專利名稱：移動ip中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動IP切換技術，特別是指一種在移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法。
背景技術：
隨著因特網(Internet)的迅猛普及、便攜設備的大量使用、無線通信設備的快速發(fā)展、以及人們對網絡依賴性的增加，移動用戶都希望能以一種更加靈活的方式隨時隨地的訪問企業(yè)網絡資源和Internet資源，也就是說，用戶產生了對主機移動性的需求，希望主機在改變其所處位置時無需中斷已有的通信連接。為此，因特網工程任務組(IETF)定義了移動IP(Mobile IP)，移動IP是一個支持主機移動的網絡層解決方案，其主要思路是在不更改現(xiàn)有網絡路由方式和其它固定主機軟硬件的基礎上，提供一種位置跟蹤和IP數(shù)據(jù)報文轉發(fā)機制，當某主機移動時，發(fā)向該主機的IP數(shù)據(jù)報文可以安全轉發(fā)到該主機當前的位置。
移動IP是一種在全球Internet上提供移動功能的方案，使移動節(jié)點(MN)在切換鏈路時仍可保持正在進行的通信。移動IP所提供的IP路由機制，使移動節(jié)點能以一個永久的IP地址連接到任何鏈路上。
移動IP技術的推出，使移動用戶在跨網絡移動和漫游中，實現(xiàn)了不用修改計算機原來的IP地址仍可繼續(xù)使用原網絡中一切資源的要求，它對用戶屏蔽了移動中IP接入網絡變化所帶來的影響。簡單的說，移動IP就是實現(xiàn)了移動用戶在網絡中的平滑移動與漫游功能。
圖1為移動IP中各實體組成的基本網絡拓撲結構圖，圖中所示的移動節(jié)點10是指一個移動的計算機或路由器，也可稱為移動主機(MH)，該移動節(jié)點10移動后仍能用原來的IP地址進行通信；圖中所示的通信對端(CN)11為與移動節(jié)點10通信的計算機，也可稱為通信對端主機(CH)。參見圖1所示，針對移動節(jié)點10而言，移動節(jié)點10的歸屬網絡稱為家鄉(xiāng)網絡(HN)，移動節(jié)點10處于漫游狀態(tài)時所在的網絡稱為外地網絡(FN)，圖1中包含兩個外地網絡。分配給移動節(jié)點10的永久IP地址稱為家鄉(xiāng)地址(Home Address)，該地址不隨節(jié)點位置的變化而變化；在家鄉(xiāng)網絡中，移動節(jié)點10家鄉(xiāng)網絡的鏈路稱為家鄉(xiāng)鏈路(HL)；運行在移動節(jié)點10家鄉(xiāng)網絡上的路由器稱為家鄉(xiāng)代理(HA，HomeAgent)12，負責保存移動節(jié)點當前的位置信息，同時還負責截獲發(fā)送給移動節(jié)點的報文，并將報文以隧道方式轉發(fā)至移動節(jié)點當前的位置。在外地網絡中，移動節(jié)點10所在的外地網絡的鏈路稱為外地鏈路(FL)；運行在外地網絡上的路由器稱為外地代理(FA)，是移動節(jié)點在外地網絡中發(fā)送報文的缺省路由器，有時也提供隧道解封裝服務，圖1中包含分別屬于外地網絡1和外地網絡2的外部代理13和外部代理14。
當移動節(jié)點A從家鄉(xiāng)網絡漫游到外地網絡或從外地網絡1漫游到外地網絡2時，根據(jù)標準的移動IP協(xié)議，移動節(jié)點A的切換過程包括以下步驟a.當移動節(jié)點A發(fā)現(xiàn)自己進入新的網絡后，先斷開原有的鏈路連接，與新網絡的基站和代理建立新的鏈路連接；然后移動節(jié)點A從外地代理獲取一個轉交地址，該轉交地址可以是從代理廣播消息中獲取的外地代理轉交地址，或是根據(jù)某種配置規(guī)程獲得的配置轉交地址，下面以外地代理轉交地址為例。
b.移動節(jié)點A向當前的外地代理發(fā)送注冊請求消息，該請求消息中含有獲得的轉交地址，外地代理對注冊請求消息作有效性檢查，如果檢查通過，則外地代理將移動節(jié)點A發(fā)送的注冊請求轉發(fā)給移動節(jié)點A的家鄉(xiāng)代理；如果檢查不通過，則外地代理直接向移動節(jié)點A回送注冊應答消息，指示注冊失敗，結束當前流程。
c.移動節(jié)點A的家鄉(xiāng)代理收到注冊請求消息后，進行有效性檢查，如果消息有效，則家鄉(xiāng)代理將移動節(jié)點A的家鄉(xiāng)地址和轉交地址綁定，并回送注冊應答消息，指示注冊成功，并開始準備作為隧道入口封裝發(fā)送給移動節(jié)點A的報文；如果消息無效，則回送注冊應答消息，指示注冊失敗。
d.外地代理收到注冊應答消息后再做有效性檢查，如果檢查通過，則外地代理更新訪問移動節(jié)點列表，將注冊應答消息轉發(fā)給移動節(jié)點A，并開始準備作為隧道出口拆封發(fā)送給移動節(jié)點A的報文；如果檢查未通過，則外地代理轉發(fā)注冊應答消息給移動節(jié)點A，指示注冊失敗。
e.移動節(jié)點A收到注冊應答消息后，如果注冊成功，則開始正常工作；否則，可以根據(jù)錯誤信息調整后重新發(fā)起注冊請求。
經過上述切換過程后，所有向移動節(jié)點A發(fā)送的報文均被路由到移動節(jié)點A的家鄉(xiāng)網絡，由家鄉(xiāng)代理截獲該報文后，將移動節(jié)點A注冊的轉交地址作為隧道出口，自身的IP地址作為隧道入口，對報文封裝后發(fā)送。外地代理收到報文并拆封后，檢查自身的訪問移動節(jié)點列表，如果移動節(jié)點A存在于列表中，則根據(jù)轉交地址將報文轉交給移動節(jié)點A。
