一种预先配置移动IPV6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法.pdf

本发明提出了一种预先配置移动IPv6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法。该方法在假设移动节点具有两个或两个以上无线通信接口的前提下，基于无线局域网中链路层切换和移动IPv6网络层切换的基本框架，在进行链路层切换的同时，利用原接入路由器来预先为移动节点配置转交地址，并替移动节点进行接收数据的缓存，从而在降低移动IPv6的切换时延同时将切换丢包率降至最低。

1、  一种预先配置移动IPv6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法。该方法在假设移动节点具有两个或两个以上无线通信接口的前提下，基于无线局域网中链路层切换和移动IPv6网络层切换的基本框架，在进行链路层切换同时，利用原接入路由器来预先为移动节点配置转交地址，并替移动节点进行接收数据的缓存，从而在降低移动IPv6的切换时延同时将切换丢包率降至最低。

2、  根据权利要求1所述的方法，在原接入路由器发往MN的绑定应答消息中添加了新的定义内容，包含标志位C和存放新的CoA的A域。

3、  根据权利要求1所述的方法，在移动节点的原接入路由器中部署了一个缓存，以缓存转发移动节点开始进行链路层切换直至整个切换完成期间发往移动节点的数据分组。

4、  移动节点发送给原接入路由器的绑定更新消息中增补了新的定义内容，包括标志位F和存放序列号的S域的定义。

一种预先配置移动IPv6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法
技术领域
预先配置移动IPv6移动节点的转交地址(CoA：Care-of Address)以实现无缝切换的方法属于互联网技术移动IPv6通信技术领域。
背景技术
移动IPv6是IETF(因特网工程任务组)定义的支持IPv6节点移动性的机制，使节点在移动到新的链路时不需要改变其IP地址，仍能保持跟通信对端(CN：Correspondent Node)的通信。移动IPv6中的切换问题是目前的研究热点，在移动节点(MN：Mobile Node)切换的过程中可能导致正在进行的通信暂时中断或者产生数据分组丢失，因此切换性能的优劣直接影响着移动节点的通信质量。改善切换性能主要有两个途径：减小切换时延和避免在切换过程中的分组丢失。
作为以无线方式进行热点覆盖的有效手段，无线局域网(WLAN)具有宽带宽、成本低的特点，在近年来得到快速发展。IEEE802.11WLAN标准定义了作为一个基本服务集(BSS)的接入点(AP)的覆盖范围，为使之扩展，多个BSS通过分布系统(通常是有线网络)相连，以形成扩展服务集(ESS)。802.11只定义了MN和AP的通信，至于ESS如何构成，就由AP管理实体来决定，这在802.11中并未定义。在IAPP(inter accesspoint protocol)里定义了不同AP之间如何通过有线接口进行通信。
IEEE 802.11 WLAN提供了链路层漫游技术，MN可在同一网络的不同接入点(AP)间移动。为了在一个广大的区域内容纳更多的用户，往往需要根据用户数的多少，将大的服务区域分割为不同的子网，每个子网拥有不同的网络地址，每当移动节点进入其他子网时，都必须重新配置IP地址，将会导致传送层的会话中断。预先配置移动IPv6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法充分考虑到无线局域网中共享信道接入存在竞争的特点，将链路层和网络层的切换结合起来考虑，以降低移动IP的切换时延；同时利用固网中切换前的原AR缓存(oAR：old Access Router)，来改进移动节点切换过程中的丢包性能。
本发明提出的提前配置移动IPv6移动节点的转交地址以实现无缝切换的方法，是在假设移动节点具有两个或两个以上无线通信接口的前提下，在无线局域网中链路层切换和移动IPv6网络层切换的基本框架下，利用原接入路由器来预先为移动节点配置转交地址，并替移动节点进行接收数据的缓存，从而在降低移动IPv6的切换时延同时将切换丢包率降至最低。这方法适用于以IEEE 802.11为例的无线局域网环境，典型的网络应用情形如图1所示。
发明内容
本发明在于降低切换时延，并将切换丢包率降至最低，使移动IPv6的实时通信质量得到提高。本发明采用的技术方案是：移动节点在确定要开始进行链路层切换时，同时向nAP和nAP发送链路层切换触发消息，该消息中同时附带有oAP和nAP的MAC地址。nAP接到链路层切换触发消息后，启动链路层切换，开始和MN通过信息交换达到同步。oAP收到链路层切换触发消息后，立即将此消息传递到oAR。oAR收到该消息后，开始为MN缓存发往它的数据分组，并根据其保留的有关各个子网所含AP的MAC地址集(不同的子网AP的MAC地址是不同的)，获知nAP所在的子网。如果oAR通过查找发现原、新两个AP分属不同的子网(两个AP与不同路由器相连)，就代替MN向DHCP(动态主机配置协议)服务器申请一个新的CoA地址，DHCP服务器进行应答。oAR通过修改的BA消息将申请到的CoA地址传送给MN。此BA消息中除了RFC3775中定义的基本内容外，还新增一个标志位C，以及一个128比特位的域A。