專利名稱：一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動IP領(lǐng)域，具體地說，是提出了一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，該方法通過對路徑長度、網(wǎng)絡(luò)傳輸資源、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)負(fù)載、承載協(xié)議、應(yīng)用類型、用戶偏好等決策資源的使用，實(shí)現(xiàn)了對分層體系中轉(zhuǎn)發(fā)路徑的最優(yōu)選擇。
背景技術(shù)：
伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和下一代移動通信技術(shù)的發(fā)展，以無線方式和移動方式接入互聯(lián)網(wǎng)的需求不斷增長，基于數(shù)據(jù)通信的移動應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。具有廣泛互聯(lián)特性的IPv6網(wǎng)絡(luò)成為下一代互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容?；贗Pv6的移動網(wǎng)絡(luò)能夠隨時隨地的將各種移動終端(便攜式計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、車載設(shè)備等)接入互聯(lián)網(wǎng)，為不斷增長的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供高質(zhì)量的、永遠(yuǎn)在線的網(wǎng)絡(luò)支撐平臺。
為了支持移動設(shè)備在基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行持續(xù)通信，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)制定了相應(yīng)的移動管理協(xié)議-移動IPv6。移動IPv6允許移動節(jié)點(diǎn)(MN)在不同的網(wǎng)絡(luò)中使用不同的臨時地址(CoA)，并通過地址注冊過程，將CoA通知給對端的通信節(jié)點(diǎn)(CN)或家鄉(xiāng)代理(HA)，來實(shí)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)間的移動切換。然而，當(dāng)MN在大范圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下快速移動的情況下，頻繁的網(wǎng)絡(luò)切換所帶來的大量注冊消息會導(dǎo)致帶寬利用率的顯著下降。與此同時，當(dāng)MN在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的時候，較長時間的注冊過程會導(dǎo)致切換延時的增大并造成切換丟包。
為了解決由于頻繁的注冊過程所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量下降問題，IETF制定了移動IPv6的層次化移動管理框架-HMIPv6。該框架將彼此臨近的多個不同網(wǎng)絡(luò)劃分為邏輯關(guān)系上的域，當(dāng)MN在域內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換的時候，僅向域內(nèi)的管理單元進(jìn)行注冊，從而減少了MN與CN或HA之間的消息數(shù)量。這種層次化的移動管理結(jié)構(gòu)，有效減少了注冊消息的帶寬占用，并縮短了切換時延。
然而，在HMIPv6中，如圖1所示，MAP作為域的地址匯聚節(jié)點(diǎn)，CN發(fā)往MN的數(shù)據(jù)包全部經(jīng)由MAP轉(zhuǎn)發(fā)。隨著MN數(shù)量和通信流量的增加，MAP無論從處理能力上，還是帶寬接入能力上，都將成為瓶頸節(jié)點(diǎn)。此外，HMIPv6解決上述問題的同時，犧牲了路徑的優(yōu)化，隨著MN在域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)位置的變化，MN與CN之間通信的最短路徑并非總是經(jīng)過MAP，存在最短路徑的優(yōu)化問題。對最短路徑問題的研究，Tsuguo Kato等人給出有代表性的分層移動管理框架(T-HMIPv6)，如圖2所示，該框架將MAP拆分為臨時家鄉(xiāng)代理(THATemporary Home Agent)和網(wǎng)關(guān)邊界節(jié)點(diǎn)(G-ENGateway-Edge Node)兩部分，G-EN對數(shù)據(jù)包進(jìn)行截取轉(zhuǎn)發(fā)。因?yàn)镚-EN是邊界網(wǎng)關(guān)，所以一定在最短路徑上，實(shí)現(xiàn)了路徑的優(yōu)化。但是該框架要求G-EN必須是域的邊界網(wǎng)關(guān)，這就限制了G-EN的分布式處理的能力，而且網(wǎng)關(guān)容易成為處理上的瓶頸。而且，此分層移動管理框架在解決路徑的優(yōu)化問題上存在不足，單一地集中在對最短路徑問題的討論，忽略了其它相關(guān)因素，如網(wǎng)絡(luò)傳輸資源、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)負(fù)載、承載協(xié)議、應(yīng)用類型、用戶偏好等。

