向使用多協議標籤交換的行動網路中的移動主機提供移動性的方法和標籤交換路由器的製作方法
2023-05-19 17:41:26
專利名稱：向使用多協議標籤交換的行動網路中的移動主機提供移動性的方法和標籤交換路由器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種行動網路。具體而言，本發明考慮了一種行動網路的方案，其中將多協議標籤交換(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)配置為行動網路的整個或部分有線部分(即，聚合網絡和部分無線接入網絡，RAN)上的傳輸技術。為了保證服務質量(QoS)的要求，配置MPLS信令的流量工程(TE)選項來建立基於MPLS的隧道(tunnel)。目的地為漫遊端接收器(移動主機，MH)的數據分組通過一個或多個這樣的基於MPLS的隧道進行隧道通信，所述基於MPLS的隧道也被稱為標籤交換路徑(LSP)隧道。LSP隧道可以是點對點(P2P)或更多地是點對多點(P2MP)的。
背景技術：
用於例如2G(GSM)和3G(UMTS)的蜂窩網絡中的數據通信的移動性管理解決方案是技術上特定的和/或電路交換的。對於將來的第四代(4G)行動網路，需要基於分組交換傳輸技術的移動性解決方案。IETF已將用於被公知為移動IP(MIP)的基於IP的分組交換網絡的移動性管理進行了標準化。在該標準中，IP路由使用分組的IP位址作為關於目的地點的信息，即，IP位址明確地確定附接的地理點(geographical point)。MIP利用移動主機將與兩個IP位址相關的可能性來擴展經典的IP路由，其中兩個IP位址為靜態「本地」地址和動態「轉交地址」(Care-of-Address，CoA)，「轉交地址」反映MH當前的附接點。在下述文獻中可以找到關於MIP的功能的概述C.Perkins等人的「IP Mobility Support for IPv4」，RFC 3344，2002年8月，pp.3-17。
此外，在這之後，假定這樣的方案其中，與MIP相反，當移動主機在相同運營商的網絡內移動時其保持相同的IP位址。IP分組通過採用流量工程(TE)MPLS的行動網路進行隧道通信，其保證QoS和TE以及快速傳輸。下面將進一步描述MPLS概念和當前用於MPLS中的移動性的方法。
系統模型本發明基於意欲覆蓋第四代(4G)行動網路的系統架構。使用第三代(3G)架構作為基礎。該網絡被分成核心網絡和無線接入網絡(RAN)。對RAN的一個重要要求是必須支持各種接入技術，例如無線區域網(LAN)、3G RAN和將來的4G RAN。本發明採用其中在無線接入域中地域性組織每個不同的無線接入技術的系統模型。對這些域建議集中式架構，其中，控制和管理實體被稱為無線接入控制器(RAC)。依賴於無線接入技術，RAC可以是接入橋(與IEEE802.1架構相關)、接入控制器(與在1ETF的CAPWAP工作組中假定的集中式WLAN接入架構有關)或無線網絡控制器(RNC，如在3G中定義的)。RAC的主要功能是控制、管理和監視基站(BS)以及它們的無線資源。
可以在圖1中看到所假定的系統模型。網絡網關將行動網路連接到網際網路和其它供應商的網絡。核心網絡保證網絡網關和多個IP網關之間的連接。另一方面，IP網關是所有RAC的聚合點，因而將IP網關和RAC之間的網絡名稱叫做聚合網絡。
IP網關是實現MPLS傳輸層中的入口LSR和IP層中的外地代理(FA)或接入路由器(AR)的功能的實體。我們使用術語FA和AR來表示本發明支持網際網路協議IPv4和IPv6全部兩個版本。通常，FA是移動IPv4協議中的元素，而AR的使用與移動IPv6協議有關。可以在上面引用的RFC 3344的1.5和3.7部分中找到對上述FA功能的詳細描述。入口LSR和FA/AR不必物理地位於相同的實體中，更重要的是入口LSR和FA/AR經由圖4中所示的普通L2技術進行通信。根據該圖4，聚合網絡和RAN提供IP網關和MH之間的L2連接。IP網關(以及FA/AR)向MH提供L3服務。這裡不再進一步詳細討論MH和FA/AR之間的通信以及移動IP功能。本發明關注於聚合網絡，其中LSP隧道(TE-LSP)在IP GW和RAC之間傳輸MH的數據。
根據在本發明中假定的方案，入口LSR位於IP GW中，而出口LSR位於RAC中。到達IP GW並且目的為特定MH的分組在入口LSR被封裝(即，添加MPLS標籤)，通過預先建立的LSP隧道將其進行傳輸，在出口LSR對其解封裝，並通過RAN在L2上向MH發送。對於圖1中的假設，RAC是在數據平面實現下述的實體(i)在無線接入域中使用的L2協議；以及(ii)邊緣/出口LSR功能。在控制平面中，RAC實現(i)MPLS控制協議，即RSVP-TE；以及(ii)某些附加的基於IP的信令協議，該協議例如用於與核心網絡中的中心實體交換AAA。
在圖1中，LSP隧道從GW開始，並在RAC結束。然而，另一方案也是可能的，其中如圖2中所示，該LSP隧道終止於BS。因而，我們希望概括該系統模型，並提出如圖3中所描述的重疊(overlay)模型。此外，在本文件中，從MH的觀察點來看，術語RAC用於第一個具有MPLS能力的節點。MH不支持MPLS，並且在L2上與RAC通信。
本文件中所使用的術語移動主機(MH)是作為諸如筆記本、3G用戶設備(UE)或甚至個人區域網(PAN)等移動計算設備的共同代表，所述個人區域網是由幾個個人設備形成的。MH經由無線連結與BS連接，所述BS終止無線通信並且保證與行動網路中的其它實體的有線分組交換連接。
MPLS和MPLS中的移動性本部分描述MPLS技術和將其用作行動網路中的隧道協議的可能性。
