一種虛擬接口支持異構切換的方法
2023-05-14 12:47:26 3
專利名稱：一種虛擬接口支持異構切換的方法
技術領域：
本發明涉及一種虛擬接口支持異構切換的方法。
背景技術：
隨著移動網際網路應用的迅速普及，對IP的移動性支持已成為移動通信發展的一 個熱點方向。移動終端同時通過多種接入技術協同工作，同時體驗多種服務，可以為用戶帶 來更好的服務體驗。這樣移動節點就需要通過不同的網絡接口採用與該接口相匹配的接入 技術(如WiFi、CDMA、GSM、TD-SCDMA等)同時接入網絡。移動節點在不同接入技術間的漫 遊可以充分利用現有的資源和帶寬，但在此過程中仍然要保持移動性會話的可達性和連續 性。當移動節點的位置變化，其IPv6地址也發生了改變就破壞了路由的可達性，移動 IPv6和NEMO技術很好的解決了這個問題。但這些協議是基於終端的移動性協議。然而，現 有的移動終端通常不支持網絡層移動性協議，所以需要大量的更新移動終端協議棧，給協 議的推廣帶來很大的麻煩。同時，移動終端參與移動性管理過程，必然有相關的移動性信令 在無線側傳輸，將帶來額外的無線資源浪費。而且，終端對移動性管理的支持也將帶來大量 的終端能量的消耗，這個問題在當前終端受限的狀況下也顯得較為突出。網際網路工程任務組IETF制定的代理移動IPv6協議，通過網絡對於移動終端進行 管理。這個協議在網絡中對多家鄉、異構切換和流移動性管理進行支持。在代理移動IPv6 域中，MAG進行特殊的軟體配置後，允許移動節點使用多個接口接入網絡，並在不同接口間 實現切換。當移動節點在不同接口間實現切換時，需要在舊的接口上去掉地址，然後在新的 接口上配置相同的地址，這個過程可能會導致通信的中斷。1.與本發明相關的現有技術1為保持麗在IPv6網絡中移動時的路由可達性，IETF提出了 MIPv6的移動性支持 協議。該協議通過家鄉地址來標識一個移動節點，通信對端會通過其家鄉地址將數據發往 家鄉代理，進而與MN進行數據交互。當MN離開家鄉網絡時，就會被分配一個與之關聯的代 表它現在位置信息的轉交地址，在外地鏈路上建立與家鄉代理綁定關係和數據隧道，家鄉 代理將數據發送給MN。就可以保證通信的連續性。當移動節點切換時，通過新的轉交地址 與家鄉代理間建立新的綁定關係和數據隧道，從而保證移動切換後通信的連續性。當移動節點使用多個物理接口時，同時使用多個轉交地址，其中只能有一個首要 轉交地址，移動節點必須保證它的首要轉交地址一直使用它的默認路由器通告的前綴。在 選擇了一個新的首要轉交地址後，移動節點發送一個包含這個轉交地址的綁定更新給家鄉 代理。切換時，移動節點保留它以前的首要轉交地址作為非首要轉交地址，並繼續接收這個 地址的數據包。當移動節點發現舊的鏈路不再可達，它將與不可達鏈路中路由器前綴相關 的所有轉交地址設為無效。為達到更好的切換效果，MIPv6的擴展協議HMIPv6和FMIPv6提出改進切換的方 法。HMIPv6引入新的節點-移動錨點MAP (MobiIity Anchor Point)，移動錨點作為本地家鄉代理，移動節點只需把綁定更新發送至MAP即可，而不用發送給HA和CN，這樣就減少了移 動節點、通信對端和家鄉代理間的信令數量並提高切換速度。採用FMIPv6協議的移動節點 在檢測到新的子網鏈路的時候就發送數據包，並且當新接入路由器檢測到移動節點附著的 時候就向移動節點發送數據包的問題，以此來減小切換時延。現有技術1的缺點MIPv6是基於主機的移動性協議，移動節點需要參與網絡實體的信令交互，然而現 有的大量移動終端通常並不支持網絡層移動性支持協議，因此需要更新大量移動終端協議 棧軟體來支持移動性協議，這將給協議的推廣帶來困難。此外，移動終端參與移動性管理過 程，無線鏈路上就會傳輸相關的移動性信令，將造成無線資源的浪費。