專利名稱：對到地理地址的消息路由的流量驅動的動態(tài)優(yōu)化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明用于通信網絡中，以確保服務提供商可以在專門選擇的地理區(qū)域中建立給客戶和移動用戶的服務。
發(fā)明概述在不久的將來，服務提供商將向客戶提供在專門選擇的地理區(qū)域中建立服務和向該區(qū)域發(fā)送信息的可能性。這樣，可以向移動(無線)用戶提供以與他們的當前位置相關的有用服務和信息，例如可以向位于商店區(qū)域的用戶廣告特價優(yōu)惠。
實現此類服務的所需基本功能之一是從服務提供商向所選地理區(qū)域發(fā)送數據的方法，即向利用其無線接入技術覆蓋這些區(qū)域的接入路由器發(fā)送數據。這可以通過在每個消息中插入地理目的地坐標來實現。假定每個接入路由器知道其覆蓋區(qū)域的坐標并且所有相關的中間網絡系統(tǒng)知道與其連接的其它系統(tǒng)的覆蓋區(qū)。在此情況下每個路由器測試與其連接的接入路由器所覆蓋的地理區(qū)域或與其連接的其它路由器的覆蓋區(qū)域是否與目標地址相符，并將它轉發(fā)到適當的系統(tǒng)。所述機制稱為GeoCast[1](地區(qū)廣播[1])。
所述機制的缺點在于在消息可以朝其目的地轉發(fā)之前由中間系統(tǒng)中成本高昂的交叉檢查(intersection check)造成的延遲。此外，如果待發(fā)送消息的數量超過某速率，則中間系統(tǒng)可能成為導致?lián)砣男阅芷款i。
因此需要這樣一種技術，其可以減少中間系統(tǒng)為將消息傳遞到某地理區(qū)域中該消息目的地而執(zhí)行的交叉檢查所引起的延遲，同時減少系統(tǒng)可能引起的瓶頸，這種瓶頸又導致性能下降。
采用本發(fā)明，可以既有效又簡單的方式解決上述問題。所提出的技術可以將消息傳遞到某地理區(qū)域內的目的地。
該技術按照獨立方法權利要求和網絡設備權利要求中包含的教導來實現。
用于在通信網絡中傳遞消息的所述方法包括如下步驟-監(jiān)視短時間間隔內發(fā)往某個地理區(qū)域的消息的到達率；-在達到某個閾值時建立用于將所述消息路由到所述地理區(qū)域的組播組，其中負責傳遞所述消息的網絡設備加入所述組播組；-在建立所述組播組后，將所述消息傳遞到所述地理區(qū)域。
所述網絡設備設在通信網絡中，它包括采用如權利要求1至7所述方法的裝置。
由從屬權利要求中可以看出優(yōu)點，由從屬權利要求，在建立組播組之后到達的發(fā)往所述地理區(qū)域的任何后續(xù)消息通過所述建立的組播組傳遞，在經過其間沒有發(fā)往所述地理區(qū)域的后續(xù)消息到達的預定義時間間隔之后，所述組播組被刪除；發(fā)往所述地理區(qū)域的每個消息由地理目的地地址定義；這些消息的地理目的地地址是相同或相似的；采用軟狀態(tài)消息計數器來監(jiān)視消息到達率，以及由從屬權利要求，快速因特網協(xié)議用于在所述組播組中轉發(fā)消息。
由如下詳細描述及僅作為圖示給出的附圖，可更全面地理解本發(fā)明，附圖中

圖1.1說明到地理區(qū)域的路由。
圖3.1說明動態(tài)建立組播組。
圖3.2示出動態(tài)組播組建立概況。
發(fā)明的詳細說明我們假定存在圖1.2所示的結構。它呈現通過網關(GW)與因特網連接的簡單分發(fā)網絡。該分發(fā)網絡中的接入路由器托管具有某覆蓋區(qū)域的天線。GW和接入路由器通過若干中間路由器連接。它們中的一些不知道GeoCast，因此每個消息必須利用IP單播以隧道方式通過它們。
在地理地域中定義了區(qū)域。當消息發(fā)送到該區(qū)域時，該消息通過分發(fā)網絡路由到與提供該區(qū)域的那些天線(即其覆蓋區(qū)域對應于它)連接的接入路由器。
網關執(zhí)行交叉檢查，并將該消息轉發(fā)到兩個中間路由器，其必須再次執(zhí)行檢查，依此類推，直到消息到達接入路由器為止。接入路由器然后在地理區(qū)域中散發(fā)該消息。