MPLS概念採用兩個不同的功能平面控制平面和轉發平面。在控制平面，使用標準路由協議(例如，「開放最短路徑優先」(OSPF)以及「邊界網關協議」(BGP))與其它路由器交換信息，以構建和維護轉發表。在轉發平面中，當數據分組到達時，轉發組件在轉發表中搜索，以做出對每個分組的路由決定。對每個分組加上具有固定長度的短標籤，用於標識轉發等價類(Forwarding Equivalent Class，FEC)。MPLS的轉發平面基於所謂的標籤交換算法。標籤交換機(被稱為標籤交換路由器，LSR)執行路由表查找，向FEC映射該分組，然後在向標籤交換路徑(LSP)中的下一個LSR轉發該分組之前向其分配標籤。可以在下述文獻的第2和第3部分中找到MPLS概念的詳細規範E.Rosen，Floyd，A.Viswanathan和R.Callon的「MultiprotocolLabel Switching Architecture」，RFC 3031，2001年1月，pp.3-37。
上述的MPLS仍然具有從標準IP路由中繼承的逐跳轉發範式(hop-by-hopforwarding paradigm)。為了在MPLS域中增加有效且可靠的網絡操作，並為了滿足QoS要求，在下述文獻的第2、3和4節主要規定了用於MPLS的流量工程(TE)能力D.Awduche、J.Malcolm、J.Agogbua、M.O』DeII、J.McManus，的「Requirements for Traffic Engineering Over MPLS」，RFC 2702，1999年9月，pp.4-10。這些能力可以用於優化網絡資源的利用，以及提高面向流量的性能特徵。由TE約束而建立的LSP被稱為LSP隧道，這是因為沿LSP的流動完全是由施加到路徑的入口節點處的標籤標識的。如果LSP隧道集合例如為了對LSP隧道的整個集合執行重定路由(re-route)操作而被關聯在一起，則這樣的集合被稱為流量工程隧道(TE隧道)。在下述文獻的第2和第4節規定了術語「LSP隧道」和「TE隧道」的定義以及它們的差別D.Awduche、L.Berger、D.Gan、T.Li、V.Srinivasan、G.Swallow的「RSVP-TEExtensions toRSVP for LSP Tunnels」，RFC 3209，2001年12月，pp.7-15和17-49。
當前，MPLS廣泛用於普通傳輸技術，然而，在該規範中不存在可用於為LSP提供移動性的機制。幾種當前的出版物已考慮到在行動網路中使用MPLS。F.Chiussi、D.Khotimsky和S.Krishnan的「A Network Architecture forMPLS-Based Micro-Mobility」的第3節(in Proc.of the WirelessCommunications and Networking Conference(WCNC)，2002年3月)以及T.Yang、Y.Dong、Y.Zhang和D.Makrakis的「Practical Approaches for SupportingMicro Mobility with MPLS」的第2和3節(in Proc.of the InternationalConference on Telecommunications(ICT)2002年6月)中考慮了移動運營商網絡內的微移動性，在Z.Ren、C-K.Tham、C-C.Foo、C-C.Ko的「Integration ofMobile IP and Multi-Protocol Label Switching」的第4和5節中(in Proc.of theInternational Conference on Communications(ICC)，2001年6月)描述的建議是宏移動性方案。在所引用的文獻中描述的機制基於下述假設即同時採用移動IP和MPLS，並且在切換後MH將獲得新的IP CoA地址。本發明的目的是引入幫助在MPLS技術本身中採用移動性且不依賴於其它協議的信令(例如，移動IP消息)的機制。
在所引用的文獻中描述的機制基於下述假設即同時採用移動IP和MPLS，並且在切換後MH將獲得新的IP CoA地址。本發明的目的是引入幫助在MPLS技術本身中採用移動性且不依賴於其它協議的信令(例如，移動IP消息)的機制。此外，與上面引用的Chiussi等人和Yang等人描述的機制相反，通過使用下面所描述的方法，當MH在幾個RAC內漫遊時其可以保持相同的IP位址。這意味著當在相同區域內的不同無線接入方案之間切換(垂直切換)時，只要IP GW保持相同，則MH將保持其IP位址。上面給出了對所假定的系統架構的描述。在頭腦中具有了該方案之後，有必要向MPLS提供移動性機制，從而使得用戶的數據流被重定向到新的出口LSR(即，新RAC)。
RSVP-TE和LSP標識MPLS架構允許使用多標籤分配協議，並從而在控制平面，可以使用類似標籤分配協議(LDP)和資源預留協議(RSVP)的不同信令協議。最初，RSVP被設計為實現集成服務(IntServ)概念，用以在標準的基於IP的網絡中實現QoS。利用幾個附加對象的RSVP中的擴展允許使用RSVP作為在MPLS中提供TE的信令協議。擴展的RSVP被公知為RSVP-TE，並且其在下述文獻的第2和4節中被詳細描述D.Awduche、L.Berger、D.Gan、T.Li、V.Srinivasan、G.Swallow的「RSVP-TEExtensions to RSVP for LSP Tunnels」，RFC 3209，2001年12月。具體而言，擴展的RSVP協議支持對具有或不具有資源預留的顯式路由的LSP進行實例化。其也支持LSP隧道的平滑的重定路由、預佔以及循環檢測(loop detection)。
在RSVP-TE(參見上面引用的RFC 3209的第2和第4節)中，通過SESSION和SENDER TEMPLATE對象來唯一標識LSP，所述SESSION和SENDER TEMPLATE對象包括入口LSR、出口LSR和發送者的IP位址以及附加的標識符Tunnel ID和LSP ID。由於該LSP隧道標識，如果出口LSR改變，則應建立到新的出口LSR的新的LSP隧道，如同在本發明的方案中假定那樣的。我們將在上面所引用的RFC 3209的第2和第4節中描述的RSVP-TE模式稱為點對點(P2P)信令。
這裡描述的本發明也涉及其中還可以採用點對多點(P2MP)LSP的方案。在IETF中還沒有規定用於建立P2MP LSP的機制，然而正在討論一個建議。在下述文獻的第3節中描述了如何標識P2MP LSP的機制R.Aggarwal、D.Papadimitriou和S.Yasukawa的「Extensions to RSVP-TE for Point to MultipointTE LSPs」，Internet Draft，Work in Progress。由於該機制在標準化處理期間可能改變，所以這裡不再進行詳細討論。
本發明中所描述的方法考慮了P2P和P2MP信令兩種情況。在採用P2P信令的情況下，不得不建立到新的出口LSR的新的LSP。如果採用P2MP信令，則MH的漫遊將導致建立到新的出口LSR的新的分支LSP。
US 20030152063 A1關注於改進無線接入網絡的傳輸。該無線接入網絡包括無線網絡層(RNL)以及傳輸網絡層TNL，這兩層都運行在L2上。這個文獻提供了在無線網絡層(RNL)和傳輸網絡層TNL之間的第2層的真正的分離。RNL中的L2被實現為乙太網。US 20030152063 A1的目標是與本發明一樣的行動網路的架構區域——BS和RAC之間的回程傳輸。然而，雖然US20030152063 A1使用乙太網過程來建立BS和RAC之間的RNL隧道，但是本發明基於將MPLS作為隧道技術。
US20030074471A1提供了一種將地理位置與網絡地址相關聯的方法。在獲得與網絡地址有關的信息後，處理該信息(通過分隔符字符解析該網絡地址)，以識別與該網絡地址潛在地關聯的多個地理位置。這需要解析MH ID。此外，基於所獲得的MH ID信息只執行對關於MH的新地理位置的估計。
WO2003030467A2提供了一種用於端終端(MH)通知MPLS路由器關於其唯一的MPLS標籤的方法。然後MPLS路由器使用標籤堆棧向該端終端隧道通信該數據分組。這要求在MPLS信令交換中包括移動終端以及向MH分配明確的標籤。
3GPP TS 23.060v660在第6.9.2節(「Location Management Procedures(lu-mode)」)中描述PDP上下文建立所需的過程。另一方面，3GPP TS 29.060v650在第7.3節(「Tunnel Management Messages」)中描述作為PDP上下文建立的結果的GTP(GPRS隧道協議)隧道建立。在3G系統中，存在2個GTP隧道一個在GGSN和SGSN之間，第二個在SGSN和RNC之間。當MH具有一個或多個到GGSN的活動連接並移動到新RNC時，數據將從舊RNC被轉發到新RNC。這意味著通常在連接的持續期間將不建立新的GTP隧道。如果發生其中建立新GTP隧道的情況，則這是由MH啟動的，該MH向SGSN發送「路由區域更新」消息。這需要包括具有切換過程的MH。
在行動網路中TE MPLS的引入合併了分組交換網絡可以提供優化網絡負載所需的QoS(尤其是對於實時服務)和TE的優點。由於所採用的系統模型假定應用TE MPLS，並且MPLS流(即LSP隧道)是針對每個MH建立的，所以需要動態地改變出口LSP隧道點，這意味著要麼建立到新出口點(出口LSR)的新P2P LSP隧道，要麼在P2MP LSP隧道的情況下建立從一個中間LSR到新出口LSR的分支LSP。大多數於MPLS中使用移動性的當前已知方案是基於移動IP的，其假定當MH改變出口LSR時其接受新的CoAIP位址。然而，需要一種方法來維持下述情況下的連接即當MH在不同的出口LSR之間漫遊時，其保持相同的IP位址。因而，在現有技術中需要一種方法來通知入口LSR關於下面的信息(1)向MH傳遞數據且其目的地是舊出口LSR的現有隧道；以及(2)新出口LSR。
國際專利申請PCT/EP04/003421提出首先在舊和新出口LSR之間交換信息，以建立MH的正在服務的LSP和新出口LSR之間的關係，然後通知該入口LSR。本方法明確地保證新LSP隧道具有與舊LSP隧道同樣的參數，並且只在網絡側執行該切換處理。然而，在出口LSR之間的信息交換具有兩個主要的缺點(1)它導致切換處理中更長的延遲；以及(2)在出口LSR之間需要單獨的信令協議(例如，擴展認證協議，EAP)。因為可以相當大程度地減縮向入口LSR通知關於新LSP隧道狀態的過程，所以本發明完全解決了這兩個缺點。
發明內容
因而，本發明的目的是提供一種為使用MPLS的行動網路中的移動主機保證移動性的改進方法。本發明的另一目的是提供一種標籤交換路由器，所述標籤交換路由器可以在使用根據本發明的方法的MPLS網絡中充當出口節點和入口節點。
本發明描述了一種用於在入口LSR和MH之間的至少一部分連接是基於流量工程(TE)MPLS傳輸的情況下維持入口LSR和MH之間的連接的方法。進一步假定當MH在不同的出口LSR之間漫遊時其保持相同的IP位址。為了實現上述要求，描述了一種其中每個出口LSR都具有關於MPLS域中存在的所有入口LSR的信息的方法。在新MH啟動到新出口LSR的L2附接之後，新出口LSR認識到MH的L2地址(例如，MAC地址)，對所有入口LSR產生並發送RSVP-TE請求消息，以向它們通知(1)其自身的(出口LSR)IP位址；以及(2)MH的L2地址(通常被稱為MH ID)。在每個入口LSR維持映射表，該映射表明確地將MH ID映射到已經為MH服務的現有LSP。在入口LSR(服務於MH)從新出口LSR獲得請求消息後，其可以發現哪個LSP隧道受到切換的影響，並且執行保證到新出口LSR的連接的步驟。
