专利名称：一种无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法
技术领域：
本发明涉及无线网络移动管理技术领域，特别是一种无线多跳网络中利用移动IPv6技术提供节点移动管理的方法。
背景技术：
移动自组织(Ad hoc)网络是一组带有无线收发装置的移动节点组成的多跳无线网络。它有着动态网络拓扑，网络节点自组性等特点，这使得它有着广泛的应用，尤其在战场，紧急救助等不存在基础设施但需要网络快速展开的环境中。Ad hoc网络中不存在基站，一条通信路径可以包含一系列无线链路，这就要求网络中的每一个节点都能充当一个路由器。路由协议是Ad hoc网络研究的一个核心问题，Ad hoc路由协议可以分为先验式(Proactive)和反应式(Reactive)两种。先验式路由周期性的更新路由信息以维护一个全局或者说尽量全局的网络拓扑，例如DSDV路由协议；反应式的路由协议则只是在需要发送数据的时候才获取路由信息。在节点移动性很高的情况，这种路由方式具有较高的效率，比较有代表性的反应式路由协议有Ad hoc网络中按需驱动距离矢量(Ad hoc On-DemandDistance Vector，AODV)路由协议。
移动IP协议是互联网工程任务组(Intemet Engineering Task Force，IETF)的移动IP工作组制定的，它是在全球因特网上提供节点移动功能的网络层解决方案。它提供一种IP路由机制，使移动主机能够以一个永久的IP地址连接到任何链路上。在IPv6网络上支持主机移动是移动IP工作组的重要议程之一。移动IPv6文献[1]D.Johnson，C.Perkins，J.Arkko，“Mobility Support in IPv6”，IETF Internet Draft，draft-ietf-mobileip-ipv6-19.txt，Oct 2002.是IPv6协议中支持移动性的模块，其设计借鉴了移动IPv4开发的经验，并且结合了IPv6协议的新特性。在移动IPv6中定义了3个操作实体移动节点(Mobile Node，MN)、通信节点(Correspondent Node，CN)、家乡代理(Home Agent，HA)。MN是一个可能在不同子网之间漫游的移动主机，CN是网络中与MN进行通信的节点，HA是有移动管理功能的路由器。每一个MN拥有一个固定的家乡地址(Home Address)，MN移动到外地子网时，通过移动检测过程决定其当前所在的位置，使用IPv6地址自动配置机制获取外地链路的转交地址(Care of Address，CoA)；然后启动绑定过程向家乡网络的HA和通信对端CN注册该MN的CoA地址。未知MN的CoA地址的主机将分组发往MN的家乡网络，HA通过隧道将分组转发到MN当前所在的CoA。知道MN的CoA地址的CN将CoA作为IPv6分组的目的地址，把分组直接发送给MN。MN用CoA作为发送分组的源地址，通常在发送的分组中还应包括家乡地址信宿选项。移动IPv6协议中定义了家乡代理注册、三角路由、路由优化、绑定管理、移动检测和动态家乡代理发现等操作过程和相关的安全机制。
发明内容
本方法在Ad hoc网络中定义了网关节点，该节点是Ad hoc网络与有线IPv6网络的通信转换节点，并且充当移动IPv6技术中的家乡代理，负责节点的移动管理。本方法对现有的Ad hoc网络的AODV路由协议添加了网关模式，并且提出了修改移动IPv6中的移动检测状态机和NDP邻居发现(Neighbor Discovery Protocol，协议的方法以保证Ad hoc网络和移动IPv6技术的集成。该设计方案为Ad hoc网络的移动节点提供了漫游管理，并且扩大了传统移动IPv6家乡代理的无线覆盖范围。同时由于IPv6对于安全性和移动性良好的支持，无线多跳网络和移动IPv6技术的结合比起移动IPv4技术有着更好的灵活性和安全性。
本发明的方法适用于移动Ad hoc网络接入IPv6网络的混合网络通信中。
