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CN101374089A - 异构网络环境中的移动节点的邻居发现方法和设备 - Google Patents

异构网络环境中的移动节点的邻居发现方法和设备 Download PDF

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Abstract

提供一种异构网络环境中的移动节点的邻居发现方法和设备。一种用于多模式移动节点的邻居发现方法包括响应于检测到发送邻居请求消息的请求，确定与移动节点通信的网络类型，如果确定网络类型是自处理网络，则从数据库中得到关于该网络的信息，参照所述关于该网络的信息确定包含在邻居请求消息中的暂时地址是否已经被另一节点使用，当暂时地址已经被使用时，产生邻居广告消息。

Description

异构网络环境中的移动节点的邻居发现方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在异构网络环境中的邻居发现机制，特别涉及一种能够在异构网络环境中执行网络透明的邻居发现过程的邻居发现方法和设备。
背景技术
随着技术的发展与各种互联网服务的出现，互联网协议(IP)网络与网络用户的数量增长很快。网络和访问网络的装置的数量的增加引起了很多问题，例如IP地址的枯竭(即32位IP版本4(IPv4)地址)、网络复杂性的提高、服务延迟、安全级别下降以及与新技术的兼容性不足。提出了IP版本6(IPv6)来解决传统的IPv4的不足。
IPv6是128位选址系统，解决IPv4的地址枯竭问题。除了有更大地址空间的优点之外，IPv6还有如邻居发现(ND)、路由发现(RD)、无国界地址自动配置、动态主机配置协议版本6(DHCPv6)、最大传输单元(MTU)发现等。这里，通过执行ND协议以恢复邻居节点(主机或路由器)，执行RD协议以发现主机连接的本地链路上的路由器。无国界地址自动配置允许节点用全球唯一的IPv6地址自行配置，DHCPv6用来给节点全国界分配IP地址和其他网络信息。MTU发现用来确定两个节点之间的网络路径上的最大传输单元，以避免IP分片。
同时，为了使移动节点可以在保持一定的服务质量(QoS)的同时在异构网络中漫游，需要智能切换技术。独立媒体切换(MIH)是由电气电子工程师协会(IEEE)802.21开发的标准，以实现IP会话的切换，并且MIH支持IPv6。
然而，在当前的IEEE 802.21规范中规定的作为IPv6重要特征的ND功能不足以在所有类型的异构网络中执行。这是因为不同技术的网络也以不同的方式执行邻居发现。例如，IEEE 802.3与802.11网络基于路由协议执行介质访问控制(MAC)，而IEEE 802.16网络使用带有连接标识符(CID)而非MAC地址的隧道技术。因此，需要研发一种使MIH能够以对于网络接口透明的方式操作的邻居发现技术。
发明内容
本发明一方面在于解决上述问题和/或缺点，并至少提供下面描述的优点。因此，本发明一方面在于提供能够在异构网络环境中执行网络透明邻居发现的IPv6邻居发现方法和设备。
根据本发明的一方面，提供了一种用于多模式移动节点的邻居发现方法。此方法包括响应于检测到发送邻居请求消息的请求，确定与移动节点通信的网络类型，如果确定网络类型是自处理网络，则从数据库中得到关于该网络的信息，参照所述关于该网络的信息确定包含在邻居请求消息中的暂时地址是否已经被另一节点使用，当暂时地址已经被使用时，产生邻居广告消息。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于多模式移动节点的邻居发现设备。此设备包括上层单元，用于产生请求关于邻居节点的信息的邻居请求消息，和邻居发现单元，用于根据网络类型处理邻居请求消息。
通过下面结合附图公开本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明的其他方面、优点和突出特点对于本领域的技术人员将变得清楚。
附图说明
以下，通过结合附图进行描述，本发明特定示例性实施例的上述和其它方面、特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出应用根据本发明示例性实施例的MIH的异构网络环境的示意图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的移动节点的结构的方框图；
图3是示出图2中移动节点的邻居发现机制的方框图；和
图4是示出根据本发明示例性实施例的邻居发现方法的流程图。
在整个附图中，相同的标号将理解为表示相同的部分、组件和结构。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。描述包括各种特定细节以帮助理解，但是这些仅被认为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明将省略已知功能和构造的描述。
图1是示出应用根据本发明示例性实施例的MIH的异构网络环境的示意图。
虽然采用基于IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)和基于IEEE802.16标准的无线城域网(WMAN)描述了异构网络环境，但是本发明同样适用于任意两种高级异构网络环境，例如，蜂窝网、WLAN和WMAN、宽带无线接入(WBA)网络等中的至少两种。
参照图1所示，移动节点(MN)100通过WLAN中的接入点(AP)110以及随后的用于接收包数据服务的IP接入网中的接入路由(AR)120连接到公共IP网(即互联网)。AR 120负责将包路由到MN 100和路由来自MN 100的包并作为外地代理(FA)。AP 110对地理覆盖区域提供无线接入服务并作为无线网络和有线网络之间的桥梁。这里，术语路由指参照数据包头中包含的地址信息选择将包传递到它们的目的地的路径的处理。
在此示例性实施例中，MN 100是支持基于IEEE 802.16的WMAN和基于IEEE 802.11的WLAN的双带双模(DBDM)移动终端。因此，MN 100设置有双带调制解调器(MODEM)。
DBDM移动终端可以支持至少两种不同的无线网络，用至少两个调制解调器来实现。
为了配合WMAN，MN 100接入无线接入站(RAS)180。RAS 180对MN100执行认证和安全功能。RAS 180连接接入控制路由器(ACR)170，其属于IP接入网并管理IP路由、IP多播、记账和移动性。
公共IP网包括本地代理(HA)130，认证、授权和记账(AAA)服务器140和MIH服务器150。在此示例性实施例中，HA 130是位于MN 100的本地网络中的网络设备。HA 130是MN 100的本地网络中的路由器，用来维持关于MN 100当前位置的信息，执行包封装，和使用隧道技术将包发送到位于外地网的MN 100。AAA服务器140负责对MN 100认证和授权并执行计费记账功能。MIH服务器150管理支持在基于不同技术的网络间切换的网络资源。在此示例性实施例中，MIH服务器响应于MN 100发送的网络信息请求使用MIH服务对MN 100提供关于邻居网络的信息。
在此示例性实施例中，MN 100、AP 110和RAS 180实现支持MIH功能和服务。也就是说，所有网络和MN 100支持MIH，以便于技术间切换。虽然提到AP 110和RAS 180支持MIH，但其他网络实体也可以实现支持MIH功能。
以下，参考图2对支持MIH的移动节点的结构进行描述。
图2是示出根据本发明示例性实施例的移动节点的结构的方框图。在此示例性实施例中，MN设置有多个网络接口。
如图2所示，MN 200包括接口单元210、MIH功能单元220、MIH应用单元230和网络管理单元240。接口单元210包括具有大量基于不同技术的网络的物理层属性和MAC层属性的接口实体。特别是，接口单元210可以包括允许与IEEE 802.2或802.3网络进行通信的802.2和802.3接口实体，允许与IEEE 802.11WLAN进行通信的802.11实体接口，允许与IEEE 802.16WMAN进行通信的802.16实体接口，允许与基于3GPP的网络进行通信的第3代合作伙伴计划(3GPP)实体接口，允许与基于3GPP2的网络进行通信的第3代合作伙伴计划2(3GPP2)实体接口。接口单元210还可包括其他通信标准接口实体。接口实体通过各自的服务接入点(SAP)与MIH功能单元220通信。
MIH功能单元220作为各接口实体和MIH应用单元230之间的接口。MIH功能单元220包括用于管理MN200和其他附着点之间交换的事件信息的事件服务实体222，用于管理命令的命令服务实体224，用于管理网络信息的信息服务实体226，用于执行邻居发现的邻居发现实体228。
事件服务实体222将指示MN的状态改变或当前附着点的事件信息发送给另一MN或附着点，并提供从另一MN或附着点接收到的事件服务。附着点是执行MIH的特定网络的节点。附着点可以是WLAN中的AP、WiBro网络中的RAS、宽带码分多址(WCDMA)网络中的Node-B、CDMA网络中的基础收发站(BTS)等的任意一种。
命令服务实体224与附着点中的对等实体交换命令信息，并基于该命令信息控制MN或附着点。信息服务实体226请求关于邻居网络信息的信息，并从其他MN和/或附着点接收邻居网络信息。邻居发现实体228执行邻居发现处理。以下，将参考图3对邻居发现处理进行更详细的描述。
MIH应用单元230执行MIH功能单元220提供的服务。MIH功能单元220通过MIH_SAP与MIH应用单元230交换信息。网络管理单元240收集网络信息和状态信息并存储收集的信息。网络信息和状态通过MIH_NMS_SAP被传递给MIH功能单元220。
如上所述，本发明示例性实施例的邻居发现方法和设备目的是清除在各种异构网络环境中应用MIH的障碍，具体地是由于IEEE 802.16网络的基于CID的路由机制。本发明示例性实施例的邻居发现方法和设备，通过使用IPv6功能产生IP地址来执行异构网络环境中的MIH。将参考图3和4对本发明示例性实施例中邻居发现方法和设备进行更详细的描述。
