CN101018189A

CN101018189A - 一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法

Info

Publication number: CN101018189A
Application number: CNA2006100034658A
Authority: CN
Inventors: 李智伟; 王剑白; 杨柳; 魏嵬; 李未
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-15

Abstract

本发明提出了一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，该方法通过决策路径长度、传输资源、转发负载、用户偏好等资源，选择最优转发路径。具体方法如下：(A)GN向域管理单元(以下简称DRM)发送“本地注册”消息。(B)MN向DRM发送“本地绑定更新”消息，注册本地转交地址(以下简称LCoA)；(C)DRM向GN发送“本地最优绑定更新”消息；(D)最优GN返回域转交地址(以下简称RCoA)，并记录(LCoA，RCoA)地址对；(E)DRM返回RCoA，并记录(LCoA，RCoA)地址对；(F)DRM向家乡代理或通信节点(以下简称HA/CN)发送“域绑定更新”消息，注册RCoA；HA/CN向DRM发送“域绑定应答”消息；(G)HA/CN向最优GN发送数据包，并转发到MN。

Description

一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法

发明领域

本发明属于移动IP领域，具体地说，是提出了一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，该方法通过对路径长度、网络传输资源、转发节点负载、承载协议、应用类型、用户偏好等决策资源的使用，实现了对分层体系中转发路径的最优选择。

发明背景

伴随着互联网技术和下一代移动通信技术的发展，以无线方式和移动方式接入互联网的需求不断增长，基于数据通信的移动应用不断涌现。具有广泛互联特性的IPv6网络成为下一代互联网建设的重要内容。基于IPv6的移动网络能够随时随地的将各种移动终端(便携式计算机、手持设备、车载设备等)接入互联网，为不断增长的网络应用提供高质量的、永远在线的网络支撑平台。

为了支持移动设备在基于IPv6的网络中进行持续通信，互联网工程任务组(IETF)制定了相应的移动管理协议-移动IPv6。移动IPv6允许移动节点(MN)在不同的网络中使用不同的临时地址(CoA)，并通过地址注册过程，将CoA通知给对端的通信节点(CN)或家乡代理(HA)，来实现在不同网络间的移动切换。然而，当MN在大范围网络环境下快速移动的情况下，频繁的网络切换所带来的大量注册消息会导致带宽利用率的显著下降。与此同时，当MN在进行远距离通信的时候，较长时间的注册过程会导致切换延时的增大并造成切换丢包。

为了解决由于频繁的注册过程所引发的网络服务质量下降问题，IETF制定了移动IPv6的层次化移动管理框架-HMIPv6。该框架将彼此临近的多个不同网络划分为逻辑关系上的域，当MN在域内进行网络切换的时候，仅向域内的管理单元进行注册，从而减少了MN与CN或HA之间的消息数量。这种层次化的移动管理结构，有效减少了注册消息的带宽占用，并缩短了切换时延。

然而，在HMIPv6中，如图1所示，MAP作为域的地址汇聚节点，CN发往MN的数据包全部经由MAP转发。随着MN数量和通信流量的增加，MAP无论从处理能力上，还是带宽接入能力上，都将成为瓶颈节点。此外，HMIPv6解决上述问题的同时，牺牲了路径的优化，随着MN在域内网络位置的变化，MN与CN之间通信的最短路径并非总是经过MAP，存在最短路径的优化问题。对最短路径问题的研究，Tsuguo Kato等人给出有代表性的分层移动管理框架(T-HMIPv6)，如图2所示，该框架将MAP拆分为临时家乡代理(THA：Temporary Home Agent)和网关边界节点(G-EN：Gateway-Edge Node)两部分，G-EN对数据包进行截取转发。因为G-EN是边界网关，所以一定在最短路径上，实现了路径的优化。但是该框架要求G-EN必须是域的边界网关，这就限制了G-EN的分布式处理的能力，而且网关容易成为处理上的瓶颈。而且，此分层移动管理框架在解决路径的优化问题上存在不足，单一地集中在对最短路径问题的讨论，忽略了其它相关因素，如网络传输资源、转发节点负载、承载协议、应用类型、用户偏好等。

发明内容

针对分层移动管理中的路径优化问题，本发明提出了一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，该方法通过对路径长度、网络传输资源、转发节点负载、承载协议、应用类型、用户偏好等决策资源的使用，实现了对分层体系中转发路径的最优选择。具体包括以下内容：

(A)路径优化方法在域内使用多个GN来分担数据转发负载：GN通过向域管理单元(以下简称DRM)发送“本地注册”(LR：LocalRegistration)消息来完成向DRM的地址注册操作；

(B)MN在域内切换时：MN向DRM发送本地绑定更新(L-BU：LocalBU)，注册本地转交地址(LCoA：Local CoA)；

(C)DRM收到L-BU消息以后，根据当前的决策资源，向Optm-GN发送本地最优绑定更新(LO-BU：Local Optimum BU)；

(D)Optm-GN通过本地最优绑定应答(LO-BA：Local Optimum BA)消息返回RCoA(要求RCoA全网可寻址)，并记录(LCoA，RCoA)地址对；

(E)DRM通过本地绑定应答(L-BA：Local BA)消息返回RCoA，并记录(LCoA，RCoA)地址对。

(F)MN在域间切换时，DRM向HA/CN发送域绑定更新(R-BU：RegionBU)消息，注册RCoA；HA/CN发送域绑定应答(R-BA：Region BA)消息到DRM；

(G)HA/CN向Optm-GN发送数据包，通过隧道转发送给MN。

该该框架具有如下优势：

1.信令管理与数据传输分开

DRM负责地址管理、决策资源的收集等信令管理过程，GN负责数据转发等传输过程。这种信令处理与数据处理相分离的结构，利于系统的模块化建设和分散式部署。

2.多维决策资源支持，选路更加合理

DRM对Optm-GN的选择，综合考虑了路径长度、传输资源、转发节点的负载等多方面因素，能够很好地选择最合适的路径，而非最短路径。

3.最优路径的动态选择和灵活调整

MN与CN的通信过程中，最优路径不是一成不变的，是可以动态调整的，即便是在没有发生移动端切换的情况。DRM可以根据当前决策资源的变化，适时地调整MN与CN之间的数据转发路径。

4.分布式处理能力强，部署和使用灵活

在此路径优化方法，GN没有位置限制，可以放置在域内的任何位置，当然也可以放置在边界网关处。而且GN没有数量限制，具有很好的分布式处理能力。在部署和使用上，GN可以是路由器设备，也可以是主机设备。

附图说明

图1HMIPv6框架

图2T-HMIPv6框架

图3层次化移动IPv6的路径优化方法

图4为地址管理的消息交互

图5为集成状态转换模型

图6路径优化方法在自治系统中的使用范例

图7为扩展消息头部的结构

图8为本地注册消息的结构

图9为本地绑定更新消息的结构

图10为本地最优绑定更新消息的结构

图11为本地最优绑定应答的结构

图12为本地绑定应答消息的结构

图13为域绑定更新消息的结构

图14为域绑定应答消息的结构

具体实施方式

本发明提出了一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，主要包括以下几个核心内容：用于移动IPv6的路径优化方法的框架设计、地址管理、集成状态转换模型以及在自治系统中的部署和使用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明。

1)用于移动IPv6的路径优化方法的框架设计。如图3所示，路径优化方法的框架图。该框架提出了两类新的节点：域资源管理单元(DRM：Domain Resource Management)和网关节点(GN：Gateway Node)。DRM除完成域内地址管理外，同时对域内的决策资源进行收集和管理。GN作为数据转发的中继节点，对经由的数据做隧道转发。

当MN进入DRM所在域的时候，BU消息发送到DRM。DRM根据当前的决策资源，为MN选择一个最优的GN(Optm-GN：Optimum GN)，并将BU消息发送给GN和HA/CN。此后，CN发往MN的数据包经过Optm-GN转发。

2)地址管理。路径优化方法的的地址管理采用了分层移动管理的基本思想，DRM不参与数据转发，MN使用与其Optm-GN有相同网络前缀的RCoA，发往MN的数据包经过其Optm-GN转发。如图6所示，路经优化方法在域内使用多个GN来分担数据转发负载。GN通过向域管理单元(以下简称DRM)发送“本地注册”消息来完成向DRM的地址注册操作。

当MN在域内切换的时候，MN发送本地绑定更新(L-BU：Local BU)消息到DRM，注册本地转交地址(LCoA：Local CoA)；DRM收到L-BU消息以后，根据当前的决策资源，发送本地最优绑定更新(LO-BU：LocalOptimum BU)消息到Optm-GN；Optm-GN通过本地最优绑定应答(LO-BA：Local Optimum BA)消息返回RCoA(要求RCoA全网可寻址)，并记录(LCoA，RCoA)地址对；DRM通过本地绑定应答(L-BA：Local BA)消息返回RCoA，并记录(LCoA，RCoA)地址对。当MN在域间切换的时候，DRM发送域绑定更新(R-BU：Region BU)消息到HA/CN，注册RCoA；HA/CN发送域绑定应答(R-BA：Region BA)消息到DRM。随后，HA/CN发送数据包到Optm-GN，并通过隧道转发到MN。

DRM可以根据当前决策资源的变化，对MN的Optm-GN作动态调整，这是通过重新注册RCoA实现的。当DRM发现MN的Optm-GN发生变化的时候，可以通过LO-BU/LO-BA、R-BU/R-BA消息，改变Optm-GN为选定的GN，并注销前一个。当MN同时与多个CN进行通信的时候，可能会出现MN与每个CN之间的最优路径都不相同。该路经优化方法允许DRM为不同的CN选择不同的Optm-GN。

3)集成状态转换。如图5所示，描述了软切换与硬切换相结合、分层与非分层移动管理相结合的集成状态转换模型，其中横轴表示的是网络连接，纵轴表示的是切换条件。网络连接划分为5种情况(L3_O：与旧子网连接；L3_N：与新子网连接；[L3_O，L3_N]：与新旧子网同时连接；NH-Reg：非分层移动管理的地址注册过程；OH-LReg：路经优化方法的本地地址注册过程；OH-RReg：路经优化方法的域地址注册过程)，切换条件划分为4种情况(初始状态；存在新子网；存在DRM；存在最优GN)。状态转换从开始状态(S)开始到最终状态(F)结束，H1至H11为中间状态。

S-H1：MN扫描切换触发条件(如链路层触发器[]、路由广播消息[]等)，检测即将发生的网络切换。根据可能支持的链路连接情况(单链路连接或双链路连接)，选择切换模式(硬切换[]或软切换[])。

H1-H2：在单链路连接支持的情况下，MN选择硬切换模式。首先断开与旧子网的连接，然后建立与新子网的连接。

H1-H3：在双链路连接支持的情况下，MN选择软切换模式。建立与新子网连接的同时，保持与旧子网的连接，直到地址注册过程的结束。

H2-H4(H3-H4)：MN未发现DRM，表明新子网不支持分层移动管理。选择非分层移动管理的地址注册过程(NH-Reg)，直接发送BU消息到HA/CN。

H2-H8-H10-H11(H3-H9-H10-H11)：MN发现DRM，表明新子网支持分层移动管理。通过DRM选择最优GN，进入分层管理的本地地址注册过程(OH-LReg)，发送L-BU到DRM、LO-BU到最优GN。如果DRM或最优GN发生改变，进入分层管理的域地址注册过程(OH-RReg)。这里隐含了一个默认规则：DRM作为域的存在标识，DRM的改变，就表明域的改变。

S-H5-H6-H7-H11(H1-H5-H6-H7-H11)：MN发现DRM，表明旧子网支持分层移动管理。DRM对最优GN进行周期扫描(H6)，如果最优GN发生改变，则进行最优GN的动态调整。

H4-F(H10-F、H1-F)：状态F是个虚状态，用来表示网络切换的结束，整理和回收预分配的资源，如断开与旧子网的连接、注销前一个最优GN等。

4)在自治域中的部署。如图6所示，3个AS通过各自的边界路由器连接在一起，DRM与GN分别部署在各自的AS中。其中DRM对决策资源的收集可以采用下列方法：DRM可以通过内部网关协议(如OSPF，RIP等)获得AS内的路由信息，以计算出转发的最短路径；DRM可以通过网络测量技术或借助质量服务体系，获得传输资源信息；DRM可以通过网络管理协议(如SNMP等)或自定义消息，获得GN的负载信息。