根據一個方面，本發明提供了一種用於向行動網路中的移動主機提供移動性的方法，其中，行動網路在服務於多個無線接入網絡域的至少一個多協議標籤交換入口節點和多個出口節點之間的至少一部分網絡中使用多協議標籤交換作為傳輸技術。該方法包括步驟由移動主機建立到多協議標籤交換出口節點的無線連接，該多協議標籤交換出口節點服務於所述移動主機位於的無線接入網絡域；從所述移動主機向所述出口節點發送標識所述移動主機的信息；從所述出口節點向至少一個多協議標籤交換入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和出口節點本身的信息；在所述至少一個入口節點檢查是否存在多協議標籤交換隧道，所述多協議標籤交換隧道是在各個入口節點處開始的，並服務於所述移動主機；以及如果確定存在這樣的多協議標籤交換隧道，則通過所述各個入口節點啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
根據本發明的另一方面，提供了一種被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點的標籤交換路由器，其包括多協議標籤交換網絡接口，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口，用於將它連接到無線接入網絡，並建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和該出口節點本身的信息。
根據本發明的還一方面，提供了一種包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點的標籤交換路由器的無線接入控制器，其中所述標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口，用於將它連接到無線接入網絡，並建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和該出口節點本身的信息。
根據本發明的再一方面，提供了一種包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點的標籤交換路由器的基站，其中所述標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口，用於將它連接到無線接入網絡，並建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和該出口節點本身的信息。
根據本發明的再一方面，提供了一種被配置為充當多協議標籤交換網絡的入口節點的標籤交換路由器，包括網絡接口，用於將它連接到所述多協議標籤交換網絡；外部網絡接口，用於將它連接到外部分組交換網絡；請求接收裝置，被配置為從出口節點接收請求消息，所述請求消息包括標識移動主機和該出口節點本身的信息；以及路徑開始裝置，被配置為啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
根據本發明的還一方面，提供了一種移動通信網絡，包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點的至少一個第一標籤交換路由器。該第一標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口，用於將它連接到無線接入網絡，並建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和該出口節點本身的信息。該移動通信網絡還包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的入口節點的至少一個第二標籤交換路由器。該第二標籤交換路由器包括網絡接口，用於將它連接到所述多協議標籤交換網絡；外部網絡接口，用於將它連接到外部分組交換網絡；請求接收裝置，被配置為從出口節點接收請求消息，所述請求消息包括標識移動主機和該出口節點本身的信息；以及路徑開始裝置，被配置為啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
根據本發明的又一方面，提供一種在其上已存儲有指令的計算機可讀存儲介質，當在作為行動網路的核心網絡中的出口節點的標籤交換路由器的處理器上執行所述指令時，使標籤交換路由器從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及向所述行動網路的多個入口節點發送至少一條請求消息，所述請求消息包括標識所述移動主機的信息。
根據本發明的又一方面，提供了一種計算機可讀存儲介質，在其上已存儲有指令，當在充當到行動網路的核心網絡的入口節點的標籤交換路由器的處理器上執行所述指令時，使得所述標籤交換路由器從出口節點接收包括標識移動主機的信息的請求消息；檢查是否存在多協議標籤交換隧道，所述隧道起源於所述入口節點並且服務於所述移動主機；以及如果確定存在這樣的多協議標籤交換隧道，則啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
為了解釋本發明的原理而將附圖合併到本說明書中，並形成本說明書的一部分。不應將所述附圖理解為僅僅將本發明限制為所說明和描述的如何作出和使用本發明的示例。當在附圖中對本發明進行下面及更詳細的描述時，本發明的其它特徵和優點將變得更加明顯，其中圖1描述了行動網路的系統架構的示例；圖2說明了行動網路的替代結構；圖3描述了用於交換信令信息的重疊模式；圖4示出了相關實體中的數據平面協議棧；圖5示出了控制平面中的協議棧；圖6描述了用於建立新P2P LSP隧道的信令過程；圖7描述了用於建立新分支P2MP LSP隧道的信令過程；以及圖8示出了標籤交換路由器的示範性結構。
具體實施例方式
將參考附圖描述本發明的示範實施例，其中相似的組件和結構用相似的參考標記來表示。
基於圖1中描述的系統模型，做出下面的假設-微移動性方案，其中當MH 101在行動網路中的不同出口LSR之間移動時，其保持相同的IP位址。
-IP GW和RAC之間的數據傳輸基於MPLS。為了保證實現所需要的QoS，在TE模式中使用MPLS，因為這允許移動運營商在聚合網絡中更準確地配置負載。
-為到每個MH的每個數據流建立LSP隧道。當MH在RAC或BS之間並因而在出口LSR之間移動時，這需要改變LSP隧道的路由。
