CN1964317A - 一种无线接入网络中的路由优化方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线接入网络中的路由优化方法和系统,以解决移动IP切换所引起的三角路由问题。当一个移动节点从家乡子网切换到第一外地子网时,该移动节点在第一外地子网中的外地代理上的消息广播装置向无线接入网络中的网关广播移动节点家乡地址的可达消息。当一个网关收到发往该移动节点家乡地址的数据包时,按照收到广播消息后其路由信息提取装置在路由表中添加的指向该移动节点家乡地址的主机路由将数据包发往下一跳。直到该外地代理收到该数据包时即将数据包交给该移动节点。当该移动节点离开第一外地子网时,收到上述消息的网关上的路由信息清除装置都根据该外地代理广播的路由更新消息删除路由表中指向该移动节点家乡地址的主机路由。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线接入网络,尤其涉及一种无线接入网络中的路由优化方法和系统。
背景技术
现有的IP路由体系有一个重要的规则:路由选择只依据目的IP地址的网络部分,而不是整个IP地址,即路由是针对网络的。若主机从一个子网移动到一个新的子网并保持IP地址不变,则它的IP地址就不能反映出它的当前位置,由此引发的后果就是现有的IP路由体系不能把报文投递给该主机。在这种情况下,主机必须配置一个新的属于当前子网的IP地址来反映它的新位置。而对于一个TCP连接来说,有四个元素来唯一地标识它:源IP地址、目的IP地址、TCP源端口号、TCP目的端口号,改变其中任何一个都会导致TCP连接的中断或丢失。因此,要保持移动主机移动时传输层的连接,必须保持IP地址不变。根据这些要求,IETF提出了移动IP技术。近年来,随着对移动IP技术的理论探讨不断深入,人们发现它存在着一些不足,尤其在路由机制和安全机制方面还不能满足现代通信的需求。
移动IP定义了三个功能实体:家乡代理(HA,Home Agent)、外地代理(FA,Foreign Agent)和移动节点(MN,Mobile Node)。
移动IP在MN从一个ASN中的BS切换到另一个ASN中的BS时的工作机制如下。
1.当移动节点移动到外地网络时,它可以从当前网络的外地代理发出的代理广播消息中获得转交地址,或者通过DHCP服务器配置获得,但在目前的移动IPv4中一般采用外地代理转交地址。
2.移动节点通过外地代理向家乡代理注册转交地址,注册可以通过移动IP中定义的注册消息来完成。
3.家乡代理对移动节点的注册请求进行鉴权、认证,认证通过则发注册成功消息到移动IP的转交地址,外地代理收到消息后再转发给移动节点。
4.此后所有发往移动节点的数据会先发往移动节点的家乡网络,然后由家乡代理通过IP套IP(IP in IP)隧道封装,发往移动节点注册的转交地址。
5.外地代理收到数据包后先解封装,再转发给移动节点。而移动节点发往与它通信的其他主机的数据会直接经过外地代理转发到相应主机。这就形成了一个“三角路由”。
由网络工作组(NWG,Network Working Group)提出的在微波接入全球互通(WiMAX,World wide Interoperability for Microwave Access)的移动性中直接引用当前的移动IP技术,所以它也面临“三角路由”问题,该三角路由问题会导致传输的延迟并增加网络的负担。
在WiMAX中,一个ASP拥有多个ASN,当通信双方在同一个ASN时,三角路由问题非常严重,特别是随着移动性的提高,切换更为频繁,这对于实时业务(如VoIP)的性能有很大影响。
下面描述与本发明相关的一个现有技术。
在WiMAX中引用的移动IP(Mobile IP)基本协议中,由通信对端节点(CN,Correspondent Node)给移动节点MN的数据包先被路由到移动节点的家乡代理HA,然后由IP隧道送到移动节点的转交地址CoA(Care of Address),外地代理收到消息后再转发给移动节点。然而,由移动节点发出的数据包却被直接路由到了通信对端,这就构成了一个三角形。特别是当通信对端和移动节点位于同一外地子网时,发往移动节点的数据包仍然要先发往家乡代理,然后再送往转交地址。这样数据包绕了一圈,才被送往移动节点。如图1所示,由CN发送给MN的数据包经过一个接入服务网络网关(ASN GW,Access ServiceNetwork GateWay)直接发送到了HA,然后再由HA发送回FA。
由此可见,现有的技术方案导致的三角路由问题不仅增加了传输延迟而且加重了网络负担。
发明内容
本发明提供一种无线接入网络中的路由优化方法和系统,以解决WiMAX通信系统切换过程中由Mobile IP切换所引起的三角路由问题,使三角路由问题的解决具有可实现性。
