专利名称：一种适用于特定场景的移动ip解决方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动互联网的移动性支持技术，特别是指一种适用于特 定场景的移动IP解决方案。针对移动实体具有周期性移动规律或移动规 律可测的场景，通过主动切换，提供一种优化的移动IP解决方法，用于 为列车、公共汽车等具有特定运动规律的实体提供移动IP服务。
背景技术：
移动IP通过引入家乡地址和转交地址的概念分离了传统IP地址的 两重性，采用家乡地址来描述移动节点的身份，而使用转交地址来描述 移动节点的位置，从而为节点提供了网络层的移动性支持，使得节点可 以在移动过程中保持与通信对端之间连续通信。
但是，当前的移动IP技术存在着切换延时大，丢包严重等问题，影 响了上层服务的性能。 一些基于移动IP的改进方案包括快速移动IP和 层次移动IP等相继出现，这些方法在一定程度上改进了基本移动IP的 切换性能。但是，在某些特定场景下性能较差。
移动IP(Mobile IP)错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。是
IP协议的移动性扩展，提供了一种特殊的IP路由机制，将数据包路由到 那些可能一直在快速地改变位置的移动节点上，使得移动节点可以以一
个永久的IP地址连接到任何链路上。2003年Internet工程任务组(IETF, Internet Engineering Task Force)设置了四个工作组，分别研究Internet移 动性中的专门问题，即研究IPv4和IPv6网络中终端移动性支持的
网络切换优化MIPSH0P(MIPv6 Signaling and Handoff Optimization)工作 组，以及在移动IP基础上研究子网移动的NEMO(Network Mobility)工作 组。随着信息网络技术的快速发展，尤其是一些新型网络技术的出现， 使人们对信息的需求在内容和获取方式上都发生了变化。2005年1月， NEMO工作组提出了 RFC3963错误！未找到引用源。。该标准实质上 是MIPv6的扩展，描述了移动子网接入Internet的基本支持协议。当前 对移动IP的研究主要围绕快速切换、平滑切换、层次路由等方面展开工 作。FMIPv6 (Fast MIPv6)错误！未找到引用源。结合二层信息预先为移 动节点配置新转交地址NCoA (New Care-of-Address),同时在前后两个 接入路由器之间构建隧道，减少切换丢包。HMIPv6 (Hierarchical MIPv6) 错误！未找到引用源。通过在外地网络设置移动性锚点MAP (Mobility Anchor Point),分担家乡代理的部分功能来减少全局切换信令的传输。 这些方案主要是通过縮减地址配置时间，减小信令传输时间来减少移动 节点的切换延迟，从而提高移动IP的性能。
现有技术一的技术方案
FMIPv6错误！未找到引用源。是一种用于IPv6网络的快速移动IP 协议。该协议使得移动节点MN可以在当前子网，通过邻居接入点AP
和相连的子网前缀信息预先配置转交地址。MN可以在执行路由器发现
后或者任何时候执行这一过程。通过检领i」，可以获得一个[AP-ID， AR-Info] 二元组，记录AP和它所连的子网信息，MN用该信息快速的检测运动， 当连接到一个名为AP-ID的AP时，MN就可能知道与之相关的新路由 器的信息如它的前缀、IP地址和L2信息，从而使得MN预先配置转交 地址，节省了地址配置延迟。此外，FMIPv6还提供了一种接入路由器 之间的缓存转发机制，使得数据包可以在前后两个路由器之间转发，从 而减少切换丢包。FMIPv6的一般工作过程如图l(a)所示。
假设移动节点MN (Mobile Node)起初连接到前接入路由器PAR (Previous Access Router)，然后发生移动并接入到新接入路由器NAR (New Access Router)，在这一过程中，其消息流程如下所示