發(fā)明內(nèi)容
針對分層移動管理中的路徑優(yōu)化問題，本發(fā)明提出了一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，該方法通過對路徑長度、網(wǎng)絡(luò)傳輸資源、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)負(fù)載、承載協(xié)議、應(yīng)用類型、用戶偏好等決策資源的使用，實(shí)現(xiàn)了對分層體系中轉(zhuǎn)發(fā)路徑的最優(yōu)選擇。具體包括以下內(nèi)容
(A)路徑優(yōu)化方法在域內(nèi)使用多個GN來分擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)載GN通過向域管理單元(以下簡稱DRM)發(fā)送“本地注冊”(LRLocalRegistration)消息來完成向DRM的地址注冊操作；(B)MN在域內(nèi)切換時MN向DRM發(fā)送本地綁定更新(L-BULocalBU)，注冊本地轉(zhuǎn)交地址(LCoALocal CoA)；(C)DRM收到L-BU消息以后，根據(jù)當(dāng)前的決策資源，向Optm-GN發(fā)送本地最優(yōu)綁定更新(LO-BULocal Optimum BU)；(D)Optm-GN通過本地最優(yōu)綁定應(yīng)答(LO-BALocal Optimum BA)消息返回RCoA(要求RCoA全網(wǎng)可尋址)，并記錄(LCoA，RCoA)地址對；(E)DRM通過本地綁定應(yīng)答(L-BALocal BA)消息返回RCoA，并記錄(LCoA，RCoA)地址對。
(F)MN在域間切換時，DRM向HA/CN發(fā)送域綁定更新(R-BURegionBU)消息，注冊RCoA；HA/CN發(fā)送域綁定應(yīng)答(R-BARegion BA)消息到DRM；(G)HA/CN向Optm-GN發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)送給MN。
該該框架具有如下優(yōu)勢1.信令管理與數(shù)據(jù)傳輸分開DRM負(fù)責(zé)地址管理、決策資源的收集等信令管理過程，GN負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等傳輸過程。這種信令處理與數(shù)據(jù)處理相分離的結(jié)構(gòu)，利于系統(tǒng)的模塊化建設(shè)和分散式部署。
2.多維決策資源支持，選路更加合理DRM對Optm-GN的選擇，綜合考慮了路徑長度、傳輸資源、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載等多方面因素，能夠很好地選擇最合適的路徑，而非最短路徑。
3.最優(yōu)路徑的動態(tài)選擇和靈活調(diào)整
MN與CN的通信過程中，最優(yōu)路徑不是一成不變的，是可以動態(tài)調(diào)整的，即便是在沒有發(fā)生移動端切換的情況。DRM可以根據(jù)當(dāng)前決策資源的變化，適時地調(diào)整MN與CN之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
4.分布式處理能力強(qiáng)，部署和使用靈活在此路徑優(yōu)化方法，GN沒有位置限制，可以放置在域內(nèi)的任何位置，當(dāng)然也可以放置在邊界網(wǎng)關(guān)處。而且GN沒有數(shù)量限制，具有很好的分布式處理能力。在部署和使用上，GN可以是路由器設(shè)備，也可以是主機(jī)設(shè)備。


圖1HMIPv6框架圖2T-HMIPv6框架圖3層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法圖4為地址管理的消息交互圖5為集成狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型圖6路徑優(yōu)化方法在自治系統(tǒng)中的使用范例圖7為擴(kuò)展消息頭部的結(jié)構(gòu)圖8為本地注冊消息的結(jié)構(gòu)圖9為本地綁定更新消息的結(jié)構(gòu)圖10為本地最優(yōu)綁定更新消息的結(jié)構(gòu)圖11為本地最優(yōu)綁定應(yīng)答的結(jié)構(gòu)圖12為本地綁定應(yīng)答消息的結(jié)構(gòu)圖13為域綁定更新消息的結(jié)構(gòu)圖14為域綁定應(yīng)答消息的結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，主要包括以下幾個核心內(nèi)容用于移動IPv6的路徑優(yōu)化方法的框架設(shè)計(jì)、地址管理、集成狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型以及在自治系統(tǒng)中的部署和使用。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
