專利名稱：基于雙網(wǎng)卡的MIPv6無(wú)縫切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于雙網(wǎng)卡的MIPv6無(wú) 縫切換方法。用于解決在無(wú)線局域網(wǎng)WLAN中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)因發(fā)生漫游切換而 對(duì)實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的巨大影響。
背景技術(shù)：
在無(wú)線局域網(wǎng)WLAN中，因?yàn)槭軣o(wú)線接入點(diǎn)AP傳輸范圍的限制，移 動(dòng)節(jié)點(diǎn)在通信的過(guò)程中，將會(huì)經(jīng)歷頻繁的切換。為了解決在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生切 換后，可以保持與通信對(duì)端數(shù)據(jù)通信的可達(dá)性，正TF提出了 MIPv6這一移 動(dòng)性IP協(xié)議來(lái)解決移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在發(fā)生接入點(diǎn)所屬子網(wǎng)改變后，始終能夠保持 與通信對(duì)端傳輸數(shù)據(jù)的可達(dá)性。在該方案中，首先，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在完成鏈路層 的切換后檢測(cè)是否己經(jīng)發(fā)生接入子網(wǎng)的改變，如果發(fā)生接入子網(wǎng)的改變，移 動(dòng)節(jié)點(diǎn)則利用MIPv6的相關(guān)機(jī)制，在新的接入路由上獲取一個(gè)唯一的臨時(shí)性 接入地址作為轉(zhuǎn)交地址，如果沒(méi)有發(fā)生接入子網(wǎng)的改變，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)只須發(fā)生 鏈路層的切換；最后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)把獲取的新轉(zhuǎn)交地址與家鄉(xiāng)代理和通信對(duì)端 進(jìn)行綁定更新，這樣移動(dòng)節(jié)點(diǎn)無(wú)論移動(dòng)到哪一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)都可以始終保持與 通信對(duì)端數(shù)據(jù)通信的可達(dá)性。但是，該協(xié)議在解決移動(dòng)性接入的同時(shí)對(duì)正在 進(jìn)行的實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)引入很大的接入時(shí)延。為此，正TF又提出了一系列優(yōu) 化擴(kuò)展方案如FMIPv6、 HMIPv6和FHMIPv6來(lái)優(yōu)化這一移動(dòng)協(xié)議。
在FMIPv6協(xié)議中，主要提出了兩種技術(shù)規(guī)范1.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在發(fā)生接入 點(diǎn)所屬路由改變之前，可以通過(guò)先前接入鏈路來(lái)獲取新接入點(diǎn)所在子網(wǎng)的相 關(guān)信息，從而提前獲取新的轉(zhuǎn)交地址。2.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在獲取了新的轉(zhuǎn)交地址后 在新舊接入路由器之間建立一個(gè)通信隧道，直到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)新的接入路由 發(fā)送通告快速臨機(jī)公告FNA來(lái)表明他己經(jīng)移動(dòng)到新的接入路由器所屬網(wǎng)絡(luò) 后才解除，這要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就可以直接利用新轉(zhuǎn)交地址在新的接入路由上實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的傳輸，從而減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在切換中因做移動(dòng)檢測(cè)和轉(zhuǎn)交地址的配置等 消耗的接入時(shí)延，同時(shí)也減少了切換中通信數(shù)據(jù)包的丟失。
在HMIPv6協(xié)議中，利用區(qū)域劃分的思想，從邏輯上將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè) 不同的域，每一個(gè)域由一個(gè)特定的稱為"移動(dòng)錨點(diǎn)"MAP的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體 來(lái)管理，這個(gè)"移動(dòng)錨點(diǎn)"充當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)臨時(shí)家鄉(xiāng)代理負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)和通信對(duì)端的數(shù)據(jù)分組。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，只需把新轉(zhuǎn)交地址的 綁定注冊(cè)消息發(fā)送到該移動(dòng)錨點(diǎn)，這樣降低了與家鄉(xiāng)代理和通信對(duì)端的綁定 更新時(shí)延。
FHMIPv6協(xié)議是在基于HMIPv6協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合FMIPv6協(xié)議的優(yōu) 勢(shì)提出的擴(kuò)展協(xié)議，用來(lái)降低該移動(dòng)協(xié)議所引入的移動(dòng)檢測(cè)、轉(zhuǎn)交地址的配 置和綁定注冊(cè)的各部分時(shí)延。