一方面,提出一种无线接入网络中的路由优化方法。当无线接入网络中一个移动节点从家乡子网切换到第一外地子网时,该方法包括步骤:A、该移动节点在第一外地子网中的外地代理向无线接入网络中的网关广播移动节点家乡地址的可达消息;B、当一个网关收到发往该移动节点家乡地址的数据包时,按照收到广播消息后在其路由表中添加的指向该移动节点家乡地址的主机路由将数据包发往下一跳;C、该外地代理收到所述数据包时即将数据包发送给该移动节点。
上述方法还包括步骤:D、当该移动节点离开第一外地子网时,收到上述广播消息的网关每一个都根据该外地代理广播的路由更新消息删除其路由表中指向该移动节点家乡地址的主机路由。
步骤A中无线接入网络中的网关是无线接入网络中第一外地子网内的网关。
上述步骤B中向该移动节点的家乡地址发送数据包的通信对端节点CN是第一外地子网内的移动节点。
上述步骤B中向该移动节点的家乡地址发送数据包的通信对端节点CN是第一外地子网内的固定节点。
上述步骤A进一步包括:该外地代理在注册该移动节点的转交地址CoA期间广播移动节点家乡地址的可达消息。
上述步骤A进一步包括:该外地代理向该移动节点的家乡代理发送移动IP注册请求之后即广播移动节点家乡地址的可达消息。
上述步骤C进一步包括:该外地代理按照绑定表中该移动节点的家乡地址将数据包发送给该移动节点。
上述方法中,该无线接入网络的子网是微波接入全球互通WiMAX网络中的接入服务网络ASN。
另一方面,提出一种无线接入网络中的路由优化系统。该无线接入网络的一个子网包括网关、从其他子网切换来的移动节点和该移动节点的外地代理。该路由优化系统包括:该外地代理上的消息广播装置,用于在该移动节点切换到该子网时广播移动节点家乡地址的可达消息;该网关上的消息检测装置,用于检测网关收到的消息并将检测到的移动节点家乡地址的可达消息发送给路由信息提取装置;该网关上的路由信息提取装置,用于从移动节点家乡地址的可达消息中提取指向该移动节点家乡地址的主机路由并保存到路由表中。
上述系统中,该消息广播装置,还用于在该移动节点离开该子网时广播移动节点的路由更新消息;该消息检测装置,还用于将检测到的移动节点的路由更新消息发送给路由信息清除装置。
上述系统还包括:该网关上的路由信息清除装置,用于收到消息检测装置发来的移动节点的路由更新消息之后即删除路由表中指向相应移动节点家乡地址的主机路由。
上述方法中,该无线接入网络的子网是微波接入全球互通WiMAX网络中的接入服务网络ASN。
与现有技术相比,本发明主要的优点和特点如下:
1.采用本发明的技术方案可以避免在移动节点移动到通信对端节点所在的ASN网络中的时候产生的三角路由问题,大大改善业务的端到端时延,提高了实时业务的性能。
2.该方案具有简单和实用的特点。
附图说明
图1图示说明WiMAX系统中的三角路由问题;
图2是WiMAX系统中ASN之间的移动性系统框图;
图3示出用来更改路由表的FA广播的过程;
图4是按照本发明一个实施例所述WiMAX网络中的路由优化系统。
具体实施方式
本发明提出了一种实现在WiMAX系统中解决三角路由问题的方法。该方法简单来说就是让外地代理在对移动节点的转交地址进行注册的同时,在其所在的ASN内广播对该移动节点的家乡地址的可达性,该ASN中的其他ASNGW将根据该路由信息在自己的路由表中加入指向该移动节点的家乡地址的特定主机路由。这样,当这些ASN网关(ASN GW)收到发往移动节点的家乡地址的IP包时,它将按最优的路由将这些IP包发往下一跳,最终这些IP包到达移动节点的外地代理,外地代理再将其交给移动节点。当移动节点离开外地代理时,外地代理再广播一条路由更新信息,该ASN中的其他ASN GW根据该信息删除指向该移动节点的家乡地址的特定主机路由。
图2是本发明WiMAX系统中MN在ASN之间移动的系统框图。在图2以及前面提到的图1中,实线指示从MN到CN的数据流向,虚线指示从CN到MN的数据流向。其中包括移动节点MN、通信对端节点CN、基站BS、接入服务网络ASN,ASN网关(ASN GW),网络服务提供商NSP和家乡代理HA。
当MN从服务ASN(Serving ASN)中的BS切换到目的ASN(Target ASN)中的BS的时候,由目的ASN GW(Target ASN GW)中的FA分配一个转交地址CoA地址给MN。然后该FA将CoA地址包含在移动IP注册请求(MIPRegistration Request)消息中发送给HA进行注册。注册成功后,HA向该FA返回移动IP注册答复(MIP Registration Request)消息。在这个注册进行的同时,该FA在其所在的ASN内广播对该移动节点的家乡地址的可达性,该ASN中的其他ASN GW将根据该路由信息在自己的路由表中加入指向该移动节点家乡地址的特定主机路由。这样,当这些ASN GW收到发往移动节点的家乡地址的IP包时,它将按最优的路由将这些IP包发往下一跳,最终这些IP包到达移动节点的外地代理,外地代理再将其交给移动节点。当移动节点离开外地代理时,外地代理再广播一条路由更新信息,该ASN中的其他ASN GW根据该信息删除指向该移动节点家乡地址的特定主机路由。该FA在注册过程中广播对该移动节点家乡地址的可达性的具体信令流程如图3所示。
