CN1937588B - 一种用于异构ip网络的快速切换触发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于异构IP网络的快速切换触发方法，包括步骤：(1)传输视频流的移动节点检测当前服务网络信号的接收信号强度(RSS)，在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时，移动节点触发FMIPv6的地址分配；(2)移动节点频繁检测当前服务网络的接收信号强度，判断其与基站之间的相互位置关系；(3)在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时，移动节点触发FMIPv6的快速绑定更新和隧道建立信令过程；(4)在接收到绑定更新确认时，移动节点检测防抖动缓存，在缓存中的数据量满足要求时，移动节点切换到另一网络。

Description

一种用于异构IP网络的快速切换触发方法

技术领域

本发明涉及一种适用于异构全IP网络中视频流业务的快速切换触发方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展和用户需求的不断增长，下一代网络将是一个以IP为平台的多种异构重叠网络协同的异构全IP网络。通过融合具有不同带宽、覆盖范围、接入方式、计费标准、协议结构的各种网络，满足用户对于带宽、移动性支持、业务等方面的要求。

IETF定义的移动IP(MIP)协议被认为是未来异构全IP网络的平台。MIP发展至今具有两个版本：MIPv4和MIPv6。MIPv4在IPv4的基础上引入移动代理以及用于移动性管理的转交地址(CoA)解决移动性支持。但是MIPv4代理发现、地址注册等过程时延可达秒级，并且存在三角路由问题，使得传输时延增大，难以满足实时通信和无缝移动性管理的需求。MIPv6引入无状态地址分配和邻居发现等机制，消除了三角路由问题，一定程度降低了通信时延，但是地址分配时的重复地址检测(DAD)过程产生秒级的时延，同样无法实现无缝切换。为了降低IP层移动性管理机制产生的时延，MIPv6快速切换方法(FMIPv6)将地址分配等准备过程提前到链路层切换之前，明显降低了异构全IP网络中的切换时延。

随着业务多样化的发展，视频流业务将成为下一代网络中的一个重要业务。视频流业务属于类实时业务(Near Real Time Service)，由于存在防抖动缓存，视频流业务一定程度上可以容忍相对较大的时延，但是无法容忍MIPv4和MIPv6秒级的时延，因此需要采用FMIPv6机制。FMIPv6需要链路层触发信息启动网络选择以及网络层切换准备。IEEE 802.21系列定义了六种链路层触发信令，但是没有定义具体的实现方式和场景。链路层触发过早或过频繁，可能导致网络层不必要的准备，造成浪费网络资源；触发不及时，可能使得切换准备工作无法顺利完成，导致无法实现无缝切换。因此，基于FMIPv6的异构全IP网络中视频流业务的快速切换触发机制是一个研究重点。

发明内容

针对异构全IP网络中，实现视频流业务快速切换问题，本发明提出了一种基于移动IPv6快速切换机制(FMIPv6)的触发方法，具体实现了IEEE 802.21定义的链路层触发信令，降低了切换时延，保证业务的实时性。

本发明提出了一种基于移动IPv6快速切换机制的触发方法，包括步骤：

(1)传输视频流的移动节点检测当前服务网络信号的接收信号强度(RSS)，在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时，移动节点触发FMIPv6的地址分配，其中该门限的确定与网络发射功率、传播环境、FMIPv6信令传输时延等因素有关；

(2)移动节点频繁检测当前服务网络的接收信号强度，判断其与基站之间的相互位置关系；

(3)在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时，移动节点触发FMIPv6的快速绑定更新和隧道建立信令过程；

(4)在接收到绑定更新确认时，移动节点检测防抖动缓存，在缓存中的数据量满足要求时，移动节点切换到另一网络。

优选地，步骤(1)还包括步骤：

在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时，移动节点的链路层向其网络层发送Link_Quality_Cross_Threshold(连接质量超越门限)信号，触发FMIPv6的地址分配。

