CN101601255B - 轻型移动性体系结构 - Google Patents

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Abstract

可以通过引入所谓的移动性管理器(MM)来支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性，所述移动性管理器保持(S1)当前附属设备及其当前接入域位置的数据库。对于在所述数据库中登记的设备，所述移动性管理器可以通过监控与所考虑的该设备相关的连接维持信令来检测(S2)其从第一接入域到第二接入域的接入域改变。所述移动性管理器应当至少获得关于这种接入域改变的指示。响应于所检测到的接入域改变，所述移动性管理器安排(S3)重新配置所述网络，以便把针对所述设备在第一接入域内的IP地址的业务转发到第二接入域内的新位置。这样，所述移动性管理器允许所述设备在各接入域之间移动时保持其IP地址。

Description

轻型移动性体系结构
技术领域
本发明总体上涉及通信技术以及支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性的问题，更具体来说，本发明涉及网络通信(通常是无线通信)中的第3层移动性方面。
背景技术
在最近几十年里，移动性一直是关键的研究和商业问题。许多第2层无线接入***都有了发展，比如WLAN(WiFi)或WiMax。这些***解决了移动到另一个基站(无线接入点)的范围内的终端的切换问题。第3层(即IP层)中的移动性问题是如何保留重新附着在另一个路由器处或者执行到另一个路由器的切换的终端的IP地址。在理想情况下，所述切换过程在用户看来应当是无缝的。
移动IP(MIP)是一种在IP层中实现移动性的技术。移动节点(MN)总是保留其归属地址(HoA)。针对所述终端的归属地址的业务被从驻留在所述MN的归属网络中的归属代理(HA)隧道传送到所述移动节点的新位置。由于所述终端的归属地址在受访网络中的拓扑是不正确的，因此需要隧道传送来进行传输。所述归属代理使用所述终端的新本地地址以作为所述隧道的目的地；因此所述移动节点需要通过发送绑定更新(BU)消息而一直向所述归属代理通知其新位置信息。这些消息周期性地向所述归属代理通知所述终端的新本地地址(其也被称作转交地址CoA)。所述归属代理使用绑定高速缓存来存储所述移动节点的当前CoA。需要利用一些与MIP有关的参数来配置所述移动节点。所述移动节点必须知道其自身的归属地址、其归属代理的IP地址，并且还需要一种在受访网络上获取IP地址的机制(DHCP或邻居发现)。
换句话说，移动IP(例如MIPv4、MIPv6)允许移动节点以最小服务中断来改变其到因特网的附着点。举例来说，MIP第6版(MIPv6)协议[1]允许各节点在因特网拓扑内移动，同时保持可达性以及与各通信节点的正在进行的连接。
因此，具有MIPv6能力的移动节点(比如蜂窝电话、膝上型计算机以及其他最终用户设备)可以在属于其归属服务提供商以及其他服务提供商的网络之间漫游。作为存在于运营商之间的服务等级和漫游协定的结果而允许各外部网络中的漫游。MIPv6在单个管理域内提供会话连续性，但是通常依赖于认证、授权和计费(AAA)基础设施的可用性来提供跨越不同管理域的服务，即在由所述归属运营商管理的网络外部漫游时。
为了得到更好的切换性能，已经提出了一些重大改进。所观察到的关键一点是移动切换在大多数情况下发生在相邻基站之间。在这种情况下应当按照某种“本地”方式来处理移动性，这是因为业务仍然能够到达所述网络的相同根网关处。这一想法导致产生一种分层结构，并且导致把移动性分成微移动性和宏移动性。
微移动性处理一个地理上受限的区域(其被称作移动域)内的移动。移动域通常处在单个实体的管理之下，从而导致各网络节点之间的受保护并且受信任的环境。在各移动域内可以对移动性进行本地处理，从而使得所述处理快并且从该移动域外部的各网络区域看来是透明的。
各域之间的移动性是通过宏移动性机制来处理的，所述宏移动性机制不一定是快速的，这是因为这种移动性较为少见。另一方面，宏移动性必须在受信任程度较低的环境中全局地操作。微移动性协议的例子包括蜂窝IP和Hawaii，而移动IP则是IP层宏移动性的主要实例。
分层移动IPv6(HMIPv6)[2]是重复利用MIPv6消息和机制的微移动性协议。如图1中所示，HMIPv6在现有的移动IPv6体系结构中添加了一个新的分层结构层级，这是通过添加被称作移动锚点(MAP)的新实体而实现的。在MAP 1-1、1-2的伞下的移动性是由HMIP来管理的，而在各MAP之间的移动性则是由MIP来管理的。所述MAP可以帮助在移动中的移动节点2-2与通信节点(CN)3进行通信的同时提供对应于该移动节点的无缝移动性。如前面所解释的那样，所述移动节点(MN)总是保留其归属地址(HoA)。针对所述移动节点的归属地址的业务被从驻留在该MN的归属网络中的归属代理(HA)4隧道传送到该移动节点的新位置处。在HMIPv6中，受访网络中的移动终端具有两种类型的转交地址：一种对应于当前链路，其被称作链路上转交地址(LCoA)，另一种是在当前MAP 1-2处被分配的，其被称作区域转交地址(RCoA)。这些转交地址之间的绑定由所述MAP 1-2保持，其充当所述移动节点2-2的“本地归属代理”。在区域内切换的情况下，所述移动节点或终端2-2把对应于所述LCoA-RCoA绑定的绑定更新(BU)消息发送到所述MAP 1-2。如果所述移动节点移动到另一个区域，则该MN把对应于所述新的RCoA-HoA绑定的常规MIP绑定更新消息发送到所述归属代理4。
