專利名稱：基于層次的嵌套移動網(wǎng)絡路由優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明屬于嵌套網(wǎng)絡移動通信技術領域，尤其涉及一種基于層次的嵌套移動網(wǎng)絡路由優(yōu)化方法。
背景技術：
在移動網(wǎng)絡協(xié)議版本6(MIPv6-Mobile Internet Protocol version 6)中，當移動節(jié)點(MN-Mobile Node)在不同子網(wǎng)間移動時，既不中斷與通信對端(CN-Corresponding Node)的通信，也不用改變其本身的IP地址。MIPv6中MN使用兩個地址來進行移動性管理一個是固定不變的家鄉(xiāng)地址(HoA-Home of Address)，用于標識主機；由固定的家鄉(xiāng)代理(HA-Home Agent)的家鄉(xiāng)網(wǎng)路前綴來配置；另一個是臨時轉交地址(CoA-Care of Address)，用于路由的目的。當MN移動到一個新的子網(wǎng)時，CoA根據(jù)新的外地網(wǎng)絡前綴配置。CoA的改變標識了其位置的變化，HoA不會改變，確保上層會話的連通性。MIPv6中，MN離開家鄉(xiāng)后向HA綁定其CoA，建立與HA之間的雙向隧道(BT-Bi-directionalTunnel)，此后與CN之間的數(shù)據(jù)分組由HA轉發(fā)，這種BT的方式存在較大的傳輸時延。因此該協(xié)議還提出了路由優(yōu)化的方法即任何一個與MN通信的、具有IPv6功能的CN都可以維護一個緩沖區(qū)綁定MN的CoA。這樣，MN可以直接與CN進行通信，減少了時延。
層次移動IPv6協(xié)議(HMIPv6-Hierarchical Mobile IPv6)通過減少MN移動后注冊更新時綁定更新(BU-Binding Update)的交互數(shù)量減少時延。利用“區(qū)域劃分”的思想，HMIPv6在邏輯上將整個網(wǎng)絡劃分為不同的“域”，每個域由一個特定的稱為移動錨點(MAP-Mobility Anchor Point)的實體來管理，這個MAP充當MN的一個臨時HA轉發(fā)MN與CN之間的分組。當MN移動到MAP內時，收到接入路由器(AR-Access Router)發(fā)送的路由通告(RA-Router Advertisement)，在RA中包含有AR信息和MAP選項。MN根據(jù)RA中的AR信息和MAP信息，配置鏈路轉交地址(LCoA-Link CoA)和區(qū)域轉交地址(RCoA-Regional CoA)。HMIPv6使用LCoA和RCoA來區(qū)分MN在MAP域內和MAP域間的移動。HMIPv6將MN在MAP域內的移動稱為微移動，在MAP域間的移動成為宏移動。當MN在一個MAP域內移動時，只有LCoA發(fā)生改變，RCoA并不發(fā)生改變。這時MN只需要將變化的LCoA向MAP進行注冊更新，不必向HA和CN發(fā)送BU進行注冊，保護了地址隱私性和在MAP域內的移動透明性。
MIPv6提供了單個節(jié)點移動中的通信過程。對于由一簇節(jié)點組成的移動實體，做為移動子網(wǎng)也需要在移動過程中保持與Intemet的連接。在MIPv6的基礎上，互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF-Internet Engineering TaskForce)于2005年1月提出了網(wǎng)絡移動性(NEMO-NEtwork Mobility)的管理規(guī)范基本支持協(xié)議。移動子網(wǎng)是指一個作為整體動態(tài)的改變它的Internet接入點的網(wǎng)絡，主要形式如個域網(wǎng)(PANs-Personal AreaNetwroks)、部署在車輛中的傳感器網(wǎng)絡、公共運輸工具，如公交車、火車等，在其上部署的接入網(wǎng)絡以及通過移動路由器(MR-Mobile Router)連接到Internet的無線自組織網(wǎng)絡(Ad hoc)等。移動子網(wǎng)作為一個獨立單元，改變在Intemet上的接入點，可以包括一個或多個MR連接到Internet，為移動網(wǎng)絡節(jié)點(MNN-Mobile Network Node)提供Internet服務。在NEMO基本支持協(xié)議中，通過在MR和其HA之間使用BT進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)包頭十分冗余。