CN1298148C - 微移动性网络路由系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种微移动性网络路由系统和方法，该系统和方法可以实现将移动IP的宏移动性支持扩展到支持微移动性的协议，并且使得更有效、更容易执行的网络设备的因特网路由协议可被实现。在此，宏移动性特征是指移动节点接入因特网、同时保留同一个IP地址的意思。在移动节点进入区外域覆盖区(最后进入其本地域内)时，此概念仅被使用一次。在这种情况下，在移动节点在区外网络内移动时，微移动性概念使路由分组到移动节点更容易。利用消息组合和用于扩展现有技术移动IP协议的协议扩展，本发明可以实现这些新特征。

Description

微移动性网络路由系统与方法
技术领域
本发明公开了一种微移动性网络路由系统和方法，该系统和方法可以实现将移动IP的宏移动性支持扩展到支持微移动性的协议。
背景技术
因特网使人们的日常生活方式发生了根本性的变化。无论是阅读每日的早报、交易股票、留意天气情况、购买服装或可以想到的其它如何事情。最近10年，无线通信技术也在逐渐得到改善。无线通信技术可以追溯到60年代开发出第一套模拟无线电系统到变成数字系统以及现在转变为提供宽带接入。变革速度这样慢的无线网络在以后的几年中蓬勃发展的原因是，现在有了进行通信的媒体(因特网)和大量应用程序组。
移动IP提供了一种其移动节点可以从一个连接点(例如：企业内的子网)移动到另一个子网(例如：另一个企业内的另一个子网)，并且仍可以与各节点通信的框架。移动IP提供跟踪当前位置(在移动IP规范中被称为绑定(binding))并将所有业务量发送到移动节点的方法，该移动节点将所有业务量透明转发到当前位置。移动IP意味着，为了更新跟踪(即：绑定)，无论移动节点何时从一个子网转移到另一个子网，它总是保持在其本地网(即用户正式注册的网络)内。
移动IP的问题是进行越区切换时的开销问题。在移动主机是区外网络并且在它每次进行越区切换时，将移动IP注册请求消息发送到本地代理。蜂窝式网络内的基站通常群集在一起以在确定必须将分组转发到什么位置的上行中，形成域和路由器。将注册请求消息频繁发送到HA所产生问题的一种解决方案是利用域概念和域拓扑(通常是树形的)。
本发明涉及一般电信领域和移动IP环境下的计算机网络消息路由过程。现有技术通常解决移动IP网络内的宏移动性问题，本发明对此概念进行扩展以使移动节点接入因特网，而保留同一个IP地址。为了显著降低协议开销，本发明协议将整个网络的通信量降低到这样的情况，即在这种情况下，移动节点进入区外域(最后进入其本地域)的覆盖区。
移动IP对移动用户从一个网络漫游到另一个网络而不中断其业务提供支持。在用户因为移动而在网络上非常频繁地越区切换时，这种概念就存在主要缺陷。每次在其改变其连接点时，移动IP要求移动节点通知其新位置的本地代理。在存在频繁越区切换时，有时被称为宏移动性的概念就比适合了，因为由于在移动节点与本地代理之间交换注册消息产生等待时间。
本发明与现有技术解决方案的对比
微移动性是移动IP的扩展，并且通过对本地代理隐藏移动节点的准确位置，可以实现微移动性，因此不必始终将注册消息发送到HA，而是在本地对该消息进行处理。在它所访问的无线域内，移动节点的准确位置一直在本地。本发明提供了一种用于寻址微移动性的新颖协议。该协议基于IP多点广播，并且通过利用显式多点广播来解决快速平滑越区切换问题，对该协议进行进一步改进。显式多点广播已经用于克服常规IP多点广播的某些缺陷。
典型的现有技术解决方案
为了减少发送到本地代理(HA)的消息数量，已经建议了几种协议，例如：HAWAII[Lucent]、蜂窝IP(Celluar IP)[Ericsson]以及分级区外代理(Foreign Agent)。其中每个协议均利用域概念来降低发送消息的频率。
HAWAII建议和蜂窝IP建议非常类似，但是HAWAII表现更好，因为它对上述问题提供了更完善的解决方案。以下将概括说明该协议方案。以下还将简要描述新加坡大学提出的建议以及分级微移动性管理。
有两种协议在IETF和基于主机路由技术的学院派内引起广泛讨论。主机路由技术利用逐段转接机制进行路由，从而在每个中继段搜索移动主机的入口通路并利用正确接口转发数据分组。这两个协议是HandoffAware域间基础设施(HandoffAware Inter-domaininfrastructure)和蜂窝IP。现在将对此做详细说明。
HandoffAware域间基础设施[HAWAII]
HAWAII定义的域可以含有几百个基站，因此提高了(访问区外域的)MN在注册到其本地代理后保留在同一个无线域内的概率。在这种情况下，就显著降低了本地代理的作用。
HAWAII将域根路由器(Domain Root Router)(DRR)定义为因特网与无线域之间的连接设备。在第一次移动到区外域时，移动节点或移动主机采用通常移动IP概念。
该协议要求移动节点采用局内管理地址(colocated care-ofaddress)，即采用非区外代理提供的地址。例如，通过DHCP可以获得此地址。移动节点附加网络地址标识符扩展，因此该域可以将访问移动节点与该域管理的移动节点区别开。对于访问节点，基站(即：与该基站相连的路由器)在移动节点路由选择高速缓存内建立入口通路并将注册请求转发到移动节点的本地代理。沿该通路的每个节点均实现同样的运行过程(即：建立路由选择高速缓存入口通路)，直到该消息到达DRR，DRR将注册请求转发到本地代理。
移动节点必须记忆当前基站的地址，因此在越区切换到新基站时，除了其注册请求之外，它还可以提供IP地址。存在先前区外代理节点扩展有助于基站确定移动节点是否事先已经通过同一个无线域内的另一个基站进行了注册。
在基站检测此扩展时，它起动路由更新算法。根据所采用的无线技术提供的容量，定义了两种可能性。如果移动节点可以从两个基站同时接收分组，则进行路由更新过程，直到到达交叠路由器(该路由器的一个接口通向老基站，而另一个接口通向新基站)，此方案也称为非转发方案。在移动节点不能同时监听多个基站的转发方案中，发送路由更新消息，直到它到达老基站。此方案允许老基站将预期到达移动节点的分组转发到移动节点的新位置。
如果没有业务量并且移动节点也不空闲，则要求该节点发送通路更新消息。这些消息传播到DRR，并且该通路上的每个路由器对路由入口通路进行更新。
各相应节点将分组发送到移动节点的内部地址。本地代理截取这些分组并利用移动节点的局内管理地址建立隧道。在分组到达DRR时，以逐段转接方式转发它们。此时，每个中继段使用MN事先更新路由入口通路。进一步扩展该协议以支持呼叫。
以下是HAWAII的一般特性：
·沿域边界定义两级分级结构，并定义独立的域间机制和域内机制。将唯一局内管理地址分配给移动主机以对直通QoS提供支持。
·在移动主机移动时，为了保持端对端的连通性，建立专用通路。这些通路对逐段转接路由选择分组提供支持。
·软状态机制对网络内的路由器或链接失败提供容许度。
·根据移动主机的容量，提供了两种进行平滑越区切换的不同方案。可以同时从两个不同基站接收数据的移动节点非转发方案和一次只能从一个基站接收数据的节点转发方案。
HAWAII内使用的术语
本地域
它是移动节点所属的域。
区外域
移动节点访问的、不是其本地域的任何域。
域根路由器
域根路由器是到域的网关。
更新消息
这些消息是在进行越区切换时或周期性地被基站发送到路由器以上行更新移动节点的入口通路的消息(利用寿命)。
原理
将每个域内的网关称为域根路由器。每台主机分别具有IP地址和本地域。域覆盖包括几百个基站的区域，因此提高了移动主机位于其本地域内的机率。从而显著减少了本地代理的工作。
在移动节点(MN)移动到区外域内时，通常移动IP概念开始发生作用。对每台移动主机指定一个唯一管理地址，并且如果在区外域内移动，则该地址不发生变化。本地代理将分组隧道式传递(tunnel)到该管理地址。不将区外域内的移动通知本地代理，并且通过在区外域内动态建立通路可以保持连通性。
操作顺序-加电
·通过将与注册请求一起发送的网络接入标识符(NAI)与当前无线域的NAI进行比较，基站确定MN是在本地域内还是在区外域内。如果移动节点在本地域内，则该基站必须在每个节点建立路由入口通路直到到达域根路由器。否则，该基站必须将注册请求转发到本地代理并在每个节点建立路由入口通路直到到达域根路由器。
·将相应节点(CN)输出的分组发送到MN的本地网。
·HA截取分组，然后通过局内管理地址(CCOA)将它们隧道式传递到MN。在分组到达无线域时，通过先前建立的逐段转接路由入口通路路由选择它们。
操作顺序-域内移动(非转发)
·从MN收到注册请求后，在MN必须发送先前区外代理扩展以及注册请求时，基站(BS)指出老基站。
·如果移动是域内移动，则BS始终将Hawaii更新消息发送到老BS，以更新位于新BS与老BS之间通路内的所有路由器的高速缓存。
·然后，老BS将确认发送回新BS。
执行上述操作过程以实现平滑越区切换。
操作顺序-域内越区切换
·将CN发送的分组送到MN的本地网，本地代理截取这些分组，并将它们隧道式传递到CCOA。然后，通过基于逐段转接的正确接口，DRR下行发送该分组。
·然后，对于每个HAWAII入口通路，通过接口，交叠路由器将该分组转发到下一中继段路由器。
蜂窝IP(CIP)
综述
预期蜂窝IP可以将IP数据报路由选择到移动主机。预期该协议以及移动IP可以提供广域移动性支持。指定蜂窝IP用于本地级，如校园或大城市局域网。
蜂窝IP类似于HAWAII，因为它也根据逐段转接原理处理无线域内的业务。这两种协议的不同之处在于，所使用的术语、消息以及其与移动IP的交互。CIP网关控制流入CIP域和从CIP域流出的业务量。CIP网关包括两个分部件：网关控制器和网关滤波器。
网关控制器(GC)接收通常是更新分组的分组，网关利用该分组更新MN的位置，然后放弃该分组。滤波器(GPF)进行校验以检查是将来自域内的分组发送到GC还是将它们转发到因特网上。此协议的一个主要特征是可以区别空闲节点和有效节点并且支持寻呼。
术语
蜂窝IP节点
蜂窝IP网络包括互连蜂窝IP(CIP)节点。该节点在蜂窝IP网络内部路由选择分组，并通过无线接口与移动主机进行通信。
网关控制器
网关控制器(GC)接收通常是更新分组的分组，网关利用该分组更新MN的位置，然后放弃该分组。
网关分组滤波器
滤波器(GPF)进行校验以检查是将来自域内的分组发送到GC还是将它们转发到因特网上。
蜂窝IP网关
它包括GC、CIP节点以及GPF。
控制分组
