用於支持移動節點的路由和域名系統的系統和方法

2023-10-22 09:31:07 1

專利名稱：用於支持移動節點的路由和域名系統的系統和方法
技術領域：
本發明一般地涉及網絡通信，並且更具體地，涉及在移動節點和 行動網路或外部域中的一個或多個節點之間的路由通信。
背景技術：
行動網路是一種主機和路由器通常相對於彼此是靜態的(即非移 動的)網絡，但是相對於網際網路的其餘部分是共同移動的。例如，可 以在飛機、輪船或列車中找到行動網路。通常，移動路由器使用例如
移動IP或者網絡移動性(NEMO)協議為附連到移動路由器的節點提 供移動性(例如，連接到網際網路協議(IP)基礎設施)。行動網路中的 特定節點通常被指定移動路由器，並且管理在行動網路中的所有節點 的移動性，並且因此行動網路可以改變針對IP基礎實施的附連點，同 時保持在行動網路內部的節點和連接到網際網路的對應節點之間的IP通 信。當移動路由器從一個IP子網移動到另一個IP子網時，移動路由器 通常需要處理移動性，以便保持附連到移動路由器的節點的所有通信。
行動網路可以採用多種配置，諸如嵌套行動網路配置，其中至少 一個第一行動網路附連在第二行動網路下面。例如，第一行動網路可 以是承載具有相關聯的個人網絡的設備的個體，並且第二行動網路可 以是具有行動網路基礎設施的列車，該行動網路基礎實施具有與IP網 絡或基礎設施的連接。當該個體進入列車時，該個體的行動網路可以 通信耦合到部署在列車中的接入點，以在列車的行動網路中操作。每 個行動網路具有一個或多個本地固定節點(LFN)(例如，無線設備)， 該LFN可以諸如通過乙太網(Ethernet)或802.11連接到對應的移動 網絡的移動路由器。該LFN具有屬於行動網路的IP子網的IP位址， 並且不具有特定的IP移動性支持。每個行動網路還可以具有一個或多個歸屬移動節點(HMN)，該HMN可以連接到對應的行動網路的移 動路由器。HMN在此處被稱為具有歸屬網絡的移動節點(通常運行移 動IP協議)，該歸屬網絡是附連該HMN的行動網路。該HMN具有 屬於行動網路的IP子網的歸屬地址，並且具有與對應的歸屬行動網路 的移動路由器的HA相同的歸屬代理(HA)(即，HMN的歸屬代理未 處於HMN的歸屬行動網路中)。每個行動網路還可以具有一個或多個 訪問移動節點(VMN)，該VMN可以連接到對應的行動網路的移動 路由器。VMN在此處被稱為附連到未處於VMN的歸屬網絡中的移動 網絡的移動節點(通常運行移動IP)。該VMN具有歸屬地址，並且配 置屬於附連該VMN的行動網路的IP子網的臨時地址或者轉交地址。 具有部署在交通車輛中的行動網路的交通車輛域網(VAN)是實踐中 行動網路的示例。
除非IP位址先前是已知的，否則在建立與目的節點的IP通信之 前，目的主機名稱被解析為與目的節點相關聯的IP位址，這被稱為"名 稱解析"。 一個或多個域名系統(DNS)伺服器可以用於成功地名稱 解析，並且通常牽涉一組中間DNS伺服器，該中間DNS伺服器具有 相互的連接以實現名稱解析。例如，移動路由器具有與第一DNS服務 器的連接，並且該第一 DNS伺服器具有與授權目的節點的第二 DNS 伺服器的連接。
然後，該名稱解析用於建立IP通信。移動IP或NEMO協議使用 歸屬代理支持在行動網路群組中的一個行動網路中的節點與該移動網 絡群組中的另一行動網路中的節點之間的路由，以在這兩個節點之間 建立通信。歸屬代理在此處被稱為IP基礎設施中的節點，該IP基礎設 施攔截尋址到特定LFN的通信，並且將該通信重新定向到與LFN相關 聯的移動路由器的當前位置。
使用移動IP協議支持IP網絡中的移動節點，該移動IP協議允許 移動節點從一個IP子網改變到另一IP子網，同時保持正在進行的通信。
6移動節點具有用於通信的永久地址或歸屬地址。每當移動節點附連到 新的接入點時，就將新的臨時地址或轉交地址分配給該移動節點。移 動節點向網絡中的伺服器或歸屬代理髮送在歸屬地址和轉交地址之間 的綁定。當網際網路中的節點嘗試向目標移動節點的歸屬地址發送分組 時，該分組被路由到移動節點的歸屬網絡，歸屬代理在該歸屬網絡中 攔截該分組。使用自移動節點接收的綁定，歸屬代理將該分組隧傳
(timnd)到移動節點的轉交地址，以便使該分組重新定向到移動節點
的當前位置。例如，當移動實體改變針對IP基礎設施的附連點時，標
準的節點移動性協議(例如，移動IP)和網絡移動性協議(例如，NEMO) 利用在歸屬代理和移動實體之間的雙向隧道，以保持正在進行的通信。 該路由是複雜的，特別是對於在行動網路中的固定節點(例如，本地 固定節點(LFN))和訪問移動節點之間或者在附連到行動網路的兩個 訪問移動節點之間的通信。
當在行動網路中的LFN和訪問移動節點之間建立通信時，LFN向 訪問移動節點的歸屬地址發送通信分組。例如，LFN向默認路由器(例 如，移動路由器(MR1))發送分組，並且默認路由器應用移動IP機 制並且將該分組隧傳到移動路由器歸屬鏈路中的歸屬代理(例如，移 動路由器歸屬代理)。該移動路由器歸屬代理解封(de-encapsulate) 該分組，並且經由網際網路將該分組發送到與歸屬地址相關聯的訪問移 動節點的歸屬鏈路。當訪問移動節點未附連到歸屬鏈路時，在訪問移 動節點的歸屬鏈路處，訪問移動節點的歸屬代理攔截該分組，並且將 該分組(第一封裝)隧傳到訪問移動節點的轉交地址。該訪問移動節 點的轉交地址屬於行動網路。自訪問移動節點的歸屬代理隧傳的分組 被路由到移動路由器的歸屬鏈路。移動路由器的歸屬代理攔截該分組 並且將該分組(第二封裝)隧傳到移動路由器的當前位置。該移動路 由器解封該分組(例如，從移動路由器的歸屬代理中移除第二封裝)， 並且將該分組發送到訪問移動節點。該訪問移動節點從其歸屬代理中 移除剩餘的第一封裝，並且檢索由LFN發送的初始分組。這路由通過 位於IP基礎設施中的歸屬代理為在移動路由器和IP基礎設施之間的無線電接口帶來了開銷，因為將要在訪問移動節點和本地固定節點之間 路由的分組將通過該接口發送兩次(例如，在上行和下行方向上)。 另外，由於用於路由分組的封裝，因此在移動路由器和IP基礎設施之 間的無線電接口上引入了開銷(例如，帶寬消耗)。