從上述切換過程可以看出，只有當移動節(jié)點在低層的切換完成后，才開始網絡層切換。更明確地說就是，只有在物理層和鏈路層斷開了原有網絡連接、建立了新連接后才能進行網絡層切換，而在網絡層切換前原來的連接已經斷掉，但網絡層并不能察覺，因此，這種切換過程必然會使通訊中斷、造成切換時延和整體通信恢復的周期延長，進而導致丟包。并且，如果通訊中斷時間過長，會對實時性要求較高的應用產生影響，使得漫游對上層應用不透明，影響移動IP的使用效果。
為縮短切換時延、減少丟包，業(yè)界分別提出了很多不同的解決方案。主要包括實現(xiàn)快速切換的方案，例如蜂窩IP等；實現(xiàn)平滑切換的方案，例如分組緩存轉發(fā)機制；還有將二層和三層切換相結合的方法。但在上述方案中，無論是實現(xiàn)快速切換還是實現(xiàn)平滑切換，均局限于對網絡層切換的處理過程的改進，不能徹底解決低層切換完畢才能進行網絡層切換的問題，因此單純縮短網絡層的切換時間對提高整個切換速度的影響并不明顯。
故此，又有一些研究機構提出將鏈路層和網絡層切換相結合，利用鏈路層來觸發(fā)網絡層進行預注冊，使得在二層切換完成的同時也完成三層切換，從而實現(xiàn)快速切換。這種方案主要有Ericsson提出的一個Internet草案--“移動IPv4中的快速切換”。該方案的主要思想是當移動節(jié)點處于交疊區(qū)域時提前注冊，利用原有的鏈路向新的外地代理進行注冊。但由于該方案的實現(xiàn)還是基于單鏈路，三層切換和二層切換之間的時間配合就很重要，如果在完成網絡層切換前原鏈路已經斷開，那么，依然會引起通訊的中斷，造成丟包。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法，不僅能使低層主動準確地觸發(fā)網絡層啟動切換，提高切換速度；而且，能保證在切換過程中通訊不中斷，降低切換過程中的丟包率。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法，關鍵在于，為每個移動節(jié)點建立兩條與當前子網進行通信的鏈路連接，該方法還包括以下步驟a.當前移動節(jié)點檢測當前發(fā)現(xiàn)的所有基站的選定物理層信道信息；b.判斷所檢測到的選定物理層信道信息是否滿足設定的觸發(fā)條件，如果不滿足，則返回步驟a；如果滿足，則再判斷當前滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于所述移動節(jié)點當前所在子網，如果不屬于，則向網絡層發(fā)送切換指示；否則返回步驟a；c.網絡層收到切換指示后，斷開當前移動節(jié)點與原子網基站之間已建立的兩條鏈路中的一條，并在當前移動節(jié)點與要切換到的目標基站之間建立新的一條鏈路連接；d.當前移動節(jié)點通過步驟c中新建的鏈路向家鄉(xiāng)代理進行注冊，并進行網絡層切換；e.注冊完成后，斷開當前移動節(jié)點與原子網基站之間的另一條鏈路連接，并在當前移動節(jié)點與要切換到的目標基站之間建立另一條鏈路連接。
該方法進一步包括當前移動節(jié)點獲取并存儲當前所處子網的所有基站信息，并實時獲取當前所發(fā)現(xiàn)的所有基站的基站信息；則步驟b中所述判斷滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于所述移動節(jié)點當前所在子網為當前移動節(jié)點將滿足觸發(fā)條件的基站的基站信息與自身存儲的所有基站的基站信息進行匹配，如果均不匹配，則滿足觸發(fā)條件的基站不屬于當前移動節(jié)點當前所在子網，否則屬于當前移動節(jié)點當前所在子網。
上述方案中，移動節(jié)點從家鄉(xiāng)網絡切換到外地網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d11.移動節(jié)點通過與目標基站之間建立的鏈路連接獲得新的轉交地址；d12.移動節(jié)點建立隧道，通過新建的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求；d13.家鄉(xiāng)代理收到注冊請求后，建立通向該轉交地址的隧道，發(fā)送注冊應答，并發(fā)送代理地址解析協(xié)議ARP消息；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答。
移動節(jié)點從一個外地網絡切換到另一外地網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d21.移動節(jié)點通過與目標基站之間建立的鏈路連接獲得新的轉交地址；d22.移動節(jié)點獲取轉交地址后建立隧道，通過新建立的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求，且該注冊請求中攜帶有保留原轉交地址的指示；d23.家鄉(xiāng)代理收到新的注冊請求后保留原轉交地址，同時存儲注冊請求中攜帶的新轉交地址，并向移動節(jié)點發(fā)送注冊應答；d24.移動節(jié)點收到注冊應答后，從移動節(jié)點與原基站之間保留的鏈路上發(fā)送取消注冊請求；d25.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除原轉交地址，并向移動節(jié)點發(fā)送注冊應答；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理刪除原轉交地址后發(fā)來的注冊應答。