終端對移動性管理的 支持也將帶來終端能量消耗，這個問題在當前終端電量受限的狀況下也顯得較為突出。2.與本發明相關的現有技術2PMIPv6是基於網絡的移動性協議，不需要更改移動節點現有的IP協議棧，也不需 要主機參與到移動性管理的信令交互。協議擴展了 MIPv6的信令消息，使用了 MIPv6中HA 的概念，PMIPv6域類似於MIPv6中的家鄉域，當麗在同一個PMIPv6域內移動時，它將獲得 一個唯一的家鄉網絡前綴，移動過程中不需要變更其IP位址，使得網絡層移動對移動節點 是透明的。代理移動IPv6協議引入了兩個功能實體，移動接入網關MAG和本地移動錨點LMA。 移動接入網關MAG在AR上運行，其主要執行三項功能，一是執行移動節點的接入和認證，並 代替移動結點MN與本地移動錨點LMA進行移動性相關的信令交互；二是模擬移動節點的家 鄉鏈路；三是建立移動節點的數據轉發路徑。LMA則執行類似MIPv6中家鄉代理HA的功能， 其主要功能是當麗在本PMIPv6域內移動時，保證麗的可達性，並擴展綁定緩存，分配家鄉 地址以及執行與MAG的交互。該協議可以支持多家鄉、異構切換和流移動等功能，允許移動節點使用多個接口 接入網絡，或者在不同的接口間進行切換。該協議本身支持異構切換，切換過程的具體過程 是1.移動節點獲得初始網絡前綴，配置地址；2.改變麗的接入網關，舊的接入鏈路上的MAG檢測到移動節點的離開後會通知 LMA除去移動節點的綁定和路由狀態，刪除舊的接口的上IP位址。LMA在收到這個請求後， 它將會識別收到請求的通信移動會話，然後再等待一個給定的時間，在這段時間內MAG更 新新的鏈路上的緩存，然後LMA接受請求。但是，如果在給定時間內沒有收到任何代理綁定 更新PBU消息，LMA將會刪除綁定緩存條目；3.新鏈路上的MAG在檢測到移動節點接入後，將會通知LMA更新綁定狀態。在移 動信令交互完成後，新的MAG會發送包含和之前分配給移動節點相同的家鄉網絡前綴的路
由器通告。現有技術2的缺點1)當網絡可以正確識別切換並且在新的接口上分配相同的前綴，MN可能生成一 個不同的地址，比如基於MAC地址的EUI-64機制。一些麗作業系統也不允許在多接口上 配置相同的地址；即使可以配置相同地址，切換後數據包也有可能發送到舊接口 ；2)如果網絡不和麗進行必要的交互，網絡節點可能不知道麗上可用的接入技術；3)在舊接口上刪除地址和新接口上配置相同地址的過程中會產生數據包丟失，給 異構切換帶來時延，不能有效的實現異構切換。3.與本發明相關的現有技術3為了更完善的解決異構切換問題，IETF有很多草案是關於PMIPv6支持異構 切換擴展的。個人草案 1(CJ. Bernardos, A. de la Oliva, JC. Zuniga，T. Melia, S. Das. PMIPv6 operation with IEEE 802.21, IETF draft, draft-bernardos-netext-pmipv6-m ih-01, October 26,2009)指出PMIPv6如何在IEEE802. 21環境中工作，同時指出如何使 用 IEEE802. 21 中的 MIH(Media Independent Handover)原語來幫助 MAG 解決 MN 的附著 是一個切換過程，還是一個新的接口接入建立一個新會話的過程的問題。個人草案2(M. Jeyatharan, C. Ng. Fast Handoff using Dormant Bindings in PMIPv6, IETF draft, dra ft-jeyatharan-netext-pmip-dormant-binding-00,October 16,2009)使用臨時綁定的方 法，把要進行切換的兩個接口綁定起來，同時引入DBU(Dormant Binding Update)睡眠綁定 更新和DBA(DormantBinding Acknowledgement)睡眠綁定確認消息來輔助切換，它指出在 MN舊的接口斷開之前使綁定保持在臨時模式的狀態，一旦激活，綁定就使得網絡把本來發 送給舊的接口的數據包發送給新的接口。