(1) 移动节点MN (Mobile Node)在当前位置执行另加接入点AP
(Access Point)发现过程，扫描相邻AP的信息，并发送代 理路由器请求RtSolPr给PAR,请求邻居AP的子网前缀信息；
(2) PAR收到RtSolPr消息后，生成[AP-ID， AR-Info]二元组，并 将其包含在PrRtAdv中回复给MN;
(3) MN从PrRtAdv消息中获得相邻的接入路由器AP及其子网 前缀信息，选择一个新的AP和AR即NAP和NAR，根据子 网前缀信息配置一个新的转交地址NCoA (New care-of Address)，放在快速邻居通告消息FBU (Fast Neighbor Advertisement)消息中发送给PAR;
(4) PAR收到快速绑定更新信息FBU (Fast Update)消息后，取 出NCoA并放在切换确认消息HI (Handover Acknowledge) 消息中发送给NAR进行重复地址检测DAD (Duplicate Address Detection);
(5) NAR收到HI消息后，将重复地址检测结果通过切换确认消 息Hack (Handover Acknowledge)消息发送给PAR;
(6) PAR读取Hack消息， 一旦NCoA成功完成重复地址检测过 程，贝!J发送快速绑定确认消息FBack (Fast Binding Acknowledgment)给MN和PAR,并建立到NAR的隧道，并 开始缓存到MN的数据包；
(7) NAR收到FBack后建立到PAR的隧道，并缓存从PAR发送 过来的数据包；
(8) 当MN离开PAR并接入到NAR后，发送快速邻居通告消息 FNA (Fast Neighbor Advertisement)消息，NAR收到后开始转 发换成数据给MN;
(9) 一旦MN完成与NAR的绑定过程即在更新家乡代理HA (Home Agent)的绑定列表，则NAR删除原来的隧道。
上述过程是预先模式，即MN在PAR预先获得转交地址，但是当 MN因移动速度过快等原因在发送FBU前断开与PAR连接时，FMIPv6 则提供了反应模式即MN将FBU封装在FNA消息中发送NAR，由NAR 发送给FBU，具体过程如图1 (b)所示。
现有技术一的缺点
FMIPv6提供了一种快速切换方法，但是它存在以下不足
(1) 需要扩展现有接入路由器和移动节点功能，部署成本较高；
(2) 缺少一种有效的链路层触发机制，无法准确预测移动节点的切 换时刻；
(3) 缺少一种有效的新接入路由器选择机制，有可能造成网络资源 的浪费。
现有技术二的技术方案
HMIPv6错误！未找到引用源。是在移动IP的基础发展而来的。在 基本移动IP协议中，节点每次发生移动都需要发送绑定更新至其家乡代 理和所有的通信对端，这个过程将导致在网络中产生大量的注册报文， 造成较大的注册往返延时，这些时延将会使活动连接中断。为此，HMIPv6 引入了层次移动的概念，增加了移动性锚点MAP在某一个域内执行本 地家乡代理的功能。
假设移动节点在移动过程中依次接入到AR1、 AR2、 AR3禾P AR4， 其中AR1禾卩AR2位于MAPI域，AR3禾卩AR4位于MAP2域。在上述过 程中，采用HMIPv6的消息交互流程如图2所示。
当移动节点移动到一个MAP域内时，将同时获得链路转交地址LCoA (On-link Care-of Address)和区域转交地址RCoA (Regional Care-of Address)，移动节点先用LCoA与MAP进行注册，然后用RCoA与家 乡代理和对端节点进行绑定更新。MAP将代表它所服务的移动节点接收
所有的包，封装并直接把这些包转发到移动节点的当前地址。如果移动
