FI112152B

FI112152B - Osoitteistus ja reititys ad hoc-liikkuvuusverkoissa

Info

Publication number: FI112152B
Application number: FI20002157A
Authority: FI
Inventors: Nadarajah Asokan; Jaakko Lipasti; Valkenburg Sander Van
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2003-10-31
Also published as: WO2002028034A1; AU2001291924A1; FI20002157A; EP1329061A1; US20020039357A1; FI20002157A0

Description

112152

Osoitteistus ja reititys ad hoc-liikkuvuusverkoissa

Keksinnön tausta

Esillä oleva keksintö liittyy menetelmään ja laitteistoon osoitteistuk-sen ja reitityksen järjestämiseksi ad hoc-liikkuvuusverkoissa (Mobile ad hoc 5 network), erityisemmin IP-protokollaa (Internet Protocol) tukevissa ad hoc-liikkuvuusverkoissa.

Viimeaikaisten tietokone- ja langattomien viestintäteknologioiden edistyksen myötä liikkuvan langattoman tietokoneiden käytön odotetaan laajenevan ja sovelluksien lisääntyvän, mistä suuri osa sisältää IP-kerroksen käy-10 tön. Perinteinen aliverkkopohjainen reititys ei aina toimi hyvin langattomien laitteiden kanssa, koska aliverkon vaihtaminen vaatisi verkkokerroksen, L3, osoitteiden vaihtoa. Verkko-osoitteiden vaihtaminen katkaisee yhteydet IP-verkois-sa. Internetissä liikkuvien solmujen (mobile node) reititystuki on suunniteltu IP-liikkuvuusteknologiaksi (Mobile IP technology). IP-liikkuvuus tarjoaa verkkovie-15 railevalle solmulle liitynnän Internetiin erilaisia hyvin tunnetuista sen kiinteästä osoiteavaruudesta poikkeavia keinoja hyödyntäen.

Ad hoc-liikkuvuusverkkojen idea on tukea robustia ja tehokasta toimintaa langattomissa verkoissa sisällyttämällä reititystoiminnallisuus liikkuviin solmuihin (MN). Liikkuva solmu yleisesti viittaa isäntälaitteeseen, joka vaihtaa 20 liittymispaikkaansa verkosta tai aliverkosta toiseen. Liikkuvalla solmulla on tyy-pillisesti radiorajapinta verkkoon. Ad hoc-liikkuuvuusverkottamisessa liikkuvat • solmut (jotka voivat olla yhdistettyjä reitittimiä ja isäntälaitteita) itse muodosta- t I I · vat verkkoreititysinfrastruktuurin tilapäistyyppisesti (ad hoc). Tämänkaltainen : ad hoc-verkko voidaan muodostaa esimerkiksi Bluetooth-laitteiden välille.

25 IETF:n (Internet Engineering Task Force) työryhmä MANET (Mobile Ad hoc Network) määrittää standardin ad hoc-liikkuvuusverkkojen reititysprotokollaksi, ’” · ‘ johon on olemassa useita ehdotuksia.

Verkkokerros, tyypillisesti IP-kerros, hoitaa päästä-päähän siirtoa ja : näin ollen huolehtii kohteeseen seurattavan polun valinnasta. Tätä prosessia 30 kutsutaan reititykseksi. Verkkokerroksen IP-osoitteet käsittävät aliverkkoetuliit-teitä, joita käytetään reitittämään paketteja tavanomaisissa kiinteissä verkois-sa. Paketti reititetään oikeaan aliverkkosegmenttiin, jossa se yleensä yleis-lähetetään kohdesolmulle käyttäen siirtokerroksen L2 (data link layer) meka-nismeja (esim. Ethernet). Vaikeutena reitittämisessä ad hoc-liikkuvuus-·..,*· 35 verkoissa on, että polun tietystä lähteestä tiettyyn kohteeseen muodostavat reitittimet (liikkuvat solmut) voivat siirtyä ja näin ollen lakkauttaa polun jopa yk- 112152 2 sittäisen paketin siirron aikana. Reititysprotokollan täytyy mukauttaa polku topologian muuttuessa.

Ad hoc-reititys ei käytä aliverkkoetuliitteitä reititykseen, vaan jokainen solmu ylläpitää reititysinformaatiota jokaisesta kohdesolmusta. Tämän ta-5 kia ad hoc-verkko-osoitteet eivät käsitä aliverkko-osuutta. Ad hoc-reititysmeka-nismi on näin ollen isäntälaitepohjaista, kun taas internet-reititys on aliverkko-pohjaista.

Eräs vaihtoehto liikkuvien solmujen välisen reitityksen järjestämiseksi on käyttää verkkokerroksen IP-osoitteita, kuten MANET-työryhmän kehit-10 tämissä protokollissa tehdään. Haittapuolena verkkokerroksen L3 IP-pohjai-sessa ad hoc-verkon reitityksessä on, että se vaatisi huomattavia muutoksia IP-protokollatoteutukseen. Ensiksi, jos käytetään reaktiivista reititystä, sopivia koukkuja tulee asettaa IP-pakettien edelleenlähetyskoodiin, jotta reitin löytäminen käynnistetään tarvittaessa. Toiseksi, kun ad hoc-verkkoa käytetään 15 verkkopääsykontekstissa, eli pääsyn järjestämiseksi kiinteään internet-verk-koon, koko ad hoc-verkon täytyy näyttää yksittäiseltä aliverkolta. Tämä vaatii erityistä yleislähetyspakettien (broadcast) ja monilähetyspakettien (multicast), kuten myös IP-pakettien elinaika- ja hyppylaskukenttien käsittelyä. Toinen vaihtoehto on käyttää siirtokerroksen L2 osoitteita käyttävää ad hoc-verkko-20 reititysporotokollaa. Tässä tapauksessa, kun on lähetettävä IP-paketti, liikkuvan solmun on ensin liitettävä IP-osoite siirtokerroksen osoitteeseen käyttäen • '·· jotakin ARP:tä (Address Resolution Protocol) vastaavaa ratkaisua ja sitten löy- : tää reitti siirtokerroksen osoitteeseen. Nämä molemmat vaiheet pitävät sisäl- ·:· lään yleislähetyksiä. Yleislähetykset ad hoc-verkoissa ovat kalliita ja ne tulisi : 25 minimoida.

• * · • · I ·

Keksinnön lyhyt selostus ’···' Keksinnön tavoitteena on tarjota uudenlainen osoitteiden liittäminen ja reititystoiminnallisuus ad hoc-liikkuvuusverkoille edellä kuvattujen ongelmien : V välttämiseksi. Keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä, ad hoc-liikkuvuus- 30 verkolla ja liikkuvalla solmulla, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itse-näisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epä-, · · ·. itsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

Keksintö perustuu täydentävien lähde- ja kohdereititysosoitteiden muodostamiseen verkkokerroksen osoitteista tai ad hoc-liikkuvuusverkon liik-35 kuvien solmujen ainutkertaisista laitetunnisteista ja pakettien reititykseen ad hoc-liikkuvuusverkossa reititysosoitteiden perusteella verkkokerroksen tai siir- 112152 3 tokerroksen osoitteiden sijaan. Kun paketti täytyy lähettää, osoitteet voidaan muodostaa dynaamisesti, eli lähettäjän ja vastaanottajan verkkokerroksen osoitteiden tai liikkuvien solmujen ainutkertaisten laitetunnisteiden perusteella. Reititystä käsitellään tässä liikkuvan solmun suorittamana prosessina oikean 5 rajapinnan ja edelleen lähetettävänä olevan paketin seuraavan hypyn valitsemiseksi.

Keksinnön etuina on, että olemassa olevia siirto- tai verkkokerroksen osoitteita voidaan käyttää reititystarkoituksiin. Olemassa olevia verkkokerroksia (L3) tai siirtokerroksia (L2) ei tarvitse muuttaa ad hoc-liikkuvuusverkkoja 10 varten, koska ad hoc-liikkuvuusverkoille spesifinen reititys voidaan suorittaa erityisellä välittävällä reitityskerroksella (L2,5). Näin ollen ei ole tarvetta erilliselle ad hoc-liikkuvuusverkkospesifiselle IP-kerrostoiminnallisuudelle liikkuvissa solmuissa. On mahdollista hyödyntää reititysosoitteita minkä tahansa ad hoc-liikkuvuusverkkoja varten kehitetyn reititysalgoritmin kanssa. Esimerkiksi 15 mitä tahansa MANET-työryhmän kehittämää verkkoprotokollaa voidaan käyttää reititysosoitteiden kanssa.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti reititysosoit-teet on muodostettu IP-osoitteista. Tämä tarjoaa sen suuren edun, että ei tarvita verkkokerroksen osoitteista siirtokerroksen osoitteisiin liittävää protokollaa, 20 kuten ARP:tä. Tämä vähentää kaistaintensiivistä yleislähetysliikennettä ad hoc-liikkuvuusverkoissa.

: Kuvioiden lyhyt selostus • < * *

Keksintöä selostetaan nyt tarkemmin edullisten suoritusmuotojen : yhteydessä ja viitaten oheisiin piirroksiin, joista: , ’. / 25 Kuvio 1 on lohkokaavio, joka esittää pääsypisteeseen kytkettyä ad ::: hoc-liikkuvuusverkkoa;

Kuvio 2 havainnollistaa pakettia, joka käsittää verkkokerroksen L3 ja reitityskerroksen L2,5 otsikkokentät; : V Kuvio 3 havainnollistaa 64-bittistä L2,5 reititysosoitetta, joka on 30 muodostettu Bluetooth BD_ADDR-osoitteesta; ..·. Kuvio 4 havainnollistaa 64-bittistä L2,5 reititysosoitetta, joka on , - · ·, muodostettu IPv4-osoitteesta;

Kuvio 5 havainnollistaa 64-bittistä L2,5 reititysosoitetta, joka on : : muodostettu IPv6-osoitteesta; 35 Kuvio 6 havainnollistaa 48-bittistä L2,5 reititysosoitetta, joka on muodostettu IPv4-osoitteesta; 112152 4

Kuvio 7 havainnollistaa 48-bittistä L2,5 reititysosoitetta, joka on muodostettu IPv6-osoitteesta;

Kuvio 8 on vuokaavio, joka havainnollistaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti paketteja lähettävän liikkuvan solmun MN pe-5 rustoiminnallisuutta;

Kuvio 9 on vuokaavio, joka havainnollistaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen liikkuvan solmun MN reititystoiminnallisuutta; ja

Kuvio 10 havainnollistaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen liikkuvan solmun protokollakerroksia.

10 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Seuraavassa selostuksessa tietoliikenneverkon oletetaan olevan Bluetooth-verkko, keksintöä ei kuitenkaan rajoiteta senkaltaiseen verkkoon. Keksintöä voidaan käyttää missä tahansa ad hoc-liikkuvuusverkossa, kuten IEEE 802.11 WLAN:n (Wireless Local Area Network), HomeRF:n tai BRAN:n 15 (Broadband Radio Access Networks) spesifikaatioiden (HIPERLAN1,2, HIPERACCESS) mukaisessa verkossa.

Viitaten kuvioon 1 kuvataan Bluetooth-verkon toimintaa verkko-pääsykontekstissa. Liikkuvat solmut MN ovat langattomia Bluetooth-laitteita ja toisen tyyppinen Bluetooth-laite, pääsypiste AP, tarjoaa pääsyn Bluetooth-20 liikkuville solmuille paikalliseen verkkoon LAN ja muihin verkkoihin, kuten Ini’·.. ternetiin. Kaksi tai useampia Bluetooth-laitteita MN, AP voivat muodostaa f ;·. Bluetooth-lähettimien peltoalueella ad hoc-verkon, jota kutsutaan pikoverkok- • * * * ....: si. Esimerkkejä tämänkaltaisista pikoverkoista ovat P1, P2, P3 ja P4. On syytä ; huomata, että AP ei sinänsä ole osa ad hoc-verkkoa, mutta se voi kuitenkin 25 edelleen lähettää paketteja ad hoc-verkkoon ja -verkosta ja näin ollen osallis- tua ad hoc-verkkoreititykseen. Yhteyden aloittavasta laitteesta tulee isäntälai- • » '···' te. Kaikki muut pikoverkon Bluetooth-laitteet ovat pikoverkon isäntälaitteen or- jalaitteita ja niiden kellot synkronoidaan isäntälaitteen kelloon. On mahdollistaa ! suorittaa isännän ja orjan vaihtaminen, jolloin roolit toiminnallisesti vaihdetaan.

I I I

30 Alkuperäisen pikoverkon kaikkien laitteiden tulee liittyä uuden isäntälaitteen ,v, määrittämään uuteen pikoverkkoon.

Kansainvälisesti käytettävissä olevaa taajuuskaistaa 2,45 GHz:n ‘: ’ alueella käytetään Bluetooth-laitteille. Datan siirto on järjestetty hajaspektritek- nologiaan perustuvalla taajuushyppelyllä. Käytetty taajuuskaista jaetaan 1 35 MHz:n hyppelytaajuusaikaväleihin, joita vaihdellaan pikoverkkoon kuuluvien 112152 5 laitteiden välillä. Bluetooth-laite käsittää Bluetooth-moduulin, joka on radiolä-hetinvastaanottimen käsittävä mikropiiri. Bluetooth-laite voidaan integroida esimerkiksi matkapuhelimeen, langattomaan kuuloke-mikrofoniyhdistelmään tai mihin tahansa tietokonelaitteeseen, kuten kannettavaan tietokoneeseen tai 5 tulostimeen.

Bluetooth-laite voi kuulua useaan pikoverkkoon samanaikaisesti. Kaksi tai useampia pikoverkkoja voi muodostaa scatter-verkkoja S1 (scatter-net). Näin ollen on mahdollista liittää yhteen eri pikoverkkoihin kuuluvia Blue-tooth-laitteita. Jokaiselle Bluetooth-laitteelle on määritetty spesifinen 48-bittiä 10 pitkä tunniste, jota kutsutaan BD_ADDR.ksi. BD_ADDR-tunniste liitetään AM_ADDR:ään (Active Member Address), jota käytetään lähetettäessä paketteja pikoverkon Bluetooth-laitteiden välillä. Kun paketteja lähetetään muihin verkkoihin/muista verkoista, pääsypiste AP käsittää yhdyskäytävätoiminnalli-suuden vaaditun protokollakonversion suorittamiseksi.

15 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti muodoste taan spesifisiä reititysosoitteita, joita myös kutsutaan L2,5-osoitteiksi, verkkokerroksen osoitteista tai ainutkertaisista liikkuvan solmun laitetunnisteista (tyypillisesti siirtokerroksen MAC-osoitteista (Medium Access Control)) ja niitä käytetään pakettien reititykseen ad hoc-liikkuvuusverkossa. Tämä tarkoittaa sitä, 20 että uusi ad hoc-liikkuvuusverkon sisäistä reititystä hoitava protokollakerros, L2,5, lisätään siirtokerroksen ja verkkokerroksen väliin. Spesifiset L2,5-i '·· osoitteet ovat erityisen käyttökelpoisia datan siirrossa Bluetooth scatter-ver- ;,· · koissa, eli pikoverkkojen välillä. Kuvio 2 havainnollistaa keksinnön erään suori- :··: tusmuodon mukaista pakettia, joka käsittää L2,5-otsikkokentän 20, jolla on ;*·,· 25 L2,5-lähdereititysosoite 22 ja L2,5-kohdereititysosoite 21. L2,5-otsikko- kentässä on myös muita kenttiä 23, kuten reititysinformaatiolaajennuksia, .··*, tyyppi-informaatiota ja/tai elinaika/hypyn laskuinformaatiota. Reititysinformaa- tiolaajennukset riippuvat valitusta ad hoc-liikkuvuusreititysprotokollasta. Reiti-. tyslaajennukseen lisätään reititysprotokollan (kuten DSR-protokollan (Dynamic 30 Source Routing)) mukaisesti esimerkiksi koko polku kohteeseen. IP-otsikko-**;·' kenttä 24 on IP:n versio 4:n tai versio 6:n mukainen ja käsittää verkkokerrok- : V: sen (L3) lähde- ja kohdeosoitteet. Hyötykuorma 25 käsittää UDP- (User Data- gram Protocol) tai TCP-otsikkokentät (Transmission Control Protocol) ja sovel-lusdataa.

35 Spesifisiä reititysosoitteita IP-osoitteiden lisäksi voidaan käyttää '···* osoitteistukseen ja reititykseen ad hoc-liikkuvuusverkoissa, esimerkiksi Blue- 112152 6 tooth scatter-verkoissa. Tämä on erityisen hyödyllistä lähetettäessä pakettia IP-osoitteeseen, koska kerroksen 2,5 kohdereititysosoite voidaan suoraan johtaa IP-kohdeosoitteesta, eli ARP-pyyntöjä käyttävä MAC-osoitteen kyselyä ei ole välttämätön. Erityisen sopivia ovat 64-bittiset osoitteet, koska 64-bittiset 5 kerroksen 2,5 osoitteet voidaan liittää IPv4-, IPv6- ja 48-bittisiin Bluetooth BD_ADDR-osoitteisiin. Seuraavassa on havainnollistettu erilaisia osoitteiden liittämisiä.

Osoitteiden liittämiset

Ensisijaiset liittämiset ovat verkkokerroksen IPv4- and IPv6-10 osoitteista L2,5 64-bittisiin osoitteisiin. Tämä järjestely mahdollistaa edellä mainitut ARP- (IPv4) tai naapurinlöytöprotokollat (IPv6; Neighbour Discovery). Erityisesti IP-osoitteen konfigurointivaiheessa on kuitenkin hyödyllistä generoida tilapäisiä L2,5-osoitteita myös olemassa olevista ainutkertaisista liikkuvan solmun tunnisteista (esim. Bluetooth-laitteiden BD_ADDR:stä tai muista IEEE 15 802:n ainutkertaisiksi taatuista laitteistotunnisteista).

Bluetooth BD_ADDR:n liittäminen 64-bittiseen L2,5 reititysosoitteeseen:

Kuten kuviossa 3 on havainnollistettu, siirtokerroksen 48-bittinen Bluetooth BD_ADDR (eli IEEE 802-osoite) voidaan liittää 64-bittiseen L2,5 reititysosoitteeseen lisäämällä OxFFFE bitteihin 25-40. Yritystunniste (Company y." 20 ID) ja laajennustunniste (Extension ID) yhdessä muodostavat 48-bittisen IEEE

: 802-osoitteen. Jos IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) päättää käyttää 64-bittisiä osoitteita nykyisten 48-bittisten IEEE 802-osoit-. . teiden sijaan, liittäminen on suora esim. Bluetooth-laitteissa, eli 64-bittiset L2,5-osoitteet ovat identtisiä 64-bittisten ΙΕΕΕ-osoitteiden kanssa.

F": 25 IPv4-osoitteen liittäminen 64-bittiseen L2,5 reititysosoitteeseen:

Kuten kuviossa 4 on havainnollistettu, IPv4-osoitteet voidaan varus-taa nollia käsittävällä etuliitteellä tai erityisesti varatulla etuliitteellä 64-bittisten .·*·. L2,5-osoitteiden muodostamiseksi.

; IPv6-osoitteen liittäminen 64-bittiseen L2,5-reititysosoitteeseen: 30 Kuten kuviossa 5 on havainnollistettu, IPv6-osoitteen liittäminen . voidaan tehdä ottamalla osoiterajapintatunniste (Address Interface id) L2,5- ,-*t osoitteeksi. Ainutkertaisuuden varmistamiseksi BD_ADDR:n liittämisen kans- * , sa, IPv4-liittämisessä käytettävää erityistä etuliitettä ja OxFFFE (binary 112152 7 1111111111111110) biteissä 25-40 tulisi välttää ad hoc-liikkuvuusverkon laitteiden IPv6-osoitteissa. Jos Bluetooth-laitteet käyttävät uusia 64-bittisiä IEEE-osoitteita, ainutkertaisuuden takaamiseksi niiden kanssa käytettävien IPv6-osoitteiden täytyy käyttää spesifistä yritystunnistetta (company id) (katso kuvio 5 3), joka varataan dynaamisia osoitteita varten.

Bluetooth BD_ADDR:n liittäminen 48-bittiseen L2,5-reititysosoitteeseen:

Eräs vaihtoehto 64-bittisille osoitteille on käyttää 48-bittistä L2,5 rei-titysosoitetta. Olemassa olevaa 48-bittistä BD_ADDR:ää voidaan käyttää suoraan 48-bittisenä L2,5-osoitteena.

10 IPv4-osoitteen liittäminen 48-bittiseen L2,5-reititysosoitteeseen:

Kuten kuviossa 6 on havainnollistettu, IPv4-osoitteisiin voidaan lisätä nollia tai erityinen varattu etuliite 48-bittisten L2,5-osoitteiden muodostamiseksi.

IPv6-osoitteen liittäminen 48-bittiseen L2,5-reititysosoitteeseen: 15 Kuten kuviossa 7 on havainnollistettu, 48 bittiä IPv6-rajapintatunnis- teesta (IPv6 Interface Id) voidaan suoraan liittää 48-bittiseen L2,5-osoittee- seen. Koska rajapintatunnisteen ensimmäisiä 24 bittiä ja viimeisiä 24-bittiä käytetään, OxFFFE voidaan välttää keskellä. Tämä järjestely luonnollisesti :·, asettaa rajoituksia IPv6-osoitteiden valinnalle ad hoc-laitteille. Ainutkertaisuu- * * * ' . 20 den varmistamiseksi L2,5-osoitteiden kanssa rajapintatunnisteen ensimmäiset ; 16 bittiä tulee olla sidottu johonkin bittikuvioon (esim. 0x0000 tai jokin erityises- * ‘ ti varattu etuliite).

• · · ’· *: Bluetooth-liikkuvuussolmuspesifisten osoitteiden taataan olevan •«· globaalisti ainutkertaisia. Tämä saavutetaan hallitsemalla Bluetooth-osoit-·,./· 25 teiden allokointia IEEE 802-standardin mukaisesti. Erityinen etuliite varataan jokaista Bluetooth-laitteiden valmistajaa varten ja he ovat vastuullisia erilaisten loppuliitteiden jakamisesta laitteelleen. Edellä viitattu "erityinen varattu etuliite” ;**·. tulisi olla keskitetyn allokointitahon jakama etuliite IP-osoitteiden liittämiseksi L2,5-reititysosoitteisiin edellä kuvatulla tavalla. Tälle etuliitteelle näin ollen taa-30 taan, että se ei voi olla konfliktissä Bluetooth-laitteenvalmistajan jakaman etu-liitteen kanssa.

: Verkkotason monilähetyspakettien ollessa kyseessä verkkotason .·*·, monilähetysosoitteet voidaan liittää reitityskerroksen L2,5 64-bittiseen yleislä- hetysosoitteeseen. Sofistikoituneempi tapa on varata yksi bitti L2,5-reititys- 112152 8 osoitteista monilähetysosoitteen määrittämiseksi (vrt. unicast-osoitteeseen), jolloin kaistanleveyden käyttö on tehokkaampaa. Tämä vähentää L2,5-reititysosoitteen kokoa yhdellä bitillä ja näin ollen asettaa lisärajoituksia MN:n käytettävissä olevien IPv6-osoitteiden suhteen.

5 Pakettien lähettäminen käyttäen L2,5-reititysosoitteita

Kuvio 8 havainnollistaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti paketteja lähettävän liikkuvan solmun MN perustoiminnallisuutta.

Kun tulee 800 tarve lähettää IP-kohdeosoitteen käsittävä paketti, tarkastetaan 801, onko IP-lähdeosoite käytettävissä. Jos MN:lle ei ole kiinteää IP-osoitetta, 10 MN hankkii 802 sellaisen dynaamisesti. IP-osoite voidaan hankkia DHCP-palvelimelta (IPv4 tai IPv6) tai (IPv6:n tapauksessa) suoritetaan tilaton osoitteen autokonfigurointiproseduuri (stateless address autoconfiguration).

Seuraavassa esitetään esimerkki siitä, kuinka IPv4-osoitteen hankinta voidaan suorittaa käyttäen DHCP-palvelimia ja 64-bittisiä kerroksen 2,5 15 reititysosoitteita. Pyyntö lähetetään DHCP-palvelimelle:

Liikkuva solmu MN —> DHCP-palvelin: (DHCP Discovery-viesti) L3 Kohde: paikallinen aliverkkoyleislähetys (kaikki ykkösiä) L3 Lähde: määrittelemätön (kaikki nollia) L2,5 Kohde (21): 64-bittinen yleislähetysosoite 20 L2,5 Lähde (22): 48-bittisestä BD_ADDR:stä johdettu 64- bittinen L2,5 osoite * ,,.’.Ι L2,5-kerroksen 64-bittinen yleislähetysosoite voidaan määrittää . . esimerkiksi niin, että kaikki bitit ovat ykkösiä. Vaihtoehtoisesti liikkuva solmu 25 voi määrittää yleislähetyslipun DHCP Discover/Request -viestissä, jolloin ei ole tarvetta L2,5-lähdeosoitteelle (DHCP-vastaus yleislähetettäisiin takaisin liikkuvalle solmulle).

; V DHCP-palvelin vastaa MN.IIe IP-osoitteella: 30 DHCP-palvelin—> Liikkuva solmu MN: (DHCP Offer-viesti) , ’., L3 Kohde: määrittelemätön osoite L3 Lähde: DHCP-palvelimen osoite » • ·' L2,5 Kohde (21): Discovery-paketista saatu MN:n osoite ' _; ’: L2,5 Lähde (22): DHCP-palvelimen osoite ‘’: 35 Hyötykuorma (25): uusi IPv4-osoite liikkuvalle solmulle 112152 9

Ehdotettuja L2,5-reititysosoitteita voidaan käyttää verkkokerroksen L3 IPv6-osoitteiden hankkimiseen tilattomalla osoitteen autokonfigurointipro-seduurilla. MN ensin generoi IPv6-osoitteen, tai se on tilastollisesti konfiguroitu IPv6-osoitteella ja sitten se suorittaa duplikaattiosoitteen ilmaisun (duplicate 5 detection) rajapintatunnisteelle (Interface ID) (eli IPv6-osoitteen 64:lle viimeiselle bitille). Duplikaattiosoitteen ilmaisu suoritetaan osoitteen ainutkertaisuuden varmistamiseksi. Ilmaisu voidaan suorittaa seuraavalla tavalla käyttäen 64-bittisiä L2,5-reititysosoitteita: MN monilähettää naapurinhankintaviestin (neighbour solicitation 10 message): L3 Kohde: hankittavan solmun monilähetysosoite L3 Lähde: määrittelemätön osoite L2,5 Kohde (21): 64-bittinen yleislähetysosoite L2,5 Lähde (22): BD_ADDR:stä johdettu 64-bittinen L2,5-osoite 15 tai määrittelemätön osoite (voitaisiin määrittää esim. nolliksi)

Jos verkkokerroksen L3-osoite on jo käytössä, duplikaatti-isäntälaite vastaa naapurin mainostusviestillä: L3 Kohde: osoite monilähetyksen suorittamiseksi kaikille solmuille 20 L3 Lähde: isäntälaitteen osoite L2,5 Kohde (21): 64-bittinen yleislähetysosoite i '.· L2,5 Lähde (22): isäntälaitteen 64-bittinen L2,5-osoite : Jos duplikaattiosoite löydetään, liikkuva solmu voi generoida toisen ·;·*· osoitteen ja suorittaa uudelleen duplikaattiosoitteen ilmaisun. IPv6:n osoitteen : 25 hankinta ei oikeastaan tarvitse erityisiä L2,5-osoitteita, koska vastaus lähete- • · ,···, tään takaisin yleislähetysviestinä. Olisi kuitenkin mahdollista käyttää » · BD_ADDR:stä johdettua L2,5-osoitetta kuten IPv4:n tapauksessa.

'· IPv6 DHCP-pyynnöt toimivat kuten IPv4:n tapauksessa, mikä vaatii L2,5-osoitteita vastausviestille, paitsi jos käytetään yleislähetystä.

; ·* 30 Viitaten uudelleen kuvioon 8, kun liikkuva solmu on hankkinut IP- osoitteen, joko dynaamisesti tai käyttäen kiinteää osoitetta, se muodostaa 803 L2,5-lähde- ja kohdereititysosoitteet lähetettävälle paketille. L2.5-kohde- reititysosoite (21) muodostetaan paketin IP-kohdeosoitteesta ja L2,5-lähde- = * osoite hankitusta IP-osoitteesta. Pakettiin lisätään 804 verkkokerroksen IP- » > < · - · ‘ 35 otsikkokenttä 24 ja L2,5 otsikkokenttä 20 ja se voidaan lähettää: I I * '.,.· Liikkuva solmu —> IP-osoite x 112 Ί 52 10 L3 Kohde: IP-osoite x L3 Lähde: äskettäin hankittu IPv4-osoite L2,5 Kohde (21): L3-kohdeosoitteesta johdettu L2,5-osoite L2,5 Lähde (22): äskettäin hankitusta IPv4-osoitteesta johdettu 5 64-bittinen L2,5-osoite

Kuten tässä esimerkissä, on edullista, että L2,5-reititysosoitteet johdetaan aina kun mahdollista IP-osoitteista. Alkuperäinen IP-osoitteen hankintaan käytetty BD_ADDR:stä johdettu L2,5-osoite nopeasti poistuu informaatio-välimuisteista, koska sitä ei myöhemmin käytetä. Kun L2,5-reititysosoitteita 10 käytetään, ARP:tä ei vaadita pakettien siirrossa.