移動節(jié)點從外地網絡切換回家鄉(xiāng)網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d31.移動節(jié)點在家鄉(xiāng)網絡中發(fā)送免費ARP消息，并向家鄉(xiāng)代理發(fā)送取消注冊請求；d32.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除移動節(jié)點的轉交地址和隧道，并向移動節(jié)點返回注冊應答；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答后，刪除與外地代理之間建立的隧道。
上述方案中，在切換過程中，移動節(jié)點收到從不同鏈路發(fā)送過來的重復數(shù)據(jù)后，根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議過濾一份重復數(shù)據(jù)。
上述方案中，移動節(jié)點切換前或切換完成后，移動節(jié)點與當前基站所建立的兩條鏈路處于同一網絡中，且公用一個轉交地址。
上述方案中，所設定的觸發(fā)條件引起的觸發(fā)時間提前于物理層自動切換的時間。所述設定的觸發(fā)條件為預先設置的選定要檢測的物理層信道信息的閾值。所述選定物理層信道信息為接收信號強度、或為信噪比。
上述方案中，所述基站信息為基站標識ID、或為基站所屬子網的服務集標識SSID、或基站的MAC地址。那么，所述獲取基站信息具體包括移動節(jié)點向當前所在子網的代理發(fā)送攜帶有請求獲取所有基站信息指示的注冊請求消息，收到所述注冊請求的代理向發(fā)起注冊請求的移動節(jié)點返回攜帶有當前子網中所有基站的信息的注冊應答消息。其中，所述請求獲取所有基站信息的指示放置于注冊請求消息的擴展域中；所述所有基站的信息放置于注冊應答消息的擴展域中。
本發(fā)明所提供的在移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法，具有以下的優(yōu)點和特點1)本發(fā)明利用檢測到的物理層信道的相關信息作為網絡層切換的觸發(fā)條件，將網絡層切換提前于低層切換進行，能夠縮短網絡層切換判斷的時間，從根本上提高切換速度，且有效減少丟包。
2)本發(fā)明在移動IP切換中引入了雙鏈路的概念，即每個移動節(jié)點同時保持兩條無線鏈路的通訊，當移動節(jié)點進入可能切換的重疊網絡覆蓋區(qū)域時，在原有網絡仍可使用的情況下判斷是否需要進行網絡層切換，如需要則將一條鏈路用于與新網絡建立連接，而另一條鏈路用于保持與原網絡的連接，從而在原有網絡不可用之前，實現(xiàn)原網絡和新網絡兩個網絡的同時接入，如此，就可以保證切換過程中通訊不中斷，從而降低了丟包率。
3)本發(fā)明將利用物理層信道信息觸發(fā)網絡層切換與建立雙鏈路技術同時結合使用，從根本上提高切換速度，并有效減少丟包，是移動IP中實現(xiàn)無縫切換的一種有效方式。
4)本發(fā)明中的移動節(jié)點利用物理層信道信息作為觸發(fā)條件時，根據(jù)當前無線子網內所有基站的信息，判斷自身是否在不同子網之間切換，如此，不僅提高了切換判斷的準確度，而且避免了由于低層切換信息頻繁觸發(fā)而造成網絡層的盲目切換。
5)在本發(fā)明中，當移動節(jié)點處于非切換階段時，可并行使用兩條鏈路，如此，能夠充分利用硬件資源，提高帶寬，并達到負載均衡的目的。
6)本發(fā)明是對標準移動IP協(xié)議的擴展，僅對現(xiàn)有處理稍加改動，與標準移動IP系統(tǒng)完全兼容，因此，實現(xiàn)簡單方便，且易于在現(xiàn)有的移動IP系統(tǒng)上進行功能擴展。


圖1為移動IP中各實體組成的基本網絡拓撲結構圖；圖2為本發(fā)明實現(xiàn)的處理流程圖；圖3為本發(fā)明定義的移動節(jié)點切換時物理層信道信息的觸發(fā)時機示意圖；圖4為本發(fā)明中移動節(jié)點從家鄉(xiāng)網絡移動到外地網絡的切換過程示意圖；圖5為本發(fā)明中移動節(jié)點在兩個外地網絡間移動的切換過程示意圖；圖6為本發(fā)明中移動節(jié)點從外地網絡返回家鄉(xiāng)網絡的切換過程示意圖；
圖7為本發(fā)明一具體實施例的網絡拓撲結構圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是移動節(jié)點將物理層信道的相關信息作為觸發(fā)條件，并結合當前網絡的基站信息，判斷是否需要觸發(fā)網絡層切換。并且，為每個移動節(jié)點建立雙鏈路，在移動節(jié)點處于非切換狀態(tài)時，移動節(jié)點利用所建立的雙鏈路并行進行通訊；當移動節(jié)點處于切換狀態(tài)時，僅斷開雙鏈路中的一條，也就是，利用一條鏈路保持原連接，同時利用另一條鏈路建立新連接，當移動節(jié)點重新注冊完成后，再將保持原連接的鏈路斷開，并再建立一條移動節(jié)點與新子網基站之間的新連接。
本發(fā)明實現(xiàn)的前提是預先選定一個物理層信道信息作為觸發(fā)參數(shù)，并針對選定的物理層信道信息設置好觸發(fā)條件，這里，選定物理層信道信息是從移動節(jié)點判斷是否需要進行物理層切換所用的物理層參數(shù)信息中選?。徊⑶?，在移動節(jié)點與其當前所處子網基站之間建立用于通信的雙鏈路?；诖?，本發(fā)明的實現(xiàn)過程參見圖2所示，包括以下步驟步驟201移動節(jié)點實時檢測當前所發(fā)現(xiàn)的所有基站的選定物理層信道信息。