移動網(wǎng)絡可以任意大小，網(wǎng)絡移動不改變內部節(jié)點的物理接入點，但是改變了他們的全局拓撲位置，由此引發(fā)嚴重的路由優(yōu)化問題。移動網(wǎng)絡中的路由優(yōu)化問題是移動網(wǎng)絡的研究重點。移動網(wǎng)絡可以接入到另外一個移動網(wǎng)絡內部形成嵌套網(wǎng)絡，嵌套網(wǎng)絡和當前的接入網(wǎng)都具有各自的家鄉(xiāng)代理，當采用NEMO基本支持協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)包將沿著隧道多層封裝，數(shù)據(jù)傳輸效率低，路徑不優(yōu)化。
公知技術一反向路由頭(RRH-Reverse Routing Header)協(xié)說Thubert和M.Molteni提出的優(yōu)化方案，采用源路由機制的思想，用優(yōu)化的路由進行信息包的傳輸。如圖1所示，按照RRH協(xié)議，子網(wǎng)路由器MR3與它的家鄉(xiāng)代理HA_MR3建立雙向隧道，略去了MR1和MR2的家鄉(xiāng)代理HA_MR1和HA_MR2。當信息包從MNN發(fā)出時，它使用一種新的路由頭“反向路由頭”記錄從MNN到CN的所有MR。
當信息包從MNN發(fā)送給CN時，路徑上的第一個MR分配必要數(shù)量的RRH。由于MR3是路徑上的第一個MR，深度為3，則MR3就在隧道頭中分配3個RRH。MR3在第一個空間中插入它的家鄉(xiāng)地址HoA_MR3，外部IPv6頭的目的地址是HoA_MR3，源地址是MR3的CoA。
當信息包到達MR2時，MR2將現(xiàn)有源地址替換為它的CoA，并將原來的源地址，即MR3的CoA，記錄在RRH的第二個空間中。同樣，當信息包到達MR1時，源地址替換為MR1的CoA，原來的源地址記錄在RRH的第三個空間中。
信息包通過隧道傳遞給HA_MR3，HA_MR3收到信息包后，查看RRH發(fā)現(xiàn)信息包是從MR3發(fā)送過來的，HA對信息包解封裝，并發(fā)送給CN，同時為MR3創(chuàng)建一個緩存，包括RRH中記錄的條目和外部IPv6頭的源地址，即MR1的CoA。該緩存使得從CN發(fā)送給MNN的信息包使用RRH向相反的方向發(fā)送。公知技術一的缺陷在于1、中間路由器和HA需要修改；2、當MN和CN分別處于兩個不同的嵌套移動網(wǎng)絡中時，從MN到CN的路由轉化為非優(yōu)化的路由。
公知技術二遞歸綁定更新(RBU-Recursive Binding Update)，通過循環(huán)發(fā)送綁定更新來維持與通信對端的優(yōu)化路由。該方案除了綁定更新的操作之外，不需要對移動網(wǎng)絡協(xié)議(MIP-Mobile IP)的其它部分進行修改。RBU操作集中在嵌套移動子網(wǎng)的MR和連接在MR的訪問移動節(jié)點(VMN-Visiting Mobile Nodes)上，VMN和MR都需要給CN發(fā)送BU。如圖2所示，當CN發(fā)送一個信息包給VMN，它通過每個HA發(fā)送，用IPv6頭封裝。當VMN收到該包并解封裝后，與CN執(zhí)行MIPv6中的路由優(yōu)化過程。CN收到VMN發(fā)送的BU，與VMN的CoA建立隧道，信息包通過隧道發(fā)送。同時，信息包也發(fā)送給每個HA。
當MR3解封裝該包，它也給CN發(fā)送BU，CN將該包隧道給VMN的CoA，該隧道內還有一個目的地址為VMN的CoA的隧道。之后，MR2和MR1以遞歸的方式給CN發(fā)送BU，這樣在CN的綁定緩存(BC-BindingCache)中就形成了對VMN和MR的綁定表項。CN為每個信息包創(chuàng)建四個封裝，分別發(fā)往MR的CoA和VMN。類似地，從VMN來的包在MR處被隧道到CN。公知技術二的缺陷在于1、過多的綁定更新，且隨著嵌套層數(shù)增加而增多；2、只適用于VMN和支持MIPv6的CN。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的，在于解決上述缺陷，避免缺陷存在，采用HMIPv6的思想在嵌套移動網(wǎng)絡中進行路由優(yōu)化，信息包的傳輸過程只需要一次封裝，獨立于嵌套層數(shù)；優(yōu)化傳輸路徑，減少了信息包的傳輸時延；在MAP域內保護了MN的地址隱私性和移動透明性。
