專利名稱：6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及針對6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體講，涉及6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理技術(shù)。
背景技術(shù)：
集成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)的低速率無線個域網(wǎng)(LR-WPAN)是為短距離、低速率、低功耗無線通信而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，可廣泛用于智能家電和工業(yè)控制等領(lǐng)域。ffiTF組織于2004年11月正式成立了 IPv6over LR-WPAN(簡稱6L0WPAN)工作組，著手制定基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標準，即IPv6over IEEE 802. 15. 4，旨在將IPv6引入以IEEE802. 15. 4為底層標準的無線個域網(wǎng)，其出現(xiàn)推動了短距離、低復(fù)雜度、低速率、低功耗的無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。IEEE 802. 15. 4是2004年提出的無線標準的安全網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要 定義物理層和MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標準。6LoffPAN技術(shù)底層采用IEEE 802. 15. 4規(guī)定的物理層和MAC層，網(wǎng)絡(luò)層采用IPv6協(xié)議。IPv6應(yīng)用于LR-WPAN最大的亮點就是龐大的地址空間，這恰恰滿足了部署大規(guī)模、高密度LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要。IPv6支持無狀態(tài)地址自動配置，與有狀態(tài)自動配置相比，配置所需開銷較少，這正適合LR-WPAN設(shè)備特點。同時，由于LR-WPAN設(shè)備可能大量密集地分布在人員難以到達的地方，實現(xiàn)無狀態(tài)地址自動配置則顯得更加重要。由于IPv6中，MAC支持的載荷長度遠大于6LoWPAN底層所能提供的載荷長度，為了實現(xiàn)MAC層與網(wǎng)絡(luò)層的無縫鏈接，6LoWPAN工作組建議在網(wǎng)絡(luò)層和MAC層之間增加一個網(wǎng)絡(luò)適配層，用來完成報頭壓縮、分片與重組以及網(wǎng)狀路由轉(zhuǎn)發(fā)等工作，使傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠平滑地連接到IPveinternet。6LoWPAN作為基于IP技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)代表在設(shè)計時就考慮到了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與基于IP技術(shù)的各種網(wǎng)絡(luò)互連性問題。6LoWPAN為每個傳感器節(jié)點定義了一種微型TCP/IPv6協(xié)議棧，這使得單個節(jié)點能夠像個人電腦一樣應(yīng)用IP技術(shù)來通信，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)無縫互聯(lián)，同時也保證了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的端到端通信，這對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于Internet的遠程數(shù)據(jù)采集及節(jié)點的控制是非常重要的。由于6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)通常都是以較大規(guī)模的無線多跳網(wǎng)絡(luò)的形式存在，網(wǎng)絡(luò)中存在多個移動IP子網(wǎng)，每個子網(wǎng)都有一個邊緣無線路由器進行網(wǎng)絡(luò)標識，網(wǎng)絡(luò)拓撲不斷地動態(tài)變化，各個子網(wǎng)之間通過這些路由器組成的路由結(jié)構(gòu)進行通信傳輸。網(wǎng)絡(luò)移動技術(shù)使移動網(wǎng)絡(luò)在不同的接入網(wǎng)之間移動時，能夠沿用同一個IPv6地址，同時保持不中斷的網(wǎng)絡(luò)連接和應(yīng)用服務(wù)。支持網(wǎng)絡(luò)移動性的移動式網(wǎng)絡(luò)是指，由一個或多個移動IP子網(wǎng)組成，并可視為一個整體單元移動的網(wǎng)絡(luò)，可以移動到互聯(lián)網(wǎng)的任意位置，該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有單元能夠通過一個或多個移動路由器(MR，Mobile Router)管理并負責(zé)與外部互聯(lián)網(wǎng)的連接。IETF的NEMO (NetworkMobility)的工作組已經(jīng)被授權(quán)開發(fā)NEMO基本支持協(xié)議。與移動IP機制類似，NEMO網(wǎng)絡(luò)在家鄉(xiāng)鏈路上有一個路由器作為家鄉(xiāng)代理(HA，Home Agent)。NEMO網(wǎng)絡(luò)從家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)得到永久的IP地址前綴，并通過HA對外宣告路由，MR在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)分配有家鄉(xiāng)地址(HoA)。
NEMO基本支持協(xié)議的應(yīng)用模型如附圖1所示。NEMO基本支持協(xié)議實現(xiàn)NEMO網(wǎng)絡(luò)的移動，NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點與其它節(jié)點通信過程如下(I)當NEMO網(wǎng)絡(luò)離開家鄉(xiāng)，其MR接入訪問鏈路。在訪問鏈路上配置一個轉(zhuǎn)交地址(CoA)，然后MR向HA發(fā)送一個綁定更新消息。綁定更新消息設(shè)置標志R，并且可以包含NEMO網(wǎng)絡(luò)前綴信息的可選報頭。(2)當HA收到綁定更新消息，在緩存中建立MR的家鄉(xiāng)地址HoA和轉(zhuǎn)交地址CoA的綁定記錄，為NEMO網(wǎng)絡(luò)的前綴建立轉(zhuǎn)發(fā)表。(3)HA向MR發(fā)送對綁定更新的應(yīng)答消息。一旦上述綁定過程完成，就已經(jīng)在HA和MR之間建立了一條雙向隧道。隧道的端點是HA和CoA。(4)如果從NEMO移動網(wǎng)絡(luò)收到源地址屬于NEMO網(wǎng)絡(luò)前綴范圍的數(shù)據(jù)包，MR將數(shù)據(jù)包進行IP-1n-1P封裝后從這個隧道的相反方向轉(zhuǎn)發(fā)給HA。HA解封收到的數(shù)據(jù)包并向目標通信節(jié)點(CN, Corresponding Node)轉(zhuǎn)發(fā)。
(5)當CN向NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包首先會向HA轉(zhuǎn)發(fā)。HA收到數(shù)據(jù)包后，通過雙向隧道發(fā)送到NEMO網(wǎng)絡(luò)的MR，再由MR解封后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目標節(jié)點。NEMO網(wǎng)絡(luò)未進行優(yōu)化前存在的問題當CN與移動式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(MNN,Mobile Network Node)通信時,所發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須通過它的家鄉(xiāng)代理進行路由，即形成三角路由通信模式，這條通路比常規(guī)的單播路由長的多。NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部一般包含多個與外部互聯(lián)網(wǎng)通信的節(jié)點。與單個移動主機相比，通過HA-MR隧道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)需要更多的鏈路帶寬和設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)能力。HA-MR隧道降低了網(wǎng)絡(luò)的效率，家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)參與移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)也容易成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。因此通過HA進行三角路由導(dǎo)致較大的數(shù)據(jù)傳輸延遲、較大的功耗、較高的數(shù)據(jù)包丟失和家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的擁塞。由于NEMO網(wǎng)絡(luò)的移動特性，多個移動網(wǎng)絡(luò)依次附著，可以形成樹型的嵌套NEMO網(wǎng)絡(luò)。這樣，移動網(wǎng)絡(luò)層層嵌套，如果將每個移動網(wǎng)絡(luò)作為一個節(jié)點，用其MR作為代表，而且避免出現(xiàn)環(huán)狀嵌套，整個嵌套的移動網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成一種樹型拓撲結(jié)構(gòu)。以附圖2(a)所示的嵌套NEMO為例，將NEM02和NEM03分別接入NEM01，并通過NEM01接入Internet。當NEM03下的本地固定節(jié)點(LFN3)與NEM02下的固定節(jié)點(LFN2)通信時，按照移動網(wǎng)絡(luò)基本支持協(xié)議的流程，數(shù)據(jù)包必須沿 LFN3 — MR3 — MRl — HAl — HA3 — HA2 — HAl — MRl — MR2 — LFN2的路徑轉(zhuǎn)發(fā)，該轉(zhuǎn)發(fā)路徑由MR3到HA3和HA2到MR2的兩段雙向隧道相連而成，同時MRl到HAl的雙向隧道又分別嵌套在兩段雙向隧道上，如附圖2(b)所示。由此可見，當NEMO網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)嵌套時，內(nèi)部節(jié)點間的通信將出現(xiàn)嚴重的多角路由，同時隧道嵌套的層數(shù)與嵌套NEMO樹的深度成正比。由于形成嵌套NEMO的各移動路由器之間不能相互路由，而必須通過HA和隧道來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的傳輸，因此，隨著嵌套級數(shù)的增加，數(shù)據(jù)包的傳輸時延、丟包率以及傳輸帶寬的利用率都會成比例地升高或降低。目前的優(yōu)化方案主要是針對多角路由問題，常見的一種優(yōu)化方案如下所述。利用綁定更新報文所攜帶的信息構(gòu)筑嵌套域內(nèi)MR的路由信息，實現(xiàn)嵌套移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部MR的自主路由功能。在嵌套網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有MR各自維護一個有家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址組成路由信息的路由表。在路由表中用轉(zhuǎn)交地址來標識下一跳地址，同時用家鄉(xiāng)地址來標識目的地址。每當有新的MR需要嵌套接入移動網(wǎng)絡(luò)或嵌套移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的MR發(fā)生移動切換時，該MR都會向其家鄉(xiāng)地址發(fā)送綁定更新。在該綁定更新消息中攜帶有移動網(wǎng)絡(luò)前綴選項和家鄉(xiāng)地址目的地選項，選項中分別記錄了 MR的家鄉(xiāng)地址前綴信息和MR的家鄉(xiāng)地址。同時，綁定更新消息的IP頭中源地址域為MR的轉(zhuǎn)交地址，目的地址為MR的家鄉(xiāng)代理地址。當該MR的父節(jié)點受到綁定更新消息時會在自身的路由表中增加一項路由表項，該路由項下一跳地址是從綁定更新消息中解析出的源地址，即子節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址，目的地址為綁定更新消息中移動網(wǎng)絡(luò)前綴選項所攜帶的家鄉(xiāng)地址前綴。同時父節(jié)點還會用自身的轉(zhuǎn)交地址取代綁定更新消息中的源地址域。完成處理后再向上一級的MR轉(zhuǎn)發(fā)。一次循環(huán)遞歸直到整個嵌套移動網(wǎng)絡(luò)樹的根。該方案可以實現(xiàn)嵌套移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的優(yōu)化通信且避免由于隧道嵌套而造成的帶寬浪費，并有效解決多角路由問題。但是該方案在進行綁定更新的過程中每一級MR都增加了處理時延，增加功耗，在這個層面上同樣會對MR的切換性能造成一定影響。當嵌套層數(shù)增加時，引起的問題更嚴重。目前解決6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)嵌套的現(xiàn)有方案存在如下問題 (I)數(shù)據(jù)消息必須經(jīng)過至少一個家鄉(xiāng)代理及相應(yīng)的隧道才能到達目的節(jié)點，三角及多角路由通信模式使得數(shù)據(jù)消息所經(jīng)過的路由路徑并不是最佳路徑，仍然需要進一步優(yōu)化路由以降低路由代價，縮短路由時間；(2)借助于額外的命令消息建立路由，增加了建立路由的開銷，增加網(wǎng)絡(luò)功耗；(3 )需要增加額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或軟件支持，增加了網(wǎng)絡(luò)移動的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種穩(wěn)定快速的網(wǎng)絡(luò)移動技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)移動過程中帶來的通信問題，支持小、中規(guī)模的運動子網(wǎng)的移動，為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，包括如下步驟(I)在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器位置設(shè)立一個實體一代理移動路由器(PMR，ProxyMobile Router)，該實體擁有一套自己的路由表，路由表內(nèi)存有該6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)所有子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴、轉(zhuǎn)交地址和家鄉(xiāng)地址信息；(2)在通信架構(gòu)中加入移動接入錨點(MAP，MobiIe Anchor Point)實體，它負責(zé)該區(qū)域內(nèi)發(fā)生移動網(wǎng)絡(luò)切換時，完成網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點切換前后的轉(zhuǎn)交地址的映射；(3)移動網(wǎng)絡(luò)移動到新的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域后，將獲取的新的轉(zhuǎn)交地址、家鄉(xiāng)地址及網(wǎng)絡(luò)前綴向PMR注冊；(4) PMR將自己的轉(zhuǎn)交地址與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給移動網(wǎng)絡(luò)所在家鄉(xiāng)域的DNS，并向移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)代理(HA，HomeAgent)發(fā)送此關(guān)聯(lián)信息；(5)移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(MNN，MobileNetworkNode)與目的通信節(jié)點(CN，CorrespondingNode)通過移動網(wǎng)絡(luò)所在外地域的PMR中轉(zhuǎn)傳輸數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)彼此的雙向通信。步驟(I)具體為代理移動路由器PMR，包含移動路由器(MR)發(fā)送的綁定更新消息和嵌套NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由綁定記錄；每個PMR都擁有一套自己的路由信息表，表中有三項內(nèi)容，一項為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動路由器(MR)的轉(zhuǎn)交地址域，一項為MR的家鄉(xiāng)地址域，一項為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴；當有新的子網(wǎng)加入或單個移動網(wǎng)絡(luò)申請時，PMR首先查找自己的路由表信息，若無此網(wǎng)絡(luò)信息，則在表中新添加一個路由表項；若存在此網(wǎng)絡(luò)信息，則更新其路由表項內(nèi)容。步驟(2)具體為移動接入錨點實體負責(zé)該區(qū)域內(nèi)發(fā)生移動網(wǎng)絡(luò)切換時，完成網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點切換前后的轉(zhuǎn)交地址的映射，物理位置，當移動節(jié)點所在的子網(wǎng)改變與Internet連接的接入點時，移動網(wǎng)絡(luò)首先通過路由請求消息和路由告知信息，獲得新的轉(zhuǎn)交地址(NCoA)，然后移動網(wǎng)絡(luò)向所在地的MAP發(fā)起注冊，在MAP的綁定緩沖器中將切換之前的轉(zhuǎn)交地址(ICoA)同NCoA進行綁定。步驟(3)具體為移動網(wǎng)絡(luò)的移動路由器(MR)即該網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器，充當移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生移動接入另一個網(wǎng)絡(luò)時，MR代表移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動節(jié)點向外地域申請轉(zhuǎn)交地址(CoA)和完成本地注冊過程，MR先按移動網(wǎng)絡(luò)基本支持協(xié)議的操作獲取一個CoA,然后通知本移動網(wǎng)絡(luò)的移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已獲取的新轉(zhuǎn)交地址，并向本網(wǎng)絡(luò)域的PMR發(fā)送路由請求注冊消息，消息中包含MR的家鄉(xiāng)地址、當前的轉(zhuǎn)交地址和移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，請求進行本地注冊；PMR收到MR的路由請求注冊消息后，首先查看發(fā)送注冊消息的MR的地址對照表是否存在于PMR的路由信息表中，若存在，則更新表項中得轉(zhuǎn)交地址域；若不存 在，則在PMR路由信息表中增加一個新表項，表項的家鄉(xiāng)地址域為MR的家鄉(xiāng)地址，網(wǎng)絡(luò)前綴域為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，轉(zhuǎn)交地址域為MR的轉(zhuǎn)交地址。PMR向MR發(fā)送路由告知消息。PMR收到MR返回的確認消息后，移動路由器的轉(zhuǎn)交地址注冊過程結(jié)束。步驟(5)具體為1.當通信節(jié)點(CN)發(fā)送數(shù)據(jù)包到LoWPAN移動節(jié)點(MNN)時，CN通過查詢移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域的DNS，獲得MNN移動網(wǎng)絡(luò)前綴與PMR轉(zhuǎn)交地址的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息；然后將數(shù)據(jù)報文發(fā)往PMR ;另一種情況，若CN通過查詢DNS，獲得的是MNN的家鄉(xiāng)地址；CN將數(shù)據(jù)包發(fā)往MNN的家鄉(xiāng)域，MNN的HA截獲該數(shù)據(jù)報文，通過查詢緩存中的PMR與網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息，將該數(shù)據(jù)包發(fā)往PMR，PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動路由器，然后轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動節(jié)點；2.當移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MNN對外發(fā)起連接時，響應(yīng)數(shù)據(jù)包首先到達移動路由器，然后由MR發(fā)往所在網(wǎng)絡(luò)域的PMR，PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，首先根據(jù)路由表信息查找數(shù)據(jù)包的目的地址是否屬于PMR所在的移動網(wǎng)絡(luò)，如果未在路由表中查找到匹配的地址，那么將數(shù)據(jù)包通過IPv6方式傳送到目的通信節(jié)點；如果在路由表中查找到匹配地址，那么將數(shù)據(jù)包路由到目的移動路由器，完成數(shù)據(jù)包的傳送。本發(fā)明的技術(shù)特點及效果本發(fā)明提出的移動網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化方案，通過在移動網(wǎng)絡(luò)所在的外地域網(wǎng)絡(luò)建立代理移動路由器實體，使得移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與通信節(jié)點進行通信時，基本無須經(jīng)過家鄉(xiāng)代理及建立隧道封裝等，解決了三角路由問題，減少數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象，節(jié)省了數(shù)據(jù)傳輸開銷，縮短了數(shù)據(jù)傳輸時延。并且在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增加了移動接入錨點實體，在移動網(wǎng)絡(luò)切換時，減少了通信打斷時間，保證了良好的用戶體驗。因此，將此6LoWPAN移動網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于移動無線網(wǎng)中，能極大提高無線網(wǎng)的傳輸通信效率，大大擴展無線移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。


圖1NEM0基本支持協(xié)議模型。圖2 Ca)嵌套NEMO網(wǎng)絡(luò)，(b)路由隧道嵌套。
圖3本方案網(wǎng)絡(luò)傳輸模型及數(shù)據(jù)包傳輸流程。圖4本方案NEMO網(wǎng)絡(luò)傳輸信號數(shù)據(jù)流。
具體實施例方式6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)以及運動中的飛行器、輪船、汽車和火車等運動主體上網(wǎng)絡(luò)的逐步成熟和應(yīng)用，人們希望將這些運動中的網(wǎng)絡(luò)以一個相對穩(wěn)定和可靠的形式連接到互聯(lián)網(wǎng)，要求移動互聯(lián)網(wǎng)不僅支持單個終端的移動，而且支持小、中規(guī)模的運動子網(wǎng)的移動。目前，有關(guān)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)移動問題的研究，國內(nèi)外尚未有一套完整的方案來解決。因此，急需提出一種穩(wěn)定快速的網(wǎng)絡(luò)移動技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)移動過程中帶來的通信問題。本設(shè)計提出了一種基于6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，主要有以下特征
1.在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器位置設(shè)立一個實體一代理移動路由器(PMR，ProxyMobileRouter)，該實體擁有一套自己的路由表，路由表內(nèi)存有該6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)所有子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴、轉(zhuǎn)交地址和家鄉(xiāng)地址信息。2.在通信架構(gòu)中加入移動接入錨點(MAP，MobiIe Anchor Point)實體，它負責(zé)該區(qū)域內(nèi)發(fā)生移動網(wǎng)絡(luò)切換時，完成網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點切換前后的轉(zhuǎn)交地址的映射。3.移動網(wǎng)絡(luò)移動到新的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域后，將獲取的新的轉(zhuǎn)交地址、家鄉(xiāng)地址及網(wǎng)絡(luò)前綴向PMR注冊。4. PMR將自己的轉(zhuǎn)交地址與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給移動網(wǎng)絡(luò)所在家鄉(xiāng)域的DNS，并向移動網(wǎng)絡(luò)的HA發(fā)送此關(guān)聯(lián)信息。5.移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(MNN,MobileNetworkNode)與目的通信節(jié)點(CN,CorrespondingNode)通過移動網(wǎng)絡(luò)所在外地域的PMR中轉(zhuǎn)傳輸數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)彼此的雙向通信。本設(shè)計中所使用的方法，著重于避免傳輸數(shù)據(jù)通過家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)，整個系統(tǒng)的復(fù)雜度較低，傳輸過程較為簡單。本設(shè)計提出的6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理模型如附圖3所
/Jn ο本發(fā)明提供了一種移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點無須經(jīng)過家鄉(xiāng)代理也無須建立隧道即可與通信節(jié)點通信的網(wǎng)絡(luò)移動的路由優(yōu)化方案。此通信模式避免了數(shù)據(jù)消息進行家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)，優(yōu)化了通信的路由路徑，降低網(wǎng)絡(luò)功耗。該方案可以有效地解決移動網(wǎng)絡(luò)中的多角路由及通信延時問題。本發(fā)明提出的方案主要包括嵌套網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由優(yōu)化和移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與通信節(jié)點通信過程的優(yōu)化。一、新實體代理移動路由器及其路由信息表在移動網(wǎng)絡(luò)所在的外地6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域的邊緣路由位置建立一個代理移動路由器(PMR, Proxy Mobile Router), PMR 包含移動路由器(MR, Mobile Router)發(fā)送的綁定更新消息和嵌套NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由綁定記錄。每個PMR都擁有一套自己的路由信息表，表中有三項內(nèi)容，一項為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動路由器(MR)的轉(zhuǎn)交地址域，一項為MR的家鄉(xiāng)地址域，一項為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴。當有新的子網(wǎng)加入或單個移動網(wǎng)絡(luò)申請時，PMR首先查找自己的路由表信息,若無此網(wǎng)絡(luò)信息,則在表中新添加一個路由表項；若存在此網(wǎng)絡(luò)信息，則更新其路由表項內(nèi)容。二、首先移動網(wǎng)絡(luò)移動到一個新的網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)，獲取新的轉(zhuǎn)交地址，申請本地注冊。
移動網(wǎng)絡(luò)的MR即該網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器，充當移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生移動接入另一個網(wǎng)絡(luò)時，MR代表移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動節(jié)點向外地域申請轉(zhuǎn)交地址(CoA)和完成本地注冊過程。MR先按移動網(wǎng)絡(luò)基本支持協(xié)議的操作獲取一個CoA，然后通知本移動網(wǎng)絡(luò)的移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已獲取的新轉(zhuǎn)交地址，并向本網(wǎng)絡(luò)域的PMR發(fā)送路由請求注冊消息，消息中包含MR的家鄉(xiāng)地址、當前的轉(zhuǎn)交地址和移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，請求進行本地注冊。 三、MR轉(zhuǎn)交地址本地注冊過程PMR收到MR的路由請求注冊消息后，首先查看發(fā)送注冊消息的MR的地址對照表是否存在于PMR的路由信息表中，若存在，則更新表項中得轉(zhuǎn)交地址域；若不存在，則在PMR路由信息表中增加一個新表項，表項的家鄉(xiāng)地址域為MR的家鄉(xiāng)地址，網(wǎng)絡(luò)前綴域為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，轉(zhuǎn)交地址域為MR的轉(zhuǎn)交地址。PMR向MR發(fā)送路由告知消息。PMR收到MR返回的確認消息后，移動路由器的轉(zhuǎn)交地址注冊過程 結(jié)束。四、在架構(gòu)中加入移動接入錨點(MAP, Mobile Anchor Point)實體它負責(zé)該區(qū)域內(nèi)發(fā)生移動網(wǎng)絡(luò)切換時，完成網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點切換前后的轉(zhuǎn)交地址的映射，物理位置如附圖3中所示。當移動節(jié)點所在的子網(wǎng)改變與Internet連接的接入點時，移動網(wǎng)絡(luò)首先通過路由請求消息和路由告知信息，獲得新的轉(zhuǎn)交地址(NCoA)，然后移動網(wǎng)絡(luò)向所在地的MAP發(fā)起注冊，在MAP的綁定緩沖器中將切換之前的轉(zhuǎn)交地址(ICoA)同NCoA進行綁定。這樣在PMR還未將綁定信息發(fā)送到移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域的DNS時，MAP就可將通信節(jié)點發(fā)給移動網(wǎng)絡(luò)的ICoA地址的數(shù)據(jù)包快速轉(zhuǎn)發(fā)到移動網(wǎng)絡(luò)的NCoA地址，保證在快速切換環(huán)境中，節(jié)點的通信不被中斷。五、與家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)域的DNS進行消息綁定發(fā)生移動的網(wǎng)絡(luò)的移動路由器轉(zhuǎn)交地址注冊結(jié)束后，即PMR收到MR返回的路由告知消息后，PMR將自己的轉(zhuǎn)交地址與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給移動式網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域內(nèi)的DNS，同時PMR向MR的家鄉(xiāng)代理HA發(fā)送綁定更新消息。HA在其內(nèi)建的緩存列表中，建立PMR與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)，當HA截獲發(fā)往MNN的數(shù)據(jù)包時，通過與PMR之間的雙向隧道將其轉(zhuǎn)發(fā)到PMR的轉(zhuǎn)交地址。六、數(shù)據(jù)傳輸過程1.當通信節(jié)點(CN, Corresponding Node)發(fā)送數(shù)據(jù)包到LoWPAN移動節(jié)點(MNN,MobileNetworkNode)時，CN通過查詢移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域的DNS，獲得MNN移動網(wǎng)絡(luò)前綴與PMR轉(zhuǎn)交地址的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息；然后將數(shù)據(jù)報文發(fā)往PMR ;另一種情況，若CN通過查詢DNS，獲得的是MNN的家鄉(xiāng)地址；CN將數(shù)據(jù)包發(fā)往MNN的家鄉(xiāng)域，MNN的HA截獲該數(shù)據(jù)報文，通過查詢緩存中的PMR與網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息，將該數(shù)據(jù)包發(fā)往PMR。PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動路由器，然后轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動節(jié)點。2.當移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MNN對外發(fā)起連接時，響應(yīng)數(shù)據(jù)包首先到達移動路由器，然后由MR發(fā)往所在網(wǎng)絡(luò)域的PMR，PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，首先根據(jù)路由表信息查找數(shù)據(jù)包的目的地址是否屬于PMR所在的移動網(wǎng)絡(luò)。如果為在路由表中查找到匹配的地址，那么將數(shù)據(jù)包通過IPv6方式傳送到目的通信節(jié)點。如果在路由表中查找到匹配地址，那么將數(shù)據(jù)包路由到目的移動路由器，完成數(shù)據(jù)包的傳送。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步詳細說明本發(fā)明。本設(shè)計方案框架圖如附圖3所示。信號數(shù)據(jù)傳輸流如附圖4所示。具體實現(xiàn)的方法包括以下步驟一、移動路由器(MR，Mobile Router) MRl獲取轉(zhuǎn)交地址，進行本地注冊。移動網(wǎng)絡(luò)以本網(wǎng)絡(luò)的移動路由器標識，當MRl從LoWPANI網(wǎng)絡(luò)移動到LoWPAN2網(wǎng)絡(luò)，MRl通過發(fā)送路由廣播，按照NEMO基本支持協(xié)議獲取一個轉(zhuǎn)交地址CoA，通知移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點新的轉(zhuǎn)交地址，然后MRl按照MR1—MR2 ' — PMR2的路徑向代理移動路由器(PMR，Proxy Mobile Router) PMR2發(fā)送本地注冊消息，消息包含MRl的家鄉(xiāng)地址、網(wǎng)絡(luò)前綴及新的轉(zhuǎn)交地址。PMR2查詢自己的路由表信息，若已存在，則將路由表中MRl的內(nèi)容更新；若不存在，則新添加一個表項，將MRl信息存入路由表中。PMR2向MRl返回一個路由告知消息，當PMR2再次收到MRl的返回消息時，則表明注冊過程結(jié)束。二、MRl 向移動接入錨點(MAP，Mobile Anchor Point)進行注冊。
MRl獲取新的轉(zhuǎn)交地址后，向所在地MAP注冊新的轉(zhuǎn)交地址，MAP在其綁定緩沖器中將MRl的新轉(zhuǎn)交地址與切換之前的轉(zhuǎn)交地址進行綁定。三、綁定更新信息MRl注冊過程結(jié)束后，PMR2將自己的轉(zhuǎn)交地址(CoA_PMR2)與MRl的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)前綴(MRl_prefix)的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給MRl的家鄉(xiāng)DNS，并向MRl的家鄉(xiāng)代理MRlJiA發(fā)送此關(guān)聯(lián)信息，MRlJiA在其內(nèi)建的列表緩存器中，建立CoA_PMR2與MRl_prefix的關(guān)聯(lián)信息。四、數(shù)據(jù)傳輸過程1.流入數(shù)據(jù)報文過程(I)當通信節(jié)點(CN, Corresponding Node)發(fā)送數(shù)據(jù)包到移動網(wǎng)絡(luò)MRl內(nèi)的移動節(jié)點(MNN，Mobile Network Node)時，CN通過查詢移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域的DNS，獲得MNN移動網(wǎng)絡(luò)前綴(MNN_prefix)與PMR2轉(zhuǎn)交地址(CoA_PMR2)的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息；然后CN采用第2類路由頭選項，以PMR2的轉(zhuǎn)交地址為目的地址，MNN的家鄉(xiāng)地址放在第2類路由頭選項中，發(fā)出該數(shù)據(jù)報文。另一種情況，若CN通過查詢DNS，獲得的是MNN的家鄉(xiāng)地址；CN以MNN的家鄉(xiāng)地址為目的地址，將數(shù)據(jù)包發(fā)往MNN的家鄉(xiāng)域，MNN的家鄉(xiāng)代理MRlJiA截獲該數(shù)據(jù)報文，通過查詢緩存中的PMR與網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息，將該數(shù)據(jù)包發(fā)往PMR2。(2)該數(shù)據(jù)報文被PMR2接收到后，PMR2根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址，查看路由列表信息，查找到MNN家鄉(xiāng)地址與MNN轉(zhuǎn)交地址的綁定記錄以及嵌套NEMO內(nèi)部路由路徑。將數(shù)據(jù)包源地址更改為PMR2的轉(zhuǎn)交地址，目的地址改為MNN的轉(zhuǎn)交地址，MNN的家鄉(xiāng)地址放在第2類路由頭選項中。然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動路由器MR1。(3)目的MRl收到數(shù)據(jù)包后，從第2類路由頭選項中提取MNN的家鄉(xiāng)地址，將數(shù)據(jù)報文發(fā)送給目的MNN。其具體數(shù)據(jù)包傳輸流程如附圖3中AO — Al — A2或BI — B2 — B3所示。2.流出數(shù)據(jù)報文過程(I)當移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MNN對外發(fā)起連接時，數(shù)據(jù)報文的源地址為移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自己的IPv6地址，目的地址為MRl的家鄉(xiāng)地址，通信節(jié)點的IPv6地址包放在第2類路由頭選項中。(2)響應(yīng)數(shù)據(jù)包首先到達移動路由器，MRl從第2類路由頭選項中提取出通信節(jié)點的IPv6地址。MRl將數(shù)據(jù)報文的源地址更新為其轉(zhuǎn)交地址，目的地址更新為通信節(jié)點的IPv6地址。MNN家鄉(xiāng)地址存放在類型2的路由頭選項中。(3) PMR2接收到數(shù)據(jù)報文后，首先根據(jù)路由表信息查找數(shù)據(jù)包的目的地址是否屬于PMR2所在的移動網(wǎng)絡(luò)。如果為在路由表中查找到匹配的地址，那么將數(shù)據(jù)包通過IPv6方式傳送到目的通信節(jié)點。具體數(shù)據(jù)包傳輸流程如附圖3中Cl —C2所示。如果在路由表中查找到匹配地址，那么將數(shù)據(jù)包路由到目的移動路由器，完成數(shù)據(jù)包的傳送。其具體數(shù)據(jù) 包傳輸流程如附圖3中Cl — C2 z。
權(quán)利要求
1.一種6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，其特征是，包括如下步驟 (1)在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器位置設(shè)立一個實體一代理移動路由器(PMR，ProxyMobile Router)，該實體擁有一套自己的路由表，路由表內(nèi)存有該6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)所有子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴、轉(zhuǎn)交地址和家鄉(xiāng)地址信息； (2)在通信架構(gòu)中加入移動接入錨點(MAP，MobiIeAnchor Point)實體，它負責(zé)該區(qū)域內(nèi)發(fā)生移動網(wǎng)絡(luò)切換時，完成網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點切換前后的轉(zhuǎn)交地址的映射； (3)移動網(wǎng)絡(luò)移動到新的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域后，將獲取的新的轉(zhuǎn)交地址、家鄉(xiāng)地址及網(wǎng)絡(luò)前綴向PMR注冊； (4)PMR將自己的轉(zhuǎn)交地址與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給移動網(wǎng)絡(luò)所在家鄉(xiāng)域的DNS，并向移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)代理(HA，Home Agent)發(fā)送此關(guān)聯(lián)信息； (5)移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(MNN，MobileNetwork Node)與目的通信節(jié)點(CN，CorrespondingNode)通過移動網(wǎng)絡(luò)所在外地域的PMR中轉(zhuǎn)傳輸數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)彼此的雙向通信。
2.如權(quán)利要求1所述的6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，其特征是，步驟(I)具體為代理移動路由器PMR，包含移動路由器(MR)發(fā)送的綁定更新消息和嵌套NEMO網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由綁定記錄；每個PMR都擁有一套自己的路由信息表，表中有三項內(nèi)容，一項為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動路由器(MR)的轉(zhuǎn)交地址域，一項為MR的家鄉(xiāng)地址域，一項為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴；當有新的子網(wǎng)加入或單個移動網(wǎng)絡(luò)申請時，PMR首先查找自己的路由表信息，若無此網(wǎng)絡(luò)信息，則在表中新添加一個路由表項；若存在此網(wǎng)絡(luò)信息，則更新其路由表項內(nèi)容。