在圖1.1所示的簡單示例中，需要在網絡的GeoCast節(jié)點中執(zhí)行總共六次接入檢查。
對原型GeoCast路由選擇系統(tǒng)的仿真結果(參見[1])顯示，中間系統(tǒng)的轉發(fā)決策需要比IP路由器多達4426次(事實上必須考慮IP路由器采用固件，但該結果仍大體反映了性能差異程度)。這些結果表明，轉發(fā)決策持續(xù)時間導致的分組延遲會大大增加，并且如果中間路由器必須對太多分組進行路由選擇可能造成中間路由器擁塞。
本發(fā)明解決若干目標1.主要目標是找到將消息路由到其目標的更有效的解決方案，即避開中間路由器中應用級交叉檢查或任何其它應用級處理。
2.實際上同等重要的第二個目標是避免GeoCast的另一個缺點鑒于即便要尋址的多個GeoCast路由器共享從發(fā)送GeoCast路由器到接收GeoCast路由器的相當大一部分網絡路徑，每個消息仍在GeoCast路由器之間通過單播發(fā)送這一事實，導致在分發(fā)網絡部分中不必要的消息復制。為了節(jié)省分發(fā)網絡中的資源，希望在盡可能靠近至不同目的地的網絡路徑實際分叉的點復制消息。
到目前為止，尚無明確解決為路由到某地理地址而動態(tài)自適應配置分發(fā)網絡的解決方案。不存在利用動態(tài)組播組來避開交叉檢查的機制。
為開發(fā)能夠將消息轉發(fā)到地理區(qū)域的機制，已經作出了多種努力。
GeoCast在本文檔開始處介紹的GeoCast機制依賴于利用每個中間系統(tǒng)的覆蓋區(qū)對消息的地理目標地址進行交叉檢查。如上所述，這些檢查需要不容忽視的計算能力和時間量。此外，根據地址在消息中的表示還需要成本高昂的地址分析。需要對每一個消息執(zhí)行交叉檢查。至少，GeoCast采用高速緩存條目來加速轉發(fā)決策。消息通過ID或構成消息頭一部分的其它值，如源地址和目的地地址來識別。在收到第一個分組之后，將產生的轉發(fā)決策存儲在高速緩存中。具有相同ID的后續(xù)消息可以跳過交叉檢查，但在每個路由器中，該消息必須由地理路由選擇模塊來加以處理，以確定ID和對應的高速緩存條目。其它缺點是，由于消息通過單播發(fā)送，因而沒有減少網絡中要傳送的總的消息量的適當機制(例如，沒有組播路由選擇)。未提供動態(tài)優(yōu)化消息路由的機制。
靜態(tài)組播組的部署依賴于IP組播的另一種機制稱為GPS-組播路由選擇方案[2]。為了加速轉發(fā)決策，在分發(fā)網絡中建立靜態(tài)組播組。路由器組合成原子，為原子分配組播地址。若干原子又組合成具有自己的地址的分區(qū)，分區(qū)又組合成更大的分區(qū)。消息中的地理目標地址多邊形然后以含有它的最小分區(qū)逼近并發(fā)送到對應的IP組播地址。這要求從地理目的地地址到組播組的映射。此方法的一個缺點在于組播組可能僅極少與準確的目標區(qū)域匹配。這意味著網絡中的若干系統(tǒng)將錯誤地接收分組，執(zhí)行交叉檢查并丟棄它。因此此方法的主要缺點是在可以在網絡中利用靜態(tài)組播機制之前，必須將覆蓋區(qū)劃分成原子和分區(qū)。這導致棘手的網絡規(guī)劃問題，需要考慮或估計流量模式(此時仍未知)和用于網絡預配置及網絡工作期間的大量管理交互。該方法的另一個問題是，需要事先決定如何劃分地理拓撲和要創(chuàng)建哪些組播組，這非?？赡軐е略S多很少用或完全不用的組播組，而又必須為這些組播組分配(珍貴的)組播地址，并且不得不交換和處理信令流量。
在最后一跳上部署動態(tài)組播組為了在接入路由器與其覆蓋區(qū)中的移動客戶之間分發(fā)消息，GPS-組播路由選擇方案[2]為“最后一英里”路由部署組播組。接入路由器將一個組指配給特定區(qū)域中的所有移動客戶。這也是以動態(tài)方式進行的，且基于例如特定的地理多邊形。其中的所有移動客戶因為知道從它們采用的GSP模塊導出的它們的地理地址，所以可以加入該組。與本發(fā)明報告中描述的本發(fā)明對比，組播組并不部署在分發(fā)網絡中以減少分組延遲并加速中間系統(tǒng)中的轉發(fā)決策，但是這些組播組僅在接入路由器和移動客戶之間有效，旨在減少移動客戶可能接收到的不必要的消息數量并節(jié)省空中接口的稀缺資源。此機制的另一個缺點是，為各具體的地理地址指配并維護一個組播組。