下面详细说明一个ASN GW上的FA广播地址可达性,以及该ASN网络内其他ASN GW路由表更新的过程:
1.FA/ASN GW向其所在的ASN网络内的所有ASN GW广播对该移动节点的家乡地址的可达性。
2.该ASN网络内的所有其他ASN GW根据该广播消息在自己的路由表中加入指向该移动节点家乡地址的特定主机路由,如下面两个表所示:
表1是更新前的路由表
Destination | Gateway | Flags | Refcnt | Use | Interface |
140.252.13.65 | 140.252.13.35 | UGH | 0 | 0 | Emd0 |
127.0.0.1 | 127.0.0.1 | UH | 1 | 0 | Lo0 |
Default | 140.252.13.33 | UG | 0 | 0 | Emd0 |
表1
表2是加入特定主机路由后的路由表
Destination | Gateway | Flags | Refcnt | Use | Interface |
140.252.1.183 | 140.196.16.131 | UGH | 0 | 0 | Emd0 |
140.252.13.65 | 140.252.13.35 | UH | 0 | 0 | Emd0 |
127.0.0.1 | 127.0.0.1 | UH | 1 | 0 | Lo0 |
Default | 140.252.13.33 | UG | 0 | 0 | Emd0 |
表2
上面所给出的路由表中各个字段的含义为:Destination是目的地址,它可能是主机,也可能是网关(路由器);Gateway是下一跳的地址;Flags是对给定路由的标志;Refcnt是参考记数,该列给出的是正在使用路由的活动进程个数;Use是显示通过该路由发送的分组数;Interface是本地接口的名字,比如Lo0表示环回接口。
这里,Flags中各个标志的含义如下:
U代表该路由可以使用;
G代表该路由是到一个网关(路由器)。如果没有设置该标志,说明目的地是直接相连的;
H代表该路由是到一个主机,也就是说,目的地址是一个完整的主机地址。
如果没有设置该标志,说明该路由是到一个网络,而目的地址是一个网络地址:
一个网络号,或者网络号与子网号的结合;
D代表该路由是由重定向报文创建的;
M代表该路由已被重定向报文修改。
当FA/ASN GW在其所在的ASN内广播对该移动节点的家乡地址的可达性后,该ASN中的其他ASN GW将根据该路由信息在自己的路由表中加入指向该移动节点家乡地址的特定主机路由,例如表2的第二行就是其中一个ASNGW新增加的路由项。其中,Destination为MN的家乡地址;Gateway是下一跳的地址;Flag段为UGH,表示当前连接可用,是间接连接的通向主机的路由。
下面根据2.、0和图2,详细说明在MN移动到与CN相同的ASN网络之前、之后以及离开该ASN网络后这三种情况下,CN向MN发送数据包的路由过程:
第一种情况,MN移动到与CN相同的ASN网络之前:
(1)CN向它的ASN GW发送目的地址为140.252.1.183的数据包。
(2)ASN GW检索自己的路由表,按最大匹配原则查找表项。由于没有与140.252.1.183相匹配的表项,所以按照默认路由把数据包发往下一跳140.252.13.33。
(3)数据包最终到达家乡代理HA,由HA通过IP in IP隧道封装,发往移动节点注册的转交地址。
(4)外地代理FA收到数据包后先解封装,再转发给移动节点。
第二种情况,MN移动到与CN相同的ASN网络之后,ASN GW中的路由表如0所示。
(1)CN向它的ASN GW发送目的地址为140.252.1.183的数据包。
(2)ASN GW检索自己的路由表,按最大匹配原则查找表项。由于到达主机140.252.1.183的表项已经被添加,所以按照该表项把数据包发往下一跳。
(3)最终这些数据包被发往FA/ASN GW。
(4)FA/ASN GW根据绑定表,按照MN的家乡地址直接把数据包发送给MN。
第三种情况,MN离开该ASN网络后,外地代理再广播一条路由更新信息,该ASN中的其他ASN GW根据该信息删除指向该移动节点家乡地址的特定主机路由,使路由表恢复到2.所示的路由表。此时,由CN发往MN的数据包的路由过程与第一种情况相同。
下面,参照图4描述本发明一个实施例所述的WiMAX网络中的路由优化系统。该WiMAX网络内的一个ASN包括ASN网关(ASN GW)、从其他ASN切换来的移动节点和该移动节点的外地代理。该路由优化系统包括下述装置:
在该外地代理上的消息广播装置,用于在该移动节点切换到该ASN时广播对该移动节点家乡地址的可达性;在网关上的消息检测装置,用于检测ASNGW收到的消息并将检测到的对移动节点家乡地址的可达性发送给路由信息提取装置;路由信息提取装置,用于从对移动节点家乡地址的可达性中提取指向该移动节点家乡地址的主机路由并保存到路由表中。
此外,该路由优化系统还包括路由信息清除装置。上述消息广播装置,还用于在该移动节点离开该ASN网时广播移动节点的路由更新消息。上述消息检测装置,还用于将检测到的移动节点的路由更新消息发送给路由信息清除装置。该路由信息清除装置,用于收到该消息检测装置发来的移动节点的路由更新消息之后即删除路由表中指向相应移动节点家乡地址的主机路由。
从上面结合附图公开的内容中可以看出,在MN路由到与CN相同的ASN的情况下从CN到MN的数据包不会产生到HA中转的传输时间,避免了三角路由问题,提高了网络性能。
另外一方面,当CN也是一个移动节点的时候,系统的切换就会很频繁。在这种情况下,利用本发明的方案更可以大大减小系统的开销和切换时延,对实时业务的切换性能改善很大。
为了使本发明的技术方案更容易理解,在该说明书中以外地代理在网关上为例进行说明。实际上,本发明所述的外地代理可以位于无线接入网络中的任何物理实体上。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1、一种无线接入网络中的路由优化方法,当无线接入网络中一个移动节点从家乡子网切换到第一外地子网时,该方法包括以下步骤:
A、所述移动节点在第一外地子网中的外地代理向无线接入网络中的网关广播移动节点家乡地址的可达消息;
B、当一个网关收到发往所述移动节点家乡地址的数据包时,按照收到广播消息后在其路由表中添加的指向所述移动节点家乡地址的主机路由将数据包发往下一跳;
C、所述外地代理收到所述数据包时即将数据包发送给所述移动节点。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于还包括步骤:
D、当所述移动节点离开第一外地子网时,收到所述广播消息的网关每一个都根据所述外地代理广播的路由更新消息删除其路由表中指向所述移动节点家乡地址的主机路由。
3、如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤A中无线接入网络中的网关是无线接入网络中第一外地子网内的网关。
4、如权利要求3所述的方法,其特征在于所述步骤B中向所述移动节点的家乡地址发送数据包的通信对端节点CN是第一外地子网内的移动节点。
5、如权利要求3所述的方法,其特征在于所述步骤B中向所述移动节点的家乡地址发送数据包的通信对端节点CN是第一外地子网内的固定节点。
6、如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤A进一步包括:所述外地代理在注册所述移动节点的转交地址CoA期间广播移动节点家乡地址的可达消息。
7、如权利要求6所述的方法,其特征在于所述步骤A进一步包括:所述外地代理向所述移动节点的家乡代理发送移动IP注册请求之后即广播移动节点家乡地址的可达消息。
8、如权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤C进一步包括:所述外地代理按照绑定表中所述移动节点的家乡地址将数据包发送给所述移动节点。
9、如权利要求1所述的方法,其特征在于所述无线接入网络的子网是微波接入全球互通WiMAX网络中的接入服务网络ASN。
10、一种无线接入网络中的路由优化系统,所述无线接入网络的一个子网包括网关、从其他子网切换来的移动节点和所述移动节点的外地代理,其特征在于该路由优化系统包括:
所述外地代理上的消息广播装置,用于在所述移动节点切换到所述子网时广播移动节点家乡地址的可达消息;
所述网关上的消息检测装置,用于检测网关收到的消息并将检测到的移动节点家乡地址的可达消息发送给路由信息提取装置;
所述网关上的路由信息提取装置,用于从移动节点家乡地址的可达消息中提取指向所述移动节点家乡地址的主机路由并保存到路由表中。
11、如权利要求10所述的系统,其特征在于
所述消息广播装置,还用于在所述移动节点离开所述子网时广播移动节点的路由更新消息;
所述消息检测装置,还用于将检测到的移动节点的路由更新消息发送给路由信息清除装置。
12、如权利要求11所述的系统,其特征在于还包括:
所述网关上的路由信息清除装置,用于收到消息检测装置发来的移动节点的路由更新消息之后即删除路由表中指向相应移动节点家乡地址的主机路由。
13、如权利要求10所述的系统,其特征在于所述无线接入网络的子网是微波接入全球互通WiMAX网络中的接入服务网络ASN。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |