專利名稱:一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法。
背景技術(shù):
隨著無(wú)線技術(shù)的成熟和Internet上新業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn),為移動(dòng)終端提供諸如語(yǔ)音和視頻等多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)成為通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。與3G等技術(shù)相比,IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)(Wi-Fi)技術(shù)能夠提供更高的信道帶寬和靈活的組網(wǎng)方式,其在Internet無(wú)線接入方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。此外,IETF最近也發(fā)布了移動(dòng)IPv6標(biāo)準(zhǔn)(RFC 3775),這一標(biāo)準(zhǔn)必將對(duì)Internet無(wú)線接入技術(shù)的普及產(chǎn)生促進(jìn)作用。
然而,目前的移動(dòng)IPv6協(xié)議(MIPv6Mobile IPV6)只是解決了保持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MNMobile Node)在移動(dòng)過(guò)程中的通信持續(xù)性問(wèn)題,由于MN在子網(wǎng)間切換時(shí)經(jīng)過(guò)的鏈路層切換和網(wǎng)絡(luò)層切換過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)延(一般在秒級(jí)),MIPv6還無(wú)法為時(shí)間敏感的語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)提供滿意的支持。特別是在Wi-Fi的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(infrastructure)模式下,由于鏈路層的切換過(guò)程沒有為網(wǎng)絡(luò)層提供足夠的信息,使得網(wǎng)絡(luò)層無(wú)法及時(shí)了解鏈路層的切換情況,導(dǎo)致了整個(gè)切換過(guò)程的時(shí)延進(jìn)一步增加。
目前針對(duì)移動(dòng)IP切換過(guò)程的方法主要有以下幾種1、預(yù)注冊(cè)切換、后注冊(cè)切換和混合式切換方法有減小切換時(shí)延和數(shù)據(jù)丟失率的三種方法預(yù)注冊(cè)切換、后注冊(cè)切換和混合式切換方法。這些方法假定MN在向新的接入點(diǎn)(nAPnew Access Point)切換的過(guò)程中,還能夠保持與原來(lái)接入點(diǎn)(oAPold Access Point)間的通信,切換由鏈路層的觸發(fā)器觸發(fā)。
這些方法能夠有效改善移動(dòng)IP的切換性能,但在Wi-Fi環(huán)境下,MN的一個(gè)無(wú)線接口不能夠同時(shí)建立兩條到AP的鏈路層連接,因此這些方法無(wú)法在當(dāng)前的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
2、同時(shí)切換方案及改進(jìn)方案有同時(shí)切換的方法,該方法通過(guò)用鏈路層Reassociation請(qǐng)求幀來(lái)攜帶網(wǎng)絡(luò)層注冊(cè)信息的方式,使鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層能夠并行進(jìn)行切換。這種同時(shí)切換的方法需要修改MAC層的幀結(jié)構(gòu),同時(shí)也破壞了OSI模型的層間無(wú)關(guān)性,使協(xié)議的擴(kuò)展能力受到影響。
3、快速切換有MIPv6快速切換方法(FMIPv6)使用鏈路層的信標(biāo)來(lái)獲得切換即將發(fā)生的事件,然后向原接入路由器(oARold Access Router)或新接入路由器(nARnewAccess Router)發(fā)出快速綁定更新消息。在鏈路層切換的過(guò)程中和nAR收到MN發(fā)出的快速鄰居通告消息之前,oAR負(fù)責(zé)向nAR轉(zhuǎn)發(fā)其接收的數(shù)據(jù),從而保證切換時(shí)數(shù)據(jù)不丟失。
對(duì)FMIPv6的研究表明,F(xiàn)MIPv6有效減小了MN在切換過(guò)程中的綁定更新時(shí)延,但對(duì)減小整個(gè)切換過(guò)程的時(shí)延貢獻(xiàn)不大,這是由于切換時(shí)延的主要部分是由對(duì)nAR的發(fā)現(xiàn)過(guò)程產(chǎn)生的。
4、快速切換代理針對(duì)FMIPv6的缺陷,快速切換代理機(jī)制(FHAFast Handover Agent)提出了改進(jìn)的方法。FHA通過(guò)快速切換代理向MN通告AR的信息,以減小MN路由器發(fā)現(xiàn)過(guò)程帶來(lái)的時(shí)延。