图3是示出图2中的移动节点的邻居发现机制的方框图。邻居发现机制发现在MN的邻近的节点。MN可以将其邻近的接入可用节点与接入不可用节点区分。邻居发现机制允许MN获得相关邻居节点的链接层地址，并检测链接层地址的变化，因此无效的缓存值就被去除。术语“节点”，用于表示主机、路由、移动节点、基站(例如RAS)和路由器(例如ACR)。接下来，术语“主机”可与移动节点(MN)交替使用，术语“路由器”可与基站交替使用。同样，术语“基站设备”用于指示基站和控制器的组合。
图3中，为了说明简便，只把802.11和802.16接口实体作为接口单元210的内部部件的例子进行描述。802.11接口实体可以使用IPv6协议正常执行邻居发现。然而，当802.16接口实体使用IPv6协议执行邻居发现时可能引起网络开销问题。MIH功能单元220设置有包括网络发现适配器(ND Adapter)310的邻居发现实体228，用于处理与IEEE 802.11网络通信的WiFi适配器320，用于处理IEEE 802.16网络通信的WiMax适配器330，用于存储网络信息的网络数据库(DB)340。
图4是示出根据本发明示例性实施例的邻居发现方法的流程图。
参照图3和4，MN200的控制单元(没有示出)在步骤410确定MIH应用单元230(即支持IPv6协议堆栈的上层应用)是否将邻居请求(NS)消息输出到MIH功能单元220的邻居发现实体228。控制单元控制MN200的一般操作，更具体地说控制本示例性实施例的邻居发现。NS消息被MN 200发送，以发现链接节点的链接层地址。IPv6节点响应于收到NS消息发送邻居广告(NA)消息。这些消息被IPv6无国界地址自动配置所交换。IPv6对国界/无国界地址自动配置机制都进行了定义。
在国界地址自动配置机制中，地址管理服务器对移动节点分配地址。在无国界地址自动配置机制中，MN基于从邻居节点收集的网络信息配制其自身的地址。因此，当MN 200使用无国界地址自动配置机制来配制其自身的接口时，MN 200必须通过重复地址检测(DAD)过程校验暂时地址还没有被链路上的另一节点使用。在DAD过程期间，NS和NA消息在MN 200和网络之间交换。
如果NS消息被检测到，则ND适配器310在步骤420在控制器控制下确定链接网络节点的网络类型，并在步骤430确定网络是否是IEEE 802.16网络。如果网络是IEEE 802.16网络，则控制单元在步骤440将NS消息发送到WiMax适配器330，否则，控制单元在步骤480将NS消息发送到WiFi适配器320。由于IEEE 802.16网络采用与在其他类型网络中采用的邻居发现机制不同的唯一邻居发现机制操作，因此，本示例性实施例的邻居发现方法处理IEEE 802.16网络与其他类型的网络不同。接收到NS消息后，WiMax适配器330在步骤450使用存储在网络DB 340中的网络信息执行地址解析过程。这里，WiMax适配器330确定NS消息中包含的暂时地址是否没有被另一节点使用，而无需向IEEE 802.16网络发送NS消息。网络DB 340存储与IEEE 802.16网络相关的节点的MAC地址与IP地址。可以使用地址解析协议执行地址解析。
在地址解析过程后，WiMax适配器330在步骤455确定暂时地址是否被链路上的另一节点使用。如果临时地址被另一节点使用，则WiMax适配器330在步骤460产生NA消息，否则在步骤475中丢弃该NS消息。在WiMax适配器在步骤460产生NA消息后，NA消息在步骤470通过ND适配器310被发送到MIH应用单元230(即上层应用)以指示出临时地址已经被链路上的另一节点使用。
如果在步骤430网络不是IEEE 802.16网络，则控制单元在步骤480将NS消息发送到WiFi适配器320，WiFi适配器320是能够按照IPv6规范的规定正常处理NS消息的实体，。在接收到NS消息后，WiFi适配器320在步骤490按照IPv6规范的规定正常处理NS消息。也就是说，WiFi适配器320将NS消息转发到接口单元210的802.11接口实体，从而NS消息被多播到第三层包括相同的网络前缀的地址的节点。多播NS消息后，控制单元在步骤495确定是否接收到响应NS消息的NA消息。如果接收到NA消息，则控制单元将NA消息发送到MIH应用单元230，否则，结束过程。
用这种方式，本发明的邻居发现方法与设备不管网络类型在各种异构网络环境中允许IPv6邻居发现机制正常操作，从而MIH可应用于基于IPv6的网络之间。
虽然已经参照其特定示例性实施例具体描述和显示了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
如上所述，本发明的邻居发现方法与设备可以实现在各种类型的基于IP的网络中IPv6邻居发现机制正常操作，而不用修改IPv6协议栈，特别在第二层，使得MIH的适用性扩大。同样，本发明的邻居发现方法与设备允许MIH在各种异构网络环境中操作而不会损害常规IPv6应用服务。更具体的，在移动WiMax网络中，邻居发现方法与设备可以通过去除与邻居发现相关的消息交换的需要，从而减少移动节点与基站之间的网络通信量，因此减少了无线接入网与核心网的网络开销。

