚点选项，因而跳过步骤2执行步骤3。
步骤3：MN根据它当前的移动特征和通信量特征重新计算综合量度。此时MN所连接的通信对端数减少为2，其平均子网驻留时间的估算值也变为8s。于是，MN的综合量度变为0.375。
步骤4：MN根据移动锚点选择表，确定自己应该选择低级别移动锚点L-MAP3为自己提供接入服务。
步骤5：MN利用L-MAP3的网络前缀生成新的区域转交地址(RCoA)：3ffe:0:0:8:220:edff:feb4:505f/64，同时利用AR3的网络前缀生成新的链路转交地址(LCoA)：3ffe:0:0:12:220:edff:feb4:505f/64。之后，MN向L-MAP3发送本地绑定更新消息以注册两个转交地址的映射。在收到L-MAP3的本地绑定确认消息后，MN向HA和CN发送绑定更新消息，以注册新的区域转交地址与家乡地址的映射。
Claims (6)
1.基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，该方法中的多级层次移动IPv6体系结构包括五个功能单元，功能定义如下：
IPv6网络接入路由器(AR)：接入路由器，负责向移动主机提供网络接入点；
层次移动IPv6移动锚点(MAP)：位于移动节点访问网络的特殊路由器，充当移动节点的本地家乡代理，同一访问网络中可能存在多个移动锚点；
移动节点(MN)：在子网间切换的主机或路由器，它在移动过程中不断地改变网络接入点；
家乡代理(HA)：移动节点家乡链路上的路由器，负责维护移动节点当前位置信息，并且把来自通信对端的分组通过隧道转发给移动节点；
通信对端(CN)：与移动节点进行通信的节点；
其特征在于该方法具体步骤如下：
步骤1：移动节点进入某个接入路由器覆盖范围后，接收到该接入路由器的路由器公告(RA)消息，移动节点查看路由器公告消息中所包含的一个或多个移动锚点选项；
步骤2：如果先前为它提供移动接入服务的移动锚点选项仍然存在，那么移动节点形成新的链路转交地址(LCoA)，并向先前移动锚点发送本地绑定更新消息以完成移动锚点域内切换；
步骤3：如果先前移动锚点选项不存在，那么移动节点需要选择新的移动锚点为自己服务，移动节点计算移动特征和通信量特征的综合值；
步骤4：移动节点将自己的综合量度和综合量度阈值进行比较，确定应该选择哪个级别的移动锚点；
步骤5：移动节点形成新的区域转交地址(RCoA)和新的链路转交地址(LCoA)，并向新选择的移动锚点发送本地绑定更新消息以注册两个转交地址的映射，在收到新移动锚点回复的本地绑定确认消息后，移动节点向家乡代理和通信对端发送绑定更新消息，以注册新的区域转交地址与家乡地址的映射。
2、如权利要求1所述的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，其特征在于所述的步骤1中路由器公告消息是IPv6邻居发现协议用来发现邻居节点的消息；移动锚点选项是层次移动IPv6中定义的用来描述移动锚点的邻居发现选项，它包含移动锚点的IPv6地址等信息。
3、如权利要求1所述的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，其特征在于所述的步骤2中移动节点根据新的接入路由器网络前缀和自身网络接口的标志号，通过无状态地址配置方法生成新的链路转交地址。
4、如权利要求1所述的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，其特征在于步骤3中所述的先前移动锚点选项不存在是指新收到的路由器公告中没有包含先前移动锚点选项，综合量度的计算公式为：C＝(1+Nc)/Tf，其中Nc表示移动节点当前连接的通信对端数目，而Tf表示移动节点的平均子网驻留时间；Tf采用历史估算法获得，移动节点通过记录它进入和离开当前子网的系统时间(te和tl)并计算两者之差，可得到它在当前子网的驻留时间Tf_c，历史估算法综合考虑Tf_c以及前一次的估算值Tf_p来计算Tf的最终估算值，其计算格式如下：Tf＝α×Tf_c+(1-α)×Tf_p。
5、如权利要求1所述的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，其特征在于所述的步骤4中如果网络中存在n级移动锚点，那么相应地设置n+1个综合量度的阈值：T1，T2，……，Tn，Tn+1，其中T1＝+∞，Tn+1＝0；如果移动节点的综合量度介于阈值Ti和Ti+1(1≤i≤n)之间，那么它应该选择第i级移动锚点。
6、如权利要求1所述的基于移动和通信量特征的层次移动IPv6的多级移动管理方法，其特征在于所述的步骤5中移动节点根据新选择移动锚点的网络前缀和自身网络接口的标志号，通过无状态地址配置方法生成新的区域转交地址；同时，移动节点采用与步骤3相同的方法生成新的链路转交地址。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |