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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kommunikationssystem
des Typs, der ein erstes Netzwerk und einen mobilen Knoten umfasst,
wobei der mobile Knoten in Bezug auf das erste Netzwerk mobil ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Vermittlung
zwischen einem ersten Zugangspunkt und einem zweiten Zugangspunkt
des ersten Netzwerks und ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf
eine Internetumgebung anwendbar.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Internet umfasst eine große
Zahl miteinander verbundener Kommunikationsnetzwerke. In topologischer
Hinsicht umfasst das Internet eine große Anzahl an Knoten, die miteinander
kommunizieren können.
Manchmal ist es wünschenswert,
dass sich ein mobiler Knoten mit dem Internet verbin det, um mit Knoten
im Internet zu kommunizieren. Ein Knoten, mit dem der mobile Knoten
kommuniziert, ist als korrespondierender Knoten (CN, Correspondent
Node) bekannt. In der Praxis hat der mobile Knoten eine Reihe korrespondierender
Knoten. Der mobile Knoten kann sich in jedem einer Reihe von Transportmitteln
befinden, beispielsweise in einem Zug, einem Boot, einem Flugzeug,
einem Auto. Alternativ kann der mobile Knoten einem sich bewegenden
Menschen entsprechen, beispielsweise einem Personal Area Network.
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Wie
durch das Wort „mobil" angedeutet, ist der
mobile Knoten nicht auf einen einzigen topologischen Anschlusspunkt
an das Internet beschränkt. Vielmehr
kann sich der mobile Knoten zwischen mehreren topologischen Anschlusspunkten
an das Internet bewegen und sich mit ihnen verbinden. Der mobile
Knoten ist durch eine Heimatadresse identifiziert, wobei die Heimatadresse
einer Internetprotokolladresse (IP-Adresse) an einem Home Link entspricht.
Der Home Link ist eine Kommunikationsverbindung zu einem als Home
Agent bezeichneten Router, wobei der Home Link einem ursprünglichen topologischen
Anschlusspunkt an das Internet entspricht. Ein Link mit einem Router,
der sich an einem anderen als dem ursprünglichen topologischen Anschlusspunkt
befindet, wird als Foreign Link bezeichnet.
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Wenn
sich der mobile Knoten vom ursprünglichen
topologischen Anschlusspunkt an das Internet zu einem Foreign Link
bewegt, bestimmt einer von mehreren Routern auf dem Foreign Link
eine Care-of-Adresse des mobilen Knotens. Die Care-of-Adresse ist
eine IP-Adresse, die den aktuellen Anschlusspunkt des mobilen Knotens
an das Internet identifiziert.
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Anschließende Bewegungen
des mobilen Knotens zu anderen Foreign Links führen zur Zuweisung entsprechender
neuer Care-of-Adressen. Die Care-of-Adresse wird beim Home Agent
angemeldet. Um eine durchgehende Verbindung zwischen einem korrespondierenden
Knoten und dem mobilen Knoten zu gewährleisten, ist ein Mobility
Management erforderlich.
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Das
Mobile-IPv4-Protokoll, das Mobile-IPv4-Protokoll mit Leitwegoptimierung
und das Mobile-IPv6-Protokoll, die von der Mobile-IP-Arbeitsgruppe
der Internet Engineering Task Force (IETF) entwickelt wurden, wurden
zur Verwaltung der Mobilität
des mobilen Knotens entwickelt.
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Um
die Leitwege zwischen den korrespondierenden Knoten und dem mobilen
Knoten zu optimieren, ist es erforderlich, den korrespondierenden Knoten
des mobilen Knotens die Care-of-Adresse des
mobilen Knotens zu übermitteln.
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Beim
Mobile-IPv4-Protokoll haben die korrespondierenden Knoten keine
Kenntnis von der Care-of-Adresse des mobilen Knotens. Folglich wird
der gesamte für
den mobilen Knoten bestimmte Verkehr über den Home Agent geleitet,
wobei der Home Agent den für
den mobilen Knoten bestimmten Verkehr unter Verwendung der Care-of-Adresse,
die der IP-Adresse
des Routers auf dem als Foreign Agent bezeichneten Foreign Link
entspricht, im Mobgile-IPv4 Protokoll zum gegenwärtigen topologischen Anschlusspunkt
des mobilen Knotens an das Foreign Network umleitet. Bei dem Mobile-IPv4-Protokoll mit Leitwegoptimierung
wird die Care-of-Adresse des mobilen Knotens vom Home Agent an alle
korrespondierenden Knoten des mobilen Knotens gesendet, wodurch
sichergestellt wird, dass der gesamte für den mobilen Knoten bestimmte
Verkehr auf einem optimalen Weg zwischen den kor respondierenden Knoten
und dem mobilen Knoten gesendet wird.
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Anstelle
einer Übermittlung
der Care-of-Adresse an die korrespondierenden Knoten des mobilen
Knotens durch den Home Agent erfordert das Mobile-IPv6-Protokoll
eine Übermittlung
der Care-of-Adresse des mobilen Knotens an die korrespondierenden
Knoten des mobilen Knotens durch den mobilen Knoten selbst, wodurch
wiederum sichergestellt wird, dass der gesamte für den mobilen Knoten bestimmte
Verkehr auf dem optimalen Weg zwischen den korrespondierenden Knoten
und dem mobilen Knoten gesendet wird.
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Bei
Mobile-IPv4 mit Leitwegoptimierung und bei Mobile-IPv6 wird die Care-of-Adresse
mittels einer als „Binding-Update" (BU) bezeichneten
Nachricht an die korrespondierenden Knoten des mobilen Knotens übermittelt.
Beim Mobile-IPv4-Protokoll
mit Leitwegoptimierung und beim Mobile-IPv6-Protokoll müssen periodisch BUs an jeden
korrespondierenden Knoten des mobilen Knotens gesendet werden. Ein
solches System ist aus
Wo. 99/56445 bekannt.
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Das
Mobile-IPv4-Protokoll ist infolge der dreieckigen Struktur des Leitwegs,
den sämtliche
für den
mobilen Knoten bestimmten Daten nehmen, wenn der mobile Knoten mit
einem Foreign Link verbunden ist, im Hinblick auf die Weiterleitung
eindeutig ineffizient. Das Mobile-IPv4 Protokoll mit Leitwegoptimierung
und das Mobile-IPv6-Protokoll sind zwar im Hinblick auf die Weiterleitung
ausreichend effizient, beginnen jedoch im Hinblick auf Nachrichtenübermittlungskosten
und Bandbreitennutzung ineffizient zu werden, wenn die Anzahl der
korrespondierenden Knoten der mobilen Knoten groß wird. Wenn die Anzahl der
korrespondierenden Knoten anwächst,
erhöht
sich dementsprechend die Anzahl an BUs.
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Daher
besteht bei einer großen
Anzahl an korrespondierenden Knoten des mobilen Knotens die Gefahr,
das Internet mit Signalgabenachrichten zu überladen, d. h. einer „Binding
Update-Explosion".
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Hinzu
kommt, dass die oben beschriebenen Protokolle weder große mobile
Netzwerke besonders unterstützen
noch mobile Netzwerke überhaupt
besonders unterstützen.
Ein mobiles Netzwerk ist eine Anzahl von miteinander verbundenen
Knoten, die sich gemeinsam in Bezug auf ein festes Netzwerk, z. B.
das Internet, bewegen. Im Mobile-IPv4-Protokoll mit Leitwegoptimierung
und im Mobile-IPv6-Protokoll wird die Unterstützung mobiler Netzwerke nicht
erwähnt.
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Eine
Möglichkeit,
die oben erwähnten
Protokolle zur Unterstützung
mobiler Netzwerke zu nutzen ist, das mobile Netzwerk als mobilen
Router zu betrachten, der mit mehreren Knoten gekoppelt ist. Da der
mobile Router ein Beispiel für
einen mobilen Knoten ist, kann der mobile Router eine Care-of-Adresse zur Anmeldung
beim Home Agent erhalten. Da das mobile Netzwerk jedoch Hunderte
von Knoten enthalten kann, von denen jeder mehrere korrespondierende
Knoten hat, ist die Anzahl von BUs, die gesendet werden müssen, beträchtlich
und wächst
mit dem Wachstum des mobilen Netzwerks. Wenn die Anzahl der Knoten,
die das mobile Netzwerk bilden, zu groß wird, kann die Zahl der gesendeten
BUs wiederum das Netzwerk mit Signalgabenachrichten überladen.
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Ebenso
ist im Zusammenhang mit mobilen Netzwerken beim Mobile-IPv4-Protokoll
mit Leitwegoptimierung und beim Mobile-IPv6-Protokoll nicht klar,
ob die BUs von den das mobile Netzwerk oder den mobilen Router bildenden
Knoten gesendet werden, womit zusätzlich die Tatsache belegt
wird, dass die oben erwähnten
Protokolle nicht zur Unterstützung
mobiler Netzwerke ausgelegt sind. Das Senden von BUs durch die das
mobile Netzwerk bildenden Knoten erfordert zusätzliche Mechanismen zur Verbreitung
der Care-of-Adresse, die von dem an das mobile Netzwerk gekoppelten
mobilen Router empfangen wird. Ebenso ergeben sich Authentifizierungsprobleme
an den korrespondierenden Knoten, wenn die BUs durch den mobilen
Router übertragen werden.
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Zusammenfassend
ist das Mobile-IPv4-Protokoll in Hinblick auf die Nutzung der Bandbreite
ineffizient, da die Daten nicht auf einem optimalen Weg zwischen
dem korrespondierenden Knoten und dem mobilen Knoten weitergeleitet
werden. Das Mobile-IPv4-Protokoll mit Leitwegoptimierung und das Mobile-IPv6-Protokoll
unterstützen
zwar eine optimale Weiterleitung, indem sie die den aktuellen topologischen
Anschlusspunkt des mobilen Knotens an das Internet identifizierende
IP-Adresse zur Verfügung stellen,
aber sie bewähren
sich nicht, wenn die Anzahl der korrespondierenden Knoten hoch ist und/oder
der mobile Knoten mit einem mobilen Netzwerk korrespondiert, das
von einer großen
Anzahl an Knoten gebildet wird.
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Durch
die vorliegende Erfindung sollen ein verbessertes System und ein
verbessertes Verfahren zur Unterstützung mobiler Knoten und mobiler
Netzwerke in einer IP-Umgebung geschaffen werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem
geschaffen, das einen mobilen Knoten umfasst, der geeignet ist zur
Mobilität
bezüglich
eines ersten Netzwerkes, das eine Vielzahl von korrespon dierenden Knoten
(104), einen ersten Schnittstellenknoten (108)
und einen zweiten Schnittstellenknoten aufweist, wobei die Vielzahl
von korrespondierenden Knoten dazu geeignet ist, Daten zu den mobilen
Knoten über
den ersten Schnittstellenknoten zu senden, und der mobile Knoten
dazu geeignet ist, sich von einem ersten Standort, der mit dem ersten
Schnittstellenknoten des ersten Netzwerks verknüpft ist, zu einem zweiten Standort
zu bewegen, der mit dem zweiten Schnittstellenknoten des ersten
Netzwerks verknüpft
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System betriebsfähig ist,
ein Mulitcast-Routing von Daten zu verwenden, wenn der mobile Knoten
sich vom ersten Standort zum zweiten Standort bewegt, wobei der mobile
Knoten betriebsfähig
ist, an eine Multicast-Adresse Binding-Update-Informationen zu übergeben,
die vom mobilen Knoten generiert wurden und sich auf eine Weiterleitungsadresse
für den
mobilen Knoten beziehen, die dem mobilen Knoten von dem zweiten
Schnittstellenknoten zur Verfügung
gestellt wird, und wobei das System eine Multicast-Diensteinheit
umfasst, die betriebsfähig
ist, die Binding-Update-Information durch ein Mulicast-Routing an
korrespondierende Knoten zu übergeben,
die der Multicast-Gruppe
beigetreten sind, die durch die Multicast-Adresse gekennzeichnet
ist.
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In
einer Form des Systems gemäß dem ersten
Aspekt ist der mobile Knoten ein mobiles Netzwerk-Gateway, das mit
einer Vielzahl von mobilen Netzwerkknoten verbunden ist und betriebsfähig ist, Datagramme
weiterzuleiten, die an einen der mobilen Netzwerkknoten adressiert
sind, indem es eine in dem Datagramm enthaltene Adresse des mobilen Knotens
umschaltet zu einer Care-of-Adresse für den mobilen Netzwerkknoten.
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Das
System gemäß dem ersten
Aspekt kann betriebsfähig
sein, für
den mobilen Knoten zumindest eine Multicast-Gruppe einzurichten, die eine Mehrzahl
von korrespondierenden Knoten umfasst, indem es eine Multicast-Adresse
für die
Gruppe von einer Mulicast-Registrierungsinstanz bezieht. Der erste Schnittstellenknoten
kann ebenfalls ein Mitglied der Multicast-Gruppe sein und, wenn
der mobile Knoten ein mobiles Netzwerk-Gateway ist, betriebsfähig sein,
als Antwort auf das Empfangen von Update-Daten, die das mobile Netzwerk-Gateway
betreffen, Daten, die für
irgendeinen der mobilen Netzwerkknoten bestimmt sind, zu dem zweiten
Schnittstellenknoten umzuleiten. Der mobile Knoten kann betriebsfähig sein,
die Binding-Updates unter Verwendung der Multicast-Adresse an die
Multicast-Gruppe zu senden.
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Das
System gemäß dem ersten
Aspekt umfasst eine Multicast-Diensteinheit, die betriebsfähig ist,
die vom mobilen Knoten gesendeten Binding Updates an die Multicast-Gruppe
zu verteilen. Die korrespondierenden Knoten der Multicast-Gruppe können betriebsfähig sein,
bei Empfang eines Binding-Updates wahlweise nach Authentifizierung
eines Absenders des Updates eine Bindung zwischen der Update-Information
und einer Adresse für
den mobilen Knoten hinzuzufügen,
die in einem Binding-Cache vorgehalten wird.
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Das
System gemäß dem ersten
Aspekt gemäß kann betriebsfähig sein,
einem korrespondierenden Knoten zu ermöglichen, die Multicast-Gruppe zu
verlassen, nachdem es mit dem mobilen Knoten kommuniziert hat.
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Das
System gemäß einem
ersten Aspekt kann einen Domain-Name-Server umfassen, der betriebsfähig ist,
die Multicast-Adresse als mit dem mobilen Knoten verknüpft zu re gistrieren,
und betriebsfähig
ist, die Multicast-Adresse einem korrespondierenden Knoten zur Verfügung zu
stellen, der eine Heimatadresse des mobilen Knotens anfordert. Der korrespondierende
Knoten, der die Multicast-Adresse von dem Domain-Name-Server empfängt, kann betriebsfähig sein,
sich der Multicast-Gruppe anzuschließen, die die Multicast-Adresse verwendet.
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Vorzugsweise
baut der Multicast-Service, der unter Verwendung der Multicast-Gruppe
bereitgestellt wird, einen Kommunikationsbaum zwischen dem mobilen
Knoten und der Anzahl der Vielzahl von korrespondierenden Knoten
in der Multicast-Gruppe auf, wobei eine einzelne Kopie der Updating-Daten auf jedem Zweig
des Kommunikationsbaums gesendet wird.
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Vorzugsweise
baut die Multicast-Diensteinheit einen Kommunikationsbaum zwischen
einem Knoten im ersten Netzwek und der Anzahl der Vielzahl von korrespondierenden
Knoten in der Multicast-Gruppe auf, wobei eine einzelne Kopie der
Updating-Daten auf jedem Zweig des Kommunikationsbaums gesendet
wird. Der Knoten im ersten Netzwek kann der erste Schnittstellenknoten
sein.
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Vorzugsweise
ist der mobile Knoten ein mobiler Schnittstellenknoten, der mit
einer Vielzahl von mobilen Netzwerkknoten verbunden ist, um ein
mobiles Netzwerk zu bilden, das zur Mobilität bezüglich eines ersten Netzwerks
geeignet ist, wobei die Vielzahl korrespondierender Knoten geeignet
ist, über
den mobilen Schnittstellenknoten und den ersten Schnittstellenknoten
des ersten Netzwerks Daten mit zumindest einem der Vielzahl von
mobilen Netzwerkknoten auszutauschen.
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Bevorzugter
ist die Vielzahl von korrespondierenden Knoten geeignet, als Antwort
auf die Bewegung des mobilen Netzwerks vom ersten Standort zum zweiten
Standort Daten mit zumindest einem von der Vielzahl der mobilen
Netzwerkknoten über den
mobilen Schnittstellenknoten und den zweiten Schnittstellenknoten
anstelle des ersten Schnittstellenknotens des ersten Netzwerks auszutauschen.
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Vorzugsweise
ist zumindest einer aus der Vielzahl von korrespondierenden Knoten
so ausgebaut, dass er Daten, die eine einem Netzwerkprefix des mobilen
Schnittstellenknotens entsprechende IP-Zieladresse tragen, die in
den Updating-Daten enthalten
ist, an den mobilen Schnittstellenknoten überträgt.
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Vorzugsweise
ist zumindest einer aus der Vielzahl von korrespondierenden Knoten
so aufgebaut, dass er Daten, die die Zieladresse enthalten, die
das Netzwerkprefix des mobilen Netzwerks trägt, an den zweiten Schnittstellenknoten
sendet.
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Vorzugsweise
umfassen die Updating-Daten eine Weiterleitungsadresse für Daten.
Bevorzugter ist die Weiterleitungsadresse eine Care-of-Addresse. Vorzugsweise
wird die Weiterleitungsadresse in Form eines Binding Update gesendet.
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Vorzugsweise
ist der erste Schnittstellenknoten so aufgebaut, dass er die Updating-Daten
empfängt
und als Antwort auf die Updating-Daten die für einen von der Vielzahl von
mobilen Netzwerkknoten bestimmten Daten an den zweiten Schnittstellenknoten
umleitet.
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Vorzugsweise
umfasst das erste Netzwerk einen Domain-Name-Server (DNS), der so aufgebaut ist,
dass er eine Adresse von zumindest einem der mobilen Netzwerkknoten
und eine Adresse der Multicast-Gruppe speichert, die zumindest einem
von der Vielzahl von mobilen Netzwerkknoten entspricht.
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Vorzugsweise
ist der mobile Schnittstellenknoten so aufgebaut, dass er eine permanente
Multicast-Adresse erhält.
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Vorzugsweise
ist der mobile Schnittstellenknoten so aufgebaut, dass er die permanente
Multicast-Adresse bei dem DNS registriert.
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Vorzugsweise
haben im Wesentlichen alle von der Vielzahl der mobilen Netzwerkknoten
ein im Wesentlichen identisches Netzwerkprefix.
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Vorzugsweise
empfängt
die Registrierungseinheit die Updating-Daten vom Multicast-Service
als Antwort auf eine Bewegung des mobilen Knotens von einem ersten
Standort zu einem zweiten Standort.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsverfahren
in einem Kommunikationssystem geschaffen, das einen mobilen Knoten
umfasst, der geeignet ist zur Mobilität bezüglich eines ersten Netzwerkes,
und das eine Vielzahl von korrespondierenden Knoten aufweist, die geeignet
sind, Daten zu dem mobilen Knoten zu senden, wobei der mobile Knoten
sich von einem ersten Standort, der mit einem ersten Schnittstellenknoten des
ersten Netzwerks verknüpft
ist, zu einem zweiten Standort bewegt, der mit einem zweiten Schnittstellenknoten
des ersten Netzwerks verknüpft
ist, und in Folge der mobile Knoten von dem zweiten Schnittstellenknoten
eine Weiterleitungsadresse für
den mobilen Knoten empfängt,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Multicast-Routing
von Daten in dem System benutzt wird, wobei der mobile Knoten an
eine Multicast-Adresse vom mobilen Knoten generierte Binding-Update-Information übergibt, die
sich auf die Weiterleitungsadresse für den mobilen Knoten beziehen,
die dem mobilen Knoten von dem zweiten Schnittstellenknoten zur
Verfügung
gestellt wird, und wobei eine Multicast-Diensteinheit des Systems
die Binding-Update-Information durch ein Multicast-Routing an korrespondierende
Knoten übergibt,
die der Multicast-Gruppe angehören,
die durch die Multicast-Adresse gekennzeichnet ist.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
ein Kommunikationssystem zu schaffen, das durchgehende Konnektivität zu einem
mobilen Knoten gewährleistet und
gleichzeitig geeignet ist, den Datenverkehr auf einem optimalen
Weg zu übertragen
und eine Überladung
des ersten Netzwerks durch Signale zu minimieren. Die vorliegende
Erfindung überwindet
auch das Problem der Authentifizierung von Binding-Updates, das
mit bekannten vorgeschlagenen Lösungen
zur Unterstützung
mobiler Netzwerke einhergeht. Daher sind gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll die korrespondierenden
Knoten auf diese Weise in der Lage, die BUs zu authentifizieren,
die vom mobilen Router übertragen
werden, und den Verkehr unter Verwendung der vom BU erhaltenen Care-of-Adresse
an mobile Netzwerkknoten zu senden.
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Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
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Zumindest
eine Ausführungsform
der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Kommunikationssystems, das eine erste
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 ein
Ablaufdiagramm der Funktionsweise des Systems gemäß 1;
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3 ein
schematisches Diagramm einer Updating-Funktion, die von der Vorrichtung gemäß 1 angewendet
wird;
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4 ein
schematisches Diagramm eines zweiten Systems, das eine zweite Ausführungsform der
Erfindung darstellt.
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5 ein
Ablaufdiagramm der Funktionsweise des Systems gemäß 4;
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6 ein
schematisches Diagramm einer Updating-Funktion, die von der Vorrichtung gemäß 4 angewendet
wird. Und
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7 ein
schematisches Diagramm eines Routers zur Verwendung in einem Knoten
in den System gemäß den 1 und 4.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Die
folgenden Beispiele umfassen verschiedene Schritte, die im Folgenden
beschrieben werden. Die Schritte gemäß den Beispielen können von Hardware-Komponenten
ausgeführt
werden oder durch maschinell ausführbare Befehle verkörpert sein,
beispielsweise durch ein Betriebssystem, das dazu verwendet werden
kann, einen Prozessor für allgemeine
oder besondere Zwecke oder eine logische Schaltung, die mit den
Instruktionen programmiert sind, dazu zu veranlassen, die Schritte
auszuführen.
Alternativ können
die Schritte von einer Kombination aus Hardware und Software ausgeführt werden.
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Software-Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
können
in jeder herkömmlichen
Computerprogrammiersprache implementiert werden. Bevorzugte Ausführungsformen
können
beispielsweise in einer verfahrensorientierten Programmiersprache (beispielsweise „C") oder in einer objektorientierten Programmiersprache
(beispielsweise „C+
+") realisiert werden.
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Alternative
Ausführungsformen
der Erfindung können
als Computerprogrammprodukt zur Verwendung mit einem Computersystem
implementiert werden. Solche Implementierungen können eine Folge von Computerbefehlen
umfassen, die entweder auf einem materiellen Medium, wie einem computerlesbaren
Medium (beispielsweise einer Diskette, CD-Rom, ROM oder Festplatte)
oder in einem Computer-Datensignal fixiert sind, das in Form einer Trägerwelle
ausgeführt
ist, die über
ein Modem oder eine andere Schnittstellenvorrichtung, wie einen über ein
Medium mit einem Netzwerk verbundenen Kommunikationsadapter an ein
Computersystem übertragbar
ist. Das Medium kann entweder ein physisches Medium (beispielsweise
optische oder analoge Kommunikationsleitungen) oder ein mit drahtlosen
Techniken implementiertes Medium (beispielsweise Mikrowellen-, Infrarot-
oder andere Übertragungstechniken)
sein. Die Folge von Computerbefehlen stellt in Bezug auf das System
die gesamte hier vorstehend beschriebene Funktionalität oder einen
Teil derselben dar. Fachleuten ist bekannt, dass derartige Computerbefehle
in einer Reihe von Programmiersprachen zur Verwendung mit vielen
Computerarchitekturen oder Betriebssysteme geschrieben werden können. Ferner
können
derartige Befehle auf allen Speichervorrichtungen, wie Halbleiter-, magnetischen,
optischen oder anderen Speichervorrichtungen gespeichert werden
und unter Verwendung beliebiger Kommunikationstechniken, wie optischen,
Infrarot-, Mikrowellen- oder sonstigen Übertragungstechniken übertragen
werden. Es ist zu erwarten, dass ein derartiges Computerprogrammprodukt
als mit einem Computersystem vorgeladenes, entfernbares Medium (beispielsweise
auf einem systemeigenen ROM oder einer Festplatte) mit begleitender
gedruckter oder elektronischer Dokumentation (beispielsweise als
eingeschweißte
Software) oder von einem Server oder einem elektronischen schwarzen
Brett über
das Netz (beispielsweise über das
Internet oder das World Wide Web) vertrieben werden kann.
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In
der gesamten Beschreibung werden übereinstimmende Teile durch
identische Bezugszeichen bezeichnet. Die folgenden Beispiele stellen
Modifikationen des vorstehend beschriebenen Mobile-IPv6-Protokolls
dar.
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Gemäß 1 umfasst
ein Kommunikationssystem 100 einen ersten Satz miteinander
verknüpfter,
fester Paketvermittlungsnetze 102, beispielsweise das Internet,
die über
eine IP-Netzstruktur verfügen.
Der feste Satz von Netzwerken 102 umfasst auch eine Vielzahl
von korrespondierenden Knoten 104, die geeignet sind, über einen
Home-Router, beispielsweise einem Home Gateway (HG) 108,
der sich an einem Home Link an einem ersten Standort befindet und
einen ursprünglichen
topologischen Anschlusspunkt an den festen Satz von Netzwerken (102)
darstellt, mit einem mobilen Knoten (MN) 106 zu kommunizieren.
Jeder der Vielzahl von korrespondierenden Knoten 104 um
fasst ein Binding Cache zum Speichern der Beziehungen zwischen IP-Adressen.
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Der
Home-Router (7) umfasst eine Prozessor-Einheit 700,
die mit einem Datenspeicher, beispielsweise einem flüchtigen
Speicher 702 und einer Sende-/Empfangseinheit 704 zum
Empfangen von Daten verbunden ist. In ähnlicher Weise umfassen jeder
korrespondierende Knoten und der mobile Knoten 106 funktional ähnliche
Strukturelemente wie den Home-Router.
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Der
mobile Knoten 106 wird durchgehend durch eine Heimatadresse
identifiziert, d. h. eine dauerhafte Identifikation, die dem ursprünglichen
topologischen Anschlusspunkt an den festen Satz von Netzwerken 102 entspricht.
Der feste Satz von Netzwerken 102 umfasst auch einen Foreign
Router, beispielsweise ein Foreign Gateway (FG) bzw. einen Fremdnetzübergang 110,
das bzw. der sich an einem zweiten, vom ersten Standort entfernten
Standort befindet und einen zweiten topologischen Anschlusspunkt
an den festen Satz von Netzwerken 102 bildet. Obwohl bei
diesem Beispiel ein einzelnes Foreign Gateway beschrieben wurde,
sollte beachtet werden, dass der feste Satz von Netzwerken 102 mehr
als ein Foreign Gateway 110 umfassen kann.
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Der
erste und/oder der zweite topologische Anschlusspunkt sind nicht
darauf beschränkt,
dass eine physische Verbindung oder ein Link zur Verfügung gestellt
wird, und schließt
jede bekannte, verfügbare
Verbindungsform ein, beispielsweise eine drahtlose Kommunikationsverbindung,
wie eine Hochfrequenz-Verbindung (HF-Verbindung).
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Der
feste Satz von Netzwerken 102 umfasst eine Multicast-Diensteinheit 105 zur
Bereitstellung eines zugrundeliegenden Multicast-Mechanismus gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll. Die Multicast-Diensteinheit 105 umfasst
eine Multicast-Registrierinstanz zur Zuweisung von Multicast- Adressen. Zusätzlich umfasst
die Multicast-Diensteinheit eine Multicast-Managementeinheit zum
Verwalten des Beitritts zu einer Multicast-Gruppe und zum Aufbau
eines Multicast-Verteilerbaumes. Die Multicast-Gruppe umfasst eine
Anzahl der mehreren korrespondierenden Knoten 104. Der
feste Satz von Netzwerken 102 umfasst auch ein Domain-Name-System (DNS) zur Aufzeichnung
von Verknüpfungen
zwischen Domain-Names, IP-Adressen und Multicast-Adressen.
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Der
Mobile Knoten 106 umfasst die meisten der vorhandenen,
mobile Knoten betreffenden Operationen des Mobile-IPv6-Protokolls.
Der mobile Knoten 106 ist jedoch geeignet, die Multicast
Adresse der Multicast-Gruppe zu erlangen und die Multicast-Adresse
bei dem DNS anzumelden. Im Gegensatz zu den dem Standard entsprechenden
mobilen Knoten, die gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll
arbeiten, hält
der mobile Knoten 106 keine Liste der Vielzahl von korrespondierenden
Knoten 104.
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Beim
Betrieb (2) befindet sich der mobile
Knoten 106 anfänglich
am ersten Standort und kann mit mindestens einem der mehreren korrespondierenden
Knoten 104 kommunizieren, beispielsweise durch den Austausch
von Daten in Form von Datenpaketen.
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Beim
Einrichten des mobilen Knotens 106, beispielsweise vor
dem Standortwechsel des mobilen Knotens 106, erhält der mobile
Knoten eine Multicast-Adresse von der Multicast-Registrierinstanz (Schritt 200).
Die Multicast-Adresse ist permanent mit dem Mobilen Knoten 106 assoziiert
und im DNS vom mobilen Knoten 106 registriert (Schritt 202).
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Vor
dem Herstellen einer Kommunikation zwischen einem der korrespondierenden
Knoten 104 und dem mobilen Knoten 106 ruft der
korrespondierende Knoten 104 die der Heimatad resse des
mobilen Knotens 106 entsprechende IP-Adresse aus dem DNS
ab. Das DNS sendet die Heimatadresse und die permanente Multicast-Adresse
der Multicast-Gruppe zurück.
Der korrespondierende Knoten 104 tritt daraufhin unter
Verwendung der Multicast-Adresse der Multicast-Gruppe bei (Schritt 204)
und beginnt, mit dem mobilen Knoten an der Heimatadresse zu kommunizieren.
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Nach
dem Standortwechsel des mobilen Knotens zum zweiten Standort (Schritt 208)
verbindet sich der mobile Knoten 106 mit dem Foreign Gateway 110 und
erhält
eine Care-of-Adresse
vom Foreign Gateway 110 (Schritt 210). Der mobile
Knoten sendet mittels einer Aktualisierungsfunktion periodisch die
Care-of-Adresse in Form einer Binding-Update-Nachricht (BU-Nachricht) an die Multicast-Adresse
(Schritt 212), und die Multicast-Diensteinheit verteilt
die Binding-Update-Nachricht
an die korrespondierenden Knoten des mobilen Knotens in der Multicast-Gruppe
(Schritt 214). Nach Erhalt des Binding-Update von der Multicast-Diensteinheit durch
den zugrundeliegenden Multicast-Mechanismus der IPv6-Protokollfolge fügt jeder
korrespondierende Knoten 104 eine Verknüpfung zwischen den IP-Adressen
des mobilen Knotens 106 und der in der Binding-Update-Nachricht
enthaltenen Care-of-Adresse zum Binding-Cache hinzu (Schritt 214).
Die korrespondierenden Knoten 104 sind dann in der Lage,
Datenpakete über
einen optimalen Leitweg direkt an den aktuellen topologischen Anschlusspunkt
des mobilen Knotens 106 weiterzuleiten. Wenn die Kommunikation
zwischen dem mobilen Knoten 106 und dem korrespondierenden
Knoten 104 beendet ist, verlässt der korrespondierende Knoten 104 die
Multicast-Gruppe (Schritt 218). Wenn nötig, kann mehr als eine Multicast-Gruppe
gebildet werden, um die Binding-Update-Nachrichten an die korrespondierenden
Knoten 104 zu senden.
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Gemäß 3 wird
unter Verwendung der von dem Satz fester Netzwerke 102 bereitgestellten Multicast-Diensteinheit 105 höchstens
eine Kopie der Binding-Update-Nachricht zu jedem Zweig des Kommunikationsbaums 300 gesendet,
der den mobilen Knoten 106 und die korrespondierenden Knoten 104 miteinander
verbindet. Daher ist Multicasting eine Methode, die Bandbreitenverwendung
zu minimieren, indem nur eine Kopie einer Nachricht an eine bestimmte
Verbindung gesendet wird, wobei über
die Verbindung mehrere Empfänger
erreichbar sind. Soweit erforderlich kann der Kommunikationsbaum 300 einen
weiteren Knoten verbinden, der sich in dem Satz fester Netzwerke 102 befindet,
beispielsweise das Home-Gateway 108 und die korrespondierenden Knoten 104.
Bei einem solchen Beispiel sendet der mobile Knoten 106 die
Care-of-Adresse an das Home-Gateway 108.
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Eine
anschließende
Bewegung des mobilen Knotens 106 zu einem anderen Foreign
Gateway hat zur Folge, dass dem mobilen Knoten 106 eine
neue Care-of-Adresse zugewiesen wird. Folglich werden nachfolgende
Binding-Updates vom mobilen Knoten 106 an die Multicast-Diensteinheit 105 gesendet,
um an die Mitglieder der Multicast-Gruppe übertragen zu werden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung (4) umfasst das Kommunikationssystem 100 den
ersten Satz miteinander verbundener, fester, paketvermittelter Netzwerke 102.
Der mobile Knoten 106 des Kommunikationssystems 100 ist
ein Netzübergang 107 für mobile
Netzwerke (ein MNG bzw. Mobile Network Gateway), beispielsweise
ein Randrouter eines mobilen Netzwerks 400, das mit mehreren
miteinander verbundenen mobilen Netzwerkknoten (MNN) 402 verbunden
ist, die das gleich IP-Prefix teilen. Das MNG 107 ist ein
mobiler Knoten, der zur Unterstützung
mobiler Netzwerke speziell verbessert wurde. Die mobilen Netzwerkknoten 407 können beispielsweise
beliebige mobile Knoten sein, die unter dem Mobile-IPv6-Protokoll
bekannt sind, wie ein Host oder Router, und sind zur Bildung einer Schnittstelle
zwischen dem mobilen Netzwerk 400 und dem festen Satz von
Netzwerken 102 über
den Home Gateway 108 mit dem MNG 107 verbunden.
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Der
feste Satz von Netzwerken 102 umfasst auch mehrere korrespondierende
Knoten 104, die geeignet sind, über das Home Gateway 108 mit
mindestens einem von der mehreren mobilen Netzwerkknoten 402 zu
kommunizieren. Jeder korrespondierende Knoten 104 weist
ein Binding-Cache zum Speichern der Beziehungen zwischen IP-Adressen
auf. Das Home Gateway 108 befindet sich am ersten Standort
und stellt den ursprünglichen
topologischen Anschlusspunkt (das Home-Link) an den festen Satz von
Netzwerken 102 dar. Es sollte beachtet werden, dass das
mobile Netzwerk 400 Hunderte, sogar Tausende mobiler Netzwerkknoten 402 umfassen
kann, wobei jeder der mobilen Netzwerkknoten 402 mit mehreren
korrespondierenden Knoten 104 kommuniziert.
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Ebenso
umfasst der feste Satz von Netzwerken 102 die Multicast-Diensteinheit 105,
um gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll den zugrundeliegenden Multicast-Mechanismus
bereitzustellen. Die Multicast-Diensteinheit 105 umfasst
die Multicast-Registrierungsinstanz zur Zuweisung der Multicast-Adressen.
Zusätzlich
umfasst die Multicast-Diensteinheit 105 eine Multikast-Managementeinheit
zur Verwaltung des Beitritts zur Multicast-Gruppe und des Aufbau
des Multicast-Verbreitungsraumes zu verwalten. Die Multicast- Gruppe umfasst wiederum
eine Reihe der mehreren korrespondierenden Knoten 104.
Der feste Satz von Netzwerken 102 umfasst auch das Domain-Name-System
(DNS) zur Aufzeichnung von Verknüpfungen
zwischen Domain-Names, IP-Adressen und Multicast-Adressen.
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Das
mobile Netzwerk 400 kann auch ein Teilnetzwerk sein, das
eine interne Architektur aufweist, die erhalten wird, d. h. die
Knoten innerhalb des mobilen Netzwerks 400 bewegen sich
in Bezug auf das MNG 107 oder andere mobile Netzwerkknoten 402 nicht.
Es ist jedoch nicht wesentlich, dass die interne Architektur erhalten
bleibt, und die Knoten innerhalb des mobilen Netzwerks können sich
in Bezug auf das MNG 107 oder andere mobile Netzwerkknoten 402 bewegen.
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Das
mobile Netzwerk 400 kann als einzelner mobiler Knoten betrachtet
werden, der an „n" Schnittstellen angeschlossen
ist und eine Adresse aufweist. Das MNG 107 umfasst die
meisten der vorhandenen Arbeitsschritte der mobilen Knoten gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll.
Das MNG 107 ist jedoch so umgearbeitet, dass es die Multicast-Adresse
der Multicast-Gruppe empfängt
und die Multicast-Adresse beim DNS anmeldet. Im Gegensatz zu herkömmlichen
mobilen Standardknoten, die gemäß dem Mobile-IPv6-Protokoll
arbeiten, hält
das MNG 107 keine Liste der mehreren korrespondierenden
Knoten 104. Zusätzlich
ist das MNG 107 nicht mehrfach angebunden, d. h. das MNG 107 hat
zu einer gegebenen Zeit nur einen topologischen Anschlusspunkt an
den festen Satz von Netzwerken 102.
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Das
MNG 107 wird durchgehend durch die Heimatadresse identifiziert,
d. h. eine dauerhafte Identifikation, die dem ursprünglichen
topologischen Anschlusspunkt an den festen Satz von Netzwerken 102 entspricht.
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Der
feste Satz von Netzwerken 102 weist auch mindestens ein
Foreign-Gateway (FG) 110 auf, beispielsweise einen Foreign-Router,
der sich am zweiten, vom ersten Standort entfernten Standort befindet
und den zweiten topologischen Anschlusspunkt (den Foreign-Link)
an den festen Satz von Netzwerken 102 darstellt. Das Foreign-Gateway 110 wird
vom mobilen Netzwerk 400 zum Herstellen einer Verbindung
zum festen Satz von Netzwerken 102 verwendet, wenn sich
das mobile Netzwerk 400 zum zweiten Standort bewegt. Damit
ist erkennbar, dass das MNG 107 des mobilen Netzwerks 400 geeignet ist,
seinen Anschlusspunkt an den festen Satz von Netzwerken 102 dynamisch
zu verändern.
Dementsprechend ändert
sich die Erreichbarkeit des mobilen Netzwerks 400 in der
IP-Topologie des festen Satzes von Netzwerken 102 ebenfalls.
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Beim
Betrieb (5) ist das mobile Netzwerk 400 anfänglich über das
MNG 107 am ersten Standort mit dem Home-Gateway 108 verbunden und geeignet,
mit mindestens einem der mehreren korrespondierenden Knoten 104 zu
kommunizieren, beispielsweise durch den Austausch von Daten in Form
von Datagrammen.
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Beim
Einrichten des MNG 107 als mobilen Router, beispielsweise
vor dem Standortwechsel des mobilen Netzwerks 400, empfängt das
MNG 107 eine Multicast-Andresse von der Multicast-Anmeldeinstanz
(Schritt 500) und meldet die Multicast-Adresse beim DNS
an (Schritt 500). Die Multicast-Adresse ist dem mobilen Netzwerk 400 dauerhaft
zugeordnet.
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Vor
der Herstellung einer Kommunikation ruft der korrespondierende Knoten 106 die
IP-Adresse vom DNS ab, die der Heimatadresse des mobilen Knotens 106 entspricht.
Das DNS sendet die Heimatadresse und die permanente Multicast Adresse
der Multicast Gruppe zurück.
Dann tritt der korrespondierende Knoten 104 unter Verwendung
der Multicast-Adresse
der Multicast-Gruppe bei (Schritt 504) und beginnt, über das
MNG 107, das das mobile Netzwerk 400 bildet, mit
mindestens einem der mobilen Netzwerkknoten 402 zu kommunizieren
(Schritt 506).
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Nach
dem Standortwechsel des mobilen Netzwerks 400 zum zweiten
Standort (Schritt 508) verbindet sich das mobile Netzwerk 400 mit
dem Foreign-Gateway 110 (Schritt 202) und empfängt die Care-of-Adresse
von Foreign-Gateway 110 (Schritt 510). Mittels
einer Udate-Funktion sendet das MNG 107 periodisch die
Care-of-Adresse in Form einer Binding-Update-Information an die Multicast-Adresse (Schritt 512),
und die Multicast-Diensteinheit verbreitet die Binding-Update-Nachricht über den
zugrundeliegenden Multicast-Mechanismus
der IPv6-Protokollfolge an die korrespondierenden Knoten 104 des mobilen
Knotens 106 der Multicast-Gruppe (Schritt 514).
Nach dem Empfang der Binding-Update-Nachricht authentifiziert jeder
der korrespondierenden Knoten einen Absender der Binding-Update-Nachricht,
d. h. das MNG 107. Wenn der Absender authentifiziert ist,
fügt der
korrespondierende Knoten 104 eine Verknüpfung zwischen einem Netzwerkprefix
des MNG 107 und der Care-of-Adresse hinzu (Schritt 516),
die im Binding-Update an das Verknüpfungs-Cache enthalten ist. Das Netzwerkprefix
ist ein Satz ursprünglicher
Bits in einer 128 Bit langen IPv6-Adresse der Heimatadresse des
MNG 107. Wenn nötig,
kann mehr als eine Multikast-Gruppe gebildet werden, um die Binding-Update-Informationen an
die korrespondierenden Knoten 104 zu übergeben.
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Jedes
nachfolgende Datagramm, das von dem korrespondierenden Knoten 104 an
einen der mobilen Netzwerkknoten 402 gesendet werden soll, der
eine dem Netzwerkprefix des MNG 107 im Binding-Cache entsprechende
IP-Zieladresse hat, wird an die dem Netzwerkprefix entsprechende
Care-of-Adresse
geleitet (Schritt 518), d. h. an den aktuellen Anschlusspunkt
des MNG 107, wobei die Adresse des mobilen Netzwerkknotens 402 in
den Mobile-IPv6-Routing-Erweiterungsdateikopf eingefügt wird.
Vom MNG 107 empfangene Datagramme werden durch den Austausch
der im Erweiterungsdateikopf enthaltenen Adresse des mobilen Netzwerkknotens
mit der Care-of-Adresse gehandhabt. Dann leitet das MNG das Datagramm
an einen der mobilen Netzwerkknoten 402 weiter, an den
das Datagramm adressiert ist (Schritt 520). Nach Beendigung
der Kommunikation verlässt
der korrespondierende Knoten die Multicast-Gruppe.
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Daher
ist erkennbar, dass die Binding-Updates einen Netzwerk-Anwendungsbereich
haben, d. h. die Binding-Updates enthalten das Netzwerkprefix des
mobilen Netzwerks 400, wobei das Netzwerkprefix für das gesamte
mobile Netzwerk 400 statt nur für einen einzelnen mobilen Netzwerkknoten 402 gilt. Dementsprechend
verwenden die korrespondierenden Knoten 104, die Binding-Updates
empfangen, die Care-of-Adresse des MNG 107, wenn sie Datagramme
an alle Zieladressen mit dem gleichen IP-Prefix wie dem Netzwerprefix
des mobilen Netzwerks 400, d. h. an alle mobilen Netzwerkknoten 402, senden.
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Das
Home-Gateway 108 kann auch der Multicast-Gruppe beitreten
und kann auch so aufgebaut sein, dass es alle Datagramme einschließt und an
die Care-of-Adresse des MNG 107 umleitet, wo die Zieladressen
das gleiche IP-Prefix wie das Netzwerkprefix des mobilen Netzwerks 400 aufweisen,
d. h. Datagramme des mobilen Netzwerks 400 umleitet. Das Home-Gateway ist so aufgebaut,
dass es Datagrmme an die Care-of-Adresse
des NMG 107 weiterleitet, wenn ein gegebener korrespondierender
Knoten 104 nicht der Multicast-Gruppe beigetreten ist,
beispielsweise bei einer Netzwerkaufteilung.
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Eine
nachfolgende Bewegung des MNG 107 zu einem anderen Foreign-Gateway
führt zur
Zuweisung einer neuen Care-of-Adresse
des MNG 107. Folglich erreichen nachfolgende Binding-Updates, die
vom MNG 107 an die Multicast-Diensteinheit gesendet werden,
Mitglieder der Multicast-Gruppe.
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Gemäß 6 kann
unter Verwendung der von dem Satz fester Netzwerke 102 gebildeten
Multicast-Diensteinheit 105 eine einzelne Kopie der Binding-Up-Nachricht über jeden
Zweig des Kommunikationsbaums 300 gesendet werden, der
das MNG 107 und die korrespondierenden Knoten 104 miteinander
verbindet. Damit ist Multicasting ein Mittel zur Minimierung der
Bandbreitennutzung durch Senden einer Kopie einer Nachricht an eine
bestimmte Verbindung, wobei über
die Verbindung mehrere Empfänger
erreichbar sind. Nach dem Empfang des Binding Update vom Multicast-Service
entnimmt jeder korrespondierende Knoten 104 die Care-of-Adresse des
MNG 107 und kann Datagramme dann auf einem optimalen Weg
direkt an den mobilen Netzwerkknoten 402 senden. Wenn nötig, kann
der Kommunikationsbaum 300 einen weiteren Knoten, der sich
im Netz fester Netzwerke 102 befindet, beispielsweise das
Home-Gateway 108, mit den korrespondierenden Knoten 104 verbinden.
Bei einem derartigen Beispiel sendet das MNG 107 die Care-of-Adresse
an das Home-Gateway 108.
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Obwohl
die vorstehenden Beispiele in Verbindung mit dem festen Satz von
Netzwerken 102 beschrieben wurden, die gemäß dem IPv6-Protokoll
arbeiten, sollte beachtet werden, dass die festen Sätze von
Netzwerken 106 nicht notwendiger weise fest sein müssen und
gemäß jedem
funktional äquivalenten
Protokoll arbeiten können.
Das erste Netzwerk 102 muss lediglich in Bezug auf das
zweite Netzwerk 106 beweglich sein. Hinzu kommt dass, obwohl
vorstehend ein Satz von Netzwerken beschrieben wurde, ein einzelnes
Netzwerk anstelle des festen Satzes von Netzwerken 102 verwendet
werden kann. Ebenso ist die Verwendung des Mobile-IPv6-Protokolls
so zu verstehen, dass die Verwendung jedes anderen funktional äquivalenten
Protokolls eingeschlossen ist.