Claims (16)

1.一种用于多模式移动节点的邻居发现方法，所述方法包括：
响应于检测到发送邻居请求消息的请求，确定与移动节点通信的网络类型；
如果确定网络类型是自处理网络，则从数据库中得到关于该网络的信息；
参照所述关于该网络的信息确定包含在邻居请求消息中的暂时地址是否已经被另一节点使用；
当暂时地址已经被使用时，产生邻居广告消息。
2.如权利要求1所述的方法，其中，自处理网络包括无线互联网协议(IP)网络。
3.如权利要求2所述的方法，其中，无线IP网络包括无线城域网(WMAN)。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述关于网络的信息包括网络中移动节点的介质访问控制(MAC)地址和IP地址。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：如果确定网络类型不是自处理网络，则按照IP版本6(IPv6)规范中的规定处理邻居请求消息。
6.如权利要求1所述的方法，其中，如果不是自处理网络，则网络包括局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)和蜂窝网中的任意一种。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：当暂时地址还没有被使用时，丢弃邻居请求消息。
8.一种用于多模式移动节点的邻居发现设备，该设备包括：
上层单元，用于产生请求关于邻居节点的信息的邻居请求消息；和
邻居发现单元，用于根据网络类型处理邻居请求消息。
9.如权利要求8所述的设备，其中，邻居发现单元包括：
网络信息检测器，用于得到包括与移动节点通信的网络的网络类型的网络信息；
无线网络处理器，如果网络类型相应于自处理网络，则参照网络信息确定包含在邻居请求消息中的暂时地址是否已经被参考网络信息的另一节点使用，并响应于邻居请求消息产生邻居广告；与
网络信息存储器，用于存储网络信息。
10.如权利要求9所述的设备，其中，自处理网络包括无线互联网协议(IP)网。
11.如权利要求10所述的设备，其中，无线IP网包括无线城域网(WMAN)。
12.如权利要求9所述的设备，其中，网络信息包括网络中移动节点的介质访问控制(MAC)地址与IP地址。
13.如权利要求9所述的设备，其中，邻居发现单元还包括：网络处理器，如果网络类型不相应于自处理网络，则按照IP版本6(IPv6)规范中的规定处理邻居请求消息。
14.如权利要求9所述的设备，其中，如果不是自处理网络，则网络包括局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)和蜂窝网中的任意一种。
15.如权利要求9所述的设备，其中，如果无线网络处理器确定暂时地址还没有被另一节点使用，则丢放弃邻居请求消息。
16.如权利要求8所述的设备，其中，邻居发现单元包括独立媒体切换功能模块。
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