本发明涉及一种分离映射机制下的移动性管理系统及方法,将基于网络的移动性协议PMIPv6与分离映射机制相结合。在分离映射网络的接入网,方案对PMIPv6协议进行大幅度的改进,设计了接入网关、控制网关和数据网关三大功能实体,从而实现了数据转发与控制信令分离和主机身份与位置分离;通过与分离映射机制相结合,实现了接入网与核心网分离。
1.一种分离映射机制下的移动性管理系统,其特征在于,接入网中包括:至少一个移动节点MN,用于连接接入网关AGW,并注册到控制网关CGW,获得移动性服务;至少一个接入网关AGW,设置于接入网边缘,用于监测移动节点MN的接入与离开,并代替MN与控制网关CGW进行移动信令的交互,同时与数据网关DGW建立隧道,负责MN的数据转发;至少一个控制网关CGW,用于实现本地移动锚点LMA控制平面的功能,与AGW之间进行信令交互,对MN进行移动性管理;至少一个数据网关DGW,一方面DGW用于完成PMIPv6中的LMA的数据转发功能,负责与AGW建立通信隧道,同时DGW完成分离映射网络的接入路由器功能;全局映射服务器GMS,主要完成全局的核心地址与MN的家乡地址之间的映射查询功能。
2.一种分离映射机制下的移动性管理方法,其特征在于:该方法的具体步骤如下:步骤1:MN1连接到接入网的AGW1,AGW1对MN1进行接入检测,并依据MN1的身份描述符对MN1进行认证;步骤2:AGW1向CGW1发送代理绑定更新PBU以注册更新MN1的位置信息,同时为MN1创建绑定更新列表条目BUL;步骤3:CGW1对代理绑定更新消息进行解析处理,CGW1判断注册的MN1是否为首次注册、绑定更新或解注册;如果是首次注册,为MN1建立一个绑定缓存条目BCE以存储MN1的相关信息,同时将PBU消息中的源地址,也即AGW1的地址注册为MN1的接入地址PCoA,然后CGW1为MN1选择一个DGW并发送隧道建立请求消息;步骤4:DGW1判断MN1如果是首次接入,则从本地映射服务器的地址池动态分配一个核心地址用于与MN1的家乡地址HNP进行映射操作,如果家乡地址与核心地址是一对一映射关系,将家乡地址与核心地址的映射关系写入本地映射服务器的缓存中;同时,DGW1把本地映射服务器的缓存中关于MN1的家乡地址与核心地址的映射关系发送给全局映射服务器GMS;步骤5:DGW1建立AGW1到DGW1的隧道的一端,并向CGW1发送隧道确认消息;步骤6:CGW1在确认DGW1端的隧道已经建立完毕后,向AGW1发送代理绑定应答PBA数据包,PBA中还包括了MN1的家乡网络前缀以及一个包含DGW地址的移动选项;步骤7:AGW1在收到代理绑定应答数据包后,获得可用的数据网关DGW1地址,建立与DGW1之间的双向通信隧道;AGW1从PBA消息中获得MN1的家乡网络前缀,并以路由通告RA的单播方式将家乡网络前缀通告给MN1,用于模拟MN1的家乡链路;MN1收到路由通告后将会根据MN1的接口允许情况,使用无状态地址配置方式配置MN1的家乡地址HoA1;步骤8:MN1在获得家乡地址HoA1后,向位于接入网2的MNn发送数据包;这里假定MNn也已完成上述步骤1-7,MNn在接入网2获得的家乡地址为HoAn,数据包首先被送至AGW1;xa0步骤9:AGW1对数据包进行封装,并将数据包通过隧道方式发送至DGW1,其中PCoA1也就是MN1当前接入的AGW1的代理转交地址,DGW1_addr是DGW1在接入网侧的地址,这个封装过程与PMIPv6域内的封装类似,完成了家乡地址HoA与接入地址PCoA之间的映射;步骤10:DGW1接收数据包后,首先对其进行解封装,然后DGW1进行映射关系的查询,此时DGW1上存储的只有MN1的HNP1对应的核心地址,则首先根据数据包的源地址HoA1对本地LML1进行最长前缀匹配查询,得到符合条件的HNP1,获取HNP1与核心地址1之间的映射关系;因为DGW1此时没有与HoAn相关的可路由的核心地址n的信息,DGW1需要与全局映射服务器进行交互,通过查询全局映射列表GML得到HoAn对应的核心地址n;步骤11:DGW1在得到数据包所有HoA对应的核心地址映射信息后,对数据包的源地址、目的地址进行映射替换,并将数据包发送至DGW2,这个地址替换过程完成了分离映射网络中家乡地址与核心地址映射;步骤12:DGW2接收到数据包后,并不知道核心地址1对应的HoA信息,DGW2首先向全局映射服务器查询核心地址1对应的HoA1,然后对数据包的源地址、目的地址进行解映射替换;步骤13:DGW2由于已经建立与AGWn之间的双