在常規行動網路中，當具有與IP基礎設施的連接的移動路由器保
持該連接時，可以使用常規移動IP在行動網路的節點(例如，LFN和 VMN)之間建立通信。當移動路由器失去該連接時，行動網路被隔離 並且被稱為"自主的"。當行動網路處於自主模式時，行動網路斷開 與IP基礎設施和對應的歸屬代理的連接，並且移動路由器不能到達(例 如，VMN的)歸屬代理。目前，諸如移動IP和NEMO的常規協議不 支持自主模式下在兩個節點之間傳輸數據分組(即，路由)。另外， 發起通信的節點通常了解目的節點的完全合格域名(FQDN)，但是可 能不了解目的節點的IP位址。在失去與IP基礎設施的連接的情況下， 行動網路的節點(例如LFN)不能接入DNS伺服器(例如，默認DNS 伺服器、授權DNS伺服器和中間DNS伺服器)，該DNS服務另外用 於將目的節點(例如，VMN)的FQDN名稱解析為目的節點的IP位址。


在數個單獨視圖中，相同的附圖標記指的是相同的或者功能相似 的元件，並且附圖與下面的詳細描述一起併入說明書並且形成說明書 的一部分，用於進一步說明根據本發明的多種實施例並且解釋根據本 發明的多種原理和優點。
圖1是移動IP通信系統的框圖。
圖2是說明行動網路中的示例性IP通信路由的信令圖。 圖3是說明針對離開歸屬網絡的歸屬移動節點的示例性IP通信路 由的信令圖。
圖4是說明在自主行動網路中的示例性IP通信路由的信令圖。 圖5是固定IP通信系統的框圖。圖6是說明在圖5所示的外部域中的示例性IP通信路由的信令圖。 圖7是根據本發明的一些實施例的用於在移動節點和行動網路中 的節點之間建立通信的第一示例性方法的流程圖。
圖8是根據本發明的一些實施例的用於與外部域中的移動節點建
立通信的第二示例性方法的流程圖。
圖9是根據本發明的一些實施例的用於在移動節點和行動網路中
的節點之間建立通信的第三示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
在詳細描述根據本發明的實施例之前，應當觀察到，這些實施例 主要在於與移動節點的路由和域名服務支持相關的方法步驟和裝置組 件的組合。因此，裝置組件和方法步驟已經在適當時由附圖中的常規 符號表示，僅示出了與理解本發明的實施例有關的具體細節，以便不 會因對受益於此處的描述的本領域的普通技術人員顯而易見的細節而 使本公開模糊不清。
在本文中，諸如第一和第二、頂部和底部等的關係性術語可以唯 一用於使一個實體或動作區別於另一實體或動作，而沒有必要要求或 暗示這樣的實體或動作之間的任何實際的這樣的關係或順序。術語"包 括"或其任何其他變化旨在涵蓋非排他性的內含物，以便包括元件列 表的過程、方法、物品或裝置不僅包括這些元件，而且可以包括未明 確列出的或者這樣的過程、方法、物品或裝置所固有的其他元件。前 面帶有"包括"的元件沒有更多的限制，並未排除在包括該元件的過 程、方法、物品或裝置中存在附加的相同元件。
應當理解，此處描述的本發明的實施例可以包括一個或多個常規 處理器以及唯一存儲的程序指令，該程序指令控制該一個或多個處理 器結合特定的非處理器電路實現如此處描述的用於移動節點的路由和 域名服務支持的一些、大部分或所有功能。該非處理器電路可以包括， 但不限於，無線電接收機、無線電發射機、信號驅動器、時鐘電路、電源電路和用戶輸入設備。同樣地，這些功能可被解釋為用於移動節點的路由和域名服務支持的方法的步驟。替代地， 一些或所有功能可由不具有存儲的程序指令的狀態機實現，或者在一個或多個專用集成
電路(ASIC)中實現，在該AISC中每個功能或者特定功能的某些組
合被實現為定製邏輯。當然，可以使用兩種方法的組合。因此，此處已經描述了關於這些功能的方法和手段。而且，可以預期，儘管可能付出相當大的努力並且具有由例如可用時間、當前技術和經濟考慮激發而帶來的許多個設計選擇，但是當在此處公開的概念和原理的引導下時，本領域的普通技術人員將很容易能夠利用最少的實驗生成這樣
的軟體指令和程序以及集成電路(ic)。
此處使用的詞語"示例性"意指"用作示例、實例或說明"。此處描述為"示例性"的任何實施例沒有必要被解釋相比於其他實施例為優選的或者有利的。
具體實施方式
中描述的所有實施例是示例性實施例，被提供用於使本領域的技術人員能夠製造或使用本發明，並非限制由權利要求限定的本發明的範圍。
提供了實現在移動節點和具有移動路由器的一個或多個行動網路的節點之間的網際網路協議(IP)通信的方法和裝置。當移動節點(例如，
訪問移動節點(VMN))加入或附連到行動網路時，移動節點首先發送用於與移動節點IP通信的臨時地址(例如，轉交地址)的請求。通常，VMN在轉交地址獲取階段中經歷交換。該請求包括移動節點的永久IP位址(例如，歸屬地址)以及可選地包括對應的移動節點的完全合格域名(FQDN)。然後將移動節點的歸屬地址提供給移動路由器，該移動路由器創建/更新移動節點的歸屬地址的路由信息。另外，移動路由器向行動網路的節點(例如，其他VMN)通告(例如，多播)，移動節點的歸屬地址處於行動網路中。
在一個示例性實施例中，行動網路包括，但不必然限於，域名系統(DNS)伺服器和動態主機配置協議(DHCP)伺服器。在由移動節點發送到DHCP伺服器的DHCP請求中包括移動節點的歸屬地址並且可選地包括移動節點的FQDN。在移動節點的FQDN被提供在DHCP請求中的情況下，DHCP伺服器利用歸屬地址和移動節點的FQDN之間的關聯更新DNS伺服器。在DHCP請求中包括歸屬地址並且可選地包括FQDN降低了 VMN發現過程，並且使相關聯的信令最少。本發明的方法和裝置，通過在行動網路中本地化在移動節點和行動網路中的任何其他節點之間的通信路由，支持去往和來自自主行動網路中的VMN的通信。另外，本發明的方法和裝置以連接模式最優化去往和來自移動節點和行動網路中的其他節點的分組路由(例如，具有與IP基礎設施的連接)。