优选地，步骤(2)还包括步骤：

移动节点链路层频繁检测当前服务网络的接收信号强度，通过计算和比较每次得到的检测值均值，判断其与基站之间的相互位置关系。

优选地，步骤(3)还包括步骤：

在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时，则移动节点链路层向网络层发送Link_going_down(连接质量渐劣)信号，触发FMIPv6快速绑定更新及隧道建立信令过程。

优选地，步骤(4)还包括步骤：

在移动节点检测出缓存中的数据量不足时，继续检测防抖动缓存，如果在等待过程中，接收到来自链路层的Link_down(连接断开)信号，表明链路层连接已经断开，则切换到另一网络。

优选地所述当前服务网络是WLAN网络，所述另一网络是3G网络。

优选地，步骤(1)还包括步骤：

在与所述当前服务网络相邻的WLAN网络可接入，并且所述相邻WLAN网络的接收信号强度超过预定的门限时，移动节点的链路层向其网络层发送Better_Signal_Quality_AP_Available(具有更好信号质量的接入点可用)，表明存在可接入的WLAN网络；

如果移动节点网络层从未接收到Better_Signal_Quality_AP_Available信号，表明相邻区域没有可以接入的WLAN网络。

优选地，步骤(1)还包括步骤：

在移动节点的当前服务网络是WLAN网络，并且无相邻可接入的WLAN网络时，通过检测当前WLAN网络的接收信号强度是否低于预定的门限，决定发送原WLAN Link_Quality_Cross_Threshold，以触发网络层切换地址分配；

当存在可接入的相邻WLAN网络时，通过检测相邻WLAN网络的接收信号强度是否高于预定的门限，决定发送新WLANLink_Quality_Cross_Threshold，以触发网络层切换地址分配。

优选地，在移动节点发出Link_Quality_Cross_Threshold后，更加频繁检测当前网络RSS，将检测间隔缩短到触发前的检测间隔的m取3～5。

优选地，还包括步骤：

移动节点接收到当前服务网络的第一个接收信号强度值时，将所述值缓存在缓存器中；

移动节点接收到当前服务网络的第二个接收信号强度值时，求出第一、二个接收信号强度值的均值，进而与缓存中的第一个接收信号强度值比较；

当接收第k个接收信号强度值后，与前k-1个接收信号强度值的均值求出均值，并且所述k个接收信号强度值的均值与缓存中前k-1个接收信号强度值的均值比较，输出端记录下来每次比较的结果，可以得出移动节点与基站的相互位置关系。

优选地，当连续收到n个上升趋势的接收信号强度值，表明移动节点正在向接近基站的方向移动，此时不需要切换到其他网络或子网，保持原有连接；

当连续收到n个下降趋势的接收信号强度值，表明移动节点正在向远离基站的方向移动，在即将到来的的时刻，移动节点需要切换到其他网络或子网，并且发出Link_going_down触发接收信号强度值；

在连续接到小于n个下降的接收信号强度值后，开始接收到上升接收信号强度值，或者接收信号强度值基本不变，则表明移动节点暂时不需触发网络层切换；

其中n的取值可以根据移动节点的速度决定，移动节点的速度越大，取值越小，移动节点的速度越小，取值越大。

优选地，在步骤(4)中，移动节点检测防抖动缓存根据以下公式执行：

B_full＝max{T_delay，T_accept}

其中，防抖动缓存数据的播放时间大于B_full值时，表示缓存中的数据量满足要求，T_delay表示链路层切换时延，即从移动节点与当前服务网络断开连接到与新网络建立连接的时间，T_accept表示业务能够容忍的时延。