個人草案3 (M. Liebsch, Ed.，A. Muhanna, 0. Blume. Transient Binding for Proxy MobileIPv6, IETF draft, draft-ietf-mipshop-transie nt-bce-pmipv6-07, September 8,2010)引入臨時BCE，將切換過程分為切換初始化階段和 臨時BCE激活階段，當麗進入nMAG後，nMAG發送的第一個PBU使麗的BCE處於臨時狀態 (攜帶臨時綁定選項)。此時，LMA不刪除舊的BCE並將新的BCE標識為臨時狀態，此時，LMA 從兩個MAG接收數據包並進行轉發，為了利用從pMAG到MN的可用鏈路，LMA將會一直通過 PMAG進行下行數據轉發，直到臨時狀態被激活，從臨時BCE轉換到激活BCE時，還可以有一 個可選的狀態來維護PMAG的路徑另外一段時間，這樣可以保證從pMAG接收那些還在傳輸 過程中的上行數據。現有技術3的缺點雖然這些提案對於PMIPv6支持異構切換進行了不同場景的研究，但是各有利 弊。個人草案1解決了預切換時LMA知道麗是進行切換還是進行同時連接，但是它使用 IEEE802. 21特有的原語來解決這個問題，僅僅局限於IEEE802. 21環境；個人草案2需要引 入新的消息；個人草案3需要LMA維護兩個BCE，後兩個草案都存在一個臨時的狀態，需要 特定方法來進行激活，進行繁瑣的改動。
發明內容
本發明的目的在於避免上述現有技術的不足，在代理移動IPv6域內提出一種虛 擬接口支持異構切換的方法。該技術方案通過在MN上配置虛擬接口的方式使其在異構網 絡中完成切換，並解決以下問題1.切換產生的時延主要是由切換過程中接口上地址的重新分配引起的，也就是切 換過程中有段時間MN上任何接口都沒有地址，發明主要利用虛擬接口解決異構切換過程 中的時延問題。2.通過引入LMA向域內廣播麗接入技術的機制以及新的HI值，輔助麗在代理移動IPv6域內完成異構切換。本發明的技術方案為一種虛擬接口支持異構切換的方法，在數據鏈路層和網絡層之間設置虛擬接口， 所述虛擬接口支持異構切換的方法如下1)移動節點麗連接到PMIPv6域的MAGl時，MAGl首先檢測到麗的接入，然後根 據其MAC地址從MAGl的用戶信息策略文件獲得對應MN的身份標識、鏈路層地址及LMA的 地址信息，並代替麗創建代理綁定更新PBU消息發送給麗的LMA以更新麗的當前位置， 同時為MN創建綁定更新列表條目BULE ；2) LMA在接收到PBU消息後，向MAGl發送PBA消息，並向域內的MAG廣播麗的接 入技術類型ATTl，並為MN創建相應的綁定緩存條目，包括家鄉網絡前綴Pl，代理轉交地址 PCoAl，接入技術類型ATTl，以及麗的ID和鏈路層ID (LL-ID)，MAGl收到PBA消息後，麗完 成在LMA端的註冊；3) MN在完成首次註冊後，MAGl與LMA會建立IPv6-in-IPv6的雙向隧道來封裝MN 通信的數據包，同時MAGl會發送一個包含前綴Pl的路由器通告，MN相應的在虛擬接口上 配置一個IPv6地址，MAG2會收到麗的接入技術類型的廣播包；4)麗移動，MAG2檢測到麗利用IF2進行接入，如果MAG2已經收到麗的接入類型 值，說明麗已經接入該代理移動IPv6域，此時MAG2根據麗的接入類型值決定PBU的消息 格式，當MN的接入類型與當前MAG提供的接入類型不一致時，MAG2向LMA發送一個包含切 換標識選項HI的PBU註冊消息輔助MN的異構切換；5) LMA在收到MAG2發來的PBU消息後為MN更新相應的綁定緩存列表條目，該條目 