所有先前的解决方案都依赖于来自所述终端的大量支持。最重要的是，必须在所述终端中实施一个移动性(例如移动IP)协议栈。然而，由于当今的终端通常不实施移动IP，因此这种解决方案对于日常的膝上型计算机和PDA运行(例如不同版本的Microsoft Windows操作***)来说是不实际的。因此，移动性研究的另一个方向尝试创建这样一种体系结构：其中不预期所述终端执行新功能，而是把所需功能移动到所述网络中。这被称作基于网络或者以网络为中心的移动性，其中把微移动性和快速切换所涉及到的复杂性置于所述网络中。意图是能够在各路由器之间移动并且进行无缝切换，而无需向终端添加特定于移动性的功能。
举例来说，IETF的NETLMM工作组正致力于以网络为中心的移动性协议。已经研究了几种方法，其中一种由一个设计团队提出[5]，另一种被称作代理-移动IP(PMIP)[6]。在参考文献[5]中提出的解决方案定义了一种用来管理本地移动代理(LMA)与移动接入网关(MAG)之间的移动性的单独的协议。各MN附属于其中一个所述MAG。所述LMA存储当前MAG的身份，并且向其隧道传送下行链路分组。所述PMIP解决方案采用归属代理作为锚，并且使用MIP信令来进行移动性更新。然而，在MIP的情况下驻留在所述MN中的功能被移动到接入路由器，从而在所述移动节点中不再需要特定于移动性的功能。
由于下列原因的至少其中一条，上面的每一种技术都不适宜：
·其在终端中需要新功能；以及
·其在各网络节点中需要许多新功能。
移动IP、HMIP、蜂窝IP或者Hawaii需要在终端中实施相应的协议。实际上，例如Microsoft没有在其操作***的即将发售的版本中包括IP移动性(更具体来说是移动IP)支持的计划。
另一方面，PMIP和其他以网络为中心的协议不需要来自终端的支持；然而，它们需要来自各网络节点的大量新功能(例如实施所述新协议)，而这在当前的IP路由器中是无法获得的。
发明内容
本发明克服了现有技术安排的上述和其他缺陷。
本发明的一个总目的是提供一种简单而独特的移动性解决方案，其依赖于现有的联网设备(例如路由器)来为具有在市场上可以买到的设备的用户提供无缝移动性支持。
具体来说，期望为仅仅需要基本终端功能(特别是连接到网络所必需的那些功能)的设备提供移动性。
另外还期望使得各网络节点中的功能最小化，这是因为不能预期网络运营商会购买许多新的节点以便支持移动性功能。
本发明的一个具体目的是提供一种用于支持IP网络中的各接入域之间的移动性的方法和***。
本发明的另一个目的是提供一种用于支持IP移动性的移动性管理器。
本发明的一个基本的想法是提供或者至少支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性，这是通过引入所谓的移动性管理器(MM)而实现的，所述移动性管理器保持当前附属设备及其当前接入域位置的数据库。对于在所述数据库中登记的设备，所述移动性管理器于是可以通过监控与所考虑的该设备相关的连接维持信令来检测其从第一接入域到第二接入域的接入域改变。所述移动性管理器应当至少获得关于这种接入域改变的指示。响应于所检测到的接入域改变，所述移动性管理器安排重新配置所述网络，以便把针对所述设备在第一接入域内的IP地址的业务转发到第二接入域内的新位置。这样，所述移动性管理器允许所述设备在各接入域之间移动时保持其IP地址。
本发明提供一种用于支持IP网络中的各接入域之间的移动性的方法和***、以及一种用于支持IP移动性的移动性管理器。
本发明优选地提供一种轻型移动性体系结构，其在各终端中通常不需要与移动性相关的新功能，并且不需要来自许多不同网络节点的与移动性相关的新功能。代之以，可以把新功能缩减到所述网络中的单个智能节点或块(即所述移动性管理器)；剩下的可以是提供现今通常被广泛实施的功能的标准IP路由器。
所述解决方案适用于核心网络与接入网(IPv4或IPv6)的任何组合而无需改变各MN上的IP协议栈。所述解决方案还适用于任何现有的传输网络技术(IP、MPLS)而不会干扰已经布置的现有协议和服务(VPN)。
通过阅读下面对本发明实施例的描述将认识到本发明所提供的其他优点。
附图说明
参照下面结合附图所做的描述将更好地理解本发明及其更多的目的和优点，其中：
图1是示出HMIPv6中的微移动性的一个例子的示意图。
图2是示出根据本发明一个优选的示例性实施例的方法的示意性流程图。
图3是示出根据本发明另一个示例性实施例的方法的示意性流程图。
图4是示出一种示例性网络情形的示意图。
图5是切换前的网络配置的一个例子的示意图。
图6是切换后的网络配置的一个例子的示意图。
图7是示出关于可以如何把移动性管理器MM设置在所述网络中以用于拦截诸如移动终端之类的设备与所述IP网络中的控制节点之间的连接维持信令的一个例子的示意图。
图8是根据本发明一个优选的示例性实施例的移动性管理器的示意性框图。
图9是示出一个示例性实施例的示意图，其中移动性管理器和DHCP/AAA服务器同处在相同的物理网络节点中。
图10是示出一个示例性实施例的示意图，其中把移动性管理器实施在增强的DHCP/AAA服务器中。
图11是示出根据本发明一个示例性实施例的所谓的因特网网关优化的示意性网络图。
具体实施方式
在整个附图中，相同的附图标记将被用于相应的或类似的元件。
如前所述，开发新的移动性体系结构的一个示例性目的是定义一种简单的解决方案，所述解决方案主要依赖于现有的联网设备(例如路由器)来为具有在市场上可以买到的设备的用户提供无缝移动性。无缝移动性通常意味着当用户在由不同接入点或技术提供服务的区域之间移动时，该用户的正在进行的通信不受影响。
另外一个示例性目的是为仅仅需要基本终端功能(特别是连接到网络所必需的那些功能)的设备提供移动性。例如考虑具有Windows操作***的膝上型计算机，其具有多个有线和无线网络接口，例如UTP以太网插座、IEEE 802.11g WiFi适配器以及蓝牙适配器。在这种情况下可以假设所述计算机能够并行地使用所述各网络设备并且同时与不同的接入网进行通信。但是不能假设其运行移动IP协议栈并且可以处理各IP子网之间的移动。
