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实现移动接入网关可靠性的保障方法
    【技术领域】
     本发明涉及移动接入网， 特别是涉及一种实现移动接入网关可靠性的保障方法。背景技术 随着各种无线终端的出现， 人们对移动性业务的需求越来越多。移动 IP 是当前信 息技术研究的一个重点， 受到了全世界各行各业的广泛关注。移动 IP 技术是在 Internet 上提供移动功能的网络层方案之一， 使 MN 可以使用一个永久的 IP 地址与 Internet 中的任 何主机通信， 并且在切换子网时不中断与 CN 正在进行的通信。
     随着 MN 地理位置的移动变化， 网络拓扑也会发生变化， 这就需要移动性管理协议 来改变端到端的数据路由， 从而保证 MN 与 CN 的通信不中断。当前的移动性管理协议可分 为全局移动性管理协议和区域移动性管理协议。
     全 局 移 动 性 管 理 协 议 , 如 RFC3775(， D. Johnson, C. Perkins, J. Arkko. Mobility Support in IPv6,IETF rfc, June ,2004) 所描述的 MIPv6， 为了保持 MN 的可达 性， 建立临时 IP 地址与永久 IP 地址的绑定， 通过使 MN 在家乡代理 HA 或通信对端 CN 更新 临时 IP 地址来保持 MN 移动式路由的可达性。但是， 全局移动性协议存在三个明显的缺点 ： 更新时延长 ； 信令开销大 ； 位置的保密性差。
     区域移动性管理协议有 HMIPv6、 蜂窝 IP 等， 这些协议的特点是采用分层结构， 引 入特定的路由算法和切换算法来实现网络管理。 分层结构在实现区域管理的同时也增加了 网络结构和单点故障的复杂度， 增加了网络管理和安全方面的相关问题。这些区域移动管 理协议都是基于终端的移动性管理协议， 需要修改终端的网络协议栈来参与移动性管理， 限制了这些协议的广泛应用。为了解决上述区域移动性管理协议的瓶颈， 迫切需要一种便 于管理、 复杂度低的区域移动性管理协议， 即基于网络的区域性移动性管理协议 ： 在这个协 议中 ,MN 在同一区域内移动时完全由 MP 来控制， 不需要 MN 直接同家乡代理进行信令消息 的交互。
     基于网络的区域性移动性管理协议之一， RFC5213 (， S. Gundavelli, K. Leung, V. Devarapalli,K. Chowdhury, B. Patil. Proxy Mobile IPv6,IETF rfc, August,2008) 所描述的 PMIPv6 于 2008 年 8 月发布。解决的问题是 ： 如何在保证 MN 通信的同时， 让 MN 尽 量地不参与到移动性管理过程。MN 利用如 802.11 的链路启动和关闭等二层机制或如邻居 发现等三层机制， 来检测新的链路， 并更新 MN 的数据分发的路由表项。 PMIPv6 不需要 MN 安 装特殊的移动性管理软件。在 MN 切换到新网络拓扑时也不需要 MN 的网络接口改变其 IP 地址， 从而使 MN 尽量少地参与到移动性管理过程， 将 MN 在 PMIPv6 域中移动的复杂度降到 最低。
     PMIPv6 是基于网络的移动性管理协议， 不需要更改 MN 现有的 IP 协议栈， 也不需 要 MN 参与到移动性管理的信令交互过程。PMIPv6 协议扩展了 MIPv6 的信令消息， 使用了 MIPv6 中 HA 的概念， PMIPv6 域类似于 MIPv6 中的家乡域。当 MN 在同一个 PMIPv6 域内移动 时， 它将获得一个唯一的 MN-HNP， 移动过程中不需要变更其 IP 地址， 使得网络层移动对 MN
     是透明的。
     PMIPv6 协议引入了两个功能实体 ： MAG 和 LMA。MAG 在接入网上运行， 其主要执行 三项功能 ： 一是执行 MN 的接入和认证， 与 MN 的 LMA 发起移动性相关的信令过程 ； 二是模拟 MN 的家乡链路 ； 三是建立 MN 的数据转发路径。LMA 在汇接层上运行， 执行类似 MIPv6 中 HA 的功能， 其主要功能是当 MN 在本 PMIPv6 域内移动时， 完成与 MAG 的绑定注册工作， 保证 MN 与 LMA 的可达性。
     PMIPv6 协议运行过程 ： 1.MN 初始化启动， 通过 DHCPv6 机制获得一个链路局部 IPv6 地址 ； 2.MN 进行移动， 从一个 MAG2 域移动到另一个 MAG1 域， 地理位置发生改变 ； 3.MAG1 的 AP 检测到有新的 MN 接入并获取 MN 的 MAC 地址 ； AP 将 MN 的 MAC 地址信息包 含在日志信息中发送给 MAG， MAG 验证 MN 合法性 ； MAG 代理合法的 MN 与 LMA 进行绑定注册 工作 ； 4. 成功完成绑定注册工作后， MAG 使用 LMA 分配的 MN-HNP， 构造路由通告向 MN 所在的 AP 域广播， MN 获取接入的 AP 的路由通告配置一个全局的 MN-HoA ； 5.MN 与 CN 进行通信。 在 PMIPv6 的部署过程中， 最为重要的问题之一就是 MAG 的可靠性保障问题。因为 在 PMIPv6 域中， 所有的 MN 都必须通过无线链路接入到 MAG， 通过 MAG 的代理来完成与 LMA 上的绑定注册， 建立端地址为 < Proxy-CoA ,LMAA> 的双向隧道 , 而后才能与 CN 进行通信。 在 MAG 这种关键的业务点， 如果只使用一台 MAG， 无论其可靠性多高， 整个通信系统必然要 承受着因 MAG 的单点故障而导致网络中断的巨大风险 ： 一旦 MAG 出现故障， 该 MAG 代理域中 的所有 MN 都将失去与 CN 的通信， 从而给用户造成严重后果。 RFC5213 并没有明确指出该采 取何种方案来保障 MAG 的可靠性， 因此， 现有的 PMIPv6 协议潜在着严重的可靠性隐患。
     在 MIPv6 中， HA 是 MN 在家乡网络的重要支撑， 一个 MN 只和一个 HA 注册和建立一 个绑定， HA 可能成为单故障节点。一个 HA 为多个 MN 提供服务， 如果 HA 出现故障将会导致 多个 MN 与外界通信失败， 因此为 HA 提供高可靠性保障方法是十分必要的。
     目前 IETF 提出的草案 “家乡代理可靠性协议 HARP（R. Wakikawa. Home Agent Reliability Protocol (HARP),IETF draft, draft-ietf-mip6-hareliability-08, November 9, 2010） ” ， 正是为了解决 MIPv6 的家乡代理的可靠性问题而提出的。 MIPv6 允许 配置多个 HA， 如果当前工作的 HA 出现故障时， MN 可以通过新的 HA 建立连接， 由新的 HA 继 续为 MN 提供服务。草案中对这些问题进行了描述， 并且为 HA 备份和可靠性提供了 HA 故障 检测， HA 状态转移以及 HA 切换机制。
     在 HARP 中定义了一个家乡代理可靠性冗余集， 它由一个或多个拥有不同优先级 的 HA 组成。 在通常情况下， 最高优先级的 HA 称为活跃 HA， 而其它运行着的 HA 称为备份 HA。 活跃 HA 服务一个给定的移动网络。当活跃 HA 出现故障时， 第二优先级的备用 HA 接替最高 优先级的 HA 的工作， HA 的故障迁移对 MN 应该是透明的， 并且耗时不能超过 MN 转交地址的 更新周期。
     除此之外， 活跃 HA 通过不间断的发送状态同步消息给备用 HA， 来保持 MN 的信息的 一致性， 包括 BC 信息、 AAA 信息、 隧道信息。备用 HA 实时监测活跃 HA 的可用性， 用来发现 可能出现的活跃 HA 故障。一旦当前的活跃 HA 出现故障， 则第二优先级的备用 HA 成为新的
     活跃 MAG， 接管对 MN 的通信服务。
     HA 切换可能出现如下情况 ： 1、 故障迁移 ： 活跃 HA 意外故障。通过备用 HA 的实时监测， 拥有第二优先级的备用 HA 发现活跃 HA 出现了故障进行接管， 并为 MN 提供家乡代理服务 ； 2、 初始启动 ： 一个刚刚开启的 HA， 实时检测到它拥有最高优先级， 该 HA 通知当前的活 跃 HA， 先与其进行状态同步 ； 状态同步完毕， 该 HA 转变为活跃 HA， 当前活跃 HA 回落到备用 状态 ； 3、 故障排除 ： 活跃 HA 通知当前最高优先级的备用 HA 启动家乡代理切换， 它将不再活 跃。
     HARP 的应用场景是基于终端的移动性管理协议 MIPv6 下的 HA， 而我们欲解决的主 要问题是基于网络的移动性管理协议 PMIPv6 的 MAG 可靠性保障问题。
     PMIPv6 协议不但扩展了 MIPv6 的信令消息， 沿用了 HA 的概念 ； 而且， 新引入了 MAG 作为 MP 代理 PMIPv6 域中的所有 MN 的通信。MAG 与 HA 两个功能实体之间， 数据结构和功能 机制存在较大的差异 ： 1、 HA 主要需要维护的数据结构是 BC， 主要包含来自 MN 的 BU 的详细信息 ； 而 MAG 需要 维护的数据结构是 BUL， 不仅要包含 MN 的 BU 的详细信息， 还有包含 MN 的全局唯一标识移动 选项、 MN 的家乡网络前缀选项及隧道信息等 ； 2、 HA 只需要与 MN 进行绑定注册工作 ； MAG 作为 PMIPv6 的 MP， 既需要与 LMA 进行绑定 注册工作， 又需要管理 MN 的通信。 基于以上的差异， 在 MAG 上无法使用 HARP 协议来实现 MAG 的可靠性保障。我们需 要根据 MAG 的特性， 借鉴 HARP 的基本思想， 为 MAG 的可靠性设计一种新的保障方法。
     发明内容 为了解决现有 PMIPv6 技术结构的可靠性隐患， 本发明的目的在于改进上述现有 技术中的不足而提供一种实现移动接入网关可靠性的保障方法， 通过在接入网关处部署一 台活跃 MAG 和至少一台备用 MAG， 从而实现新的 MAGRRP 机制来保障 MAG 的可靠性。
     本发明的目的通过以下措施来达到 ： 1、 一种实现移动接入网关可靠性的保障方法， 在接入网关处部署一台活跃 MAG 和至少 一台备用 MAG， 该保障方法实现的流程如下 ： 1） 初始化启动 LMA 和 PMIPv6 域 1、 PMIPv6 域 2 的 MAGRRS 的可靠性保障组成员 ； 2） PMIPv6 域 1 中的 MAGRRS 第一优先级成员 MAG1_1、 第二优先级成员 MAG1_2 和第三优 先级成员 MAG1_3 通过发送 MAG-HELLO 发现包来实现对活跃 / 备份状态的确定， 其中优先级 最高的 MAG1_1 成为活跃 MAG， MAG1_2 和 MAG1_3 成为备用 MAG， 活跃的 MAG 与备用的 MAG 定 期地通过发送 MAG-SYNC 同步消息包， 并携带有绑定更新列表 BULE 移动选项进行状态的同 步； 3） AP1 负责检测 MN 的接入和离开， 并通过发送日志消息给活跃的 MAG1_1， 活跃的 MAG1_1 检查 MN 是否是合法已注册的用户 ； 如果合法， 则由活跃的 MAG1_1 代理 MN， 向 LMA 发 送代理绑定包含 MN 的描述符的代理绑定更新信令包， 进行代理绑定注册工作 ； 4） LMA 收到来自 PMIPv6 域 1 中的活跃 MAG1_1 的包含有 MN 描述符的代理绑定注册消
     息后进行确认， 如果 MN 的描述符验证合法， 则为活跃的 MAG1_1 代理的 MN 分配家乡网络前 缀， 然后创建代理绑定确认消息发送给活跃的 MAG1_1 ； 活跃的 MAG1_1 接收并解析代理绑定 确认消息， 然后向 MN 路由通告 LMA 为 MN 分配的家乡网络前缀， MN 根据路由通告配置一个 家乡地址， 然后就可以与通信对端进行通信 ； 5） 当活跃的 MAG1_1 出现故障后， 此时第二优先级的 MAG1_2 通过发送 MAG-HELLO 发现 包检测到 MAG1_1 发生了故障， 则 MAG1_1 此时不可用， MAG1_2 此时成为活跃状态， MAG1_3 仍 为备用状态 ； 活跃的 MAG1_2 使用与 MAG1_1 最后更新的状态进行隧道重建、 代理绑定更新列 表的重建， 以最小的时延恢复 MN 与 CN 之间的通信 ； 6） 当不可用的 MAG1_1 排除故障后， 接收到来自优先级比 MAG1_1 低的 MAG1_2 和 MAG1_3 的 MAG-HELLO 包， 发现此时的 MAG1_2 是活跃的， 则与活跃的 MAG1_2 进行状态同步， 当状态 同步完成后， MAG1_1 从不可用状态转变为活跃状态， MAG1_2 从活跃状态转变为备用状态， MAG1_3 仍处于备用状态。
     进一步， 所述的 MAG-HELLO 消息是被定义用于在 MAGRRS 成员之间进行交互信息， 管理确定 MAGRRS 成员状态为活跃 / 备用状态， 并用于活跃 MAG 故障的实时检测 ； 该新消息 主要由 MAGRRS 的优先级较低的 MAG 向优先级较高的 MAG 周期性地发送， 消息中携带着与该 MAG 的有关 MAGRRS 基本信息。新的 MAG-HELLO 交互消息的基本格式如表 1 所示 ：表 1 MAG-HELLO 消息各字段的含义及作用如下 ： 序列号 ： 作为 MAG-HELLO 消息的序列号， 用来验证该 MAG-HELLO 消息是不是最新的 MAG-HELLO 消息 ； MAG 优先级 ： 16bit 无符号整数， 用来标识发送该 MAG-HELLO 消息的源 MAG 的优先级 ； MAG-HELLO 生存时间 ： 16bit 无符号整数， 用来标识发送该 MAG-HELLO 消息的生存时 间； MAG-HELLO 发送间隔 ： 16bit 无符号整数， 用来标识 MAG 之间发送 MAG-HELLO 消息的间 隔； MAGRRS 组 ID ： 8bit 无符号整数， 用来标识 MAGRRS 的唯一标识 ； (A)ctive 标志 ： 活跃 MAG 的标志， 如果设置了该标志位， 说明当前 MAG-HELLO 消息的发 送者是活跃 MAG ； (R)equest 标 志 ： 请 求 MAG-HELLO 确 认 消 息 标 志， 如 果 设 置 了 该 标 志 位， 那么该 MAG-HELLO 消息的接收者必须回复一个 MAG-HELLO 确认消息给发送者 ；保留 ： 保留作扩展使用， 该域由发送者初始化为 0， 接收者忽略该域 ； 移动选项 ： 携带 MIPv6 规范的移动选项， 变长， 可选。
