一种无线网络的路由实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线网络的路由实现方法，所述无线网络包括接入路由器、基站和移动节点，一个接入路由器、与该接入路由器相连的所有基站、以及通过所述基站以及接入路由器接入互联网的移动节点共同构建成一个子网，一个子网内的接入路由器、基站以及移动节点的网络前缀都相同。所述无线网络通过本发明所提供的路由实现方法，可实现与互联网的通信，能够确保通信的连续性，缩短通信延迟，降低数据包丢失率，从而提高了无线网络的服务质量，本发明可应用于环境监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景，因此，本技术具有很高的推广价值。
【专利说明】—种无线网络的路由实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种路由实现方法，尤其涉及的是一种无线网络的路由实现方法。
【背景技术】
[0002]无线网络由于其实用性已经受到广泛关注，成为研究的热点。无线网络的主要特点之一是节点具有移动性，因此，如何确保移动节点在移动过程中实现稳定的路由成为目前研究的热点之一。
[0003]目前现有的路由协议很难应用到无线网络中，主要原因分析如下:
[0004]I)现有路由协议中，移动节点需要发送和接收大量的控制信息来建立路由，因此，路由代价较大，路由延迟较长。
[0005]2)现有路由协议的丢包率较大，由于丢包率而引起的路由中断带来了额外的路由开销，从而加剧了丢包率。
[0006]因此需要针对无线网络提出一种代价低，延迟短的载网络路由方法。
【发明内容】
[0007]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无线网络的路由实现方法。
[0008]技术方案:本发明公开了所述无线网络包括接入路由器、基站和移动节点；一个接入路由器、与该接入路由器相连的所有基站、以及通过所述基站以及接入路由器接入互联网的移动节点共同构建成一个子网，一个子网内的接入路由器、基站以及移动节点的网络前缀都相同；
[0009]基站由基站ID标识，基站ID值预先设定；
[0010]移动节点在子网内移动时，它的IP地址不变化；移动节点在不同子网之间进行移动时，需要配置新的转交地址，进行移动切换操作；
[0011]同一时刻，移动节点只与一个基站进行关联，当基站检测到一个移动节点与自己关联时，基站向移动节点分配一个关联ID，在移动节点与基站关联过程中,基站通过该关联ID来识别移动节点并实现与移动节点的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当移动节点向关联基站发送数据帧时，数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该移动节点的关联ID ；
[0012]同一时刻，一个基站只与一个接入路由器进行关联，当基站检测到接入路由器与自己关联时，基站向接入路由器分配一个关联ID，在接入路由器与基站关联过程中，基站通过该关联ID来识别接入路由器并实现与接入路由器的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当接入路由器向关联基站发送数据帧时，该数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该接入路由器的关联ID ；
[0013]网络层和链路层之间增加一个关联子层，关联子层负载包括关联ID字段，关联ID字段值等于链路层的关联ID字段值；[0014]如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-AR1，移动节点丽I通过基站BSl和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为:
[0015]步骤201:开始；
[0016]步骤202:移动节点丽I向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MSl，关联子层的负载值为关联ID值CID-MSl，帧负载为IP数据包；
[0017]步骤203:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID-ARl，关联子层和数据帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ；
[0018]步骤204:接入路由器ARl收到数据帧后，建立三元组〈移动节点丽I的关联ID值CID-MS1，接入路由器ARl与基站的关联ID值CID-AR1，移动节点丽I的IP地址 >，然后ARl将数据帧负载中的数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点；
[0019]步骤205:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP响应数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ；
[0020]步骤206:所述IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据IP数据包的目的IP地址即移动节点丽I的IP地址查询保存的三元组，即移动节点丽I的关联ID值CID-MS1，以及接入路由器ARl与基站BSl的关联ID值CID-AR1，；然后，接入路由器ARl将IP响应数据包封装为数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-ARl，关联子层的关联ID值为移动节点丽I的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给基站BSl ；
[0021]步骤207:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给移动节点MNl ；
[0022]步骤208:结束。
[0023]通过上述过程，移动节点可以通过关联的基站和接入路由器实现与互联网的通信，确保了通信的正确性。
[0024]本发明所述方法中，如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl和基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CIDl-ARl，基站BS2分配给接入路由器ARl的关联ID为CID2-AR1，移动节点丽I从基站BSl的通信范围移动到基站BS2的通信范围时，即移动节点丽I收到基站BS2的信标帧且信号比基站BSl的信号强，则说明移动节点丽I从基站BSl的通信范围移动到基站BS2的通信范围，此时，移动节点MNl进行下述移动切换操作:
[0025]步骤301:开始；
[0026]步骤302:移动节点丽I进入基站BS2的通信范围后，基站BS2为移动节点丽I分配一个关联ID，关联ID值为CID-MS2 ；
[0027]步骤303:基站BS2向接入路由器ARl发送更新命令帧，命令帧头部的关联ID为CID2-AR1，帧负载为移动节点丽I的IP地址；
[0028]步骤304:接入路由器ARl收到更新命令帧后，则根据更新命令帧负载中的移动节点丽I的IP地址更新移动节点丽I的三元组，即将移动节点丽I的关联ID值更新关联ID值CID-MS2，接入路由器ARl与基站的关联ID值更新为CID2-AR1，移动节点丽I的IP地址不变化；
[0029]步骤305:结束；[0030]移动节点丽I在基站BSl和基站BS2之间切换时，IP地址不发生变化，不进行网络层切换；
[0031]移动切换完成后，移动节点丽I通过基站BS2和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为:
[0032]步骤401:开始；
[0033]步骤402:移动节点丽I向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MS2，关联子层的负载值为关联ID值CID-MS2，数据帧帧负载为IP数据包；
[0034]步骤403:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID2-AR1，关联子层和数据帧帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ；
[0035]步骤404:接入路由器ARl收到数据帧后，将数据帧中的IP数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点；
[0036]步骤405:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ；
[0037]步骤406:IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据更新后的移动节点MNl的三元组信息，将所述IP响应数据包封装为数据帧，数据帧头的关联ID字段值为关联ID值CID2-AR1，关联子层的关联ID值为移动节点MNl的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给基站BS2 ；
[0038]步骤407:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给移动节点MNl ；
[0039]步骤408:结束。
[0040]通过上述过程，移动节点在移动过程中可以通过关联的基站和接入路由器实现与互联网的通信，确保了路由的正确性和通信的正确性。
[0041]本发明所述方法中，移动节点在不同子网之间移动时，它的IP地址发生变化，进行链路层和网络层切换；
[0042]网络层切换实现三个功能:移动检测、新IP地址配置、新IP地址绑定以及新基站绑定；
[0043]链路层切换包括四个过程:扫描过程，移动切换执行过程，移动切换确认过程以及移动切换注册过程；
[0044]网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现；
[0045]网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现；
[0046]网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现；
[0047]网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现。
[0048]本发明所述方法中，如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-ARl，基站BS2分配给接入路由器AR2的关联ID为CID-AR2，如果移动节点MNl检测到自己即将离开基站BSl的通信范围，例如，移动节点MNl根据接收到的基站BSl的信号强度可以计算出与BSl的距离，如果距离大于通信范围的75%可以判定为即将离开基站BSl的通信范围，那么移动节点MNl执行下述的扫描过程:[0049]步骤501:开始；
[0050]步骤502:基站BSl广播邻居消息，消息负载为它的邻居基站的数量；
[0051]步骤503:移动节点丽I收到邻居消息后，向基站BSl发送扫描请求消息；
[0052]步骤504:基站BSl收到扫描请求消息后，向移动节点丽I发送扫描响应消息；
[0053]步骤505:移动节点MNl收到扫描响应消息后，扫描所有信道以接收邻居基站的信号;
[0054]步骤506:移动节点丽I选择信号强度最强的基站BS2作为移动切换的目标基站，并准备进行移动切换操作；
[0055]步骤507:结束；
[0056]移动节点MNl执行扫描过程后，它执行下述的移动切换执行过程以及移动切换确认过程:
[0057]步骤601:开始；
[0058]步骤602:移动节点丽I向基站BSl发送移动切换启动消息，消息负载为目标基站BS2的基站ID ；
[0059]步骤603:基站BSl收到移动切换启动消息后，向基站BS2发送移动切换预启动消息，该移动切换预启动消息中包含一个地址字段，该字段长度为I个比特，地址字段值为1，其中，地址字段值I表明需要配置一个新IP地址，地址字段值O表明无需配置新IP地址；
[0060]步骤604 ;基站BS2收到移动切换预启动消息后，将该消息转发给接入路由器AR2，接入路由器AR2收到移动切换预启动消息后，向基站BS2返回一个移动切换预启动响应消息，移动切换预启动响应消息负载为最小未分配IP地址，同时将这个最小未分配地址设置为分配状态；
[0061]步骤605:基站BS2收到移动切换预启动响应消息后，将该消息转发给基站BS1，基站BSl收到转发的移动切换预启动响应消息后，向接入路由器ARl发送预启动确认消息，预启动确认消息负载为移动节点MNl在本子网的IP地址以及在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，基站BSl向移动节点MNl发送移动切换启动响应消息，移动切换启动响应消息负载为移动节点MNl在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，目标子网即目标基站BS2所在的子网；
[0062]步骤606:接入路由器ARl收到预启动确认消息后，记录移动节点MNl在本子网的IP地址与目标子网的新IP地址的对应关系，同时将目的地址为移动节点丽I在本子网的IP地址的数据消息转发给接入路由器AR2 ；
[0063]步骤607:移动节点丽I收到移动切换启动响应消息，记录在目标子网的新IP地址，准备进行移动切换操作；
[0064]步骤608:结束；
[0065]上述步骤604中，最小未分配IP地址的网络前缀与接入路由器AR2的网络前缀相同；
[0066]上述步骤606中，移动节点MNl在目标子网中的新IP地址的网络前缀与接入路由器AR2相同；
[0067]移动节点MNl执行移动切换执行过程以及移动切换确认过程后，执行下述的移动切换注册过程:[0068]步骤701:开始；
[0069]步骤702:移动节点丽I向基站BSl发送移动切换消息，同时采用目标基站BS2所在的信道；
[0070]步骤703:基站BSl收到移动切换消息后，回收为移动节点丽I分配的关联ID值CID-MSl ；
[0071]步骤704:移动节点MNl向基站BS2发送注册请求消息，注册请求消息负载为移动节点丽I在目标子网的新IP地址；
[0072]步骤705:基站BS2收到注册请求消息后，向移动节点丽I发送注册响应消息，同时向接入路由器AR2发送注册响应消息；
[0073]步骤706:移动节点丽I收到注册响应消息后，开始采用新IP地址从接入路由器AR2以及基站BS2接收数据；
[0074]步骤707:接入路由器AR2收到注册响应消息后，开始向移动节点丽I转发数据；
[0075]步骤708:结束。
[0076]上述过程中，由于网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现，网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现，网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现，网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现，因此大幅度降低了移动切换延迟和丢包率，从而确保了移动节点在移动切换过程中的通信质量和路由正确性。
[0077]有益效果:本发明提供了一种无线网络的路由实现方法，所述无线网络通过本发明所提供的路由实现方法，可实现与互联网的通信，能够确保通信的连续性，缩短通信延迟，降低数据包丢失率，从而提高了无线网络的服务质量，本发明可应用于环境监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0079]图1为本发明所述的无线网络结构示意图。
[0080]图2为本发明所述的移动节点与互联网节点通信流程示意图。
[0081]图3为本发明所述的移动节点在子网内移动切换流程示意图。
[0082]图4为本发明所述的移动节点在子网内移动切换过程中与互联网节点通信流程示意图。
[0083]图5为本发明所述的移动节点在子网间移动切换流程示意图。
[0084]图6为本发明所述的移动节点在子网间移动切换确认流程示意图。
[0085]图7为本发明所述的移动节点在子网间移动切换注册流程示意图。
【具体实施方式】:
[0086]本发明提供了一种无线网络的路由实现方法，所述无线网络通过本发明所提供的路由实现方法，可实现与互联网的通信，能够确保通信的连续性，缩短通信延迟，降低数据包丢失率，从而提高了无线网络的服务质量，本发明可应用于环境监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
[0087]图1为本发明所述的无线网络结构示意图。所述无线网络包括接入路由器1、基站2和移动节点3 个接入路由器1、与该接入路由器I相连的所有基站2、以及通过所述基站2以及接入路由器I接入互联网的移动节点3共同构建成一个子网，一个子网内的接入路由器1、基站2以及移动节点3的网络前缀都相同；基站由基站ID标识，基站ID值预先设定。
[0088]图2为本发明所述的移动节点与互联网节点通信流程示意图。移动节点在子网内移动时，它的IP地址不变化；移动节点在不同子网之间进行移动时，需要配置新的转交地址，进行移动切换操作；
[0089]同一时刻，移动节点只与一个基站进行关联，当基站检测到一个移动节点与自己关联时，基站向移动节点分配一个关联ID，在移动节点与基站关联过程中,基站通过该关联ID来识别移动节点并实现与移动节点的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当移动节点向关联基站发送数据帧时，数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该移动节点的关联ID ；
[0090]同一时刻，一个基站只与一个接入路由器进行关联，当基站检测到接入路由器与自己关联时，基站向接入路由器分配一个关联ID，在接入路由器与基站关联过程中，基站通过该关联ID来识别接入路由器并实现与接入路由器的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当接入路由器向关联基站发送数据帧时，该数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该接入路由器的关联ID ；
[0091]网络层和链路层之间增加一个关联子层，关联子层负载包括关联ID字段，关联ID字段值等于链路层的关联ID字段值；
[0092]如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点MNl的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-AR1，移动节点丽I通过基站BSl和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为:
[0093]步骤201:开始；
[0094]步骤202:移动节点丽I向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MSl，关联子层的负载值为关联ID值CID-MSl，帧负载为IP数据包；
[0095]步骤203:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID-ARl，关联子层和数据帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ；
[0096]步骤204:接入路由器ARl收到数据帧后，建立三元组〈移动节点丽I的关联ID值CID-MS1，接入路由器ARl与基站的关联ID值CID-ARl，移动节点MNl的IP地址〉，然后ARl将数据帧负载中的数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点；
[0097]步骤205:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP响应数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ；
[0098]步骤206:所述IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据IP数据包的目的IP地址即移动节点丽I的IP地址查询保存的三元组，即移动节点丽I的关联ID值CID-MS1，以及接入路由器ARl与基站BSl的关联ID值CID-AR1，；然后，接入路由器ARl将IP响应数据包封装为数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-ARl，关联子层的关联ID值为移动节点丽I的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给基站BSl ；[0099]步骤207:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给移动节点MNl ；
[0100]步骤208:结束。
[0101]通过上述过程，移动节点可以通过关联的基站和接入路由器实现与互联网的通信，确保了通信的正确性。
[0102]图3为本发明所述的移动节点在子网内移动切换流程示意图。如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl和基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CIDl-ARl，基站BS2分配给接入路由器ARl的关联ID为CID2-AR1，移动节点丽I从基站BSl的通信范围移动到基站BS2的通信范围时，即移动节点丽I收到基站BS2的信标帧且信号比基站BSl的信号强，则说明移动节点丽I从基站BSl的通信范围移动到基站BS2的通信范围，此时，移动节点MNl进行下述移动切换操作:
[0103]步骤301:开始；
[0104]步骤302:移动节点丽I进入基站BS2的通信范围后，基站BS2为移动节点丽I分配一个关联ID，关联ID值为CID-MS2 ；
[0105]步骤303:基站BS2向接入路由器ARl发送更新命令帧，命令帧头部的关联ID为CID2-AR1，帧负载为移动节点丽I的IP地址；
[0106]步骤304:接入路由器ARl收到更新命令帧后，则根据更新命令帧负载中的移动节点丽I的IP地址更新移动节点丽I的三元组，即将移动节点丽I的关联ID值更新关联ID值CID-MS2，接入路由器ARl与基站的关联ID值更新为CID2-AR1，移动节点丽I的IP地址不变化；
[0107]步骤305:结束；
[0108]移动节点丽I在基站BSl和基站BS2之间切换时，IP地址不发生变化，不进行网络层切换。
[0109]图4为本发明所述的移动节点在子网内移动切换过程中与互联网节点通信流程示意图。移动切换完成后，移动节点MNl通过基站BS2和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为:
[0110]步骤401:开始；
[0111]步骤402:移动节点MNl向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MS2，关联子层的负载值为关联ID值CID-MS2，数据帧帧负载为IP数据包；
[0112]步骤403:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID2-AR1，关联子层和数据帧帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ；
[0113]步骤404:接入路由器ARl收到数据帧后，将数据帧中的IP数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点；
[0114]步骤405:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ；
[0115]步骤406:IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据更新后的移动节点MNl的三元组信息，将所述IP响应数据包封装为数据帧，数据帧头的关联ID字段值为关联ID值CID2-AR1，关联子层的关联ID值为移动节点MNl的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给基站BS2 ；
[0116]步骤407:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给移动节点MNl ；
[0117]步骤408:结束。
[0118]通过上述过程，移动节点在移动过程中可以通过关联的基站和接入路由器实现与互联网的通信，确保了路由的正确性和通信的正确性。
[0119]图5为本发明所述的移动节点在子网间移动切换流程示意图。移动节点在不同子网之间移动时，它的IP地址发生变化，进行链路层和网络层切换；
[0120]网络层切换实现三个功能:移动检测、新IP地址配置、新IP地址绑定以及新基站绑定；
[0121]链路层切换包括四个过程:扫描过程，移动切换执行过程，移动切换确认过程以及移动切换注册过程；
[0122]网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现；
[0123]网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现；
[0124]网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现；
[0125]网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现；
[0126]如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-ARl，基站BS2分配给接入路由器AR2的关联ID为CID-AR2，如果移动节点MNl检测到自己即将离开基站BSl的通信范围，例如，移动节点MNl根据接收到的基站BSl的信号强度可以计算出与BSl的距离，如果距离大于通信范围的75%可以判定为即将离开基站BSl的通信范围，那么移动节点MNl执行下述的扫描过程:
[0127]步骤501:开始；
[0128]步骤502:基站BSl广播邻居消息，消息负载为它的邻居基站的数量；
[0129]步骤503:移动节点MNl收到邻居消息后，向基站BSl发送扫描请求消息；
[0130]步骤504:基站BSl收到扫描请求消息后，向移动节点丽I发送扫描响应消息；
[0131]步骤505:移动节点MNl收到扫描响应消息后，扫描所有信道以接收邻居基站的信号;
[0132]步骤506:移动节点丽I选择信号强度最强的基站BS2作为移动切换的目标基站，并准备进行移动切换操作；
[0133]步骤507:结束。
[0134]图6为本发明所述的移动节点在子网间移动切换确认流程示意图。移动节点丽I执行扫描过程后，它执行下述的移动切换执行过程以及移动切换确认过程:
[0135]步骤601:开始；
[0136]步骤602:移动节点MNl向基站BSl发送移动切换启动消息，消息负载为目标基站BS2的基站ID ；
[0137]步骤603:基站BSl收到移动切换启动消息后，向基站BS2发送移动切换预启动消息，该移动切换预启动消息中包含一个地址字段，该字段长度为I个比特，地址字段值为1，其中，地址字段值I表明需要配置一个新IP地址，地址字段值O表明无需配置新IP地址；[0138]步骤604;基站BS2收到移动切换预启动消息后，将该消息转发给接入路由器AR2，接入路由器AR2收到移动切换预启动消息后，向基站BS2返回一个移动切换预启动响应消息，移动切换预启动响应消息负载为最小未分配IP地址，同时将这个最小未分配地址设置为分配状态；
[0139]步骤605:基站BS2收到移动切换预启动响应消息后，将该消息转发给基站BS1，基站BSl收到转发的移动切换预启动响应消息后，向接入路由器ARl发送预启动确认消息，预启动确认消息负载为移动节点MNl在本子网的IP地址以及在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，基站BSl向移动节点MNl发送移动切换启动响应消息，移动切换启动响应消息负载为移动节点MNl在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，目标子网即目标基站BS2所在的子网；
[0140]步骤606:接入路由器ARl收到预启动确认消息后，记录移动节点MNl在本子网的IP地址与目标子网的新IP地址的对应关系，同时将目的地址为移动节点丽I在本子网的IP地址的数据消息转发给接入路由器AR2 ；
[0141]步骤607:移动节点丽I收到移动切换启动响应消息，记录在目标子网的新IP地址，准备进行移动切换操作；
[0142]步骤608:结束；
[0143]上述步骤604中，最小未分配IP地址的网络前缀与接入路由器AR2的网络前缀相同；
[0144]上述步骤606中，移动节点MNl在目标子网中的新IP地址的网络前缀与接入路由器AR2相同。
[0145]图7为本发明所述的移动节点在子网间移动切换注册流程示意图。移动节点MNl执行移动切换执行过程以及移动切换确认过程后，执行下述的移动切换注册过程:
[0146]步骤701:开始；
[0147]步骤702:移动节点丽I向基站BSl发送移动切换消息，同时采用目标基站BS2所在的信道；
[0148]步骤703:基站BSl收到移动切换消息后，回收为移动节点丽I分配的关联ID值CID-MSl ；
[0149]步骤704:移动节点MNl向基站BS2发送注册请求消息，注册请求消息负载为移动节点丽I在目标子网的新IP地址；
[0150]步骤705:基站BS2收到注册请求消息后，向移动节点丽I发送注册响应消息，同时向接入路由器AR2发送注册响应消息；
[0151]步骤706:移动节点丽I收到注册响应消息后，开始采用新IP地址从接入路由器AR2以及基站BS2接收数据；
[0152]步骤707:接入路由器AR2收到注册响应消息后，开始向移动节点丽I转发数据；
[0153]步骤708:结束。
[0154]上述过程中，由于网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现，网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现，网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现，网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现，因此大幅度降低了移动切换延迟和丢包率，从而确保了移动节点在移动切换过程中的通信质量和路由正确性。
[0155]综上所述，本发明提供了一种无线网络的路由实现方法，所述无线网络通过本发明所提供的路由实现方法，可实现与互联网的通信，能够确保通信的连续性，缩短通信延迟，降低数据包丢失率，从而提高了无线网络的服务质量，本发明可应用于环境监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景，因此，本技术具有很高的推广价值。
[0156]实施例1
[0157]基于表1的仿真参数，本实施例模拟了本发明中方法，性能分析如下:切换的移动检测延迟随着一跳通信延迟的增加而增加，网络层切换的新IP地址配置的延迟随着一跳通信延迟的增加而增加，新IP地址绑定随着一跳通信延迟的增加而增加，新基站绑定的延迟也随着一跳延迟的增加而增加。由于本发明中，网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现；网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现；网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现；网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现；因此大幅度降低了移动切换延迟。在移动切换延迟过程中，平均移动检测延迟为100ms，移动切换延迟为1500ms。
[0158]表1仿真参数
[0159]
【权利要求】