一种在无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法，其特征包括通过修改NDP协议的网关请求和网关宣告消息格式，使之能够在无线多跳网络中传输；利用可以多跳传输的NDP报文，通过修改移动IPv6移动检测状态机保证移动IPv6处理过程在无线多跳网络中正常运行。
该方法，其主要步骤是a)NDP协议的修改修改了NDP协议中的RS路由器请求(RouterSolicitation，RS)和RA路由器宣告(Router Advertisement，RA)消息格式，在RA和RS消息中添加了多跳传输标志位，用来表明该消息可以在无线多跳网络中传输，在RA和RS消息中添加序列号域，用来控制广播过程，避免广播风暴的产生；b)移动IPv6状态机的修改在多跳网络的移动检测过程中，采用单播的RS消息替换NS消息来检测网关是否可达，即在RTR_SUSPECT状态下，向网关发送RS消息(源地址为MN的SiteLocal地址，目的地址为当前网关的SiteLocal地址)，网关接收到RS后，由网关上运行的RADVD(路由宣告后台程序)返回单播RA消息，这样MN如果能够接收到返回的RA消息，则可以自动进入到CURR_RTR_OK状态，如果不能接收到，则进入到NO_RTR状态；c)AODV路由协议的网关模式在这种模式中，AODV路由软件可以启动网关发现过程，从而获得当前Ad hoc网络的网关信息，建立从移动节点到网关的路由。
1.本发明解决的技术问题移动IP协议的设计是基于传统的单跳网络体系结构的。它假设HA和本地网络的任何一个MN之间都有直接的物理连接，这决定了传统的移动IP协议不能在多跳的Ad hoc网络中正常工作。在多跳的Ad hoc网络中提供移动IP支持，对于Ad hoc网络和移动IPv6技术双方都有很重要的意义。从Ad hoc网络的方面讲，利用移动IP技术可以管理Ad hoc网络节点的网间漫游，解决了移动主机在不同Ad hoc子网间的移动切换问题；从移动IP技术方面，引入了Ad hoc网络又可以使得传统的移动IP家乡代理能够融合多跳Ad hoc网络的灵活性，将家乡代理HA的服务范围从单跳无线传输距离扩展到多跳无线网络。文献[3]Yu-Chee Tseng，Chia-Ching Shen，Wen-Tsuen Chen，“Integrating Mobile IP with Ad hoc Networks”，IEEEComputer，36(5)，pp 48-55，2003.提出了一种将Ad hoc网络和移动IP技术集成的设计方案，但是该方案只能运行在IPv4网络环境中，没有解决多跳Ad hoc网络中提供移动IPv6技术支持的问题。
本发明所提出的设计方案就是解决了在多跳的Ad hoc网络中提供移动IPv6支持的技术问题。IPv6是下一代网络的核心技术，IPv6的出现是移动计算的一个重要里程碑。IPv6的主要特性对于未来的无线移动网络的发展非常重要，这些特性包括足够多的IP地址；安全数据包头的实现；目的选项提高了路由效率；地址自动配置等等。IPv6的上述特性使得移动IPv6与移动IPv4相比有更好的灵活性和安全性。另外，在IPv6网络中，利用移动IPv6技术中的动态家乡代理发现的机制可以方便的解决家乡网络中存在多个家乡代理的问题，这是移动IPv4技术不能做到的。因此随着IPv6网络的逐渐推广，在多跳无线网络中提供移动IPv6的支持有着重要的实际意义。
2.本发明的通信网络模型Ad hoc网络是整个IPv6网络的子网，IPv6网络中可能包含多个Ad hoc子网。每一个无线Ad hoc网络都通过至少一个节点接入到有线IPv6网络。连接Ad hoc网络和有线网络的主机被称为网关。每一个网关有两个网络接口卡，一边连接有线网络，一边连接无线Ad hoc网络。网关是不能移动的，因为它有固定的有线网络连接。然而非网关的Ad hoc网络节点是可以自由移动的，可以在不同的子网之间漫游。网关负责Ad hoc网络和有线网络之间的信息交互，转发两种网络相互通信的数据包。为了支持移动IPv6，每一个网关充当本地Ad hoc网络的HA(Home Agent)。它周期性的发送ROUTER_ADVERTISEMENT消息向Ad hoc网络中的节点宣告它的服务，通过设置ROUTER_ADVERTISEMENT消息的最大传输跳数(Hoplimit)来控制自己管理的Ad hoc子网规模。Ad hoc网络中的移动节点对应移动IPv6中的MN，当移动节点在不同Ad hoc子网之间漫游时，采用移动IPv6的移动切换技术保证通信的连续性。网络模型如图1所示。