     进一步， 所述的 MAG-SYNC 同步消息是被定义用于在 MAGRRS 成员之间周期性地进 行 BUL 信息和隧道信息等状态的同步 ； 当活跃 MAG 出现故障， 备用 MAG 通过 MAG-HELLO 交互 消息的检测， 能够即时检测出第一优先级活跃 MAG 出现了故障 ； 第二优先级的备用 MAG 立即 转换为新的活跃 MAG， 开始接管原来活跃 MAG 所代理的所有 MN 的通信。
     两种功能场景 ： (1) 初始启动时， 发送 MAG-HELLO 交互信息， 检测网络中同组的活跃 MAG 是否存在 ； 如 果存在， 向活跃 MAG 发送 SS-REQ 包， 进行状态同步 ； 如果不存在活跃 MAG， 且自己优先级最 高， 自动转变为活跃 MAG ； (2) 活跃 MAG 代理 MN 成功完成一次绑定注册后， 自发地向 MAGRRS 所有的备用 MAG 发送 SS-SPON 包， 具体可以携带的是 BULE 移动选项 ； 新的 MAG-SYNC 同步消息的基本格式如表 2 所示 ：表2 其中的类型为 ： 8bit 无符号整数， 被分配了如下几个值 ： 0， 状态同步请求 SS-REQ 消息， 该类型的消息不包含任何信息， 由刚刚启动的 MAG 向活跃 MAG 请求所有 MN 的 BUL 及隧道状 态等信息 ； 1， 状态同步应答 SS-REP 消息， 该类型的消息在 MAGRRS 成员之间使用， 包含当前 活跃 MAG 的所有的 BULE， 这个消息由活跃 MAG 发送， 作为 SS-REQ 消息的应答 ； 2， 自发状态 同步 SS-SPON 消息， 该类型的消息是在活跃 MAG 在成功代理 MN 完成一个绑定注册时， 由活 跃 MAG 主动构造 SS-SPON 消息并发送给 MAGRRS 中的所有备用 MAG ； 保留 ： 8bit， 保留， 该字段由发送者初始化为 0， 接收者必须忽略该域 ； 标识符 ： 16bit 无符号整数， 该字段是用于 SS-REQ 消息和 SS-REP 消息的随机数， 如果 为 0 值， 代表为 SS-SPON 消息。
     进一步， 所述 BULE 移动选项是被定义用于携带隧道标识、 MN 的链路局部地址、 MN 的家乡前缀、 MN 的 LMA 地址等关于 MN 在活跃 MAG 上的 BULE 的信息 ； 当活跃 MAG 接收到一 个来自 LMA 的 PBA 包 ； 如果 PBA 的处理状态值为 0， 说明与 LMA 已经成功完成绑定注册， 则 查找 BUL， 获取对应该 PBA 包的 BULE， 然后根据该 BULE 构造 BULE 移动选项作为 SS-SPON 消 息的移动选项， 由活跃 MAG 自发地向 MAGRRS 中的所有备用 MAG 发送， 所有的备用 MAG 无需 回复确认给活跃 MAG ； 新的 BULE 移动选项的基本格式如表 3 所示 ：表 3 类型 ： 8bit 无符号整数， 定义为 0x08， 指定该移动选项为 BULE 选项 ； 长度 ： 8bit 无符号整数， 固定长度 80， 十六进制为 0x50 ； PBU 标志位 ： 16bit 的标志位， 在 PMIPv6 中定义， 它们是 A， H， L， K， M， R， P， 其中 P 指定 该绑定注册类型是 “代理注册” ； 序列号 ： 16bit 无符号整数， 用来判断包含的是否是最新的 BULE ； 生存时间 ： 16bit 无符号整数， 标识该 BULE 生存时间 ； 代理 COA 接口索引 ： 8bit 无符号整数， 标识活跃 MAG 用于与 LMA 绑定注册的网络接口 ； MN 接入接口索引 ： 8bit 无符号整数， 标识活跃 MAG 接收 AP 日志信息的网络接口 ； MN 的标识符 ： 32 位无符号整数， 是 MN 在 PMIPv6 域的唯一标识 ； 隧道标识 ： 8 位无符号整数， 标识活跃 MAG 与 LMA 之间的双向隧道 ； MN 的家乡网络前缀 ： 128 位无符号整数， 携带 LMA 为 MN 分配的 IPv6 家乡网络前缀 ； MN 的家乡网络前缀长度 ： MN 的家乡网络的前缀长度 ； 保留 ： 为将来的使用预留了 16bit 的空间 ； MN 的代理转交地址 ： 128 位无符号整数， 携带为 MN 代理注册的 MAG 代理 COA 接口索引 对应的 IPv6 地址 ； MN 的链路地址 ： 128 位无符号数， 携带 MN 通过 AP 的 RA 获得的 IPv6 地址 ； MN 的 LMA 地址 ： 128 位无符号整数， 携带 MN 的 LMA 的 IPv6 地址。
     本发明的优点在于 ：根据本专利所提出的一种实现移动接入网关可靠性的保障方法 ： 在 PMIPv6 的环境中， 在 MAG 上采用 MAGRRP 机制。能有效地防止因 MAG 的故障而导致所代理的 MN 的通信中断丢 失。
     MAGRRP 机制属于一种轻量级的机制， 能够有效地降低可靠性保障实现的复杂度， 因此不会对 MAG 造成大的带宽占用和处理负担。新设计的 MAGRRP 机制设计简洁， 具有高内 聚、 低耦合的特性， 对现有的 PMIPv6 协议改动很小， 易于实现。 附图说明
     图1： MAG 可靠性保障的网络拓扑图 ； 图2： MAG-HELLO 交互过程 ； 图3： MAG-SYNC 状态同步过程 ； 图4： MAGRRS 故障迁移过程 ； 图5： MAGRRS 故障回迁过程。 具体实施方式 本发明解决其技术问题所采用的完整技术方案是 ： 一种实现移动接入网关可靠性 的保障方法， 在 PMIPv6 中， 提出了一种 MAGRRP 机制来保障 MAG 的可靠性。该方案通过引入 一种新的 MAGRRP 机制来保障 MAG 的可靠性， 该 MAGRRP 机制定义了一个 MAGRRS 冗余集， 其 中包含一台活跃 MAG 和至少一台备用 MAG， 来实现可靠性保障、 故障迁移对 MN 和 LMA 的透明 性， 因此， MN 和 LMA 仅将这组设备等同于一台活跃的 MAG， 无法感知到其他备用 MAG 的存在。 所有的 MAG 共享两个地址 MAG_AP 和 MAG_LMA ： MAG_AP 仅配置在活跃 MAG 上的负责接收 AP 日志信息的端口 ； MAG_LMA 仅配置在活跃 MAG 上的负责与 LMA 进行绑定注册的端口 ； 通过这 个虚拟设备作为移动代理来代理 MN 进行通信， 能够保证 MAG 的故障迁移对于 MN 和 LMA 是 完全透明的， 这就很好地实现了流量切换和故障迁移。
     本发明的方法是一种轻量级的机制， MAGRRS 的所有参与接入网关可靠性保障的 MAG 组成员包括至少两台具有不同优先级的 MAG。在初始启动时， 检测网络中是否存在同组 的活跃 MAG ； 若存在， 则发送 SS-REQ 包与活跃 MAG 进行状态同步 ； 如果不存在活跃 MAG 或优 先级比自己高的 MAG， 则自发转变成为活跃 MAG， 代理域中的 MN 进行通信， 并自发地与其他 优先级低的 MAG 周期性地进行状态同步。活跃 MAG 与备用 MAG 之间进行 BUL 信息和隧道信 息等的状态同步。活跃 MAG 采用触发机制 （初始启动除外） ， 仅在成功代理 MN 完成一个绑定 注册时才与备用 MAG 进行状态同步。活跃 MAG 与备用 MAG 之间周期性地发送 MAG-HELLO 消 息进行交互， 用于确定 MAGRRS 中的活跃 MAG 和备用 MAG 身份 ； 当活跃 MAG 出现故障时， 第二 优先级的备用 MAG 如果连续 3 次接收不到来自最高优先级的活跃 MAG 对 MAG-HELLO 包的确 认， 即判断当前活跃 MAG 出现了故障， 该备用 MAG 转变为新的活跃 MAG， 接管原活跃 MAG 代理 的所有 MN 的通信服务， 最大限度地降低因 MAG 故障而引起的 MN 通信延迟与丢包率。
     本发明中的新增消息 ： 有自定义的 MAGRRS_INFO 结构体 , 用于存储 MAG 的 MAGRRS 相关信息 ； 有自定义的 MAG-HELLO 交互消息， 用于管理 MAGRRS 成员状态及对活跃 MAG 的故 障探测 ； 有自定义的 MAG-SYNC 同步消息， 可以用于同步状态请求、 同步状态请求应答和自 发状态同步 ； 有自定义的 BULE 移动选项， 用于存储跟 MN 相关的 BULE 及隧道信息， 作为移动
     选项添加在 MAG-SYNC 消息中。活跃 MAG 和备用 MAG 对新增的 MAG-HELLO 消息及 MAG-SYNC 消息进行处理。
     PMIPv6 沿用了 MIPv6 的 HA 概念， 在 MIPv6 的 BU、 BA 信令消息基础上扩展出新的 PBU、 PBA 信令交互消息。一种实现移动接入网关可靠性的保障方法是在 PMIPv6 的环境中， 设计了一个高内聚、 低耦合的机制， 实现对 MAG 可靠性的保障。
     本发明新的自定义的数据结构， 为 MAGRRS_INFO 结构体， 用于存储该 MAG 所在的 MAGRRS 的信息。该结构体主要的成员变量包括 ： 1、 可靠性组 ID ； 2、 MAGRRS 共享地址 MAG_ AP， 仅配置在活跃 MAG 上的负责接收 AP 日志信息的端口 (MN 接入接口 )， 用于接收来自 AP 的检测 MN 接入或离开的日志信息 ； 3、 MAGRRS 共享地址 MAG_LMA， 仅配置在活跃 MAG 上的负 责与 LMA 进行绑定注册的端口 ( 代理 COA 接口 )， 用于与 LMA 通信的组地址 ； 4、 在 MAGRRS 的 每一个 MAG 的代理 COA 接口上设置一个独有的全局地址 MAG_SOLE， 用于 MAGRRS 的成员之间 进行信息的交互和状态的同步， 该地址在 MAG 初始化时即配置给代理 COA 接口 ； MAGRRS 成 员列表， 包含 MAGRRS 各个成员的 MAG_SOLE 和对应的优先级字段 ( 值越小， 优先级越高 )。
