专利名称：一种层次移动IPv6自适应MAP选择方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在部署有多层移动锚点(MAP)的层次移动IPv6网络内，移动节点在两相邻子网之间进行切换时，如何从多个可用MAP中选择最佳服务MAP的问题，属于下一代移动互联网的技术领域。
背景技术：
IETF层次移动IPv6切换管理技术(HMIPv6)通过引入新的功能实体——移动锚点(MAP,Mobile Anchor Point),提供本地的家乡代理服务，把网络划分为由MAP管理的“域”，网络的层次是通过MAP所管辖的区域来定义和划分的。“域”的引入限制了移动节点同本地区域以外节点的信令交互，从而使绑定更新局部化，缩短了切换延迟。MAP可以是位于任意层次的特殊路由器。当移动节点在一个特定层次的区域内移动时(微移动或区域移动)，就使用本地的MAP对移动节点的移动性进行管理。如果移动节点漫游到一个新的MAP区域(宏移动或全局移动)，移动节点的移动性仍沿用标准的MIPv6协议进行管理。引入MAP后，移动节点的转交地址划分为区域转交地址(RCoA, Rational Care-of Address)和链路转交地址(LCoA，On-Link Care-of Address)。RCoA是移动节点根据接收到的“MAP选项”中的MAP子网前缀自动配置的，用于移动节点向HA和CN进行注册。LCoA是移动节点根据路由通告消息(RA, Router Advertisement)所配置的，即MIPv6协议中所指的转交地址,其子网前缀与MAP域内当前提供服务的接入路由器(AR，Access Router)的一致。在本地区域内，当前服务MAP使用LCoA标识移动节点，且将代替移动节点接收和发送所有的数据包。在一个HMIPv6网络中，通常需要根据网络规模的大小，同时部署多层MAP来提供扩展性和鲁棒性更好的移动服务，但是也引入了额外的数据转发和处理的开销。因此在具有多层MAP架构的HMIPv6网络中，为即将准备切换的移动节点选择一个最佳服务MAP以优化网络的整体性能是一个非常重要的问题。通常，MAP选择机制可以划分为两类:1)静态MAP选择机制；2)动态MAP选择机制。静态MAP选择机制包括基于距离的选择机制(Distance-based)，如最远MAP(Furthest-based)选择机制。通常来说，更高层的MAP其覆盖范围也更宽广。对于快速移动节点来说，由于其需要频繁地执行越区切换，且HMIPv6对于“宏移动”仍然沿用MIPv6的标准切换过程，具有较大的切换时延和数据丢包率。因此，为有效避免快速移动节点频繁地改变服务MAP以及执行与HA、CN之间的全局绑定更新,Furthest-based比较适用于此类移动节点。但是由于移动节点具有不同的移动特性，如子网停留时间(Dwelling Time)、子网通过率(Cross-over rate)等，Furthest-based并不适用于所有类型的移动节点。如果移动节点在外地网络仅限于在局部区域内移动，由于移动节点与最远MAP之间的跳数最大，则选择最远MAP将增加局部绑定更新信令传输迂回的时延且导致更大的数据转发开销。此夕卜，如果所有的移动节点都选择最远MAP作为它们的服务MAP，那么该MAP必将成为传输性能上的瓶颈，容易引起单点故障和负荷集中问题。动态MAP选择机制是一种MAP选择的替代方案，通常考虑MAP的当前状态以及移动节点的移动特性等因素，为移动节点选择最佳MAP。基于移动速率的MAP选择机制(Velocity-based)主要是以移动节点的移动速率为评判标准选择服务MAP。比如，对于需要频繁切换的快速移动节点则选择高层MAP，目的是减少由于频繁更换服务MAP导致的全局绑定更新的开销；而对于慢速移动节点，由于其并不需要频繁地更换服务MAP，可为之选择低层MAP以减少数据转发的开销。该机制的关键是需要事先定义移动速率的阈值以划分移动节点是快速移动还是慢速移动。但是由于移动速率阈值的设置是固定的，且移动节点并不总是保持一种移动状态，因此，Velocity-based并不能够充分反应移动节点的行为特征，且阈值也较难设定。自适应MAP选择机制是一种典型的动态MAP选择机制。在文章“An adaptivemobility anchor point selection scheme in Hierarchical Mobile IPv6networks”，Elsevier Computer Communications 2005 by Pack S.,Nam M., Kwon T.,et al 中提出了一种基于SMR的MAP选择方案。其通过预测会话到达率和移动节点移动率的比值(SMR, Session-to-Mobility)，并考虑系统开销，包括绑定更新开销和数据转发开销，为移动节点选择服务MAP。Session定义为单位时间内到达的会话(Sessions)的数量！Mobility定义为单位时间内移动节点访问过的子网数量(切换次数XSMR值越小，表示移动节点的移动率相比较会话到达率要高，为了减少频繁更换服务MAP导致的全局绑定更新开销，则应考虑选择高层的MAP;反之，为了保持会话的稳定以及减少数据转发开销，则应考虑选择低层的MAP。MAP间的负载均衡问题也至关重要，因为它直接影响到整个网络的稳定，并可避免一些MAP由于过载而失效以及减少移动节点的新呼叫阻塞率(Call Block Probability)和切换中断率(Handover Dropping Probability)。