FHA的通告消息由鏈路層的鏈路建立事件觸發(fā),因此在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中,也需要鏈路層的觸發(fā)器支持。
5、分層移動(dòng)IPv6分層MIPv6移動(dòng)性管理(HMIPv6)是一種純粹的網(wǎng)絡(luò)層機(jī)制。HMIPv6通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層的方法,減少了MN與通信對(duì)端(CNCorrespondent Node)和家鄉(xiāng)代理(HAHome Agent)間的信息交互數(shù)量,把MN的移動(dòng)性屏蔽在小范圍的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。
當(dāng)MN進(jìn)行子網(wǎng)間的切換時(shí),HMIPv6沿用了MIPv6的方法,因此切換時(shí)延沒有得到改善。
6、周期性切換檢測(cè)有另一種在Wi-Fi環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)層的切換機(jī)制。該方法通過(guò)周期性地檢測(cè)MN的MAC地址的改變情況來(lái)感知MN是否發(fā)生了切換。在得知切換發(fā)生后,MN通過(guò)向一個(gè)固定的MAC地址進(jìn)行查詢的方法來(lái)快速獲得新的子網(wǎng)中的nAR的信息。這種機(jī)制有效減少了MN在切換檢測(cè)和路由器發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的時(shí)延,同時(shí)其切換檢測(cè)也不需要鏈路層的觸發(fā)機(jī)制支持和對(duì)鏈路層進(jìn)行改變。
這種方法的缺陷在于,周期性的MAC地址檢測(cè)加重了MN的負(fù)擔(dān)。此外,nAR的發(fā)現(xiàn)過(guò)程需要鏈路層的支持。
發(fā)明內(nèi)容
目前的MIPv6快速切換算法均需要鏈路層的支持,因而無(wú)法使用在當(dāng)前廣泛應(yīng)用的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。針對(duì)這一問(wèn)題,本發(fā)明提出了不需對(duì)鏈路層的協(xié)議進(jìn)行修改,也不需要鏈路層觸發(fā)機(jī)制支持的新型切換檢測(cè)方法的一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是步驟1本發(fā)明使用檢測(cè)AP的MAC地址變化的方法來(lái)感知切換的發(fā)生;當(dāng)MN處于一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)AR獲得該ESS中的各個(gè)AP的MAC地址,并進(jìn)行緩存。在移動(dòng)的過(guò)程中,MN標(biāo)記當(dāng)前所附著的AP的MAC地址,并每隔一個(gè)時(shí)間間隔再次檢測(cè)。如果本次檢測(cè)到的MAC地址與前次標(biāo)記的地址不一致,則說(shuō)明MN已經(jīng)附著在了新的AP上。通過(guò)與緩存中MAC地址的對(duì)比,MN就能夠知道是否進(jìn)入了一個(gè)新的ESS。
步驟2使用非均勻間隔檢測(cè)模型檢測(cè);非均勻間隔切換檢測(cè)的描述如下
Δt=βAβ=g(x)=g(I(x))上述各式中,Δt為檢測(cè)間隔;A為最大檢測(cè)間隔;β稱為間隔比例;g(x)為檢測(cè)間隔壓縮特性函數(shù),是一個(gè)非線性的函數(shù);I(x)為切換強(qiáng)度函數(shù),表征了MN在x處時(shí)發(fā)生切換的可能性的大小,切換強(qiáng)度越大,表明MN發(fā)生切換的概率越大;x為MN在移動(dòng)過(guò)程中的位置。
步驟3MN檢測(cè)到切換發(fā)生后,接下來(lái)就需要獲得nAR的IP地址,當(dāng)MN處于某一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)其附著的AR就可以得到與當(dāng)前所處ESS鄰接的ESS的映射表,一旦MN檢測(cè)到切換發(fā)生,并得到了新AP的MAC地址,通過(guò)對(duì)映射表的查找,MN獲得其所進(jìn)入的ESS中AR的IP地址和子網(wǎng)前綴。
步驟4在上述的切換檢測(cè)過(guò)程中,設(shè)定轉(zhuǎn)交地址預(yù)注冊(cè)門限Ψ,當(dāng)β≤Ψ時(shí),MN向oAR發(fā)出預(yù)注冊(cè)請(qǐng)求。oAR采用RFC2462的無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置方法,使用MN的MAC地址和其鄰居ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造MN的轉(zhuǎn)交地址,并向其鄰居ESS中的AR進(jìn)行唯一性驗(yàn)證和預(yù)注冊(cè)。如果預(yù)注冊(cè)成功,oAR向MN發(fā)出預(yù)注冊(cè)應(yīng)答消息。鄰居ESS中的AR對(duì)該轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行標(biāo)記,并設(shè)定一個(gè)預(yù)注冊(cè)定時(shí)。當(dāng)MN進(jìn)入某一個(gè)ESS時(shí),MN使用自身的MAC地址和當(dāng)前進(jìn)入的ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造轉(zhuǎn)交地址,并立即使用該地址與當(dāng)前進(jìn)入的ESS中的AR建立連接。AR將其為MN標(biāo)記的預(yù)注冊(cè)地址變?yōu)檎加脿顟B(tài),同時(shí)告知MN的原AR取消對(duì)MN的轉(zhuǎn)交地址的預(yù)注冊(cè)。如果此時(shí)還在MN的預(yù)注冊(cè)定時(shí)時(shí)間內(nèi),原AR告知其鄰居ESS取消對(duì)MN的預(yù)注冊(cè)。
本發(fā)明的顯著發(fā)明效果包括對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的檢測(cè)不需要鏈路層的信標(biāo)或觸發(fā)器的支持,而只在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn),能夠快速應(yīng)用在當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用的無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境中;首次對(duì)鏈路層的切換采用非均勻檢測(cè)的方法,在有效降低移動(dòng)檢測(cè)時(shí)延的同時(shí),減小了對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)造成的負(fù)擔(dān),而且節(jié)省了用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置檢測(cè)的無(wú)線鏈路資源;采用緩存的IP地址與MAC地址映射機(jī)制進(jìn)行AR地址的獲取,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交地址的預(yù)注冊(cè),減小了切換過(guò)程中轉(zhuǎn)交地址配置造成的時(shí)延。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是非均勻切換檢測(cè)的流程圖。
圖2是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在ESS間切換的移動(dòng)檢測(cè)圖。
圖3是非均勻切換檢測(cè)的壓縮特性圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例下面給出實(shí)施本發(fā)明中提出的方法的一種具體實(shí)例,如圖1的流程所示;步驟1比較AP的MAC地址是否變化。在無(wú)法得到鏈路層是否切換的信息的情況下,MN的移動(dòng)檢測(cè)是一種被動(dòng)的行為,而且AR頻繁通過(guò)廣播的方式在AP的無(wú)線端口上發(fā)送RA消息也占用了較多的無(wú)線資源。由于Wi-Fi硬件能夠向網(wǎng)絡(luò)層提供MN當(dāng)前所附著的AP的標(biāo)識(shí),即MAC地址,本發(fā)明使用檢測(cè)AP的MAC地址變化的方法來(lái)感知切換的發(fā)生。如果MAC地址發(fā)生變化,執(zhí)行步驟2,否則轉(zhuǎn)向步驟7。
步驟2當(dāng)MN處于一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)AR獲得該ESS中的各個(gè)AP的MAC地址,并進(jìn)行緩存。
步驟3根據(jù)新AP的MAC地址,在緩存列表中查找新AP的IP地址。MN檢測(cè)到切換發(fā)生后,接下來(lái)就需要獲得nAR的IP地址,下面給出一種通過(guò)IP地址與MAC地址映射來(lái)加快獲得AR的IP地址的機(jī)制。這種機(jī)制的基本思想是,一個(gè)ESS中的AR通過(guò)與鄰居ESS的AR交互通告消息,獲得鄰居ESS中AR的IP地址和其中的AP的MAC地址,并建立IP地址到MAC地址的一對(duì)多的映射關(guān)系。當(dāng)MN處于某一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)其附著的AR就可以得到與當(dāng)前所處ESS鄰接的ESS的映射表。一旦MN檢測(cè)到切換發(fā)生,并得到了新AP的MAC地址,通過(guò)對(duì)映射表的查找,MN就能夠立即獲得其所進(jìn)入的ESS中AR的IP地址和子網(wǎng)前綴。