1.一种无线网络的路由实现方法，其特征在于，所述无线网络包括接入路由器、基站和移动节点；一个接入路由器、与该接入路由器相连的所有基站、以及通过所述基站以及接入路由器接入互联网的移动节点共同构建成一个子网，一个子网内的接入路由器、基站以及移动节点的网络前缀都相同； 基站由基站ID标识，基站ID值预先设定； 移动节点在子网内移动时，它的IP地址不变化；移动节点在不同子网之间进行移动时，需要配置新的转交地址，进行移动切换操作； 同一时刻，移动节点只与一个基站进行关联，当基站检测到一个移动节点与自己关联时，基站向移动节点分配一个关联ID，在移动节点与基站关联过程中，基站通过该关联ID来识别移动节点并实现与移动节点的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当移动节点向关联基站发送数据帧时，数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该移动节点的关联ID ； 同一时刻，一个基站只与一个接入路由器进行关联，当基站检测到接入路由器与自己关联时，基站向接入路由器分配一个关联ID，在接入路由器与基站关联过程中，基站通过该关联ID来识别接入路由器并实现与接入路由器的通信，通信的数据帧帧头包含关联ID字段，当接入路由器向关联基站发送数据帧时，该数据帧帧头的关联ID字段值为该关联基站分配给该接入路由器的关联ID ； 网络层和链路层之间增加一个关联子层，关联子层负载包括关联ID字段，关联ID字段值等于链路层的关联ID字段值； 如果移动节点丽I与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点MNl的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-ARl，移动节点丽I通过基站BSl和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为: 步骤201:开始； 步骤202:移动节点MNl向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MSl，关联子层的负载值为关联ID值CID-MSl，帧负载为IP数据包； 步骤203:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID-ARl，关联子层和数据帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ； 步骤204:接入路由器ARl收到数据帧后，建立三元组〈移动节点丽I的关联ID值CID-MSl，接入路由器ARl与基站的关联ID值CID-ARl，移动节点MNl的IP地址 >，然后ARl将数据帧负载中的数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点； 步骤205:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP响应数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ； 步骤206:所述IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据IP数据包的目的IP地址即移动节点丽I的IP地址查询保存的三元组，即移动节点丽I的关联ID值CID-MSl，以及接入路由器ARl与基站BSl的关联ID值CID-ARl，；然后，接入路由器ARl将IP响应数据包封装为数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-ARl，关联子层的关联ID值为移动节点丽I的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给基站BSl ； 步骤207:基站BSl收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MSl，然后将数据帧发送给移动节点MNl ；步骤208:结束。
2.根据权利要求1所述的无线网络的路由实现方法，其特征在于，如果移动节点MNl与基站BSl关联，基站BSl和基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MSl，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CIDl-ARl，基站BS2分配给接入路由器ARl的关联ID为CID2-AR1，移动节点丽I从基站BSl的通信范围移动到基站BS2的通信范围时，进行下述移动切换操作: 步骤301:开始； 步骤302:移动节 点丽I进入基站BS2的通信范围后，基站BS2为移动节点丽I分配一个关联ID，关联ID值为CID-MS2 ； 步骤303:基站BS2向接入路由器ARl发送更新命令帧，命令帧头部的关联ID为CID2-AR1，帧负载为移动节点丽I的IP地址； 步骤304:接入路由器ARl收到更新命令帧后，则根据更新命令帧负载中的移动节点丽I的IP地址更新移动节点丽I的三元组，即将移动节点丽I的关联ID值更新关联ID值CID-MS2，接入路由器ARl与基站的关联ID值更新为CID2-AR1，移动节点丽I的IP地址不变化； 步骤305:结束； 移动节点丽I在基站BSl和基站BS2之间切换时，IP地址不发生变化，不进行网络层切换； 移动切换完成后，移动节点MNl通过基站BS2和接入路由器ARl与互联网节点实现通信的过程为: 步骤401:开始； 步骤402:移动节点MNl向基站发送数据帧，数据帧帧头的关联ID字段值为关联ID值CID-MS2，关联子层的负载值为关联ID值CID-MS2，数据帧帧负载为IP数据包； 步骤403:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID值更新为关联ID值CID2-AR1，关联子层和数据帧帧负载保持不变，然后将数据帧发送给接入路由器ARl ； 步骤404:接入路由器ARl收到数据帧后，将数据帧中的IP数据包根据互联网的路由方式路由到互联网节点； 步骤405:互联网节点收到IP数据包后，将响应数据封装为IP数据包，该IP响应数据包按照互联网的路由方式路由到接入路由器ARl ； 步骤406: IP响应数据包到达接入路由器ARl后，接入路由器ARl根据更新后的移动节点MNl的三元组信息，将所述IP响应数据包封装为数据帧，数据帧头的关联ID字段值为关联ID值CID2-AR1，关联子层的关联ID值为移动节点MNl的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给基站BS2 ； 步骤407:基站BS2收到数据帧后，将数据帧帧头的关联ID字段值设置为关联子层的关联ID值CID-MS2，然后将数据帧发送给移动节点MNl ； 步骤408:结束。