另外还可能期望使得各网络节点中的功能最小化，这是因为不能预期网络运营商会购买许多新的节点以便支持移动性功能。
本发明优选地提出一种轻型移动性体系结构，其在各终端中通常不需要与移动性相关的新功能，并且也不需要来自许多不同网络节点的与移动性相关的新功能。代之以，可以把新功能缩减到所述网络中的单个智能节点或框；剩下的可以是提供现今通常被广泛实施的功能的标准IP路由器。
图2是示出根据本发明一个优选的示例性实施例的方法的示意性流程图。一个基本的想法是引入所谓的移动性管理器(MM)，所述移动性管理器保持一个数据库，该数据库包括当前附属设备(比如移动终端或移动节点)及其当前接入域位置(即当前接入路由器的ID)的列表，正如在步骤S1中示意性地指示的那样。接下来，检测已登记设备的接入域改变，这是通过监控与所考虑的设备相关的连接维持信令(比如认证和/或地址配置信令)而实现的，正如步骤S2中所指示的那样。在步骤S3中，所述移动性管理器然后安排重新配置所述网络的各相关部分，以便把针对在前一个接入域内被分配给所述设备的IP地址的业务转发到另一个接入域内的新位置。这就提供了一种针对到每一个所考虑的设备的下行链路业务的完整解决方案，同时还允许该设备保持其IP地址。
本发明不仅适用于无线接入，而且还适用于其他接入类型(甚至纯以太网)以及所谓的游动式应用。相应地，本发明不限于移动电话或类似的标准移动终端，而是广泛地适用于可以改变接入域(IP域或子网)的任何设备，其中包括便携式或手持式设备、膝上型计算机以及可以附着到IP网络的其他“移动中的”或“可移动的”设备。在整个公开内容中将可互换地使用诸如“移动节点”、“移动终端”、“移动台”、“移动中的终端”、“用户设备”以及“设备”之类的术语。
图3是示出根据本发明另一个示例性实施例的方法的示意性流程图。如所述，所述移动性解决方案应当允许诸如移动台之类的设备在该移动台于各接入域(其也被称作IP域或IP子网)之间移动时保持其IP地址。每一个接入域通常由一个对应的接入路由器提供服务。首先，当用户从一个IP子网移动到另一个子网时应当通知所述网络(切换触发)。在本发明中，这意味着当移动台从一个IP子网或接入路由器改变到另一个时，触发由所述移动性管理器执行的移动性/切换过程。所述移动性管理器随后至少对于复杂的下行链路情况启动网络重新配置，从而使得所述网络能够把针对所述移动台的原始地址的业务转发到该移动台的新位置(下行链路)，并且对于既包括下行链路又包括上行链路的总体解决方案，使得所述移动终端还能够到达世界其他地方(上行链路)。因此所述移动性管理器允许移动台在新的接入域内保持与前一个接入域内相同的IP地址。
为了更好地理解本发明，下面将描述各种示例性的非限制性实施例。
当移动台在各IP域之间移动并且同时保持其IP地址时，示例性的总体移动性过程涉及到以下主要部分：
·S1：必须向所述网络通知用户已从一个IP子网移动到另一个(触发)
·S2：必须重新配置所述网络，以便能够把针对所述移动台的原始地址的业务转发到该移动台的新位置(下行链路)
·S3：必须(通过标准的方式)确保所述移动终端能够到达世界其他地方(上行链路)
在某种意义上，这是一种针对第3层(IP)移动性的第2层触发的解决方案。
所述移动性管理器(MM)可以被实施在第3层网络中的一个单独节点内，或者可以被集成在诸如AAA服务器(或代理)之类的现有的和/或增强型网络节点中或者被集成在DHCP服务器中。当所述移动性管理器MM被实施在一个单独的单元内时，其应当优选地能够捕获表示IP子网的改变的信令。
换句话说，响应于诸如认证和/或IP地址配置请求之类的触发事件，所述移动性管理器MM启动对所述网络的重新配置，以便能够递送发送到/发送自现驻留在一个外部IP域内的新位置处但是保持其IP地址的所述移动终端或移动节点(MN)的IP分组。
本发明提供用于触发切换的不同替换方法，其中至少包括：
·基于认证信令的触发；以及
·基于诸如地址配置请求之类的IP地址配置(例如DHCP)信令的触发。
一般来说，这些是通过监控与已附着到或正附着到所述IP网络的设备相关的连接维持信令而进行触发的实例。
在一种示例性的基于认证的解决方案中，通过所述接入点把认证消息转发到AAA服务器。在第二种示例性替换方案中，所述接入路由器把该消息中继到诸如DHCP服务器之类的IP地址配置节点。在一个示例性实施例中，所述移动性管理器MM监视所述消息，如果该移动性管理器在其数据库中发现所考虑的移动台是移动到一个新的接入路由器的先前登记过的终端，则其通常将执行以下操作：
·确保该终端接收到与之前相同的IP地址；
·确保该终端通过新的接入路由器(作为默认网关)发送业务；
·在前一个接入路由器中添加对应于该终端的目的地IP地址的静态路由条目，其指向引导到所述新的接入路由器的隧道；
·在所述新的接入路由器中添加对应于该终端的目的地IP地址的静态路由条目，其指向该终端所附着到的直接连接接口。
优选地，所述移动性管理器MM接进原始接入路由器中，并且建立朝向新的接入路由器的IP隧道接口。所述移动性管理器MM在所述原始接入路由器的路由表中安装一个新的静态路由条目，其把针对所述移动MN的分组引导到所述IP隧道接口中。因此，这种隧道的建立可以由所述MM在检测到所述MN执行认证或者从不同于其先前位置的IP域发送DHCP或类似请求时按需触发。
应当理解，还有可能通过设置从因特网网关或类似网关到接入路由器的直接隧道来优化例如来自因特网的业务。所述因特网网关包括路由器，或者至少与路由器功能相关联。在这种情况下，所述MM通常在所述网关的路由器中添加一个对应于所述MN的目的地地址的静态路由条目，以便指向对应于引导到新的接入路由器的IP隧道的虚拟接口。后面将更加详细地描述本发明的这一方面。
下面将参照对不同的示例性实施例的更加详细的描述来描述本发明。在图4中示出包括基本术语的说明性网络情形。图4的总体网络基本上包括第3层IP网络和第2层接入网。所述IP网络包括一个或多个控制节点，比如DHCP和/或AAA服务器20，其用于进行认证、地址配置以及IP层上的其他可能的标准功能。所述接入网包括诸如以太网交换机30和WLAN接入点40之类的节点，并且通常被划分成各子域或子网50-1、50-2，其中的每一个子域或子网由对应的接入路由器60-1、60-2提供服务。诸如移动终端或移动中的终端70-1、70-2、70-3之类的设备可以附着到所述网络的各种接入点。
在下面的例子中，假设接入路由器(AR)实施下面的功能。注意，这些功能几乎由所有的IP路由器销售商实施，并且Linux也支持所有这些功能。
·对静态路由器进行远程配置，即添加/去除路由条目
·IP隧道传送机制(例如IP中IP封装)
·代理ARP支持
本发明提出了基于监控连接维持信令来触发切换的替换方法。举例来说，其中一种方法基于认证，另一种基于IP地址配置(通常是DHCP)请求。取决于所述替换方案，通常假设AR具有以下能力(其也由销售商实施)的至少其中之一：
·DHCP中继(基于DHCP的替换方案)
·802.1x支持(基于认证的替换方案)
引入了一种新的功能，其被称作移动性管理器(MM)。对于基于认证或基于DHCP的替换方案，所述MM通常分别驻留在AAA服务器20(或代理)或者DHCP服务器20中。可替换地，所述MM被实施在单独的网络节点内，正如后面将更加详细地描述的那样。所述MM具有一个数据库，其包含诸如移动台MN之类的当前附属设备及其当前位置(当前AR的ID)的列表。
一开始，所述示例性解决方案通常假设在各接入路由器之间建立一个IP隧道网。更确切地说，这里通常假设安装负责进行朝向其他接入路由器的IP封装的虚拟接口。注意，取代简单的IP中IP封装，IPSec隧道也可以被用来增强安全性，或者也可以使用任何其他隧道传送方案，比如GRE或MPLS。另外，通常还假设对于导向L2接入网的接入路由器的那些接口启用代理ARP功能。在图5中示出一个示例状态，其示出所述接入路由器的接口和路由配置。
用于无缝切换的示例性过程如下。
当移动终端(比如在图5和图6的例子中被分配了地址10.1.1.15的膝上型计算机70-2)从子域50-1到子域50-2移动到一个新的L2接入点时，其或者执行认证(基于认证的触发)，或者发出DHCP或类似请求消息(基于DHCP的触发)，或者实施全部二者。这两种功能(认证和地址配置)被视为当前终端中的现有功能。这例如是使用Windows中的“MediaSense”L2触发或者依赖于由接口卡和交换机或由具有WPA能力的WLAN卡和无线接入点所支持的802.1x协议而实现的。
在所述基于认证的解决方案中，由诸如WLAN接入点40之类的接入点把所述认证消息转发到AAA服务器20。在所述基于DHCP的替换方案中，相应的接入路由器60-2把该消息中继到DHCP服务器。在图6中用虚线示意性地示出所述信令。
本发明主要是参照针对IPv4适配的示例性实施例来描述的。然而应当理解，本发明不限于此。本发明也适用于IPv6，正如后面将描述的那样。
所述移动性管理器MM拦截或者以其他方式捕获所述消息，如果该移动性管理器在其数据库中发现这是移动到一个新的接入路由器的先前登记过的终端，则该移动性管理器通常将执行以下操作(参照图5和图6的例子)：
·确保所述终端接收到与之前相同的IP地址(10.1.1.5)；
·确保该终端通过新的接入路由器(作为默认网关)发送业务；
·在前一个或旧的接入路由器中添加对应于该终端的IP地址的静态路由条目以作为/32目的地网络前缀(10.1.1.15/32)，其指向引导到所述新的接入路由器的隧道(Tun 0)；
·在所述新的接入路由器中添加对应于该终端的IP地址的静态路由条目以作为/32目的地网络前缀(10.1.1.15/32)，其指向该终端所附着到的直接连接接口(如果为1)。
在图6中示出切换之后的相关网络配置的一个实例。
图7是示出关于可以如何把移动性管理器MM 10设置在所述网络中以用于拦截诸如移动中的或移动终端之类的设备(其在这里被示为从子域50-2移动到子域50-1的IP地址为10.2.2.82的膝上型计算机70-1)与控制节点(比如所述IP网络中的DHCP/AAA服务器20)之间的连接维持信令(其由虚线示意性地示出)的一个例子的示意图。如前所述，接入域的改变(比如IP子网的改变)优选地是基于拦截所考虑的设备与所述网络中的适当控制节点20之间的连接维持信令。例如，所述连接维持信令可以包括认证信令，于是所述控制节点20就是AAA(认证、授权、计费)服务器。可替换地，所述连接维持信令包括诸如DHCP(动态主机控制协议)信令之类的地址配置信令，于是所述控制节点20可以是DHCP服务器。
图8是根据本发明一个优选的示例性实施例的移动性管理器的示意性框图。所述移动性管理器10基本上包括数据库11、检测模块12以及用于进行远程网络配置的模块13。所述数据库11包括当前附属设备及其当前接入域位置的列表。所述数据库的主机可以替换地位于所述移动性管理器10外部，并且所述数据库具有从该移动性管理器到该数据库的适当接口。所述检测模块12被配置成针对已登记的设备基于监控相关的连接维持信令来检测接入域的改变或者至少获得关于这种接入域改变的指示。所述网络配置模块13优选地基于对所述网络中的一个或多个路由器的远程配置来操作。基本上来说，所述网络配置模块13安排对所述网络的重新配置，以便把针对所考虑的设备在前一个接入域内的IP地址的业务转发到该设备在新的接入域内的新位置，从而允许该设备在各域之间移动时保持其IP地址。
如前所述，所述移动性管理器(MM)10可以被实施在一个单独的网络节点内，优选地被实施在去往/来自所述DHCP或AAA服务器的路径中，如图7中所示。可替换地，所述MM 10可以与所述DHCP或AAA服务器20共同处在相同的物理网络节点100中，如图9中所示，或者甚至可能与DHCP/AAA模块22一起被集成在增强型DHCP或AAA服务器20中，如图10中所示。