Joissakin ad hoc-verkotusskenaarioissa (esim. kevyitä pelilaitteita sisältävissä) voi olla toivottavaa jättää L3-protokollat kokonaan huomioimatta. Näissä tapauksissa L2-osoitteista liitettyjen reititysosoitteiden (eli L2,5) jatkuva käyttö voi olla toivottavaa.

15 Pakettien reititys käyttäen L2,5-reititysosoitteita

Erästä esimerkkiä liikkuvan solmun MN reititystoiminnallisuuden järjestämiseksi on havainnollistettu kuviossa 9. Kuten on jo mainittu, reititys ad hoc-liikkuvuusverkoissa eroaa tavanomaisten kiinteiden verkkojen reitityksestä. Ad hoc-verkoissa reititysosoite (tässä keksinnössä L2,5-reititysosoite) yksi-20 selitteisesti määrittää kyseessä olevan liikkuvan solmun MN. Näin ollen jokai-.. seen liikkuvaan solmuun MN on erillinen polku. Välillä olevien solmujen tulee ; . määrittää polku joko tallennettujen polkujen (reititystaulukko) tai dynaamisesti | hankittujen polkujen perustuvan L2,5-reititysosoitteen perusteella.

: * Paketti voi saapua 900 reititystoimintoon joko toisesta liikkuvasta :.’*i 25 solmusta tai se voi olla lähtöisin liikkuvasta solmusta itsestään (kuvion 8 vai- heen 804 jälkeen). Reititystoiminto tarkastaa 901 paketin L2,5-kohdereititys-osoitteen (21). Jos paketti ei käsitä L2,5-kohdereititysosoitetta (21), sellainen muodostetaan 901 verkkokerroksen IP-kohdeosoitteesta edellä kuvatulla ta-.valla. Vaiheessa 902 tarkastetaan, onko L2,5-kohdereititysosoite (21) sama .30 kuin liikkuvan solmun spesifinen L2,5-reititysosoite. Jos näin on, paketti lähetetään 903 ylemmille kerroksille. Jos näin ei ole, polku havaittuun L2,5-kohde-v reititysosoitteeseen (21) tarkastetaan 904.

Jos tarkastuksen 905 perusteella polku löydetään, paketti voidaan \ lähettää 906 löydetyn polun mukaiselle seuraavalle liikkuvalle solmulle MN.

,*·, 35 Jos polkua ei löydetä, reititystoiminto voi yleislähettää 907 polkukyselyn L2,5- kohdereititysosoitteen perusteella (21) ja lähettää 906 paketin vastauksena 112152 11 saadun polun perusteella, jos sellainen saadaan. Muutoin paketti hylätään 907. Polun löytäminen voidaan tehdä monilla tavoin riippuen valitusta reiti-tysalgoritmista. On tärkeää huomioida, että siirretyt paketit voivat käsittää ei-käyttäjädataa ja ne eivät välttämättä ole IP-paketteja. Tämä on tilanne reiti-5 tysinformaation vaihtopaketeissa, eli paketit käsittävät L2,5 reititysotsikkoken-tän 20 ja reititysinformaatiota hyötykuormana 25 (ei IP-otsikkokenttää 24).

Käytettävä reititysprotokolla määrittää mekanismin polun muodostamiselle muodostettujen L2,5-reititysosoitteiden perusteella. Proaktiivisissa reititysprotokollissa ylläpidetään liikkuvien solmujen muistissa reititystaulukkoa, 10 johon tallennetaan informaatiota poluista eri liikkuviin solmuihin. Liikkuvat solmut periodisesti vaihtavat reititysinformaatiota käyttäen spesifisiä reititysinfor-maation vaihtopaketteja. Tässä tapauksessa polku tarkastetaan 904 reititys-taulukosta ja paketti lähetetään 906 tai paketti hylätään 907. Reaktiivisissa reititysprotokollissa, jotka tunnetaan myös on demand-protokollina, polkua kysel-15 lään dynaamisesti, kun on tarve lähettää paketti. Polkua voidaan kuitenkin säilyttää muistissa jonkin aikaa ja kysely (907) ei aina ole välttämätön. Lisäksi jotkin reititysprotokollat tarjoavat lähdereitityksen, eli lähdesolmu voi kysellä polkua ja lisätä L2,5-kohdeosoitteeseen polun kuvaavia reititysinformaatiolisäyk-siä (23) paketteihin. Välillä olevat liikkuvat solmut tällöin tarkastavat polun 904 20 paketin L2,5 reititysotsikkokentästä sen sijaan, että ne käyttäisivät reititystaulukkoa tai dynaamista kyselyä.

Ad hoc-liikkuvuusverkkoja varten on kehitetty useita reititysprotokol- ; lia: •;· *: Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV) : 25 On-Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP) .··*' Optimized Link State Routing-protokolla (OLSR)

4 I

Differential Destination Multicast (DDM)-reititysprotokolla

Multicast Ad hoc On-Demand Distance Vector (MAODV)-reititys- protokolla 30 Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF) ;...: Dynamic Source Routing (DSR) . . Temporally-Ordered Routing Algorithm (TORA) , * ·. Zone Routing Protocol (ZRP) ad hoc-verkkoja varten ’’’ Source-Tree Adaptive Routing (STAR).

35 Keksintöä voidaan käyttää minkä tahansa ad hoc-liikkuvuusverkkoa varten suunnitellun kehitetyn reititysprotokollan kanssa. Esimerkinomaisesti 112152 12 esitetään AODV-protokollan perusperiaatteet: AODV on proaktiivinen reititys-protokolla, joka käyttää hyppy-hypyltä (hop-by-hop) reititystä. Kun lähde tarvitsee reittiä kohteeseen ja polkua ei tunneta tai se ei enää ole validi, yleislähete-tään reittipyyntö (Route Request; RREQ). Reitti voidaan määrittää kun RREQ 5 saavuttaa joko itse kohteen tai välisolmun, jolla on riittävän uusi reitti kohteeseen. Jokainen polun tietävä solmu vastaa lähteelle reittivastauksella (Route Reply; RREP), joka käsittää polun. Kohdesekvenssinumeroita käytetään solmuille pakettien silmukoitumisen estämiseksi. Jokaiselle reitille säilytetään rei-titystaulukossa ainoastaan kohdeosoitetta ja seuraavan hypyn osoitetta liian 10 suurien reititystaulukkojen välttämiseksi. Jokaiselle reititystaulukon merkinnälle annetaan elinaika reitin validiuden keston indikoimiseksi.

Edellä mainittua liityntäsolmua AP voidaan myös pitää liikkuvana solmuna ja se voi suorittaa kuvioissa 8 ja 9 havainnollistettuja toimintoja. Jos AP toimii siltana, sen kuitenkin täytyy poistaa langattomaan verkkoon lähetet-15 tävien pakettien ad hoc-liikkuvuusverkkospesifinen L2,5-reititysotsikkokenttä ja lisätä LAN:n mukainen siirtokerrosspesifinen otsikkokenttä ja päinvastoin ad hoc-liikkuvuusverkkoon siirrettävien pakettien osalta. Jos AP toimii reitittimenä, L2,5-otsikkokenttä poistetaan ja verkkokerroksen L3-reititystä sovelletaan. Alemman kerroksen otsikkokenttiä muutetaan luonnollisesti uloslähtevän raja-20 pinnan mukaisesti.

64-bittisten L2,5-reititysosoitteiden käytöllä on monia etuja. ARP:tä :·, ei tarvita, jos suora liittäminen voidaan taata. Osoitteistus toimii minkä tahansa : /t reitityssuunnitelman kanssa. Samaa osoitetta voidaan käyttää reitityksessä ; IPv6-, IPv4-ja BD_ADDR-osoitteiden sijaan. Sekä tilatonta että tilallista (esim.

[ [ 25 DHCP) osoitteen autokonfiguraatiota voidaan tehokkaasti suorittaa. Jos 64- bittisiä datan siirtokerroksen L2-osoitteita otetaan käyttöön, ne toimivat myös hyvin esitetyssä osoitteistussuunnitelmassa. On myös mahdollista käyttää 48-,,,· bittisiä L2,5-osoitteita samankaltaisella tavalla. Ainoa haittapuoli on, että IPv6:n rajapintatunnisteen (IPv6 Interface Id) pituus käytännöllisesti katsoen 30 rajoittuu 48:aan bittiin.

’. Kuvio 10 havainnollistaa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen liikkuvan solmun protokollakerroksia. Fyysinen kerros mahdollistaa langattoman tiedonsiirron liikkuvien solmujen välillä, kuten Bluetooth-laitteiden (MN, AP) välillä. Bluetoothissa siirtokerros L2 käsittää Bluetoothin loogisen lin-35 kin ohjaus- ja adaptaatioprotokollan L2CAP, joka adaptoi ylemmän kerroksen ·, protokollia kantataajuuskaistan yli. Myös linkin hallintaprotokolla LMP (Link 13 112152

Manager Protocol) on osa Bluetoothin siirtokerrosta L2 ja se on vastuullinen linkin pystyttämisestä Bluetooth-laitteiden välille. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti L2,5-reitityskerros lisätään L2:n ja L3:n, IP-kerroksen, väliin. IP-kerroksen yläpuolella on TCP:tä ja UDP:tä käyttävä L4 vä-5 lityskerros ja sovelluskerrokset, esimerkiksi WAP-kerroksia (Wireless Application Protocol).

Esillä oleva keksintö voidaan toteuttaa olemassa olevissa ad hoc-verkkojen liikkuvissa solmuissa. Niissä kaikissa on prosessoreita ja muistia, joiden avulla edellä kuvattu keksinnöllinen toiminnallisuus voidaan toteuttaa.

10 Keksinnölle olennaiset toiminnot, kuten ohjausvälineet osoitteiden liittämisen suorittamiseksi, polun löytämiseksi ja pakettien siirron ohjaamiseksi voidaan toteuttaa prosessorissa suoritettavana ohjelmistona. On myös mahdollista käyttää kovo-ratkaisuja, kuten ASIC:a (Application Specific Integrated Circuit) tai erillislogiikkaa.

15 Oheistetut kuviot ja niihin liittyvä selostus on ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Keksinnön erilaiset eroavaisuudet ja muunnokset ovat alan ammattimiehille ilmeisiä ilman, että poikettaisiin liitetyissä patenttivaatimuksissa määritetyn keksinnön piiristä ja hengestä.

I t * I · > 4 t * ♦ ·

» t I I

* » » I · * ·

• * I

• il • | * ♦ » * » • · * · » * I · • · i f

* « I

' » » » · > <

* I I

> · I · * * »

* t I

* » I * I

s t i 1 I

» 5 I I « I 1 I *

i * I

» t »

Claims

112152

1. Menetelmä pakettien reitittämiseksi ad hoc-liikkuvuusverkossa, joka käsittää useita langattomia liikkuvia solmuja (MN), missä liikkuvat solmut (MN) ylläpitävät ja/tai hankkivat reititysinformaatiota muista liikkuvista solmuis- 5 ta ja reitittävät paketteja muihin liikkuviin solmuihin (MN) liikkuville solmuille spesifisten polkujen perusteella, tunnettu siitä, että muodostetaan (803) verkkokerroksen osoitteiden lisäksi liikkuville solmuille (MN) spesifisiä reititysosoitteita verkkokerroksen osoitteista tai ainutkertaisista liikkuvien solmujen (MN) laitetunnisteista käytettäväksi pakettien 10 lähde- ja kohdeosoitteina, ja reititetään paketteja ad hoc-liikkuvuusverkon liikkuvien solmujen (MN) välillä reititysosoitteiden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 tarkastetaan (901) reititettävän paketin kohdereititysosoite (21), muodostetaan, jos kohdereititysosoitetta (21) ei ole, kohdereititysosoite (21) paketin IP-osoitteesta, tarkastetaan (904) polku kohdereititysosoitteeseen (21), ja lähetetään (906) paketti löydetyn polun seuraavalle hypylle.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, *·.. että : .·. ylläpidetään reititystaulukkoa poluille liikkuviin solmuihin (MN), ja !". · tarkastetaan (904) polku reititystaulukosta.