向通信隧道,此时直接对数据包进行封装,并将数据包经由隧道发送至AGWn,DGW2_addr是DGW2在接入网侧的地址;步骤14:AGWn对数据包进行解封装,并将数据包发送给MNn;步骤15:MN1离开接入网的AGW1,AGW1对MN1进行离开检测;步骤16:AGW1向CGW1发送代理解绑定更新,将MN的生存时间置为0,同时删除MN的绑定更新列表条目;步骤17:CGW1对代理解绑定更新消息进行解析处理,如果是解注册,在绑定缓存条目BCE中删除MN1的相关信息,之后CGW1为MN1发送隧道删除请求消息,消息的内容包括MN1所在AGW1的地址,也就是PCoA1及MN1的家乡地址;步骤18:DGW1删除在隧道缓存列表TCE中关于MN1的相关条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道,同时,DGW1告知LMS1对MN1的核心地址,HNP映射关系进行删除,同时将该映射关系的删除告知给GMS;步骤19:CGW1向AGW1发送代理解绑定应答消息PBA,AGW1删除绑定更新列表BUL中关于MN1的绑定条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道。技术领域
本发明涉及网络的移动性管理问题,特别是涉及一种分离映射机制下的移动性管理系统及方法。
背景技术
在早期互联网中,通信节点往往是一些被固定放置的大型主机,主机无需也不能移动,这也就导致了在设计传统互联网架构时IP地址被赋予双重语义,IP地址既是主机身份的标识符,同时它又是表示主机网络拓扑位置的定位符。移动IPv6(Mobilexa0IPv6,MIPv6)是当前比较普遍,也是被讨论最多的互联网移动性管理解决方案。它的设计初衷是不改变现有网络结构,为主机提供移动支持。这种不改变网络结构的特点使MIPv6需要主机参与移动性管理,MIPv6和它的衍生网络移动性协议,双栈移动性协议,多转交地址移动协议,以及每种协议相应的安全机制给移动节点(Mobilexa0Node,MN)带来了很大的负担,移动性信令占用了有限的无线资源,MIPv6默认的安全和密钥交换(IPxa0Securityxa0andxa0Internetxa0Keyxa0Exchange,IPSec/IKE)方式对MN的功耗和处理能力也是一种考验。基于主机的移动性管理协议在实际应用中存在种种弊端,研究人员迫切地想把移动性管理交给网络侧,2005年8月因特网工程任务组(Internetxa0Engineeringxa0Taskxa0Force,IETF)成立的NETLMM(Network-basedxa0Localizedxa0Mobilityxa0Management)工作组对于基于网络的移动性管理机制进行了全面的讨论,并于2008年8月正式提出了代理移动IPv6(Proxyxa0Mobilexa0IPv6,PMIPv6)。PMIPv6是一种基于网络的移动性协议,不需要MN做任何改变就可以为其提供移动性支持。互联网IP地址的双重语义是不利于移动性管理的,为此相应的一些协议被设计出来以加强网络的移动性管理。主机的身份与位置分离机制是当前互联网领域的研究热点,可以较好的解决互联网的IP地址的双重语义性。2005年互联网络研究任务工作组IRTF(Internetxa0Researchxa0Taskxa0Force)成立了路由研究组RRG(Routingxa0Researchxa0Group)探讨互联网路由和地址问题。国际上一些著名的学校和研究机构在分离机制上进行了大量的研究并相继提出了一些初步方案,比较著名的方案有:加州大学洛杉矶分校提出的eFIT、麻省理工大学提出的LANI、加州大学伯克利分校提出的HLP、爱立信公司提出的HIP、思科公司提出的LISP等。与本发明相关的现有技术一PMIPv6协议的网络模型如图1所示。协议引入了两个新的功能实体:移动接入网关(Mobilexa0Accessxa0Gateway,MAG)和本地移动锚点(Localxa0Mobilityxa0Anchor,LMA)。MAG在接入路由器(Accessxa0Router,AR)上实现,其主要功能是检测MN的接入和离开,当MAG检测到MN的移动时,代替MN来执行移动性管理过程,同MN的LMA进行移动性相关信令的交互,建立或删除MAG与LMA之间的通信隧道。LMA的作用与MIPv6中的家乡代理(Homexa0Agent,HA)相似,其主要功能是维护MN的绑定信息,保证MN的路由可达性。PMIPv6是基于网络的移动性管理协议,不需要MN参与移动性管理,可以将移动终端的复杂度降至最低。PMIPv6允许没有安装移动性协议的MN接入,通过网络中的一个MAG来代替MN完成移动管理的过程。由于MN不需要参与切换和绑定更新过程的信令交互,从而降低了MN协议栈的复杂性,减少了空中接口的信令开销,节省了MN接入网络时宝贵的无线资源。PMIPv6协议本身也体现着身份与位置分离的思想,在整个移动性管理过程中,MN利用MAG单播的家乡网络前缀(Homexa0Networkxa0Prefix,HNP),采用IPv6无状态配置方式生成的IPv6形式的家乡地址,在MN接入的PMIPv6域内,这个家乡地址被用来唯一的标识MN身份。而MN接入的MAG在网络侧的代理转交地址用作MN的接入地址,用于标识MN的当前接入位置。当MN切换到不同MAG时,它的家乡地址不变,但MN的当前接入位置发生了变化,接入地址也随着发生改变,则移动信令和用户数据将通过MN新的接入地址对MN进行寻址。现有技术一的缺点PMIPv6只能在PMIPv6域内实现有限的身份与位置分离,当MN与PMIPv6域外的主机进行通信时,发自MN的数据包在LMA处被解封装发送至核心网,在核心网中数据包其实是用MN的家乡地址进行路由,而不是MN的代理转交地址。这使得网络攻击者很容易利用MN的家乡地址定位出MN的所在位置。同时地,PMIPv6的LMA在移动性管理过程中,既是处理移动控制信令的控制网关,又是转发MN数据的数据网关,这样的设计极其容易导致LMA成为PMIPv6网络结构中的单故障节点,可靠性无法保障。虽然IETF的NETEXT工作组也有一些草案讨论对LMA的保障机制进行了讨论,但这些方案都不能从根本上解决LMA的控制网关与数据网关二重身份特征。与本发明相关的现有技术二为了解决分离机制下的移动性管理问题,国外学者提出了一些相应的理论和具体设计,论文提出了一种PMIPv6与主机标识符协议(HIP)结合的方案来实现分离映射基础上的移动性管理。IETF中也有相关草案讨论PMIPv6与分离映射相结合的方案,个人草案提出了一种PMIPv6和位置与身份分离(LISP)相结合的方法来解决分离机制下的移动性管理问题。现有技术二的缺点虽然这些方案对分离映射网络与PMIPv6结合下的移动性管理问题分别做了研究,但论文和草案都是从扩展PMIPv6的角度,讨论了PMIPv6如何扩展以实现全局移动性的问题。现有方案均未考虑PMIPv6框架中LMA数据转发与控制信令管理功能复用的问题。论文引入HIP结构,HIP协议本身比较复杂,且需要主机安装HIP协议。草案利用LISP为PMIPv6提供全局移动性,但是LISP协议在核心网采用封装方式处理来自用户的数据包,而且也没有考虑数据转发与控制信令管理功能分离机制。
发明内容
为了避免以上现有技术的不足,本发明提出一种分离映射机制下的移动性管理系统及方法。将基于网络的移动性协议PMIPv6与分离映射机制相结合,充分利用分离机制和PMIPv6的优点,重新设计了一种更加适合进行移动性管理的分离映射网络,新的网络同时实现了三种分离机制:即身份与位置分离、数据转发与控制信令分离、接入网与核心网分离。针对以上三种分离机制,本发明引入了接入网关(Accessxa0GateWay,AGW)、控制网关(Controlxa0GateWay,CGW)和数据网关(Dataxa0GateWay,DGW)。身份与位置分离是在接入网内实现标识主机身份的家乡地址与可路由的用于标识MN当前位置的接入地址(等同于PMIPv6中的代理转交地址Proxy-CoA,PCoA)间的映射。数据转发与控制信令分离即通过数据网关和控制网关,分别实现对数据转发和移动控制信令的管理。接入网与核心网分离则借鉴分离映射思想,将接入网内MN的家乡地址通过地址重写机制映射为在核心网全局可路由的核心地址。接入网实现各种类型的终端的接入;核心网则解决位置管理和路由技术。本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种分离映射机制下的移动性管理系统,接入网中包括:至少一个移动节点MN,用于连接接入网关AGW,并注册到控制网关CGW,获得移动性服务;至少一个接入网关AGW,设置于接入网边缘,用于监测移动节点MN的接入与离开,并代替MN与控制网关CGW进行移动信令的交互,同时与数据网关DGW建立隧道,负责MN的数据转发;至少一个控制网关CGW,用于实现本地移动锚点LMA控制平面的功能,与AGW之间进行信令交互,对MN进行移动性管理;至少一个数据网关DGW,一方面DGW用于完成PMIPv6中的LMA的数据转发功能,负责与AGW建立通信隧道,同时DGW完成分离映射网络的接入路由器功能;全局映射服务器GMS,主要完成全局的核心地址与MN的家乡地址之间的映射查询功能。一种分离映射机制下的移动性管理方法,该方法的具体步骤如下:步骤1:MN1连接到接入网的AGW1,AGW1对MN1进行接入检测,并依据MN1的身份描述符对MN1进行认证;步骤2:AGW1向CGW1发送代理绑定更新PBU以注册更新MN1的位置信息,同时为MN1创建绑定更新列表条目BUL;步骤3:CGW1对代理绑定更新消息进行解析处理,CGW1判断注册的MN1是否为首次注册、绑定更新或解注册;如果是首次注册,为MN1建立一个绑定缓存条目BCE以存储MN1的相关信息,同时将PBU消息中的源地址,也即AGW1的地址注册为MN1的接入地址PCoA,然后CGW1为MN1选择一个DGW并发送隧道建立请求消息;步骤4:DGW1判断MN1如果是首次接入,则从本地映射服务器的地址池动态分配一个核心地址用于与MN1的家乡地址HNP进行映射操作,如果家乡地址与核心地址是一对一映射关系,将家乡地址与核心地址的映射关系写入本地映射服务器的缓存中;同时,DGW1把本地映射服务器的缓存中关于MN1的家乡地址与核心地址的映射关系发送给全局映射服务器GMS;步骤5:DGW1建立AGW1到DGW1的隧道的一端,并向CGW1发送隧道确认消息;步骤6:CGW1在确认DGW1端的隧道已经建立完毕后,向AGW1发送代理绑定应答PBA数据包,PBA中还包括了MN1的家乡网络前缀以及一个包含DGW地址的移动选项;步骤7:AGW1在收到代理绑定应答数据包后,获得可用的数据网关DGW1地址,建立与DGW1之间的双向通信隧道;AGW1从PBA消息中获得MN1的家乡网络前缀,并以路由通告RA的单播方式将家乡网络前缀通告给MN1,用于模拟MN1的家乡链路;MN1收到路由通告后将会根据MN1的接口允许情况,使用无状态地址配置方式配置MN1的家乡地址HoA1;步骤8:MN1在获得家乡地址HoA1后,向位于接入网2的MNn发送数据包;这里假定MNn也已完成上述步骤1-7,MNn在接入网2获得的家乡地址为HoAn,数据包首先被送至AGW1;步骤9:AGW1对数据包进行封装,并将数据包通过隧道方式发送至DGW1,其中PCoA1也就是MN1当前接入的AGW1的代理转交地址,DGW1_addr是DGW1在接入网侧的地址,这个封装过程与PMIPv6域内的封装类似,完成了家乡地址HoA与接入地址PCoA之间的映射;步骤10:DGW1接收数据包后,首先对其进行解封装,然后DGW1进行映射关系的查询,此时DGW1上存储的只有MN1的HNP1对应的核心地址,则首先根据数据包的源地址HoA1对本地LML1进行最长前缀匹配查询,得到符合条件的HNP1,获取HNP1与核心地址1之间的映射关系;因为DGW1此时没有与HoAn相关的可路由的核心地址n的信息,DGW1需要与全局映射服务器进行交互,通过查询全局映射列表GML得到HoAn对应的核心地址n;步骤11:DGW1在得到数据包所有HoA对应的核心地址映射信息后,对数据包的源地址、目的地址进行映射替换,并将数据包发送至DGW2,这个地址替换过程完成了分离映射网络中家乡地址与核心地址映射;步骤12:DGW2接收到数据包后,并不知道核心地址1对应的HoA信息,DGW2首先向全局映射服务器查询核心地址1对应的HoA1,然后对数据包的源地址、目的地址进行解映射替换;步骤13:DGW2由于已经建立与AGWn之间的双向通信隧道,此时直接对数据包进行封装,并将数据包经由隧道发送至AGWn,DGW2_addr是DGW2在接入网侧的地址;步骤14:AGWn对数据包进行解封装,并将数据包发送给MNn;步骤15:MN1离开接入网的AGW1,AGW1对MN1进行离开检测;步骤16:AGW1向CGW1发送代理解绑定更新,将MN的生存时间置为0,同时删除MN的绑定更新列表条目;步骤17:CGW1对代理解绑定更新消息进行解析处理,如果是解注册,在绑定缓存条目BCE中删除MN1的相关信息,之后CGW1为MN1发送隧道删除请求消息,消息的内容包括MN1所在AGW1的地址,也就是PCoA1及MN1的家乡地址;步骤18:DGW1删除在隧道缓存列表TCE中关于MN1的相关条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道,同时,DGW1告知LMS1对MN1的核心地址,HNP映射关系进行删除,同时将该映射关系的删除告知给GMS;步骤19:CGW1向AGW1发送代理解绑定应答消息PBA,AGW1删除绑定更新列表BUL中关于MN1的绑定条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道。本发明的优点在于:本发明将分离映射网络与基于网络的移动性协议PMIPv6相结合,实现了三种分离机制:身份与位置分离、数据转发与控制信令分离以及接入网与核心网分离。接入网采用身份与位置分离和基于网络的移动性管理机制,用户主机不参与移动性管理,减轻了主机负担,便于移动性管理方案部署,易于实现多家乡、流移动性等功能。部署数据转发与控制信令分离机制,可以实现接入网可以部署多个数据网关,控制网关根据接入网流量负荷等情况选择不同数据网关,消除数据网关性能瓶颈问题,达到分布式移动管理目的。接入网与核心网的映射机制使用不同地址在接入网和核心网对用户进行路由,实现了接入网与核心网的完全分离,保证了边缘网络的用户行为不影响核心网络,核心网络的伸缩性得到加强。
附图说明
图1:PMIPv6协议原理图;图2:分离机制移动性管理系统结构图;图3:分离映射关系;图4:移动信令交互及数据流程图。
具体实施方式
本发明的分离机制网络分为接入网和核心网,本发明在接入网采用了一种改进的PMIPv6协议,定义了三个新的功能实体:接入网关AGW,控制网关CGW和数据网关DGW。每个接入网就是一个PMIPv6域。原有PMIPv6中的LMA在功能上被分解成两部分:CGW负责处理控制信令,DGW负责转发用户数据。原有PMIPv6中的MAG功能则改由AGW实现。本发明在接入网与核心网之间采用分离映射机制,DGW实现接入网与核心网间的分离映射功能。下面将从分离映射关系、功能实体以及新定义的移动消息格式三个方面重点介绍本发明的技术细节。1、分离映射关系本发明为了实现分离机制下的移动性管理,并在接入网和核心网对数据包进行分离映射并实现路由,需用到三类地址:用于唯一标识MN身份的家乡地址、用于标识MN的当前接入位置的接入地址,及用于在核心网路由的核心地址。三类地址在逻辑上的映射关系如图3所示。家乡地址用来在全网内唯一标识MN的身份。接入地址用于标识MN的当前接入位置,在接入网内发往MN的数据将通过接入地址路由到MN所在的位置。核心地址只出现在核心网,用来对MN的数据实现核心网范围内的路由。从图3中可以看出,本发明主要采用了两次映射,分别是接入地址到家乡地址的映射(见下述步骤9),以及家乡地址到核心地址的映射(见下述步骤11)。其中RFC5213中明确规定了PMIPv6中每个MN对应了一个唯一的家乡网络前缀HNP;MN根据对应的HNP,结合无状态配置方式,配置一个MN的家乡地址(Homexa0Address,HoA);即HNP在PMIPv6中作用等同于HoA,都能代表MN的唯一性,所以本专利中使用MN的HNP来进行家乡地址与核心地址之间的映射关系的添加、查询、删除等操作。两次映射的结果是,来自用户主机的数据包分别可以在接入网和核心网进行路由寻址。2、功能实体划分接入网关(Accessxa0Gateway,AGW)AGW位于接入网边缘,功能上相当于PMIPv6的MAG,检测MN的接入与离开,不同的是AGW只与CGW进行移动性信令的交互,信令的具体格式参考PMIPv6。AGW同时需要与DGW建立隧道,负责MN的数据转发。与PMIPv6的MAG类似,AGW需要维护一个绑定更新列表(Bindingxa0Updatexa0List,BUL),具体的数据结构如表1AGW的绑定更新列表所示,其中PCoA1为MN1的接入地址,表示接入的是AGW1;PCoA2为MN2的接入地址,表示接入的是AGW2;HNP1为MN1的家乡前缀,HNP2为MN2的家乡前缀;DGW1为CGW为MN1、MN2分配的数据网关地址。表1 xa0xa0接入地址
xa0xa0家乡地址
xa0xa0数据网关地址
xa0xa0PCoA1
xa0xa0HNP1
xa0xa0DGW1
xa0xa0PCoA2
xa0xa0HNP2
xa0xa0DGW1