1)用于移動IPv6的路徑優(yōu)化方法的框架設(shè)計(jì)。如圖3所示，路徑優(yōu)化方法的框架圖。該框架提出了兩類新的節(jié)點(diǎn)域資源管理單元(DRMDomain Resource Management)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(GNGateway Node)。DRM除完成域內(nèi)地址管理外，同時對域內(nèi)的決策資源進(jìn)行收集和管理。GN作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的中繼節(jié)點(diǎn)，對經(jīng)由的數(shù)據(jù)做隧道轉(zhuǎn)發(fā)。
當(dāng)MN進(jìn)入DRM所在域的時候，BU消息發(fā)送到DRM。DRM根據(jù)當(dāng)前的決策資源，為MN選擇一個最優(yōu)的GN(Optm-GNOptimum GN)，并將BU消息發(fā)送給GN和HA/CN。此后，CN發(fā)往MN的數(shù)據(jù)包經(jīng)過Optm-GN轉(zhuǎn)發(fā)。
2)地址管理。路徑優(yōu)化方法的的地址管理采用了分層移動管理的基本思想，DRM不參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，MN使用與其Optm-GN有相同網(wǎng)絡(luò)前綴的RCoA，發(fā)往MN的數(shù)據(jù)包經(jīng)過其Optm-GN轉(zhuǎn)發(fā)。如圖6所示，路經(jīng)優(yōu)化方法在域內(nèi)使用多個GN來分擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)載。GN通過向域管理單元(以下簡稱DRM)發(fā)送“本地注冊”消息來完成向DRM的地址注冊操作。
當(dāng)MN在域內(nèi)切換的時候，MN發(fā)送本地綁定更新(L-BULocal BU)消息到DRM，注冊本地轉(zhuǎn)交地址(LCoALocal CoA)；DRM收到L-BU消息以后，根據(jù)當(dāng)前的決策資源，發(fā)送本地最優(yōu)綁定更新(LO-BULocalOptimum BU)消息到Optm-GN；Optm-GN通過本地最優(yōu)綁定應(yīng)答(LO-BALocal Optimum BA)消息返回RCoA(要求RCoA全網(wǎng)可尋址)，并記錄(LCoA，RCoA)地址對；DRM通過本地綁定應(yīng)答(L-BALocal BA)消息返回RCoA，并記錄(LCoA，RCoA)地址對。當(dāng)MN在域間切換的時候，DRM發(fā)送域綁定更新(R-BURegion BU)消息到HA/CN，注冊RCoA；HA/CN發(fā)送域綁定應(yīng)答(R-BARegion BA)消息到DRM。隨后，HA/CN發(fā)送數(shù)據(jù)包到Optm-GN，并通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)到MN。
DRM可以根據(jù)當(dāng)前決策資源的變化，對MN的Optm-GN作動態(tài)調(diào)整，這是通過重新注冊RCoA實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)DRM發(fā)現(xiàn)MN的Optm-GN發(fā)生變化的時候，可以通過LO-BU/LO-BA、R-BU/R-BA消息，改變Optm-GN為選定的GN，并注銷前一個。當(dāng)MN同時與多個CN進(jìn)行通信的時候，可能會出現(xiàn)MN與每個CN之間的最優(yōu)路徑都不相同。該路經(jīng)優(yōu)化方法允許DRM為不同的CN選擇不同的Optm-GN。
3)集成狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如圖5所示，描述了軟切換與硬切換相結(jié)合、分層與非分層移動管理相結(jié)合的集成狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型，其中橫軸表示的是網(wǎng)絡(luò)連接，縱軸表示的是切換條件。網(wǎng)絡(luò)連接劃分為5種情況(L3O與舊子網(wǎng)連接；L3N與新子網(wǎng)連接；[L3O，L3N]與新舊子網(wǎng)同時連接；NH-Reg非分層移動管理的地址注冊過程；OH-LReg路經(jīng)優(yōu)化方法的本地地址注冊過程；OH-RReg路經(jīng)優(yōu)化方法的域地址注冊過程)，切換條件劃分為4種情況(初始狀態(tài)；存在新子網(wǎng)；存在DRM；存在最優(yōu)GN)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換從開始狀態(tài)(S)開始到最終狀態(tài)(F)結(jié)束，H1至H11為中間狀態(tài)。
