互联网协议层中低架空移动率管理协议的方法与系统的制作方法

专利名称：互联网协议层中低架空移动率管理协议的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明有关一种能有高数据传输速率的移动互联网通讯的系统及方法，其亦 支持包含实时和非实时服务二者在内的多种通信流(traffic flow)。明确地说， 本发明关于一种管理一移动节点(Mobile Node, MN)在多重管理者网域内的移动 率的方法。在一实施例中，该多重管理者网域使用具网络地址转译能力的路由器 (Network Address Translation enabled routers, NATs)用于互耳关网通讯。
(2)
背景技术：
在一移动网络内，每一移动节点(丽)与一单一访问点(Access Point, AP) 联络且经由一伴随该AP的访问路由器(Access Router, AR)接收通讯。此情况代 表MN与互联网间为一单点式附接。照惯例，移动率管理计划对移动互联网协议 (Internet Protocols, IPs)采用两阶段分层方案。在一 MN己从其原地AP移开 的情况中，原地AR自一根源节点〔一般称为对应节点(Corresponding Node, CN)) 接收呈一数据包封(datagram)形式的通讯，且以对一已接收数据包封添加一新标 题的方式将此通讯重新包装以将该CN通讯重新导向且"穿隧(tunnel) 〃至该顧 的当前IP地址。此新的/已重新包装数据包封于其数据部分内封装着原地CN数据 包封，这一般称为双重互联网协议(IP-in-IP)封装。
具网络地址转译能力的路由器(NATs)可用于将专用网络连接至互联网。如 图7所示，习知的互联网通讯是以在NATs之间建立识别相互联络的节点的48位连 结(binding)的方式进行。地址空间划分成一组已注册24位全域地址及一组由互 联网地址号码授权中心(Internet Address Numbers Authority, IANA)制订的未 注册24位区域地址。专用网络得就该未注册地址空间使用任何地址。公众或全域 地址经注册且每一 NAT获得此地址团中的一地址的指定。
发明人确认到需要修改传统的网络地址转译功能以处理容许移动节点(MNs)于其自己的专用网络内迁移的情况以及容许MNs从一专用网络迁移至另一专用网 络的情况。
(3)

发明内容
本发明针对一种新颖的系统和方法，其结合移动率管理与最佳路由选择以 用于一移动空中接口。
本发明提出一种用以支持移动互联网通讯的网络系统，其包括多个路由器 (Routers)及多个移动节点(MNs)。每一路由器有一唯一通讯地址。每一 MN可移动至多个不同位置经由不同位置的不同路由器与互联网联络。每一MN 伴随着一个原地路由器。
每 一 路由器有 一 相伴移动节点位置列表(Mobile Node Location List)识别 以此路由器为原地路由器的每一MN以及一对应于每一此等MN的一当前位置 的路由器的通讯地址。每一MN可从该MN经由一路由器与互联网联络的一旧 位置移动至该MN经由一不同路由器与互联网联络的一当前位置。在当前位置 经由该不同路由器进行的通讯是藉由对该MN的原地路由器联络该不同路由器 的通讯地址作为对应于该MN的当前位置的通讯地址。因此，从一对应节点 (corresponding node, CN)到一选定MN的一数据通讯是藉由访问该选定MN 的原地路由器的移动节点位置列表以判定对应于该选定MN的当前位置的通讯 地址且将该数据通讯导向该己判定通讯地址的方式联络给该选定MN。
在一实施例中，该网络包含多个访问路由器(Access Routers, ARs)作为 路由器。每一 AR有一唯一互联网协议(Internet Protocol, IP)地址以及ARs 对MNs联络数据的一地域访问范围。每一 MN伴随着一个原地AR且每一 AR 有一相伴节点位置表(Node Location Table, NLT)作为它的移动节点位置列表。 此NLT识别以该AR为原地AR的每一 MN及每一此等MN的一当前位置的IP 地址。
每一 MN可移动至其原地AR的访问范围以外到其它ARs中任一选定AR 的访问范围内的一个位置以经由该选定AR接收数据。为此目的，该MN通知 其原地AR以该选定AR的IP地址作为其当前位置。因此，从另一节点〔一般 称为对应节点(CN)〕到一选定MN的一数据通讯藉由发出一对该选定MN的原地AR的IP地址的査询、自该选定MN的原地AR的NLT接收该选定MN 的当前位置的IP地址且将该数据通讯导往所收到IP地址的方式联络给该选定 MN。
较佳来说，该网络系统包含多个访问点(Access Points, APs)。每一 AR 伴随至少一个AP使MNs经由该等APs与ARs联络。每一 AP有一访问范围， 在此范围内对MNs联络数据。伴随一给定AR的APs的访问范围总括定义为 该AR的访问范围。
最好该网络系统亦包含多个访问网络网关器(Access Network Gateways, ANGs)。每一ANG伴随至少一个AR且每一ANG与互联网连接。
本发明提出一种利用标准格式数据包封于互联网内在一对应节点(CN)与 一移动节点(MN)之间联络的新颖方法。整体而言，该互联网数据包封标准 格式为有一标题部分及一数据部分的数据包封，其中该标题部分包含一根源互 联网协议(IP)地址、 一目标IP地址及一协议类型。在本发明的方法中，该 CN经由一个有一第一 IP地址的AR与互联网联络，该MN伴随着一个有一第 二 IP地址的原地AR且该MN经由一个具有一第三IP地址的AR与互联网联 络。在该MN经由其原地AR通讯的情况中，该第二和第三地址是相同的。
该CN发送一第一数据包封确认以该第一 IP地址作为标题根源IP地址， 以该第二 IP地址作为标题目标地址，以一互联网控制信息协议(Internet Control Message Protocol, ICMP)作为标题协议类型，且在该第一数据包封的数据部分 内包含一对该MN的位置的查询。该原地AR自该CN接收该第一数据包封且 以一第二数据包封应答，其中以该第二IP地址为标题根源IP地址，以该第一 IP地址为标题目标IP地址，以一ICMP为标题协议类型，且在该第二数据包封 的数据部分内包含一含有该第三IP地址的査询应答。该CN接收该第二数据包 封且发送至少一第三数据包封，其中以该第一IP地址为标题根源IP地址，以 该第三IP地址为标题目标IP地址，以一数据信息协议为标题协议类型，且在 该第三数据包封的数据部分内包含该MN的一识别码及给该MN的通讯数据。 该MN经由与其联络的AR接收该第三数据包封所含的通讯数据。
较佳来说，该原地AR维护一节点位置表(NLT)以识别以此AR为原地 AR的每一MN及每一此等MN的一当前位置的IP地址。因此，该原地AR参照该节点位置表(NLT)造出该第二数据包封的数据部分。
该方法最好亦包含在该MN经由一非其原地AR的AR与互联网联络时由 该MN发送一标准格式数据包封。该MN数据包封包含作为标题根源IP地址 的第三IP地址，作为标题目标IP地址的第二IP地址， 一作为标题协议的用户 数据协议(User Data Protocol, UDP)，且在该MN数据包封的数据部分内包含 该原地AR与第三IP地址的一识别符。该原地AR接收该MN数据包封且利用 此数据包封的数据部分更新伴随该原地AR的NLT。
在另一实施例中，每一路由器为一网络地址转译路由器(Network Address Translation router, NAT)。然后该系统最好包括多个网络，其中每一网络有一 具备一唯一全域地址的不同NAT、伴随NAT的至少一个主机(Host)以及至 少一移动节点(MN)。该等移动节点(MN)经由该等主机在该系统内联络。
每一主机伴随着一个NAT且有一其能对该等MNs联络数据的服务区。每 一MN在一原地网络内有一原地主机，其定义一预设区域地址与该原地网络的 NAT的全域地址配对以定义该MN的一预设连结。
本发明让每一网络的NAT具备一相伴的移动-原地数据库(Mobile-Home Database, MHD)作为其移动节点位置列表，此数据库将以该网络为其原地网 络的每一MN与a)该MN与该网络内一主机的一当前关联的一个区域地址或 b) —由该MN与一不同网络内一主机的一关联的一个区域地址以及该不同网 络的NAT的全域地址所定义的连结视为一体。每一网络的NAT的MHD亦将 每一来访MN(亦即一在当前与该NAT相关的一主机有关联但有一不同原地网 络的MN)与该MN的当前主机关联的一个区域地址视为一体。
每一 MN得从该MN经由一在一具有一第一 NAT的第一网络内的第一相 伴主机联络数据的一位置移至一在该第一网络内的一第二主机服务区的位置 以经由该第二主机联络数据。经由该第二主机的MN通讯是藉由对该第一NAT 的MHD联络一反映出该MN与该第二主机的关联的区域地址而促成。
每一MN亦得从该MN经由该第一网络内第一相伴主机联络数据的一位置 移至一在一具有一第二 NAT的不同第二网络内的第三主机的访问范围内的位 置以经由该第三主机联络数据。经由该第三主机的MN通讯是藉由对该第二 NAT的MHD联络一反映出该MN与该第三主机的关联的区域地址而促成。在该第二网络并非该MN的原地网络的情况中，该MN亦对该MN的原地网络 NAT的MHD联络一包含一反映出该MN与该第三主机的关联的新区域地址及 该第二 NAT的全域地址的连结。
该系统藉由建立一以一选定MN的预设连结或在该MN的原地网络NAT 的MHD内反映出的连结为本的连结使自一对应节点(CN)至该选定MN的一 数据通讯能够联络给该MN。建立起该连结的该NAT将该通讯导往在其MHD 内确认的该MN的区域地址。
一较佳系统包含至少一伴随着多个主机的网络及至少一个身为多个MNs 的原地主机的主机。非移动式的节点亦可能与该系统内的主机有关。这些节点 得由相关主机的网络的MHD识别，或者该网络的NAT得设定为略过将通讯导 往非移动式节点的MHD。
较佳来说，每一网络的NAT的MHD识别24位的区域和全域地址及一位 置栏。每一以此网络为其原地网络的MN在NAT的MHD内与a)该MN与该 网络内一主机的一当前关联的一个区域地址、 一空全域地址、及在该位置栏内 的一原地标记(home flag)，或b) —由该MN与一不同网络内一主机的一关 联的一个区域地址及该不同网络的NAT的一全域地址所定义的连结以及在该 位置栏内的一离去标记(away flag)视为一体。每一来访MN最好在所访网络 的NAT的MHD内与该MN的当前主机关联的一区域地址、 一空全域地址、及 位置栏内一原地标记视为一体。在一根源/对应节点(CN)与一MN之间以当 对应位置栏有一离去标记时该MN的原地网络NAT的MHD内所反映出的连结 为本建立一连结。
本发明得用于施行一种互联网架构，其由个别经由NATs连接于互联网主 干的大量专用网络组成。在同一专用网络内的主机能相互联络，且亦能经由互 联网主干与外界主机联络。每一专用网络内的路由器维持其自有的区域路由，
且该主干内的路由器维持其自有的外路由。更明确地说，在一特定网域内的路 由器并不认识该网域以外的路由器。同样的，主干(公众)路由器并不认识接
往任何区域地址的路由器。
熟悉本技术的人员将会从以下发明详细说明更为明了本发明的系统及方 法的其它目的和优点。10、 12、 20:专用网络
40、 42、 50:网络
縮写用词表
本说明书用到下列縮写词
ANG Access Network Gateway
访问网络网关器 APAccess Point
访问点 AR Access Router
访问路由器 BER Bit-Error Rate
比特差错率 CNCorresponding Node
对应节点 COA Care of Address
转送地址 DNS Domain Name Server
网域名称服务器 FNForeign Network
外网络 HA Home Address
原地地址 HNI Home Network Identifier
原地网络识别符 I ANA Internet Address Numbers Authority
互联网地址号码授权中心 ICMP Internet Control Message Protocol
互联网控制信息协议 IETF Internet Engineering Task Forces互联网工程任务推动小组
IP Internet Protocol
互联网协议 IP in IP Internet Protocol-In-Internet Protocol
双重互联网协议 MCN Mobile Communication Network
移动通讯网路 MHD Mobile-Home Database
移动-原地数据库 MN Mobile Node
移动节点
NAT Network Address Translation Router
网络地址转译路由器 NDP Neighborhood Discovery Protocol
邻域发现协议 NLT Node Location Table
节点位置表 OSPF Open Shortest Path First
开放最短路由优先 QoS Quality of Service
服务品质
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol
传输控制协议/互联网协议 UDP User Datagram Protocol
用户数据包封协议 VA Visiting Address
造访地址
3GPP Third Generation Partnership Project
第三代合作计划(4)


图1为一与互联网相关的移动网络的架构和布局的简图。 图2为一依据本发明的访问路由器的一节点位置表。 图3为一习知互联网数据包封的图表。
图4为一依据本发明的互联网控制信息协议(ICMP)格式的图表。 图5为一依据本发明的用户数据协议(UPD)的图表。 图6为一可应用于本发明一第二实施例的与互联网相关的移动网络的架构 和布局的简图。
图7为一习知互联网通讯连结的图表。
:图8绘出一依据本发明绘于图6的网络地址转译路由器(NATs)其中 的一的移动-原地数据库(MHD)的局部。
图9绘出一依据本发明绘于图6的网络地址转译路由器(NATs)其中的 一的移动-原地数据库(MHD)的局部。
(5)
具体实施例方式
本发明提出优于现行移动率管理协议(特别是当前的3GPP移动IP)的改 进。本发明在IP数据包封内包含原始CN的身份(identity)的同时免除对于 自一CN至一丽的IP-in-IP封装的需求，运用OSPF使自发送器至接收器的路 由最佳化，亦即无须像移动IP—般要经由原地AR穿隧。尽管本发明可应用于 无线网络和有线网络，本发明对架空时间的縮减使其特别适合3GPP移动IP网 络中的无线空中接口通讯。
参照图1，其绘出一习知移动通讯网路(MCN)的架构和布局。图中所示组 件与下列术语和定义有关。移动节点(MN)意指一能改变其与互联网的附接点 的IP移动终端机。访问点(AP)为一提供对MNs的有线或无线空中接口连接 的访问点。本发明在应用于促进一连续通讯的交递(hand-off)时通常仅会用 在与无线丽接口相关的情况。访问路由器(AR)为一连接于一或多个AP的IP 路由器。每一 AR代表单一 IP地址。访问网络网关器(ANG)为一将子网络连 接于互联网主干的IP网关器。连接于同一 ANG的ARs的组合隶属于同一子网络。相反地，连接于不同ANGs的ARs为不同子网络的一部分。
每一 MN预先指派给一称为其"原地网络(home network) 〃的单一子网 络。每一原地网络由一称为原地网络识别符(HNI)的识别符识别。MN在其原 地网络内连接于一称为"原地AP (home AP) 〃的访问点，然后此访问点连接 于一称为"原地AR (home AR) 〃的路由器。每一 AR有一唯一 IP地址，因此 在一顧与其原地AR间的链接代表一通往互联网的单一连接点。在网络内的每 一丽分派有一固定值称为其主机名称， 一般也称为其节点名称。此丽主机名 称不会因该MN在MCN内移动而改变。更明确地说，每当连接于AR的任一 顧 对一互联网网域名称服务器(DNS)查询一指定顧的一 〈HNI，主机名称〉对， 该DNS会回以该指定腦的原地AR的IP地址。
众所周知要发送TCP/IP (传输控制协议/互联网协议)数据封包以完成自 一根源节点至一目标节点的数据传输。利用IP标题的一目标IP地址为该封包 排定至目标AR的路线。然后该AR将该数据封包广播给与其附接的所有AP。 TCP "目标端口号(destination port number) 〃栏含有目标MN的主机名称。每 一AP登录着当前与其附接的MNs的主机名称。若一AP接收到一个端口号(主 机名称)与其所登录的主机名称其中的一相符的封包，即经由此接口将该封包 传输给该MN。否则即拋弃该封包。
图1简略绘出两个子网络10， 20，每一子网络经由其自有的ANG与互联网 联络。第一子网络10包含ARS、 AR0和AR1。路由器AR0伴随着AP0， 0和AP0， 1。 一移动节点MN0， 0以AP0, 0为其原地AP且以AR0为其原地AR。一移动节点MN0， 1 以AP0， 1为其原地AP且以AR0为其原地AR。子网络10的第二访问路由器AR1 伴随着访问点API, 0。移动节点MN1， 0和MN1， 1以AP1， 0为其原地AP且以AR1 为其原地AR。
第二子网络20包含访问路由器ARi及相伴访问点APi， 0。移动节点丽i， 0 至丽i， k以访问点APi， 0为其原地访问点且以访问路由器ARi为其原地AR。图 中为求简洁仅示出移动节点MNi， 0、 MNi，l和MNi，k。图中绘出移动节点MNi， k 透过访问点A P1 ， 0和访问路由器A R1经由第 一 子网络10与互联网联络。
本发明的移动率管理协议是设计给遍及一移动核心网络(Mobile Core Vetwork)迁移的移动节点。此协议适用于在一单一子网络内移动或横跨多个子网络的MNs。依据本发明的协议，每当目标移至一新AR，即告知根源该目标 的新位置。若该顧移至一新AP但仍附接于相同的AR，此意味着伴随该丽的 IP地址未曾改变。相反地，若一腦变成附接于一不同AR，其IP地址改变以 指示一新路由。举例来说，图中显示移动节点MNi，k离开其原地子网络20且 经由路由器AR1的地址而非路由器ARi的地址与互联网联络。
图1的移动节点丽O，O可潜在地重新定位以透过访问点AP0， 1取代其原地 访问点AP0，0联络。在此情况中，MNO，0会经由其原地访问路由器AR0保持与 互联网联络，是以其相伴IP地址未曾改变。然而，若移动节点MNO，O是经由 访问点AP1，0访问互联网，尽管丽O,O仍留在其原地子网络10内，其IP地址 会改成访问路由器AR1的地址。
在常态作业过程中，顧可遍及于MCN移动。为促成在任一给定时间定位一 MN的能力，每一AR保有一目录称为一 "节点位置表〃 (NLT) 。 NLT含有一以 此AR为原地AR的所有MNs的节点名称(主机名称)的详表，以及由顧用以 与互联网联络的AR的IP地址反映出的当前位置。若丽在其原地AR，则其IP 地址为其原地AR的地址。然而，如果MN已离开其原地AR，则其IP地址唯一 外AR的地址。
图2绘出一伴随着子网络20的访问路由器ARi的节点位置表30，其具备 如图l所示的MNs的项目内容。处于"原地〃 的移动节点的当前位置为ARi的 IP地址。表30反映出MNi，k的当前IP地址为子网络10的路由器AR1的IP地 址，此与丽i，k的图标位置相符。
在IP数据包封能发送至一目标顾的前，必须先在根源或对应节点(CN) 的AR与目标丽的AR之间建立一TCP连接。在做此事的前，根源CN先确定目 标移动节点的当前位置。藉由在同级点(peer)之间利用标准格式数据包封交 换一对ICMP (互联网控制信息协议)信息的方式完成此事。ICMP是一种用于 标准格式互联网数据包封的数据部分内的习知协议。ICMPs有一TYPE栏，此栏 的类型20和21迄今未曾用过。
图3绘出互联网通讯的一标准格式数据包封。该数据包封包含一标题部分 和一数据部分。该标题部分包含一根源IP地址栏、 一目标IP地址栏、及一协 议类型栏。该数据部分对应于在该标题协议类型栏内指示的协议类型。图4绘出一种在一标准格式互联网数据包封的数据部分内联络的ICMP格
式。图4的ICMP依据习知ICMP格式包含一类型栏、 一代码栏、 一核对和栏、 一识别符栏、 一顺序数栏、及一随选数据域。本发明的ICMPs最好在类型栏内 使用类型20或21 (详见下文说明)，然就本发明的目的来说亦可使用过去未 定义的类型。
为了自一 CN联络数据给一 MN，该CN首先用该目标MN的节点名称编入一 DNS内且依据习知协议检索该顧的原地IP地址。接下来，该CN构造出一标准 格式数据包封，其含有一标题部分及一在一数据部分内的ICMP节点位置查询 信息。该CN数据包封标题以该CN的AR的IP地址为标题根源IP地址，以该 顧的原地AR的IP地址为标题目标地址，且以当前指派给ICMPs的'1'为标题 协议类型。该ICMP节点位置査询信息具备下列字段设定
类型=20 -节点位置査询
识别符=节点名称-目标顧的节点名称
其余字段以一习知方式填入，且将完成的ICMP信息置入该CN的IP数据 包封框架的数据部分内。将完成的IP数据包封发送给该目标顧的原地AR。该 目标MN的原地AR —旦收到即评估核对和数据以确认是否自该CN正确收得该 ICMP查询信息。若核对和未能指示一正确ICMP信息则不会有任何响应且该CN 必须重送其査询。若正确地收到该ICMP信息，该目标MN的原地AR用该CN的 ICMP识别符编入NLT内并检索该目标丽的当前IP地址。然后该目标丽的原 地AR构造出一具有一应答ICMP信息的响应数据包封并将其回送给该CN。该响 应数据包封的标题以该目标MN的原地AR的IP地址为标题根源IP地址，以该 CN的AR的IP地址为标题目标地址，且以当前指派给ICMPs的'l'为标题协议 类型。该ICMP节点位置査询应答信息具备下列字段设定
类型=21 -节点位置査询应答
识别符=CN的节点名称
随选数据=目标丽的当前IP地址
代码=1或13 - ' 1'表示该顯目前不可用， 且'13'表示该MN目前可用。
其余字段以一习知方式填入，且将完成的ICMP信息置入响应数据包封框架的数据部分内。该丽的原地AR得视需要以其NLT所指示的IP位置对该目
标丽发送一信息以判定该丽是否有活动地连接于互联网。若在一选定的超时
周期内未曾收到该査询的确认，该MN的原地AR会用代码'1'响应给该CN。在 此情况中，该AR亦可设定为在NLT内将该目标丽的当前位置重设为原地AR。
完成的IP数据包封发送给该CN。该CN的AR—旦收到即评估核对和数据 以确认是否正确收得该ICMP查询应答信息。若核对和未能指示一正确ICMP信 息则不会采取任何动作且该CN必须重送其查询，因为其不会收到应答。若正 确地收到该ICMP信息，该CN的AR用该ICMP的识别符将该目标顧的当前IP 地址转送给该CN以及该CN是否可用的信息。
一旦知道了 IP地址，即在该发送者CN与接收者MN之间建立一 TCP连接 且进行数据转移。假设该丽是可用的，该CN构造出一或多个具有给该目标丽 的数据的TCP/IP数据包封且将其直接以该MN的当前IP地址发送给该MN。该 等TCP/IP数据包封的标题以该CN的AR的IP地址为标题根源IP地址，以该 目标丽的当前AR的IP地址为标题目标地址，且以当前指派给TCP/IP数据的 '6'为标题协议类型。
若一目标丽在仍与CN联络的同时重新定位至一新AP，则进行"交递作业 (hand off) 〃 。就交递作业来说，要通知该CN该目标MN的新位置，使该目 标顧能丝毫不漏地继续接收数据。在重新定位的后，若该目标MN的新AP是 连接于同一AR，亦即该MN的当前IP地址不变，则能正常地继续连接。另一方 面，若该丽移至一伴随一不同AR的AP，该顧的当前IP地址会改变且必须通 知该CN此新IP地址。 一旦得到通知，该CN用该目标MN的新当前IP地址作 为TCP/IP数据包封内的标题目标地址。
要重新导引数据通信流时，MN对每一含有该目标MN的新当前IP地址的 CN及该顧的原地AR发送一用户数据协议(UDP)信息。在未与一CN进行一在 线通讯的情况中，一UDP通讯数据包封仅发送给该MN的原地AR。此亦发生在 该MN因重新定位至一处于所有兼容APs的访问范围以外的位置或只是因为将 其关掉而完全脱离互联网的情况而做MN重新连接的后。图5绘出一依据本发 明使用的UDP信息的格式。
该UDP信息包含一根源主机名称栏， 一目标主机名称栏，一UDP信息栏及一核对和栏。在该丽的UDP信息内，该顧的节点名称放在根源主机名称栏内，
且该CN的节点名称或MN的原地AR的节点名称分别放在目标主机名称栏内。 新的丽当前IP地址放在该UDP信息的UDP信息栏内。该UDP信息长度通常设 定为12字节，因其为3字长。
该UDP信息包容于如图3所示的一标准格式数据包封的数据部分。该目标 画的数据包封标题分别以该CN的AR的IP地址或该MN的原地AR的IP地址为 标题目标IP地址，且协议类型标示为"17"，此为当前指派给UDP信息的识 别码。
该MN的UDP信息数据包封的标题根源IP地址会依所施行的交送(hand over)的类型而定为"旧的〃 MN当前IP地址或"新的〃 MN当前IP地址。施 行交送的一较佳方法为"先接再断(make before break) 〃 ，其中该丽在停 止经由既有("旧〃 )AR的通讯的前取得其将要联络的新AR的地址。在此等 案例中，该丽的数据包封标题根源IP地址会是既有的("旧〃 )IP地址，而 该MN的新位置IP地址储存在该丽的数据包封的UDP信息的UDP信息栏内。 否则该UDP信息是在己开始经由新AR与目标丽通讯的后联络，且该MN的UDP 信息数据包封会以新AR的地址作为标题根源IP地址。
为了让目标丽取得其将要联络的新AR的地址，该MN发送一习知的邻域 发现协议(NDP)信息。此NDP信息为一送回与具有一内有已重新定位的目标 顧的访问范围的AP相关的路由器IP地址的标准协议。然后该丽发送UDP信 息数据包封以通知CN及该丽的原地AR该NDP结果。该原地AR以所收到该丽 的UDP信息数据包封内的新IP地址更新其NLT。
该原地AR得视需要对该丽发送一确认UDP信息或他种确认信息以证实该 NLT的更新。对于该丽的原地AR所收到的UDP的核对和有误的情况的处理方 式很重要。在此情况中，NLT不会更新，因为该原地AR不会处理该UDP内的信 息。在没有一确认的情况下，于一选定的超时周期的内由该原地AR发送给该 丽的确认许可该丽重新发送该UDP信息。
在目标MN自一 CN接收数据的同时进行移动的情况中，该丽发送含有给 该CN的NDP结果的UDP信息。然后该CN藉由以新AR的IP地址作为TCP/IP 数据包封内的标题目标IP地址的方式重新导引该等TCP/IP数据包封。就于转换期间传输的数据块来说，该丽与CN得联络决定该目标丽得自该CN的最终 成功接收TCP/IP数据包封，使该CN能对在新IP地址的目标丽重新发送任何 遗漏的TCP/IP数据包封。另一种选择，得采取将该目标MN未收到的数据包封 自"旧的"AR转送至"新的〃 AR。
如图6所示，本发明的一第二实施例施行为专用网络10，12，20经由具网 络地址转译能力的路由器(NATs)连接于一外界互联网主干。运用此一系统， 得将大量的专用网络连接于外界互联网主干。不同专用网络内的主机能利用由 IANA指派的NAT注册地址经由该主干相互联络。同一专用网络内的主机能利用 未注册地址其中的一相互联络。因此，此等注册地址是全域唯一的，而未注册 地址仅具有区域有效性。该等区域地址与全域地址为互斥的且传统上各为24 位。
举例来说，网络40、 42和50分别经由具NAT能力的路由器NAT-A、 NAT-B 和NAT-N连接于互联网。NAT-A、 NAT-B和NAT-N各自由IANA指派一唯一全域 地址。每一专用网络40，42，50内的节点以节点所连接的主机为该指派区域地 址。举例来说，图中显示节点丽。,经由HostA。连接于专用网络40，因此在HostA。 的节点MN。,A。的区域地址是一个表现出此连接的24位码。为了方便起见，在图 6和7中，一 NAT的全域地址以NAT名称识别，且指示一特定节点MNX与一 Hostx 间的一连接的区域地址表示为MNx@Hostx。
若有一通讯及/或数据封包要从一网络内的一节点发送至另一网络内的一 节点，在能进行数据转移的前，要先建立一习知的NAT表。传统上将一开始进 行接洽的节点称为对应节点(CN)。就节点对节点的通讯来说，第一组动作为 由该等节点当前连接的网络的NATs建立一连结。习知程序见于互联网工程任 务推动小组(IETF)征求建议文件(Request for Comments, RFCs) 1631和 3032。 一旦建立起一连结，得由以所建立的连结为本横跨全域互联网并到达接 收节点的NAT的对应节点(CN)发送一互联网协议(IP)数据封包。