再次参照图2和图3的基本流程图，下面将参照示例性实施更加详细地讨论所述总体移动性过程的主要阶段。
触发
可以找到几种方式来向所述网络通知所述MN已经在各IP域之间移动。在切换期间，有两方肯定具有关于已经发生移动的信息。一方是所述MN，另一方是所述L2接入点。一种直接明了的解决方案将是由这两个设备的其中之一(所述MN或所述L2接入点)通知所述网络中的各上层。
在特定网络情形中，当在无线电接口上也要求保护通信时，所述L2认证过程可以被利用来触发所述L3移动性过程。举例来说，在所述802.1x协议中，每当所述终端改变到一个新的接入点时就重新认证该终端。然而，也可以有对应于不同接入类型的其他认证协议(例如WiMAX)，其可以按照类似的方式被用作第2层接入改变的指示。在被称作“认证触发的”解决方案的所提出的示例性解决方案中，利用所述802.1x协议来向网络中的各上层通知所述IP子网改变。
然而，也可能有不使用认证的情形。在这些情况下，主要目标是把所述网络和所述终端保持得尽可能简单。在这些设备当中的任一个之内创建或要求新功能都将与这个目标相抵触。
幸运的是，所述IP协议组包括每当经历所述L2连接中的改变时就执行的协议。这一协议是DHCP，其打算自动获得将被用在来自所述网络的特定链路上的配置信息。在一些情况下，L2事件有可能触发不同的机制，比如反向ARP，在这种情况下所述反向ARP服务器应当具有处理L3移动性的功能。这里给出的示例性解决方案利用DHCP或类似协议来向所述网络通知所述MN改变了IP域。这种示例性解决方案将被简单地称作“DHCP触发的”解决方案。
DHCP触发(或类似解决方案)
当所述MN在L2接入点(或基站)之间进行切换时，所述切换可以在相同的L3IP域内发生，或者可以在不同的L3域之间发生。更为重要的是，所述MN可以从一个L2接入域转移到另一个L2接入域。当所述MN移动到另一个L2接入点时，其向所述DHCP服务器发送DHCP请求，从而请求将被用在新链路上的配置信息。根据标准的DHCP操作，当所述MN已经配置了IP地址时，其可以把所述地址放到所述请求中，从而表明其打算保持其现有的IP配置。在所提出的示例性体系结构中，在运营商的网络中布置单个DHCP服务器，或者即使使用更多的DHCP服务器，所述网络也被设置成由所述移动性管理器(MM)实体在DHCP消息去往/来自所述(多个)DHCP服务器的途中捕获所述消息。结果，每一个DHCP请求通常都由所述接入路由器通过所述MM从所述网络中的每一个IP子网中继到DHCP服务器。因此，接入路由器需要DHCP中继能力，使得它们可以把所述DHCP信令中继到中央DHCP服务器。所述MM例如可以被放置在导向所述(多个)DHCP服务器的路径中，或者这二者可以处在单个框中，或者可以在增强型DHCP服务器中实施所述MM的功能。
在接收到包括优选的IP地址的DHCP请求之后，所述DHCP服务器简单地发送一个确认回答，从而确保请求者可以继续使用其现有的IP地址。所述MM检查所中继的DHCP请求分组，以便了解其是否来自所请求的IP地址之外的接入路由器(即是否处于不同的前缀内)。在这种情况下，所述MM启动对所述网络的重新配置，以便能够递送发送到/发送自现驻留在一个外部IP域内的新位置处但是保持其原始IP地址的所述MN的IP分组。后面描述所述重新配置任务。
认证解发
如果所述终端配备有诸如802.1x之类的第二层认证能力(例如无线LAN卡中的WPA)，则该终端必须在其每次改变到一个新的接入点时重新认证其自身。如果所述认证被转发到一个AAA服务器(例如在802.1i的情况下)，则移动性管理器实体可以监视或者以其他方式向其通知所述AAA服务器与所述终端之间的认证过程。一旦所述MM发现所述MN(通过所述认证答复)被授权接入所述L2网络，其就启动对所述网络的重新配置，以便能够向/从其新位置递送发送到/发送自所述MN的IP分组。后面描述所述重新配置任务。
即使在认证之后，所述终端也可以发送DHCP消息，以便获得新的配置。所述DHCP服务器应当为所述MN给出与之前相同的IP地址。这很容易做到，因为所述MN可以在所述DHCP请求消息中包括其当前IP地址。
准备下行链路
为了确保把发送到所述MN的原始IP地址的分组递送到处于一个外部IP域内的新物理位置处的该MN，有两个条件非常重要：
1)所述MN的IP地址所属的原始接入路由器必须知道该MN的实际位置，并且必须能够把业务重定向到该处。
2)服务于所述MN的实际域的接入路由器必须能够把业务递送到该域外部的IP地址。
为了满足第一个条件，通常应用某种隧道传送。所述IP协议提供了用于把一个完整的IP分组封装到另一个IP分组中的措施。这被称作IP中IP封装。在应用这种机制时，原样取得将被封装的IP分组，并且将其放置到一个新IP分组的净荷部分中。所述外部IP报头中的协议字段被设置为4，这在所述外部报头中向目的地通知该分组的净荷是另一个IP分组，因此必须对其进行相应的处理。为了提高安全性，所述接入路由器之间的隧道也可以是IPSec隧道，但是如果被实施在所述路由器中的话，则任何其他隧道传送方案(比如GRE或MPLS)也是适当的。
通常通过建立表示所述隧道的入口点的虚拟接口来创建隧道。在我们提出的体系结构中，假设所述隧道的虚拟接口是预先建立的。然而，这种隧道的建立可以由所述MM在检测到所述MN从不同于其先前位置的IP域发送DHCP请求或者执行认证时按需触发。在这种情况下，所述MM接进原始接入路由器中，并且建立朝向新的接入路由器的IP隧道接口。在任何情况下，所述MM必须在所述原始接入路由器的路由表中安装一个新的静态路由条目，其把针对所述MN的分组引导到所述IP隧道接口中。所述MM能够借以远程配置所述接入路由器的协议可以是但不限于下列协议当中的任何一种：CLI命令、SNMP、DHCP以及NetConf。
所述隧道确保从这一点开始，所述原始接入路由器(利用上面描述的机制)把针对所述MN的每一个IP分组封装到针对服务于该MN的接入路由器的另一个IP分组中。这针对于从运营商的L3网络接收的分组是完全成立的。
然而注意，所述MN可能还希望与连接到该MN所离开的接入网的终端进行通信。这种通信还要求其他特征。在这种情况下，所述各终端相信其处在相同的子网内，并且尝试直接在第2层上彼此联系。其结果是各分组不被发送到所述接入路由器，而是代之以利用第2层寻址被发送到另一方，这种做法将会失败。换句话说，当正在通信的各移动终端尝试直接在第2层上彼此联系时，各分组将不被发送到所述接入路由器，因此上面描述的隧道传送机制将不会正常工作。为了使得仍然保留在所述原始接入网络中的终端能够通过所述隧道联系到所述移动中的终端，可以应用两个主要选项：
·所有终端以子网掩码255.255.255.255(/32)接收来自所述DHCP服务器的IP地址，这意味着任何业务都被发送到所述默认网关(即所述接入路由器)。这确保两个终端绝不会相信其处在相同的IP子网上。
这种解决方案的一个特征在于，所有业务都通过所述接入路由器，也就是说，用户无法直接在所述接入网上进行通信。这对于接入提供商的收费和计量目的可能是有用的。
·如果所述原始子网上的各终端接收到具有较短前缀(例如/24)的IP地址，则它们通常认为其处在与所述MN相同的L2网络上(这是因为该MN具有处于所述终端自身前缀内的IP地址)。为了克服这一问题，旧的接入路由器应当在所述MN处于一个外部网络中时应答针对该MN的所有ARP请求。对于这一目的的一个适当的候选是所述代理ARP特征，其(如果被激活的话)使得所述路由器应答针对其所看到的IP地址的每一个ARP请求，所述应答是通过不同于所述请求在其上到达的接口而实现的。所述代理ARP将有成效，这是因为旧的AR在所述重新配置之后在另一个接口上(即在其虚拟隧道接口上)看到所述MN。可以由所述MM一开始接通所述ARP代理或者在所述(重新)配置期间接通所述ARP代理。
为了在所述MN与相同接入网内的终端进行通信时提供会话连续性，必须删除该终端的对应于该MN的ARP高速缓存条目。否则在几秒钟内，其将使用该MN的MAC地址(这可以在其自身的高速缓存中找到)，而不是所述接入路由器的MAC地址。必须使用ARP电子欺骗技术来校正所述ARP高速缓存条目。必须用所述接入路由器的MAC地址来替换被分配给所述MN的IP地址的原始MAC地址。对于ARP电子欺骗，这是通过把具有所述旧的接入路由器的源MAC地址的一帧发送到所述接入网的广播MAC地址中而实现的。该MAC帧应当包含其内容不相关的一个IP分组。所述IP报头的源IP地址必须被设置为所述MN的IP地址。可以按照三种可能的方式来实现这种ARP电子欺骗：
·如果所述接入路由器自身具有进行ARP电子欺骗的能力，则所述MM必须远程地指示所述AR来执行上面描述的动作。即使所述路由器不直接提供这种功能，也有可能在该路由器上写入用户空间程序。
·把一个新节点放到所述接入网(例如Linux框)中，其目的是提供该ARP电子欺骗功能。在这种情况下，所述MM必须远程地指示该节点执行所述电子欺骗。
·如果所述接入路由器支持IP中MAC去封装，所述MM可以自身生成上面描述的必要MAC帧，并且利用IP隧道将其发送到所述接入路由器。可以发送Mac分组的候选IP隧道有EtherIP[3]和L2TP[4]。
在联网时，ARP(地址解析协议)是用于在仅仅知道主机的网络层地址时找到其硬件地址的一种标准方法。ARP不是仅适用于IP或者仅适用于以太网的协议。它可以被用来把许多不同的网络层协议地址解析到硬件地址，但是由于IP和以太网居主导地位，因此ARP主要被用来把IP地址翻译成以太网MAC地址。它还可以被用于其他LAN技术(比如令牌环、FDDI或IEEE 802.11)上的IP以及ATM上的IP。
通过应用上面详述的(多种)方法，确保把下行链路分组递送到所述IP路径中的最后一个路由器，即服务于去向所述MN的L2链路的新的接入路由器。也就是说，条件(1)得到满足。
为了确保所述新的接入路由器能够把所述分组递送到所述MN，也就是说满足条件(2)，在所述新的接入路由器中也必须应用一些配置改变。所要求的配置是简单地安装去向所述MN的原始/32IP地址的新的静态路由。必须设置该新的静态路由，以便使得所述路由器能够看到与之直接连接的所述MN的旧IP地址，从而重写通过所述路由协议获知的路由表条目。
准备上行链路
通过执行到此为止所描述的配置步骤，确保把针对所述MN的下行链路分组递送到正确的位置。为了使得所述MN还能够向世界的其他地方发送分组，下面的解决方案变型是适当的：
·接通所述新的接入路由器中的代理ARP特征。所述MN利用其原始子网掩码接收与之前相同的IP地址。所述默认网关不发生改变。因此所述新的接入路由器将应答所述MN针对其原始默认网关以及针对所述原始子网上的其他主机的ARP请求。
·接通所述新的接入路由器中的代理ARP特征。所述移动终端利用一个32比特子网掩码接收其先前的IP地址，并且该终端的默认网关重置为其借之连接到所述接入网的其自身的接口(即默认网关＝该终端的IP地址)。注意，这种配置可以通过标准DHCP来实施。需要所述新的接入路由器中的代理ARP，从而由该新的AR来应答针对所述新的接入网外部的IP地址的ARP请求。然而，处在相同的接入网内的主机应答针对其IP地址的请求。
·如果所述MN利用一个32比特子网掩码来接收其原始IP地址但是该MN的默认网关被重置为所述新的接入路由器，则该新的接入路由器不需要运行代理ARP。在这种情况下，所述默认网关与所述MN不处在相同的子网上，因此该MN还需要到该默认网关的路由。利用标准的DHCP，有可能在所述MN中配置以所述默认网关为目的地的静态路由。这一静态路由必须指向附着到所述L2接入网的所述移动终端的接口。
所提出的一种用于建立所述上行链路的示例性解决方案依赖于DHCP通信。即使使用了所述基于认证的触发，所述MM也可以向所述MN发送所谓的强制DHCP消息，以便重新配置其子网掩码或默认网关。
在前两种上行链路解决方案中要求清除所述MN的ARP高速缓存，因此其将需要作出针对其自身的原始子网中的主机的ARP请求。这可以利用前面详述的ARP电子欺骗技术来实现。除了这些解决方案之外，DHCP还给出了用来擦除所述MN的ARP高速缓存的另一种解决方案。可以通过DHCP来设置所述ARP高速缓存定时器。也就是说，所述DHCP服务器可以首先把所述MN的ARP高速缓存定时器设置为零(或者设置为某一个非常小的值)，并且在某一个短的时间之后，其可以把所述值再次设置为一个正常时间。可以通过强制DHCP消息或者通过把对应于所述第一条消息的租约时间设置为一个小值来实现所述第二次设置。
从一个外部子网移动到另一个子网
如果所述MN从一个外部子网移动到另一个外部子网，则必须如上所述地配置所述归属接入路由器和新的接入路由器。然而，必须重新配置所述终端从中移走的子网内的该外部接入路由器，从而删除所述静态路由条目。
如果所述MN移回到其归属网络，则其归属网络中的接入路由器也必须删除对应于该MN的IP地址的静态路由条目。
增强
软状态
在一个有利实施例中，所述MM可以从各接入路由器中删除已经有一些时间未被使用的静态路由条目。这可以通过使用所述MM中的软状态来实现。
对于每一个MN，所述MM可以运行一个定时器，该定时器在到期时触发该MM从相应的各接入路由器中去除对应于该MN的静态路由条目。通过把所述DHCP租约时间设置为一个适当的小值，所述MN的周期性DHCP请求可以被用来重新启动所述定时器。
来自因特网网关的直接隧道
在先前描述的解决方案中，针对MN的所有业务都将主要流经所述原始接入路由器。然而，有可能优化例如来自诸如因特网之类的服务网络的业务，这是通过设置从各因特网网关到各接入点的直接隧道而实现的，正如图11中示意性地示出的那样。如图11中所例示的那样，在因特网网关80与接入网50-2的接入路由器60-2之间建立一条直接隧道，此时应当记住所考虑的移动终端70-2已经移动到所述接入网50-2。在这种情况下，所述MM(其例如可以被实施在所述DHCP/AAA服务器20中)必须在所述因特网网关80中添加一个对应于所述MN的/32目的地地址的静态路由条目，以便指向与引导到所述新的接入路由器60-2的IP隧道相对应的虚拟接口。
这样，来自所述网关的业务直接流到所述新的接入路由器。如果其没有被使用，则业务首先流到所述原始接入路由器，该原始接入路由器把所述业务隧道传送到所述新的接入路由器。参照图11，虚线示出业务在没有上面描述的路由优化的情况下所经过的路径。在这种情况下，业务总是被转发到旧的接入路由器60-1，在该处对所述移动终端70-2的IP地址进行拓扑校正，并且随后将其进一步隧道传送到实际服务于该移动终端的新的接入路由器60-2。实线示出具有路由优化的路径。在这种情况下，业务被直接从因特网网关80转发到实际接入路由器60-2。
因特网网关基本上是运营商网络中的被用来提供去向因特网或类似服务的连接的服务节点。所述网关可以被集成到路由器中或者反之亦然，或者所述网关和路由器可以被设置在一个组合节点中。总之，所述因特网网关与路由器功能相关联。
考虑IPv6
上面描述的方法主要是基于IPv4术语及协议。然而，所述解决方案在IPv6的情况下也是类似的：IP中IP封装(隧道传送)；向/从接入路由器/网关的路由表远程地添加/删除路由条目；以及基于DHCP或认证的触发。主要差异如下：
·IPv6ARP被邻居发现协议所取代。
·在建立L2连接之后，所述终端将首先发送路由器征求消息并且接收来自所述AR的路由器广告消息。只有在没有接收到路由器广告的情况下或者在接收到路由器广告并且其明确允许使用DHCPv6的情况下，所述终端才将使用DHCPv6。
·IPv6中的地址长度不是32比特而是128比特。相应地，必须向路由器添加适当的目的地地址(所谓的主机路由)。
所提出的体系结构的其中一个优点在于，其提供了各接入域之间的移动性而无需来自终端和来自大多数网络元件(路由器、交换机、接入点)的非标准功能支持。这使得该体系结构可用于其操作***通常不支持移动性的大多数现有的膝上型计算机和PDA。只有所述移动性管理器才需要新的功能。所述解决方案在任何现有的基于IP的传输网络技术(IPv4、IPv6、MPLS)中都可以工作，而不会干扰已经布置的现有协议和服务(VPN)。所述解决方案还适用于核心网络与接入网(IPv4或IPv6)的任何组合，而无需改变MN上的协议栈。
上面描述的实施例仅仅是作为实例给出的，并且应当理解，本发明不限于此。
缩写
3GPP    第3代合作伙伴项目
AAA     认证、授权、计费
AR      接入路由器
ARP     地址解析协议
AS      自主***
BU      绑定更新
CIP     蜂窝IP
CoA     转交地址
DHCP    动态主机配置协议
GRE     一般路由封装
HA      归属代理
HMIP    分层结构移动IP
HoA     归属地址
IETF    因特网工程任务组
IGP     内部网关协议
IP      因特网协议
L2      第2层
L2TP    第2层隧道传送协议
L3      第3层
LAN     局域网
LCoA    链路上转交地址
MAR     移动性知晓路由器
MIP     移动IP
MM      移动性管理器
MN      移动节点
MPA     移动性平面体系结构
MPLS    多协议标签交换
netlmm  基于网络的本地化移动性管理
RCoA    区域转交地址
RTGWG   (IETF中的)路由工作组
WLAN    无线LAN
WiMAX  全球微波接入互操作性
WPA    Wi-Fi受保护接入
参考文献
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L2TP，RFC 3931.
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Claims (17)

1.一种支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性的方法，所述方法包括以下步骤：
-移动性管理器保持当前附属设备及其当前接入域位置的数据库；
-对于在所述数据库中登记的设备，所述移动性管理器通过监控与所述设备相关的连接维持信令来检测所述设备从第一接入域到第二接入域的接入域改变；
-响应于所述检测到的接入域改变，所述移动性管理器通过执行远程路由器配置来安排重新配置所述网络，以便把针对所述设备在所述第一接入域内的IP地址的业务转发到所述第二接入域内的新位置，从而允许所述设备在各接入域之间移动时保持所述IP地址；
-当所述设备从所述第一接入域移动到所述第二接入域并且需要与位于所述第一接入域内的另一个设备进行通信时，使用代理ARP(地址解析协议)和ARP电子欺骗，
其中，所述移动性管理器被实施在所述网络中的单个节点或块内，
其中，安排重新配置所述网络的所述步骤包括以下步骤：
在所述第一接入域的接入路由器和所述网络的因特网网关的其中之一内建立对应于所述设备的目的地地址的第一静态路由条目，其指向引导到所述第二接入域的接入路由器的隧道；以及
在所述第二接入域的接入路由器内建立对应于所述设备的目的地地址的第二静态路由条目，其指向该设备现在所附着到的直接连接接口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连接维持信令包括认证信令和地址配置信令的至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测接入域改变的步骤包括以下步骤：拦截所述设备与所述网络中的控制节点之间的连接维持信令。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述连接维持信令包括具有DHCP(动态主机控制协议)信令形式的地址配置信令，并且所述控制节点是DHCP服务器。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述连接维持信令包括认证信令，并且所述控制节点是AAA(认证、授权、计费)服务器。
6.根据权利要求1-5中的任何一项所述的方法，其中，所述接入域改变表示所述设备移动到新的接入路由器，所述接入域是IP子网，所述设备是从一个IP子网移动到另一个IP子网的移动终端，同时所述移动性管理器确保该移动终端保持其IP地址。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动性管理器检测从所述第二接入域到第三接入域的另一次接入域改变，所述第一静态路由条目被改变成指向引导到所述第三接入域的接入路由器的隧道，所述第二接入域的接入路由器中的所述第二静态路由条目被删除，并且在所述第三接入域的接入路由器中添加对应于所述设备的目的地地址的第三静态路由条目，其指向该设备现在所附着到的直接连接接口。
8.根据权利要求1-5中的任何一项所述的方法，还包括以下步骤：安排重新配置所述网络，以便把来自所述设备的业务转发通过所述第二接入域。
9.一种用于支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性的***，所述***包括：
-用于保持当前附属设备及其当前接入域位置的数据库的装置；
-用于针对在所述数据库中登记的设备通过监控与所述设备相关的连接维持信令来检测所述设备从第一接入域到第二接入域的接入域改变的装置；
-用于响应于所述检测到的接入域改变而借助于远程路由器配置来安排重新配置所述网络的装置，以便把针对所述设备在所述第一接入域内的IP地址的业务转发到所述第二接入域内的新位置，从而允许所述设备在各接入域之间移动时保持所述IP地址，其中，所述用于保持数据库的装置、所述用于检测接入域改变的装置以及所述用于安排网络重新配置的装置被实施在移动性管理器中，所述移动性管理器被实施在所述网络中的单个节点或块内；
-用于当所述设备从所述第一接入域移动到所述第二接入域并且需要与位于所述第一接入域内的另一个设备进行通信时使用代理ARP(地址解析协议)和ARP电子欺骗的装置，
其中，用于安排重新配置所述网络的装置包括：
用于在所述第一接入域的接入路由器和所述网络的因特网网关的其中之一内建立对应于所述设备的目的地地址的第一静态路由条目的装置，所述第一静态路由条目指向引导到所述第二接入域的接入路由器的隧道；以及
用于在所述第二接入域的接入路由器内建立对应于所述设备的目的地地址的第二静态路由条目的装置，所述第二静态路由条目指向该设备现在所附着到的直接连接接口。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述用于检测接入域改变的装置包括用于拦截所述设备与所述网络中的控制节点之间的连接维持信令的装置。
11.根据权利要求9-10中的任何一项所述的***，其中，所述接入域是IP子网，所述设备是从一个IP子网移动到另一个IP子网的移动终端，同时所述***的移动性管理器确保该移动终端保持其IP地址。
12.一种用于支持因特网协议(IP)网络中的各接入域之间的移动性的移动性管理器，所述移动性管理器包括：
-用于接口当前附属设备及其当前接入域位置的数据库的装置；
-用于针对在所述数据库中登记的设备基于监控与所述设备相关的连接维持信令来获得接入域改变的指示的装置；
-用于响应于所述接入域改变指示而借助于远程路由器配置来安排重新配置所述网络的装置，以便把针对所述设备在第一接入域内的IP地址的业务转发到所述设备在第二不同接入域内的新位置，从而允许所述设备在各接入域之间移动时保持所述IP地址；
-用于当所述设备从所述第一接入域移动到所述第二接入域并且需要与位于所述第一接入域内的另一个设备进行通信时支持代理ARP(地址解析协议)和ARP电子欺骗的装置，
其中，所述移动性管理器被实施在所述网络中的单个节点或块内，
其中，用于安排重新配置所述网络的装置包括：
用于在所述第一接入域的接入路由器和所述网络的因特网网关的其中之一内建立对应于所述设备的目的地地址的第一静态路由条目的装置，所述第一静态路由条目指向引导到所述第二接入域的接入路由器的隧道；以及
用于在所述第二接入域的接入路由器内建立对应于所述设备的目的地地址的第二静态路由条目的装置，所述第二静态路由条目指向该设备现在所附着到的直接连接接口。
13.根据权利要求12所述的移动性管理器，其中，所述连接维持信令包括认证信令和地址配置信令的至少其中之一。
14.根据权利要求12所述的移动性管理器，其中，所述连接维持信令包括具有DHCP(动态主机控制协议)信令形式的地址配置信令。
15.根据权利要求12-14中的任何一项所述的移动性管理器，其中，所述用于获得接入域改变指示的装置包括用于拦截所述设备与所述网络中的控制节点之间的连接维持信令的装置。
16.根据权利要求12-14中的任何一项所述的移动性管理器，其中，所述接入域是IP子网，所述设备是从一个IP子网移动到另一个IP子网的移动终端，同时所述移动性管理器被配置成确保该移动终端保持其IP地址。
17.根据权利要求12-14中的任何一项所述的移动性管理器，其中，所述移动性管理器被实施在AAA(认证、授权、计费)服务器和DHCP(动态主机控制协议)服务器的其中之一内。
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