圖1是移動IP通信系統100的框圖。移動IP通信系統100包括具有移動路由器104 (例如，MR1)和一個或多個節點的行動網路102，以及IP基礎設施106 (例如，網際網路)，當行動網路102處於連接模式時，IP基礎設施106經由訪問鏈路110使用移動路由器104具有與行動網路102的連接。在自主模式中，由於行動網路102缺乏與IP基礎設施106的連接，因此訪問鏈路IIO被略去。儘管利用行動網路102描述了移動IP通信系統100，但是移動IP通信系統IOO可以具有與行動網路102通信的附加的行動網路，諸如集合行動網路的嵌套、平級或混合配置。
在該示例性實施例中，行動網路102包括附連到行動網路102的本地固定節點(LFN) 108和訪問移動節點(VMN) 120。移動路由器104向附連到特定移動路由器的節點(例如，LFN和VMN)提供移動性，並且可以與DHCP伺服器和DNS伺服器(未示出)並置排列。IP基礎設施106包括對應於行動網路102的一個或多個節點的歸屬代理。例如，IP基礎設施106包括用於訪問移動節點120的歸屬代理(VMN—HA) 124和用於移動路由器104的歸屬代理(MR—HA) 122。VMN—HA 124經由VMN歸屬鏈路114連接到IP基礎設施106，並且MR HA 122經由移動路由器歸屬鏈路112連接到IP基礎設施106。
11儘管沒有示出，但是移動路由器104包括具有一個或多個處理器
(例如，微處理器、精簡指令集計算機(RSIC)晶片等)和非易失存儲器(例如，非易失隨機存取存儲器(RAM)和/或只讀存儲器(ROM)的中央處理單元、數據存儲設備和通常被提供為接口卡的一個或多個通信接口 (例如，低/中速接口，諸如多埠通信接口、串行通信接口或者令牌環接口；高速接口，諸如多埠 Ethernet接口、無線接口等)。通信接口控制通信加強任務，諸如分組交換和過濾，以及媒體控制和管理。本領域的普通技術人員應當理解，替代地，移動路由器104可以具有多種其他的路由器架構。
在示例性實施例中，使用VMN歸屬地址選項和/或VMN FQDN選項提供針對訪問移動節點(例如，VMN120)的IP通信路由。利用VMN歸屬地址選項，(例如，經由DHCP伺服器)實現了關於VMN 120的歸屬地址的行動網路102中的本地化路由。在移動路由器104上創建了適當的路由信息，以指出VMN 120的出現並且指明分組應如何路由到VMN120。使用該路由信息，移動路由器104可以路由由行動網路102中的其他節點發送的尋址到VMN 120的歸屬地址的任何分組。在一個示例性實施例中，使用VMN 120的歸屬地址創建移動路由器104的路由表中的路由條目，以便可以通過移動路由器104的一個進入接口直接接入VMN 120的歸屬地址。在另一示例性實施例中，使用在VMN 120的歸屬地址和VMN 120的轉交地址(例如，由DHCP月艮務器提供)之間的關聯創建在移動路由器104和VMN120的轉交地址之間的移動路由器104上的隧道。尋址到VMN 120的歸屬地址的任何分組通過該隧道轉發。在行動網路102中，諸如通過特定的通告消息來通告VMN 120的出現(例如，VMN 120的歸屬地址)。行動網路102中的其他VMN可以確定VMN 120是本地的並且可以使用本地路由而非通過對應的歸屬代理的隧傳直接接入。
通過結合VMN歸屬地址選項使用的VMN FQDN選項，利用在
12VMN 120的FQDN和VMN 120的歸屬地址之間的關聯，更新(例如， 經由DHCP伺服器)DNS伺服器(例如，與行動網路102相關聯)。 例如，該關聯可被置於DNS伺服器的主文件中(例如，如果使用常規 DNS更新)或者DNS伺服器的DNS緩存中。行動網路102中的任何 節點可以使用針對DNS伺服器的常規DNS査詢，DNS解析來自VMN 120的FQDN的VMN 120的歸屬地址。
優選地在DHCP請求消息上承載VMN歸屬地址選項和VMN FQDN選項，以實現移動路由器104和DNS伺服器上的相關聯狀態的 創建和刷新(即，移動路由器104上的路由信息和DNS伺服器上的VMN 歸屬地址和/或FQDN關聯)。這些狀態的創建是在VMN轉交地址獲 取階段的早期DHCP交換過程中發生的。這些狀態的刷新是通過將 DHCP選項包括在為更新VMN 120的轉交地址而發送的後續DHCP請 求消息中而實現的。在DHCP釋放消息上承載VMN 120的歸屬地址和 VMN 120的FQDN，以觸發移動路由器104和DNS伺服器上的相關聯 狀態的移除。
圖2是說明在諸如圖1所示的行動網路102的行動網路200中的 示例性IP通信路由的信令圖。行動網路200包括VMN202、 DHCP服 務器204、 MR206和DNS伺服器208。儘管行動網路200被示出為具 有VMN 202，但是行動網路200可以具有任何數量的節點或VMN。 DHCP伺服器204和DNS伺服器208與MR 206並置排列並且經由通 信總線(未示出)耦合，儘管DHCP伺服器204和DNS伺服器208可 以駐留在行動網路200的不同節點上。DHCP伺服器204向VMN 202 分配轉交地址，並且DNS伺服器208響應來自行動網路200中的任何 節點(未示出)的標準的DNS査詢。
儘管沒有示出，但是DNS伺服器208包括具有一個或多個DNS 緩存和用於存儲資源記錄(RR)的一個或多個區文件的存儲器。RR包 括，但不必然限於，名稱伺服器資源記錄("NS" RR)和IP位址資
13源記錄("A" RR) 。 DNS伺服器208管理將DNS伺服器208服務的 域名映射到DNS伺服器208的名稱的"NS" RR。另夕卜，DNS伺服器 208管理其歸屬網絡分別是行動網路200的每個節點的一個或多個"A" RR，並且每個"A" RR將特定節點的FQDN映射到對應的IP位址。 使用區文件，行動網路200的DNS伺服器208可以授權響應與移動網 絡200的節點相關的任何DNS查詢。在示例性實施例中，DNS伺服器 208授權行動網路200的域名，並且可以授權可以耦合到行動網路200 的其他行動網路的其他域名。例如，與MR 206並置排列的DNS服務 器208授權行動網路202的域名，並且因此管理包含任何LFN以及將 行動網路200作為歸屬網絡的任何移動節點的F Q D N的區文件。