优选地，在检测出缓存中的数据量满足要求，并且移动节点多次触发切换时，立刻发送Link_down信号，强迫链路层切换提前发生；

在检测出缓存中的数据量不能满足要求时，等待一定时间后再次检测缓存，如果在此期间网络层收到来自链路层的Link_down信号，则执行链路层切换。

根据本发明的基本构思，由于视频流业务需要较大带宽，并且属于类实时性业务，根据该业务的特点，要求视频流业务尽可能的利用高速网络，如当WLAN网络和蜂窝网络完全重叠时，选择接入到WLAN网络。本发明的方法包括以下步骤：

接入到WLAN网络的移动节点(MN)检测网络信号——接收信号强度(RSS)，如果发现新的可接入WLAN网络，触发Better_Signal_Quality_AP_Available；如果没有，则继续检测。

当前服务网络的RSS信号低于特定的门限时，移动节点链路层向其上层——网络层发送Link_Quality_Cross_Threshold信号，触发FMIPv6地址分配(由信令RtSolPr和PrRtAdv完成)。

Link_Quality_Cross_Threshold触发后，移动节点链路层频繁检测网络RSS，通过计算和比较每次得到的检测值均值，判断移动节点与基站之间的相互位置关系。

如果判断移动节点向WLAN覆盖范围边缘移动，则移动节点链路层向上层发送Link_going_down信号，触发FMIPv6快速绑定更新(FBU)及隧道建立信令过程(HI及HAck)。

当收到绑定更新确认(FBack)，移动节点检测防抖动缓存，如果缓存中数据量满足要求，则立刻强制链路层切换发生。

如果缓存中数据量不足，则继续检测防抖动缓存，若在等待过程中，收到来自链路层的Link_down信号，表明链路层连接已经断开，切换发生。

附图说明

下面参照附图并结合实施例来进一步描述本发明。其中：

图1和图2分别给出视频流业务在WLAN和3G网络间切换的信令过程及移动节点端的流程图。

图3给出Link_going_down的预测判决过程。

具体实施方式

下面结合图1详细描述视频流业务在全IP网络中WLAN和3G网络间FMIPv6切换过程。本发明中的所有链路层触发都属于本地触发，即由本地链路层向本地网络层发送触发信号。

视频流业务优先选择宽带高速网络传输，在图1中即为WLAN网络，但是WLAN网络覆盖范围有限，当移动节点移出所连接的WLAN网络，并且没有可供接入的其他WLAN网络时，需要切换到覆盖范围广泛的网络以保持通信的连续性，图1以3G网络为例，认为广域网络是处处可接入的。

具体步骤如下：

移动节点链路层每300ms检测一次链路层信息。如：WLAN网卡检测当前及相邻WLAN网络的RSS，3G网卡检测3G网络的RSS。

图中移动节点没有检测到相邻WLAN网络的信号，并且当前WLAN网络的RSS低于特定的门限，网络层在没有收到Better_Signal_Quality_AP_Available触发的情况下，直接收到原WLAN的Link_Quality_Cross_Threshold，表明移动节点可能处于网络边缘或信号较弱的区域，且没有可切换的其它WLAN网络，有可能需要切换到3G网络中。

当移动节点网络层收到Link_Quality_Cross_Threshold触发后，向当前WLAN接入点交互路由器请求代理消息(RtSolPr)及代理路由器通告消息(PrRtAdv)以获得地址信息。

同时链路层发送Link_Quality_Cross_Threshold后，认为切换的可能性增大，需要频繁检测网络变化，每100ms检测一次链路层信息。当检测结果满足Link_going_down判决算法时，向网络层发送Link_going_down触发。进一步表明移动节点将要发生切换。

网络层收到Link_going_down触发后，发送快速绑定更新消息，当前WLAN网络接入点与3G网络接入点(NodeB)交互切换发起及确认消息(HI及Hack)，建立二者间的隧道，并且向移动节点发送快速绑定确认消息(FBack)。