為了減少轉發(fā)延遲和所需的交叉檢查和消息數量，本發(fā)明報告中描述的本發(fā)明提供了一種機制，用于在網絡中根據正在發(fā)生的數據通信量來建立動態(tài)調整的組播組。如果某數量的消息在短時間間隔內到達且具有相同或相似的地理目標地址，則將由網絡建立IP組播組，所述網絡含有所有負責消息轉發(fā)的接入路由器，即收到消息時，在交叉檢查之后通常會需要通過分發(fā)網絡的轉發(fā)過程轉發(fā)該消息的所有那些接入路由器。上述機制的優(yōu)點基于這一事實中間系統(tǒng)中的IP組播轉發(fā)決策比GeoCast的決策快數倍。
具體而言，分發(fā)網絡中的上層路由器(例如網關)監(jiān)視它在短時間間隔內是否接收到具有相同或非常類似的目的地地址的若干消息(例如，如果服務提供商想要尋址發(fā)生特殊事件的區(qū)域內的用戶)。時間間隔或到達率以路由器可以估計后續(xù)會有具有相同地址的多個消息的方式加以選擇。這可以利用例如軟狀態(tài)消息計數器來實現。通過監(jiān)視地理區(qū)域的流量負載，GeoCast路由器可以計算地理消息組播分發(fā)的最優(yōu)地理區(qū)域，在各種折衷/組播組數量、不必要分發(fā)的消息的數量、用于組播組維護的信令負載等之間進行優(yōu)化。
隨后，負責將消息傳遞到尋址的地理區(qū)域的部分的接入路由器被要求加入動態(tài)創(chuàng)建的組播組。該請求從上層路由器通過標準的地理編址的消息發(fā)送到接入路由器，并由它們攔截。在相應的接入路由器處理請求并加入該組播組且確認它之后，該區(qū)域的消息直接發(fā)送到該IP組播組。所有中間系統(tǒng)對該消息采用快速標準IP轉發(fā)，從而使中間系統(tǒng)不必進行成本高昂的交叉檢查，并允許網絡盡可能接近目標系統(tǒng)而復制消息。接入路由器從消息中移去組播IP信息，并根據消息的地理目標地址轉發(fā)它們。如果在某時間間隔內不再有具有相應目標地址的消息到達，則取消所述組播組。
所提出的機制適用于下一代服務，這些服務涉及特定區(qū)域(所謂的基于區(qū)域的服務)。它是可部署在網絡基礎設施中的基本技術，以加速中間系統(tǒng)中的轉發(fā)決策。由于決策更快，還縮短了消息傳遞延遲。
圖3.1采用動態(tài)建立的組播組的分發(fā)網絡。
下一節(jié)將對本發(fā)明作更詳細的解釋。
圖3.2給出分發(fā)網絡中動態(tài)組播組建立過程的概況。詳細解釋如下1.分發(fā)網絡中靠近網關的路由器或網關(即上層路由器)本身處理軟狀態(tài)消息計數器。它對在某時間間隔內出現的具有相同或相似地理目標地址的GeoCast消息計數。只要尚未建立動態(tài)組播組，消息就會通過GeoCast(即利用交叉檢查或涉及決策的其它應用層)經由不同的中間路由器轉發(fā)到直接在地理地域中散發(fā)消息的接入路由器。
2.在定義的時間間隔內到達的、定址到某區(qū)域的某數量的消息之后，上層路由器開始創(chuàng)建臨時組播組以便加速分發(fā)網絡中的轉發(fā)過程。因此，它將加入臨時組播組請求消息封裝在GeoCast消息中。此消息包含臨時組播組的地址。象以前的其它消息一樣，此消息經GeoCast通過分發(fā)網絡發(fā)送到接入路由器。
3.在收到經過封裝的消息之后，接入路由器開始處理加入請求消息。它們添加一個(*，AR-G)狀態(tài)，這意味著它們收到由任意源端發(fā)送到由上層路由器在原消息中發(fā)送的組播組地址。
4.當添加該狀態(tài)時，向上層路由器回送加入臨時組消息。
5.為了將來利用組播組地址，上層路由器必須確保每個相關的接入路由器均已加入該組播組。因此，所交換的加入消息的傳遞必須可靠。這意味著將經過封裝的加入臨時組請求消息轉發(fā)到另一個路由器的每個中間路由器必須從其接收加入臨時組消息，否則將重復所述過程。