步驟4構(gòu)造轉(zhuǎn)交地址CoA,并與新AR連接。oAR采用RFC2462的無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置方法,使用MN的MAC地址和其鄰居ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造MN的轉(zhuǎn)交地址,并向其鄰居ESS中的AR進(jìn)行唯一性驗(yàn)證和預(yù)注冊(cè)。如果預(yù)注冊(cè)成功,oAR向MN發(fā)出預(yù)注冊(cè)應(yīng)答消息。鄰居ESS中的AR對(duì)該轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行標(biāo)記,并設(shè)定一個(gè)預(yù)注冊(cè)定時(shí)。當(dāng)MN進(jìn)入某一個(gè)ESS時(shí),MN使用自身的MAC地址和當(dāng)前進(jìn)入的ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造轉(zhuǎn)交地址,并立即使用該地址與當(dāng)前進(jìn)入的ESS中的AR建立連接。
步驟5新AR通過(guò)網(wǎng)絡(luò)告知原AR取消預(yù)注冊(cè)。AR將其為MN標(biāo)記的預(yù)注冊(cè)地址變?yōu)檎加脿顟B(tài),同時(shí)告知MN的原AR取消對(duì)MN的轉(zhuǎn)交地址的預(yù)注冊(cè)。如果此時(shí)還在MN的預(yù)注冊(cè)定時(shí)時(shí)間內(nèi),原AR告知其鄰居ESS取消對(duì)MN的預(yù)注冊(cè)。
步驟6轉(zhuǎn)向步驟1。
步驟7根據(jù)數(shù)據(jù)包的往返時(shí)間獲得x。
步驟8利用非均勻切換檢測(cè)模型計(jì)算Δt。假設(shè)MN處于圖2所示的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,當(dāng)前MN所處的位置到AP1距離為x,AP1的最大覆蓋范圍為d。
令檢測(cè)間隔壓縮特性函數(shù)采用如下的形式β=g(x)=ln(1+μ(1-I(x)))ln(1+μ),(μ>0,d>x>0)]]>在壓縮參數(shù)μ取不同的值時(shí),壓縮效果如圖3所示。
根據(jù)IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn),MN決定是否進(jìn)行切換的條件是無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度或信噪比下降到一定的門限,在無(wú)線信號(hào)不受除空中傳輸衰耗外的其它影響的條件下,有Pr(x1)≥Pr(x2),x1≥x2≥0其中Pr(x)是MN到AP1的距離為x時(shí)發(fā)生切換的概率。
由于MN的切換強(qiáng)度只用于計(jì)算切換檢測(cè)的時(shí)間間隔,而不對(duì)實(shí)際的鏈路層切換的操作過(guò)程產(chǎn)生影響,因此可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)那袚Q強(qiáng)度函數(shù)來(lái)近似描述切換概率的變化趨勢(shì)。令L表示MN發(fā)生切換時(shí)由下式計(jì)算得到的值,并設(shè)L服從的負(fù)指數(shù)分布l=x/dd-x,0<x<d,fL(l)=λe-λl,l>0]]>x為MN到AP1的距離可得L的分布函數(shù)FL(l)=1-e-λl,l>0把L的分布函數(shù)作為切換強(qiáng)度,在一給定的位置x*上,可得MN的切換檢測(cè)間隔為Δt=βA=g(l)A=Aln(1+μe-λl)ln(1+μ)=Aln(1+μe-λx*d(d-x*))ln(1+μ)]]>步驟9令Δt與預(yù)設(shè)置的門限值相比較,如果Δt大于門限值,延時(shí)Δt后轉(zhuǎn)向步驟1。
步驟10通知原AR進(jìn)行預(yù)注冊(cè),延時(shí)Δt后轉(zhuǎn)向步驟1。
權(quán)利要求
1.一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法,其特征是采用下面的步驟;步驟1當(dāng)MN處于一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)AR獲得該ESS中的各個(gè)AP的MAC地址,并進(jìn)行緩存,在移動(dòng)的過(guò)程中,MN標(biāo)記當(dāng)前所附著的AP的MAC地址,并每隔一個(gè)時(shí)間間隔再次檢測(cè),如果本次檢測(cè)到的MAC地址與前次標(biāo)記的地址不一致,則說(shuō)明MN已經(jīng)附著在了新的AP上,通過(guò)與緩存中MAC地址的對(duì)比,MN就能夠知道是否進(jìn)入了一個(gè)新的ESS,步驟2使用非均勻間隔檢測(cè)模型檢測(cè);非均勻間隔切換檢測(cè)的描述如下Δt=βAβ=g(x)=g(I(x))上述各式中,Δt為檢測(cè)間隔;A為最大檢測(cè)間隔;β稱為間隔比例;g(x)為檢測(cè)間隔壓縮特性函數(shù),是一個(gè)非線性的函數(shù);I