其中，所述物理層信道信息為移動節(jié)點判斷是否進行物理層切換所用的物理層參數(shù)信息，包括當前所連接到的基站的ID、可用的基本服務集列表、接收到的信號強度、信噪比等；可從上述參數(shù)信息中任選一種作為選定物理層信道信息，通?？蛇x擇接收信號強度、或信噪比。比如以信噪比作為選定物理層信道信息，移動節(jié)點就實時檢測當前所發(fā)現(xiàn)的所有基站信號的信噪比情況。
步驟202移動節(jié)點判斷所檢測到的選定物理層信道信息是否滿足設定的觸發(fā)條件，如果滿足，則執(zhí)行步驟203；否則，返回步驟201。
這里，所述的觸發(fā)條件可以是預先設置的選定物理層信道信息的閾值，比如選定信噪比為選定物理層信道信息，觸發(fā)條件為設置信噪比閾值為SIR1，那么，如果移動節(jié)點當前的信噪比值大于SIR1，就是滿足觸發(fā)條件。所設置的觸發(fā)條件必須保證利用本觸發(fā)條件而引起的觸發(fā)時間提前于鏈路層自動切換的時間，如圖3所示，時刻32為現(xiàn)有技術中網絡層進行切換的起始時刻，時刻31為本發(fā)明中設置的網絡層切換的觸發(fā)時刻。
步驟203～204移動節(jié)點判斷滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于新的子網，如果不屬于，則返回步驟201，如果屬于，則向網絡層發(fā)送切換指示。
這里，移動節(jié)點可以通過比較基站信息來判定滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于自身當前所在子網。這種情況下，在步驟201中，移動節(jié)點還要同時獲取當前所發(fā)現(xiàn)的所有基站的基站信息；并且，移動節(jié)點還要定時搜索，獲取并存儲當前所在子網的所有基站信息。其中，所述基站信息是指能標識每個基站子網歸屬的信息，即當前基站屬于哪個子網的標識信息，比如基站ID、基站所屬子網的服務集標識(SSID)等等。所述定時搜索的時間周期可根據(jù)實際情況任意設定，比如根據(jù)移動節(jié)點的移動速率設定；如果時間周期設置為零，則進行實時搜索。
那么，所述判斷就是移動節(jié)點將當前所有滿足觸發(fā)條件的基站的基站信息與自身存儲的當前所在子網內的所有基站信息進行匹配，如果能匹配上，則說明滿足觸發(fā)條件的基站均不屬于新的子網，那么就返回步驟201，如果均不匹配，則說明有滿足觸發(fā)條件的基站屬于新的子網，那么就主動觸發(fā)網絡層切換，即向網絡層發(fā)送切換指示。
之所以要進一步判斷滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于新的子網，即之所以要同時結合基站信息來判斷是否進行網絡層切換是因為如果僅依靠選定的物理層信道信息進行觸發(fā)，有可能只完成同一子網內不同基站間的切換，也就是說，如果僅根據(jù)此觸發(fā)條件觸發(fā)網絡層的切換，可能會導致很多無謂的切換，嚴重影響網絡性能，消耗系統(tǒng)資源。因此，要在本步驟中確定出現(xiàn)的是新無線子網的基站，才啟動網絡層切換，否則就不進行網絡層切換，如此可減少不必要的切換。
移動節(jié)點獲得基站信息可以有很多方式，常用的兩種方式是
a)由于標準移動IP協(xié)議對注冊消息的定義留有擴展域，如表一、表二所示，表一為注冊請求消息的消息格式，表二為注冊應答消息的消息格式，因此，外地代理與移動節(jié)點之間關于基站信息的傳遞可以利用注冊消息的擴展域。

表一

表二這種情況下，移動節(jié)點獲取當前網絡內基站信息的過程是移動節(jié)點向當前所在網絡的代理發(fā)送注冊請求消息，該注冊請求中攜帶有請求傳遞當前網絡內所有基站信息的指示，所述指示放置在注冊請求消息的擴展域中；移動節(jié)點當前所在網絡的代理收到注冊請求后，向移動節(jié)點回送攜帶有當前網絡內所有基站信息的注冊應答消息，同樣，所有基站信息也放置在注冊應答消息的擴展域中。
那么，注冊消息的具體擴展方法是在注冊請求消息的擴展域中添加一項，并為該項設定一個特定值，代表移動節(jié)點請求外地代理傳遞本子網內基站的信息，比如設定一個類型項，并將類型值定義為39，如表三所示。當然，如果某移動節(jié)點處于家鄉(xiāng)網絡，同樣可以向家鄉(xiāng)代理發(fā)送攜帶有特定類型值的注冊請求。

表三相應地，在注冊應答消息的擴展域中添加一項，用于攜帶當前子網所有基站的信息，如表四所示。

表四表四中，類型表示該注冊應答消息中攜帶有基站信息，類型值與注冊請求消息中的類型值相同，比如類型值為39；數(shù)量表示本子網內基站的個數(shù)；字節(jié)數(shù)表示一個基站信息所需占用的字節(jié)數(shù)，表四中假定為四個字節(jié)；基站1至基站n的標志信息為基站信息，可以是基站的ID、MAC地址等，只要是能唯一標識某個基站的信息都可以。
為防止當前所處網絡內的基站數(shù)量發(fā)生變化，例如關閉一個基站、新增加一個基站等情況，除外地代理定時更新以外，移動節(jié)點還可以定時請求外地代理傳遞當前子網內所有基站的信息。由于標準移動IP協(xié)議中的注冊請求也是要定時發(fā)送的，因此可以直接利用定時的注冊請求來定時請求基站信息。
移動節(jié)點一旦進入新的外地網絡，原外地網絡的基站信息就將被新外地網絡的信息所代替。但對于家鄉(xiāng)網絡的基站信息，移動節(jié)點必須一直保存，因為對于網絡層來說，回到家鄉(xiāng)的處理與在不同外地網絡之間切換是有區(qū)別的。
b)為相鄰無線網絡配置不同的SSID，例如如果網絡1與網絡2相鄰，則配置網絡1的SSID為Ssid1，網絡2的SSID為Ssid2。移動節(jié)點在與基站的交互過程中，從基站下發(fā)的消息中提取其所屬子網的SSID。