控制网关(Controlxa0Gateway,CGW)CGW在功能上主要完成PMIPv6中LMA的控制信令管理功能,负责与AGW之间的信令交互,辅助完成MN的移动性管理,同时管理AGW与DGW之间的双向隧道的建立、更新或删除等操作。CGW需要维护一张MN的绑定缓存条目(Bindingxa0CacheEntrieCE),具体的数据结构如表2CGW的绑定缓存条目所示,其中MN身份描述符为AGW根据MN的48比特媒体存取控制地址(Medixa0axa0Accessxa0Control,MAC)转换成的长度可达576比特的可变长字符串,如“mn1example”和“mn2example”,MN身份描述符的格式符合标准网络接入标识符(Networkxa0Accessxa0Identifier,NAI)的格式。表2 xa0xa0MN身份描述符
xa0xa0接入地址
xa0xa0家乡地址
xa0xa0数据网关地址
xa0xa0mn1example
xa0xa0PCoA1
xa0xa0HNP1
xa0xa0DGW1
xa0xa0mn2example
xa0xa0PCoA2
xa0xa0HNP2
xa0xa0DGW1
数据网关(Dataxa0Gateway,DGW)DGW在功能上可分为两部分:一方面,DGW完成PMIPv6中的LMA的数据转发功能,负责与AGW建立通信隧道,MN产生的数据流最终都被发往DGW。DGW因此需要维护一张隧道缓存条目列表(Tunnelxa0Cachexa0Entries,TCE),具体的数据结构如表3DGW的隧道缓存条目所示:表3 xa0xa0MN身份描述符
xa0xa0接入地址
xa0xa0家乡地址
xa0xa0数据网关地址
xa0xa0mn1example
xa0xa0PCoA1
xa0xa0HNP1
xa0xa0DGW1
xa0xa0mn2example
xa0xa0PCoA2
xa0xa0HNP2
xa0xa0DGW1
另一方面,DGW同时完成分离映射网络的接入路由器功能,相当于本地映射服务器(Localxa0Mappingxa0Server,LMS),记录本地所有MN的家乡地址、核心地址之间的映射关系,来自MN的数据包在接入网经由DGW发往核心网时,都要查询LMS上的本地映射列表(Localxa0Mappingxa0List,LML),将家乡地址替换成相应的核心地址,本地映射列表的具体数据结构如表4DGW的本地映射列表所示,其中核心地址1为LMS1为MN1分配的在核心网可路由的核心地址;核心地址2为LMS1为MN2分配的在核心网可路由的核心地址。表4 xa0xa0核心地址
xa0xa0家乡地址
xa0xa0核心地址1
xa0xa0HNP1
xa0xa0核心地址2
xa0xa0HNP2
全局映射服务器(Globalxa0Mappingxa0Server,GMS)分离映射网络的全局映射服务器(Globalxa0Mappingxa0Server,GMS)部署在核心网络,主要完成全局的核心地址与MN的家乡地址之间的映射查询功能,数据包经由DGW发往核心网时,数据包需要查询一次GMS,GMS需要维护一张包含全局所有家乡地址与核心地址之间映射关系的全局映射列表(Globalxa0Mappingxa0List,GML),具体数据结构如表5GMS的全局映射列表所示,其中核心地址n是MNn所在接入网LMS为MNn分配的在核心网可路由的核心地址;HNPn为MNn的家乡地址。表5 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="524"/> 3、移动消息格式定义本发明的移动性管理流程需要定义新的移动消息格式,具体定义如下。移动性管理中CGW向AGW发送的代理绑定应答需要携带DGW地址,DGW的地址包含在一个新定义的移动选项中,格式如表6DGW地址移动选项所示,其中的类型号为8比特无符号整数,需要IANA分配。保留字段为24比特无符号整数,该字段由发送者初始化为0,接收者必须忽略该域。128比特的DGW地址字段用于存储由CGW分配给MN的用于数据转发的DGW地址。表6 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> CGW与DGW之间交互的AGW与DGW的隧道建立、更新及删除等操作需要定义新的移动消息子类型,本专利参照PMIPv6中对代理绑定更新格式的描述,定义了新的隧道请求消息格式如表7隧道请求消息格式所示,该移动消息的类型号需要IANA分配。该消息中的隧道信令子类型字段为8比特无符号整数。本专利对隧道信令子类型分配了如下几个值:0代表隧道建立请求;1代表隧道更新请求;2代表隧道删除请求。保留字段为8比特无符号整数,该字段由发送者初始化为0,接收者必须忽略该域。标识字段为16比特无符号整数,用于标识该隧道请求信令的发送者身份。表7 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 与移动IPv6中的移动选项类似,本专利定义了隧道请求消息中的隧道请求移动选项格式,如表8隧道请求移动选项格式所示。序列号字段为16比特无符号整数,用来判断包含的是否是最新的隧道请求信令。生存时间字段为16比特无符号整数,表示该隧道请求信令的生存时间。MN的家乡网络前缀长度为8比特无符号整数,表示MN的家乡网络的前缀长度。保留字段为8比特无符号整数。MN的身份描述符字段为576比特,是MN在该PMIPv6域的唯一标识。MN的家乡网络前缀字段为128比特,具体为携带CGW为MN分配的IPv6家乡网络前缀。MN的代理转交地址字段为128比特。该字段携带MN代理注册的AGW代理COA接口索引对应的IPv6地址,以告知数据网关应该与哪个AGW之间进行隧道的相关操作。表8 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 本发明定义了新的隧道确认消息格式如表9隧道确认消息格式所示,该移动消息的子类型号同样需要IANA分配。状态字段为8比特无符号整数,具体可以有以下的值:0代表请求成功,如果该值>=128,则表示出现了未知原因的错误。隧道确认子类型字段为8比特无符号整数,具体可以有以下的值:0代表对隧道建立请求消息的确认,1代表对隧道更新请求消息的确认,2代表对隧道删除请求消息的确认。序列号字段为16比特无符号整数,用来判断包含的是否是最新的隧道确认信令。生存时间字段为16比特无符号整数,表示该隧道确认信令的生存时间。MN身份标识字段为576比特,是MN的唯一标识。表9 ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/> 结合分离映射机制下的移动性管理系统图2,以位于接入网1的MN1向位于接入网2的MNn发送数据包为例,从MN进入接入网1开始,到离开接入网1,本发明所描述的移动信令交互及数据平面的基本流程如图4所示。移动节点的家乡地址是不作为全局路由地址在核心网中使用的,只能使用接入地址PCoA在其所属的接入网内进行路由。当接入网1中的移动节点MN1使用HoA1向接入网2中的移动节点MNn发起通信时,信令交互过程及数据传输过程如图4所示,详细步骤如下:步骤1:MN1连接到接入网的AGW1,AGW1对MN1进行接入检测,并依据MN1的身份描述符对MN1进行认证;步骤2:AGW1向CGW1发送代理绑定更新(Proxyxa0Bindingxa0Update,PBU)以注册更新MN1的位置信息,同时为MN1创建绑定更新列表条目BUL,如表1所示;步骤3:CGW1对代理绑定更新消息进行解析处理,CGW1判断注册的MN1是首次注册、绑定更新或解注册。如果是首次注册,为MN1建立一个绑定缓存条目BCE以存储MN1的相关信息,同时将PBU消息中的源地址(即AGW1的地址)注册为MN的接入地址PCoA。之后CGW1为MN1选择一个DGW,这里以DGW1为例,并发送隧道建立请求消息,具体格式见前述的移动消息格式定义;步骤4:DGW1判断MN1如果是第一次接入,则从本地映射服务器的地址池动态分配一个核心地址用于与MN1的家乡地址HNP进行映射操作,本发明假设家乡地址与核心地址是一对一映射关系,并将家乡地址与核心地址的映射关系写入本地映射服务器的缓存中。同时,DGW1把本地映射服务器的缓存中关于MN1的家乡地址与核心地址的映射关系发送给全局映射服务器GMS;步骤5:DGW1建立AGW1到DGW1的隧道的一端,并向CGW1发送隧道确认消息;步骤6:CGW1在确认DGW1端的隧道已经建立完毕后,向AGW1发送代理绑定应答(Proxyxa0Bindingxa0Acknowledgement,PBA)数据包,PBA中还包括了MN1的家乡网络前缀以及一个包含DGW地址的移动选项,具体格式见前述的移动消息格式定义;步骤7:AGW1在收到代理绑定应答数据包后,获得可用的数据网关DGW地址,建立与DGW1之间的双向通信隧道。AGW1从PBA消息中获得MN1的家乡网络前缀,并以路由通告(Routexa0Advertisement,RA)的单播方式将家乡网络前缀通告给MN1,用于模拟MN1的家乡链路。MN1收到路由通告后将会根据MN1的接口允许情况,使用无状态地址配置方式配置MN1的家乡地址HoA1;步骤8:MN1在获得家乡地址HoA1后,可以向位于接入网2的MNn发送数据包。这里假定MNn也已完成步骤1-7,MNn在接入网2获得的家乡地址为HoAn。数据包首先被送至AGW1,数据包格式如表10MN1至AGW1数据包格式所示;表10 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤9:AGW1对数据包进行封装如表11AGW1至DGW1数据包格式所示,并将数据包通过隧道方式发送至DGW1,其中PCoA1也就是MN1当前接入的AGW1的代理转交地址,DGW1_addr是DGW1在接入网侧的地址,这个封装过程与PMIPv6域内的封装类似,完成了家乡地址HoA与接入地址PCoA之间的映射;表11 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0DGW1_addr
xa0xa0PCoA1
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤10:DGW1接收数据包后,首先对其进行解封装如表12DGW1解封装后的包格式所示。然后DGW1进行映射关系的查询,此时DGW1上存储的只有MN1的HNP1对应的核心地址,则首先对数据包的源地址HoA1对本地LML1进行最长前缀匹配查询,获取符合条件的HNP1,获取HNP1与核心地址1之间的映射关系;因为DGW1此时没有与HoAn相关的可路由的核心地址n的信息,DGW1需要与全局映射服务器进行交互,通过查询全局映射列表GML得到HoAn对应的核心地址n;表12 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤11:DGW1在得到数据包所有HoA对应的核心地址映射信息后,对数据包的源地址、目的地址进行映射替换如表13DGW1映射后的数据包格式所示,并将数据包发送至DGW2,这个地址替换过程完成了分离映射网络中家乡地址与核心地址映射;表13 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0核心地址n
xa0xa0核心地址1
xa0xa0数据
步骤12:DGW2接收到数据包后,并不知道核心地址1对应的HoA信息,DGW2首先向全局映射服务器查询核心地址1对应的HoA1,然后对数据包的源地址、目的地址进行解映射替换如表14DGW2解映射后的数据包格式所示;表14 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤13:DGW2由于已经建立与AGWn之间的双向通信隧道,此时直接对数据包进行封装如表15DGW2至AGWn的数据包格式所示,并将数据包经由隧道发送至AGWn,DGW2_addr是DGW2在接入网侧的地址;表15 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0PCoAn
xa0xa0DGW2_addr
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤14:AGWn对数据包进行解封装如表16AGWn至MNn的数据包格式所示,并将数据包发送给MNn;表16 xa0xa0目的地址
xa0xa0源地址
xa0xa0内容
xa0xa0HoAn
xa0xa0HoA1
xa0xa0数据
步骤15:MN1离开接入网的AGW1,AGW1对MN1进行离开检测;步骤16:AGW1向CGW1发送代理解绑定更新,将MN的生存时间置为0,同时删除MN的绑定更新列表条目;步骤17:CGW1对代理解绑定更新消息进行解析处理。如果是解注册,在绑定缓存条目BCE中删除MN1的相关信息,之后CGW1为MN1发送隧道删除请求消息,具体格式见前述的移动消息格式定义,消息的内容包括MN1所在AGW1的地址(也就是PCoA1)及MN1的家乡地址;步骤18:DGW1删除在隧道缓存列表TCE中关于MN1的相关条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道,同时,DGW1告知LMS1对MN1的<核心地址,HNP>映射关系进行删除,同时将该映射关系的删除告知给GMS;步骤19:CGW1向AGW1发送代理解绑定应答消息PBA,AGW1删除绑定更新列表BUL中关于MN1的绑定条目,并删除AGW1与DGW1之间的双向通信隧道,除非有其他MN还在使用该隧道。本文所述的分离机制移动性支持系统,以AGW、CGW、DGW为主要功能实体,通过它们之间的一系列消息交互,来完成对移动节点位置的有效管理,保证通信连接的正确建立。