在本發明假定的且如圖1中所描述的示例中，在GW 102和RAC 103之間建立LSP隧道。然而，用於構造行動網路的其它方案也是可能的。在上述的現有技術部分中描述了一個這樣的示例，並圖2中示出。在這種情況下，LSP隧道可以開始於IP GW 102並終止於BS 105。通常，本發明中描述的方法適用於其中LSP隧道的出口點由於MH的移動性而改變的所有情況。
在上述的條件下，本發明提供了一種用於在下述情況中維持入口LSR 102和MH 101之間的連接的方法其中，網絡GW和MH之間的部分數據傳輸基於流量工程(TE)MPLS技術，並且出口LSR由於MH的移動性而改變。其還假定當MH在不同的出口LSR之間漫遊時保持相同的IP位址。
由於本發明假定使用基於網際網路協議(IP)的分組交換核心網絡，所以網絡中所有節點的標識可以由IP位址來唯一實現。因而，當提到任何節點時，頭腦中應明白該節點的IP位址是明確標識該節點的信息。可以通過MH的IP位址或通過其L2(例如MAC)地址來識別該MH。這裡為了一般化，使用術語MH ID，而不是MH IP位址或MH MAC地址。
圖1描述了其中可以應用本發明中描述的方法的行動網路100的系統架構的示例。例如，MH 101可被附接到外部行動網路100上，並且需要檢索如上所述的轉交地址(CoA)。MIPv4外地代理(FA)位於例如IP網關實體102中。在MIPv6的情況下，MH 101在接入路由器(AR)的幫助下自己生成CoA，所述接入路由器可以位於IP網關102中。這裡不再解釋用於檢索CoA的機制。因為FA/AR 102和MH 101之間的數據傳輸是在L2上執行的，所以導致L2網絡變得非常巨大並且難以管理。一個示例(本發明中假定的)可以是，在諸如由RAC 103、104控制的網絡之類的LAN中組織該RAN。在這種情況下，出於可伸縮性(scalability)的原因，可以在IP網關102和RAC 103、104之間的LSP隧道中對L2數據流量進行隧道通信，如在圖1的底部中所描述的。
另一選擇可以是如圖2中所示的從IP網關向BS 105-108隧道通信該L2分組。
在第三種選擇中，不存在聚合網絡，並且出口節點位於核心網絡和無線接入網絡域之間的接口處。
本發明關注於被用作IP網關102和RAC 103、104(可選地是在IP網關102和BS 105-108)之間的隧道技術的MPLS的改進。經由核心網絡110連接IP網關102和網絡GW 109(GGSN+)。GGSN+109保證到網際網路111或到其它專用/公共網絡的連接。可以在上述的現有技術部分中找到關於IP網關102、RAC 103、104和其它實體以及MPLS相關功能的詳細描述。
圖3描述了基於在圖1和2中描述的系統架構進行信令信息的交換的重疊模型。該重疊模型是從MPLS的觀察點來看的。最初的「舊LSP」301連接到入口LSR 102和舊出口LSR 302。如上所述，出口LSR 302可以是RAC103或BS 105。當MH 101移動到新出口LSR 303的區域時(所述新出口LSR303可以分別是RAC 104或新BS 106)，MH 101和出口LSR 303通過步驟(1)的描述在L2上通信。出口LSR 303知道MH的L2地址(通常被稱為MH標識符，MH ID)。在步驟(2)期間，出口LSR 303生成新指定的RSVP-TE「請求」消息。在步驟(3)中，出口LSR 303向入口LSR 102發送所生成的請求消息，以建立LSP隧道304。在圖3的左側描述了在入口LSR 102中維持的映射表305的示範性格式。對於每個MH實體，這裡存在為該MH服務的所有LSP和它們的參數的列表。在步驟(4)中，入口LSR 102在其映射表305中檢查具有該MH ID的條目306。如果發現條目，則入口LSR 102知道與該MH相關的現有的LSP隧道不得不被重新定向到出口LSR 303(新出口LSR)。步驟(5)示出了入口LSR啟動的信令，用於將與MH 101相關的LSP隧道重新定向到新出口LSR 303。在圖6中可以找到涉及這些說明的信令，下面將詳細描述。
圖4示出了相關實體(即IP網關102、中間LSR 307、出口LSR 302、303以及MH 101)中的數據平面的協議棧。該圖分別示出了FA/AR和入口LSR的協議棧401和402，然而，對於本發明的說明書來說，其假定FA/AR和入口LSR是位於同一實體中——在IP網關102中。重點指出的是，IP網關102和MH 101之間的通信發生在L2上。通過LSP隧道403進行IP網關102和出口LSR 302、303之間的L2數據的隧道通信。在出口LSR 302、303和MH 101之間，假定在L2上進行數據傳輸404。例如，如果L2技術是乙太網，則通過聚合網絡得到的協議棧將是通過MPLS的乙太網(Ether-o-MPLS)，並且將通過RAN進一步處理原始的乙太網分組。
圖5示出了控制平面的協議棧。數據平面和控制平面是分開執行的，以描述所使用的協議的差別。如在上面的現有技術部分中所描述的，本發明中所假定的MPLS控制協議是RSVP-TE。包括在通過LSP隧道的傳輸中的所有實體(入口102、出口303、304以及中間LSR 307)基於RSVP-TE消息進行通信，所述RSVP-TE消息被封裝在IP分組中。根據圖3，也在控制平面執行新出口LSR 303和入口LSR(IP網關)102之間的通信。
圖6描述了用於根據這裡描述的方法建立新P2P LSP隧道的信令過程。該圖是圖3的補充，並且更詳細地描述了該過程。
1.在開始點，MH 101已經建立了到其IP GW 102的連接——經由具有出口節點302的L2連接601，和經由出口節點302(舊出口LSR)和IP GW 102(入口LSR)之間的「舊LSP隧道」301。
2.當MH 101移動到新出口節點303的區域時，MH 101從新出口節點303(RAC2 104或BS 106)接收L2廣播消息602。然後，MH 101通過附接過程603建立到出口節點303的L2連接604。通過在步驟603中在MH 101和出口節點303之間的信息交換，出口節點303知道MH ID(例如，MH MAC地址)605。