文章“Selection with Load BalancingMechanism for the Hierarchical Mobile IPv6，，，Tamkang Journal of Science andEngineering 2009 by Wang Y.H.，Hsu C.P.，Kuo C.S..中也利用 SMR 作为移动节点选择最佳MAP的评判标准，并引入了 MAP负载均衡机制。其中，MAP维护一张负载表(MLT，MAPLoading Table)记录邻居MAP的负载信息。如果当前服务MAP出现过载，该MAP将发送MLT给移动节点，供其选择负载最轻的邻居MAP作为候选，但该MAP选择的过程需要移动节点的参与，对于移动节点并不透明。虽然上述现有技术中，考虑了影响服务MAP选择的不同因素，但各方案中采用的技术手段不尽相同，且考虑的性能指标各有侧重；有些方案考虑了 MAP间的负载均衡，但普遍采用的是被动的负载迁移方法；有些方案中的服务MAP选择过程还需要移动节点的参与，给电池供能的移动节点带来了额外的能耗开销。因此，在部署了多层MAP的层次移动IPv6网络中，为即将发生切换的移动节点从多个可用MAP中选择最佳服务MAP的方法依然成为业内科技人员关注和研究的重点课题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对部署了多层MAP的层次移动IPv6网络场景，提供一种为即将准备切换的移动节点从多个可达MAP中选择最佳服务MAP的方法及系统。具体的，本发明提供了一种在部署有多层移动锚点MAP的层次移动IPv6网络内的基于主动过载预防的自适应MAP选择方法，包括步骤:I)各层MAP周期性动态评估自身的负载状况；
2)各层MAP将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR ；3) AR维护一张记录有各上层可达MAP负载状况的信息表；4)当服务的移动节点即将准备切换时，AR主动考虑各可达MAP间的负载均衡，选择负载较轻的MAP作为候选MAP ;然后综合考虑各候选MAP所带来的系统开销及平均切换时延，自适应地选择最佳服务MAP。优选的，其中步骤I)中各层MAP根据以下参数中的一种或多种评估自身的负载状况:MAP的当前队列长度、MAP的会话到达率、MAP当前所服务的移动节点的数量。优选的，其中步骤I)中还采用经验双阈值将负载状态划分为三种类型:过载、正
常、空闲。优选的，其中步骤2)中，各层MAP通过对原始RA报文进行扩展，使其携带MAP的相关负载信息，形成E_RA报文，来将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR。优选的，其中对原始RA报文扩展包括如下字段:区域转交地址RCoA，表示已在MAP处注册的移动节点；最后一次注册更新时间，用于判断所述移动节点的注册信息是否过期；MAP的负载评估值；MAP的负载状态类型。优选的，其特征在于:如果上轮发送E_RA报文后，还没有新一轮的负载评估结果，则此次MAP仅需通告原始RA报文；当新评估的负载状态处于“过载”状态内或者“空闲”状态内变化时，则此次MAP仅需通告原始RA报文。本发明还提供了一种在部署有多层移动锚点MAP的层次移动IPv6网络内的基于主动过载预防的自适应MAP选择系统，包括:多层移动锚点MAP，其中各层MAP周期性动态评估自身的负载状况，并将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR ；接入路由器AR，其维护一张记录有各上层可达MAP负载状况的信息表，并在服务的移动节点即将准备切换时，主动考虑各可达MAP间的负载均衡，选择负载较轻的MAP作为候选MAP ;然后综合考虑各候选MAP所带来的系统开销及平均切换时延，自适应地选择最佳服务MAP ；移动节点，其可根据AR选择的MAP进行MAP切换。优选的，其中各层MAP根据以下参数中的一种或多种评估自身的负载状况:MAP的当前队列长度、MAP的会话到达率、MAP当前所服务的移动节点的数量。优选的，其中MAP还采用经验双阈值将负载状态划分为三种类型:过载、正常、空闲。优选的，其中各层MAP通过对原始RA报文进行扩展，使其携带MAP的相关负载信息，形成E_RA报文，来将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR。优选的，其中对原始RA报文扩展包括如下字段:区域转交地址RCoA，表示已在MAP处注册的移动节点；最后一次注册更新时间，用于判断所述移动节点的注册信息是否过期；MAP的负载评估值；MAP的负载状态类型。
优选的，其特征在于:如果上轮发送E_RA报文后，还没有新一轮的负载评估结果，则此次MAP仅需通告原始RA报文；当新评估的负载状态处于“过载”状态内或者“空闲”状态内变化时，则此次MAP仅需通告原始RA报文。本发明用于解决在具有多层MAP架构的HMIPv6网络中，为即将发生切换的移动节点从多个可达MAP中选择一个最佳服务MAP的问题。所述方法中的操作对移动节点透明，避免了使用电池供能的移动节点的参与所带来额外的能耗开销，非常具有实际意义；并且选择最佳服务MAP时，不需要通过事先定义的相关阈值进行判断，更适用于不同的应用场景。另外，本发明方法是以IETFHMIPv6协议框架为基础，具有良好的协议兼容性。因此，本发明在实际应用场景中具有很好的推广应用前景。
图1是具有多层MAP架构的HMIPv6网络拓扑结构2是扩展RA报文中的字段定义图3是具有选择最佳服务MAP过程的切换操作示意图
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特 征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1是具有多层MAP架构的HMIPv6网络拓扑结构图。如图1所示，以具有3层MAP架构的HMIPv6网络拓扑结构为例。本发明采用动态加权负载评估算法，其特征在于:计算MAP的归一化相对负载值L，反映出各MAP之间的性能差异以及潜在的通信负载强度，计算公式如下:
权利要求
1.一种在部署有多层移动锚点MAP的层次移动IPv6网络内的基于主动过载预防的自适应MAP选择方法，包括步骤: 1)各层MAP周期性动态评估自身的负载状况； 2)各层MAP将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR； 3)AR维护一张记录有各上层可达MAP负载状况的信息表； 4)当服务的移动节点即将准备切换时，AR主动考虑各可达MAP间的负载均衡，选择负载较轻的MAP作为候选MAP ;然后综合考虑各候选MAP所带来的系统开销及平均切换时延，自适应地选择最佳服务MAP。
2.如权利要求 1所述的方法，其中步骤I)中各层MAP根据以下参数中的一种或多种评估自身的负载状况=MAP的当前队列长度、MAP的会话到达率、MAP当前所服务的移动节点的数量。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤I)中还采用经验双阈值将负载状态划分为三种类型:过载、正常、空闲。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤2)中，各层MAP通过对原始RA报文进行扩展，使其携带MAP的相关负载信息，形成E_RA报文，来将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR。
5.如权利要求4所述的方法，其中对原始RA报文扩展包括如下字段: 区域转交地址RCoA，表示已在MAP处注册的移动节点； 最后一次注册更新时间，用于判断所述移动节点的注册信息是否过期； MAP的负载评估值； MAP的负载状态类型。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于:如果上轮发送E_RA报文后，还没有新一轮的负载评估结果，则此次MAP仅需通告原始RA报文；当新评估的负载状态处于“过载”状态内或者“空闲”状态内变化时，则此次MAP仅需通告原始RA报文。
7.一种在部署有多层移动锚点MAP的层次移动IPv6网络内的基于主动过载预防的自适应MAP选择系统，包括: 多层移动锚点MAP，其中各层MAP周期性动态评估自身的负载状况，并将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR ； 接入路由器AR，其维护一张记录有各上层可达MAP负载状况的信息表，并在服务的移动节点即将准备切换时，主动考虑各可达MAP间的负载均衡，选择负载较轻的MAP作为候选MAP ;然后综合考虑各候选MAP所带来的系统开销及平均切换时延，自适应地选择最佳服务MAP ； 移动节点，其可根据AR选择的MAP进行MAP切换。
8.如权利要求7所述的系统，其中各层MAP根据以下参数中的一种或多种评估自身的负载状况=MAP的当前队列长度、MAP的会话到达率、MAP当前所服务的移动节点的数量。
9.如权利要求7所述的系统，其中MAP还采用经验双阈值将负载状态划分为三种类型:过载、正常、空闲。
10.如权利要求7所述的系统，其中各层MAP通过对原始RA报文进行扩展，使其携带MAP的相关负载信息，形成E_RA报文，来将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR。
11.如权利要求10所述的系统，其中对原始RA报文扩展包括如下字段: 区域转交地址RCoA，表示已在MAP处注册的移动节点； 最后一次注册更新时间，用于判断所述移动节点的注册信息是否过期； MAP的负载评估值； MAP的负载状态类型。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于:如果上轮发送E_RA报文后，还没有新一轮的负载评估结果，则此次MAP仅需通告原始RA报文；当新评估的负载状态处于“过载”状态内或者“空闲”状 态内变化时，则此次MAP仅需通告原始RA报文。
全文摘要
本发明公开了一种在部署有多层移动锚点MAP的层次移动IPv6网络内的基于主动过载预防的自适应MAP选择方法及系统，包括步骤1)各层MAP周期性动态评估自身的负载状况；2)各层MAP将所述负载状况通告给其覆盖范围内的接入路由器AR；3)AR维护一张记录有各上层可达MAP负载状况的信息表；4)当服务的移动节点即将准备切换时，AR主动考虑各可达MAP间的负载均衡，选择负载较轻的MAP作为候选MAP；然后综合考虑各候选MAP所带来的系统开销及平均切换时延，自适应地选择最佳服务MAP。本发明中的操作对移动节点透明，适用于不同的应用场景，其优化了系统开销及平均切换时延，更主动地实现了MAP间的负载均衡。
文档编号H04W28/08GK103139875SQ201310047158
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者陶铭 申请人:陶铭, 袁华强, 刘海峰