发明中用到的所有消息定义如下：

消息扩展头部分：

struct mipv6_sh_hdr

{

__u8 nextheader； /*Next Header Type */

__u8 length； /*SH Length */

__u8 type； /*SH Type */

__u8 reserved；

__u16 checksum；

__u8 option[0]； /*option data */

}__attribute__((packed))；

如图7所示。

消息扩展数据部分：

本地注册消息

struct loca l_reg

{

__u16 reserved；

struct in6_addr gn_addr；

struct in6_addr gn_prefix；

}__attribute__((packed))；

如图8所示。

本地绑定更新

struct local_bu

{

__u16 sequence；

__u16 ahlk；

__u16 lifetime；

__u32 options；

}}__attribute__((packed))；

如图9所示，标志位A是否需要返BA消息，H发往HA的绑定更新消息，L为使用链路本地地址为家乡地址，K为安全密钥管理(参见Internet RFC3775)。

本地最优绑定更新

struct local_optm_bu

{

__u16 sequence；

__u16 ahlk；

__u16 lifetime；

struct in6_addr lcoa；

__u32 options；

}__attribute__((packed))；

如图10所示，K为安全密钥管理标志位(参见Internet RFC3775)。

本地最优绑定应答

struct local_optm_ba

{

__u8 status；

__u8 k；

__u16 sequence；

__u16 lifetime；

struct in6_addr lcoa；

__u32 options；

}__attribute__((packed))；

如图11所示。

本地绑定应答

struct local_optm_ba

{

__u8 status；

__u8 k；

__u16 sequence；

__u16 lifetime；

struct in6_addr lcoa；

__u32 options；

}__attribute__((packed))；

如图12所示。

域绑定更新

struct region_bu

{

__u16 sequence；

__u16 ahlk；

__u16 lifetime；

struct in6_addr rcoa；

__u32 options；

}__attribute__((packed))；

如图13所示。

域绑定应答

struct region_ba

{

__u8 status；

__u8 k；

__u16 sequence；

__u16 lifetime；

__u32 options；

}__attribute__((packed))；

如图14所示。

对于本领域的普通技术人员来说可显而易见的得出其他优点和修改。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。

Claims

1、一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于，该方法包含如下部分：

在域内使用多个GN来分担数据转发负载。

2、根据权利要求1的用于层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于：该路径优化算法中的GN在部署上没有位置和数量限制，可以是路由器设备，也可以是主机设备。

3、根据权利要求1的层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于：GN向DRM发送“本地注册”(LR：Local Registration)消息，完成向DRM的地址注册操作。

4、一种用于层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于，该方法包含如下部分：

域内切换时，域管理单元(以下简称DRM)根据网络信息为MN决策最优GN(以下简称Optm-GN)；

域间切换时，DRM向HA/CN注册RCoA；

HA/CN向Optm-GN发送数据包，通过隧道转发至MN。

5、根据权利要求2的层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于：

MN在域内切换时，向DRM发送本地绑定更新(L-BU：Local BU)消息，注册本地转交地址(LCoA：Local CoA)；

DRM根据决策当前网络性能，向Optm-GN发送本地最优绑定更新(LO-BU：Local Optimum BU)消息；

Optm-GN通过本地最优绑定应答(LO-BA：Local Optimum BA)消息返回RCoA，并记录(LCoA，RCoA)地址对；

DRM通过本地绑定应答(L-BA：Local BA)消息返回RCoA，并记录(LCoA，RCoA)地址对。

6、根据权利要求2的层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于：

MN在域间切换时，DRM向HA/CN发送域绑定更新(R-BU：Region BU)消息，注册RCoA；

HA/CN发送域绑定应答(R-BA：Region BA)消息到DRM。

7、根据权利要求2的层次化移动IPv6的路径优化方法，其特征在于：

HA/CN向Optm-GN发送数据包，通过隧道转发至MN。