     MAG_AP 和 MAG_LMA 两个共享 IP 地址仅在活跃 MAG 上使用， MN 与活跃 MAG 的 MAG_ AP 地址进行通信 ； LMA 与活跃 MAG 的 MAG_LMA 地址进行通信。当活跃 MAG 出现故障时不再 占用这两个共享 IP 地址， 第二优先级的备用 MAG 转变为新的活跃 MAG。在该新的活跃 MAG 的 MN 接入接口上配置 MAG_AP 地址， 代理 COA 接口配置 MAG_LMA 地址， 从而保证 MAG 的故障 迁移对 LMA 和 MN 的完全透明性。
     MAG 的独有地址 MAG_SOLE 是用于在 MAGRRS 的成员之间进行消息交互和状态同步 ； 共享地址 MAG_AP 和 MAG_LMA 是用来保证 MAG 的故障迁移对 MN 和 LMA 保持透明性。
     本 发 明 新 的 消 息 类 型， MAG-HELLO 交 互 消 息。MAG-HELLO 消 息 是 被 定 义 用 于 在 MAGRRS 成 员 之 间 进 行 交 互 信 息， 管 理 确 定 MAGRRS 成 员 状 态 为 活 跃 / 备 用 状 态， 并 用 于 活 跃 MAG 故 障 的 实 时 检 测。 该 新 消 息 主 要 由 MAGRRS 的 优 先 级 较 低 的 MAG 向 优 先 级 较 高 的 MAG 周 期 性 地 发 送， 消 息 中 携 带 着 有 关 该 MAG 的 有 关 MAGRRS 基 本 信 息。 新 的 MAG-HELLO 交 互 消 息 的 基 本 格 式 如 表 1 所 示 ：表1 其中 MAG-HELLO 消息各字段的含义及作用如下 ： 序列号 ： 作为 MAG-HELLO 消息的序列号， 用来验证该 MAG-HELLO 消息是不是最新的一 个； MAG 优先级 ： 16bit 无符号整数， 用来标识发送该 MAG-HELLO 消息的源 MAG 的优先级 ；MAG-HELLO 生存时间 ： 16bit 无符号整数， 用来标识发送该 MAG-HELLO 消息的生存时 间； MAG-HELLO 发送间隔 ： 16bit 无符号整数， 用来标识 MAG 之间发送 MAG-HELLO 消息的间 隔； MAGRRS 组 ID ： 8bit 无符号整数， 用来标识 MAGRRS 的唯一标识 ； (A)ctive 标志 ： 活跃 MAG 的标志。如果设置了该标志位， 说明当前 MAG-HELLO 消息的 发送者是活跃 MAG ； (R)equest 标 志 ： 请 求 MAG-HELLO 确 认 消 息 标 志。 如 果 设 置 了 该 标 志 位， 那么该 MAG-HELLO 消息的接收者必须回复一个 MAG-HELLO 确认消息给发送者 ； 保留 ： 保留作扩展使用， 该域由发送者初始化为 0， 接收者忽略该域 ； 移动选项 ： 携带 MIPv6 规范的移动选项， 变长， 可选。
     本发明新的消息格式， MAG-SYNC 同步消息， 用于在 MAGRRS 成员之间周期性地进行 BUL 信息和隧道信息等状态的同步。当活跃 MAG 出现故障， 备用 MAG 通过 MAG-HELLO 交互消 息的检测， 能够即时检测出最高优先级活跃 MAG 出现了故障 ； 第二优先级的备用 MAG 立即转 换为新的活跃 MAG， 开始接管原来活跃 MAG 所代理的所有 MN 的通信。
     两种功能场景 ： (1) 初始启动时， 发送 MAG-HELLO 交互信息， 检测网络中同组的活跃 MAG 是否存在 ； 如 果存在， 向活跃 MAG 发送 SS-REQ 包， 进行状态同步 ； 如果不存在活跃 MAG， 且自己优先级最 高， 自动转变为活跃 MAG。
     (2) 活跃 MAG 代理 MN 成功完成一次绑定注册后， 自发地向 MAGRRS 所有的备用 MAG 发送 SS-SPON 包。具体可以携带的是 BULE 移动选项。
     新的 MAG-SYNC 同步消息的基本格式如表 2 所示 ：表 2 类型 ： 8bit 无符号整数。被分配了如下几个值 ： 0， 状态同步请求 (SS-REQ) 消息， 该类 型的消息不包含任何信息， 由刚刚启动的 MAG 向活跃 MAG 请求所有 MN 的 BUL 及隧道状态等 信息 ； 1， 状态同步应答 (SS-REP) 消息， 该类型的消息在 MAGRRS 成员之间使用， 包含当前活 跃 MAG 的所有的 BULE， 这个消息由活跃 MAG 发送， 作为 SS-REQ 消息的应答 ； 2， 自发状态同 步 (SS-SPON) 消息， 该类型的消息是在活跃 MAG 在成功代理 MN 完成一个绑定注册时， 由活 跃 MAG 主动构造 SS-SPON 消息并发送给 MAGRRS 中的所有备用 MAG ； 保留 ： 8bit， 保留， 该字段由发送者初始化为 0， 接收者必须忽略该域 ； 标识符 ： 16bit 无符号整数。该字段是用于 SS-REQ 消息和 SS-REP 消息的随机数， 如果 为 0 值， 代表为 SS-SPON 消息。MAG-SYNC 消息格式中的移动选项主要是用于携带自定义的移动选项来进行活跃 MAG 与备份 MAG 之间的若干状态的同步， 下面进行详细的介绍。