S-H1MN掃描切換觸發(fā)條件(如鏈路層觸發(fā)器[]、路由廣播消息[]等)，檢測即將發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)切換。根據(jù)可能支持的鏈路連接情況(單鏈路連接或雙鏈路連接)，選擇切換模式(硬切換[]或軟切換[])。
H1-H2在單鏈路連接支持的情況下，MN選擇硬切換模式。首先斷開與舊子網(wǎng)的連接，然后建立與新子網(wǎng)的連接。
H1-H3在雙鏈路連接支持的情況下，MN選擇軟切換模式。建立與新子網(wǎng)連接的同時，保持與舊子網(wǎng)的連接，直到地址注冊過程的結(jié)束。
H2-H4(H3-H4)MN未發(fā)現(xiàn)DRM，表明新子網(wǎng)不支持分層移動管理。選擇非分層移動管理的地址注冊過程(NH-Reg)，直接發(fā)送BU消息到HA/CN。
H2-H8-H10-H11(H3-H9-H10-H11)MN發(fā)現(xiàn)DRM，表明新子網(wǎng)支持分層移動管理。通過DRM選擇最優(yōu)GN，進(jìn)入分層管理的本地地址注冊過程(OH-LReg)，發(fā)送L-BU到DRM、LO-BU到最優(yōu)GN。如果DRM或最優(yōu)GN發(fā)生改變，進(jìn)入分層管理的域地址注冊過程(OH-RReg)。這里隱含了一個默認(rèn)規(guī)則DRM作為域的存在標(biāo)識，DRM的改變，就表明域的改變。
S-H5-H6-H7-H11(H1-H5-H6-H7-H11)MN發(fā)現(xiàn)DRM，表明舊子網(wǎng)支持分層移動管理。DRM對最優(yōu)GN進(jìn)行周期掃描(H6)，如果最優(yōu)GN發(fā)生改變，則進(jìn)行最優(yōu)GN的動態(tài)調(diào)整。
H4-F(H10-F、H1-F)狀態(tài)F是個虛狀態(tài)，用來表示網(wǎng)絡(luò)切換的結(jié)束，整理和回收預(yù)分配的資源，如斷開與舊子網(wǎng)的連接、注銷前一個最優(yōu)GN等。
4)在自治域中的部署。如圖6所示，3個AS通過各自的邊界路由器連接在一起，DRM與GN分別部署在各自的AS中。其中DRM對決策資源的收集可以采用下列方法DRM可以通過內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(如OSPF，RIP等)獲得AS內(nèi)的路由信息，以計(jì)算出轉(zhuǎn)發(fā)的最短路徑；DRM可以通過網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)或借助質(zhì)量服務(wù)體系，獲得傳輸資源信息；DRM可以通過網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(如SNMP等)或自定義消息，獲得GN的負(fù)載信息。
發(fā)明中用到的所有消息定義如下消息擴(kuò)展頭部分
struct mipv6_sh_hdr{__u8 nextheader； /*Next Header Type */__u8 length； /*SH Length*/__u8 type； /*SH Type */__u8 reserved；__u16 checksum；__u8 option
； /*option data */}__attribute__((packed))；如圖7所示。
消息擴(kuò)展數(shù)據(jù)部分本地注冊消息struct loca l_reg{__u16 reserved；struct in6_addrgn_addr；struct in6_addrgn_prefix；}__attribute__((packed))；如圖8所示。
本地綁定更新struct local_bu{__u16 sequence；__u16 ahlk；__u16 lifetime；__u32 options；}}__attribute__((packed))；如圖9所示，標(biāo)志位A是否需要返BA消息，H發(fā)往HA的綁定更新消息，L為使用鏈路本地地址為家鄉(xiāng)地址，K為安全密鑰管理(參見Internet RFC3775)。
本地最優(yōu)綁定更新struct local_optm_bu
{__u16 sequence；__u16 ahlk；__u16 lifetime；struct in6_addr lcoa；__u32 options；}__attribute__((packed))；如圖10所示，K為安全密鑰管理標(biāo)志位(參見Internet RFC3775)。
本地最優(yōu)綁定應(yīng)答struct local_optm_ba{__u8 status；__u8 k；__u16 sequence；__u16 lifetime；struct in6_addr lcoa；__u32 options；}__attribute__((packed))；如圖11所示。
本地綁定應(yīng)答struct local_optm_ba{__u8 status；__u8 k；__u16 sequence；__u16 lifetime；struct in6_addr lcoa；__u32 options；}__attribute__((packed))；如圖12所示。
域綁定更新struct region_bu{__u16 sequence；__u16 ahlk；