图7绘出建立于CN与接收节点间的习知连结表的格式。此等连结是由节 点的全域和区域地址组合所构成。举例来说，在网络40内作为CN的节点丽(u。 可联络网络50内的节点MN。,B。。就节点丽。,A。来说，连结数据为组合的全域网址 NAT-A与区域地址丽。,A。(gHostA。。就节点丽。,B。来说，连结数据为组合的全域网址NAT-B与区域地址MN。,B。@HostB。。
将一数据封包自节点MN。,a。外送至节点MN。,b。的程序如下。将编码为以该全 域地址NAT-A为根源地址且以全域地址NAT-B为目标地址的封包自该根源节点 丽。,a。发出。收信的NAT (在本实例中为NAT-B)检査其表内的连结，且检索收 信节点的主机(在本实例中为HostB。)的区域地址。然后将该封包转送给会让 节点MN。,b。收到的主机。在一节点并非移动节点的情况中，其连结数据代表任何 CN可在习知连结系统与协议之下发送数据给它的一个永久地址。然而，移动节 点顧可能改变位置，是以在没有一些系统容纳顧的连接变化的条件下单纯地 对一过往知晓的地址发送数据并不能确保送达。
第八图和图9绘出用以在图标专用网络间施行一微移动率协议的架构。该 架构伴随每一NAT包含一实体称为一移动-原地数据库(MHD)。其为一大型目 录，紧密耦合于每一NAT，用以保持对该等专用网络内的MNs的追踪。其亦指 示出MN在何时移至一外网络(FN)。
每一 NAT的MHD较佳就每一移动节点包含一索引栏， 一原地/离去标记栏 指示一移动节点是否伴随该NAT， 一区域地址或转送地址(C0A)栏及一NAT地 址栏。每一顧有一在原地网络内的原地主机，该主机定义一原地地址(HA)， 此原地地址类似于一非移动式节点的永久区域地址的处在于其为一 CN会用以 接洽该MN的地址。一 MN的预设连结为该MN的原地网络的NAT的全域地址与 该丽的原地地址的一组合。若该丽在原地，会用其预设连结建立一 NAT/NAT 连接以进行CN/MN通讯。
原地主机伴随着一特定NAT (亦即原地网络的NAT)的所有MNs皆会在该 NAT的MHD内有数据记录。识别移动节点的一便利方式为使用其预设或原地地 址(HA)，是以一网络的NAT的MHD的索引栏最好详列以此网络为原地网络的 所有MNs的Has以识别每一 丽的数据记录。
标记栏呈现一逻辑字段，最好有一0值或l值以代表相对于该网络的一原 地状态或离去状态。在本实例中，以0表示该MN与该网络内一主机有连接， 且以1表示该MN与一不同网络有连接。区域地址栏(COA)是用来指示该MN 目前连接那个主机。在该区域地址栏项目内容为一伴随一外网络的主机的情况 中，该全域地址栏含有该外网络的NAT的全域地址。在此情况中，标记栏定为1。该标记栏为0时不需要全域地址值，因为相关全域地址为此MHD的NAT的 地址。
第八图和图9绘出如图6所示在一给定时间点的网络42和50的NAT-B和 NAT-N各别的MHDs的实例记录。
在一丽与其原地主机联络的情况中(例如图中就移动节点MN。,M、 MN。,^和 丽。，所示)，其相伴标记栏定为0且其区域或COA栏的项目内容与其原地地址 相同。不需要NAT地址信息。
就伴随着一并非所属原地主机但为所属原地网络内的主机的主机的MNs来 说，该等顧的原地网络的NAT的MHD具有以0为标记栏且以MN与其非原地主 机的当前关联为区域地址(C0A)的数据项。举例来说，移动节点MN^。有一原 地主机HostB0，但其在图6所示为连接于主机HostBI。该MN于索引栏内以其 HA (丽!,B。(gHostB。)识别，在标记栏内为0且如第八图所示以MNi,B(厄HosU为 COA。不需要NAT地址栏信息，因为Hos^与HostB。伴随着具备相伴全域地址(亦 即NAT-B)的相同网络使其全域地址维持相同。
在一MN从一网络与一不同网络的一主机连接的情况中，该MN以一来访地 址登录于该网络的NAT内。举例来说，节点MN^k在网络50内有其原地主机 HostNk，其经由NAT-N与互联网联络。在图6中显示节点丽i， Nk连接于伴随 NAT-B的主机Hos^造访网络42。因此，对移动节点MNi,敗在NAT-B的MHD内以 MNi,⑥HostM代表的一来访地址VA指派一表示其透过NAT-B与互联网联络的标 记栏0及一 MNi,Nk@HostB1区域地址。
在移动节点(例如MN^J首先开始与外网络(例如网络42)联络的时， 将一通讯发送给其原地网络的NAT (在此案例中为NAT-N)以促成有效的通讯 重新导引。送往MN的原地网络的NAT的通讯藉由将标记栏设为1且提供后续 互联网通讯的连结数据的方式改变该NAT的MHD内有关该MN的表列内容的数 据。该连结数据由指派的来访地址VA及该MN所造访网络的NA的全域地址组 成。
以移动节点MN,Nk为例，图9中NAT-N的MHD反映出一标记值为1、 一区域 地址为MNi,Nk(gHos"U且一 NAT地址为NAT-B。 一意图与移动节点MNj,Nk联络的对 应节点会无法与NAT-N建立一连结，因为NAT-N的MHD内的标记设为1。在此情况中，该连结是以由NAT-N的腿D内MNi,Nk项的区域地址和NAT地址栏代表的 连结建立。然后进行通讯，建立一与外NAT (在此实例中为NAT-B)的连结。
一旦来访MN未建立起一与一不同网络的一主机的关联，其最好在其所造 访网络的NAT的腿D内保有其来访地址VA识别码，此VA亦会在该移动节点的 原地网络的NAT的MHD内反映出来。
若来访移动节点与其所造访网络内的另一主机建立起一关联，其会在所造 访的NAT的MHD内保有其相同的VA识别码，但会具备一新区域地址。此新区 域地址会储存在该来访顧的MHD记录的C0A栏内，且该受访网络的NAT会以 该COA数据为本将通讯导往该MN。在此情况中不需要改变该藤的原地网络的 NAT的MHD。举例来说，若丽i,Nk切换其与Hos"U的关联且连接于HostB。， NAT-B 的MHD内的COA项会从MNi,Nk@HostBl改成MNi,Nk@HostB。，且在NAT-N的MHD 内的各项都没有变化。