3.作為下一個步驟，出口節點303產生包括MH ID和新出口LSR標識符(例如，新出口LSR IP位址)的RSVP-TE「請求」消息。每個出口LSR具有關於其MPLS域中的入口LSR的信息。然而，如果該聚合網絡是分層的，則最可能地是只有一個入口LSR。在步驟606，出口LSR 303通過使用(1)單播分組或(2)組播分組向MPLS域中存在的所有入口LSR發送「請求」消息，其中在(2)中，在組播組中組織入口LSR。在其映射表306中具有MH ID條目的入口LSR 102進一步處理該請求，而所有其它的入口LSR丟棄該「請求」消息。
4.每個入口LSR必須維持包括MH ID和為每個MH ID建立的MH ID與LSP隧道之間的關係的映射表。可以在圖3的左側看到映射表格式的示例。在接收到新出口LSR 303的請求後，在步驟607中，入口LSR 102在其映射表中檢查具有該MH ID的條目。如果發現條目，則入口LSR 102完全知道與該MH 101相關的所有現有LSP隧道301。如果入口LSR 102在其映射表中不具有MH ID條目，則其丟棄該「請求」消息，且不執行任何進一步的步驟。
5.如果在映射表中具有MH ID條目，則入口LSR 102啟動步驟608，以建立到新出口LSR 303的LSP隧道304，該新LSP隧道304具有與到舊出口LSR 302的現有LSP隧道301的參數相同的參數。依賴於所採用的RSVP-TE模式(標準P2P信令或P2MP信令)，存在不同的可能-如果採用根據RFC 3209的第2和4節的標準構造(conformant)信令，則出口LSR的改變導致建立到新出口LSR的新LSP隧道。
-如果採用P2MP信令(參見上面的現有技術部分)，則可建立到新出口LSR 303的新分支LSP。在這種情況下，入口LSR 102選擇分支LSR 307，其中在舊和新分支上複製流量。因為數據流量經由舊和新出口LSR 302、303到達MH 101，所以這將保證平滑和無損的切換。對於本發明的實現，這種情況是優選的。
6.當完成建立到新出口LSR 303的LSP隧道304時，在步驟609中，MH 101可以從舊出口LSR 302分離，並且在步驟610中，入口LSR 102可以決定拆卸到舊出口LSR 302的LSP隧道。
為了實現上述的過程，需要對現有MPLS功能進行下列改變-定義新RSVP-TE「請求」消息，其包括關於MH ID(例如，MAC地址)和新出口LSR標識符(例如，新出口LSR IP位址)的信息；-新RSVP-TE功能在出口LSR 302、302中是必要的，以生成到潛在入口LSR的新消息(「請求」消息)。「請求」消息傳輸的兩個變體可以是-(1)從出口LSR到所有入口LSR的IP單播或-(2)可以使用從出口LSR到所有入口LSR的IP組播，其中將所有入口LSR組合成組播組。
-在出口LSR 302、303中需要包含MPLS域中存在的所有潛在入口LSR的IP位址的新資料庫，除非將網絡的結構組織為使得每個MPLS域只具有一個入口節點(IP網關)。
-入口LSR 102需要維持映射表306，該映射表306明確地映射具有已服務於MH的現有LSP的MH ID(圖3)。在接收到「請求」消息後，每個入口LSR檢查映射表，以確定其中是否存在MH ID條目。如果入口LSR在其映射表中具有MH ID條目，則它進一步處理「請求」消息。所有其它的入口LSR丟棄該「請求」消息。
-如果入口LSR在其映射表中具有擁有MH ID的條目，則其啟動下面的步驟-如果採用根據RFC 3209的第2和4節的標準構造RSVP-TE信令，則入口LSR 102啟動建立到新出口LSR 303的新LSP隧道；-如果採用P2MP信令，則入口LSR 102啟動建立到新出口LSR 303的新分支LSP。
如果在映射表中有幾個LSP隧道與該MH ID相關，則入口LSR 102啟動為所有現有LSP隧道建立如上所述的(圖3中的步驟5)新LSP隧道。
所提出的方法可以應用於單向和雙向MPLS隧道。在這兩種情況下，上述的過程將相同，因為入口LSR 102照常啟動雙向隧道的建立，而與單向隧道的唯一的差別是RSVP-TE消息格式。
在圖7中示出了中間LSR和新出口LSR之間的信令過程和新分支P2MPLSP隧道的建立。兩種情況的差別在於LSP的建立上，即，是使用P2P LSP信令還是使用P2MP信令。在使用P2MP信令的情況下，在步驟701，入口LSR確定適當的分支LSR 307。步驟608中的路徑消息包含用於啟動從中間LSR 307到新出口LSR 303的分支P2MP LSP 702的適當的機制。
圖8示出了可以充當MPLS網絡中的節點的標籤交換路由器800的示範性結構。路由器800包括處理器或CPU 801，以根據網絡中的節點或LSR的角色而可編程地執行上述方法的步驟。
如果標籤交換路由器被配置為充當入口節點，則CPU 801包括被配置為從出口節點接收包含用於標識移動主機的信息的請求消息的請求接收裝置。入口節點的CPU 801還包括路徑開始裝置，用於啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
如果標籤交換路由器被配置為充當出口節點，則CPU 801包括移動主機識別裝置，用於從移動主機接收標識該移動主機的信息。出口節點的CPU 801還包括請求裝置，用於根據圖3的步驟(5)和圖6的步驟606向MPLS網絡的一個或多個入口節點發送至少一條請求消息。
在執行程序期間，可以將指令和要處理的數據一起預先存儲在RAM 802中。
如果標籤交換路由器被配置為充當入口節點，則RAM 802還可以包括圖3中所示的映射表306。如果標籤交換路由器被配置為充當出口節點，並且如果MPLS網絡域具有多於一個的入口節點，則RAM 802還可以包括資料庫，用於存儲到所述多協議標籤交換域的入口節點的網際網路協議地址。