     本发明有新的自定义的移动选项， BULE 移动选项， 它是被定义用于携带隧道标识、 MN 的链路局部地址、 MN 的家乡前缀、 MN 的 LMA 地址等关于 MN 在活跃 MAG 上的 BULE 的信息。 当活跃 MAG 接收到一个来自 LMA 的 PBA 包。如果 PBA 的处理状态值为 0， 说明与 LMA 已经成 功完成绑定注册， 则查找 BUL， 获取对应该 PBA 包的 BULE， 然后根据该 BULE 构造 BULE 移动 选项作为 SS-SPON 消息的移动选项， 由活跃 MAG 自发地向 MAGRRS 中的所有备用 MAG 发送， 所有的备用 MAG 无需回复确认给活跃 MAG。
     新的 BULE 移动选项的基本格式如表 3 所示 ：表 3 类型 ： 8bit 无符号整数。定义为 0x08， 指定该移动选项为 BULE 选项 ； 长度 ： 8bit 无符号整数。固定长度 80， 十六进制为 0x50 ； PBU 标志位 ： 16bit 的标志位， 在 PMIPv6 中定义， 它们是 A， H， L， K， M， R， P， 其中 P 指定 该绑定注册类型是 “代理注册” ； 序列号 ： 16bit 无符号整数， 用来判断包含的是否是最新的 BULE ； 生存时间 ： 16bit 无符号整数， 标识该 BULE 生存时间 ； 代理 COA 接口索引 ： 8bit 无符号整数， 标识活跃 MAG 用于与 LMA 绑定注册的网络接口 ； MN 接入接口索引 ： 8bit 无符号整数， 标识活跃 MAG 接收 AP 日志信息的网络接口 ； MN 的标识符 ： 32 位无符号整数， 是 MN 在 PMIPv6 域的唯一标识 ；隧道标识 ： 8 位无符号整数， 标识活跃 MAG 与 LMA 之间的双向隧道 ； MN 的家乡网络前缀 ： 128 位无符号整数， 携带 LMA 为 MN 分配的 IPv6 家乡网络前缀 ； MN 的家乡网络前缀长度 ： MN 的家乡网络的前缀长度 ； 保留 ： 为将来的使用预留了 16bit 的空间 ； MN 的代理转交地址 ： 128 位无符号整数， 携带为 MN 代理注册的 MAG 代理 COA 接口索引 对应的 IPv6 地址 ； MN 的链路地址 ： 128 位无符号整数， 携带 MN 通过 AP 的 RA 获得的 IPv6 地址 ； MN 的 LMA 地址 ： 128 位无符号整数， 携带 MN 的 LMA 的 IPv6 地址。
     本发明一种实现移动接入网关可靠性的保障方法的步骤如下 ： 步骤 1、 初始化 LMA 和不同优先级的 MAG。如图 1 所示， 在每个 MAGRRS 中定义了至少 3 个不同优先级的 MAG。其中， PMIPv6 域的 MAGRRS 成员命名为 “MAG( 域值 )_（优先级字 段） ” ， 其中优先级字段的值越小优先级越高 ： PMIPv6 域 1 的 MAGRRS 成员有优先级高、 初始 化为活跃 MAG 的 MAG1_1（第一优先级， 初始为活跃 MAG） 、 MAG1_2（第二优先级， 初始化为备 用 MAG） 、 MAG1_3（第三优先级， 初始为备用 MAG） ； PMIPv6 域 2 与 PMIPv6 域 1 类似， 这里不 再赘述。下面以 PMIPv6 域 1 中的 MAGRRS 各个成员 MAG 为例进行详细阐述。 步骤 2、 如图 2 所示， MAG1_1、 MAG1_2 和 MAG1_3 之间使用各自的独有 MAG_SOLE 地 址， 发送 MAG-HELLO 消息进行交互， 用于确定各个 MAG 的活跃 / 备份状态。优先级较低的 MAG(MAG1_2、 MAG1_3) 创建交互包 MAG-HELLO， 包括本 MAG 优先级及生存时间、 MAG-HELLO 包 的发送间隔、 MAGRRS 组 ID、 A/R 标志位。然后依次向 MAGRRS 中优先级比本 MAG 高的成员发 送 MAG-HELLO 包 ( 优先级低的 MAG 向优先级高的 MAG 发送 )。步骤 2 周期性 (0.5 秒 ) 的进 行重复操作。
     步骤 3、 当 MAGRRS 组成员收到 MAG-HELLO 消息时， 必须首先检查 MAGRRS 组 ID， 如 果不是本 MAGRRS 成员发送， 则直接丢弃 ； 检查 MAG 生存时间， 如果已经过期， 丢弃 ； 检查优 先级字段， 如果优先级高于本 MAG 的优先级则忽略 ； 否则检查标志位 A， 如果为 1， 说明发送 该 MAG-HELLO 包的 MAG 为活跃 MAG， 本 MAG 优先级较高， 应该切换为活跃 MAG， 而发送者应 该回落成备用 MAG。 通过 MAGRRS 成员之间的消息交互， 能够快速地确定 MAGRRS 各个成员的 状态 ： 优先级最高的一个为活跃 MAG， 其他的为备用 MAG。此时在 PMIPv6 域 1 中， MAG1_1 优 先级最高且正常运行着， 成为活跃 MAG， 它的代理 COA 接口配置共享地址 MAG_LMA， MN 接入 接口配置共享地址 MAG_AP ； 而 MAG1_2、 MAG1_3 成为备用 MAG， 它们的代理 COA 接口和随时准 备着接替可能出现故障的活跃 MAG 的代理工作。