较佳来说，主机会周期性地判定是否仍与一来访MN建立一连接。若受访 主机判定该MN已失联且该顧未与另一主机建立一连接，该受访主机得将此事 实联络给其相伴NAT，该NAT会将该来访丽的COA项改成一空数据状态。其一 实例为图8所示来访节点MNh,Pq的项目。该项目显示MNh,Pq己与外主机HosU连 接，然其己不与网络42连接。因此，在图6中未有MNh,Pq与任何主机的连接。 此一项目亦会让一CN知道该丽已未与另一主机建立一连接，因为在MNh,Pq的原 地网络的NAT的MHD记录未曾更新的情况下，该CN仅会经由MN^的VA (亦即 MNh,Pq@HostB1)接洽网络42。若一 CN在此时试图与该来访节点联络且以该丽 的原地主机的NAT提交给受访 网络的NAT，则无法建立一连结且会通讯失败。
当一 顧的原地网络的NAT收到一通讯要将该丽的连结信息从一外NAT改 成另一个，其最好对该第一外NAT发送一信息反映出该MN不再造访该NAT的 网络，如此得将来访节点记录自该第一外NAT的MHD中删除。在一顧造访过 其它网络的后返回其原地网络时最好亦发送此一信息。
CN永远不需要知道顧的当前位置。CN只需注意以一顧的原地地址(HA) 及原地网络的全域地址为本的静态预设连结。此种安排省去要用全域的互联网 发送的登录信息群。
腿Ds与NATs的紧密耦合意味着一 IP数据封包无须先跑到原地网络。该封包得直接穿隧至顧所在的外网络。这避免了声名狼籍的三角路由问题。
让MNs漫游于多个外网络(FNs)的微移动率协议始于CN的NAT试图与画 的原地网络的NAT建立一连结。在MN原地网络的NAT的腿D内的状态位为1 时此程序失败。这代表该丽目前不在其原地网络(HN)内；其在一FN内。该 FN已对该顧指派一 VA，该VA连同该FN的静态全域地址储存在该丽的原地 网络的NAT的顧D内。此连结数据回送给该CN的NAT,然后该CN的NAT与该 FN的NAT建立连结。然后以与该丽连接于其原地网络内一主机的情况的相同 方式进行该协议的剩余部分。
在一丽与一CN联络的过程中，其自一外网络FN1移至一不同的外网络FN2， 在该MN丧失与该FN1的接触时最好将该FN1的MHD内该MN的项目设为0， NULL, NULL。在该丽稍后移至该不同FN2时，其经由一伴随FN2的NAT (NAT-FN2) 的主机Host2与FN2联络。该MN经指派一 VA为MN@Host2，使NAT-FN2的MHD 内该VA的项目设为0， MN@Host2， NULL。将该连结数据(MN@Host2， NAT-FN2) 发送给该MN的原地网络的NAT和该CN的NAT。在该CN的NAT与NAT-FN2之间 建立起一新连结。然后如前所述进行该协议的剩余部分。
在一丽与一CN联络的过程中，其自一外网络FN1移回其原地网络HN，在 该丽丧失与该FN1的接触时最好将该FN1的MHD内该廳的项目设为0， NULL, NULL。在该MN稍后移回其丽时，其经由一伴随其丽的NAT (NAT-HN)的主机 Host^与其丽联络。要注意到HostHN可以是或不是该MN的原地主机HostHome。 该MN在其HN的NAT的MHD内己有其HA的一数据记录为丽(SHost^。该记录 最好随后改变成将相伴数据域设为0，丽(gHostHN, NULL。将该连结数据(顧 @Host,e， NAT-HN)发送给该CN的NAT。在该CN的NAT与NAT-HN之间建立起
一新连结。然后如前所述进行该协议的剩余部分。
上述案例中的该CN的NAT—般是该CN的原地网络的NAT。然而，如果该 CN是一造访一 FN的MN，该CN的NAT为该受访FN的NAT。
熟悉本技术的人员会了解到其它变异和替代方案会涵盖于本发明的范围 以内。
权利要求
1.一种无线通讯装置，其包括位置表，设置以存储一移动节点的一当前路由地址；具有服务的一第一区域的第一路由器，该第一路由器设置以切换该移动节点及一对应节点间的一无线通讯会议至服务的一第二区域中的一第二路由器；响应移动至服务的该第二区域的该移动节点，通过从包含该第二路由器的一互联网协议地址的该移动节点接收一第一讯息，而取得该第二路由器的互联网协议地址；以该第二路由器的所接收互联网协议地址更新该位置表；以及在该切换已经完成的情况下从该对应节点传递一第二讯息至该移动节点至该第二路由器。
2. 如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于该第一路由器 是设置以接收一使用者数据协议信息；以及 回应接收该第一讯息而发送一确认讯息至该移动节点。
3. 如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于该位置表是设 置为一移动-原地数据库。
4. 如权利要求3所述的无线通讯装置，其特征在于该移动-原地数 据库是设置为回应用于该移动节点的服务的区域中的一改变而被更新。
5. 如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于该第一路由器 是设置以通过从该对应节点传递用于该移动节点的一讯息至该第二路 由器而完成该切换。