节点在MAP域内改变了它的当前地址(LCoA)，它只需要向MAP注 册新的地址。因此，不需要改变通信对端和家乡代理上注册的RCoA。 移动节点与通信对端可以保持移动的透明性。当移动节点使用RCoA地 址时MAP就相当于移动节点的本地家乡代理，MAP收到数据分组后使 用隧道发送到移动节点的LCoA。当移动节点在MAP域间进行切换时， 移动节点需要先MAP注册，然后再先HA注册。
MAP概念的引入使得移动节点在MAP域内改变它的三层访问点 时，只需要向MAP执行一次本地绑定更新。
现有技术二的缺点
HMIPv6提供了一种层次移动性管理机制，但它存在一些不足
(1) 需要扩展路由器通告功能、MAP功能等，存在部署难的问题；
(2) 域间切换延迟依然较大且协议交互流程复杂。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种适用 于特定场景的移动IP解决方案，针对现有移动IP技术采用被动的切换 机制造成的延迟过大、协议消息过于复杂等问题，本发明结合移动IP特 定的应用场景，提出了一种适用于特定场景的移动IP解决方案。本发明 主要是针对移动实体具有周期性移动规律或移动规律可测的场景，通过 主动切换，提供一种优化的移动IP解决方法，可广泛适用于铁路、公共 汽车、轮船等系统。
本发明的目的可以通过以下措施来达到 一种适用于特定场景的移动IP解决方案，其解决方案如下
1. 初始化配置时，获取移动实体的运动轨迹和时间周期，包含移动 实体先后接入的子网信息和接入某个子网的时间信息，节点移动路径上 的接入路由器预先建立移动实体的邻居缓存信息；
2. 在移动实体和家乡代理上生成该移动实体的一系列配置信息，在 移动实体上具体记录移动实体沿途上某一时刻采用的IP地址信息，在家 乡代理上记录绑定缓存条目；
3. 移动实体在移动过程中， 一旦发送二层切换，则根据当前的时刻 读取地址信息并主动发起切换注册过程，同时家乡代理也根据时刻信息 读取配置信息，更新绑定缓存；
4. 在更新绑定缓存后，移动实体即可与原有的通信对端继续通信， 并继续执行步骤3。
获取移动实体的运行轨迹和时间周期的方法，包括记录移动实体的 运动规律、采用GPS导航测定功能和采用移动预测功能中的一种或几 种。
移动实体在切换过程中采用基本移动IP方案或NEMO方案或层次 移动IP方案或快速移动IP方案等。
本发明相比现有技术具有如下优点本发明所采用的方法是基于特 定场景下移动实体的移动特点预先在运动轨迹上分配IP地址，减少原有 移动IP方案中的移动检测延时、地址配置延迟和部分消息传输延迟，从 而来提高切换的性能。
图1 (a) FMIPv6消息流程预先模式
图1 (b) FMIPv6消息流程预先模式
图2层次移动IP消息流程
图3本发明的具体流程图
图4切换延时对比图
具体实施例方式
现有移动IP被动的切换机制不适应于铁路、公共汽车等应用场景，
这些场景的特殊之处在于移动实体的运动路径是可测的即移动实体的 下一个切换点是可知的或固定不变的，移动实体的运动具有以下特征
(1) 运动方式受限，移动实体的运动方式受限于运行路线的拓扑。 例如，列车要沿着预先定义的路线(铁路)行驶。
(2) 运动方式规律，移动实体运动方式相对规律和重复。例如，列 车移动网络一般按照相同的路径行驶并在相同的位置(车站)停止，并 且运动时间也是相对稳定和规律。
基于以上特征，本发明利用特定场景的运动特征构建了一个的移动 IP解决方案。
本发明方案的流程图如图3所示，具体过程如下
(1)初始化配置时，获取移动实体的运动轨迹和时间周期信息，至 少包含移动实体先后接入的子网信息和接入某个子网的时间信息等 等，该信息可以通过记录移动实体周期性的运行轨迹来获得，或者通 过GPS导航测定功能获得，或者通过采用移动预测功能获得，或者
综合采用一种或多种方法获取。此外，节点移动路径上的接入路由器 预先建立移动实体的邻居缓存等信息；
(2) 在移动实体和家乡代理上生成该移动实体的一系列配置信息， 在移动实体上具体记录移动实体沿途上某一时刻采用的IP地址信 息，在家乡代理上记录绑定缓存条目；