     步 骤 4、 当 AP 检 测 到 有 新 的 MN 接 入 到 PMIPv6 域 1 的 无 线 范 围 内， 则向活跃 MAG(MAG1_1) 发送一个日志消息， 活跃 MAG 解析日志文件获取 MN 的 MAC 地址， 判断是否合 法； 如果合法， 则结合 MAC 地址获取 MN 的 MN-ID 描述符 ； 根据 MN-ID 建立或更新对应新接 入 MN 相应的 BULE。而后， 活跃 MAG 构造 PBU 包发送给 LMA， 同时添加或更新对应的 BULE ； LMA 接收并解析 PBU 包 ： 如果 PBU 包正确， 则发送 PBA 进行确认 ； 如果 PBU 包错误， 则直接丢 弃。同时传递 LMA 对 PBU 的处理状态， 如果处理状态为 0， 则同时在 LMA 上添加或更新 BC ； PBU 收到 PBA， 如果处理状态为 0， 则更新对应的 BULE， 说明绑定注册完成 ； 如果处理状态不 为 0， 则删除对应的 BULE。活跃 MAG 完成第一次绑定注册时， 在活跃 MAG 和 LMA 之间建立双
     向隧道 , 隧道端接点地址为 MAG_LMA 和 LMAA。
     步骤 5、 如图 3 所示， 当活跃的 MAG(MAG1_1) 成功完成一次绑定注册操作时， 自发 地与 MAGRRS 的其他备用 MAG(MAG1_2、 MAG1_3) 进行状态同步操作 : 首先， 创建 MAG-SYNC 同 步消息， 指定消息为自发类型 ； 然后， 设置标识符为一个 16bit 无符号整数类型的随机数， 用于协助匹配状态同步的请求 / 应答包 ； 最后， 构造 BULE 选项作为 MAG-SYNC 消息的移动选 项。
     步骤 6、 活跃 MAG(MAG1_1) 构造 BULE 选项， 用于能够即时地与备用 MAG(MAG1_2、 MAG1_3) 同步 BUL 信息和隧道信息。主要包含最新的已被确认的 BULE 的大部分信息， 需传 递的字段有 PBU 标志位、 序列号、 生存时间、 代理 COA 接口索引、 MN 接入接口索引、 MN 的标识 符、 隧道标识、 MN 的家乡网络前缀长度、 MN 的家乡网络前缀、 MN 的代理转交地址、 MN 的链路 局部地址、 MN 的 LMA 地址。活跃 MAG 构造 BULE 选项完毕， 自发地向 MAGRRS 的所有备用 MAG 发送出去。所有的备用 MAG 收到并解析 MAG-SYNC 消息， 更新 BUL， 无需发送 SS-REP 包。此 时所有备用的 MAG 转为已同步状态。
     步骤 7、 如图 4 所示， 故障迁移。当活跃 MAG(MAG1_1) 出现故障后， 由于步骤 2 是周 期性地进行， MAGRRS 的其他备用 MAG(MAG1_2、 MAG1_3) 能够即时地发现此情况， 此时 MAG1_2 迅速转变成新的活跃 MAG ： 使用已同步的、 最新的 BUL ； MAG1_2 的代理 COA 接口配置共享地 址 MAG_LMA， MAG1_2 的 MN 接入接口配置共享地址 MAG_AP( 此时， MAG_LMA 和 MAG_AP 已经在 MAG1_1 上释放 ) ； 根据 BULE 的隧道标识在 MAG1_2 上重建 MAG 与 LMA 之间的双向隧道， 以最 快的速度恢复出原活跃 MAG(MAG1_1) 代理的所有 MN 的通信。
     步骤 8、 如图 5 所示 , 故障排除后的操作。当 MAG1_1 故障排除后重新恢复功能， 由于步骤 2 是周期性地进行， 它能够即时地检测到当前活跃 MAG(MAG1_2) 优先级比自己 (MAG1_1) 的低， 因此向 MAG1_2 发送一个 SS-REQ 消息。MAG1_2 接收并解析来自 MAG1_1 的 SS-REQ 消息， 则启动与 MAG1_1 的状态同步， 同时请求一个 SS-REP 消息。 当 MAG1_1 与 MAG1_2 状态同步完毕， MAG1_1 转变为活跃状态， MAG1_2 回落为备用 MAG 状态。
     以上介绍的是在 PMIPv6 域 1 中实现 MAG 可靠性保障的一个具体实施例， 对于 LMA 所管理的多个 PMIPv6 域 （域 1-- 域 n） 中可以同时为 MAG 部署如上所述的可靠性保障方法。 各个 PMIPv6 域的 MAG 可靠性保障是相互独立的， 因为一个 PMIPv6 域中的 MAG 只负责跟 LMA 进行代理绑定注册工作， 而不与其他 PMIPv6 域中的 MAG 进行交互， 所以， 各个 PMIPv6 域的 MAG 可靠性保障可以同时进行。