移动节点收到绑定确认消息后，检测防抖动缓存的数据量。防抖动缓存的空满程度定义如下：

B_full＝max{T_delay，T_accept}

其中，防抖动缓存数据播放时间大于B_full值时，表示“满”，T_delay表示链路层切换时延，即移动节点与原网络断开连接，到与新网络建立连接的时间跨度，T_accept表示业务能够容忍的时延，例如语音业务一般为50ms，视频流业务为250ms，交互式视频业务为150ms等。

如果检测到防抖动缓存“满”，并且由于存在前述的多次触发，可以认为切换发生的概率很大，则立刻发送Link_down信号，强迫链路层切换提前发生，这种情况下，根据上文的定义，则不会产生用户感知的时延；当检测到缓存空，则等待一定时间后再次检测缓存，如果在此期间网络层收到来自链路层的Link_down信号，表明链路层切换不得不开始，则此时可能产生时延。

链路层切换完成之后，Link_up信号表明此时网络层可以使用链路层通信，移动节点向新的接入点发送快速邻居通告消息(FNA)，与新的网络进行通信。

图2为移动节点端FMIPv6切换触发判决过程。如图所示，通过是否接收到Better_Signal_Quality_AP_Available信号判断切换到何种网络。若切换到3G网络，则当原WLAN的RSS低于门限时触发地址准备；若切换到新的WLAN网络，则当新WLAN的RSS高于特定门限时触发地址准备。并且，不同网络的链路层切换时延不同，因此防抖动缓存的判决标准不同。

结合图3描述Link_going_down信号的判决算法。根据IEEE802.21的定义，包括两种类型的触发信号：事件型和预测型。Link_going_down属于预测型信号，需要给出可信度和触发有效时间参数。移动节点通过测量RSS变化趋势，判决移动节点的运动方向，进一步判断切换发生的可能性。由于衰落的存在，不能仅通过接收到的单个信号判别信号变化趋势，因此需要通过多个信号的均值进行判断。判决机制如图3所示，具体步骤如下：

当移动节点发出Link_Quality_Cross_Threshold后，每100ms检测一次当前网络RSS，接收到第一个信号时，将该值缓存在图3中的缓存器中；

检测到第二个信号后，求出第一、二个信号的均值，进而与第一个信号比较；

当接收第k个信号后，与前k-1个信号的均值求出均值，并且该k个信号的均值与前k-1个信号的均值比较，输出端记录下来每次比较的结果，可以得出变化趋势。

为了降低测量抖动，定义连续接收n个变化趋势相同的信号时，才能判定网络信号的变化趋势。

当连续收到n个上升趋势的信号，认为移动节点正在向接近接入点的方向移动，此时不需要切换到其他网络或子网，因此保持原有连接；

当连续收到n个下降趋势的信号，认为移动节点正在向原理接入点的方向移动，在即将到来的的时刻，移动节点可能需要切换到其他网络或子网，因此可以发出Link_going_down触发信号；

其他情况下，例如：连续接到小于n个下降的信号后，开始接收到上升信号，或者信号基本不变，则认为移动节点移出网络的可能性比较小，暂时不需触发网络层切换。

n的取值可以根据移动节点的速度决定。速度越大，取值越小，速度越小，取值越大，以避免低速情况时触发过早。

表1给出图3中比较判决输出结果。

表1

Claims (13)

1.一种用于异构IP网络的快速切换触发方法，包括步骤：

(1)传输视频流的移动节点检测当前服务网络信号的接收信号强度RSS，在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时，移动节点触发移动IPv6快速切换FMIPv6的地址分配；

(2)移动节点频繁检测当前服务网络的接收信号强度，判断其与基站之间的相互位置关系；

(3)在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时，移动节点触发FMIPv6的快速绑定更新和隧道建立信令过程；

(4)在接收到绑定更新确认时，移动节点检测防抖动缓存，在缓存中的数据量满足要求时，移动节点切换到另一网络。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)还包括步骤：

在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时，移动节点的链路层向其网络层发送连接质量超越门限Link_Quality_Cross_Threshold信号，触发FMIPv6的地址分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)还包括步骤：