6.在上層路由器接收到加入臨時組消息之后，它將適當的組播狀態(tài)添加到它自己的路由選擇條目中。
7.如果含有匹配目的地地址的GeoCast消息到達上層路由器，則將其封裝在IP組播分組中并直接發(fā)送到接入路由器。分發(fā)網絡中的轉發(fā)通過快速IP路由選擇決策來完成。
8.上層路由器監(jiān)視至其它地理目的地地址的輸入消息。如果出現必須發(fā)往相同或非常相似的地理地址的其它消息，就將它們發(fā)往同一組播地址。
9.如果在某時間間隔內沒有含該地理目的地地址的消息到達，則取消網絡中的動態(tài)組播組。這可以通過顯式修剪消息或超時來實現。
已實現了如下重要特性·可以維護用于不同地理目的地地址的多個IP組播組，而又不會浪費稀缺的IP組播地址且無需執(zhí)行用于維護接收很少流量甚至無流量的地理區(qū)域的相應組播組的信令。
·減少了分發(fā)網絡的中間路由器中轉發(fā)決策所需的計算時間，從而允許網絡中有更高的通信流量。
·顯著減少了分發(fā)網絡中的分組延遲，因為可以僅通過查看那些消息的IP地址來作出組播消息的轉發(fā)決策。
·由于不需要沿網絡路徑的共享部分傳送不必要的重復消息(將組播路由選擇的這一重要特征充分用于分發(fā)GeoCast消息)，因此網絡中的流量得以減少。
·該路由優(yōu)化過程是流量驅動的，因此在交換信令消息和分配地址方面可以盡可能經濟的方式實現。
在分發(fā)網絡中，動態(tài)建立組播組以減少轉發(fā)延遲并減少重復消息的數量。
所要求的是開發(fā)了用于如下目的的創(chuàng)新方法-避開分發(fā)網絡內中間系統(tǒng)中為進行到地理地址的路由選擇而進行的成本高昂的應用級轉發(fā)決策；-以流量驅動的方式優(yōu)化分發(fā)網絡中的路由選擇；-允許動態(tài)計算“高需求地理區(qū)域”并專門創(chuàng)建組播組以便向那些區(qū)域有效地分發(fā)消息；-避免為構建靜態(tài)組播組而執(zhí)行既困難又繁瑣的“地理區(qū)域事先劃分步驟”。
概括地說，本發(fā)明代表實現將消息按路由發(fā)送到地理地址的、自配置的高效分發(fā)網絡的重要步驟。
以下給出本發(fā)明的說明性示例。它涉及帶某運營公司分發(fā)網絡的示范接入網體系結構。該示范接入網通過網關連接到因特網，該網關在此情況下同時也是上層路由器。讓我們假定在例如連接到該網絡的接入路由器的覆蓋區(qū)中舉行某公眾比賽項目(例如足球比賽)。
現在某公司想要在該比賽項目期間在該區(qū)域為其產品做廣告。它確定該區(qū)域的地理坐標并將它們插入廣告消息中。然后將該消息發(fā)送到分發(fā)網絡的網關(通常，此步驟需要服務代理商交互，但這超出本發(fā)明的范圍)。
現在經分發(fā)網絡通過GeoCast發(fā)送該廣告消息，并立即按產品散發(fā)，但在短時間間隔內向相同區(qū)域發(fā)送消息。
在一些消息之后，網關注意到該地理地址的使用頻率非常高。它編輯加入臨時組請求消息，并插入分配的臨時組播地址。此消息被封裝在特殊的GeoCast消息中，該消息具有與其它消息相同的地理坐標。之后將其發(fā)往該分發(fā)網絡。
接入路由器接收這些消息并將它們解封裝。它們并不將解封的消息發(fā)往該區(qū)域，而是通過加入具有預定組播地址的組播組來開始對該加入請求消息的處理。
隨后，將該加入臨時組消息回送到網關。當中間系統(tǒng)和網關接收到所有加入請求消息(這意味著所有受影響的接入路由器已收到來自網關的消息)，網關將適當的組播狀態(tài)添加到其自己的路由選擇條目中。
如果含有匹配目的地地址的GeoCast消息到達該上層路由器，便將其封裝在IP組播分組中并直接發(fā)送到接入路由器。分發(fā)網絡中的轉發(fā)通過快速IP路由選擇決策來完成。
接入路由器將消息解封，并通過它們的天線在區(qū)域內分發(fā)。