(3) 移动实体在移动过程中，移动节点可执行移动IP过程， 一旦发 送二层切换，则根据当前的时刻读取地址信息并主动发起切换注册过 程，同时家乡代理也根据时刻信息读取配置信息，更新绑定缓存；
(4) 在更新绑定缓存后，移动实体即可与原有的通信对端继续通信， 并继续执行步骤3。
本发明所采用的方法是基于特定场景下移动实体的移动特点预先在 运动轨迹上分配IP地址，减少原有移动IP方案中的移动检测延时、地 址配置延迟和部分消息传输延迟，从而提供切换的性能。图4展示了本 发明同其他方案在切换过程中的延时构成。
本发明中，移动实体可以在切换过程中采用基本移动IP或NEMO 方案，也可以采用层次移动IP和快速移动IP等改进方案。
上述发明针对的特定场景主要是针对具有周期性移动规律或移动规 律可测的移动实体而言，对于移动节点的运动轨迹是局部可知的场景也 可以采用本发明进行性能优化。获取移动实体的运行轨迹和时间周期的 方法，包括记录移动实体的运动规律、采用GPS导航测定功能和采用移 动预测功能中的一种或几种。记录移动实体的固定运动规律的方法主 要是针对具有一定运动规律的移动实体而言，如列车、轻轨、地铁等，
其运动的路线和具体时间相对比较稳定。因此，通过观察获得其经过路 径上各个子网的具体时间和相关路由信息。采用GPS导航测定功能主 要针对具有GPS导航功能的移动实体而言，通过准确定位移动实体的当 前位置，并根据既定的目的地计算行程，通过地图显示移动实体的运动 轨迹。采用移动预测功能主要是基于移动实体的历史移动轨迹，按照某 种移动预测方法推测移动实体的下一个位置的方法。
本发明的特色之处在于结合移动实体的运动特征预先配置相关信 息，减少了移动检测延时和重复地址检测等延时，优化切换性能。
权利要求
1、一种适用于特定场景的移动IP解决方案，其特征在于其解决方案如下(1)初始化配置时，获取移动实体的运动轨迹和时间周期，包含移动实体先后接入的子网信息和接入某个子网的时间信息，节点移动路径上的接入路由器预先建立移动实体的邻居缓存信息；(2)在移动实体和家乡代理上生成该移动实体的一系列配置信息，在移动实体上具体记录移动实体沿途上某一时刻采用的IP地址信息，在家乡代理上记录绑定缓存条目；(3)移动实体在移动过程中，一旦发送二层切换，则根据当前的时刻读取地址信息并主动发起切换注册过程，同时家乡代理也根据时刻信息读取配置信息，更新绑定缓存；(4)在更新绑定缓存后，移动实体即可与原有的通信对端继续通信，并继续执行步骤3。
2、 如权利要求1所述的一种适用于特定场景的移动IP解决方案，其特 征在于获取移动实体的运行轨迹和时间周期的方法，包括记录移动实体的运动规律、采用GPS导航测定功能和采用移动预测功能中的一种或几种。3如权利要求1或2所述的一种适用于特定场景的移动IP解决方案， 其特征在于移动实体在切换过程中采用基本移动IP方案或NEMO方案或 层次移动IP方案或快速移动IP方案等。
全文摘要
本发明涉及一种适用于特定场景的移动IP解决方案，其方案如下记录移动实体的运动轨迹和时间周期，节点移动路径上的接入路由器预先建立移动实体的邻居缓存信息，在移动实体和家乡代理上生成该移动实体的一系列配置信息，移动实体一旦发生二层切换，则主动根据当前时刻读取地址信息发起切换注册，家乡代理也根据时刻信息读取配置信息，更新绑定缓存。移动实体可以根据其移动规律或采用GPS导航测定功能或移动预测功能获取运动轨迹和时间周期。在切换过程中可采用基本移动IP方案、NEMO(Network Mobility)方案、层次移动IP方案、快速移动IP方案等。
文档编号H04L29/12GK101383745SQ20081022438
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者关建峰, 周华春, 张宏科, 平 董 申请人:北京交通大学