當然，在實際應用中，移動節(jié)點獲取基站信息的方式不僅限于上述兩種。
步驟205網絡層收到低層發(fā)來的切換指示后，系統(tǒng)釋放一條鏈路當前的連接，即斷開雙鏈路中任意一條鏈路的原有連接，由另一條鏈路承擔當前子網的全部通信，而斷開的一條鏈路用于建立與新無線子網中基站的連接。
步驟206與新基站的連接建立完成后，移動節(jié)點通過新建立的連接向家鄉(xiāng)代理進行注冊，并進行網絡層切換。具體地說，移動節(jié)點建立與新子網中代理之間的連接，并向家鄉(xiāng)代理進行注冊。這里，如果移動節(jié)點是進入新的外地網絡，那么，新子網中的代理就是新的外地代理，如果移動節(jié)點是回到家鄉(xiāng)網絡，那么，新子網中的代理就是家鄉(xiāng)代理。
以進入新的外地網絡為例，移動節(jié)點與新外地代理建立連接后，再通過新的外地代理與家鄉(xiāng)代理間進行注冊，注冊過程包括首先，移動節(jié)點要從新的外地代理處獲取新的轉交地址，然后向家鄉(xiāng)代理進行注冊，將新的轉交地址發(fā)送給家鄉(xiāng)代理；家鄉(xiāng)代理在收到新轉交地址的注冊后，并不馬上把原轉交地址刪除，而是保持兩個注冊綁定，將發(fā)送到移動節(jié)點的每一個數(shù)據(jù)報文通過隧道送到移動節(jié)點的每個轉交地址。此種情況下，移動節(jié)點會通過雙鏈路收到重復的數(shù)據(jù)，那么，移動節(jié)點就根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議中對重復數(shù)據(jù)的處理方式過濾一份重復數(shù)據(jù)。
步驟207在新的鏈路穩(wěn)定形成、移動節(jié)點的注冊完成后，系統(tǒng)釋放另一條鏈路的原有連接，并在移動節(jié)點與新的無線子網基站之間、以及移動節(jié)點與新無線子網的代理之間建立另一條鏈路連接，之后恢復正常的通信過程。
移動節(jié)點的切換可分為三種情況移動節(jié)點從家鄉(xiāng)網絡移動到外地網絡、移動節(jié)點在不同外地網絡之間移動、移動節(jié)點從外地網絡回到家鄉(xiāng)網絡。
移動節(jié)點在離開家鄉(xiāng)網絡進行切換時，切換過程中采用一條鏈路注冊，另一條鏈路通信的方式。如圖4所示，鏈路40為保持原有連接繼續(xù)進行通信的鏈路，鏈路41為斷開原有連接與外地代理之間建立新連接進行注冊的鏈路。移動節(jié)點從家鄉(xiāng)網絡移動到外地網絡時的切換過程包括以下步驟a1.當移動節(jié)點移出家鄉(xiāng)網絡，進入一個外地網絡時，該移動節(jié)點將自身建立的兩條鏈路中的任意一條鏈路接入外地網絡，當新的連接建立起來后，移動節(jié)點通過此連接獲得新網絡中的轉交地址，比如利用鏈路41獲取轉交地址。
b1.移動節(jié)點與外地代理之間建立隧道，通過新建的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求，即移動節(jié)點經由鏈路41、路徑42、43、44向家鄉(xiāng)代理進行注冊。
c1.家鄉(xiāng)代理收到注冊請求后，建立起通向此轉交地址的隧道，發(fā)送注冊應答，并發(fā)送代理地址解析協(xié)議(ARP)消息。這里，發(fā)送ARP消息的目的是說明該移動節(jié)點已離開家鄉(xiāng)網絡，所有發(fā)向該移動節(jié)點的數(shù)據(jù)報文會由家鄉(xiāng)代理接收后轉發(fā)。
d1.移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答后，說明新連接已經穩(wěn)定形成，則將家鄉(xiāng)網絡中保持原有連接的另一鏈路也斷開，重新接入外地網絡中，完成切換。
移動節(jié)點在離開一個外地網絡進入另一個外地網絡時，切換過程中家鄉(xiāng)代理采用多重綁定的方式，即為該移動節(jié)點同時存儲兩個轉交地址，同時綁定兩條路由。參見圖5所示，移動節(jié)點在不同外地網絡之間移動時的切換過程包括以下步驟a2.移動節(jié)點從外地網絡1漫游到外地網絡2時，將與外地網絡1建立的兩條鏈路中的一條鏈路斷開，接入外地網絡2中，當新的連接建立起來以后，移動節(jié)點通過此連接獲得新網絡中的轉交地址。
b2.移動節(jié)點獲取轉交地址后建立隧道，通過新建立的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求。需要注意的是此時注冊請求需要設置“S”位。標準移動IP協(xié)議中所規(guī)定的注冊請求消息格式如表一所示，其中，S比特位表示同時的綁定信息，如果S置位，就說明移動節(jié)點要求家鄉(xiāng)代理保留其以前的綁定信息。
c2.由于移動節(jié)點在家鄉(xiāng)代理上已經注冊過一個轉交地址，家鄉(xiāng)代理收到新的注冊請求后并不刪除原轉交地址，而只是再添加一個，并發(fā)送注冊應答給移動節(jié)點。此后，家鄉(xiāng)代理將所收到的、發(fā)送給該移動節(jié)點的每一個數(shù)據(jù)報文均通過隧道送到移動節(jié)點的每個轉交地址。
d2.移動節(jié)點收到注冊應答后，從原鏈路上發(fā)送取消注冊請求消息。
e2.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求，刪除原配置轉交地址，并發(fā)送注冊應答。此后，家鄉(xiāng)代理就只向新的轉交地址轉發(fā)數(shù)據(jù)。