本發(fā)明提供一種基于層次的嵌套移動網(wǎng)絡路由優(yōu)化方法，MR處于嵌套移動網(wǎng)絡內部，當MR連接到Intemet上的AR時，包含(1)MR收到的RA中沒有MAP選項，在自身發(fā)出的RA中添加MAP選項，作為MAP工作；(2)收到該RA的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中；(3)步驟(2)中的MR給作為MAP的步驟(1)中的MR發(fā)送LBU，給HA發(fā)送RBU，MN直接連接的最底層MR和其HA之間建立隧道。
一種路由優(yōu)化方法，進一步包含(4)步驟(2)中的MR給下一層的MR發(fā)送MAP選項中包含自己LCOA的RA，下一層的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中，形成NAI。
一種路由優(yōu)化方法，其中，步驟(3)中MR給MAP發(fā)送的LBU中包含NAI，在MAP處形成綁定緩存列表。
一種路由優(yōu)化方法，其中，步驟(2)進一步包含該MR基于AR配置LCoA，基于MAP配置的RCoA。
一種路由優(yōu)化方法，其中，步驟(3)進一步包含MR使用LCOA給MAP發(fā)送LBU；使用RCOA給HA發(fā)送RBU。
一種路由優(yōu)化方法，其中，步驟(2)中RA的MAP選項中還包括MAP的HoA及MAP的CoA。
一種路由優(yōu)化方法，其中，步驟(3)中MR給MAP發(fā)送的LBU中還包含有MR的HoA。
一種路由優(yōu)化方法，MR發(fā)送給HA的RBU中還包含MAP的當前CoA和MR自己的RCoA，并將HA和MAP的當前CoA進行綁定。
本發(fā)明與公知技術相比，其優(yōu)點在于本發(fā)明采用層次的思想對嵌套移動網(wǎng)絡進行路由優(yōu)化，避免了NEMO基本支持協(xié)議MR-HA雙向隧道的方法，使信息包的傳輸只經(jīng)過一層封裝，獨立于嵌套層數(shù)，大大減少了信息包的傳輸時延。本發(fā)明中，嵌套移動子網(wǎng)中的各級MR對應的HA處保留MR在當前MAP域內的位置，既可以附加認證計費等各種通信業(yè)務，同時采用MAP域微移動的思想進行移動節(jié)點位置管理，提供了地址隱私性和移動透明性。能夠為移動網(wǎng)絡技術的應用提供高性能的路由機制，在列車、城鐵、公交車、飛機等移動子網(wǎng)中提供良好的通信支持。


圖1為公知技術反向路由頭RRH優(yōu)化方案示意圖；圖2為公知技術遞歸綁定更新RBU優(yōu)化方案示意圖；
圖3為嵌套移動網(wǎng)絡的結構示意圖；圖4為MR3發(fā)送的綁定更新和MAP、HA_MR3處的綁定更新情況；圖5為本發(fā)明從CN到LFN的信息包傳輸流程圖；圖6為本發(fā)明從LFN到CN的信息包傳輸流程圖；圖7為本發(fā)明的信息包交互過程圖；圖8為本發(fā)明另一實施例從CN到LFN的信息包傳輸流程圖；圖9為本發(fā)明另一實施例從LFN到CN的信息包傳輸流程圖。
具體實施例方式
有關本發(fā)明的技術內容及詳細說明，現(xiàn)配合

如下實施例1如圖3所示，HMIPv6與嵌套移動網(wǎng)絡在拓撲結構上有相似之處。但HMIPv6是針對主機的移動性管理方案，嵌套移動子網(wǎng)中MR是移動的，使用HMIPv6的思想進行路由優(yōu)化，需要進行一系列的擴展。
為了避免嵌套移動網(wǎng)絡中的冗余路由，在HMIPv6的基礎上，對MAP選項進行擴展。連接在Internet上的MR作為MAP工作，整個嵌套移動網(wǎng)絡形成一個本地MAP域。當MR首次連接到Internet上的AR，其收到的RA中沒有MAP選項。該MR判斷自己處于整個嵌套網(wǎng)絡的第一層，在自身發(fā)出的RA中添加MAP選項，開始作為MAP工作。MAP選項中不僅包括MAP的HoA，還包括MAP的CoA。任何一個收到該RA的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中，形成嵌套地址信息(NAI-NestedAddress Information)。
除了第一層直接連接到Internet的MAP之外，每個MR發(fā)送兩個綁定更新發(fā)給第一層MR即MAP的本地綁定更新(LBU-Local BindingUpdate)和發(fā)給HA_MR的區(qū)域綁定更新(RBU-Regional BindingUpdate)。發(fā)送給MAP的LBU里包含擴展MAP選項中包含的NAI，和每個MR的HoA。發(fā)送MR的HoA，是為了在MAP和HA_MR之間建立綁定，即在MAP處管理著整個嵌套網(wǎng)絡的拓撲結構。發(fā)送給HA_MR的RBU中包含MAP的當前CoA和MR自身的RCoA，并將MR的HA和MAP的當前CoA進行綁定。發(fā)送給MR的信息包，以MAP的CoA作為目的地址。