當VMN 202嘗試附連或加入行動網路200時，VMN 202通過接 收通告消息檢測進入行動網路200。例如，每當新的節點加入行動網路 200時或者每當VMN成功地附連到行動網路200時(例如，在網絡接 入控制階段中)，MR 206就發送行動網路通告。在另 一示例中，MR 206 在接收到DHCP發現(例如，通常從新的VMN試圖獲得新的轉交地址 時起)時發送行動網路通告。行動網路通告包括，但不限於，具有當 前處於行動網路200中的VMN的歸屬地址列表和行動網路200的前綴 的可直接到達網絡(DRN)列表。VMN 202檢索該行動網路200中的 VMN的歸屬地址的列表和行動網路200的前綴。使用該信息，VMN 202 確定針對給定節點的分組是否應當被隧傳到VMN 202的歸屬代理(例 如，在該節點未處於行動網路200中的情況下)或者根據VMN 202的 路由表進行本地路由(例如，在節點處於行動網路200中的情況下)。
通過VMN歸屬地址選項，VMN 202優選地使用DHCP同時向 MR 206通知VMN 202的出現，並且獲得轉交地址。VMN 202使用 DHCP請求210向MR 206通知VMN 202的歸屬地址(VMN_HoA)。 例如，VMN 202向DHCP伺服器204發送包括VMN一HoA的DHCP請 求210，並且DHCP伺服器204創建通知212並且將其發送到MR 206， 通知212包括VMN—HoA並且可選地包括分配給VMN 202的轉交地址(VMN—CoA)。 一旦接收到(並且接受)該VMN歸屬地址選項，MR 206就在其路由表中創建具體條目，該條目指出VMN 202的歸屬地址 是可以通過MR206的進入接口直接到達的。MR 206通過從VMN 202 的歸屬地址解析VMN 202的層-2地址，使用該條目將分組路由到VMN 202的歸屬地址。在一個示例性實施例中，MR 206使用地址解析協議
(ARP)解析VMN202的層-2地址。在另一示例性實施例中，MR 206 從MR 206的本地緩存中檢索VMN 202的層-2地址，MR 206的本地 緩存在MR 206從DHCP伺服器204接收到關於VMN 202出現在移動 網絡中的通知時通過VMN 202的層-2地址被動態更新，該通知包括 VMN 202的層-2地址。DHCP伺服器204向VMN 202發送DHCP應 答，該DHCP應答包括，但不必然限於，分配給VMN202的轉交地址 以及VMN歸屬地址選項(例如，在DHCP請求中)已被接受還是拒絕 的指示。
一旦成功註冊到MR 206， VMN 202就本地路由(而非隧傳到VMN 202的歸屬代理)具有與DRN列表匹配的目的地址的任何分組。另夕卜， MR 206將VMN 202的歸屬地址添加到DRN列表，並且發送新的移動 網絡通告，使行動網路200中的其他VMN能夠發現VMN 202的出現。 在行動網路200的連接模式中，VMN202將新的轉交地址註冊到VMN 202的歸屬代理。
為了將分組從LFN或歸屬移動節點(HMN)路由到另一 LFN/HMN，根據源發LFN/HMN的路由表直接路由該分組。為了將分 組從LFN/HMN路由到缺少行動網路200的前綴的目的地址，向MR 206 路由分組(例如，沿默認路由)。使用MR 206的路由表，MR 206確 定目的是否與VMN路由條目匹配。在發現匹配的情況下，MR 206解 析對應的VMN的層-2地址(例如，從該VMN的歸屬地址)並且將該 分組直接發送到該VMN。在未發現匹配的情況下，MR 206通過針對 MR 206的歸屬代理的隧道轉發分組，因為該目的地址對應於行動網路 外部的節點。
15VMN 202使用DRN列表中的信息確定目的地址對應於行動網路 200中的另一 VMN的歸屬地址還是對應於LFN/HMN (例如，經由在 DRN列表中包括的行動網路200的前綴)。在未發現匹配的情況下， VMN 202將分組隧傳到VMN 202的歸屬代理。在發現匹配的情況下， VMN 202使用VMN202的路由表本地路由分組。例如，在目的地址與 行動網路子網的路由條目(例如，根據DHCP配置的)匹配的情況下， VMN 202使用ARP解析目的的層-2地址。該目的是LFN/HMN。否貝ij， 分組被發送到MR206的層-2地址(例如，經由默認路由)。該目的是 另一 VMN。
當目的地址與MR 206的路由表中的一個條目匹配時，MR 206通 過其進入接口將分組路由到目的。在目的地址與行動網路200的前綴 匹配的情況下，該分組被發送到目的的層-2地址。該目的是LFN/HMN。 在目的地址與一個VMN路由條目匹配的情況下，該分組被發送到目的 的層-2地址。否則，MR206放棄該分組。
當行動網路200恢復與IP基礎設施的連接時，MR 206可以決定 (例如，作為策略)是否保持關於VMN202的歸屬地址的本地化路由。 在MR 206決定不保持關於VMN 202的歸屬地址的本地化路由的情況 下，從MR 206的路由表中移除VMN 202的VMN條目，從DRN列表 中移除VMN歸屬地址，並且可以發送新的行動網路通告。可以在VMN 202和DHCP伺服器204之間交換周期性的DHCP請求/應答消息，以 更新所分配的轉交地址的租期(lease)並且刷新MR206的路由表中的 對應的VMN條目。