f2.移動節(jié)點收到注冊應答，將與外地網絡1中保持原有連接的另一鏈路也斷開，重新接入外地網絡中，完成切換。
移動節(jié)點從外地網絡返回家鄉(xiāng)網絡時，切換過程采用一條鏈路注冊，另一條鏈路繼續(xù)通過外地網絡進行通信的方式。如圖6所示，移動節(jié)點從外地網絡回到家鄉(xiāng)網絡時的切換過程包括以下步驟a3.移動節(jié)點從外地網絡返回家鄉(xiāng)網絡時，將與外地網絡建立的兩條鏈路中的一條鏈路斷開，接入家鄉(xiāng)網絡中，當新的連接建立起來以后，移動節(jié)點在家鄉(xiāng)網絡中發(fā)送免費ARP消息，并向家鄉(xiāng)代理發(fā)送取消注冊請求。
這里，發(fā)送ARP消息的目的是通知該移動節(jié)點已回到家鄉(xiāng)網絡。
b3.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除移動節(jié)點的轉交地址和隧道，并向移動節(jié)點返回注冊應答。
c3.移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答后，刪除與外地代理之間建立的隧道，并將外地網絡中保持原有連接的另一鏈路也斷開，重新接入家鄉(xiāng)網絡中，完成切換。
在圖4、圖5、圖6中，虛線表示單向隧道，實線表示注冊消息，點劃線表示正常的通信數(shù)據(jù)，實線上的矩形表示隧道。
移動節(jié)點切換前或切換完成后，如果該移動節(jié)點處于外地網絡中，家鄉(xiāng)代理就只綁定當前移動節(jié)點所在網絡的轉交地址，因此，將所有發(fā)送到該移動節(jié)點的數(shù)據(jù)報文全部轉發(fā)到該轉交地址上。此時，移動節(jié)點建立的兩條鏈路均在同一個子網中，公用一個轉交地址。雖然有兩條鏈路，可以通過一個虛擬鏈路層，使其共同使用一個IP地址進行通訊，從而上層應用并不能意識到雙鏈路的存在。在實際應用中，移動節(jié)點的兩條鏈路可以分別通過兩塊網卡實現(xiàn)，在移動節(jié)點的上層應用看來移動節(jié)點只有一個IP地址，但它發(fā)送的數(shù)據(jù)報卻是通過兩條鏈路來傳輸?shù)?。具體利用哪條鏈路進行發(fā)送時，可以根據(jù)鏈路的忙閑狀況進行選擇，比如需要選擇時，先判斷兩條鏈路的忙閑情況，利用其中負載輕的鏈路進行發(fā)送，從而既能提高帶寬，又能實現(xiàn)負載均衡。
下面參照圖7并結合具體實施例，來詳細說明建立雙鏈路與低層主動觸發(fā)網絡層切換相結合的切換過程，圖7為移動節(jié)點70所處移動IP系統(tǒng)的網絡拓撲結構圖。如圖7所示，該移動IP系統(tǒng)為一個采用802.11協(xié)議的無線局域網，該無線局域網包括三個子網家鄉(xiāng)網絡、外地網絡1和外地網絡2。三個子網之間通過路由器相連，每個子網中包括一個代理，即家鄉(xiāng)代理、外地代理1和外地代理2。每個子網又分別包括兩個基站，即接入點AP1～AP6，圖7中的六個虛圓分別表示AP1～AP6的覆蓋區(qū)域。其中，接入點AP1和AP2屬于家鄉(xiāng)網絡，接入點AP3和AP4屬于外地網絡1，接入點AP5和AP6屬于外地網絡2。圖7中的點劃線表示移動節(jié)點70的移動軌跡，可以看出，移動節(jié)點70從家鄉(xiāng)網絡出發(fā)，先漫游到外地網絡1，再由外地網絡1漫游到外地網絡2，該移動過程包括三種切換從家鄉(xiāng)網絡到外地網絡的切換、在兩個外地網絡之間的切換、以及從外地網絡回到家鄉(xiāng)網絡的切換。
在本實施例中，移動節(jié)點70選用兩塊802.11的無線網卡模擬雙鏈路，且網絡層切換由低層根據(jù)所檢測的物理信道信息主動觸發(fā)。
移動節(jié)點70開始位于家鄉(xiāng)網絡，當移動節(jié)點70移動到AP2和AP3的重疊覆蓋區(qū)71時，二層觸發(fā)啟動，通知網絡層移動節(jié)點70將從家鄉(xiāng)網絡移動到外地網絡1，觸發(fā)網絡層開始切換。此時，移動節(jié)點70將與AP2之間建立的兩條鏈路中的一條鏈路連接斷開，與AP3建立連接；而另一條鏈路仍然保持與AP2的連接。當移動節(jié)點70與AP3的鏈路建立起來以后，移動節(jié)點70通過此連接獲得外地網絡1中的轉交地址1；并根據(jù)轉交地址1建立隧道，通過與AP3的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求。
家鄉(xiāng)代理收到注冊請求后建立起通向轉交地址1的隧道，并向移動節(jié)點70發(fā)送注冊應答，同時發(fā)送代理ARP消息；移動節(jié)點70收到注冊應答后，將與AP2之間保持的鏈路也斷開，將該鏈路接入AP3，作為移動節(jié)點70與AP3之間的第二條鏈路，如此，即完成了從家鄉(xiāng)網絡到外地網絡1的整個切換過程。
以信噪比作為選定物理層信道信息且基站信息為AP的MAC地址為例，所述二層觸發(fā)啟動的具體過程是移動節(jié)點70進入家鄉(xiāng)網絡與外地網絡1的交界部分，即從AP2移入AP3時，隨著離AP3的距離變近，移動節(jié)點70會發(fā)現(xiàn)AP3的信噪比已滿足設定的觸發(fā)條件，即達到預先設定的信噪比閾值；同時，移動節(jié)點70搜索并獲取AP3的MAC地址，將AP3的MAC地址與自身當前保存的當前子網中所有AP的MAC地址比較，此時，移動節(jié)點70自身保存的是AP1和AP2的MAC地址，所以，發(fā)現(xiàn)AP3的MAC地址與自身當前保存的所有AP的MAC地址均不匹配，則可以確定AP3屬于新的子網，于是移動節(jié)點70就主動觸發(fā)網絡層的切換。