移动节点链路层频繁检测当前服务网络的接收信号强度，通过计算和比较每次得到的检测值均值，判断其与基站之间的相互位置关系。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)还包括步骤：

在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时，则移动节点链路层向网络层发送连接质量渐劣Link_going_down信号，触发FMIPv6快速绑定更新及隧道建立信令过程。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)还包括步骤：

在移动节点检测出缓存中的数据量不足时，继续检测防抖动缓存，如果在等待过程中，接收到来自链路层的连接断开Link_down信号，表明链路层连接已经断开，则切换到另一网络。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述当前服务网络是无线局域网WLAN网络，所述另一网络是第三代3G网络。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)还包括步骤：

在与所述当前服务网络相邻的WLAN网络可接入，并且所述相邻WLAN网络的接收信号强度超过预定的门限时，移动节点的链路层向其网络层发送具有更好信号质量的接入点可用Better_Signal_Quality_AP_Available，表明存在可接入的WLAN网络；

如果移动节点网络层从未接收到Better_Signal_Quality_AP_Available信号，表明相邻区域没有可以接入的WLAN网络。

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(1)还包括步骤：

在移动节点的当前服务网络是WLAN网络，并且无相邻可接入的WLAN网络时，通过检测当前WLAN网络的接收信号强度是否低于预定的门限，决定发送原WLAN Link_Quality_Cross_Threshold，以触发网络层切换地址分配；

当存在可接入的相邻WLAN网络时，通过检测相邻WLAN网络的接收信号强度是否高于预定的门限，决定发送新WLANLink_Quality_Cross_Threshold，以触发网络层切换地址分配。

9.根据权利要求2所述的方法，其中在移动节点发出Link_Quality_Cross_Threshold后，更加频繁检测当前网络RSS，将检测间隔缩短到触发前的检测间隔的

m取3～5。

10.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤：

移动节点接收到当前服务网络的第一个接收信号强度值时，将所述值缓存在缓存器中；

移动节点接收到当前服务网络的第二个接收信号强度值时，求出第一、二个接收信号强度值的均值，进而与缓存中的第一个接收信号强度值比较；

当接收第k个接收信号强度值后，与前k-1个接收信号强度值的均值求出均值，并且所述k个接收信号强度值的均值与缓存中前k-1个接收信号强度值的均值比较，输出端记录下来每次比较的结果，得出移动节点与基站的相互位置关系。

11.根据权利要求10所述的方法，其中

当连续收到n个上升趋势的接收信号强度值，表明移动节点正在向接近基站的方向移动，此时不需要切换到其他网络或子网，保持原有连接；

当连续收到n个下降趋势的接收信号强度值，表明移动节点正在向远离基站的方向移动，在即将到来的的时刻，移动节点需要切换到其他网络或子网，并且发出Link_going_down触发接收信号强度值；

在连续接到小于n个下降的接收信号强度值后，开始接收到上升接收信号强度值，或者接收信号强度值基本不变，则表明移动节点暂时不需触发网络层切换；

其中n的取值根据移动节点的速度决定，移动节点的速度越大，取值越小，移动节点的速度越小，取值越大。

12.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(4)中，移动节点检测防抖动缓存根据以下公式执行：

B_full＝max{T_delay，T_accept}

其中，防抖动缓存数据的播放时间大于B_full值时，表示缓存中的数据量满足要求，T_delay表示链路层切换时延，即从移动节点与当前服务网络断开连接到与新网络建立连接的时间，T_accept表示业务能够容忍的时延。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在检测出缓存中的数据量满足要求，并且移动节点多次触发切换时，立刻发送Link_down信号，强迫链路层切换提前发生；

在检测出缓存中的数据量不能满足要求时，等待一定时间后再次检测缓存，如果在此期间网络层收到来自链路层的Link_down信号，则执行链路层切换。

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