當行動網路200處於連接模式並且VMN 202離開行動網路200 時，VMN 202通知MR 206。然後，MR 206可以從MR 206的路由表 中移除對應的VMN條目，以停止發送到VMN 202的歸屬地址的分組 的本地重新定向。在這種情況下，VMN 202向DHCP伺服器204發送(例如，單播)DHCP釋放消息214，該DHCP釋放消息214在VMN 歸屬地址選項中包括VMN 202的歸屬地址。該釋放消息214可以在 VMN 202離開行動網路200之前(例如，主動切換)或者緊隨VMN 202 離開行動網路200之後(例如，被動切換)由VMN 202發送。 一旦接 收到DHCP釋放消息214， DHCP伺服器204就從行動網路的地址空間 釋放分配給VMN 202的轉交地址(例如，通過將轉交地址標記為未分 配的)。DHCP伺服器204向MR206發送釋放通知216，該釋放通知 216包括VMN歸屬地址並且可選地包括VMN轉交地址。接收到該指 示之後，MR 206移除MR 206的路由表中的對應的VMN條目，從DRN 列表中移除VMN 202的歸屬地址，並且發送新的行動網路通告。VMN 202還從MR 206清除VMN 202已經獲得的任何DRN列表。當DHCP 釋放214包括VMN 202的歸屬地址和FQDN時，DHCP伺服器204 還可以向DNS伺服器208發送包括VMN 202的歸屬地址和FQDN的 釋放通知218。
通過VMN FQDN選項，利用在VMN 202的主機名稱(例如， FQDN)和VMN 202的歸屬地址之間的關聯更新DNS伺服器208的 緩存。優選地結合(例如，DHCP請求和VMN 202發送到DHCP服務 器204的DHCP釋放消息中的)VMN歸屬地址選項使用VMN FQDN 選項。在一個示例性實施例中，當利用VMN FQDN選項從節點接收到 DHCP請求時，DHCP伺服器204首先確定DHCP請求是否伴隨VMN 歸屬地址選項。在沒有VMN歸屬地址選項的情況下，優選地忽略VMN FQDN選項。在VMN FQDN選項伴隨VMN歸屬地址選項的情況下， DHCP伺服器204利用在VMN FQDN選項中列出的FQDN和VMN歸 屬地址選項中列出的IP位址之間的關聯218更新DNS伺服器208。在 VMN 202與DHCP伺服器204交互的情況下，置於DNS伺服器208 中的關聯將VMN 202的FQDN綁定到VMN 202的歸屬地址。
通常，從具有VMNFQDN選項(伴隨有VMN歸屬地址選項)的 節點接收DHCP請求的DHCP伺服器利用在節點的FQDN和VMN歸屬地址選項中列出的節點地址之間的關聯，使用標準的動態DNS更新
機制更新DNS伺服器(例如，與移動路由器並置排列的這樣的節點的 的主授權DNS伺服器)。在自主模式中，當DNS伺服器是VMN的授 權主伺服器時，DHCP伺服器利用該關聯更新DNS伺服器。在一個替 代實施例中，使用標準的動態DNS更新機制的適當擴展更新DNS服 務器的緩存(而非主文件)，以實現動態DNS緩存更新。在另一替代 實施例中，通過其他手段(例如，通過現有的管理工具直接存取/配置 DNS緩存，等等)更新DNS伺服器的緩存。 一旦利用VMN關聯進行 了更新，並且隨後進行了 DNS伺服器的標準操作，則DNS伺服器可 以回答關於VMN的主機名稱的名稱解析查詢。
由於MR 206可以在早期的基於DHCP的轉交地址獲取階段中發 現VMN 202的歸屬地址和VMN 202的FQDN，因此MR 206具有快速 VMN發現。由於在VMN 202和MR 206之間不需要單獨的移動IP和 DNS更新信令，因此使信令開銷最小化，在VMN轉交地址的周期性 更新上包括VMN 202的歸屬地址和VMN 202的FQDN的周期性刷新。
圖3是說明針對離開歸屬網絡300(諸如圖1所示的行動網路102) 的HMN 302的IP通信路由的信令圖。歸屬網絡300包括HMN 302、 MR 304和LFN 306。 MR 304的歸屬代理(HA) 308位於MR 304的歸 屬網絡上。DHCP伺服器(未示出)與MR 304並置排列。在該示例性 實施例中，HMN離開選項允許HMN 302向對應的歸屬網絡300中的 本地DHCP伺服器通知關於HMN 302的離開(例如，在實際離開之前 或之後)。優選地使用DHCP請求消息執行HMN離開選項，並且DHCP 伺服器可以觸發MR304上的任何適當的操作以實現在歸屬網絡300的 任何本地節點和HMN 302之間的通信。這樣的適當的操作的一個實例 包括，但不必然限於，MR 304發起關於HMN 302的歸屬地址的地址 解析協議(ARP)代理並且向HA 308隧傳尋址到HMN 302的分組。
在操作中，被稱為移動節點(MN)的HMN 302當離開行動網路300時，利用特定的HMN離開選項直接向MR 304發送DHCP請求310， 以指出HMN 302的離開。 一旦接收到該DHCP請求310， MR 304就 更新HMN 302的歸屬地址的租期(例如，在DHCP請求310中指出)， 並且向HMN 302發送DHCP應答312。通過處理HMN離開選項，MR 304發起關於HMN 302的歸屬地址的ARP代理並且向HA 308隧傳尋 址到該歸屬地址的分組。例如，在LFN 306 (位於行動網路300中)和 歸屬行動網路外部的MN(原來的HMN 302)之間的分組經由信號314、 316和318通過HA 308隧傳到MN 302，該HA 308對於服務行動網路 300的MN 302和MR 304是公共的。HMN 302使用的用於向MR 304 通知其離開的消息可以是普通消息而非DHCP消息的特定擴展。分組 還可以經由信號320、 322和324通過HA 308隧傳到LFN 306。
圖4是在自主行動網路400中的示例性IP通信路由的信令圖。移 動網絡400包括VMN 402和MR 404。 VMN 402的HA 406位於VMN 402的歸屬網絡上。在該示例性實施例中，MR404與DHCP伺服器和 DNS伺服器(未示出)並置排列。當VMN402嘗試附連或加入移動網 絡時，在VMN 402和MR 404之間分別交換常規DHCP發現和提供消 息410、 412。當行動網路400進入自主模式時，VMN 402使用VMN FQDN選項更新與MR並置排列的DNS伺服器的緩存。VMN 402使用 DHCP請求414向MR 404通知VMN 402的歸屬地址(VMN-HoA)和 FQDN (VMN_FQDN)。 一旦接收到(並接受)該VMN歸屬地址選 項，MR 404就在其路由表中創建特定條目，指出VMN 402的歸屬地 址是可以通過MR 404的進入接口直接到達的，並且向VMN 402發送 DHCP應答416。
