移动数据路由选择的制作方法

专利名称：移动数据路由选择的制作方法
技术领域：
本发明领域本发明涉及通信网络内数据的路由选择，包括但不限制于如互联网的网络，尤其但不仅仅涉及一种引导数据到移动节点的路由选择的方法。移动节点可以是一个移动主机，如便携式计算机，或者它可以是一个路由器，负责一个或多个整个网络、例如飞机内的移动数据网络的移动性。在任何一种情况下，移动节点可以将它的连接点从一个网络或子网改变到另一个网络或子网。
背景围绕组成互联网的各种网络的数据的路由选择是基于一种称为互联网协议(IP)的协议。数据以称为IP数据报的数据单元的形式在由IP地址规定的互联网的各点之间传送。使用IP使得运行在互联网上的应用过程不知道基础网络的物理特性。这些网络例如可以是如以太网和令牌环的使用不同物理协议的有线和无线局域网和广域网的组合，包括经过互联网服务供应商(ISP)，或者经过卫星或地面基站无线电台或红外链路，由电话连接的网络。
IP的详细说明可以在互联网工程工作要点(IETF)支持的RFC 791的“请求注释”文件中获得。RFC文件在互联网上可广泛获得，例如“ftp//ds.internic.net/rfc/rfcxxxx.txt”，这里“xxxx”表示RFC编号，使得RFC 791可作为rfc791.txt获得。
称为IPv4的IP当前版本本身不支持移动性，但是一个通常称为移动IP的、名称为“IP移动性支持”的协议已经被设计来增强IPv4以支持移动性。这个协议在文件RFC 2002中描述，可如上详细所述获得。下一代IP(IPv6)被特别地设计来处理移动性请求。
IPv4假定一个节点的IP地址唯一地识别该节点连接到互联网的固定点。如果该节点转移到不同的点，则只有通过分配给它一个新的IP地址才能与它连接。然而，移动IP能使一个例如膝上式或掌上式计算机的移动节点经过互联网发送和接收IP数据报，而不管它连接到互联网的物理位置并且不用改变它的IP地址。这样一个例子在

图1a和1b中说明。
参照图1a，互联网包括经过路由器5连接的许多网络和子网1、2、3、4。路由器可以是编程来完成路由选择任务的通用计算机。整个互联网上的路由器是专门的硬件部件，用软件或固件控制，由如美国加利福尼亚州的Cisco System公司提供。在任何一种情况下，预定用于基于IP的网络的路由器的功能在RFC 1812中定义。
移动节点(MN)6一般经过本地网(home network)1连接到互联网。分配给节点6的唯一的IP地址称为它的本地地址。称为外地代理(FA)和本地代理(HA)的移动代理经过称为代理广告的可用性消息在网络上为自己做广告。移动代理一般是连接到一个特别网络的路由器；例如，本地代理7是一个连接到本地网1的路由器而外地代理8是一个连接到外地网2的路由器。移动节点6可以经过一个代理请求消息选择地从任何本地移动代理请求一个代理广告消息。通过接收代理广告，移动节点6能够确定它是在它的本地网1上还是在外地网2、3、4上。
当移动节点6在它的本地网上时，它不需要移动性服务。如图1a的虚线框所示，当移动节点6临时移动到一个外地网2时，它在外地网2上获得一个临时的转交地址(care-of address)。这可以是一个外地代理转交地址，它是外地代理的IP地址，通过从任何基于外地网2的外地代理接收或请求代理广告而获得。另一方面，转交地址可以通过使用外部分配方法，如动态主机配置协议(DHCP)获得(读者可以参照RFC 1541来得到进一步的信息)，在这种情况下它称为一个同设(co-located)转交地址。
移动节点6随后通过与它的本地代理7交换登记请求和登记应答消息将它的新转交地址登记在它的本地代理7上。登记提供了一种方法，通过该方法移动节点可以将它们当前可到达的信息传递给它们的本地代理。下面更详细地描述登记过程，假定外地网2上的移动节点6正在登记一个经过从例如外地代理8的代理广告接收的一个外地代理转交地址。
首先，移动节点6发送一个登记请求消息到外地代理8，该代理处理该请求并且将它转送到移动节点的本地代理7。登记请求消息包括外地代理的IP地址。本地代理7发送一个登记应答消息到外地代理8，准许(或拒绝)该登记请求。外地代理8处理这个应答并且转送它到移动节点6。这种处理为移动节点6建立一个临时地址，当节点从它的本地网1漫游离开时可以将数据报提供给它。如果移动节点6从外地网2返回到它的本地网1，则它通过交换登记请求和登记应答消息，撤销在它本地代理7上的登记。
参照图1b，当连接到网络4的通信者节点(CN)9发送一个预定给移动节点6的消息时，虽然它连接到外地网2，如箭头A所示，消息被本地代理7截获。本地代理7封装形成消息的数据报与对于移动节点6的转交地址，在这个例子中是外地代理8的IP地址，并且转送该消息到外地代理8。箭头B所示的封装的数据报的传输公知为隧道(tunnelling)。外地代理8接收数据报，如箭头C所示，拆去它们的封装并且将它们转送到移动节点6。从移动节点6到互联网中其他节点的消息不必遵循这个路由，而可以经过一个适当的路由器直接发送，该路由器可以是外地代理8。
在RFC 2003“IP内的IP封装”中详细地描述了封装和穿过隧道的概念。该模型为数据报被封装时遵循的路径是一隧道。封装使得IP数据报不被中间路由器知道，这些路由器可能不正确地试图确定该数据报到移动节点的路线。代之以，数据报在一个封装器和一个智能的去封装器如外地代理之间发送，该外地代理可以正确地确定数据报的路线。本地代理7和外地代理8称为隧道的终点。在同设转交地址的情况下，移动节点本身作为隧道的一个终点。
为了使上述的穿过隧道的过程能够正确地工作，本地代理7以一种称为移动性结合(mobility binding)的方式，保存对于移动节点6的可到达性信息。这是移动节点的标识与一个转交地址和一个称为寿命的参数的结合，寿命参数是节点6在本地网7登记期满之前剩余的秒数。在寿命值之后的目标是保持系统的动态特性，一个结合在一设置时间内期满，除非被移动节点6确定地保持。作为一个例子，缺省路由器广告寿命值是1800秒，这里移动节点在一个外地代理上登记，该外地代理是移动节点经过一个代理广告获得的。
一旦接收到登记请求消息，本地代理7通过例如重新设置寿命值，创建或修改移动性结合，这里请求是一种重新登记请求并且移动性结合还没有期满。如果在重新登记请求被接收到以前用于一个给定移动性结合的寿命值期满，本地代理7从它的记录中删除该移动性结合。来自本地代理7的登记应答消息通知移动节点6(经过外地代理8)它的请求的状态，包括由本地代理7分配的寿命值。
移动IP支持多个同时的移动性结合，使得每个移动节点6可以在多个外地代理上登记并且这样获得多个转交地址。这特别适用于当使用一个到网络的无线接口、例如一个RF接口的移动节点在一个以上外地代理的范围内移动时的情况。例如，如果移动节点是飞机上的一个路由器，则当飞机在飞行时，路由器可以使用一个无线电链路不时地在一系列地面的外地代理上登记。
在存在多个同时的移动性结合的情况下，当本地代理7接收到包含一个新的外地代理的IP地址的登记请求时，它保持它现有的移动性结合的列表。如果一个移动性结合的寿命值期满，本地代理7从它的记录中删除该移动性结合，但将其他未期满的结合保持在它的记录中。
当在穿过隧道路由或者在外地代理和移动节点之间的链路上转送来自本地代理的数据发生带宽瓶颈时，这种数据传输方法有问题。例如当移动节点和外地代理之间的网络链路是无线链路时，它们的带宽可能大大低于在通信者节点和本地代理之间的可得到的带宽。
本地代理和外地代理的主要作用是提供适当的封装和去封装以重新确定数据从一个通信者节点到达移动节点的本地网的路由，以便从它当前的位置到达移动节点。因此，可以从通信者节点接收数据并且没有数据损失的最大的数据率被限制在相应于本地代理和移动节点之间最高可得到带宽路径的数据率。
本发明概述为了解决对于移动节点的数据传送速率的限制，本发明提供一种对通信网络内移动节点的数据路由选择的方法，包括步骤确定多个代理节点的位置，数据可以从这些代理节点传送到移动节点；以及将来自预定给移动节点的数据单元流的连续的数据单元传送到代理节点中各不同的节点。
下面的连续的数据单元可以在循环的基础上传送到代理节点。
作为替换或附加方案，数据单元可以根据每个代理节点的可用性的估计或者每个代理节点和移动节点之间的连接质量传送到代理节点。连接的质量可以根据可得到的带宽或特别地考虑在每个代理节点缓冲器使用的程度来估计。
如果连接的质量不能满足预定的标准，如最小可得到的带宽，数据报可以被重新确定路线到一不同的代理节点。
本发明的方法能够提供一种虚拟带宽信道，它是代理节点和移动节点之间的各个可得到信道的带宽之和。
本发明进一步提供一个用于移动数据传送的通信系统，包括一个可连接到远离它的本地网的外地网的移动节点，一个与本地网相关的用于接收预定给移动节点的数据单元流的本地代理节点，多个与外地网相关的用于将从本地代理节点接收的数据单元转送到移动节点的外地代理节点，其特征在于本地代理节点被配置将来自一个接收到的数据单元流的连续的数据单元传送到外地代理节点中各不同节点。
附图的简要说明现在参照附图，通过例子描述本发明的实施例。
图1a是一个基于移动IP的系统的一般安排示意图；图1b示出图1a中数据流动到连接到外地网的移动节点；图2是一个示出现有技术系统内数据流动的示意方块图；图3a是一个示出本发明系统内数据流动的示意方块图；以及图3b是一个实际实现图3a所示的系统的例子。
详细说明图2示出了现有技术的情况，其中移动节点6在三个外地代理10、11、12的范围内。当通信者节点9发送包括数据报序列P，Q，R…Z的消息到移动节点6时，这个消息被本地代理7截获。本地代理7保持一个对于移动节点6的当前移动性结合的记录，由该记录它知道移动节点在其上登记的所有外地代理10、11、12的IP地址。当接收到每个数据报时，本地代理7产生该数据报必需数量的相同的复制，在这种情况下是三个，并且将它们与外地代理的相应转交地址封装。
接收到的数据报的三个相同复制的每一个与相应于外地代理10、11、12的每一个的三个IP地址中的对应一个封装。随后本地代理7将封装的数据报用隧道送到相应的外地代理。外地代理10、11、12去封装数据报并且将数据报三个相同的复制转送到移动节点6。
图3a示意说明本发明的系统，每个链路旁边的数字指示一个该链路的数据传送容量的示例。外地代理10、11、12可以表示连接到基于地面的无线电台的路由器，这些无线电台保持一个与移动计算机6的无线电链路，该计算机工作在与它的本地网断开的现场。另一方面，参照图3b，外地代理10、11、12可以表示允许经过三种不同介质类型连接的路由器，这些连接例如分别是经过一个红外链路到无线LAN的连接13，经过一个调制解调器到ISP的连接14以及经过一个无线电链路到无线LAN基站的连接15。
在如图2和3说明的系统中，最低容量链路很可能是外地代理10、11、12和移动节点6之间的那些链路，特别是如果这些链路是无线链路的话。在现有技术传输方案中，通信者节点9和移动节点6之间最大的数据率因此由外地代理-移动节点链路中的任何一个的最高数据率限制。假定图3a所示的数据传送速率也应用于图2的现有技术系统，现有技术系统的最大数据传送速率是28.8kbps，这是外地代理11和移动节点6之间的数据率。
参照图3a，在本发明的系统中，如前面所述，本地代理7从通信者节点9接收预定给移动节点6的消息。然而，包括在消息中的每个数据报P，Q，R…Z在它被接收时没有被复制；而是立刻发送到下一个可得到的外地代理。可以在“循环的”基础上完成这一点，使得第一个数据报P发送到第一个外地代理10，第二个Q发送到第二个外地代理11，而第三个R发送到第三个外地代理12。第四个数据报S随后发送到第一个外地代理10并且对剩余的数据报重复该过程。
当每个封装的数据报由相应的外地代理接收时，它即被去封装并且转送到移动节点6。因此，图3a中通信者节点9可以以合成速率发送数据，该速率是每个外地代理-移动节点链路的各个数据率的和，即19.2+28.8+9.6=57.6kbps，即可能是图2现有技术安排的两倍速率。
如果通信者节点9和本地代理7之间的数据率超过系统的最大可能的数据率，传送到移动节点6的数据的最终速率取决于一些因素，最重要的一个是管理数据传送的基本的互联网协议。
互联网内的数据传送可能在无连接或面向连接的基础上、根据使用的协议产生，这种协议又取决于要在互联网上提供的服务的性质。
两个最有名的数据传输协议是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)，它们是TCP/IP互联网组件的一部分，该互联网组件还提供互联网协议(IP)。在公知的系统中，TCP/IP用软件实现，并且一般是驻留在计算机操作系统中并且是计算机操作系统的一个组成部分。用户经过操作系统接入TCP/UDP类似于用户接入计算机文件系统的过程。各种TCP/IP实现可以在商业上获得以用于不同的平台，如DOS和UNIX。例如，Microsoft TCP/IP软件作为Microsoft Windows 95和Windows NT操作系统的一个组成部分提供。
UDP提供一种无连接的IP数据报传递服务，该服务不能在发射和接收节点之间保持一个端对端连接，因此不能保证数据传递。它仅仅将每个数据报作为一个以最好的方法传送的独立的实体。它在应用中使用UDP服务来完成差错检验；如果它不这样做，就没有办法知道是否数据报已经到达接收机或者是否数据报已经在传送中丢失。这种传送形式特别适合于某些类型的数据，例如图像或语音数据，这里速度可能比偶然差错更加重要，这些偶然差错不会严重影响接收图像或语音质量。
然而，对于许多应用来说，需要可靠的面向连接的服务，它能够保证IP数据报传递。TCP是一种面向连接的协议，该协议在发射和接收节点之间保持一个端对端连接，并且为节点之间的数据传送提供一个可靠和安全的逻辑连接。
TCP假定它能够从IP协议层获得一个简单但可能不可靠的数据服务。因此，为了将其转变为可靠的服务，它必须提供一些功能，包括(a)基本的数据传送，(b)可靠性和纠错，允许从损坏或丢失的数据或失序的数据中恢复，以及(c)流动控制，该控制向接收节点提供管理由发射节点发送的数据量的方法。说明这些范围中每一个实现所需的详细内容的TCP说明书可以在RFC 793中获得。
本发明的系统特别适合于基于UDP的任务，如图像和话音数据的传输，并且与现有技术系统相比将产生一个好得多的数据传送速率。如果在外地代理-移动节点链路上的最大传送速率不足以应付通信者节点9和本地代理7之间的传送速率，UDP不会完成任何形式的流动控制并且简单地丢掉超过现有缓冲器容量的数据包。因此，需要提供独立的差错检测功能。
如果提供的服务要求使用TCP，一些因素的运作产生一个可靠的、面向连接的传送。因为数据在以不同数据率工作的三个独立的链路上传送，序列控制设法确保数据报以正确的次序到达。如果经过外地代理-移动节点链路的最大数据率不足以应付通信者节点9和本地代理7之间的传送速率，TCP接收关于未传递的或延迟的数据报的信息。通过降低通信者节点-本地代理链路上的传送速率以便将该链路上的传送速率匹配于经过外地代理-移动节点链路可得到的整体速率来对这个信息起作用。然而，相互作用来产生总的TCP控制的各种因素的结果是很难预测实际的总的传送速率，不能说很可能比现有技术系统可得到的总的速率好。所以，参照图3a，在一个基于TCP的系统中最大可得到数据率很可能位于28.8kbps和57.6kbps之间。