路由更新并寻呼更新分组
寻呼高速缓存
某些蜂窝IP节点具有的高速缓存，用于将分组路由选择到移动主机。
HAWAII和CIP的缺陷
上述描述的解决方案支持微移动性。与在移动IP内定义的相同，在可以沿从DRR到最后一个路由器的通路更新路由入口通路之前，HAWAII要求移动节点接收代理通知。涉及在进行越区切换之后更新该BS与DRR之间的中间路由器的等待时间与实时应用的要求一致。CIP在移动节点对移动IP进行调整并在各移动节点实现CIP，这是必须遵守的限制，同时也是该解决方案的缺陷。如果通过用户数量非常大的蜂窝式基础设施采用这两种协议，则这两种协议面临可伸缩性问题。
位置管理与路由过程
CIP利用两个并行高速缓存系统来存储与移动主机位置相关的信息。将有效主机的变换地址(mapping)保留在其超时值比寻呼高速缓存的超时短的路由选择高速缓存内。对频繁进行越区切换的主机，将变换地址保留在路由选择高速缓存内。由于路由选择高速缓存的超时值非常小，所以它会导致从节点的路由选择高速缓存清仓到移动入口通路。因此，不将分组发送到移动主机的老地址，这样资源的损失就较少。因为路由选择高速缓存的超时值较大，所以空闲主机发送的更新分组较少。
蜂窝IP功能
位置管理
空闲主机发送呼叫更新分组以更新呼叫高速缓存变换地址从而反映当前位置，但是又不改变路由选择高速缓存变换地址。一旦呼叫更新分组到达网关就将它删除以避免蜂窝IP具体控制过程到达因特网。
在IP分组到达寻址到没有最新路由选择高速缓存变换地址可用的移动主机的蜂窝节点时，则利用呼叫高速缓存内的变换地址路由选择该分组。将这个阶段称为“显式呼叫”。
路由选择
利用常规逐段转接路由选择过程，将移动主机发送的分组路由选择到网关，蜂窝IP节点监测这些分组，并利用主机地址和这些分组到达的接口来更新其路由选择高速缓存入口通路。利用路由选择高速缓存变换地址，反向逐段转接路由选择寻址到移动主机的分组。有效但是没有任何要发送数据的移动主机必须发送周期性路由更新分组，以保证该路由选择高速缓存不被清除。为了提高可靠性，寻呼高速缓存含有移动主机，路由选择高速缓存也含有该主机。
越区切换
移动主机启动越区切换。在移动主机移动时，将分组送到新基站，并且沿其通路到网关，这些分组更新各高速缓存。如果存在共享两个通路的节点，则对老变换地址进行更新。在等于路由选择高速缓存变换地址超时的时间，将分组发送到老基站和新基站。在超时期满后，清除老基站的高速缓存入口通路。
广域移动性
在移动主机从一个蜂窝IP网络移动到另一个蜂窝IP网络时，就产生广域移动性。利用包含在基站信标信号内的蜂窝IP网络标识符，移动节点识别各蜂窝IP网络。信标信号还含有网关的IP地址。移动主机可以立即开始发送寻呼更新分组。收到第一寻呼更新分组后，网关执行包括充电判定等的接入控制。收到该请求后，移动主机将其移动IP注册消息发送到其本地代理以将网关的IP地址规定为管理地址。
新加坡大学的建议
该方案建议采用分级移动性管理结构以将越区切换处理过程限制在域内，并采用多点广播作为将分组发送到多个基站从而实现快速越区切换的方法。
术语
域区外代理(DFA)
DFA的作用类似于到该域的网关。DFA实现在移动IP内描述的所有功能。
动态虚拟宏小区(DVM)
利用逻辑方法，将基站组织为DVM。通过将相邻各基站群集在一起形成各DVM，并且各DVM甚至会发生重叠。每个BS可能属于多个DVM，但是每个BS仅可能是一个DVM的核心。
原理
MN存储DFA的IP地址，BS代表DFA广播此IP地址。DFA将域内的唯一多点广播地址分配给该MN。该MN通知服务BS预订此多点广播地址。该BS反过来通知其相邻BS预订多点广播组。
将指定到域内MN的分组隧道式传递到DFA，然后DFA将该分组转发到MN的多点广播地址。预订多点广播组的BS接收数据报，并且只有用作MN的BS转发分组，而其它BS仅缓存它们。
此方法的显著缺陷是，在每次进行越区切换时，谁是核心的管理。
分级微移动性
术语
在所建议的微移动性中，移动性管理协议包括三个部分：
接入移动性管理协议
它规定MN与它所连接的域之间的注册过程，并且与网络核心使用的微移动性管理协议和宏移动性管理协议无关。
微移动性管理协议
它处理域内的本地移动性。
宏移动性管理协议
该协议处理MN的宏移动性，移动IP用于实现宏移动性。
原理
该建议基于对移动性支持(MS)的有效利用。MS是对当前访问该域的每个移动节点保持绑定的一个路由器或一组路由器，并且MS还代表MN执行发送绑定更新的工作。MS的典型功能包括：
·对MN发送的注册消息进行处理
·将绑定更新发送到MN的CN和HA
·截取并改发寻址到MN的分组
操作顺序：进入新域内(域间移动)
·通过在先前域内发送其本地地址、本地代理地址、PcoA以及其先前移动性支持(MS_P)的地址，获得CoA(也称为物理CoA(PcoA))并存储移动性支持。移动性支持对注册进行确认。
·从MN收到注册消息后，MS对该MN分配虚拟CoA(VcoA)并代表MN存储其HA。如果它确认收到MN发送的注册消息，并且该确认含有VcoA。
·完成上述操作之后，MS要求MS_p将寻址到MN的所有分组改发到它。MS_p必须确认此请求并发送CN列表和所发送的最新绑定更新的序列号列表。
·在MN地址、其HA、VcoA以及CN列表和序列号列表之间建立含有绑定的入口通路。
·将绑定更新送到每个CN
·然后，MN在MN的PcoA与VcoA之间建立绑定，MS利用此绑定改发寻址到其当前连接点的分组。
操作顺序：域内移动
在MN在域内(从一个BS的覆盖区移动到另一个覆盖区)移动时，MN利用MS存储其新连接点。然后，MS更新MN的绑定入口通路以利用新PCoA替换现有PCoA。还可以将绑定更新发送到MN的本地CN。
数据流
相应节点发送的数据报被MN的HA截取并被转发到MN的VCoA。MS截取这些分组并将它们隧道式传递到PCoA。MS将绑定更新消息(本地地址、边界路由器)送到每个CN。收到这些消息后，CN更新MN入口通路并将即将到达的分组发送到MN的当前PcoA。
基于因特网主机移动性分级结构的多点广播
该协议采用IP多点广播过程作为实现移动性的方法。各移动节点发送多点广播地址，而不发送单点广播地址。不存在本地代理/区外代理，所以除了位置服务器和多点广播路由器，还使用多点广播地址来实现移动性。此方案不能解决微移动性问题。该协议对移动IP形成挑战。
术语
位置服务器(分布式导向器)
这些服务器存储MN的多点广播地址与用作MN的多点广播路由器之间的绑定。每个MN负责周期性更新其位置服务器，位置服务器周期性具有关于用作位置服务器的多点广播路由器(MR)的信息。
基站
在此方案中，除了基站的正常功能之外，每个基站还具有用于MR的功能。
原理
在CN发送预定送到MN(具有多点广播地址)的数据报时，网络内的多点广播路由器(MR_CN)采集数据报并检验位置服务器上有关MN的信息。根据MN的多点广播地址选择位置服务器。
在获得用作MN的多点广播路由器(MR_MN)的地址后，MR_CN接触MR_MN、加入多点广播组并转发数据报。
接收数据报的每个MR去隧道(de-tunnel)数据报，并将它们转发到MN。
在MN从有关多点广播路由器的覆盖区移动到另一个多点广播路由器的覆盖区之前，MN请求新网络内的MR以加入多点广播组。因此，MN接收连续分组。
MN的先前MR和新MR接收分组，但是在某个时间周期之后，先前MR停止接收数据报。
现有技术的缺陷
尽管无论如何不能将下列内容看作是对本发明范围的限制，但是在某种程度上它的确有助于我们深刻理解现有技术缺陷，在根据本发明的某些典型实施例中可以克服这些缺陷：
·蜂窝IP意味着该移动节点执行该协议。这是主要缺陷，因为它要求对可以利用比如该协议的每个节点进行更新。除了此重要问题之外，此协议没有详细说明移动节点应该如何知道它是采用传统方案(例如：移动IP)还是采用蜂窝式方案。
·蜂窝IP和HAWAII均采用逐段转接路由协议，在用于大网络(例如：蜂窝式网络，在蜂窝式网络内有数以百万计的用户)时，逐段转接路由协议要求对大量路由表进行管理。此具体问题还意味着，无线域内的所有节点必须集成一个专用软件，因此非备用部件不能使用该专用软件。
·HAWAII不支持移动IP提供的区外地址管理地址方案。相反，HAWAII要求使用局内管理地址。此原理要求操作员管理大量IP地址，因为它必须对每个用户分配一个IP地址。考虑到Ipv4的地址已经不足，所以该建议还意味着该网络可以采用某种专用地址方案也可以采用IPv6。
·新加坡大学提出的建议意味着，除了注册请求之外，移动节点还将多点广播地址发送到新基站。这改变了每个单独移动节点上的协议。
·统一分层模型意味着，移动性支持代表移动节点向利用本地代理注册。该方案产生严重的保密问题。通过改变注册PDU，它还改变移动IP规范。并且在最后，移动节点需要具有它先前连接的基站的IP地址。
·上述解决方案不支持诸如“先合后断”的方案，该方案对通过IP应用程序的话音至关重要。
·最后一个协议具有几个缺点。在IPv4内，分配到每个和各MN的唯一D级地址的数量受到限制。它要求子网内的各路由器知道移动性。在MN在新覆盖区内移动时，它将可能进行越区切换通知位于该区域内的MR，并请求MR加入多点广播组。因此，MN必须知道相邻MR的地址，以及每次进行越区切换时涉及MN的开销。对利用位置服务器的可伸缩性不很清楚。
尽管本技术领域内的熟练技术人员还可以扩大此表，但是这的确已经表明，到目前为止，任何一种移动IP协议还不能解决现有技术未解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明的目的(尤其)在于克服现有技术中的各种缺陷并具有如下作用：
(1)提高移动节点的移动性并保持IP连接。
(2)降低与当前IP路由协议有关的路由开销。
(3)大致克服现有宏移动性协议的各种缺陷。
然而，显然，这些目的并不对本发明内容构成限制，通常，利用以下讨论的本发明公开可以部分或全部实现这些目的。显然，本技术领域内的技术人员选择所披露的本发明的各方面以实现上述目的的任意组合。
多点广播微移动性(MMM)协议
MMM协议利用IP多点广播实现快速越区切换。该协议定义的基站不仅是无源桥接器，而且积极参与协议的工作。如果使用链路层产生的触发脉冲实现网络层越区切换，则可以实现有效越区切换。要求无线域内的所有路由器均支持IP多点广播路由选择。
主接入路由器(MAR)起到无线域的网关的作用，并且支持移动IP。MAR还可以用作区外代理和/或本地代理。MAR对MN发送的注册请求进行处理，并且还对附加到注册消息上的BSR扩展进行处理。还要求MAR在转发注册应答之前分配并插入多点广播地址扩展(MAE)。MAR利用两个高速缓存管理其所在域内的各节点。绑定高速缓存具有到当前作为MAR之用的各移动节点的入口通路。可能的高速缓存具有到有希望被MAR许可提供服务的各MN的入口通路。一旦在进行必要校验后并且在从MN的HA接收注册应答后，许可MN提供服务，则MN入口通路从可能的高速缓存转移到绑定高速缓存。MAR执行移动IP部分说明的扩展。
BSR将BSR扩展附加到每个移动IP注册请求，并将该消息转发到MAR。BSR对附加到移动IP注册应答的多点广播地址扩展进行处理。BSR还将周期性相邻绑定更新(NBU)消息发送到其相邻列表中的各BSR。BSR管理两个高速缓存；绑定高速缓存被BSR用于管理其覆盖区内的移动节点，可能高速缓存被BSR用于对位于其相邻BSR覆盖区内的各移动节点进行快速越区切换。绑定高速缓存被MNAE消息更新，可能高速缓存NBU消息更新。相邻BSR(“相邻BSR”的定义由网络操作员根据统计或动态确定)利用NBU消息管理其可能高速缓存。基站路由器(BSR)实现在网络部分说明的扩展。在此，假定每个BSR知道其各相邻BSR的IP地址(网络管理员容易对此进行配置)。每个BSR还知道其MAR的IP地址。
MMM协议利用一组指定消息对当前移动IP协议进行扩展，因此：
·BSR可以与相邻BSR通信，当前位于BSR覆盖区内的移动节点信息列表采用邻近绑定扩展(NBE)。邻近绑定更新(NBU)消息含有NBE。
·BSR将已利用BSR扩展转发移动IP注册请求的BSR的IP地址通知其MAR。对注册请求消息附加BSR扩展。
·利用多点广播地址扩展(MAE)，MAR将在许可MN接入网络后，对特定MN分配的多点广播地址通知BSR。将此扩展附加到移动IP注册应答。
·利用移动节点广告扩展(MNAE)，BS将进入其小区内的移动节点的链路层特征通知BSR。此消息可能(MAY)含有不止一个MANE。
以下将对不同阶段进行说明，详细说明这些扩展如何参与移动IP的扩展过程，从而对微移动性提供支持的。对MN进入区外域时的操作顺序做简要说明。此协议假定有一位操作员管理区外网络。
协议扩展
本发明利用如下附加内容扩展现有移动IP协议：
·BSR扩展-在移动节点注册请求之后被附加，并且含有转发移动节点注册请求的BSR的IP地址。
·多点广播地址扩展(MAE)-在本地代理注册应答之后被附加，并且含有对移动节点分配的多点广播地址。
·邻近更新扩展(NUE)-一个BSR将消息发送到其周围BSR以将当前位于其BSR覆盖区的移动节点列表通知它们。周期性发送该消息。
·移动节点广告扩展(MNAE)-每当基站发现新移动节点进入覆盖区时，就进行发送。
消息扩展
本发明利用如下附加内容扩展现有移动IP消息：
·移动节点广告(MNA)-每当基站发送新移动节点进入其覆盖区时，基站就将此消息发送到其BSR。还周期性地发送此消息以刷新BSR内的各绑定高速缓存入口通路。
·邻近绑定更新(NBU)-当前作为MN的BSR将NBU消息周期性地发送到其相邻BSR。NBU消息可以含有位于其覆盖区内的所有MN的NUE。在BSR从相邻BSR接收NBU时，它刷新或添加位于其邻近覆盖区内的MN的信息。这只是部分更新，因为为了刷新或更新所有入口通路，BSR必须从其所有相邻BSR接收NBU。
消息传送原理
所披露的MMM协议利用一组指定消息扩展当前移动IP协议，以致：
·BSR与其相邻BSR通信，当前位于BSR覆盖区内的移动节点的信息列表采用邻近更新扩展(NUE)。邻近绑定更新(NBU)消息含有NUE。
·利用BSR扩展，BSR将已经转发移动IP注册请求的BSR的IP地址通知其MAR。将BSR扩展附加到注册请求消息。
·利用多点广播地址扩展(MAE)，MAR将在许可MN接入网络后对特定MN指定的多点广播地址通知BSR。将此扩展附加到移动IP注册应答。
·利用移动节点广告(MNA)，BS将进入其小区内的移动节点的链路层特征通知BSR。此消息可能(MAY)含有不止一个MNAE。
访问区外域
在MN进入BSR(或位于此域内的任何其它路由器)的覆盖区时，为该移动节点提供服务的BS的链路层协议触发MNAE消息。BS通知其BSR位于其覆盖区内的MN到达。利用位于其覆盖区内的MN列表，该基站将MNAE消息周期性地发送到BSR。
根据在其高速缓存内存在的、MN的链路层信息，BSR采取动作。如果在其绑定高速缓存内存在MN入口通路，则该BSR刷新此入口通路。如果在其可能高速缓存内存在MN入口通路，则BSR加入多点广播组，并将该入口通路从可能高速缓存转移到绑定高速缓存。如果在这两个高速缓存内均没有入口通路，则BSR将移动IP代理广告消息发送到移动节点。
收到此广告后，MN将注册请求发送到BSR。BSR将BSR扩展附加到MN注册请求，并将它转发到其MAR。在完成所有要求校验(AAA协议、询问/响应以及关键交换、NAI等)之后，MAR将没有BSR扩展(此扩展被MAR提取)的注册请求转发到移动节点本地代理。
利用其本地地址以及对移动节点提供服务的BSR的地址，MAR在未决高速缓存内对MN建立入口通路。至于HA，它表现得就象MAR作为MN的宿主。根据其策略，HA许可或拒绝注册请求。如果HA许可注册请求，则它就将注册应答发送到具有正确标记的MAR。
如果MN发送注册请求并移动到与新BSR相连的新小区内，则上述机制将触发第二注册请求。新BSR对上述注册请求进行处理(该BSR将BSR扩展附加到该注册请求)。收到MN注册请求的MAR对其未决高速缓存检验入口通路。如果存在入口通路，则MAR判定该MN在另一个BSR覆盖区内移动，同时该移动节点本地代理对先前注册请求进行处理。MAR不将新注册请求转发到MN本地代理。MAR更新未决高速缓存以反映新BSR地址。
在MAR从HA接收注册应答时，它将MN的入口通路从可能高速缓存转移到绑定高速缓存，并对MN分配多点广播地址。然后，将注册应答和所附MAE转发到MSR。BSR将MAE删除，并将该注册应答转发到MN。它还创建将多点广播地址绑定到MN的入口通路。
利用NBU消息，MN的当前BSR将位于其覆盖区内的各MN的新建立绑定通知其相邻BSR。此消息包括MN本地地址、其CoA、HA地址、多点广播地址、链路层信息以及位于其覆盖区内的每个MN的注册寿命。NBU消息部分刷新可能高速缓存入口通路。正因为只有在BSR从其每个相邻BSR收到各NBU消息后才能完全刷新该高速缓存，所以要部分刷新。
该基站将移动节点广告消息周期性地(未对周期性做出定义)发送到BSR以刷新绑定。移动节点广告消息部分刷新BSR绑定高速缓存入口通路。正因为只有在BSR从其覆盖区内的每个基站收到移动节点广告消息后才能完全刷新该高速缓存，所以要部分刷新。
如果MN移动到与同一个BSR相连的另一个BS，则该BS立即利用MN的链路层信息发送移动节点广告消息。
如果MN移动到与作为MN之用的BSR不同的BSR相连的小区，则通过发送移动节点广告消息，新BS通知新BSR存在MN。如果BSR在其可能高速缓存内具有将该BS提供的链路层信息连接到在可能高速缓存内建立的入口通路的入口通路，则它将加入消息发送到MAR(请求加入多点广播组)。同时，如果未从其至少一个基站接收移动节点广告消息的旧BSR刷新MN的绑定高速缓存入口通路，则在移动节点移动到其邻近时，该旧BSR将MN的该绑定入口通路转移到可能高速缓存。
管理地址(care-of-address)
所建议的协议对MN使用的管理地址没有特殊要求。此地址可以是区外代理管理地址也可以是局内管理地址。
首先，MAR要求所有BSR设置在收到移动节点广告消息后发送的代理广告消息内的“R”位。
如果MN注册了局内管理地址，则BSR将BSR扩展附加到注册请求。MAR对该注册进行处理，并删除BSR扩展。MAR还对MN分配多点广播地址，并将多点广播地址扩展附加到注册应答。唯一差别在业务量管理方面，即该节点消除隧道并将分组转发到其移动目的地。
业务流
如果相应节点(CN)位于区外无线域的外部，则发送到MN的数据分组会寻址到其本地地址(除非采用路由9优化过程)。本地代理截取这些数据报，并将它们隧道式传递到MN的管理地址(CoA)。CoA是MAR的IP地址。在收到隧道式传递的分组后，MAR进行校验以检验是否存在MN的有效绑定高速缓存入口通路。如果MAR具有MN有效入口通路，则它去隧道该分组，并建立新隧道。在隧道式传递分组的源地址、目的地址是对MN指定的多点广播地址时，设置MAR的IP地址。然后，通过此隧道发送该分组。预订到多点广播组的每个BSR接收复制品，并去隧道该分组，并且只有具有到MN的绑定高速缓存入口通路的BSR将该分组转发到MN。即使BSR在其可能高速缓存内具有到MN的入口通路，没有到MN的绑定高速缓存入口通路的BSR仍删除该分组。
在区外域内移动
如果MN进入新小区(位于它所访问的同一个区外域内)，则BS必须通知BSR存在MN。它必须发送包括MN的链路层信息在内的移动节点广告消息。可以预测到两种情况。在第一种情况下，MN移动到新BS，但是仍保留在同一个BSR的覆盖区内(同样的BSR用作旧基站和新基站)，则不需要采取动作。在第二种情况下，MN在与旧BSR不同的BSR的覆盖区内移动(与在可能高速缓存内具有到MN的入口通路非常类似)，则新BSR必须立即预订到多点广播组。新BSR还将NBU发送到其相邻BSR，并且如果旧BSR相邻BSR内的一个BSR，则它会将到MN的入口通路从绑定高速缓存转移到可能高速缓存。
先合后断
先合后断(MBB)任选功能要求服务BSR的各相邻BSR一收到NBU消息，就将服务BSR的相邻BSR预订到扩散组。此任选功能还要求相邻BSR(在其可能高速缓存内具有入口通路，并且在绑定高速缓存内没有入口通路)过滤并删除所有输入多点广播分组。在BSR从特定MN的基站之一接收移动节点广告时，停止过滤。
利用常规工作方式，只有在MN进入其覆盖区时，BSR才发送加入消息，这样会产生此延迟(根据MAR位于拓扑内的高度)，并且还产生MAR处理延迟。利用MBB任选功能，在移动节点进入其覆盖区并因此不产生延迟之前，相邻BSR就已经加入该组。先合后断(MBB)任选功能用于消除加入过程产生的等待时间。
图6按类属示出区外域内的先合后断(0600)。
典型优点
尽管无论如何不能将下列内容看作是对本发明范围的限制，但是在某种程度上它的确有助于我们深刻理解本发明的一些特征和益处，在一些典型实施例中将本发明与现有技术做了对比：
·该协议的主要优点是建立网络层连接产生的等待时间短，这是利用进行越区切换时链路层提供的触发脉冲实现的。
·另一个优点是该协议提供的越区切换平滑。因为该协议提供先合后断功能，所以可以实现平滑越区切换，这是利用多点广播技术实现的。在此描述的本发明协议对询问微移动性问题提供了一种新解决方案。与上述说明的其它解决方案相比，该协议具有许多优点。
·本发明协议对不知道无线域并且将BSR看作“伪”区外代理的移动节点完全透明，采用多点广播允许利用“先合后断”特征，对于诸如通过IP的话音的“实时”业务，“先合后断”具有优点，但是重要的是应该注意，这种优点本身也具有缺陷，即对不用于MN的BSR产生了“无用”业务。
附图说明
为了更全面理解本发明所具有的优点，请参考以下结合附图所做的详细说明，附图包括：
图1示出现有技术的本地/区外节点IP网络连接；
图2至图8示出如何将本发明系统和方法应用于现有本地/区外IP网络路由选择拓扑的典型拓扑图；
图9至图12示出在本发明某些优选实施例中采用的典型数据结构；
图13至图14示出在本发明某些优选实施例中采用的典型系统部件和连网拓扑；
图15示出在本发明某些优选实施例中采用的基本方法；
图16示出在本发明某些优选实施例中采用的基本网络拓扑情况；
图17至图36示出在本发明某些优选实施例中采用的典型系统处理过程流程图；
图37示出本发明的通用系统方框图；
图38示出在本发明某些优选实施例中实现的通用软件结构；
图39示出在本发明某些优选实施例中实现的信号结构的通用信号流程图；
图40示出在本发明某些优选实施例中采用的协议扩展嵌入的通用信号分量。
具体实施方式
尽管本发明容许有许多不同形式的实施例，但是在附图中仅示出本发明优选实施例，并且在此将对本发明优选实施例做详细说明，但是，显然，可以将本发明公开看作本发明原理的示范，并且其目的不是将本发明的广泛内容限定于所说明的实施例。
现在具体参考当前优选实施例说明本发明申请的许多新颖内容，其中这些新颖内容可以有利地解决MICRO-MOBILITY NETWORKROUTING SYSTEM AND METHOD中的具体问题。然而，显然，在此，此实施例仅是新颖内容的许多有利应用中的一个例子。通常，本专利申请说明书中的陈述不一定对各种权利要求构成限制。此外，某些陈述可能适用于一些发明特征，但是不适用于另一些发明特征。
定义
在本说明书的所有讨论内容中，采用了以下定义：
不局限于系统方框/程序步骤
利用典型系统方框图和程序流程图对本发明做适当说明。尽管系统方框图和程序流程图足以对本技术领域内的普通技术人员说明本发明内容，但是并不能将它们理解为是对本发明范围的限制。本技术领域内的熟练技术人员懂得，在不丧失概况性情况下，可以对系统方框图进行组合和重新排列，并且在不丧失内容概况性情况下，可以增、减程序步骤，以及重新排列程序步骤以实现同样效果。显然，所附典型系统方框图和程序流程图所示的本发明仅是为了说明问题，并且本技术领域内的熟练技术人员可以根据要求的应用目标再现本发明。
不局限于个人计算机
在在此所做的全部讨论中，各实例均假定利用个人计算机(PC)技术来说明本发明内容。在此，术语“个人计算机”应具有更广泛的意义，因为通常，可以采用任何计算机设备来实现本发明内容，并且本发明范围并不局限于个人计算机应用。
不局限于因特网/内部网络
在在此所做的全部讨论中，术语因特网和内部网络通常用于代表任何网络通信系统或环境。通常，术语内部网络代表给定系统或用户的局部通信，而因特网描述更远距离局部内的通信。本技术领域内的技术人员认识到，在现代通信网络环境下，这两个术语是任选的，并且不对本发明范围构成限制。
本发明尤其可以预见在某些实现过程中，GUI开发框架(和/或其运行部件)通过因特网与用于驱动GUI的数据通信。因此，驱动用户界面的应用程序要常驻在一个计算机系统内，并且在另一个计算机系统内的某个位置应该具有用于进行显示和控制的数据，并且通过任何数量的网络连接协议均可以访问这些数据。
不局限于应用程序接口(API)
尽管利用诸如软件开发工具包(SDK)等的标准应用程序接口(API)可以部分实现本发明，但是并不要求利用这些工具实现本发明。还请注意，还可以将本发明框架插入标准工具包等内供标准软件开发框架使用，可以将该标准工具包集成到API框架，也可以不将该工具包集成到API框架。
不局限于操作系统
此外，尽管利用各种Microsoft操作系统(包括各种WindowTM版本)实现的本发明优点更加突出，但是并不能认为本发明范围局限于这些特定软件部件。具体地说，可以在各种操作系统中广泛实现在此说明的系统和方法，并且其中某些系统可以引入图形用户界面。这些操作系统的一些例子包括：HP-UXTM、LINUXTM、SOLARIS以及UNIXTM(及其变换例)，这只是其中一部分。
不局限于数据结构
在某些优选实施例中，本发明包括各种数据结构。然而，在此说明的这种数据结构形式仅作为范例。本技术领域内的技术人员很快会认识到，在此应用中同样可以使用大量其它各种形式的数据结构。因此，不能将在此使用的数据结构理解为是对本发明范围的限制。
不局限于通信介质
本发明包括通过各种通信介质传送网络协议信息。然而，用于发送在此说明的这种传输信息的信号格式仅作为范例。本技术领域内的技术人员很快会认识到，在此应用中同样可以使用大量其它各种形式的通信介质。因此，不能将在此使用的通信介质理解为是对本发明范围的限制。
首字母缩略词
在本发明的全部讨论内容中以及在将本发明与现有技术做比较的讨论中使用如下首字母缩略词：
无线域(WD)
通过其用户访问因特网的域。由于保密性和授权方面的原因，需要由单个实体管理该域。
主接入路由器(MAR)
该路由器与无线域和因特网相连。此路由器需要支持移动IP。
基站路由器(BSP)
该术语指与基站的一组桥接器相连的路由器。
BSR覆盖区
BSR覆盖区由与该BSR相连的每个基站的各覆盖区构成。
服务BSR
此术语表示当前对发送到移动节点的多点广播分组进行处理的BSR。BSR将外部报头去隧道，并将内部分组转发到移动节点。
基站(BS)
这是有线网的端点。它具有空中接口。可以有几个基站与同一个BSR相连。
BS覆盖区
由一个基站覆盖的区域。
BSR有效高速缓存
此高速缓存含有关于位于比如该BSR覆盖区内的各移动节点的信息。
BSR可能高速缓存
此高速缓存含有周围BSR发送的、指出授权移动节点使用该无线设施的信息。
小区
这是一个被基站(BS)覆盖的区域。
综述
在无线连网过程逐渐成为对位于任何位置的客户提供接入的主导解决方案的地方，重要的是具有一种实现平滑移动性的装置。用户需要沿他/她的路线移动，而不中断联络。移动IP定义的协议使移动节点保持其本地地址，而不考虑它所连接的网络。此协议的主要缺陷出现在越区切换变得太频繁的时候。通过区外代理注册到本地代理过程产生的开销会对出局接线产生严重冲击。
根据本发明，假定各基站不简单是无源桥接器。还假定几个基站连接到同一个基站路由器(BSR)。
支持本发明协议的原理是利用链路层协议来启动发送代理广告消息。在移动节点进入其小区时，每个基站均负责通知BSR。各基站均连接到基站路由器(BSR)，基站路由器(BSR)与区外域网络相连。在任何一个移动节点进入BSR覆盖区小区之一内时，我们希望利用链路层协议通知该基站路由器。根据其所拥有的信息，BSR采取适当动作(发送代理广告或加入扩散树)。
可以利用一种树结构也可以利用另一种树结构构建无线域网络。树结构由于描述协议。重点是比如网络操作员熟知该网络的准确拓扑结构。这意味着不考虑用户的移动方向，仍可以预测下一个BSR。在无线域网络内，存在将无线域连接到因特网的主接入路由器(MAR)。此路由器起移动IP定义的区外代理和本地代理的作用。其余网络路由器均是特别满足支持多点广播路由选择要求的传统IP路由器。
MAR对准许接入的每个移动节点的绑定高速缓存进行管理。此高速缓存含有诸如移动节点本地地址、本地代理地址、多点广播地址以及寿命的信息。MAR还对用于所有未决注册请求的高速缓存进行管理。此高速缓存含有在注册请求内存在的信息以及BSR的IP地址。
BSR管理两个高速缓存。一个高速缓存含有关于每个绑定关系的信息。绑定关系含有移动节点地址、多点广播地址、寿命等。BSR的第二个高速缓存含有关于可能移动节点的信息。在准许移动节点接入时，周围BSR提供此信息。
在加电时，MAR与BSR必须(MUST)同步。在此过程中，每个BSR获得BAR的FA容量知识。每个BSR利用此信息建立本地代理广告消息。
通过发送移动节点广告消息，BS启动发送此代理广告消息，移动节点接收它并发送注册请求。BSR将其IP地址插入移动节点注册请求(BSR扩展)的末端并将整个消息转发到MAR。MAR对注册进行检验并采取与该消息内的每个扩展(AAA扩展、询问/响应扩展、网络接入标识符扩展等)有关的适当动作。MAR删除BSR扩展并在未决高速缓存内建立入口通路以将BSR与移动节点注册请求联系在一起。然后，将该注册请求转发到本地代理。一旦本地代理发出的注册应答被MAR接收，它就指定一个与移动节点绑定有关的多点广播地址。将未决高速缓存内的入口通路转移到绑定高速缓存并进行更新以集成多点广播地址。除了移动IP注册应答之外，还将多点广播地址扩展发送到已经转发了移动节点注册请求的BSR。该BSR删除多点广播地址扩展并转发此移动IP注册应答。BSR必须加入由多点广播扩展给出其地址的扩散组。该BSR将有关刚准许接入的移动节点的信息发送到周围BSR通信。此消息包括诸如ISMI或MAR地址的链路层信息以及用于隧道式传递移动节点分组的多点广播地址。
如果移动节点在新基站的覆盖区内移动，则通过发送该移动节点的链路层信息，此基站通知BSR新到达移动节点。如果BSR具有到该移动节点的高速缓存入口通路，则它更新此高速缓存。如果BSR没有到该移动节点的高速缓存入口通路，但是在其可能高速缓存内具有入口通路，则BSR将加入消息发送到MAR。它然后接收该分组并将该分组去隧道，传递到移动节点。
以下将详细说明该建议协议。
新移动IP扩展
本小节将对实现根据本发明的建议协议所需的、对移动IP所做的新扩展进行确认。
移动节点广告(0900)
图9示出移动节点广告协议结构扩展(0900)，它通常包括以下字段：
·类型(0911)：类型标识字段。
·子类型(0912)：新移动节点(n)或链路层表更新(u)。每当基站发现新移动节点进入覆盖区时，就发送新移动节点类型消息。基站通常周期性发送链路层表更新以刷新该BSR的绑定入口通路。
·长度(0913)：N，其中N是所发送的链路层信息的数量。例如，如果无线链路是802.11，则所发送的信息是MAC层地址。
·一个项目的长度(0920)：M，其中M等于一个链路层特定信息的长度。
BSR扩展(1000)
图10示出BSR扩展协议结构扩展(1000)，它通常包括如下字段：
·类型(1011)：类型标识字段。
·BSR IP地址(1012、1020)：BSR的IP地址。该IP地址指出哪个BSR对移动节点提供服务。此地址用于将移动IP注册应答转发到对移动节点提供服务的BSR。必须将BSR扩展附加到移动IP注册请求的末端。
多点广播地址扩展(1100)
图11示出多点广播地址协议结构扩展(1100)，它通常包括如下字段：
·类型(1111)：类型标识字段。
·多点广播地址(1112、1120)：对移动节点指定的多点广播地址。涉及移动节点的信息包括在移动IP注册应答内。必须将多点广播地址扩展附加到移动IP注册应答的末端。
邻近更新扩展(1200)
图12示出多点广播地址协议结构扩展(1200)，它通常包括如下字段：
·类型(1211)：类型标识字段。
·长度(1213)：N，其中N是消息内的三元组(移动节点本地地址、多点广播地址以及链路层特定信息)的数量。有可能为0以消除周围高速缓存内的入口通路。
·移动节点本地地址(1230、1270)：移动节点的IP地址。
·多点广播地址(1240、1280)：MAR对此特定移动节点分配的多点广播地址。
·移动节点链路层特定信息(1250、1290)：含有移动节点的链路层特定信息(例如：如果网络物理层是802.11，则为MAC地址)。
协议综述(1300-1600)
本小节将对两种情况下各不同移动节点的行为进行说明。
1.第一种情况描述移动节点进入区外域并在其覆盖区内移动时的协议。
2.第二种情况描述在移动节点在本地网覆盖区内移动时移动节点的演化。在这两种情况下，根据图13所示的网络单元(1310、1320、1330)以及图14所示的拓扑结构(1400)进行说明。
网络单元部件(1300)
根据在此说明中使用的网络单元，如图13所示(1300)，做以下限制：
·主接入路由器(MAR)(1310)必须支持实现区外代理功能和本地代理功能的移动IP。MAR还必须实现在此讨论中说明的部分协议扩展。MAR必须对每个注册请求之后的BSR扩展进行处理。在转发注册应答之前，MAR还必须分配并插入多点广播地址扩展。
·无线域内的路由器(1320)必须支持IP多点广播路由选择。
·基站路由器(1330)必须实现此讨论中说明的扩展。在每个移动IP注册请求之后，BSR必须插入BSR扩展。BSR必须必须对移动注册应答之后的多点广播地址扩展进行处理。BSR必须将邻近绑定更新周期性地发送到围绕它的每个BSR。相邻BSR利用此消息管理可能高速缓存。此高速缓存含有位于该BSR附近的移动节点的信息。
如上所述，拓扑结构众所周知，而且每个基站路由器知道位于其相邻位置的其它基站路由器的IP地址。例如，BSR 4知道作为其邻近BSR的BSR 3和BSR 5的IP地址。每个基站路由器均知道主接入路由器的IP地址。
协议扩展消息(1500)
如图15(1500)所示，本发明利用一组消息对当前移动IP协议进行扩展，这组消息用于：
·通知下一个可能基站路由器提供关于刚接入网络的移动节点(即：该移动节点刚接入无线域覆盖区)的信息。此消息被称为 邻近绑定 更新扩展(即：该移动节点从一个BSR移动到另一个BSR)。在各BSR之间发送此消息。(1510)
·通知MAR提供转发移动IP注册请求的BSR的IP地址。此消息被称为 BSR扩展。将此消息附加到移动IP注册请求。(1520)
·将准许接入网络时对特定移动节点指定的多点广播地址通知BSR。此消息被称为 多点广播地址扩展。将此消息附加到移动IP注册应答。(1530)
·通知具有2层特性的BSR移动节点进入小区之一。此消息被称为 移 动节点广告扩展。此消息可以含有不止一个移动节点信息。(1540)。在以下描述的、图16(1600)所示的两种移动性情况下，采用这些扩展协议消息。
通用移动性情况(1600)
根据图16(1600)所示的通用移动性情况，本发明实现通用移动性协议和管理系统。以下将对不同阶段进行说明，以详细说明这些扩展如何用于扩展移动IP从而提供微移动性支持的。
所示的第一种情况(1610)是移动节点在区外域(1611)的覆盖区内移动时的情况。
第二种情况(1620)是移动节点在其本地域内(1621)移动时的情况。以下将说明在这种情况下，移动节点如何设法返回其本地代理(1622)的。此协议假定有一个操作员管理此区外网络，但是本发明并不局限于此假定。
进入区外域(1700-3200)
参考图16(1610)所示的第一种移动性情况，图17至图24(1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400)示出与进入区外域有关的通用协议，以下将对此做详细说明。
在移动节点进入基站路由器1(第一BSR，或者此域内的任何其它路由器)的覆盖区时(1701)，该基站的链路层协议启动发送移动节点广告消息(1702)。BS通知BSR移动节点进入此小区(1703)。在一系列移动节点位于该基站小区内时，该基站必须周期性地将移动节点广告消息发送到BSR(1704)。
BSR根据其高速缓存内存在的移动节点链路层做决定。如果绑定高速缓存被命中(1705)，则该BSR必须刷新该入口通路。如果可能高速缓存被命中(1707)，则该BSR必须加入扩散树并将入口通路从可能高速缓存转移到绑定高速缓存(1708)。
BSR必须利用位于BSR覆盖区内的所有移动节点的一系列链路层信息，将邻近绑定更新周期性地发送到周围BSR(1809)。
如果没有高速缓存被命中(1810)，则BSR必须发送移动IP代理广告消息(1811)。
移动节点将注册请求发送到基站路由器(BSR)(1812)。BSR(例如可以作为第一BSR的BSR)必须将其IP地址(即：BSR扩展)附加到移动节点注册请求，并将它转发到MAR(1813)。完成准许注册请求(AAA协议、询问/响应以及关键交换、NAI等)所需的所有要求检验后(1814)，MAR将该注册请求仅转发到本地代理(1815)。
对于包括对移动节点提供服务的BSR的IP地址在内的请求，MAR在未决高速缓存内建立入口通路(1916)。关于本地代理，MAR表面上主控移动节点(1917)。根据其策略，本地代理准许或拒绝注册请求(1918)。如果本地代理准许该请求(1919)，则它将其应答发送到区外代理(即：该MAR)(1920)。
如果移动节点发出第一注册请求(2021)并向着与新BSR相连的第一小区移动(2022)，则上述机制将启动第二注册请求(2023)。新BSR对注册请求进行处理，如上所述(即：BSR将BSR扩展附加到注册请求)(2024)。收到移动注册的MAR必须对未决高速缓存进行检验(2025)。如果该高速缓存被命中(2026)，则该MAR认为该移动节点已经移动到另一个小区内，同时本地代理对该注册请求进行处理(2027)。MAR必须对该未决高速缓存进行更新以反映新BSR地址(2028)。
在MAR接收注册应答时(2129)，它更新其高速缓存以反映请求结果(例如：取消未决高速缓存内的入口通路并在绑定高速缓存内建立一个入口通路)并指定多点广播地址(2130)。在进行多点广播地址扩展之前，将注册应答转发到基站路由器(2131)。第一BSR删除多点广播地址扩展并将注册应答转发到移动节点(2132)。它还建立将多点广播地址与移动节点联系起来的绑定入口通路(2133)。
第一BSR将新建立绑定周期性通知第二BSR(2234)。对于绑定高速缓存内存在的每个移动节点，此消息包括移动节点地址、管理地址、本地代理地址、多点广播地址、链路层信息以及注册寿命。邻近绑定更新消息部分刷新可能高速缓存入口通路(2235)。因为在收到每个相邻BSR的每个邻近绑定更新消息后对该高速缓存进行全面刷新，所以这里是部分刷新。
如果移动节点保留在与同一个基站相连的覆盖区内(2336)，则此基站必须将周期性刷新消息(移动节点广告)发送到第一BSR(需要根据应用情况周期性确定)(2337)。移动节点广告消息部分刷新绑定高速缓存入口通路(2338)。因为在收到每个基站的每个移动节点广告消息后对该高速缓存进行全面刷新，所以这里是部分刷新。
如果该移动节点移动到与同一个BSR相连的另一个基站(2339)，则该基站必须利用产生事件的移动节点的链路层信息，立即发送移动节点广告消息(2340)。
如果该移动节点移动到与第二BSR相连的小区(2441)，则通过将移动节点广告消息发送到第二BSR，基站之一通知第二BSR存在移动节点(2442)。如果第二BSR在其含有第一BSR发送信息的可能高速缓存内具有入口通路(2443)，则第二BSR使该BS提供的链路层信息与可能高速缓存内存在的链路层信息相关，并发送消息以加入多点广播组从而接收移动节点分组(2444)。
同时，第一BSR不接收刷新绑定高速缓存的移动节点广告消息，因此消除可能高速缓存内的入口通路(2445)。如果移动节点可以通过几个基站进行接收和发送，则该移动节点可以从几个基站接收消息(2446)。
表1列出对MMM协议进行试验的情况下MAR的绑定高速缓存入口通路。仅在从MN的HA收到注册应答后，才在绑定高速缓存内建立到MN的入口通路。MN1在BSR1的覆盖区内，并且HA1是MN1的本地代理。MN1采用从访问域获得的管理地址(局内地址或MAR地址)。
表1：绑定表入口通路
  MN本地地址   管理地址   BSR   本地代理   寿命
  MN1   CoA1   BSR1   HA1   10
  MN2   CoA2   BSR2   HA2   5
  MN3   CoA3   BSR3   HA1   10
  MN4   CoA4   BSR3   HA3   10
管理地址(COA)(2500)
建议协议对移动节点采用的类型管理地址没有特殊要求。此地址可以是区外代理管理地址也可以是局内管理地址。
首先，MAR要求所有BSR设置在它们收到移动节点广告消息后发送的代理广告消息内的“R”位(2501)。移动节点如何获得局内管理地址不属于本发明范围，但是其实现过程为本技术领域内的技术人员所公知。
除此之外，该原理保持相同。如果移动节点利用局内管理地址进行注册(2502)，则在注册请求之后，BSR附加BSR扩展(2503)。MAR对该注册过程进行处理并删除BSR扩展(2504)。MAR对移动节点分配多点广播地址，并在注册应答之后，将它附加在多点广播地址扩展内(2505)。唯一差别在业务管理方面，即哪个节点消除隧道并将分组转发到其移动目的地(2506)。下一小节说明在移动节点采用局内管理地址时如何管理业务。
业务流
图7示出类属业务流分组处理过程(0700)，现在对其做详细说明。
区外代理管理地址(2600、2700)
图26(2600)和图27(2700)示出通用区外代理管理地址业务流。如果相应节点位于无线域的外部(2601)，则将分组寻址到本地网(2602)。本地代理捕获这些分组，并将它们隧道式传递到其绑定高速缓存内的管理地址(2603)。此地址与主接入路由器IP地址对应。MAR接收隧道式传递分组(2604)。如果MAR具有移动节点有效绑定高速缓存(2605)，则去隧道该分组并建立新隧道(2606)。
参考图27(2700)，利用MAR的IP地址设置源IP地址(2707)，并利用与移动节点有关的多点广播地址设置目的IP地址(2708)。然后，将该分组发送到扩散组(2709)。预订到多点广播组的每个BSR接收复制品(2710)，对去隧道该分组(2711)并将该分组转发到移动节点(2712)。
局内管理地址(2800)
图28示出通用区外代理管理地址业务流(2800)。如果移动节点采用局内管理地址(2801)，则MAR捕获数据报(2802)，利用被设置为多点广播地址的目的地址，隧道式传递它们(2803)。预订到该组的每个BSR接收该分组(2804)，去隧道它们(2805)并将该分组发送到移动节点(2806)。与移动IP说明的相同，该移动节点去隧道该分组(2807)。
无线域内的通信
图29示出无线域内的通用区外代理通信(2900)。如果相应节点位于区外域内(2901)，则将业务发送到移动节点本地地址(2902)。MAR在其含有移动节点本地地址的绑定高速缓存内搜索有效入口通路(2903)。如果该高速缓存被命中(2904)，则MAR直接将该分组隧道式传递到多点广播组(2905)。在未采用路由最佳化时，此机制可以提高整个网络的性能。
在区外域内移动(3000)
该协议的主要优点在于，在通过出局接线接收分组之前所需的等待时间短。由于该协议依赖于链路层协议，所以它允许具有这种性能，并在图30整体示出该协议(3000)。
如果移动节点进入新小区(3001)，则该机制必须通知BSR存在移动节点(3002)。它必须发送包括该移动节点的链路层信息的移动节点广告消息(3003)。可以对两种情况进行预测。如果移动节点移动到另一个基站，但是仍保留在同一个BSR覆盖区内(即：由与同一个BSR链接的BS对该移动节点提供服务)(3004)，则不需要采取动作(3008)。
如果该移动节点不属于该BSR提供服务的各移动节点之一(即：该BSR没有绑定高速缓存)，但是该BSR在可能高速缓存内具有入口通路(3005)，该BSR必须立即预订到多点广播组(3006)。
在下一个计时器期满时，BSR将启动发送邻近绑定更新消息通知包括在移动节点信息列表内、位于其附近的所有BSR(3007)。
先合后断任选功能(3100)
图31示出通用“先合后断”任选功能(3100)。“先合后断”任选功能要求服务BSR的各周围BSR一收到NBU消息(3101)，就将服务BSR的周围BSR预订到扩散组(3102)。此任选功能还要求，当前未对移动节点提供服务的所有BSR(即：移动节点入口通路位于可能高速缓存内)过滤并删除所有输入多点广播分组(3103)。在BSR从其基站之一接收包括移动节点链路层信息在内的移动节点广告消息时(3104)，取消过滤过程(3105)。
因为BSR已经收到移动节点发送的分组，所以此任选功能可以缩短扩散组加入消息处理过程的等待时间。然后，限定该处理过程消除与此特定多点广播地址有关的过滤特性。
刷新注册过程(3200)
图32示出通用注册刷新功能(3200)。在移动节点确定先前注册接近到期时(3201)，它必须将新移动IP注册请求发送到其本地代理(3202)。当前对移动节点提供服务的BSR必须附加BSR扩展(3203)。该MAR必须对绑定高速缓存进行更新以反映该绑定的新寿命(3204)。多点广播地址保持不变(3205)。
在本地域内移动
图8整体示出At本地协议序列数据流(0800)，现在将对此做详细说明。
虚拟本地网(3300、3400)
图33示出通用虚拟本地网功能(3300)。在移动节点在本地无线域内移动时(3301)，保留描述区外域的原理。利用管理方法将移动节点本地域链接到MAR(3302)。因此，MAR作为移动节点的本地代理(3303)。
正如上述概述小节所述的那样，该协议需要初始化阶段，在初始化阶段，BSR接收有关MAR的移动代理能力的信息(3304)。BSR利用此信息产生代理广告。
进入本地无线域内某个位置的移动节点发送移动IP注册消息，在移动节点访问区外无线域时，该移动IP注册消息将使本地代理删除先前任何一个绑定消息(3305)。在移动装置刚被接通时，它还可以是新注册请求。为移动节点提供服务的BSR必须附加BSR扩展，MAR利用此BSR扩展转发注册应答(3306)。
参考图34(3400)，MAR本地代理分配多点广播地址(3407)，并对该移动节点建立绑定高速缓存(3408)。利用多点广播地址扩展，将多点广播地址发送到BSR(3409)。BSR删除多点广播地址扩展(3410)并将注册应答转发到移动节点(3411)。该BSR将邻近绑定更新消息发送到周围BSR(3412)。
尽管移动节点在本地域内移动，描述区外域的原理严格相同(参考先前小节“在区外域内移动”)。
业务流(3500)
图35(3500)和图36(3600)示出通用业务流功能。如果相应节点位于该域内(3501)，则将分组送到移动节点本地地址，被分组被MAR截取(3502)。MAR建立隧道以转发分组(3503)。将目的地址设置为多点广播IP地址(3504)，并将源地址设置为MAR地址(3505)。预订到扩散组的所有BSR接收隧道式发送的分组(3506)。BSR必须删除外部IP头部，并将内部分组转发到移动节点(3507)。
参考图36(3600)，如果相应节点位于该域的外部(3608)，则必须应用上述各段说明的原理，通过MAR发送分组(3609)。利用设置为多点广播地址的目的地址(3611)以及设置为MAR IP地址的源地址(3612)，MAR建立隧道(3610)。预订到该组的每个BSR均去隧道此分组(3613)。将相应节点发送的分组转发到移动节点(3614)。
现有协议行为的变化
本发明对现有移动IP协议做了稍许调整。本发明协议要求，即使无线域是移动节点的本地域，在移动节点每次进入无线域时，它仍必须进行存储。为了建立多点广播分布树，所以此扩展是必备的。
本发明协议不要求作为区外代理的BSR周期性发送代理广告消息。仅在BSR确定该移动节点是BSR覆盖区内的新移动节点时，才发送该消息。
对移动节点的要求
除了移动节点必须实现在RFC 2002定义的移动IP之外，本发明对移动节点没有特殊要求。
本发明的唯一要求是，在进入无线域时，该移动节点必须发送移动IP注册请求。要求在无线域内建立多点广播隧道。在移动节点返回其本地域时，此注册过程还删除未决绑定过程。然后，该移动节点必须将寿命设置为零，正如移动IP规定的那样。
移动节点必须对未决注册请求进行跟踪，因为这些消息会被丢失。在这种情况下，移动节点必须对其期满时会启动新移动IP注册消息的计时器进行设置。通常应该对所发送的移动IP注册消息的数量进行限制。
对基站的要求
基站必须保持包括位于其覆盖区内的每个移动节点的链路层特定信息的高速缓存。
基站必须周期性发送含有位于其覆盖区内的所有移动节点的所有链路层特定信息的移动节点广告更新(参考先前小节“移动节点广告”)。此消息的周期性待定。该周期性很可能与连接到BSR的基站的数量以及BSR可以管理的用户的数量联系在一起。应该以这样的方式对所发送的消息数量进行调节，以致该协议的信令部分不会产生巨大开销。
在基站检测到移动节点已经进入其覆盖区时，该基站必须立即利用给出移动节点的链路层特定信息、被设置为“新”(参考先前小节“移动节点广告”)的子类型，发送移动节点广告消息。图3(0300)整体示出此序列。
对基站路由器的要求
BSR必须对MAR发送的代理广告消息进行处理。在BSR用于将本地代理广告消息发送到移动节点时，BSR必须存储给出的信息。在BSR接收其序列号等于0的代理广告消息时，BSR检测MAR失败。如果BSR在其本身被加电后接收其序列号不是0的代理广告消息，则这说明该BSR已经重新引导。这种情况要求所有移动节点重新注册到其本地代理。图2(0200)整体示出这种情况。
基站路由器必须对两个高速缓存进行管理：绑定高速缓存保持当前或以前位于基站之一的覆盖区内的所有移动节点的信息。的确，已经刷新了绑定高速缓存入口通路并已经在另一个基站路由器管理的覆盖区内移动的、最后一个移动节点广告消息内有移动节点。可能高速缓存保持位于相邻位置的各移动节点的信息。在最近的将来这些移动节点将出现，并且该信息用于帮助越区切换过程。
基站必须对移动节点广告消息进行处理。根据子类型字段数值，存在两种不同情况：
1.子类型字段表示该移动节点刚进入基站覆盖区。对于基站路由器，此消息或者意味着该移动节点是BSR覆盖区内的新移动节点，或者意味着该移动节点已经移动到另一个基站的覆盖区内。根据绑定高速缓存和可能高速缓存均不含有与包含在移动节点广告消息内的链路层信息相匹配的入口通路的事实，BSR确定第一种情况。在这种情况下，BSR必须将移动IP代理广告消息发送到该移动节点。
如果BSR在绑定高速缓存内具有入口通路，则意味着该移动节点已经移动到一个新小区内，并且不需要采取动作。
如果因为在可能高速缓存内具有入口通路，该BSR确定该移动节点刚移动到其BSR覆盖区内，则BSR必须在MAR方向发送IGMP(如果这是所采用的协议)加入消息。BSR还必须将该入口通路从可能高速缓存转移到绑定高速缓存。
2.如果子类型字段表示更新消息，则该BSR必须对含有对包括在列表内的每个移动节点的绑定高速缓存的入口通路进行刷新的消息进行处理。一个消息(即：移动节点广告更新)仅反映当前位于BSR覆盖区内的部分移动节点。在消除绑定高速缓存内的入口通路之前，BSR必须等待，直到它收到每个基站的移动节点广告消息。如果绑定高速缓存内的一些入口通路到期，则将这些入口通路从绑定高速缓存转移到可能高速缓存。如果BSR不实现“先合后断”任选功能，则BSR必须在MAR方向发送IGMP脱离消息。将绑定入口通路的寿命设置为等于或者是BSR接收所有BSR的移动节点广告更新消息所需时间的两倍。
BSR必须利用位于其BSR覆盖区内的移动节点列表周期性发送邻近更新消息。将此列表发送到位于其附近的所有BSR。BSR如何知道附近BSR的列表不属于本发明范围(例如：可以通过网络管理协议SNMP将该信息送到BSR)。
该BSR必须对收到的每个邻近更新消息进行处理。这些更新消息分别包括当前由相邻BSR提供服务的基站列表。对于包含在列表内的每个移动节点，BSR必须或者建立入口通路，或者刷新现有入口通路。如果此实现过程希望支持“先合后断”任选功能，则BSR必须在MAR方向发送IGMP加入消息。如果可能高速缓存内的入口通路到期，则必须删除该入口通路，并且BSR必须在MAR方向发送脱离消息。可能高速缓存入口通路的寿命设置为邻近更新消息发送速率的两倍。
对于与绑定高速缓存内的入口通路匹配的、BSR预订到的每个多点广播扩散组，BSR必须去隧道接收的所有分组，并将它们转发到基站。如果BSR实现先合后断功能，则BSR必须能够对不需要进行分组处理的多点广播扩散组进行过滤(即：因为移动节点还未进入BSR覆盖区)。通过查询可能高速缓存，BSR知道需要进行这种处理的各移动节点列表。
在不对可能高速缓存的入口通路进行刷新时，如果BSR不实现先合后断任选功能，则该BSR必须在MAR方向发送IGMP脱离消息。必须从该高速缓存删除入口通路。
对主接入路由器的要求
MAR是在无线域内可用的唯一一个区外代理。在初始引导(或者重新引导)之后，MAR必须将代理广告消息发送到无线域内的所有BSR。必须周期性发送此消息以恢复故障BSR。在最初加电阶段之后，发送的第一个消息必须使序列号等于0。
它必须对移动IP定义的所有注册请求进行处理，并且应该对该注册请求的所有扩展(例如：NAI扩展、AAA扩展、反向隧道式扩展等)进行处理。MAR必须检验是否存在BSR扩展。如果不存在BSR扩展，则MAR必须拒绝注册请求。MAR必须能够确定以下两种情况：
1.在第一时间对移动节点进行注册(即：绑定高速缓存没有第移动节点的入口通路)
2.移动节点发送注册请求以刷新当前绑定(即：绑定高速缓存具有此移动节点的入口通路)
在第一种情况下，MAR应该在含有包括在注册请求内的信息的未决高速缓存内建立入口通路。
如果MAR接收同一个移动节点的第二注册请求，则当前对该注册请求进行处理(即：未决高速缓存具有第移动节点的入口通路)。在该移动节点可能已经移动到另一个BSR覆盖区内时，MAR必须检验BSR扩展的内容。MAR应该对绑定高速缓存内的入口通路进行更新。如果注册请求相同，则MAR应该对该注册请求进行处理并将它转发到本地代理。
MAR必须对注册请求内的所有扩展进行处理，这意味着，MAR应该与本地AAA服务器具有接口以准许移动节点接入。
如果该本地代理准许此注册请求，则MAR必须指定与移动节点相关的多点广播地址。MAR利用其发现多点广播地址的机制不属于本发明范围。MAR必须在注册应答的末端附加多点广播地址扩展，并将该消息转发到已经转发了注册请求的BSR。MAR必须建立保持(绑定与多点广播地址扩展的)相关信息的绑定高速缓存入口通路。
如果MAR发现移动节点的注册请求被发送以对当前高速缓存进行刷新，则MAR必须将该注册请求转发到本地代理。MAR必须在从本地代理接收的注册应答的末端附加多点广播地址扩展。此扩展必须包括在对初始注册请求进行处理期间分配的同一个多点广播地址。
利用图5所示的注册应答流(0500)，图4类属示出各注册请求(0400)。
典型的增强型系统
负荷平衡
为了在网络内避免出现瓶颈现象，可以将各MAR互连在一起。该原理是使几个MAR对无线域提供服务以降低负荷，因为每个MAR仅支持在该域内移动的部分移动用户。将各MAR互连在一起，该原理在于，通过简单使对移动节点提供服务的BSR将加入消息发送到先前MAR，该移动节点可以移动到另一个MAR控制的部分无线域。根据越区切换的性能，此解决方案会产生等待时间问题，但是这可以是瓶颈解决方案与具有分布环境之间的一种折衷方案。第二个好处是对无线网提供不同接入点，这样在MAR发生故障时，就可以后备。
在移动节点在另一个MAR控制的覆盖区内在一个位置或另一个位置移动时，如果该原理保持不变，则意味着要求MAR作为多点广播路由器。BSR将IGMP消息发送到MAR，MAR将该请求转发到最初对移动节点提供服务的MAR。
群集内的成组BSR
该想法是使MAR将移动IP注册应答发送到预定组BSR。例如，我们可以对由BSR 1、BSR 2和BSR 3构成的群集进行研究。BSR属于一个群集。这3个BSR将属于同一个组，并通过监听专用多点广播地址，接收注册请求。已经转发了原始注册请求的BSR必须能够对发送的注册请求进行跟踪。的确，该BSR必须建立移动节点分组的正确去隧道过程。另一个BSR必须建立正确过滤过程，从而删除移动节点分组。
该原理意味着位于群集边缘的BSR必须知道附近群集的多点广播地址。因此，在移动节点进入边缘BSR的BSR覆盖区时，此BSR必须通知已知群集。如果我们将此方案应用于表示蜂窝式网络的传统蜂房式小区，则该群集方法可以减少该协议的信令分组。其缺陷在于，群集内的所有BSR均加入该组，这样就要求网络具有更大的容量，因为要支持更大的数据业务量。使用这种技术是否具有某些优点，应该进行模拟评估。
本发明的优选系统内容
综述(3700)
图37(3700)示出根据本发明最通用系统的实现过程，其中将以微移动性网络路由协议装置(3710)实现的本发明引入因特网IP网络(3720)以在本地代理装置(3730)(可以是固定计算机系统或漫游网络节点)与无线远程设备装置(3740)之间进行通信。在此描述的协议和方法允许在因特网IP网络设备(3720)具有最小开销情况下，在本地代理装置(3730)与无线远程设备装置(3740)之间具有IP连通性。无线远程设备装置(3740)具有大量各种设备，包括并并不局限于：电话机、无线PDA以及其它形式的无线无线电收发信机、发射机、接收机等等。
如上所述，因特网IP网络设备(3720)可以引入任意数量的主接入路由器、路由器和/或基站路由器以实现此情况下要求的硬件功能。在此硬件结构中的任意层或所有层中对实现上述协议的软件进行分层。
尽管可以以各种形式表现本发明并且可以在各种系统范围内实现本发明，但是有一些值得注意的系统范围是优选系统范围。在本小节中，我们将介绍小组多点广播(SGM)或显式多点广播(XCAST)的概念，然后对采用XCAST的MMM实现技术进行开发。
SGM/XCAST
为了加入特定多点广播组，根据所采用的多点广播技术类型，节点通常将IGMP加入消息发送到信源或集中节点。传统IP多点广播采用多点广播地址将数据报转发到特定组的各成员。从信源到组成员的多点广播路由器将反映存在下行组成员的表进行更新。每个多点广播路由器转发数据报直到它们到达预订到组的节点。在组非常大并且组的数量非常小时，此机制工作良好。解决致密和稀疏方式多点广播问题的多点广播解决方案有多种(PIM稀疏方式和致密方式)，但是对于大量小多点广播组，这些方案不太适合。
与传统IP多点广播不同，XCAST可以有效支持大量小多点广播组。传统IP多点广播依靠多点广播路由器来保持多点广播组信息，因此它非常适于少量大多点广播组。因为每个多点广播路由器必须(对每个组)保持许多入口通路，所以大量多点广播组会产生可伸缩性问题，并且还会产生与进行检查有关的处理时间。不是由每个数据分组携带作为此多点广播组成员的各节点的单点广播地址，而是通过消除对存储在每个多点广播路由器上的信息(组信息)需要，XCAST解决此问题。为了使所有组成员接收数据报，在需要的地方复制各分组。通常，分组信源对组成员进行管理，因此希望作为组成员的任何节点均发送请求加入XCAST对话的消息。
在路由器接收XCAST分组时，它进行如下工作：
·检查XCAST表以对数据报内所列的每个目的地确定下一中继段。
·如果存在特定目的地下一中继段的入口通路，则复制该分组将将它发送到目的地的单点广播地址。
·如果存在特定目的地下一中继段的入口通路，则根据下一中继段，对该列表进行分割。
·对于每个唯一的下一中继段，复制数据报。
·对XCAST报头内的目的地进行调整以仅反映通过特定下一中继段可以到达的那些目的地。
·通过正确接口，将数据报转发到下一中继段
采用XCAST的实现过程
移动性的多点广播方法可以使我们提供快速越区切换。在进行快速越区切换时，旧BSR和新BSR可以是部分同一个多点广播对话，除非在进行越区切换时，位于旧BSR的MN的入口通路刚到期。在进行越区切换的大多数时间，只有两个BSR可以作为同一个多点广播对话的成员。如果MN频繁进行越区切换，或者如果该表内的入口通路的寿命更长，则可以有两个以上BSR是部分同一个多点广播对话。在正常运行方式下，我们假定动态计算软状态入口通路的寿命，以考虑越区切换的频率。在这种情况下，最多只有两个BSR作为同一个多点广播组的成员。
域内包括对上千MN提供服务的几百个基站。MAR对其域内的每个MN指定一个多点广播地址。因此，MAR对其域内的所有MN保留入口通路和组成员。BSR还具有到位于其覆盖区内的各移动节点的上百个多点广播路由选择入口通路。这不仅产生了庞大路由选择表，而且会增加了每个MN的查阅时间。如果在MAR与BSR之间存在多点广播路由器，则它们还需要到每个MN的多点广播入口通路。不存在多点广播路由选择提供的优点，因为在此产生了可伸缩性问题。采用基于主机的路由选择技术的协议也存在此问题。
表2列出多点广播路由器内的各入口通路。如果在BSR覆盖区内存在N个MN，则BSR必须对每个MN保留一个入口通路，并且该域内的每个多点广播路由器也对每个MN保留一个入口通路。BSR1是利用对MN1指定的唯一多点广播地址寻址的多点广播组成员。BSR2和BSR3是利用对MN2指定的多点广播地址寻址的多点广播组成员。每个入口通路具有与其相关的寿命。如果与入口通路相关的寿命到期，则删除该入口通路。
表2：MCAST表入口通路
  多点广播地址   BSR   寿命
  MN1 Mcast@   BSR1   10
  MN2 Mcast@   BSR2   5
  BSR3   10
  MN3 Mcast@   BSR3   10
如果包括先合后断(MBB)任选功能，则会使此问题进一步恶化。表3列出采用先合后断任选功能的多点广播路由器内的入口通路。BSR1、BSR2、BSR3以及BSR4是对MN1提供服务的多点广播组的全部成员。不对MN提供服务的各BSR还接收分组，因为它们选择利用MBB任选功能预订到多点广播组。不对MN1提供服务(如果BSR在其绑定高速缓存内没有到MN1的入口通路)的各BSR必须在从MAR收到分组时立即删除该分组。只有在其绑定高速缓存内具有到MN1的入口通路的那些BSR才可以将该分组转发到MN1。
表3：采用先合后断的MCAST表入口通路
  MN多点广播地址   BSR   寿命
  MN1   BSR1   10