當移動節(jié)點70沿移動軌跡移動到AP4和AP6的重疊覆蓋區(qū)72時，二層觸發(fā)啟動，通知網絡層移動節(jié)點70即將進入了新的外地網絡，觸發(fā)網絡層開始切換。移動節(jié)點70將與AP4之間建立的兩條鏈路中的一條鏈路連接斷開，與AP6建立連接，但仍然保持一條鏈路與AP4連接；并且，移動節(jié)點70通過與AP6建立連接獲得外地網絡2中的轉交地址2。移動節(jié)點70建立隧道，通過與AP6的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求，此時注冊請求需要設置“S”位。這里，如果以信噪比作為選定物理層信道信息且基站信息為AP的MAC地址的話，所述二層觸發(fā)啟動的具體過程與移動節(jié)點70向AP3切換是類似的。
雖然移動節(jié)點70在家鄉(xiāng)代理上已經注冊過一個轉交地址1，但家鄉(xiāng)代理收到攜帶有設置了S位的新注冊請求后，并不刪除轉交地址1，而是將轉交地址2添加到綁定表中，并向移動節(jié)點70發(fā)送注冊應答。此后，家鄉(xiāng)代理將發(fā)送到移動節(jié)點70的每個數(shù)據(jù)報文均通過隧道送到轉交地址1、轉交地址2這兩個轉交地址上。移動節(jié)點70收到注冊應答后，通過與AP4之間的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送取消注冊請求。家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除轉交地址1，并向移動節(jié)點70返回注冊應答，表示轉交地址1已刪除。此后，家鄉(xiāng)代理就只向轉交地址2轉發(fā)數(shù)據(jù)了。移動節(jié)點70在收到注冊應答后，將與AP4之間的鏈路斷開，并將該鏈路接入AP6中，作為移動節(jié)點70與AP6之間的第二條鏈路，至此完成從外地網絡1到外地網絡2的整個切換過程。
當移動節(jié)點70沿移動軌跡移動到AP5和AP2的重疊覆蓋區(qū)73時，二層觸發(fā)啟動，通知網絡層移動節(jié)點70將從外地網絡2回到家鄉(xiāng)網絡，觸發(fā)網絡層開始切換。此時，移動節(jié)點70將與AP5之間建立的兩條鏈路中的一條鏈路連接斷開，與AP2建立連接，而與AP6的另一條鏈路連接仍然保持。這里，如果以信噪比作為選定物理層信道信息且基站信息為AP的MAC地址的話，所述二層觸發(fā)啟動的具體過程與移動節(jié)點70向AP3切換是類似的。
當與AP2的鏈路建立起來以后，移動節(jié)點70通過與AP2建立的連接在家鄉(xiāng)網絡中發(fā)送免費ARP消息，說明自己已經回到家鄉(xiāng)，并發(fā)送取消注冊請求。家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除移動節(jié)點70的轉交地址2和隧道，并向移動節(jié)點70發(fā)送注冊應答。移動節(jié)點70收到注冊應答后，刪除隧道，并將與AP5保持的鏈路連接也斷開，接入家鄉(xiāng)網絡的AP2上，作為移動節(jié)點70與AP2之間的第二條鏈路，至此完成從外地網絡2回到家鄉(xiāng)網絡的整個切換過程。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法，其特征在于，為每個移動節(jié)點建立兩條與當前子網進行通信的鏈路連接，該方法還包括以下步驟a.當前移動節(jié)點檢測當前發(fā)現(xiàn)的所有基站的選定物理層信道信息；b.判斷所檢測到的選定物理層信道信息是否滿足設定的觸發(fā)條件，如果不滿足，則返回步驟a；如果滿足，則再判斷當前滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于所述移動節(jié)點當前所在子網，如果不屬于，則向網絡層發(fā)送切換指示；否則返回步驟a；c.網絡層收到切換指示后，斷開當前移動節(jié)點與原子網基站之間已建立的兩條鏈路中的一條，并在當前移動節(jié)點與要切換到的目標基站之間建立新的一條鏈路連接；d.當前移動節(jié)點通過步驟c中新建的鏈路向家鄉(xiāng)代理進行注冊，并進行網絡層切換；e.注冊完成后，斷開當前移動節(jié)點與原子網基站之間的另一條鏈路連接，并在當前移動節(jié)點與要切換到的目標基站之間建立另一條鏈路連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括當前移動節(jié)點獲取并存儲當前所處子網的所有基站信息，并實時獲取當前所發(fā)現(xiàn)的所有基站的基站信息；則步驟b中所述判斷滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于所述移動節(jié)點當前所在子網為當前移動節(jié)點將滿足觸發(fā)條件的基站的基站信息與自身存儲的所有基站的基站信息進行匹配，如果均不匹配，則滿足觸發(fā)條件的基站不屬于當前移動節(jié)點當前所在子網，否則屬于當前移動節(jié)點當前所在子網。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，移動節(jié)點從家鄉(xiāng)網絡切換到外地網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d11.移動節(jié)點通過與目標基站之間建立的鏈路連接獲得新的轉交地址；d12.移動節(jié)點建立隧道，通過新建的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求；d13.家鄉(xiāng)代理收到注冊請求后，建立通向該轉交地址的隧道，發(fā)送注冊應答，并發(fā)送代理地址解析協(xié)議ARP消息；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答。