3.发明技术方案该方案主要有路由，网关宣告和移动IPv6几个模块。路由模块负责Adhoc网络内的多跳通信，协议栈修改主要是针对Ad hoc网络的需要对现有的NDP协议进行改进，移动IPv6模块负责移动节点的漫游管理。本设计方案中采用按需驱动的AODV路由协议，选择这个路由协议的原因是它是一种常用的按需驱动路由协议，并且能够方便的和文献[2]Mika Rantonen，Johanna Keisala，“IP Address Auto-configuration with DAD minimization forAd hoc Networks”，IETFInternetDraft，draft-rantonen-manet-idaddress-dad-adhocnet-00.txt，August 2003.中的Ad hoc网络地址自动配置方案结合。
3.1路由模块为了移动IPv6技术的需要，本方案中为AODV路由协议添加了网关模式。在这种模式中，AODV路由软件可以启动网关发现过程，从而获得当前Ad hoc网络的网关信息，建立从移动节点到网关的路由。另外在AODV路由协议中集成实现文献[2]中的Ad hoc地址自动配置方案，并且用它替代传统移动IPv6技术中的地址自动配置模块。为了实现NDP协议的扩展，AODV路由协议还需要能够识别RA和RS消息，借助AODV路由中的Flooding过程完成RS和RA消息在Ad hoc网络中的广播。
3.2 NDP协议的修改本方案中修改了NDP协议的RS和RA消息的结构并且加入了RS和RA消息在Ad hoc网络的广播，保证了移动IPv6控制消息在Ad hoc网络中正常传输，修改后的消息格式如图2和图3所示。
(1)修改Router Solicitation消息在RS消息添加了M标志位，表示这个RS消息是在Ad hoc网络中传输的，M设为1的消息将可以进行转发。Ad hoc网络中转发RS消息时，IPv6头的Hoplimit设置为合适的值(根据Ad hoc网络规模确定)，IPv6源地址和目的地址都采用Sitelocal类型的IPv6地址。
(2)修改Router Advertisement消息添加了N标志位，标志位N为1时，表示这个消息是在Ad hoc网络上传输的，可以被多跳转发。RA消息的IPv6头中，Hoplimit需要被设置为合适的值，通过这个值网关可以决定它管理的Ad hoc网络的规模。RA的IPv6源地址和目的地址也采用Sitelocal地址。
在修改的NDP协议中，RA和RS消息有多播和单播两种，单播的RA和RS消息用在移动检测过程中网关是否可达的检测，多播消息用在网关请求中。不管是单播还是多播的RS和RA消息，都由AODV路由协议保证它们的多跳传输。修改后RS和RA消息中的Sequence用来在Flooding过程中防止广播风暴的发生。
3.3移动IPv6模块本方案中简化了移动IPv6技术中的移动检测过程。在移动检测过程中，采用单播的RS消息替换NS消息来检测网关是否可达。即在RTR_SUSPECT状态下，向网关发送RS消息(源地址为MN的SiteLocal地址，目的地址为当前网关的SiteLocal地址)，网关接收到RS后，由网关上运行的RADVD(路由宣告后台程序)返回单播RA消息，这样MN如果能够接收到返回的RA消息，则可以自动进入到CURR_RTR_OK状态，如果不能接收到，则进入到NO_RTR状态。修改的移动IPv6移动检测状态转换如图4所示。
通过上述修改，移动IPv6中就可以只利用修改后的RS和RA消息实现移动检测，保证了它在Ad hoc网络的正常工作。另外，本方案利用集成在AODV路由软件中的Ad hoc地址自动配置模块替代了移动IPv6的地址自动配置过程，从而保证了移动IPv6地址配置模块在Ad hoc网络中的正常工作。