  BSR2   20
  BSR3   10
  BSR4   20
  MN2   BSR2   5
  BSR3   10
  BSR4   10
  BSR5   20
  MN3   BSR3   10
  BSR6   10
  BSR7   10
  BSR8   10
为了克服IP多点广播的几个缺点，我们建议采用XCAST代替传统多点广播作为实现微移动性的装置。为了实现快速切换，要求BSR加入小多点广播组。各加入消息不是同一种IGMP加入消息，而是在功能上类似。在此不讨论此消息的定义，而是具体说明其实现过程。MAR对一系列XCAST组以及属于每个组的BSR的单点广播路由选择地址进行管理。MAR保持MN本地地址、MN的CoA、加入此虚拟组的每个BSR的单点广播地址以及与该入口通路相关的寿命之间的绑定关系。寻址到访问区外域的MN数据分组被MAR接收，然后，利用XCAST机制，MAR将该分组隧道式发送到BSR。在每个中间路由器，或者在根据XCAST报头内所列的地址下行发送数据报之前，复制数据报，或者将该数据报连续发送到下游邻近BSR。BSR对该数据报进行去封装，然后将它们转发到正确的MN。
建立XCAST对话
在MAR根据MN发送的注册请求从HA接收注册应答时，MAR在XCAST表4内建立入口通路，XCAST表4内含有MN本地地址、MN的CoA以及已经将注册请求从MN转发到MAR的BSR(附加其BSR扩展的BSR)入口通路。该入口通路具有对MN提供服务的BSR的单点广播地址。必须周期性刷新此入口通路，因为该入口通路是软状态入口通路。每个入口通路具有表示其有效的寿命，并且对未被加入消息周期性刷新的各入口通路进行清仓(flush)。要求希望保持入口通路有效的BSR将具有其BSR扩展的加入消息发送到MAR。
表4：XCAST表入口通路
  MN本地地址   管理地址   BSR   寿命
  MN1   CoA1   BSR1   10
  MN2   CoA2   BSR2   5
  BSR3   10
  MN3   CoA3   BSR3   10
表4列出利用XCAST代替IP多点广播的入口通路。XCAST表仅常驻在MAR。从MAR到BSR的各路由器不含有任何XCAST表入口通路，而且除了正常IP路由选择过程之外，不含有特定MN的任何信息。因此，中间路由器不必管理大型多点广播表。根据哪个路由器是BSR的直接前驱(predecessor)，中间路由器必须复制各数据报。在大多数时间，只有作为BSR直接前驱的那些路由器必须进行复制并改变XCAST头部。
在表4中，MN1具有与其相关的多点广播对话，BSR1是多点广播对话成员。这意味着MN1在BSR1的覆盖区内，并且BSR1已经将注册应答从MN1转发到MAR。
然后，MAR或者建立新入口通路，或者利用具有BSR扩展的注册请求对MN的现有入口通路进行编篡/刷新。将MN2从BSR2切换到BSR3，并因此具有两个BSR入口通路，因为各入口通路的寿命通常比比越区切换等待时间长。
先合后断
先合后断任选功能有助于实现要求的越区切换，以作为实时业务的固定等待时间要求的投诉。在注册期间，各MN必须设置适当标记以将要求MBB任选功能通知MAR。根据网络负荷和该域内的有效资源，BAR准许或拒绝对MBB的请求。如果MAR同意对MBB的请求，则它要求对MN提供服务的BSR或者作为对MN提供服务的BSR的邻近BSR实现MBB任选功能。如果MAR拒绝此请求，则BSR在正常模式下工作。
要求从其相邻BSR接收邻近更新消息的BSR建立到含有MN链路层信息、其CoA、MN本地地址以及与其可能高速缓存内的入口相关的寿命的MN的入口通路。然后，BSR加入特定MN的多点广播对话。在从BSR接收加入消息时，MAR建立到MN的入口，即使在几个BSR中只有一个BSR的覆盖区内具有MN，仍将MN的本地地址与已经将加入消息发送到MN多点广播对话的BSR绑定在一起。
表5列出在采用MBB任选功能时位于MAR上的XCAST对话表内的入口通路。BSR1、BSR2、BSR3以及BSR4是MN1(MN单点广播地址被用作对话标识符)多点广播对话的所有成员，因此它们全部接收将送到MN1的数据报。根据表1中到MN1的绑定高速缓存入口通路，显然BSR1对MN1提供服务。因此，一旦BSR2、BSR3以及BSR4从MAR收到数据分组，它们就必须删除要送到MN1的数据报。同样，BSR2、BSR3、BSR4以及BSR4将接收要送到MN2的数据报。只有BSR2将该数据报送到MN2，而其它BSR必须删除此数据报。
表5：XCAST表入口通路
  MN本地地址   管理地址   BSR   寿命
  MN1   CoA1   BSR1   10
  BSR2   20
  BSR3   10
  BSR4   20
  MN2   CoA2   BSR2   5
  BSR3   10
  BSR4   10
  BSR5   20
  MN3   CoA3   BSR3   10
  BSR6   10
  BSR7   10
  BSR8   10
计算机软件介质(3800)
如图13(1310、1320、1330)所示的本发明尤其预料可以将在此描述的该协议和方法存储到一个或多个计算机系统可读的计算机介质上，无论这些计算机系统是否是主接入路由器(1310)、路由器(1320)以及/或基站路由器(1330)。此计算机可读介质可以具有为本技术领域内的技术人员众所周知或熟知的各种形式。
如图38(3800)所示，本发明预料嵌入各种计算机可读介质内的软件的分布特性，而无论它们是在一个或多个本地代理(3811)内，还是在利用一系列软件协议通过因特网(3821)与一个或多个主接入路由器(3831)、路由器(3841)进行通信的其它网络设备内，和/或在基站路由器(3851)软件部件内与嵌入计算机可读介质的协调软件协议的控制下操作的一个或多个协作无线装置(3861)通信。
信号编码过程(3900、4000)
本技术领域内的技术人员明白，可以用大量不同方法对本发明披露的协议和方法进行编码，并且可以以多种网络连接形式发送包含这些协议的结果信号。本发明尤其预期将在此描述的协议及其相关方法应用于网络信令分类法以产生唯一信号流，该唯一信号流用于改变通用IP信令的微移动性网络可移植性。
在这种情况下，可以应用图39所示的通用信号流程图(3900)。在此，一个本地代理(3910)或其它网络设备通过因特网，利用一系列一个或多个主接入路由器(3930)、路由器(3940)和/或基站路由器(3950)与一个或多个网络设备(3960)通信。
如图40(4000)所示，此范围内的信令对应于上述描述的本发明协议，并且通常插入移动节点广告扩展(MNAE)结构(4001)、基站路由器(BSR)扩展结构(4002)、多点广播地址扩展(MAE)结构(4003)和/或邻近更新扩展(NUE)结构(4004)。
概述
本发明公开了一种微移动性网络路由系统和方法，该系统和方法可以实现将移动IP的宏移动性支持扩展到支持微移动性的协议，并且使得更有效、更容易执行的网络设备的因特网路由协议可以被实现。
在此，宏移动性特征是指移动节点接入因特网、同时保留同一个IP地址的意思。在移动节点进入区外域覆盖区(最后进入其本地域内)时，此概念仅被使用一次。在这种情况下，在移动节点在区外网络内移动时，微移动性概念使路由分组到移动节点更容易。利用消息组合和用于扩展现有技术移动IP协议的协议扩展，本发明可以实现这些新特征。
本发明协议的主要优点在于，在MN与区外网络之间建立网络层连接过程中产生的等待时间短。这可以利用在进行越区切换时链路层提供的触发脉冲实现。另一个优点是该协议可以实现平滑越区切换。因为具有先合后断任选功能，所以产生平滑越区切换，并且利用多点广播技术可以实现平滑越区切换。
本发明对解决微移动性问题提供了一种新型解决方案。与上述说明的解决方案相比，该协议还具有许多其它优点。该协议对不知道无线域并且将BSR看作“伪”区外代理的MN透明。使用多点广播允许采用MBB，MBB对于诸如通过IP的话音的实时业务具有优点，但是重要的是应该注意该优点本身具有缺陷。主要缺陷是对未对MN提供服务的BSR产生无用业务。
阅读了本发明内容的本技术领域内的技术人员可以容易地建立证实此概念并测量本发明性能的模拟平台。可以保证越区切换等待时间足够短以对最终用户提供有效服务质量。阅读了本发明内容的本技术领域内的技术人员可以容易地对涉及多点广播路由选择过程的问题进行研究。然而，由于通信分布是严格的一对多，所以本发明协议可以利用小组多点广播协议(XCAST)。阅读了本发明内容的本技术领域内的技术人员可以容易地利用本技术领域内众所周知的其它学习技术使其最适合基础协议。作为这些技术的一部分，可以预期基于MMM的寻呼扩展。
尽管在附图中示出了本发明的优选实施例，并且在上述详细说明中对它们进行了描述，但是，显然，本发明并不局限于所说明的实施例，并且在如下权利要求确定的本发明书实质范围内，可以对其进行各种重新排列、修改和替换。

Claims (5)

1.一种微移动性网络路由方法，包括：
将移动节点MN到无线域的注册请求经由服务基站、服务基站路由器BSR以及服务主接入路由器MAR通知给所述MN的本地代理；
将所述MN的本地地址绑定到与所述MAR相关联的地址作为所述MN的多播地址；
所述MAR维护与该多播地址相关联的预订列表，其包括所述服务BSR的单播路由地址并且可以包括邻近BSR的邻近BSR单播地址；
在所述服务BSR中建立该多播地址与所述MN的绑定，用于路由去往所述MN的数据包；
从所述服务BSR向所述服务BSR的邻近BSR转发该多播地址，并且响应于此，所述邻近BSR预订该多播地址，其中发往访问所述无线域的所述MN的数据包由所述MAR接收，该MAR将该数据包隧道式发送到每个预订了该多播地址的BSR；以及
只有那种具有该多播地址到所述MN的绑定的BSR将把所述包转发给所述MN。
2.根据权利要求1所述的微移动性网络路由方法，还包括：
当所述MN进入又一个服务BSR的服务区中时，在所述又一个服务BSR中建立该多播地址与所述MN的又一个绑定。
3.根据权利要求1所述的微移动性网络路由方法，其中通过因特网进行所述通知。
4.根据权利要求1所述的微移动性网络路由方法，其中在个人计算机PC上实现所述方法的一个或多个步骤。
5.根据权利要求1所述的微移动性网络路由方法，其中在无线无线电收发机上实现所述方法的一个或多个步骤。
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