中的代理轉交地址變為PCoA2，接入技術類型變為ATT2，其他內容都和舊的綁定緩存列表 條目相同，其中關於接入技術類型的定義值與RFC5213中的相關描述是一致的；6) LMA向MAG2發送PBA消息，該PBA消息包含了和PBU消息相同的切換標識選項；7)MAG2 收到 PBA 之後，LMA 和 MAG2 之間建立 IPv6-in_IPv6 的隧道，MAG2 向 MN 發送包含家鄉網絡前綴Pl的路由器通告消息，根據前綴PlMN同樣將地址配置在虛擬接口 上；8)MAGl檢測到IFl的斷開，MAGl向LMA發送PBU解註冊消息，進行解註冊。LMA收 到MAGl發來的解綁定更新消息後，確認接收到的請求所對應的移動性會話並發送解綁定 確認(解PBA)消息給MAG1，完成解註冊過程同時刪除LMA與MAl之間的雙向隧道，同時將 轉發MN數據包的路由更新為發送請求的MAG2。本發明的優點在於根據本發明所提出的利用虛擬接口接口來支持異構切換的方法，可以減小切換時 延，減小數據包的丟失，保持會話的連續性，提高異構切換的效率。此外，在實現過程中只對 域內的LMA和MAG進行輕量級的改造，減小了實現的複雜度，實用性高。
圖1 虛擬接口網絡層次結構圖；圖2 本發明的應用場景圖；圖3 本發明的初始場景圖4 本發明的消息順序圖；圖5 本發明異構切換後場景圖。
具體實施例方式傳統的網絡應用和TCP/IP協議棧並不考慮網絡地址和網絡接口的改變。一個主 機的多個網絡接口存在的問題是目的地址和網絡接口之間的關係。當一個應用程式發送數 據包到另一個節點，首先查找路由表，然後根據目的地址找到一個合適的網絡接口進行發 送。當主機由於移動或網絡接口與相應的節點通信失敗而改變網絡接口時，目的地址沒有 改變。目的地址是不斷映射到以前的網絡接口。如果這情況發生時，通信會話將被終止。當 一個新的網絡接口被選定用來發送/接收數據包，主機應該更新目的地址與網絡接口之間 的關係。對大多數作業系統來說，網絡接口與物理接口是一一對應的，但是如果一個網絡接 口以一個不具有任何數據傳輸/接收功能的邏輯接口來實現，而它的數據傳輸/接收能力 依賴於其它的網絡接口，這種邏輯接口就稱作虛擬接口。本文提出的在代理移動IPv6中實 現異構切換正是基於虛擬接口。在代理移動IPv6中，虛擬接口可以用來支持無縫切換、多 家鄉、流移動性管理等多種移動特性。虛擬接口可以工作在大多數作業系統中，主機在配置虛擬接口後不需要考慮實際 物理接口的數目，它的多個接口就可以像只有一個接口那樣工作。從IP協議棧和應用的角 度來看，虛擬接口僅是個普通接口，主機並不認為虛擬接口和普通接口之間有何不同，虛擬 接口在實際應用中表示為綁定了 IP位址的軟體對象。它可以隱藏所有底層物理接口的變 化，並且保證通信會話的連續性。在使用虛擬接口在發送數據包時，IP數據包的鏈路層頭部使用的是虛擬接口的鏈 路層標識而不是物理接口的鏈路層地址。同時，主機也擁有IPv6鏈路的路徑識別能力，通 過一個物理接口，被主機路由表所驅動，這個路由表是利用物理接口來進行數據包轉發。綁 定在虛擬接口上來自前綴Pl和P2的地址，擁有兩個不同的鏈路路徑，前綴Pl在EO上，前 綴P2在El上，這個映射也可以顛倒，不會被上層應用所感知，需要網絡側的路徑變化。這 種路徑識別能力可以通過MAG發送到LMA的PBU來實現，在PBU中包含流的信息。本發明 應用虛擬接口時用戶的網絡層次結構圖如圖1所示。本發明虛擬接口工作過程如果主機使用物理接口 IFl，那麼就建立虛擬接口 VI和物理接口 IFl之間的路徑。 當發送數據包至另一節點時，數據包被發送到VI，根據路徑配置信息，這些數據包也被發送 到IF1。當從另一節點接收數據包時，這些數據包被發送到IF1，然後發送到VI。