另一個公司也想向該公眾比賽項目的區(qū)域發(fā)送廣告。它確定地理坐標，該地理坐標僅與第一公司所用坐標有很小差異。該公司也向網關發(fā)送含有這些坐標(即相似的地理地址)的消息。網關注意到該相似性，將這些消息發(fā)送到同一個已建立的組播組地址。消息處理其余部分與上述相同。
當賽事結束時，第一和第二個公司都不再向該區(qū)域發(fā)送消息。在一些時間后，通過例如超時或顯式修剪消息取消分發(fā)網絡中的臨時組播地址。
雖然本發(fā)明是根據上述優(yōu)選實施例來描述的，但本領域技術人員可以理解，在不背離本發(fā)明教導的前提下可以采用其它實施例和進行其它的修改。本發(fā)明人旨在將所有這類修改包含于所附權利要求書范圍中。
參考[1]“GeoCast-地理尋址和路由選擇”(T.Imielinski，J.Navas，″GeoCast-Geographic Addressing and Routing″″，Proceedings of theThird ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing andNetworking(MobiCom′97)，Budapest，Hungary.September 1997)?！盎贕PS的尋址和路由選擇”(T.Imielinski，J.Navas，″GPS-Based Addressing and Routing″IETF Request for Comments 2009，rfc2009.txt，November 1996)。
權利要求
1.一種用于在通信網絡中傳遞消息的方法，它包括如下步驟-監(jiān)視短時間間隔內發(fā)往某個地理區(qū)域的消息的到達率；-在達到某個閾值時建立用于將所述消息路由到所述地理區(qū)域的組播組，其中負責傳遞所述消息的網絡設備加入所述組播組；-在建立所述組播組后，將所述消息傳遞到所述地理區(qū)域。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟通過所述組播組傳遞在建立所述組播組之后到達的發(fā)往所述地理區(qū)域的任何后續(xù)消息。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括如下步驟在經過其間沒有發(fā)往所述地理區(qū)域的后續(xù)消息到達的預定義時間間隔之后取消所述組播組。
4.如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，，發(fā)往所述地理區(qū)域的所述消息各自由地理目的地地址定義。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述消息的所述地理目的地地址是相同或相似的。
6.如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，采用軟狀態(tài)消息計數器來執(zhí)行對所述到達率的所述監(jiān)視。
7.如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，采用快速因特網協(xié)議轉發(fā)在所述組播組中轉發(fā)所述消息。
8.設在通信網絡中的網絡設備，它包括采用如權利要求1至7所述方法的裝置。
9.如權利要求8所述的網絡設備，其特征在于，所述網絡設備是路由器或網關。
全文摘要
本發(fā)明由設為在通信網絡中傳遞消息的網絡設備和方法構成，所述方法包括如下步驟監(jiān)視短時間間隔內發(fā)往某個地理區(qū)域的消息的到達率；在達到某個閾值時建立用于將所述消息路由到所述地理區(qū)域的組播組，其中負責傳遞所述消息的網絡設備加入所述組播組；在建立所述組播組后，將所述消息傳遞到所述地理區(qū)域。
文檔編號H04L12/18GK1820458SQ200580000631
公開日2006年8月16日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權日2004年6月4日
發(fā)明者S·赫爾曼, M·利普卡, G·謝弗 申請人:西門子公司