__u16 lifetime；struct in6_addr rcoa；__u32 options；}__attribute__((packed))；如圖13所示。
域綁定應(yīng)答struct region_ba{__u8 status；__u8 k；__u16 sequence；__u16 lifetime；__u32 options；}__attribute__((packed))；如圖14所示。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可顯而易見的得出其他優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，具有更廣方面的本發(fā)明并不局限于這里所示出的并且所描述的具體說明及示例性實(shí)施例。因此，在不脫離由隨后權(quán)利要求及其等價體所定義的一般發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可對其做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包含如下部分在域內(nèi)使用多個GN來分擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于該路徑優(yōu)化算法中的GN在部署上沒有位置和數(shù)量限制，可以是路由器設(shè)備，也可以是主機(jī)設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于GN向DRM發(fā)送“本地注冊”(LRLocal Registration)消息，完成向DRM的地址注冊操作。
4.一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包含如下部分域內(nèi)切換時，域管理單元(以下簡稱DRM)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息為MN決策最優(yōu)GN(以下簡稱Optm-GN)；域間切換時，DRM向HA/CN注冊RCoA；HA/CN向Optm-GN發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)至MN。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于MN在域內(nèi)切換時，向DRM發(fā)送本地綁定更新(L-BULocal BU)消息，注冊本地轉(zhuǎn)交地址(LCoALocal CoA)；DRM根據(jù)決策當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能，向Optm-GN發(fā)送本地最優(yōu)綁定更新(LO-BULocal Optimum BU)消息；Optm-GN通過本地最優(yōu)綁定應(yīng)答(LO-BALocal Optimum BA)消息返回RCoA，并記錄(LCoA，RCoA)地址對；DRM通過本地綁定應(yīng)答(L-BALocal BA)消息返回RCoA，并記錄(LCoA，RCoA)地址對。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于MN在域間切換時，DRM向HA/CN發(fā)送域綁定更新(R-BURegion BU)消息，注冊RCoA；HA/CN發(fā)送域綁定應(yīng)答(R-BARegion BA)消息到DRM。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，其特征在于HA/CN向Optm-GN發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)至MN。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于層次化移動IPv6的路徑優(yōu)化方法，該方法通過決策路徑長度、傳輸資源、轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)載、用戶偏好等資源，選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。具體方法如下(A)GN向域管理單元(以下簡稱DRM)發(fā)送“本地注冊”消息。(B)MN向DRM發(fā)送“本地綁定更新”消息，注冊本地轉(zhuǎn)交地址(以下簡稱LCoA)；(C)DRM向GN發(fā)送“本地最優(yōu)綁定更新”消息；(D)最優(yōu)GN返回域轉(zhuǎn)交地址(以下簡稱RCoA)，并記錄(LCoA，RCoA)地址對；(E)DRM返回RCoA，并記錄(LCoA，RCoA)地址對；(F)DRM向家鄉(xiāng)代理或通信節(jié)點(diǎn)(以下簡稱HA/CN)發(fā)送“域綁定更新”消息，注冊RCoA；HA/CN向DRM發(fā)送“域綁定應(yīng)答”消息；(G)HA/CN向最優(yōu)GN發(fā)送數(shù)據(jù)包，并轉(zhuǎn)發(fā)到MN。
文檔編號H04L29/06GK101018189SQ20061000346
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者李智偉, 王劍白, 楊柳, 魏嵬, 李未 申請人:北京航空航天大學(xué)