本發明可以實現多種接口間的異構切換。初始時根據收到的路由器通告中的家鄉 網絡前綴給虛擬接口分配一個IP位址，物理接口不分配，切換時把舊的接口上的數據流轉 移到新的接口上，而虛擬接口的地址保持不變。圖2為本發明的應用場景，圖中MAGl和MAG2提供不同的接入技術。MN利用虛擬 接口 brO對不同接入技術的物理接口進行綁定，並依據虛擬接口所綁定的物理接口進行數 據的發送和接收。當MN接收到路由器通告後，它會為虛擬接口配置地址而不是物理接口， 在切換過程中虛擬接口上地址不變，以此來保證切換時通信的連續性，減小切換時延，提高 切換效率。
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MN有兩個接口，分別為物理接口 IFl和物理接口 IF2。當MN第一次接入到代理移 動IPv6域時，MN收到MAGl發送的路由器通告後給虛擬接口 VI分配地址，而物理接口 IFl 和IF2上則不分配地址，只有鏈路本地地址。初始場景如圖3所示，本發明的場景是初始只 有一個接口接入一個MAG1，而後使一個新的接口接入新的MAG2，並使舊的接口從舊的MAGl 斷開來進行切換。麗使用接入技術類型ATTl (比如3G接入)的物理接口 IFl接入MAG1， MAGl正常向LMA發送PBU消息。PBU消息的移動選項中存在HI選項，用它來標識是何種類 型的切換。RFC5213隻規定了保留、新接口附著、MN上兩個接口間切換、同一接口在兩個MAG 間切換幾種類型的值。當LMA收到PBU消息後，LMA需要向域內的MAG廣播MN的接入技術 類型，並為MN保存相應的綁定緩存條目，包括家鄉網絡前綴Pl，代理轉交地址PCoAl，接入 技術類型ATT1，以及MN的ID和鏈路層ID，接入技術類型的值跟RFC5213中定義的一樣。圖4為麗，MAGl，MAG2, LMA之間相互傳遞消息的消息順序圖，麗在代理移動IPv6 域內利用虛擬接口完成異構切換的完整過程如下。1)在如圖2的應用場景中，當移動節點(MN)連接到PMIPv6域的MAGl時，MAG首 先檢測到MN的接入，然後根據其MAC地址從MAGl的用戶信息策略文件獲得對應MN的身份 標識、鏈路層地址及LMA的地址信息，並代替MN創建代理綁定更新(PBU)消息發送給MN的 LMA以更新MN的當前位置，同時為MN創建綁定更新列表條目(BULE)。2) LMA在接收到PBU消息後，向MAGl發送PBA消息，並向域內的MAG廣播麗的接 入技術類型ATTl，並為MN創建相應的綁定緩存條目，包括家鄉網絡前綴Pl，代理轉交地址 PCoAl，接入技術類型ATT1，以及麗的ID和鏈路層ID，MAG收到PBA消息後，MN完成在LMA 端的註冊。3) MN在完成首次註冊後，MAGl與LMA會建立IPv6-in-IPv6的雙向隧道來封裝MN 通信的數據包，同時MAGl會發送一個包含前綴Pl的路由器通告，MN相應的在虛擬接口上 配置一個IPv6地址。MAG2會收到麗的接入技術類型的廣播包。4)麗移動，MAG2檢測到麗利用IF2進行接入，如果MAG2已經收到麗的接入類型 值，說明麗已經接入該代理移動IPv6域，此時MAG2根據麗的接入類型值決定PBU的消息 格式，當MN的接入類型與當前MAG提供的接入類型不一致時，MAG2向LMA發送一個包含切 換標識選項HI的PBU註冊消息輔助MN的異構切換。5) LMA在收到MAG2發來的PBU消息後為麗更新相應的綁定緩存列表條目。該條 目中的代理轉交地址變為PCoA2，接入技術類型變為ATT2，其他內容都和舊的綁定緩存列 表條目相同，其中關於接入技術類型的定義值與RFC5213中的相關描述是一致的。6) LMA向MAG2發送PBA消息，該PBA消息包含了和PBU消息相同的切換標識選項。7)MAG2收到PBA之後，LMA和MAG2之間建立IPv6-in_IPv6的隧道，MAG2向MN發 送包含家鄉網絡前綴Pl的路由器通告消息，根據前綴PlMN同樣將地址配置在虛擬接口上。8)MAGl檢測到IFl的斷開，MAGl向LMA發送PBU解註冊消息，進行解註冊。LMA收 到MAGl發來的解綁定更新消息後，確認接收到的請求所對應的移動性會話並發送解綁定 確認(解PBA)消息給MAG1，完成解註冊過程同時刪除LMA與MAl之間的雙向隧道，同時將 轉發MN數據包的路由更新為發送請求的MAG2。切換完成後場景如圖5所示。