上述這些優(yōu)化協(xié)議中所規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)層切換的方案，雖然可以降低重新建 立通信鏈路的接入時(shí)延，但是仍然存在一些問(wèn)題，首先，網(wǎng)絡(luò)層的切換是在 鏈路層切換完成之后才可以進(jìn)行，這樣，如果鏈路層的切換時(shí)延沒(méi)有減少的 話，整個(gè)的切換時(shí)延是不會(huì)完全消除的，也就不會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫切換，即 不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的連續(xù)性傳輸和吞吐量的一致性；其次，通過(guò)修改現(xiàn)有網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議并增加一些新的消息機(jī)制甚至增加新的網(wǎng)元設(shè)備，這就要求網(wǎng)絡(luò)中的 設(shè)備必須支持這些新的擴(kuò)展協(xié)議，而網(wǎng)元設(shè)備的增加勢(shì)必要求改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié) 構(gòu)，這樣也就降低了優(yōu)化協(xié)議的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述優(yōu)化協(xié)議中重新建立通信鏈路接入時(shí)延過(guò) 大的問(wèn)題，提供一種基于雙網(wǎng)卡的MIPv6無(wú)縫切換方法，以消除移動(dòng)節(jié) 點(diǎn)因發(fā)生切換而引入的時(shí)延對(duì)實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)的影響，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)的連 續(xù)性傳輸和保持吞吐量的一致性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是充分利用空閑的切換網(wǎng)卡來(lái)消除移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)在改變接入鏈路時(shí)候所引入的時(shí)延，具體步驟如下
正常通信步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)卡與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接入點(diǎn)在建立的 無(wú)線鏈路上進(jìn)行和通信對(duì)端的數(shù)據(jù)傳輸，另一個(gè)空閑的切換網(wǎng)卡檢測(cè)周圍接 入點(diǎn)鏈路的質(zhì)量，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否執(zhí)行切換等操作提供決策信息；
鏈路切換步驟當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行切換操作時(shí)，由切換網(wǎng)卡探測(cè)備選 接入點(diǎn)的空閑信道，隨后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)切換網(wǎng)卡與接入點(diǎn)進(jìn)行鑒權(quán)和關(guān)聯(lián)的
鏈路層切換操作；
網(wǎng)絡(luò)層切換歩驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)完成鏈路層的切換后，根據(jù)接入路由器的路 由公告消息及網(wǎng)絡(luò)層的采用的路由協(xié)議重新建立可達(dá)的路由；
網(wǎng)卡交換步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)切換網(wǎng)卡在新建立的通信鏈路上進(jìn)行 與通信對(duì)端數(shù)據(jù)的傳輸以后，數(shù)據(jù)網(wǎng)卡將斷開(kāi)先前的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng) 卡的功能轉(zhuǎn)換。
上述無(wú)縫切換方法，其中正常通信步驟中所述的利用切換網(wǎng)卡來(lái)檢測(cè)周 圍接入點(diǎn)鏈路信號(hào)的質(zhì)量，是由切換網(wǎng)卡接收周圍接入點(diǎn)的廣播消息并根據(jù) 所計(jì)算出的能量來(lái)判斷通信鏈路的質(zhì)量，從而做出相應(yīng)的切換決策。
上述無(wú)縫切換方法，其中數(shù)據(jù)網(wǎng)卡和切換網(wǎng)卡使用同一個(gè)IP地址，以 實(shí)現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)側(cè)和高層協(xié)議服務(wù)來(lái)說(shuō)是完全的透明。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明由于在切換中采用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)切換網(wǎng)卡探測(cè)備選接入點(diǎn)和與
該接入點(diǎn)完成鏈路層切換，因而減少了該部分的接入時(shí)延;同時(shí)由于在切換 中，采用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)切換網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)基于MIPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層切換操作， 故減少了此協(xié)議所需的較大接入時(shí)延，且不中斷數(shù)據(jù)網(wǎng)卡的正常數(shù)據(jù)傳輸; 此外由于在地址管理方面，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)網(wǎng)卡采用同一個(gè)IP地址，所以 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不需要做任何的修改，極大地增加了實(shí)用性。仿真結(jié)果表 明本發(fā)明比現(xiàn)有方法減少了因改變接入點(diǎn)而引入較大的接入時(shí)延，提高了 通信性能。


圖1本發(fā)明的工作流程圖2本發(fā)明的基本應(yīng)用場(chǎng)景圖3采用現(xiàn)有方案進(jìn)行移動(dòng)切換獲得的時(shí)延結(jié)果仿真圖； 圖4采用現(xiàn)有方案進(jìn)行移動(dòng)切換獲得的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)吞吐量結(jié)果仿真圖； 圖5采用本發(fā)明提出的移動(dòng)切換獲得的時(shí)延結(jié)果仿真圖； 圖6采用本發(fā)明提出的移動(dòng)切換獲得的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)吞吐量結(jié)果仿真圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的切換步驟如下
正常通信步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)卡與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接入點(diǎn)API在 建立的通信鏈路上進(jìn)行與通信對(duì)端的數(shù)據(jù)傳輸，而另一個(gè)空閑的切換網(wǎng)卡則
通過(guò)接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN周圍的接入點(diǎn)API和AP2的廣播消息Beacons,檢 測(cè)其周圍接入點(diǎn)鏈路的信號(hào)質(zhì)量，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否執(zhí)行切換操作提供決策信
/K、 5
鏈路層切換步驟 一旦移動(dòng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到需要執(zhí)行切換操作，則將接入節(jié) 點(diǎn)AP2作為備選接入點(diǎn)，將接入節(jié)點(diǎn)API作為當(dāng)前接入點(diǎn)，此時(shí)通過(guò)切換 網(wǎng)卡開(kāi)始發(fā)送探測(cè)請(qǐng)求Probe request消息來(lái)主動(dòng)探測(cè)接入點(diǎn)的備選接入點(diǎn) AP2的空閑信道，該備選接入點(diǎn)AP2根據(jù)收到的探測(cè)請(qǐng)求Probe request消息， 給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN回復(fù)一個(gè)探測(cè)應(yīng)答Probe response消息并分配一個(gè)空閑的接 入信道，隨后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN與備選接入點(diǎn)AP2進(jìn)行鑒權(quán)和關(guān)聯(lián)鏈路層相關(guān) 聯(lián)的接入操作；在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)完成了從當(dāng)前接入點(diǎn)API到備選接入點(diǎn)AP2鏈 路層的相關(guān)接入操作后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN依據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的路由公告檢測(cè)先前路由 是否仍然可達(dá)，如果不可達(dá)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層切換，建立新的數(shù)據(jù) 路由；
網(wǎng)絡(luò)層切換步驟根據(jù)MIPv6協(xié)議的相關(guān)機(jī)制，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN在新的 接入點(diǎn)AP2鏈路上，根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)層信息獲取一個(gè)新的轉(zhuǎn)交地址；當(dāng)移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)MN成功獲取了新的轉(zhuǎn)交地址后，發(fā)送該新轉(zhuǎn)交地址到家鄉(xiāng)代理HA進(jìn) 行相應(yīng)的地址綁定更新操作；在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN收到轉(zhuǎn)交地址的綁定應(yīng)答后， 就可以在與接入點(diǎn)AP2建立的通信鏈路上進(jìn)行通信對(duì)端數(shù)據(jù)的傳輸。在整個(gè) 切換的過(guò)程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN的數(shù)據(jù)網(wǎng)卡始終保持著和接入點(diǎn)API建立的 通信鏈路的連接，并在該鏈路上始終保持和通信對(duì)端CN的數(shù)據(jù)傳輸，而切 換操作完全通過(guò)切換網(wǎng)卡來(lái)完成，不需要中斷數(shù)據(jù)網(wǎng)卡在現(xiàn)有通信鏈接上的 數(shù)據(jù)傳輸。在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MN完成切換操作之后，進(jìn)入網(wǎng)卡交換階段。
網(wǎng)卡交換步驟當(dāng)切換網(wǎng)卡建立了與接入點(diǎn)AP2的通信鏈路以后，移 動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行兩個(gè)網(wǎng)卡彼此角色的交換，先前的切換網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換為與接入點(diǎn) AP2建立的新通信鏈路上的數(shù)據(jù)網(wǎng)卡，而先前的數(shù)據(jù)網(wǎng)卡在斷開(kāi)與API的 通信鏈路后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)空閑的切換網(wǎng)卡，接收來(lái)自周圍接入點(diǎn)的廣播消息 Beacons為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的下一次切換做準(zhǔn)備。
本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下仿真進(jìn)一步說(shuō)明
仿真條件采用基于2.6.18內(nèi)核版本的fedora core 6操作系統(tǒng)及版本號(hào) 為nsallinone-2.31的網(wǎng)絡(luò)仿真器NS2。
圖2是本發(fā)明方案的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖，他表示一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程 中從接入點(diǎn)API所屬的網(wǎng)絡(luò)切換到接入點(diǎn)AP2所屬的網(wǎng)絡(luò)，在整個(gè)過(guò)程中 不僅需要經(jīng)歷鏈路層切換，甚者要發(fā)生網(wǎng)絡(luò)層的切換。