4.根據(jù)權要求1所述的方法，其特征在于，移動節(jié)點從一個外地網絡切換到另一外地網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d21.移動節(jié)點通過與目標基站之間建立的鏈路連接獲得新的轉交地址；d22.移動節(jié)點獲取轉交地址后建立隧道，通過新建立的鏈路向家鄉(xiāng)代理發(fā)送注冊請求，且該注冊請求中攜帶有保留原轉交地址的指示；d23.家鄉(xiāng)代理收到新的注冊請求后保留原轉交地址，同時存儲注冊請求中攜帶的新轉交地址，并向移動節(jié)點發(fā)送注冊應答；d24.移動節(jié)點收到注冊應答后，從移動節(jié)點與原基站之間保留的鏈路上發(fā)送取消注冊請求；d25.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除原轉交地址，并向移動節(jié)點發(fā)送注冊應答；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理刪除原轉交地址后發(fā)來的注冊應答。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，移動節(jié)點從外地網絡切換回家鄉(xiāng)網絡時，步驟d所述進行網絡層切換具體包括d31.移動節(jié)點在家鄉(xiāng)網絡中發(fā)送免費ARP消息，并向家鄉(xiāng)代理發(fā)送取消注冊請求；d32.家鄉(xiāng)代理收到取消注冊請求后，刪除移動節(jié)點的轉交地址和隧道，并向移動節(jié)點返回注冊應答；則步驟e所述注冊完成為移動節(jié)點收到家鄉(xiāng)代理發(fā)來的注冊應答后，刪除與外地代理之間建立的隧道。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，在切換過程中，移動節(jié)點收到從不同鏈路發(fā)送過來的重復數(shù)據(jù)后，根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議過濾一份重復數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，移動節(jié)點切換前或切換完成后，移動節(jié)點與當前基站所建立的兩條鏈路處于同一網絡中，且公用一個轉交地址。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所設定的觸發(fā)條件引起的觸發(fā)時間提前于物理層自動切換的時間。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述設定的觸發(fā)條件為預先設置的選定要檢測的物理層信道信息的閾值。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述選定物理層信道信息為接收信號強度、或為信噪比。
11.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站信息為基站標識ID、或為基站所屬子網的服務集標識SSID、或基站的MAC地址。
12.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取基站信息具體包括移動節(jié)點向當前所在子網的代理發(fā)送攜帶有請求獲取所有基站信息指示的注冊請求消息，收到所述注冊請求的代理向發(fā)起注冊請求的移動節(jié)點返回攜帶有當前子網中所有基站的信息的注冊應答消息。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述請求獲取所有基站信息的指示放置于注冊請求消息的擴展域中；所述所有基站的信息放置于注冊應答消息的擴展域中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動IP中移動節(jié)點實現(xiàn)切換的方法，關鍵是移動節(jié)點將當前所檢測的選定物理層信道信息與設定的觸發(fā)條件進行比較，并判斷滿足觸發(fā)條件的基站是否屬于移動節(jié)點當前所在的子網，以確定是否觸發(fā)網絡層切換，如果要觸發(fā)，則向網絡層發(fā)送切換指示。并且，為每個移動節(jié)點建立雙鏈路，在網絡層收到切換指示后，僅斷開當前已建立的雙鏈路中的一條，建立新連接；然后，移動節(jié)點利用新建的連接向家鄉(xiāng)網絡注冊并進行網絡層切換；注冊完成后，再斷開另一條鏈路，同樣建立一條移動節(jié)點與新子網之間的新連接。該方法不僅能使低層主動準確地觸發(fā)網絡層啟動切換，提高切換速度；而且，能保證在切換過程中通訊不中斷，降低切換過程中的丟包率。
文檔編號H04W40/36GK1582050SQ20041004231
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月17日 優(yōu)先權日2004年5月17日
發(fā)明者夏寅賁, 張大偉, 田霖, 李未 申請人:北京航空航天大學