3.4设计方案的总体架构总体设计框图如图5所示。扩展路由模块(E-AODVD)是网络路由模块，集成了扩展AODV路由协议(普通的AODV路由协议添加了Ad hoc网关发现功能)和Ad hoc地址自动配置方案，为Ad hoc网络节点提供路由和地址配置功能。RADVD模块是路由器宣告模块，它是一个后台程序，运行在网关上处理接收到的RS消息，发送单播或者多播的RA消息。上面的这两个模块在系统的用户态实现，利用RAW Socket接收和处理IPv6报文。E-MIPv6模块是系统的移动IPv6模块，修改了传统移动IPv6的移动检测和地址自动配置过程。E-MIPv6模块调用协议栈的IPv6隧道模块和IPv6网络过滤模块来建立隧道和处理报文。
图1是本发明的无线多跳网络中移动IPv6网络模型图。
图2是本发明的修改的RS消息格式图。
图3是本发明的修改的RA消息格式图。
图4是本发明的修改的移动IPv6移动检测状态机图。
图5是本发明的总体设计框图。
图6是本发明的无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法的流程图。
具体实施例方式
图6的无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法的流程中具体步骤如下S1一个移动节点加入家乡网络，移动管理过程开始；S2移动节点处在无路由器状态，它周期性的发送Router Solicitation(RS)消息请求路由器连接，如果它能够收到路由器的RA(RouterAdvertisement)响应消息则该节点进入路由器良好状态；否则保持无路由器状态，注意在本方法中提到的RS和RA消息都是指修改过的RS和RA消息，该消息可以在多跳网络中传输；S3移动节点处在路由器良好状态，在这个状态可以进行正常通信，移动节点每收到一个新的RA消息时都要判断新路由器是否属于家乡网络，用来判断节点是否发生了移动，另外，如果节点在一个计时器过期时没能继续收到路由器的RA消息，则此时表示路由器连接可能出现问题，节点进入路由器怀疑状态；
S4移动节点处在路由器怀疑状态，此时节点开始周期性的发送RS消息以获得路由器连接，如果能够接收到某个路由器的RA消息，则表示路由器连接恢复，返回路由器良好状态(但是此时需要进行节点是否发生移动的判断)，如果等待一段时间未能收到RA消息，则表示节点失去路由器连接，进入无路由器状态；S5移动节点收到新的RA消息以后，将路由器状态设置为良好，并且检查新的路由器是否输入家乡网络，如果新路由器属于家乡网络则表示节点没有移动出家乡网络；如果新路由器不属于家乡网络，则表示该节点移动出了家乡网络，需要开启移动管理过程，开始进行COA地址的自动配置过程，地址配置过程分为两个部分S5.1根据新路由器的网络前缀和本节点的MAC地址组合生成一个IPv6地址作为节点的COA地址；S5.2开启重复地址检测(DAD)过程检查这个COA地址是否会产生冲突，本方法中的DAD采用文献[2]中的Ad hoc网络重复地址检测方法；S6移动管理的绑定更新过程，由于本方法采用了AODV路由的网关模式，所以绑定过程中的所有控制消息能够得到正确的路由转发，在这个步骤中，移动节点分别向家乡代理HA和通信对端CN发送绑定更新(Binding Update)消息，HA和CN维护一个绑定列表，在接收到绑定更新消息之后，将移动节点MN的家乡地址和COA地址进行绑定，将所有发送给HA地址的数据转发给其COA地址，完成移动管理的功能；S7完成一次移动切换过程。
权利要求
1.一种在无线多跳网络提供移动IPv6支持的方法，其特征包括通过修改NDP协议的网关请求和网关宣告消息格式，使之能够在无线多跳网络中传输；利用可以多跳传输的NDP报文，通过修改移动IPv6移动检测状态机保证移动IPv6处理过程在无线多跳网络中正常运行。