此外，可以將用於執行上述方法的程序指令永久存儲在非易失性存儲器803中，該非易失性存儲器803可以是諸如只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM、EEPROM、快閃)或硬磁碟的半導體存儲器。可替代地或額外地，該指令可以被存儲在諸如光碟、磁碟或磁帶的其它計算機可讀媒體中，所述媒體要被插入到作為相應盤或磁帶驅動單元的媒體讀取器804中。
LSR也包括MPLS網絡接口805，以將它與MPLS網絡域中的其它LSR連接。如果LSR充當無線接入控制器(RAC)或充當基站，則其還包括到無線接入網絡的特定接口806。如果LSR充當網關，則其還包括一個或多個外部網絡接口808，以將它連接到類似例如行動網路的核心網絡或網際網路之類的外部分組交換網絡。所有組件可以通過總線807或通過專用鏈路與某些或所有其它組件連結。
有利的是，本發明的實施例可以允許MH在接入域間切換(inter-access-domain)(即，假定在出口LSR之間)的情況下無縫的移動性。與相應節點通信的數據流在切換期間保持活動。通過應用「停止前建立(make-before-brake)」原理以較快的方式執行該切換，而無分組丟失，這是因為首先完成到新出口LSR的新連接，然後執行舊和新出口LSR之間的L2切換。換句話說，在破壞到舊出口LSR的隧道之前先建立到新出口LSR的新LSP隧道。因而避免了分組丟失。
根據本發明的方法的另一優點是其避免了在切換處理期間會話QoS(以及其它上下文)參數的協商，這是因為所提出的方法基於建立具有與到舊出口LSR的現有隧道的參數相同的參數的LSP隧道。此外，因為新和舊出口LSR不需要上下文傳遞操作，所以本發明縮短了切換過程的持續時間。
本發明的另一優點是在任一網絡實體中不需要實現微移動性移動IP擴展，例如分層的MIP或快速MIP。在IP網關(FA/AR)和MH中不得不實現標準的MIPv4或MIPv6(根據圖4中的方案)。因為當前市場上分布的大多數路由器是具有MPLS能力的，所以由於只需在網絡側執行切換過程而只需要對入口和出口LSR作微小的修改，並且只需對本文件中所描述的RSVP-TE做擴展。因而，MH不必參與切換過程，這將導致無線鏈路上的信令負載的降低。
儘管已參照依據本發明而構造的實施例描述了本發明，但是對於本領域技術人員來說明顯的是，在不背離本發明的精神和所要求的範圍的情況下，可以在上述教導的指導下和所附權利要求書的範圍內對本發明做出各種修改、變型和改進。此外，為了避免使這裡所描述的本發明變得模糊，這裡沒有描述被認為是本領域內的普通技術人員熟知的那些內容。因此，應該理解本發明不限於具體說明的實施例，而只是通過所附權利要求書的範圍進行限定。
權利要求
1.一種用於向行動網路(100)中的移動主機(101)提供移動性的方法，其中，行動網路(100)在服務於多個無線接入網絡域(112、113)的至少一個多協議標籤交換入口節點(102)和多個出口節點(302、303)之間的至少一部分網絡中使用多協議標籤交換作為傳輸技術，所述方法包括步驟b)由所述移動主機建立到多協議標籤交換出口節點(303)的無線連接(604)，該多協議標籤交換出口節點(303)服務於所述移動主機位於的無線接入網絡域(113)(603)；c)從所述移動主機(101)向所述出口節點(303)發送標識所述移動主機的信息(605)；d)從所述出口節點向至少一個多協議標籤交換入口節點(102)發送至少一條請求消息(606)，該請求消息包括標識所述移動主機(101)和出口節點(303)本身的信息；e)在所述至少一個入口節點(102)檢查是否存在多協議標籤交換隧道(301)(607)，所述多協議標籤交換隧道是在各個入口節點(102)處開始的，並服務於所述移動主機(101)；以及f)如果確定存在這樣的多協議標籤交換隧道，則通過所述各個入口節點(102)啟動建立到所述出口節點(303)的與所述移動主機(101)相關的多協議標籤交換隧道(304)(608)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟f)包括啟動建立從所述第一入口節點到所述第二出口節點的新多協議標籤交換隧道。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多協議標籤交換網絡支持點到多點的多協議標籤交換隧道；以及步驟f)包括啟動從包括在所述第一標籤交換隧道內的中間節點到所述第二出口節點的新分支多協議標籤交換隧道。
4.根據權利要求1至3中的一個所述的方法，其中，當在步驟e)確定存在多於一個的在各個入口節點(102)開始並服務於所述移動主機(101)的多協議標籤交換隧道時，各個入口節點為每個現有隧道啟動建立到所述出口節點的多協議標籤交換隧道。
5.根據權利要求1至4中的一個所述的方法，其中，所述請求消息是通過尋址到所述至少一個入口節點的每個的網際網路協議單播來發送的。
6.根據權利要求1至4中的一個所述的方法，其中，所述請求消息是通過尋址到所述至少一個入口節點中的至少一部分的網際網路協議組播來發送的。
7.一種標籤交換路由器，被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點(302，303)，包括多協議標籤交換網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口(706)，用於將它連接到無線接入網絡，並用於建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置(701)，用於從所述移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置(701)，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和出口節點本身的信息。
