本发明涉及一种移动自组织网络接入一体化网络的系统及方法,是一种将移动自组织网络接入一体化化网络的网络体系结构,以及移动自组织网络与一体化网络之间的路由建立和数据分发的方法,本发明移动节点MN、接入交换路由器ASR、映射服务器IMS、认证中心AC,运行步骤是发现及建立路由,接入交换路由器的发现以及移动自组织网络内部路由的建立过程;移动节点的注册过程。由于本发明使用统一的接入标识-交换路由标识不但实现了移动自组织网络能够快速、有效的接入一体化网络,还能够有效支持移动节点在移动自组织网络内部的移动。克服了MIPv4/MIPv6移动速率不够和NAT机制的可扩展性问题。
1.一种移动自组织网络接入一体化网络的系统,其特征在于,包括至少两个具有至少一个无线接口的使用接入标识来建立和维护路由信息的移动节点MN,所述MN与至少一个作为移动自组织网络访问一体化网络核心网的接入点并负责为移动自组织网络内部节点分配和维护接入-交换路由标识映射关系、并为移动自组织网络内部节点提供移动性支持的接入交换路由器ASR连接,所述ASR与至少一个用于维护移动节点的接入-交换路由标识的映射信息并负责移动节点的宏移动管理和位置管理的映射服务器IMS连接,所述的IMS与至少一个维护所有节点的认证信息负责对节点进行身份认证和授权的认证中心AC连接;除上述连接之外,所述的MN、ASR、IMS、AC之间以有线或无线的方式相互电连接组成系统。
2.一种移动自组织网络接入一体化网络的方法,其特征在于包括步骤:发现及建立路由的步骤A,其包括:子步骤A1:移动节点在自己的路由表中查找到达通信对端的路由,如果找到则向通信对端发送数据,否则转子步骤A2;子步骤A2:移动节点广播路由请求消息,请求能够到达通信对端的路由;子步骤A3:移动自组织网络内部的中间节点收到移动节点发送的路由请求消息后,在其路由表中查询,若没有找到通信对端的路由则继续广播路由请求消息,并转子步骤A4;否则,中间节点向移动节点发送路由响应消息,将‘I’标志位填充0,并转子步骤A8;子步骤A4:接入交换路由器收到路由请求消息后,首先在其本地用户映射表中查找通信对端的接入-交换路由标识映射关系,若找到,则丢弃该路由请求消息,不做任何处理,若没有找到,则在其通信对端映射表中查找通信对端的接入-交换路由标识映射关系,如果找到则转子步骤A6,否则,转子步骤A5;子步骤A5:接入交换路由器向其所在域的映射服务器查询通信对端的接入-交换路由标识映射关系,如果查到,则将该映射关系存储到其通信对端映射表,并转子步骤A6;否则,丢弃该路由请求消息,不再做任何处理;子步骤A6:接入交换路由器向移动节点发送路由响应消息,如果移动节点已经在接入交换路由器上注册,则将‘I’标志位填充1,否则将‘I’标志位填充0;子步骤A7:中间节点收到接入交换路由器发送的路由响应消息后,在路由表中添加到通信对端的路由,将接入交换路由器加入其可选接入交换路由器列表,向移动节点转发路由响应消息;子步骤A8:移动节点收到路由响应消息后,在路由表中添加到通信对端的路由,如果‘I’标志位为1,将接入交换路由器加入其接入交换路由器列表,如果‘I’标志位为0,将接入交换路由器加入其可选接入交换路由器列表;移动自组织网络内部的节点发现接入交换路由器以及移动自组织网络内部路由的建立;注册的步骤B,其包括:子步骤B1:移动节点收到‘I’标志位为0的路由响应消息后,直接向接入交换路由器发送认证请求消息,该认证请求消息中携带自己的接入标识;子步骤B2:接入交换路由器收到移动节点发送的认证请求消息后,向认证中心发送认证查询消息;子步骤B3:当接入交换路由器收到认证中心返回的认证响应消息后,如果认证失败,则不再做任何处理,如果认证通过,则为移动节点分配交换路由标识,将接入-交换路由标识映射关系存储到本地用户映射表,并将该映射关系汇报给映射服务器;子步骤B4:接入交换路由器向发送移动节点发送认证通过消息;子步骤B5:移动节点收到认证通过消息后,将接入交换路由器加入其接入交换路由器列表,注册过程完成,可以和通信对端进行通信。
3.根据权利要求2所述的一种移动自组织网络接入一体化网络方法,其特征在于所述的子步骤B1采用以下分步骤替代:分步骤B1-1:移动节点收到‘I’标志位为0的路由响应消息后,直接向通信对端发送用户数据;分步骤B1-2:接入交换路由器收到移动节点发送的用户数据后,检测到移动节点尚未在接入交换路由器上进行注册,接入交换路由器向移动节点发送接入标识未认证的通告消息;分步骤B1-3:移动节点收到接入标识未认证的通告消息后,向接入交换路由器发送认证请求消息,该认证请求消息中携带自己的接入标识。技术领域
本发明涉及一种移动自组织网络接入一体化网络的系统及方法,是一种通过网络,以协议为特征的电数字处理通讯方法,是一种将移动自组织网络接入一体化化网络的网络体系结构,以及移动自组织网络与一体化网络之间的路由建立和数据分发的方法。
背景技术
移动自组织网络(MANET,Mobilexa0ad-hocxa0networks)是一种动态的、拓扑结构不断变化的网络。移动自组织网络中没有固定的路由器或交换机节点,完全依靠移动节点进行路由维护和数据转发。移动节点之间自发的形成一种具有临时性质的网络,网络中的移动节点为其他有通信需求但是不相邻的节点转发数据。随着笔记本电脑和手机等移动终端的不断广泛应用,越来越多的移动网络开始不断的涌现,进而促进了移动自组织网络技术的快速发展。移动自组织网络能够取得成功的一个必要前提是其能够提供各种固定网络的接入能力,并允许用户随时随地的访问各种固定网络提供的服务。要使移动自组织网络接入到固定网络,有多种技术难题需要解决,例如位置管理、切换和路由等。移动自组织网络内部的节点可以通过特定的路由协议,如AODV(Adxa0Hocxa0Onxa0Demandxa0Distancexa0Vector)、OLSR(Optimizedxa0linkxa0StateRoutingxa0Protocol)和DSR(Dynamicxa0Sourcexa0Routingxa0Protocol)等,建立和维护网络路由信息。当移动节点访问固定网络节点时,它必须找到一个能够为MANET提供固定网络接入的网关,而移动自组织网络路由协议并不能提供这样的功能。目前为MANET提供固定网络接入的方案有两类,一类基于移动IPv4/移动IPv6(MIPv4/MIPv6,Mobilexa0IPv4/Mobilexa0IPv6)来实现,另一类基于网络地址转换技术(NAT,Networkxa0Addressxa0Translation)实现。MIPv4/MIPv6虽然提供了一种在互联网中支持移动的方法,但是从本质上来说,它并不适合于为MANET提供互联网的接入功能。首先,当一个移动节点从一个互联网接入点移动到另外一个互联网接入点的时候,该移动节点必须获取一个新的转交地址(CoA,Care-ofxa0Address),并且将该CoA在它的家乡代理(HA,Homexa0Agent)进行注册。相对于链路切换时延来说,注册机制所耗费时间非常长,尤其是当移动节点距离其家乡代理很远的时候这个问题更加严重。其次,MIPv4/IPv6在设计之初假定外地代理(或接入路由器)与移动节点在物理链路上是相邻的,对于多跳的MANET来说,这一假设不再成立,移动节点将不能够通过链路层机制来得知自己的外地代理(或接入交换路由器)发生了变化。再次,MIPv4/MIPv6在配置CoA时所采用的重复地址检测机制(DAD,Duplicatexa0Addressxa0Detection)同样不适合多跳的MANET,而且DAD所消耗的时间是秒级的,对于快速移动来说是不可忍受的。基于NAT机制的MANET接入互联网方案存在着严重的可扩展性问题。在这种方案中,其他节点不能够主动访问位于NAT网络之内的节点,互联网所推崇的端到端通信无法得到保证。并且,在基于NAT的方案中,属于一个通信连接的数据包必须从相同的互联网接入点传输,一旦节点移动到其他的接入点,该通信连接就会中断,必须重新建立连接。
发明内容
为克服现有技术的问题,本发明提出一种移动自组织网络接入一体化网络的系统及方法,以解决现在移动自组织网络接入互联网所具有的路由方式复杂、移动切换时延大等缺陷。本发明在一体化网络体系结构和移动自组织网络理论的基础上,将移动自组织网络作为接入网接入到一体化网络核心网络,并利用一体化网络中终端的接入标识不随位置移动而改变的特点,提供了终端在移动过程中的快速切换性能。本发明的目的是这样实现的:一种移动自组织网络接入一体化网络的系统,包括至少两个具有至少一个无线接口的使用接入标识来建立和维护路由信息的移动节点MN,所述MN与至少一个作为移动自组织网络访问一体化网络核心网的接入点并负责为移动自组织网络内部节点分配和维护接入-交换路由标识映射关系、并为移动自组织网络内部节点提供移动性支持的接入交换路由器ASR连接,所述ASR与至少一个用于维护移动节点的接入-交换路由标识的映射信息并负责移动节点的宏移动管理和位置管理的映射服务器IMS,所述的IMS与至少一个维护所有节点的认证信息负责对节点进行身份认证和授权的认证中心AC连接;除上述连接之外,所述的MN、ASR、IMS、AC之间以有线或无线的方式相互电连接组成系统。一种移动自组织网络接入一体化网络的方法包括:移动节点MN、接入交换路由器ASR、映射服务器IMS、认证中心AC,其运行步骤是:发现及建立路由的步骤A:接入交换路由器的发现以及移动自组织网络内部路由的建立;注册的步骤B:移动节点的注册过程。本发明产生的有益效果是:由于本发明使用接入标识-交换路由标识分离映射机制,不但实现了移动自组织网络能够快速、有效的接入一体化网络,还能够有效支持移动节点在移动自组织网络内部的移动。克服了MIPv4/MIPv6移动速率不够和NAT机制的可扩展性问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1为一体化网络的体系结构模型;图2为实施例一移动自组织网络接入一体化网络的系统示意图;图3为实施例一中扩展后的AODVxa0RREP消息格式示意图;图4为实施例四中固定节点发起通讯的网络拓扑图;图5为实施例四中移动节点重新建立连接的网络拓扑图。
具体实施方式
实施例一:本实施例是一种移动自组织网络接入一体化网络的系统的具体实施例,是一种建立在一体化网络系统基础上的移动自组网络系统。所述的一体化网络系统是一种下一代互联网体系结构的解决方案,其所支持的接入标识与交换路由标识分离映射机制能够较好的解决移动自组网MANET的互联网接入问题。一体化网络是一种支持多元化的网络和终端接入,保证信息交互的安全性和移动性,并有提供普适服务能力的网络体系结构。如图1所示,在一体化网络模型中采用了接入标识与交换路由标识分离聚合映射理论(简称接入标识解析映射理论),创建并引入了两个虚拟模块:虚拟接入模块和虚拟骨干模块;一个解析映射:接入标识解析映射。虚拟接入模块:该模块引入了接入标识作为终端接入的身份标识,每个终端都具有一个或多个全球唯一的接入标识。各种接入网络或终端(如互联网中的固定网络、移动网络和传感网络,电信网中的各种接入网络和终端等)以一种统一的方式接入,克服了传统信息网络中接入网络和接入终端单一的问题,拓展了网络服务的范围。另外,当各种接入网络或终端移动到其它位置时,终端的接入标识不需要改变,使得用户的连接不需要中断。虚拟骨干模块:该模块引入了交换路由标识,用于虚拟骨干模块的广义交换路由和寻路。当数据包进入虚拟骨干模块传输时,源端接入交换路由器采用内部的交换路由标识替代接入标识进行转发,到达通信对端的接入交换路由器后,数据包的交换路由标识被置换为原来的接入标识。这样,当数据包在虚拟骨干模块上传输时,其他用户不可能通过截获虚拟骨干模块的信息分析用户的身份,保证了用户的隐私性;也不可能通过用户身份来截获他们的信息,保证了用户信息的安全性。接入标识解析映射:接入标识解析映射将多个交换路由标识映射到多个接入标识或者将多个接入标识映射到多个交换路由标识。图2所示为本实施例的系统结构示意图。在本实施例中MANET通过一个或多个无线网关AP及接入交换路由器接入到一体化网络。MANET内部节点通过AODV协议维护路由信息。当节点在不同的MANET或固定子网之间移动时,由一体化网络对其进行移动性管理。图2所示的系统包含以下主要功能实体:·接入交换路由器(ASR,Accessxa0Switchxa0Router):ASR是MANET内部节点访问一体化网络核心网时的接入点(也可称为网关)。ASR为MANET节点分配和维护接入-交换路由标识映射关系,并负责将数据包的源和目的由接入标识替换为交换路由标识(或由交换路由标识替换为接入标识)。ASR同时执行AODV协议,为MANET内部节点提供移动性支持。·移动节点(MN,Mobilexa0Node):MANET内的移动节点拥有一个或多个无线接口,它使用接入标识来建立和维护路由信息。MN通过路由响应(RREP,Routexa0Reply)消息发现ASR。MN在ASR列表中记录所有已经在其上完成注册的ASR。移动节点可以是手机或电脑或其他可以进行数字通讯的电子系统。·映射服务器(IMS,Identifiersxa0Mappingxa0Server):在整个一体化网络中存在多个映射服务器。一个映射服务器维护一定地理范围之内的所有接入-交换路由标识映射信息。映射服务器负责移动节点的宏移动管理和位置管理。·认证中心(AC,Authenticationxa0Center):在整个一体化网络中存在多个认证中心。每个认证中心维护一定地理范围之内的所有固定和移动终端的认证信息,负责对所有接入一体化网络的节点进行身份认证和授权。本实施例所述的系统,包括至少两个具有至少一个无线接口的使用接入标识来建立和维护路由信息的移动节点MN,所述MN与至少一个作为移动自组织网络访问一体化网络核心网的接入点并负责为移动自组织网络内部节点分配和维护接入-交换路由标识映射关系、并为移动自组织网络内部节点提供移动性支持的接入交换路由器ASR连接,所述ASR与至少一个用于维护移动节点的接入-交换路由标识的映射信息并负责移动节点的宏移动管理和位置管理的映射服务器IMS,所述的IMS与至少一个维护所有节点的认证信息负责对节点进行身份认证和授权的认证中心AC连接;除上述连接之外,所述的MN、ASR、IMS、AC之间以有线或无线的方式相互电连接组成系统。实施例二:本实施例是一种移动自组织网络接入一体化网络的方法实施例,所述方法运行包括以下步骤:发现及建立路由的步骤A:接入交换路由器的发现以及MANET内部路由建立;MANET内部节点要与外部节点进行通信,首先必须发现接入交换路由器,并以接入交换路由器作为一体化网络的接入点。接入交换路由器的发现过程与到达通信对端的MANET内部路由建立过程同时进行。MANET内部节点与所有通信对端的通信连接均使用接入标识来建立。当一个移动节点移动时,它的接入标识始终保持不变。注册的步骤B:移动节点的注册过程;在与外部节点建立通信之前,MANET内部节点必须首先在接入交换路由器进行注册,以便网络对其进行认证并分配接入-交换路由标识映射关系。实施例三:本实施例为实施二的细化,是发现及建立路由的过程的细化。其过程如下:A1:移动节点在自己的路由表中查找到达通信对端的路由,如果找到则向通信对端发生数据,否则转A2。A2:移动节点广播路由请求消息,请求能够到达通信对端的路由。A3:移动自组织网络内部的中间节点收到移动节点发送的路由请求消息后,在其路由表中查询,若没有找到通信对端的路由则继续广播路由请求消息,并转A4;否则,中间节点向移动节点发送路由响应消息,将‘I’标志位填充0,并转A8。A4:接入交换路由器收到路由请求消息后,首先在其本地用户映射表中查找通信对端的接入-交换路由标识映射关系,若找到,则丢弃该路由请求消息,不做任何处理,若没有找到,则在其通信对端映射表中查找通信对端的接入-交换路由标识映射关系,如果找到则转A6,否则,转A5。A5:接入交换路由器向其所在域的映射服务器查询通信对端的接入-交换路由标识映射关系,如果查到,则将该映射关系存储到其通信对端映射表,并转A6。否则,丢弃该路由请求消息,不再做任何处理。A6:接入交换路由器向移动节点发送路由响应消息,如果移动节点已经在接入交换路由器上注册,则将‘I’标志位填充1,否则将‘I’标志位填充0。A7:中间节点收到接入交换路由器发送的路由响应消息后,在路由表中添加到通信对端的路由,将接入交换路由器加入其可选接入交换路由器列表,向移动节点转发路由响应消息。A8:移动节点收到路由响应消息后,在路由表中添加到通信对端的路由,如果‘I’标志位为1,将接入交换路由器加入其接入交换路由器列表,如果‘I’标志位为0,将接入交换路由器加入其可选接入交换路由器列表。本实施例对ADOV协议RREP消息进行了扩展,使用了一个新的标志位(‘I’标志位)来触发MANET内部节点开始认证。当MANET内部的通信发起方收到‘I’标志位是0的RREP消息后,则需要向RREP消息的发送者(即ASR)发送认证请求消息。当注册过程结束后,源节点可以和MANET外部节点进行通信。图3为扩展后的AODVxa0RREP消息的示意图。实施例四:本实施例为实施例二或三的细化,是注册过程的细化。其过程如下:B1:移动节点收到‘I’标志位为0的路由响应消息后,直接向接入交换路由器发送认证请求消息,消息中携带自己的接入标识。B2:接入交换路由器收到移动节点发送的认证请求消息后,向认证中心发送认证查询消息。B3:当接入交换路由器收到认证返回的认证响应消息后,如果认证失败,则不再做任何处理,如果认证通过,则为移动节点分配交换路由标识,将接入-交换路由标识映射关系存储到本地用户映射表,并将该映射关系汇报给映射服务器。B4:接入交换路由器向发送移动节点发送认证通过消息。B5:移动节点收到认证通过消息后,将接入交换路由器加入其接入交换路由器列表,注册过程完成,可以和通信对端进行通信。建立连接通常有两种情况,一种是在节点固定情况下并保持这种固定状态,另一种情况是节点在通讯过程中移动要重新建立连接的情况。下面举例说明这两种情况。其网络拓扑图如图4、5所示,首先设主动发起通讯的节点为MN_A,MN_A希望最终接通的节点为MN_B,MN_A在寻找MN_B的过程中通过的中间节点为MN_C,MN_A发起通讯是首先找到的路由器为AR_A,与MN_B、MN_C连接的路由器分别是AR_B、AR_C。图4为固定节点发起通讯的网络拓扑图。位于MANET内的MN_A主动发起通信,在经过路由请求、注册等过程后,最终与MN_B成功建立通信连接。步骤一ASR发现及MANET内的路由建立过程:步骤1、MN_A准备访问MN_B,其首先在自己维护的路由表中查找到MN_B的路由,但是没有找到。步骤2、MN_A广播路由请求RREQ消息,请求能够到达MN_B的路由。步骤3、MN_C收到MN_A发送的RREQ消息后,在其路由表中查询,没有找到MN_B的路由。MN_C继续广播RREQ消息。步骤4、AR_A收到RREQ消息后,首先在其本地用户映射表中查找MN_B的接入-交换路由标识映射关系,在没有找到后,在其通信对端映射表中查找MN_B的接入-交换路由标识映射关系,如果找到则转步骤6,否则,转步骤5。步骤5、AR_A向其所在域的IMS查询MN_B的接入-交换路由标识映射关系,如果查到,则将该映射关系存储到其CMT,并转步骤6。否则,丢弃该RREQ消息,不再做任何处理。步骤6、AR_A向MN_A发送路由应答RREP消息。如果MN_A已经在AR_A上注册,则将‘I’标志位填充1,否则将‘I’标志位填充0。步骤7、MN_C收到AR_A发送的RREP消息后,在路由表中添加到MN_B的路由,下一跳为AR_A;将AR_A加入其可选ASR列表;向MN_A转发该RREP消息。步骤8、MN_A收到RREP消息后,在路由表中添加到MN_B的路由,下一跳为MN_C;如果‘I’标志位为1,将AR_A加入其ASR列表;如果‘I’标志位为0,将AR_A加入其可选ASR列表。步骤二移动节点的注册过程:步骤9、如果RREP消息‘I’标志位为0,MN_A向AR_A发送认证请求消息,消息中携带自己的接入标识。步骤10、AR_A收到MN_A发送的认证请求消息后,向认证中心发送认证查询消息。步骤11、当AR_A收到AC发送的认证响应消息后,如果认证失败,则不再做任何处理;如果认证通过,则为MN_A分配交换路由标识,并将<接入标识,交换路由标识>映射关系存储到本地用户映射表。步骤12、AR_A向发送MN_A认证通过消息。步骤13、MN_A收到认证通过消息后,将AR_A加入其ASR列表,开始和MN_B进行通信。下面为移动节点重新建立连接的网络拓扑图。其网络拓扑图如图5所示。MN_A在其所处的MANET内进行了移动,并重新建立了到MN_B的路由,恢复了通信连接。步骤1、MN_A检测到了自己与MN_C的链路中断,所以发送新的RREQ消息请求到MN_B的路由。步骤2、MN_D收到MN_A发送的RREQ消息后,因为MN_D的路由表中没有到MN_B的路由,所以继续向相邻节点发送RREQ消息。步骤3、MN_C收到MN_A发送的RREQ消息后,因为MN_C的路由表中有到MN_B的路由,所以MN_C向MN_A回复RREP消息,其中‘I’标志位填充为0。步骤4、MN_D收到MN_C发送的RREP消息后,在其路由表中添加到MN_B的路由,并将RREP消息转发给MN_A。步骤5、MN_A收到RREP消息后,在其路由表中添加到MN_B的路由,并恢复向MN_B发送数据。步骤6、AR_A收到MN_A发送的数据后,因其本地用户映射表中保存有MN_A的接入-交换路由标识映射关系,所以经过标识替换后,向一体化网络内部转发该数据。实施例五:本实施例是实施例四的替代步骤。是步骤B1:移动节点收到‘I’标志位为0的路由响应消息后,向接入交换路由器发送认证请求消息,消息中携带自己的接入标识,这一步骤的另一种实现步骤。其运行过程是:B1-1:移动节点收到‘I’标志位为0的路由响应消息后,直接向通信对端发送用户数据;B1-2:接入交换路由器收到移动节点发送的用户数据后,检测到移动节点尚未在接入交换路由器上进行注册,接入交换路由器向移动节点发送接入标识未认证的通告消息;B1-3:移动节点收到接入标识未认证的通告消息后,向接入交换路由器发送认证请求消息,消息中携带自己的接入标识。