2.根据权利要求1的在无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法，其主要步骤a)NDP协议的修改修改了NDP协议中的路由器请求(RS)和路由器宣告(RA)消息格式，在RA和RS消息中添加了多跳传输标志位，用来表明该消息可以在无线多跳网络中传输，在RA和RS消息中添加序列号域，用来控制广播过程，避免广播风暴的产生；b)移动IPv6状态机的修改在多跳网络的移动检测过程中，采用单播的RS消息替换NS消息来检测网关是否可达，即在RTR_SUSPECT状态下，向网关发送RS消息，网关接收到RS后，由网关上运行的RADVD返回单播RA消息，这样MN如果能够接收到返回的RA消息，则可以自动进入到CURR_RTR_OK状态，如果不能接收到，则进入到NO_RTR状态；c)AODV路由协议的网关模式在这种模式中，AODV路由软件可以启动网关发现过程，从而获得当前Ad hoc网络的网关信息，建立从移动节点到网关的路由。
3.根据权利要求1或2的在无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法，其具体步骤如下S1一个移动节点加入家乡网络，移动管理过程开始；S2移动节点处在无路由器状态，它周期性的发送(RS)消息请求路由器连接，如果它能够收到路由器的(RA)响应消息则该节点进入路由器良好状态；否则保持无路由器状态；S3移动节点处在路由器良好状态，在这个状态可以进行正常通信，移动节点每收到一个新的(RA)消息时都要判断新路由器是否属于家乡网络，用来判断节点是否发生了移动，另外，如果节点在一个计时器过期时没能继续收到路由器的RA消息，则此时表示路由器连接可能出现问题，节点进入路由器怀疑状态；S4移动节点处在路由器怀疑状态，此时节点开始周期性的发送(RS)消息以获得路由器连接，如果能够接收到某个路由器的(RA)消息，则表示路由器连接恢复，返回路由器良好状态，如果等待一段时间未能收到RA消息，则表示节点失去路由器连接，进入无路由器状态；S5移动节点收到新的(RA)消息以后，将路由器状态设置为良好，并且检查新的路由器是否输入家乡网络，如果新路由器属于家乡网络则表示节点没有移动出家乡网络；如果新路由器不属于家乡网络，则表示该节点移动出了家乡网络，需要开启移动管理过程，开始进行COA地址的自动配置过程；S6移动管理的绑定更新过程，由于本方法采用了AODV路由的网关模式，所以绑定过程中的所有控制消息能够得到正确的路由转发，在这个步骤中，移动节点分别向家乡代理HA和通信对端CN发送绑定更新消息，HA和CN维护一个绑定列表，在接收到绑定更新消息之后，将移动节点MN的家乡地址和COA地址进行绑定，将所有发送给HA地址的数据转发给其COA地址，完成移动管理的功能；S7完成一次移动切换过程。
4.根据权利要求3的在无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法，其特征在于，步骤S5，移动节点收到新的(RA)消息以后，地址配置过程分为两个部分S5.1根据新路由器的网络前缀和本节点的MAC地址组合生成一个IPv6地址作为节点的COA地址；S5.2开启重复地址检测(DAD)过程检查这个COA地址是否会产生冲突，本方法中的DAD采用Ad hoc网络重复地址检测方法。
全文摘要
本发明属于无线网络通信技术领域，提出了一种在无线多跳网络中提供移动IPv6支持的方法通过修改邻居发现(NDP)协议的网关请求和网关宣告消息格式，使之能够在无线多跳网络中传输；利用可以多跳传输的NDP报文，通过修改移动IPv6移动检测状态机保证移动IPv6处理过程在无线多跳网络中正常运行。其主要步骤a)NDP协议的修改修改了NDP协议中的路由器请求(RS)和路由器宣告(RA)消息格式；b)移动IPv6状态机的修改在多跳网络的移动检测过程中，采用单播的RS消息替换NS消息；c)AODV路由协议的网关模式在这种模式中，AODV路由软件可以启动网关发现过程。
文档编号H04L29/06GK1588948SQ20041008362
公开日2005年3月2日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者王国辉, 周继华, 石晶林 申请人:中国科学院计算技术研究所