圖4為MR3發(fā)送的綁定更新和MAP、HA_MR3處的綁定更新情況。每個MR移動到該MAP域之后，都要配置兩個轉交地址基于AR配置的LCoA和基于MAP配置的RCoA。以MR3的工作為例。MR3移動到嵌套網(wǎng)絡中后，收到MR2的RA，其MAP選項中包含了MAP的CoA、MR1的LCOA和MR2的LCOA。MR3根據(jù)MR2在RA中通告的網(wǎng)絡前綴配置LCOA_MR3，同時根據(jù)MAP選項中包含的MAP前綴配置RCOA_MR3。MR3配置好兩個地址之后，分別使用LCOA_MR3給MAP發(fā)送LBU；使用RCOA_MR3給HA_MR3發(fā)送RBU。
圖5為本發(fā)明從CN到本地固定節(jié)點(LFN-Local Fixed Nodes)的信息包傳輸流程圖。如圖5所示，從CN發(fā)出的信息包源地址為CN的地址，目的地址為MR3的家鄉(xiāng)地址HoA_MR3。信息包到達HA_MR3后，建立從HA_MR3到MR3的隧道，并根據(jù)綁定將外部頭地址設為MAP的CoA。信息包到達MAP后，去掉外部地址MAP_CoA，此時目的地址為HoA_MR3。MAP檢查綁定緩存，尋找到LFN的路由。由于在MAP處HoA_MR3的綁定說明路由依次經(jīng)過MR1_LCoA，MR2_LcoA和MR3_CoA。MAP根據(jù)該綁定情況將信息包以此往下傳輸。到達MR3后，MR3解封裝該包，將該包發(fā)送給LFN。信息包的傳輸過程只需要MR3和HA_MR3之間的一次隧道封裝。在本發(fā)明中，MR在MAP域內移動時，只需要給MAP發(fā)送一次綁定更新，減少了綁定更新的數(shù)量，并使得MR在MAP域內的位置透明，保持了地址隱私性。
圖6為本發(fā)明從LFN到CN的信息包傳輸流程圖。如圖6所示，LFN產生的信息包發(fā)送給MR3，MR3建立到MR3_HA的隧道，并封裝該包。此時信息包的源地址為MR3_LCoA，目的地址為CN。為了在MAP處實現(xiàn)出口過濾，外部頭源地址設為MAP_CoA。MR2和MR1傳輸該包給MAP，MAP去掉外部頭，信息包繼續(xù)沿隧道傳輸至MR3_HA。HA_MR3解封裝該包，根據(jù)目的地址選項將信息包發(fā)送給CN。
圖7為本發(fā)明的信息包交互過程圖。如圖7所示(1)當MR1移動到MAP域內后，接收MAP發(fā)送的包含MAP選項的RA，給MAP發(fā)送LBU及MAP返回本地綁定確認信息(LBA-LocalBinding Acknowledgement)；給HA_MR1發(fā)送RBU以及HA_MR1返回區(qū)域綁定確認信息(RBA-Regional Binding Acknowledgement)的過程。
(2)當MR2連接到MR1后，MR1給MR2發(fā)送的RA中包含有MR1自身的LCOA和MAP的信息，MR2給MAP發(fā)送LBU以及MAP返回LBA，給HA_MR2發(fā)送RBU以及HA_MR2返回RBA的過程。
(3)當MR3連接到MR2，MR3收到的RA中包含NAI信息和MAP的信息，MR3給MAP發(fā)送包含有NAI的LBU，MAP返回LBA；MR3給對應的HA_MR3發(fā)送RBU，包括自身的RCOA和MAP的CoA。HA_MR3返回RBA，建立MR3和HA_MR3之間的隧道。
(4)在LFN和CN之間建立通信連接，進行信息包的傳輸。
實施例2嵌套移動子網(wǎng)的路由優(yōu)化方案可以采用多種方式。在層次路由優(yōu)化的基礎上，如果在MAP和HA_MAP處建立隧道，也可以實現(xiàn)路由優(yōu)化。
在這種方案中，任何一個移動到MAP域內的MR，也分別給其HA和MAP發(fā)送兩個BU。發(fā)送給HA的BU中包含MAP的HoA，告訴HA該MR是處于MAP域內；發(fā)送給MAP的BU中包含NAI。在HA_MR3和HA_MAP和MAP處的綁定如圖8所示。CN和LFN之間的信息包需要經(jīng)過兩層隧道封裝1)在LFN上一層的MR和其HA之間的隧道；2)MAP和其HA之間的隧道。
