一種無線接入網絡中的路由優化方法和系統的製作方法
2023-11-03 03:40:27 1
專利名稱：一種無線接入網絡中的路由優化方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線接入網絡，尤其涉及一種無線接入網絡中的路由優化方法和系統。
背景技術：
現有的IP路由體系有一個重要的規則路由選擇只依據目的IP位址的網絡部分，而不是整個IP位址，即路由是針對網絡的。若主機從一個子網移動到一個新的子網並保持IP位址不變，則它的IP位址就不能反映出它的當前位置，由此引發的後果就是現有的IP路由體系不能把報文投遞給該主機。在這種情況下，主機必須配置一個新的屬於當前子網的IP位址來反映它的新位置。而對於一個TCP連接來說，有四個元素來唯一地標識它源IP位址、目的IP位址、TCP源埠號、TCP目的埠號，改變其中任何一個都會導致TCP連接的中斷或丟失。因此，要保持移動主機移動時傳輸層的連接，必須保持IP位址不變。根據這些要求，IETF提出了移動IP技術。近年來，隨著對移動IP技術的理論探討不斷深入，人們發現它存在著一些不足，尤其在路由機制和安全機制方面還不能滿足現代通信的需求。
移動IP定義了三個功能實體家鄉代理(HA，Home Agent)、外地代理(FA，Foreign Agent)和移動節點(MN，Mobile Node)。
移動IP在MN從一個ASN中的BS切換到另一個ASN中的BS時的工作機制如下。
1.當移動節點移動到外地網絡時，它可以從當前網絡的外地代理髮出的代理廣播消息中獲得轉交地址，或者通過DHCP伺服器配置獲得，但在目前的移動IPv4中一般採用外地代理轉交地址。
2.移動節點通過外地代理向家鄉代理註冊轉交地址，註冊可以通過移動IP中定義的註冊消息來完成。
3.家鄉代理對移動節點的註冊請求進行鑑權、認證，認證通過則發註冊成功消息到移動IP的轉交地址，外地代理收到消息後再轉發給移動節點。
4.此後所有發往移動節點的數據會先發往移動節點的家鄉網絡，然後由家鄉代理通過IP套IP(IP in IP)隧道封裝，發往移動節點註冊的轉交地址。
5.外地代理收到數據包後先解封裝，再轉發給移動節點。而移動節點發往與它通信的其他主機的數據會直接經過外地代理轉發到相應主機。這就形成了一個「三角路由」。
由網絡工作組(NWG，Network Working Group)提出的在微波接入全球互通(WiMAX，World wide Interoperability for Microwave Access)的移動性中直接引用當前的移動IP技術，所以它也面臨「三角路由」問題，該三角路由問題會導致傳輸的延遲並增加網絡的負擔。
在WiMAX中，一個ASP擁有多個ASN，當通信雙方在同一個ASN時，三角路由問題非常嚴重，特別是隨著移動性的提高，切換更為頻繁，這對於實時業務(如VoIP)的性能有很大影響。
下面描述與本發明相關的一個現有技術。
在WiMAX中引用的移動IP(Mobile IP)基本協議中，由通信對端節點(CN，Correspondent Node)給移動節點MN的數據包先被路由到移動節點的家鄉代理HA，然後由IP隧道送到移動節點的轉交地址CoA(Care of Address)，外地代理收到消息後再轉發給移動節點。然而，由移動節點發出的數據包卻被直接路由到了通信對端，這就構成了一個三角形。特別是當通信對端和移動節點位於同一外地子網時，發往移動節點的數據包仍然要先發往家鄉代理，然後再送往轉交地址。這樣數據包繞了一圈，才被送往移動節點。如圖1所示，由CN發送給MN的數據包經過一個接入服務網絡網關(ASN GW，Access ServiceNetwork GateWay)直接發送到了HA，然後再由HA發送回FA。
由此可見，現有的技術方案導致的三角路由問題不僅增加了傳輸延遲而且加重了網絡負擔。
發明內容
本發明提供一種無線接入網絡中的路由優化方法和系統，以解決WiMAX通信系統切換過程中由Mobile IP切換所引起的三角路由問題，使三角路由問題的解決具有可實現性。
一方面，提出一種無線接入網絡中的路由優化方法。當無線接入網絡中一個移動節點從家鄉子網切換到第一外地子網時，該方法包括步驟A、該移動節點在第一外地子網中的外地代理向無線接入網絡中的網關廣播移動節點家鄉地址的可達消息；B、當一個網關收到發往該移動節點家鄉地址的數據包時，按照收到廣播消息後在其路由表中添加的指向該移動節點家鄉地址的主機路由將數據包發往下一跳；C、該外地代理收到所述數據包時即將數據包發送給該移動節點。
上述方法還包括步驟D、當該移動節點離開第一外地子網時，收到上述廣播消息的網關每一個都根據該外地代理廣播的路由更新消息刪除其路由表中指向該移動節點家鄉地址的主機路由。
步驟A中無線接入網絡中的網關是無線接入網絡中第一外地子網內的網關。
上述步驟B中向該移動節點的家鄉地址發送數據包的通信對端節點CN是第一外地子網內的移動節點。
上述步驟B中向該移動節點的家鄉地址發送數據包的通信對端節點CN是第一外地子網內的固定節點。
上述步驟A進一步包括該外地代理在註冊該移動節點的轉交地址CoA期間廣播移動節點家鄉地址的可達消息。
上述步驟A進一步包括該外地代理向該移動節點的家鄉代理髮送移動IP註冊請求之後即廣播移動節點家鄉地址的可達消息。
上述步驟C進一步包括該外地代理按照綁定表中該移動節點的家鄉地址將數據包發送給該移動節點。
上述方法中，該無線接入網絡的子網是微波接入全球互通WiMAX網絡中的接入服務網絡ASN。
另一方面，提出一種無線接入網絡中的路由優化系統。該無線接入網絡的一個子網包括網關、從其他子網切換來的移動節點和該移動節點的外地代理。該路由優化系統包括該外地代理上的消息廣播裝置，用於在該移動節點切換到該子網時廣播移動節點家鄉地址的可達消息；該網關上的消息檢測裝置，用於檢測網關收到的消息並將檢測到的移動節點家鄉地址的可達消息發送給路由信息提取裝置；該網關上的路由信息提取裝置，用於從移動節點家鄉地址的可達消息中提取指向該移動節點家鄉地址的主機路由並保存到路由表中。
上述系統中，該消息廣播裝置，還用於在該移動節點離開該子網時廣播移動節點的路由更新消息；該消息檢測裝置，還用於將檢測到的移動節點的路由更新消息發送給路由信息清除裝置。
上述系統還包括該網關上的路由信息清除裝置，用於收到消息檢測裝置發來的移動節點的路由更新消息之後即刪除路由表中指向相應移動節點家鄉地址的主機路由。
上述方法中，該無線接入網絡的子網是微波接入全球互通WiMAX網絡中的接入服務網絡ASN。
與現有技術相比，本發明主要的優點和特點如下1.採用本發明的技術方案可以避免在移動節點移動到通信對端節點所在的ASN網絡中的時候產生的三角路由問題，大大改善業務的端到端時延，提高了實時業務的性能。
2.該方案具有簡單和實用的特點。
圖1圖示說明WiMAX系統中的三角路由問題；圖2是WiMAX系統中ASN之間的移動性系統框圖；圖3示出用來更改路由表的FA廣播的過程；圖4是按照本發明一個實施例所述WiMAX網絡中的路由優化系統。
具體實施例方式
本發明提出了一種實現在WiMAX系統中解決三角路由問題的方法。該方法簡單來說就是讓外地代理在對移動節點的轉交地址進行註冊的同時，在其所在的ASN內廣播對該移動節點的家鄉地址的可達性，該ASN中的其他ASNGW將根據該路由信息在自己的路由表中加入指向該移動節點的家鄉地址的特定主機路由。這樣，當這些ASN網關(ASN GW)收到發往移動節點的家鄉地址的IP包時，它將按最優的路由將這些IP包發往下一跳，最終這些IP包到達移動節點的外地代理，外地代理再將其交給移動節點。當移動節點離開外地代理時，外地代理再廣播一條路由更新信息，該ASN中的其他ASN GW根據該信息刪除指向該移動節點的家鄉地址的特定主機路由。
圖2是本發明WiMAX系統中MN在ASN之間移動的系統框圖。在圖2以及前面提到的圖1中，實線指示從MN到CN的數據流向，虛線指示從CN到MN的數據流向。其中包括移動節點MN、通信對端節點CN、基站BS、接入服務網絡ASN，ASN網關(ASN GW)，網絡服務提供商NSP和家鄉代理HA。
當MN從服務ASN(Serving ASN)中的BS切換到目的ASN(Target ASN)中的BS的時候，由目的ASN GW(Target ASN GW)中的FA分配一個轉交地址CoA地址給MN。然後該FA將CoA地址包含在移動IP註冊請求(MIPRegistration Request)消息中發送給HA進行註冊。註冊成功後，HA向該FA返回移動IP註冊答覆(MIP Registration Request)消息。在這個註冊進行的同時，該FA在其所在的ASN內廣播對該移動節點的家鄉地址的可達性，該ASN中的其他ASN GW將根據該路由信息在自己的路由表中加入指向該移動節點家鄉地址的特定主機路由。這樣，當這些ASN GW收到發往移動節點的家鄉地址的IP包時，它將按最優的路由將這些IP包發往下一跳，最終這些IP包到達移動節點的外地代理，外地代理再將其交給移動節點。當移動節點離開外地代理時，外地代理再廣播一條路由更新信息，該ASN中的其他ASN GW根據該信息刪除指向該移動節點家鄉地址的特定主機路由。該FA在註冊過程中廣播對該移動節點家鄉地址的可達性的具體信令流程如圖3所示。
下面詳細說明一個ASN GW上的FA廣播地址可達性，以及該ASN網絡內其他ASN GW路由表更新的過程1.FA/ASN GW向其所在的ASN網絡內的所有ASN GW廣播對該移動節點的家鄉地址的可達性。
2.該ASN網絡內的所有其他ASN GW根據該廣播消息在自己的路由表中加入指向該移動節點家鄉地址的特定主機路由，如下面兩個表所示表1是更新前的路由表
表1表2是加入特定主機路由後的路由表
表2上面所給出的路由表中各個欄位的含義為Destination是目的地址，它可能是主機，也可能是網關(路由器)；Gateway是下一跳的地址；Flags是對給定路由的標誌；Refcnt是參考記數，該列給出的是正在使用路由的活動進程個數；Use是顯示通過該路由發送的分組數；Interface是本地接口的名字，比如Lo0表示環回接口。
這裡，Flags中各個標誌的含義如下U代表該路由可以使用；G代表該路由是到一個網關(路由器)。如果沒有設置該標誌，說明目的地是直接相連的；H代表該路由是到一個主機，也就是說，目的地址是一個完整的主機地址。
如果沒有設置該標誌，說明該路由是到一個網絡，而目的地址是一個網絡地址一個網絡號，或者網絡號與子網號的結合；D代表該路由是由重定向報文創建的；M代表該路由已被重定向報文修改。
當FA/ASN GW在其所在的ASN內廣播對該移動節點的家鄉地址的可達性後，該ASN中的其他ASN GW將根據該路由信息在自己的路由表中加入指向該移動節點家鄉地址的特定主機路由，例如表2的第二行就是其中一個ASNGW新增加的路由項。其中，Destination為MN的家鄉地址；Gateway是下一跳的地址；Flag段為UGH，表示當前連接可用，是間接連接的通向主機的路由。
下面根據2.、0和圖2，詳細說明在MN移動到與CN相同的ASN網絡之前、之後以及離開該ASN網絡後這三種情況下，CN向MN發送數據包的路由過程第一種情況，MN移動到與CN相同的ASN網絡之前(1)CN向它的ASN GW發送目的地址為140.252.1.183的數據包。
(2)ASN GW檢索自己的路由表，按最大匹配原則查找表項。由於沒有與140.252.1.183相匹配的表項，所以按照默認路由把數據包發往下一跳140.252.13.33。
(3)數據包最終到達家鄉代理HA，由HA通過IP in IP隧道封裝，發往移動節點註冊的轉交地址。
(4)外地代理FA收到數據包後先解封裝，再轉發給移動節點。
第二種情況，MN移動到與CN相同的ASN網絡之後，ASN GW中的路由表如0所示。
(1)CN向它的ASN GW發送目的地址為140.252.1.183的數據包。
(2)ASN GW檢索自己的路由表，按最大匹配原則查找表項。由於到達主機140.252.1.183的表項已經被添加，所以按照該表項把數據包發往下一跳。
(3)最終這些數據包被發往FA/ASN GW。
(4)FA/ASN GW根據綁定表，按照MN的家鄉地址直接把數據包發送給MN。
第三種情況，MN離開該ASN網絡後，外地代理再廣播一條路由更新信息，該ASN中的其他ASN GW根據該信息刪除指向該移動節點家鄉地址的特定主機路由，使路由表恢復到2.所示的路由表。此時，由CN發往MN的數據包的路由過程與第一種情況相同。
下面，參照圖4描述本發明一個實施例所述的WiMAX網絡中的路由優化系統。該WiMAX網絡內的一個ASN包括ASN網關(ASN GW)、從其他ASN切換來的移動節點和該移動節點的外地代理。該路由優化系統包括下述裝置在該外地代理上的消息廣播裝置，用於在該移動節點切換到該ASN時廣播對該移動節點家鄉地址的可達性；在網關上的消息檢測裝置，用於檢測ASNGW收到的消息並將檢測到的對移動節點家鄉地址的可達性發送給路由信息提取裝置；路由信息提取裝置，用於從對移動節點家鄉地址的可達性中提取指向該移動節點家鄉地址的主機路由並保存到路由表中。
此外，該路由優化系統還包括路由信息清除裝置。上述消息廣播裝置，還用於在該移動節點離開該ASN網時廣播移動節點的路由更新消息。上述消息檢測裝置，還用於將檢測到的移動節點的路由更新消息發送給路由信息清除裝置。該路由信息清除裝置，用於收到該消息檢測裝置發來的移動節點的路由更新消息之後即刪除路由表中指向相應移動節點家鄉地址的主機路由。
從上面結合附圖公開的內容中可以看出，在MN路由到與CN相同的ASN的情況下從CN到MN的數據包不會產生到HA中轉的傳輸時間，避免了三角路由問題，提高了網絡性能。
另外一方面，當CN也是一個移動節點的時候，系統的切換就會很頻繁。在這種情況下，利用本發明的方案更可以大大減小系統的開銷和切換時延，對實時業務的切換性能改善很大。
為了使本發明的技術方案更容易理解，在該說明書中以外地代理在網關上為例進行說明。實際上，本發明所述的外地代理可以位於無線接入網絡中的任何物理實體上。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種無線接入網絡中的路由優化方法，當無線接入網絡中一個移動節點從家鄉子網切換到第一外地子網時，該方法包括以下步驟A、所述移動節點在第一外地子網中的外地代理向無線接入網絡中的網關廣播移動節點家鄉地址的可達消息；B、當一個網關收到發往所述移動節點家鄉地址的數據包時，按照收到廣播消息後在其路由表中添加的指向所述移動節點家鄉地址的主機路由將數據包發往下一跳；C、所述外地代理收到所述數據包時即將數據包發送給所述移動節點。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括步驟D、當所述移動節點離開第一外地子網時，收到所述廣播消息的網關每一個都根據所述外地代理廣播的路由更新消息刪除其路由表中指向所述移動節點家鄉地址的主機路由。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟A中無線接入網絡中的網關是無線接入網絡中第一外地子網內的網關。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於所述步驟B中向所述移動節點的家鄉地址發送數據包的通信對端節點CN是第一外地子網內的移動節點。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於所述步驟B中向所述移動節點的家鄉地址發送數據包的通信對端節點CN是第一外地子網內的固定節點。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟A進一步包括所述外地代理在註冊所述移動節點的轉交地址CoA期間廣播移動節點家鄉地址的可達消息。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述步驟A進一步包括所述外地代理向所述移動節點的家鄉代理髮送移動IP註冊請求之後即廣播移動節點家鄉地址的可達消息。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟C進一步包括所述外地代理按照綁定表中所述移動節點的家鄉地址將數據包發送給所述移動節點。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述無線接入網絡的子網是微波接入全球互通WiMAX網絡中的接入服務網絡ASN。
10.一種無線接入網絡中的路由優化系統，所述無線接入網絡的一個子網包括網關、從其他子網切換來的移動節點和所述移動節點的外地代理，其特徵在於該路由優化系統包括所述外地代理上的消息廣播裝置，用於在所述移動節點切換到所述子網時廣播移動節點家鄉地址的可達消息；所述網關上的消息檢測裝置，用於檢測網關收到的消息並將檢測到的移動節點家鄉地址的可達消息發送給路由信息提取裝置；所述網關上的路由信息提取裝置，用於從移動節點家鄉地址的可達消息中提取指向所述移動節點家鄉地址的主機路由並保存到路由表中。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於所述消息廣播裝置，還用於在所述移動節點離開所述子網時廣播移動節點的路由更新消息；所述消息檢測裝置，還用於將檢測到的移動節點的路由更新消息發送給路由信息清除裝置。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於還包括所述網關上的路由信息清除裝置，用於收到消息檢測裝置發來的移動節點的路由更新消息之後即刪除路由表中指向相應移動節點家鄉地址的主機路由。
13.如權利要求10所述的系統，其特徵在於所述無線接入網絡的子網是微波接入全球互通WiMAX網絡中的接入服務網絡ASN。
全文摘要
本發明公開了一種無線接入網絡中的路由優化方法和系統，以解決移動IP切換所引起的三角路由問題。當一個移動節點從家鄉子網切換到第一外地子網時，該移動節點在第一外地子網中的外地代理上的消息廣播裝置向無線接入網絡中的網關廣播移動節點家鄉地址的可達消息。當一個網關收到發往該移動節點家鄉地址的數據包時，按照收到廣播消息後其路由信息提取裝置在路由表中添加的指向該移動節點家鄉地址的主機路由將數據包發往下一跳。直到該外地代理收到該數據包時即將數據包交給該移動節點。當該移動節點離開第一外地子網時，收到上述消息的網關上的路由信息清除裝置都根據該外地代理廣播的路由更新消息刪除路由表中指向該移動節點家鄉地址的主機路由。
文檔編號H04L12/66GK1964317SQ20051011767
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者宋毅, 莊宏成 申請人:華為技術有限公司