* · . . 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että tarkastetaan (904) polku kohdereititysosoitteeseen (21) yleislähet-'···* tämällä kysely muille liikkuville solmuille (MN), jos reititystaulukkoa ei ole tai validia polkua ei löydy reititystaulukosta. I

· » ·' ,· 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että lisätään reitityslaajennus polun kuvaavaan pakettiin paketin lähettä-vässä lähteenä olevassa liikkuvassa solmussa (MN), ja tarkastetaan (904) välillä olevissa liikkuvissa solmuissa (MN) polku :,:,: paketin reitityslaajennuksesta.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, *»» tunnettu siitä, että 112152 muodostetaan (803) kohde- ja lähdereititysosoitteita (21, 22) verkkokerroksen IP-kohde- ja lähdeosoitteista.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 muodostetaan (803) 64-bittisiä reititysosoitteita lisäämällä nolla- bittejä tai erityisiä etuliitteitä IPv4-osoitteisiin, tai muodostetaan (803) 64-bittisiä reititysosoitteita käyttämällä ainoastaan IPv6-osoitteiden rajapintatunnisteosuuksia (Interface ID).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, t u n -10 n ett u siitä, että muodostetaan reititysosoitteita ainutkertaisista liikkuvien solmujen (MN) laitetunnisteista, kuten IEEE 802-osoitteista, käytetään liikkuvien solmujen (MN) ainutkertaisista laitetunnisteista muodostettuja reititysosoitteita hankittaessa (802) IP-osoitetta liikkuvalle sol-15 mulle (MN), ja muodostetaan (803) liikkuvasta solmuista lähteville paketeille lähde-reititysosoitteet (22) hankitun IP-osoitteen perusteella.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 suoritetaan reititys käyttäen jotakin seuraavista reititysprotokollista: - Ad Hoc On-Demand Distance Vector (AODV) ; '.. - On-Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP) • : - Optimized Link State Routing-protokolla (OLSR) «·» •; : - Differential Destination Multicast (DDM)-reititysprotokolla .·. : 25 - Multicast Ad hoc On-Demand Distance Vector (MAODV)- . · · · ’ reititysprotokolla - Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF) - Dynamic Source Routing (DSR) - Temporally-Ordered Routing Algorithm (TORA)

30. Zone Routing Protocol (ZRP) ad hoc-verkkoja varten :...: - Source-Tree Adaptive Routing (STAR).

10. Ad hoc-liikkuvuusverkko, joka käsittää useita langattomia liikku- .··. via solmuja (MN), missä liikkuvat solmut (MN) ylläpitävät ja/tai hankkivat reiti- ” tysinformaatiota muista liikkuvista solmuista (MN) ja reitittävät paketteja muihin *-' 35 liikkuviin solmuihin (MN) liikkuville solmuille spesifisten polkujen perusteella, tunnettu siitä, että 112152 liikkuvat solmut (MN) on järjestetty muodostamaan (803) verkkokerroksen osoitteiden lisäksi liikkuville solmuille (MN) spesifisiä reititysosoitteita verkkokerroksen osoitteista tai ainutkertaisista liikkuvien solmujen (MN) laite-tunnisteista käytettäväksi pakettien lähde- ja kohdeosoitteina, ja 5 liikkuvat solmut (MN) on jäljestetty reitittämään paketteja ad hoc- liikkuvuusverkossa reititysosoitteiden perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen ad hoc-liikkuvuusverkko, tunnettu siitä, että ad hoc-verkko on lyhyen kantaman radiotaajuusverkko ja liikkuvat 10 solmut (MN) tukevat Bluetooth-spesifikaatiota.

12. Ad hoc-liikkuvuusverkon liikkuva solmu (MN), joka liikkuva solmu (MN) on jäljestetty ylläpitämään ja/tai hankkimaan reititysinformaatiota muista liikkuvista solmuista (MN) ja reitittämään paketteja muihin liikkuviin solmuihin (MN) liikkuville solmuille spesifisten polkujen perusteella, tunnet- 15. u siitä, että liikkuva solmu (MN) on lisäksi jäljestetty muodostamaan (803) verkkokerroksen osoitteiden lisäksi liikkuvalle solmulle (MN) spesifisiä reititysosoitteita verkkokerroksen osoitteista tai ainutkertaisista liikkuvan solmun (MN) laitetunnisteista käytettäväksi pakettien lähde- ja kohdeosoitteina, ja 20 reitittämään paketteja ad hoc-liikkuvuusverkossa reititysosoitteiden perusteella.

• '·· 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen liikkuva solmu (MN), tun- i n e 11 u siitä, että liikkuva solmu (MN) on järjestetty •: · · · tarkastamaan (901) reititettävän paketin kohdereititysosoitteen (21), 25 muodostamaan kohdereititysosoitteen (21) IP-osoitteesta, jos koh- .···,’ dereititysosoitetta (21) ei ole, • » , · ·, tarkastamaan (904) polun kohdereititysosoitteeseen (21), ja • · lähettämään (906) paketin löydetyn polun seuraavalle hypylle. • · · • · · • ♦ • · t · • · I I I • · I » · • I · * · • · It· III > I · > » · * · · • I 112152