圖8為本發(fā)明另一實施例從CN到LFN的信息包傳輸流程圖。從CN發(fā)送給LFN的信息包，首先發(fā)送給HA_MR3。根據(jù)HA_MR3處的綁定，通過HA_MR3和MR3之間建立的隧道，到達HA_MAP；根據(jù)HA_MAP處的綁定，通過HA_MAP與MAP之間的隧道傳輸?shù)組AP，HA_MAP和MAP之間的隧道結束。MAP解一次封裝，從綁定緩存中發(fā)現(xiàn)LFN通過MR1、MR2、MR3可達。根據(jù)MAP處的綁定，MAP采用源路由機制，當信息包到達MR3，HA_MR3和MR3之間的隧道結束。MR3再次解封裝并將信息包發(fā)送給LFN。
圖9為本發(fā)明另一實施例從LFN到CN的信息包傳輸流程圖。從LFN發(fā)出的信息包到達MR3后，根據(jù)MR3與HA_MR3之間建立的隧道，以HA_MR3為目的地址進行封裝，為了實現(xiàn)出口過濾，此時外部頭目的地址為MAP_CoA，并發(fā)送給MR2。MR2和MR1不對信息包進行封裝，直接發(fā)送給MAP，MAP根據(jù)與HA_MAP之間的隧道，將信息包進行二次封裝后發(fā)送給HA_MAP，HA_MAP解封裝并發(fā)送給HA_MR3，經(jīng)HA_MR3發(fā)送給CN。
在上述方案中，信息包的路由得到了一定程度的優(yōu)化。但是其綁定機制決定信息包的傳輸需要兩層封裝，在一定程度上消耗了帶寬資源。
上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種基于層次的嵌套移動網(wǎng)絡路由優(yōu)化方法，MR處于嵌套移動網(wǎng)絡內部，當MR連接到Internet上的AR時，其特征在于，包含(1)MR收到的RA中沒有MAP選項，在自身發(fā)出的RA中添加MAP選項，作為MAP工作；(2)收到該RA的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中；(3)步驟(2)中的MR給作為MAP的步驟(1)中的MR發(fā)送LBU，給HA發(fā)送RBU。
2.根據(jù)權利要求1所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，進一步包含(4)步驟(2)中的MR給下一層的MR發(fā)送MAP選項中包含自己LCOA的RA，下一層的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中，形成NAI。
3.根據(jù)權利要求2所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(3)中MR給MAP發(fā)送的LBU中包含NAI，在MAP處形成綁定緩存列表。
4.根據(jù)權利要求3所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(2)進一步包含該MR基于AR配置LCoA，基于MAP配置的RCoA。
5.根據(jù)權利要求4所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(3)進一步包含MR使用LCOA給MAP發(fā)送LBU；使用RCOA給HA發(fā)送RBU。
6.根據(jù)權利要求4所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(2)中RA的MAP選項中還包括MAP的HoA及MAP的CoA。
7.根據(jù)權利要求3所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(3)中MR給MAP發(fā)送的LBU中還包含有MR的HoA。
8.根據(jù)權利要求6所述的路由優(yōu)化方法，其特征在于，MR發(fā)送給HA的RBU中還包含MAP的當前CoA和MR自己的RCoA，并將HA和MAP的當前CoA進行綁定。
全文摘要
一種基于層次的嵌套移動網(wǎng)絡路由優(yōu)化方法，包含(1)MR收到的RA中沒有MAP選項，在自身發(fā)出的RA中添加MAP選項，作為MAP工作；(2)收到該RA的MR將自己的LCOA添加到MAP選項中；(3)步驟(2)中的MR給作為MAP的步驟(1)中的MR發(fā)送LBU，給HA發(fā)送RBU。本發(fā)明的優(yōu)點在于信息包的傳輸過程只需要最底層MR和其HA之間的一次封裝，獨立于嵌套層數(shù)；優(yōu)化傳輸路徑，減少了信息包的傳輸時延；在MAP域內保護了MN的地址隱私性和移動透明性。
文檔編號H04L12/56GK101022381SQ20071006511
公開日2007年8月22日 申請日期2007年4月4日 優(yōu)先權日2007年4月4日
發(fā)明者張宏科, 陳曉華, 周華春, 秦雅娟, 關建峰, 蘇偉 申請人:北京交通大學