如圖3和圖4所示，在采用現(xiàn)有方案實(shí)現(xiàn)的切換方式中，受較大切換時(shí) 延的影響，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通信業(yè)務(wù)的中斷和節(jié)點(diǎn)吞吐量的急劇變化情況。如 果采用本發(fā)明提出的方法，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上安裝兩個(gè)網(wǎng)卡，這樣移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在發(fā) 生切換的時(shí)候可以充分利用一個(gè)空閑的網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)切換中通信鏈路的重新 建立，而先前的數(shù)據(jù)網(wǎng)卡保持現(xiàn)有通信鏈路連接直到切換網(wǎng)卡完成新接入點(diǎn) 鏈路的建立。
如圖5和圖6所示，可以明顯的看出，提出的方法更好的解決了移動(dòng)節(jié) 點(diǎn)在切換中出現(xiàn)業(yè)務(wù)的中斷和吞吐量的急劇變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換的目標(biāo)。
權(quán)利要求
1. 一種基于雙網(wǎng)卡MIPv6的無(wú)縫切換方法，包括如下步驟正常通信步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)卡與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接入點(diǎn)在建立的無(wú)線鏈路上進(jìn)行和通信對(duì)端的數(shù)據(jù)傳輸，另一個(gè)空閑的切換網(wǎng)卡檢測(cè)周圍接入點(diǎn)鏈路的質(zhì)量，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)是否執(zhí)行切換等操作提供決策信息；鏈路切換步驟當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行切換操作時(shí)，由切換網(wǎng)卡探測(cè)備選接入點(diǎn)的空閑信道，隨后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)切換網(wǎng)卡與接入點(diǎn)進(jìn)行鑒權(quán)和關(guān)聯(lián)的鏈路層切換操作；網(wǎng)絡(luò)層切換步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)完成鏈路層的切換后，根據(jù)接入路由器的路由公告消息及網(wǎng)絡(luò)層的采用的路由協(xié)議重新建立可達(dá)的路由；網(wǎng)卡交換步驟移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)切換網(wǎng)卡在新建立的通信鏈路上進(jìn)行與通信對(duì)端數(shù)據(jù)的傳輸以后，數(shù)據(jù)網(wǎng)卡將斷開(kāi)先前的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)卡的功能轉(zhuǎn)換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙網(wǎng)卡MIPv6無(wú)縫切換方法，其特征在于正常通信步驟中所述的利用切換網(wǎng)卡來(lái)檢測(cè)周圍接入點(diǎn)鏈 路信號(hào)的質(zhì)量，是由切換網(wǎng)卡接收周圍接入點(diǎn)的廣播消息并根據(jù)所計(jì) 算出的能量來(lái)判斷通信鏈路的質(zhì)量，從而做出相應(yīng)的切換決策。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙網(wǎng)卡MIPv6無(wú)縫切換方法，其 特征在于所述的數(shù)據(jù)網(wǎng)卡和切換網(wǎng)卡使用同一個(gè)IP地址，以實(shí)現(xiàn)對(duì) 于網(wǎng)絡(luò)側(cè)和高層協(xié)議服務(wù)來(lái)說(shuō)是完全的透明。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙網(wǎng)卡MIPv6無(wú)縫切換方法，涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，用于消除移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在無(wú)線局域網(wǎng)通信時(shí)，因切換引入的時(shí)延對(duì)實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)的影響。其步驟為在正常通信階段，一個(gè)網(wǎng)卡作為數(shù)據(jù)網(wǎng)卡和通信對(duì)端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而另一個(gè)空閑的網(wǎng)卡作為切換網(wǎng)卡來(lái)檢測(cè)周圍接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行切換決策操作提供必要的信息；在切換階段，切換網(wǎng)卡完成和新的接入點(diǎn)的相關(guān)的切換操作，而數(shù)據(jù)網(wǎng)卡不中斷與現(xiàn)有接入點(diǎn)已經(jīng)建立的通信鏈路而繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的切換網(wǎng)卡完成了與新接入點(diǎn)相關(guān)的切換操作后，交換兩個(gè)網(wǎng)卡的角色，進(jìn)入正常通信階段。本發(fā)明具有接入時(shí)延小的優(yōu)點(diǎn)，可真正實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，用于傳輸多媒體的實(shí)時(shí)通信業(yè)務(wù)。
文檔編號(hào)H04L29/08GK101394364SQ20081023201
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者勤 劉, 張文柱, 李建東, 李紅艷, 李綏龍, 李維英, 敏 盛, 趙林靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)