(x)為切換強(qiáng)度函數(shù),表征了MN在x處時(shí)發(fā)生切換的可能性的大小,切換強(qiáng)度越大,表明MN發(fā)生切換的概率越大;x為MN在移動(dòng)過(guò)程中的位置,步驟3MN檢測(cè)到切換發(fā)生后,接下來(lái)就需要獲得nAR的IP地址,當(dāng)MN處于某一個(gè)ESS中時(shí),通過(guò)其附著的AR就可以得到與當(dāng)前所處ESS鄰接的ESS的映射表,一旦MN檢測(cè)到切換發(fā)生,并得到了新AP的MAC地址,通過(guò)對(duì)映射表的查找,MN獲得其所進(jìn)入的ESS中AR的IP地址和子網(wǎng)前綴,步驟4在上述的切換檢測(cè)過(guò)程中,設(shè)定轉(zhuǎn)交地址預(yù)注冊(cè)門限ψ,當(dāng)β≤ψ時(shí),MN向oAR發(fā)出預(yù)注冊(cè)請(qǐng)求,oAR采用RFC2462的無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置方法,使用MN的MAC地址和其鄰居ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造MN的轉(zhuǎn)交地址,并向其鄰居ESS中的AR進(jìn)行唯一性驗(yàn)證和預(yù)注冊(cè),如果預(yù)注冊(cè)成功,oAR向MN發(fā)出預(yù)注冊(cè)應(yīng)答消息,鄰居ESS中的AR對(duì)該轉(zhuǎn)交地址進(jìn)行標(biāo)記,并設(shè)定一個(gè)預(yù)注冊(cè)定時(shí),當(dāng)MN進(jìn)入某一個(gè)ESS時(shí),MN使用自身的MAC地址和當(dāng)前進(jìn)入的ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造轉(zhuǎn)交地址,并立即使用該地址與當(dāng)前進(jìn)入的ESS中的AR建立連接,AR將其為MN標(biāo)記的預(yù)注冊(cè)地址變?yōu)檎加脿顟B(tài),同時(shí)告知MN的原AR取消對(duì)MN的轉(zhuǎn)交地址的預(yù)注冊(cè),如果此時(shí)還在MN的預(yù)注冊(cè)定時(shí)時(shí)間內(nèi),原AR告知其鄰居ESS取消對(duì)MN的預(yù)注冊(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法,其特征是對(duì)MN所附著AP的MAC地址進(jìn)行比較的間隔是非均勻的,比較間隔的長(zhǎng)短與MN在次時(shí)刻發(fā)生切換的概率有關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法,其特征是MN對(duì)ESS中的AP的MAC地址進(jìn)行緩存。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法,其特征是使用注冊(cè)門限和預(yù)注冊(cè)機(jī)制加快切換過(guò)程。
全文摘要
一種Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的非均勻切換檢測(cè)方法。本發(fā)明使用檢測(cè)AP的MAC地址變化的方法來(lái)感知切換的發(fā)生;使用非均勻間隔檢測(cè)模型檢測(cè);MN檢測(cè)到切換發(fā)生后,得到了新AP的MAC地址,通過(guò)對(duì)映射表的查找,MN獲得其所進(jìn)入的ESS中AR的IP地址和子網(wǎng)前綴。使用MN的MAC地址和其鄰居ESS的子網(wǎng)前綴構(gòu)造MN的轉(zhuǎn)交地址,并向其鄰居ESS中的AR進(jìn)行唯一性驗(yàn)證和預(yù)注冊(cè)。本發(fā)明的顯著發(fā)明效果包括對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性的檢測(cè)不需要鏈路層的信標(biāo)或觸發(fā)器的支持,而只在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn),能夠快速應(yīng)用在當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用的無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境中;首次對(duì)鏈路層的切換采用非均勻檢測(cè)的方法,在有效降低移動(dòng)檢測(cè)時(shí)延的同時(shí),減小了對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)造成的負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1780241SQ200410009869
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者劉云, 沈波, 張振江, 穆海冰 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)