當VMN 402進入行動網路400(即使在連接模式中)時，VMN 402 還可以使用該VMN FQDN選項，以促進由本地節點解析其IP位址。 例如，與MR並置排列的DNS伺服器是用於行動網路400中的LFN和 HMN的默認DNS伺服器。在自主模式中，LFN/HMN使用與MR並置 排列的DNS伺服器的標準DNS交換解析來自VMN 402的主機名稱的VMN402的IP位址。在自主模式中，並且可選地在連接模式中，VMN 402還使用與MR並置排列的DNS伺服器的標準DNS交換，將與MR 並置排列的DNS伺服器用作其默認伺服器，以解析行動網路400中的 任何其他節點(例如，LFN、 HMN或VMN)的IP位址。
在DNS緩存中創建的VMN關聯是臨時條目(即，與超時相關聯)。 VMN 402周期性地向與MR並置排列的DHCP伺服器發送新的DHCP 請求(例如，具有VMNFQDN選項和VMN歸屬地址選項)，以刷新 在與MR並置排列的DHCP伺服器的緩存中的它的關聯。這還刷新 VMN 402的轉交地址的租期和MR 404的路由表中的VMN路由條目。 當VMN 402離開行動網路400時，通過向與MR並置排列的DHCP服 務器發送DHCP釋放消息(例如，包括VMN 402的歸屬地址和FQDN)， 觸發從與MR並置排列的DHCP伺服器的緩存中移除其關聯。這還釋 放VMN 402的轉交地址，並且移除MR 404的路由表中的對應的VMN 路由條目。
圖5是固定IP通信系統500的框圖。IP通信系統包括IP基礎設 施504 (例如，網際網路)和具有邊緣路由器(ER) 506的外部域502， 該ER 506在外部域502和IP基礎設施504之間提供連接。外部域502 還包括，但不必然限於，DHCP伺服器514、 DNS伺服器516和一個或 多個接入路由器(AR) 510、 512。當MN 508進入外部域502時，MN 508附連或加入接入路由器510、 512中的一個。MN 508具有經由MN 歸屬鏈路520連接到IP基礎設施504的歸屬代理(MN_HA) 518。
圖6是說明在圖5所示的外部域502中的示例性IP通信路由的信 令圖。在該示例性實施例中，VMN歸屬地址選項和VMN FQDN選項 可用於進入外部域502的MN 508。MN 508具有歸屬地址(VMN—HoA) 和FQDN (VMN_FQDN)。當MN 508進入外部域502時，MN 508 向DHCP伺服器514發送包括VMN_HoA並且可選地包括VMN—FQDN 的DHCP請求520，並且DHCP伺服器514創建通知524並且將其發送到ER 506，該通知524包括VMN—HoA和分配給MN 508的轉交地 址(VMN—CoA) 。 DHCP伺服器514還利用DHCP應答522響應該 DHCP請求，並且MN 508獲得轉交地址。 一旦接收到(並且接受) MN 508的轉交地址，ER 506就創建針對VMN_CoA的隧道，用於發 送尋址到VMN-HoA的分組。另外，ER 506通告VMN—HoA處於外部 域502中，使得外部域502中的其他節點能夠發現MN 508的出現。利 用VMN FQDN選項，DHCP伺服器514創建通知526並將其發送到 DNS伺服器516，該通知526包括VMN-HoA和VMN—FQDN。 一旦接 收到該VMN FQDN選項，DNS伺服器516就設定在VMN_FQDN和 VMN一HoA之間的VMN關聯。
當MN 508移動到新的AR時(例如，從AR 510移動到AR 512)， MN 508向DHCP伺服器514發送包括VMN—HoA的另一 DHCP請求 528，並且DHCP伺服器514創建通知530並且將其發送到ER 506，該 通知530包括VMN一HoA和分配給MN 508的新的轉交地址
(nVMN—CoA)。DHCP伺服器514還利用DHCP應答532響應該DHCP 請求，並且MN 508獲得新的轉交地址。 一旦接收到該VMN歸屬地址 選項，ER 506就將先前創建的隧道的端點更新為MN 508的新的轉交 地址，用於發送尋址到VMN—HoA的分組。另外，ER 506繼續通告 VMN一HoA處於外部域502中。一旦在來自DHCP伺服器514的DHCP 應答中接收到新的轉交地址，MN 508就可以通過發送新的註冊請求
(例如，RRQ消息)更新其針對MN 508的HA的移動IP綁定。
由MN 508使用VMN歸屬地址最優化在外部域502中的任何節點 (固定或移動)和MN 508之間的分組路由。在外部域502中的任何節 點和MN 508之間的路由在外部域502內部被本地化(例如，分組不需 要路由到外部域外部)。例如，向ER 506本地路由由外部域502中的 固定節點發送到MN 508的歸屬地址的分組。 一旦接收到這些分組，ER 506就使用關於MN 508從DHCP伺服器514所接收的通知確定MN 508 正在訪問外部域502。然後，ER 506向如從DHCP伺服器514接收的通知中指出的MN 508的轉交地址隧傳尋址到MN 508的歸屬地址的分 組。MN 508解封和處理來自該固定節點的分組。相似地，使用VMN FQDN選項在外部域502內部最優化VMN FQDN的名稱解析程序。例 如，DNS伺服器516可以執行由外部域502中的節點將MN 508的 FQDNDNS解析成MN 508的歸屬地址，而不需要聯繫外部域502外部 的其他DNS伺服器。因此，使用VMN FQDN選項提高了名稱解析程 序的速度。