3.如權(quán)利要求1所述的6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，其特征是，步驟(3)具體為移動網(wǎng)絡(luò)的移動路由器(MR)即該網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器，充當移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生移動接入另一個網(wǎng)絡(luò)時，MR代表移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動節(jié)點向外地域申請轉(zhuǎn)交地址(CoA)和完成本地注冊過程，MR先按移動網(wǎng)絡(luò)基本支持協(xié)議的操作獲取一個CoA,然后通知本移動網(wǎng)絡(luò)的移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已獲取的新轉(zhuǎn)交地址，并向本網(wǎng)絡(luò)域的PMR發(fā)送路由請求注冊消息，消息中包含MR的家鄉(xiāng)地址、當前的轉(zhuǎn)交地址和移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，請求進行本地注冊；PMR收到MR的路由請求注冊消息后，首先查看發(fā)送注冊消息的MR的地址對照表是否存在于PMR的路由信息表中，若存在，則更新表項中得轉(zhuǎn)交地址域；若不存在，則在PMR路由信息表中增加一個新表項，表項的家鄉(xiāng)地址域為MR的家鄉(xiāng)地址，網(wǎng)絡(luò)前綴域為MR的移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴，轉(zhuǎn)交地址域為MR的轉(zhuǎn)交地址。PMR向MR發(fā)送路由告知消息。PMR收到MR返回的確認消息后，移動路由器的轉(zhuǎn)交地址注冊過程結(jié)束。
4.如權(quán)利要求1所述的6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，其特征是， Cl)當通信節(jié)點(CN)發(fā)送數(shù)據(jù)包到LoWPAN移動節(jié)點(MNN)時，CN通過查詢移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)域的DNS，獲得MNN移動網(wǎng)絡(luò)前綴與PMR轉(zhuǎn)交地址的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息；然后將數(shù)據(jù)報文發(fā)往PMR ;另一種情況，若CN通過查詢DNS，獲得的是MNN的家鄉(xiāng)地址；CN將數(shù)據(jù)包發(fā)往MNN的家鄉(xiāng)域，MNN的HA截獲該數(shù)據(jù)報文，通過查詢緩存中的PMR與網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息，將該數(shù)據(jù)包發(fā)往PMR，PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動路由器，然后轉(zhuǎn)發(fā)到目的移動節(jié)點； (2)當移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MNN對外發(fā)起連接時，響應(yīng)數(shù)據(jù)包首先到達移動路由器，然后由MR發(fā)往所在網(wǎng)絡(luò)域的PMR，PMR接收到數(shù)據(jù)報文后，首先根據(jù)路由表信息查找數(shù)據(jù)包的目的地址是否屬于PMR所在的移動網(wǎng)絡(luò)，如果為在路由表中查找到匹配的地址，那么將數(shù)據(jù)包通 過IPv6方式傳送到目的通信節(jié)點；如果在路由表中查找到匹配地址，那么將數(shù)據(jù)包路由到目的移動路由器，完成數(shù)據(jù)包的傳送。
全文摘要
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為支持小、中規(guī)模的運動子網(wǎng)的移動，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，6LoWPAN的網(wǎng)絡(luò)移動性管理方法，包括如下步驟(1)在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器位置設(shè)立一個實體--代理移動路由器；(2)在通信架構(gòu)中加入移動接入錨點實體；(3)移動網(wǎng)絡(luò)移動到新的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)域后，將獲取的新的轉(zhuǎn)交地址、家鄉(xiāng)地址及網(wǎng)絡(luò)前綴向PMR注冊；(4)PMR將自己的轉(zhuǎn)交地址與移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴的關(guān)聯(lián)信息發(fā)送給移動網(wǎng)絡(luò)所在家鄉(xiāng)域的DNS，并向移動網(wǎng)絡(luò)的家鄉(xiāng)代理發(fā)送此關(guān)聯(lián)信息；(5)移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與目的通信節(jié)點通過移動網(wǎng)絡(luò)所在外地域的PMR中轉(zhuǎn)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)彼此的雙向通信。本發(fā)明主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信。
文檔編號H04W40/24GK103024720SQ20121054609
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月15日
發(fā)明者由磊, 李素梅, 韓雨佟, 雷建軍, 侯春萍 申請人:天津大學(xué)