8.根據權利要求7所述的標籤交換路由器，還包括資料庫(702)，用於存儲到所述多協議標籤交換域的入口節點的網際網路協議地址，其中，所述請求裝置還被配置為向由存儲在所述資料庫中的網際網路協議地址標識的入口節點發送所述請求消息。
9.一種無線接入控制器(103，104)，包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點(302，303)的標籤交換路由器，其中該標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口(706)，用於將它連接到無線接入網絡，並用於建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置(701)，用於從所述移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置(701)，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和出口節點本身的信息。
10.一種基站(105-108)，包括被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點(302，303)的標籤交換路由器，其中該標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口(706)，用於將它連接到無線接入網絡，並用於建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置(701)，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置(701)，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和出口節點本身的信息。
11.一種標籤交換路由器，其被配置為充當多協議標籤交換網絡的入口節點(102)，包括網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；外部網絡接口(707)，用於將它連接到外部分組交換網絡；請求接收裝置(701)，被配置為從出口節點接收請求消息，所述請求消息包括標識移動主機和所述出口節點本身的信息；以及路徑開始裝置(701)，被配置為啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
12.根據權利要求11所述的標籤交換路由器，還包括映射表(306，702)，其將識別移動主機(101)的信息映射到與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道，其中所述路徑開始裝置還被配置為在所述映射表中檢查與在所述請求消息中識別的移動主機相關的多協議標籤交換隧道，並且用於對於與從所述映射表中檢索的移動主機相關的現有多協議標籤交換隧道的至少一部分建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
13.一種移動通信網絡，包括至少一個第一標籤交換路由器，被配置為充當多協議標籤交換網絡的出口節點(302，303)，其中該第一標籤交換路由器包括多協議標籤交換網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；無線接入網絡接口(706)，用於將它連接到無線接入網絡，並用於建立到移動主機的無線連接；移動主機識別裝置(701)，用於從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及請求裝置(701)，用於向所述多協議標籤交換網絡的至少一個入口節點發送至少一條請求消息，該請求消息包括標識所述移動主機和出口節點本身的信息；該移動通信網絡還包括至少一個第二標籤交換路由器，其被配置為充當多協議標籤交換網絡的入口節點(102)，其中該第二標籤交換路由器包括網絡接口(705)，用於將它連接到多協議標籤交換網絡；外部網絡接口(707)，用於將它連接到外部分組交換網絡；請求接收裝置(701)，被配置為從出口節點接收請求消息，所述請求消息包括標識移動主機和所述出口節點本身的信息；以及路徑開始裝置(701)，被配置為啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
14.一種在其上已存儲有指令的計算機可讀存儲介質，當在作為行動網路的核心網絡中的出口節點的標籤交換路由器的處理器上執行所述指令時，使得所述標籤交換路由器從移動主機接收標識所述移動主機的信息；以及向所述行動網路的多個入口節點發送至少一條請求消息，所述請求消息包括標識所述移動主機的信息。
15.一種在其上已存儲有指令的計算機可讀存儲介質，當在充當到行動網路的核心網絡的入口節點的標籤交換路由器的處理器上執行所述指令時，使得所述標籤交換路由器從出口節點接收包括標識移動主機的信息的請求消息；檢查是否存在多協議標籤交換隧道，所述隧道起源於所述入口節點並且服務於所述移動主機；以及如果確定存在這樣的多協議標籤交換隧道，則啟動建立到所述出口節點的與所述移動主機相關的多協議標籤交換隧道。
全文摘要
公開了一種向在至少在其一部分網絡使用多協議標籤交換(MPLS)傳輸的行動網路中的移動主機(MH)提供移動性的方法。在切換期間，移動主機從MPLS網絡的新出口節點接收廣播消息。它附到新出口節點，從而該出口節點知道MH標識符。新出口節點向MPLS網絡的一個或多個入口節點發送包含MH的標識符和它自身的標識符的請求消息。每個入口節點在映射表中檢查服務於所識別的MH的標籤交換路徑(LSP)。如果存在這樣的路徑，則入口節點為每個現有LSP啟動建立到新出口節點的新LSP。
文檔編號H04W80/00GK101053223SQ200580037492
公開日2007年10月10日 申請日期2005年7月8日 優先權日2004年10月29日
發明者吉納迪·維列夫 申請人:松下電器產業株式會社