圖7是根據本發明的一些實施例的用於在移動節點(例如，圖1 和圖2所分別示出的VMN120、 202)和行動網路中的節點(例如，圖 1和圖3所分別示出的LFN 108、 306)之間建立通信的第一示例性方 法700的流程圖。如步驟705中指出的，當VMN加入一個或多個移動 網絡中的第一行動網路時，從該VMN接收請求。該請求將VMN的歸 屬地址(例如，VMN歸屬地址選項)傳送到MR。在一個示例性實施 例中，VMN的歸屬地址包括在DHCP請求中並且從VMN發送到移動 網絡中的DHCP伺服器。該DHCP伺服器創建通知並且將其發送到MR, 該通知包括VMN的歸屬地址並且可選地包括分配給VMN的轉交地 址。
在另一示例性實施例中，DHCP請求中還包括VMN的FQDN (例 如，結合VMN歸屬地址選項使用VMN FQDN選項)。DHCP伺服器 創建指出VMN的歸屬地址和FQDN的通知，並且將該通知從DHCP 伺服器發送到行動網路的DNS伺服器。該DNS伺服器響應於該通知 將VMN的歸屬地址與VMN的FQDN相關聯。
如步驟710中指出的，創建指出VMN的歸屬地址的路由信息。 例如， 一旦從DHCP伺服器接收到通知，MR就在其路由表中創建關於 該VMN的VMN條目。如步驟715中指出的，VMN的歸屬地址被通 告給一個或多個行動網路中的節點。例如，MR向行動網路的所有其他 節點多播指出VMN的歸屬地址處於行動網路中或者行動網路的集合中的通告。在一個示例性實施例中，MR具有DRN列表，並且當接收 到DHCP請求時更新該DRN列表以包括VMN的歸屬地址。然後，MR 向行動網路中的所有其他節點發送所更新的DRN列表。
當VMN離開行動網路時，還可以從VMN接收釋放。在一個示例 性實施例中，VMN發送包括VMN的歸屬地址的DHCP釋放。然後， 從MR的路由表中移除路由信息(即，VMN的歸屬地址)，並且MR 中斷通告VMN歸屬地址處於行動網路中。在示例性實施例中，DHCP 伺服器響應於接收到DHCP釋放，向MR發送包括VMN的歸屬地址 並且可選地包括VMN的轉交地址的釋放通知。
一旦接收到該通知，MR就移除關於VMN的歸屬地址的路由信息， 並且中斷通告VMN的歸屬地址處於行動網路中。在另一示例性實施例 中，DHCP伺服器向DNS伺服器發送包括VMN的歸屬地址和FQDN 的釋放通知(例如，結合VMN歸屬地址選項使用VMNFQDN選項)。 一旦接收到該釋放通知，DNS伺服器就從DNS伺服器中移除VMN關 聯。
圖8是根據本發明的一些實施例的用於與外部域(例如，圖5所 示的外部域502)中的移動節點(例如，圖5和圖6所示的MN 508) 建立通信的第二示例性方法800的流程圖。如步驟805中指出的，當 MN進入外部域時，從MN接收請求。該請求指出了 MN的歸屬地址。 在一個示例性實施例中，MN的歸屬地址包括在DHCP請求中，並且 當MN附連到外部域的接入路由器時從MN發送到外部域中的DHCP 伺服器。如步驟810中指出的，響應於該請求選擇關於該MN的轉交 地址。例如，DHCP伺服器響應於DHCP請求向MN發送DHCP應答， 並且該DHCP應答指出了分配給MN的轉交地址。如步驟815中指出 的，創建指出MN的歸屬地址並且可選地指出轉交地址的通知。例如， DHCP伺服器創建通知並且將其發送到外部域的ER，該通知包括MN 的歸屬地址並且可選地包括分配給MN的轉交地址。
23在一個示例性實施例中， 一旦接收到DHCP請求，就(例如，通
過DHCP伺服器)創建指出MN的歸屬地址和轉交地址的第一通知， 並且將其發送到ER。響應於該第一通知，ER創建針對MN的轉交地 址的隧道，用於發送尋址到MN的歸屬地址的分組，並且發送MN的 歸屬地址處於外部域中的通告。 一旦接收到DHCP請求，就可以(例 如，通過DHCP伺服器)創建指出MN的歸屬地址和FQDN的第二通 知，並且將其發送到外部域的DNS伺服器。響應於該第二通知，DNS 伺服器設定在MN的FQDN和MN的歸屬地址之間的DNS伺服器中的 VMN關聯。
當MN移動到外部域中的不同的接入路由器時，MN向DHCP服 務器發送指出MN的歸屬地址的另一 DHCP請求(例如，另一 DHCP 請求)。 一旦接收到該DHCP請求，DHCP伺服器就選擇新的轉交地 址並且將其提供給MN。 DHCP伺服器創建指出MN的歸屬地址和MN 的新的轉交地址的通知，並且將該通知發彈到ER。響應於該通知，ER 利用新的轉交地址更新先前創建的隧道的端點，用於發送尋址到MN 的歸屬地址的分組。另外，ER繼續通告MN的歸屬地址處於外部域中。
圖9是根據本發明的一些實施例的用於在移動節點(例如，圖3 所示的HMN 302)和行動網路中的節點之間建立通信的第三示例性方 法900的流程圖。在該示例性實施例中，DHCP伺服器和DHS伺服器 與MR並置排列。如步驟905中指出的，當HMN離開其歸屬行動網路 時，接收到指出HMN的離開的請求。例如，向行動網路的MR發送包 括HMN的歸屬地址和HMN的離開信息的DHCP請求。該DHCP請求 可以在離開行動網路之前或者緊隨離開行動網路之後由HMN發送。 MR利用DHCP應答答覆該DHCP請求。另夕卜，MR更新HMN的歸屬 地址的租期，並且發起關於HMN的歸屬地址的ARP代理和針對HMN 的歸屬代理的隧傳。
24如步驟910中指出的，響應於該請求攔截HMN的通信分組。如 步驟915中指出的，HMN的通信分組被定向到MR的歸屬代理，該歸 屬代理還是HMN的歸屬代理。
通過本地化在VMN歸屬地址和行動網路102、 200、 300、 400中 的任何其他節點之間的行動網路102、 200、 300、 400中的IP通信的路 由，當行動網路102、 200、 300、 400與IP基礎設施(例如，在自主模 式中)斷開連接時實現了該IP通信，並且當移動路由器104連接到IP 基礎設施時使路由路徑最優化。另外，在自主模式中，行動網路102、 200、 300、 400中的任何節點可以將VMN的主機名稱(例如，FQDN) DNS解析成VMN的歸屬地址。