3.根据权利要求1所述的无线网络的路由实现方法，其特征在于，移动节点在不同子网之间移动时，它的IP地址发生变化，进行链路层和网络层切换； 网络层切换实现三个功能:移动检测、新IP地址配置、新IP地址绑定以及新基站绑定; 链路层切换包括四个过程:扫描过程，移动切换执行过程，移动切换确认过程以及移动切换注册过程； 网络层切换的移动检测功能由链路层的扫描过程来实现； 网络层切换的新IP地址配置功能由链路层的移动切换执行过程来实现； 网络层切换的新IP地址绑定功能由链路层的移动切换确认过程实现； 网络层切换的新基站绑定功能由链路层的移动切换注册过程实现。
4.根据权利要求3所述的无线网络的路由实现方法，其特征在于，如果移动节点MNl与基站BSl关联，基站BSl与接入路由器ARl相连，基站BS2与接入路由器ARl相连，基站BSl分配给移动节点丽I的关联ID为CID-MS1，基站BSl分配给接入路由器ARl的关联ID为CID-AR1，基站BS2分配给接入路由器AR2的关联ID为CID-AR2，如果移动节点丽I检测到自己即将离开基站BSl的通信范围，那么它执行下述的扫描过程: 步骤501:开始； 步骤502:基站BSl广播邻居消息，消息负载为它的邻居基站的数量； 步骤503:移动节点MNl收到邻居消息后，向基站BSl发送扫描请求消息； 步骤504:基站BSl收到扫 描请求消息后，向移动节点MNl发送扫描响应消息； 步骤505:移动节点MNl收到扫描响应消息后，扫描所有信道以接收邻居基站的信号；步骤506:移动节点MNl选择信号强度最强的基站BS2作为移动切换的目标基站，并准备进行移动切换操作； 步骤507:结束； 移动节点MNl执行扫描过程后，它执行下述的移动切换执行过程以及移动切换确认过程: 步骤601:开始； 步骤602:移动节点MNl向基站BSl发送移动切换启动消息，消息负载为目标基站BS2的基站ID ； 步骤603:基站BSl收到移动切换启动消息后，向基站BS2发送移动切换预启动消息，该移动切换预启动消息中包含一个地址字段，该字段长度为I个比特，地址字段值为1，其中，地址字段值I表明需要配置一个新IP地址，地址字段值O表明无需配置新IP地址；步骤604 ;基站BS2收到移动切换预启动消息后，将该消息转发给接入路由器AR2，接入路由器AR2收到移动切换预启动消息后，向基站BS2返回一个移动切换预启动响应消息，移动切换预启动响应消息负载为最小未分配IP地址，同时将这个最小未分配地址设置为分配状态； 步骤605:基站BS2收到移动切换预启动响应消息后，将该消息转发给基站BS1，基站BSl收到转发的移动切换预启动响应消息后，向接入路由器ARl发送预启动确认消息，预启动确认消息负载为移动节点MNl在本子网的IP地址以及在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，基站BSl向移动节点丽I发送移动切换启动响应消息，移动切换启动响应消息负载为移动节点MNl在目标子网的IP地址，即移动切换预启动响应消息负载中的IP地址，目标子网即目标基站BS2所在的子网； 步骤606:接入路由器ARl收到预启动确认消息后，记录移动节点MNl在本子网的IP地址与目标子网的新IP地址的对应关系，同时将目的地址为移动节点MNl在本子网的IP地址的数据消息转发给接入路由器AR2 ； 步骤607:移动节点MNl收到移动切换启动响应消息，记录在目标子网的新IP地址，准备进行移动切换操作； 步骤608:结束； 上述步骤604中，最小未分配IP地址的网络前缀与接入路由器AR2的网络前缀相同；上述步骤606中，移动节点丽I在目标子网中的新IP地址的网络前缀与接入路由器AR2相同； 移动节点MNl执行移动切换执行过程以及移动切换确认过程后，执行下述的移动切换注册过程: 步骤701:开始； 步骤702:移动节点丽I向基站BSl发送移动切换消息，同时采用目标基站BS2所在的信道； 步骤703:基站BSl收到移动切换消息后，回收为移动节点丽I分配的关联ID值CID-MSl ； 步骤704:移动节点MNl向基站BS2发送注册请求消息，注册请求消息负载为移动节点丽I在目标子网的新IP地址； 步骤705:基站BS2收到注册请求消息后，向移动节点MNl发送注册响应消息，同时向接入路由器AR2发送注册响应消息； 步骤706:移动节点丽I收到注册响应消息后，开始采用新IP地址从接入路由器AR2以及基站BS2接收数据； 步骤707:接入路由器AR2收到注册响应消息后，开始向移动节点丽I转发数据； 步骤708:结束。
【文档编号】H04W40/02GK103944827SQ201410203351
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】王晓喃, 杨媛 申请人:常熟理工学院