6. —种用于在无线通讯中使用的方法，该方法包含在一第一路由器存储一移动节点的一当前路由地址于一位置表； 响应从该第一路由器的一第一服务区域改变至一第二路由器的一 第二服务区域的该移动节点，通过从包含该第二路由器的互联网协议地 址的该移动节点接收一第一讯息，而取得该第二路由器的互联网协议地 址；以该第二路由器的该互联网协议地址更新该位置表；以及在从该第一路由器至该第二路由器的一切换尚未完成的情况下， 回应从该对应节点至该移动节点接收一第二讯息，而传递该第二讯息至 该第二路由器。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于该第一讯息是一使用者 数据协议信息，该方法更包含回应接收该第一讯息而发送一确认讯息至该移动节点。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于该方法更包含 该移动-原地数据库是设置以回应用于该移动节点的服务的区域中的一改变而更新该位置表，以反映该移动节点的该当前位置。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于该位置表是设置为一移 动-原地数据库。
10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于该方法更包含 通过从该对应节点传递用于该移动节点的一讯息至该第二路由器而完成该切换。
11. 一种具备一唯一地址的网络地址转译路由器，该网络地址转译 路由器包括一移动-原地数据库，设置以将用于多个移动节点的当前连结信息存储在反映一区域地 址， 一全域地址，以及一原地或一离去指示的数据纪录中；存储用于具有与一主机的一当前连结的移动节点的数据纪录，该主机在区域服务地区中，该区域服务地区反映该移动节点的 当前主机的该区域地址，该网络地址转译路由器的网络的该全域地 址，以及一原地指示；以及存储用于移动节点的数据纪录，该移动节点具有在该区域服 务地区中的一原地主机以及一与不在该区域服务地区中的一主机的一 当前连结，该区域服务地区包含该移动节点的当前主机的该区域地址， 关于该移动节点的当前主机的一网络的一全域地址，以及一离去指示。
12. 如权利要求11所述的网络地址转译路由器，其特征在于移动-原地数据库纪录的每一个包含一移动节点识别栏，用于存储区域地址信息的24比特区域地址栏，用于存储全域地址信息的24比特全域地址栏以及1比特位置栏。
13. 如权利要求12所述的网络地址转译路由器，其特征在于该移 动-原地数据库设置以在一数据纪录的该24比特全域地址栏中存储一空 地址，以指示该网络地址转译路由器网络的该全域地址，以及在一数据 纪录的该1比特位置栏中的1或O作为一原地或一离去指示。
14. 一种存取路由器，其具有一唯一互联网协议(互联网协议)地 址以及该存取路由器对移动节点通讯数据的一地域存取范围，每一移动节点关联于一原地存取路由器，该存取路由器包含一节点位置表，设置以存储反映一存取路由器的一移动节点识别及一互联网协议地 址的数据纪录中用于移动节点的一当前位置信息；存储用于移动节点的此数据纪录，该移动节点具有该存取路由器以作为一原地存取路由器，且该移动节点与该存取路由器直接通 讯，该存取路由器反映该存取路由器的该移动节点的识别及该互联 网协议地址；存储用于移动节点的此数据纪录，该移动节点具有该存取路由 器以作为一原地存取路由器，且该移动节点与一不同存取路由器直接通 讯，该不同存取路由器反映该不同存取路由器的该移动节点的识别及该 互联网协议地址，由此具有该存取路由器以作为一原地存取路由器的每 一移动节点可移向该存取路由器的该存取范围的外面，至另一存取路由 器的存取范围内的一位置，以通过向该存取路由器传达该另一存取路由 器的该互联网协议地址为其当前位置，而经由该另一存取路由器接收数 据；以及该存取路由器设置以通过用于与移动节点数据通讯的一对应节点 回应资料库，该移动节点具有该存取路由器以作为一原地存取路由器， 且该移动节点与其它存取路由器直接通讯，以自用于与具有该存取路由 器以作为一原地存取路由器且与一不同存取路由器直接通讯的一移动 节点数据通讯的一对应节点回应一数据库，该存取路由器从标识该相伴 节点位置表中的该移动节点的该纪录将该不同存取路由器的该互联网 协议地址发送至该对应节点。
15. 如权利要求14所述的存取路由器，其特征在于该相伴节点位 置表纪录的每一个包括一移动节点识别栏以及一互联网协议地址栏。
16. —种无线通讯装置，其包含权利要求14所述的存取路由器。
17. 如权利要求16所述的无线通讯装置，其特征在于该无线通讯 装置包含设置以提供与移动节点的无线通讯的多个存取点。
18. 如权利要求16所述的无线通讯装置，其特征在于包含设置以 提供与互联网的无线通讯的一存取网络网关器，以及设置以提供与移动节点的无线通讯的一存取点。
19. 一种无线通讯装置，其包含权利要求14所述的网络地址转译 路由器。
20.如权利要求19所述的无线通讯装置，其特征在于该无线通讯装 置包含设置以提供与移动节点的无线通讯的多个主机。
全文摘要
本发明涉及一种互联网协议层中低架空移动率管理协议的方法与系统。一种支持移动互联网通讯的系统及方法，运用多个路由器及移动节点(MNs)。每一路由器有唯一通讯地址。每一MN伴随一原地路由器。每一路由器有一相伴移动节点位置列表识别以此路由器为原地路由器的各MN以及一对应于各MN的当前位置的路由器的通讯地址。每一MN可从其经由一路由器与互联网联络的一旧位置移动至该MN经由不同路由器与互联网联络的当前位置，此位置经由不同路由器进行的通讯是藉由对MN的原地路由器联络不同路由器的通讯地址作为对应MN的当前位置的通讯地址。从对应节点到选定MN的数据通讯是藉由访问该选定MN的原地路由器的移动节点位置列表以判定对应该选定MN当前位置通讯地址且将该数据通讯导向已判定通讯地址的方式联络给该选定MN。
文档编号C07C29/09GK101605320SQ20091014983
公开日2009年12月16日 申请日期2002年2月14日 优先权日2001年2月21日
发明者普拉哈卡尔·R·吉拉普, 雪利夫·M·夏里尔 申请人:美商内数位科技公司