在一个实际的系统中，外地代理-移动节点链路的带宽很难预测，所以为了获得最佳的性能，可以使用对循环算法的修改或替代。特别地，在将一个数据报分配给一个特定的外地代理-移动节点链路之前，最好确定是否外地代理可以得到，或者检查经过该链路的可得到带宽。可以通过例如检查在每个外地代理路由器处缓冲器使用的程度来完成这一点。检查连接的质量，并且如果质量不能满足预定的标准如最小带宽，则对数据报重新选择路由，帮助限制一个非常低带宽的外地代理-移动节点链路将变为数据传送过程中一个新瓶颈的可能性。
移动IP为移动节点提供方法以保存它的登记，周期地检查新的外地代理或不再能到达的已经登记的代理。当移动节点来到另外的外地代理的范围内时，新的登记被启动并且数据报随后发送到那些代理，所以进一步增加了可能的数据传送速率。类似地，当一个外地代理不再在移动节点的范围内时，外地代理将被撤销登记并且输入的数据报可以在剩余的代理之间分摊。
虽然参照互联网描述了上面的例子，本发明还可以应用于基于互联网协议的任何网络并且这些原理可以扩展到基于其他网络协议的系统。
权利要求
1．一种在通信网络内对于到移动节点(6)的数据进行路由选择的方法，包括步骤确定多个代理节点(10，11，12)的位置，从这些代理节点可以将数据传送到移动节点；以及将来自预定给移动节点的数据单元流的连续数据单元传送到代理节点中的各不同节点。
2．如权利要求1所述的方法，其中下面的连续数据单元在循环的基础上传送到代理节点。
3．如权利要求1或2所述的方法，还包括在传送一个数据单元到代理节点之前估计每个代理节点和移动节点之间连接的质量。
4．如权利要求3所述的方法，包括如果连接质量不满足预定的标准，则对数据单元重新选择路由到代理节点中的一个不同节点。
5．如权利要求4所述的方法，其中预定的标准包括一个用于代理节点和移动节点之间连接的最小带宽。
6．如权利要求3到5中任何一个所述的方法，其中用于经过连接进行数据传送的可利用带宽是连接质量的一种量度。
7．如权利要求3到6中任何一个所述的方法，其中代理节点包括数据缓冲器并且缓冲器的使用程度是连接质量的一种量度。
8．如前面任何权利要求所述的方法，其中每个数据单元是一个IP数据报。
9．如前面任何权利要求所述的方法，其中代理节点是基于移动IP的网络内的外地代理。
10．如权利要求8或9所述的方法，其中IP数据报流由本地代理(7)接收。
11．一个用于移动数据传送的通信系统，包括一个移动节点(6)，可连接到一个远离它的本地网(1)的外地网(2)；一个本地代理节点(7)，与本地网(1)相关，用于接收预定给移动节点的数据单元流；多个外地代理节点(10，11，12)，与外地网相关，用于将从本地代理节点接收的数据单元转送到移动节点；其特征在于本地代理节点被配置将来自接收到的数据单元流的连续的数据单元传送到外地代理节点中各不同节点。
12．一种在通信网络内对于到移动节点的数据进行选择路由的方法，基本上如同上面参照附图所述。
13．一种用于移动数据传送的通信系统，基本上如同上面参照附图所述。
全文摘要
通过使用本地代理(7)和外地代理(8,10,11,12),确定数据经过互联网到一个移动节点(6)的路由以提供移动性功能。通过在循环的基础上将数据从本地代理(7)传送到多个外地代理(10,11,12)来改进到移动节点(6)的数据传送速率,通过检查外地代理(10,11,12)和移动节点(6)之间连接的质量并且如果某些预定的质量标准不满足则对数据重新进行路由选择经过另一个外地代理来增强这种能力。
文档编号H04L29/06GK1282481SQ98812208
公开日2001年1月31日 申请日期1998年12月11日 优先权日1997年12月17日
发明者贾森·斯图尔特·弗林 申请人:英国电讯有限公司