在前面的說明書中已描述了本發明的具體實施例。然而，本領域 的普通技術人員應當理解，在不偏離如下面權利要求所闡述的本發明 的範圍的情況下，可以進行多種修改和改變。例如，儘管上文的描述 描述了在自主網絡集合中的節點之間的通信，但是應當理解，這些概 念還可以應用於例如，具有IP連接並且具有完全嵌套、平級、混合或 其他集合配置的網絡集合。
因此，說明書和附圖應當被視為說明性的而非限制性的，並且所 有這樣的修改旨在涵蓋於本發明的範圍內。益處、優點、對問題的解 決方案以及可以造成任何益處、優點或解決方案或者使其變得更加明 顯的任何元素，不應被解釋為任何或所有權利要求的關鍵的、必需的 或必要的特徵或元素。本發明由所附權利要求唯一限定，所附權利要 求包括在本申請的未決期間進行的任何修改以及如所授權的這些權利 要求的所有等同物。
權利要求
1. 一種用於在訪問移動節點和具有多個節點的一個或多個行動網路中的節點之間建立網際網路協議通信的方法，所述訪問移動節點具有歸屬地址，所述方法包括當所述訪問移動節點加入所述一個或多個行動網路的第一行動網路時，從所述訪問移動節點接收請求，所述請求指出所述訪問移動節點的所述歸屬地址；創建指出所述訪問移動節點的所述歸屬地址的路由信息；以及向所述一個或多個行動網路中的所述多個節點通告所述歸屬地址。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中所述一個或多個行動網路包括動態主機配置協議伺服器，所述動態主機配置協議伺服器響應於來自所述訪問移動節點的所述請求選擇所述訪問移動節點的臨時地址；並且其中所述創建步驟包括創建通知，所述通知指出所述訪問移動節點的所述歸屬地址和所述訪問移動節點的所述臨時地址。
3. 根據權利要求l所述的方法，其中所述一個或多個行動網路包括動態主機配置協議伺服器和域名系統伺服器；其中所述訪問移動節點具有完全合格域名；並且其中所述創建步驟包括創建通知，所述通知指出所述訪問移動節點的所述歸屬地址和所述訪問移動節點的所述；以及將所述通知從所述動態主機配置協議伺服器發送到所述域名系統伺服器，所述域名系統伺服器響應於所述通知將所述訪問移動節點的所述歸屬地址與所述訪問移動節點的所述完全合格域名相關聯。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個行動網路包括具有路由表的移動路由器，所述路由表包括路由信息；並且其中所述方法進一步包括當所述訪問移動節點離開所述一個或多個行動網路的所述第一移 動網絡時，從所述訪問移動節點接收釋放，所述釋放指出所述訪問移 動節點的所述歸屬地址；從所述移動路由器的所述路由表中移除關於所述訪問移動節點的 所述歸屬地址的所述路由信息；以及中斷所述通告步驟。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一行動網路是自主的； 其中所述一個或多個行動網路包括域名系統伺服器和移動路由器；其 中所述訪問移動節點具有完全合格域名；其中所述請求指出所述訪問 移動節點的所述歸屬地址和所述訪問移動節點的所述完全合格域名； 其中所述創建步驟包括將所述訪問移動節點的所述歸屬地址與所述訪 問移動節點的所述完全合格域名相關聯。
6. —種用於建立外部域中的移動節點的網際網路協議通信的方法， 所述移動節點具有歸屬地址，所述方法包括當所述移動節點進入所述外部域時，從所述移動節點接收請求，所述請求指出所述移動節點的所述歸屬地址；響應於所述請求，選擇所述移動節點的臨時地址；以及 創建指出所述移動節點的所述歸屬地址和所述移動節點的所述臨時地址的第一通知。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述外部域包括第二和第三 路由器；其中所述接收步驟包括當所述移動節點移動到所述第二路由 器時接收第一請求；其中所述選擇步驟包括響應於所述第一請求選擇 第一臨時地址；其中所述創建步驟包括創建指出所述移動節點的所述 歸屬地址和所述第一臨時地址的所述第一通知；並且其中所述方法進 一步包括當所述移動節點移動到所述第三路由器時接收第二請求； 響應於所述第二請求，選擇第二臨時地址；以及創建指出所述移動節點的所述歸屬地址和所述移動節點的所述第二臨時地址的第二通知。
8. —種用於建立在一個或多個行動網路中的移動節點的網際網路協議通信的方法，所述一個或多個行動網路包括移動路由器，所述移動節點具有歸屬地址，所述移動路由器具有歸屬代理，所述方法包括當所述移動節點離開所述一個或多個行動網路的第一行動網路時接收請求，所述請求指出所述移動節點的離開；響應於所述請求，攔截所述移動節點的通信分組；以及將所述移動節點的所述通信分組定向到所述移動路由器的所述歸屬代理。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述攔截步驟包括對於所述移動節點的所述歸屬地址進行地址解析協議代理。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中所述請求是動態主機配置協議請求；並且其中所述接收步驟包括當所述移動節點離開所述一個或多個行動網路的所述第一行動網路時由所述移動路由器從所述移動節點接收所述請求。
全文摘要
提供了用於在移動節點(MN)和一個或多個行動網路之間建立網際網路協議(IP)通信的系統和方法。該方法包括，當MN加入第一行動網路時從MN接收請求(705)，創建指出MN的歸屬地址的路由信息(710)，並且向行動網路的節點通告該歸屬地址(715)。該請求指出了MN的歸屬地址。
文檔編號H04W80/04GK101501675SQ200780030174
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月26日 優先權日2006年8月14日
發明者喬治·波波維奇, 克裡斯託夫·雅內託, 維德亞·納拉亞南 申請人:摩託羅拉公司