權利要求
1. 一種虛擬接口支持異構切換的方法，其特徵在於，在物理鏈路層和網絡層之間設置 虛擬接口，所述虛擬接口支持異構切換的方法如下1)移動節點麗連接到PMIPV6域的MAGl時，MAGl首先檢測到麗的接入，然後根據其 MAC地址從MAGl的用戶信息策略文件獲得對應MN的身份標識、鏈路層地址及LMA的地址信 息，並代替MN創建代理綁定更新PBU消息發送給MN的LMA以更新MN的當前位置，同時為 MN創建綁定更新列表條目BULE ；2)LMA在接收到PBU消息後，向MAGl發送PBA消息，並向域內的MAG廣播麗的接入技 術類型ATTl，並為麗創建相應的綁定緩存條目BCE，包括家鄉網絡前綴Pl，代理轉交地址 PCoAl，接入技術類型ATTl，以及麗的ID和鏈路層ID，MAG1收到PBA消息後，麗完成在LMA 端的註冊；3)麗在完成首次註冊後，MAGl與LMA會建立IPv6-in-IPv6的雙向隧道來封裝MN通信 的數據包，同時MAGl會發送一個包含前綴Pl的路由器通告，麗相應的在虛擬接口上配置 一個IPv6地址，MAG2會收到麗的接入技術類型的廣播包；4)麗移動，MAG2檢測到麗利用IF2進行接入，如果MAG2已經收到麗的接入類型值， 說明麗已經接入該代理移動IPv6域，此時MAG2根據麗的接入類型值決定PBU的消息格 式，當MN的接入類型與當前MAG提供的接入類型不一致時，MAG2向LMA發送一個包含切換 標識選項HI的PBU註冊消息輔助MN的異構切換；5)LMA在收到MAG2發來的PBU消息後為MN更新相應的綁定緩存列表條目；該條目中 的代理轉交地址變為PCoA2，接入技術類型變為ATT2，其他內容都和舊的綁定緩存列表條 目相同，其中關於接入技術類型的定義值與RFC5213中的相關描述是一致的；6)LMA向MAG2發送PBA消息，該PBA消息包含了和PBU消息相同的切換標識選項；7)MAG2收到PBA之後，LMA和MAG2之間建立IPv6-in_IPv6的隧道，MAG2向MN發送包 含家鄉網絡前綴Pl的路由器通告消息，根據網絡前綴Pl，MN同樣將地址配置在虛擬接口 上；8)MAGl檢測到IFl的斷開，MAGl向LMA發送PBU解註冊消息，進行解註冊，LMA收到 MAGl發來的解綁定更新消息後，確認接收到的請求所對應的移動性會話並發送解綁定確認 消息給MAG1，完成解註冊過程同時刪除LMA與MAl之間的雙向隧道，同時將轉發MN數據包 的路由更新為發送請求的MAG2。
全文摘要
本發明涉及一種虛擬接口支持異構切換的方法，本發明採用在MN上配置虛擬接口的方法來實現代理移動IPv6中對異構切換的支持。本發明方案利用虛擬接口對不同接入技術的物理接口進行綁定，並依據虛擬接口所綁定的物理接口進行數據的發送和接收。當MN接收到路由器通告後，它會為虛擬接口配置地址而不是物理接口，在切換過程中虛擬接口上地址不變，以此來保證切換時通信的連續性，減小切換時延，提高切換效率。
文檔編號H04W60/00GK102075907SQ201110028789
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者任飛, 周華春, 張宏科, 易李, 楊釗, 苗春澆 申請人:北京交通大學