该标志位C用来提示MN接收CoA地址，域A用以存放oAR为MN预先配置的CoA地址。这样，oAR将申请到的CoA地址通过原、新两个BSS内发送给MN以确保其能收到，这是考虑到：MN可能与nAP建立了连接(链路层切换完成)，但仍有可能与oAP保持着连接。当MN接收到标志位C＝1的BA消息时，取出A域中的地址作为其新的CoA地址。然后MN发送绑定更新消息BU给CN和HA，同时向oAR发送带有F标志位的BU消息，以请求oAR进行缓存分组转发。若oAR收到的BU消息中标志位F＝1的，则表明MN请求oAR转发其缓存中存储的分组。oAR将取出的SN中的序列号与其为MN缓存的最大序列号Max_SN和最小序列号Min_SN进行比较。当SN中的顺序号小于Max_SN，同时大于或等于Min_SN时，oAR将缓存中顺序号从SN+1到Max_SN之间的分组发送给MN；如果SN中的顺序号小于Max_SN，却小于Min_SN时，如果SN中的顺序号大于Max_SN，则oAR不进行缓存转发，但仍会转发后续去往MN的数据。由于oAR从接收到MN发来的链路层切换触发消息直至HA对MN的BU绑定消息之间一直在为MN缓存接收到的分组，因此该方法在最大程度上降低了切换期间分组数据的丢失。
本发明所提出的方法的特征在于：使链路层切换和网络层切换同时进行，从而减少切换时延；并让原接入路由器及时缓存切换期间发往MN的数据包，从而将切换丢包率降至最低。本发明所述的方法如下：
所述的oAR执行以下步骤：
步骤A：接收来自MN的链路层切换触发消息，并相应判断MN是否将切换到新的子网。如果是，则开始为MN缓存之后接收到的数据分组，并继续执行步骤B；反之，则不做任何动作；
步骤B：替MN向DHCP服务器申请新的转交地址；
步骤C：将新申请的转交地址通过带有标志位C及域A的BA消息发送给MN；
步骤D：当接收到来自MN的标志位F为1的BU消息时，比较该消息中SN域与其缓存分组序列号的大小，进行相应的分组转发；若标志位F为0，不做任何动作；
步骤E：在进行步骤D同时，继续为MN转发新到达的数据；
步骤F：一定时间内不再收到去往MN的数据分组时，清除有关MN的信息并停止缓存转发
所述的移动节点MN执行以下步骤：
步骤A：当切换条件达到时，MN发送一个探询请求，所有收到这个探询请求的AP响应一个探询应答。MN根据应答中的信息选择合适的新接入AP；
步骤B：MN同时向oAP和nAP发送链路层切换触发消息，开始链路层切换；
步骤C：链路层切换完成后，接收来自MN的带标志位C及新增域A的BA消息，得到预先分配的CoA地址；
步骤D：发送绑定更新消息BU给CN和HA，同时向oAR发送带有F标志位的BU消息，以请求oAR进行缓存分组转发；
步骤E：接收到来自oAR的缓存分组转发以及切换完成前的后续数据分组转发；
步骤F：接收来自HA和CN的BA消息，表明已完成整个切换过程。
附图说明
图1：移动IPv6的MN切换示意图；
图2：oAR通过修改的BA消息向MN发送新的CoA的消息格式
图3：MN发送给原接入路由器的绑定更新消息格式。
具体实施方案
首先在MN的原接入路由器中设置一个缓存，用以存储转发MN切换过程中可能丢失的分组，缓存的大小取决于链路层和网络层切换时延以及分组发送速率，可以根据不同的需要进行设定。
当切换条件达到时，MN发送一个探询请求，所有收到这个探询请求的AP响应一个探询应答。MN根据应答中的信息选择合适的新接入AP。接着MN同时向oAP和nAP发送链路层切换触发消息，宣告链路层切换正式开始。该切换触发中同时包含有oAP和nAP的MAC地址。nAP接到链路层切换触发消息后，启动链路层切换，开始和MN通过信息交换达到同步。oAP收到链路层切换触发消息后，立即将此消息传递到oAR。oAR收到该消息后，从中解析出nAP的MAC地址，根据其保留的有关各个子网所含AP的MAC地址集，获知nAP所在的子网。如果oAR通过查找发现原、新两个AP分属不同的子网，就代替MN向DHCP服务器申请一个新的CoA地址，DHCP服务器进行应答。oAR将申请到的CoA地址通过带有标志位C的绑定应答消息BA(Binding Acknowledge)从原、新两个BSS内发送给MN以确保其能收到。当MN接收到标志位C＝1的BA消息时，取出A域中的地址作为其新的CoA地址。然后MN发送绑定更新消息BU给CN和HA，同时向oAR发送带有F标志位的BU消息，以请求oAR进行缓存分组转发。若oAR收到的BU消息中标志位F＝1的，则表明MN请求oAR转发其缓存中存储的分组。oAR将取出的SN中的序列号与其为MN缓存的最大序列号Max_SN和最小序列号Min_SN进行比较。当SN中的顺序号小于Max_SN，同时大于或等于Min_SN时，oAR将缓存中顺序号从SN+1到Max_SN之间的分组发送给MN；如果SN中的顺序号小于Max_SN，却小于Min_SN时，如果SN中的顺序号大于Max_SN，则oAR不进行缓存转发，但仍会转发后续去往MN的数据。由于oAR从接收到MN发来的链路层切换触发消息直至HA对MN的BU绑定消息之间一直在为MN缓存接收到的分组，因此该方法在最大程度上降低了切换期间分组数据的丢失。
本发明提出的移动IPv6移动节点借助原接入路由器及其缓存辅助切换的方法，已被北京邮电大学通信网实验室试验证明了其可行性，并与仅采用传统切换的策略时的性能进行对比，表明借助本发明的预先配置移动IPv6移动节点的转交地址以快速切换的方法，大大降低了切换过程中的丢包率，保证了MN的通信质量。