CN1324924C - 移动ip中移动节点实现切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动IP中移动节点实现切换的方法，关键是：移动节点将当前所检测的选定物理层信道信息与设定的触发条件进行比较，并判断满足触发条件的基站是否属于移动节点当前所在的子网，以确定是否触发网络层切换，如果要触发，则向网络层发送切换指示。并且，为每个移动节点建立双链路，在网络层收到切换指示后，仅断开当前已建立的双链路中的一条，建立新连接；然后，移动节点利用新建的连接向家乡网络注册并进行网络层切换；注册完成后，再断开另一条链路，同样建立一条移动节点与新子网之间的新连接。该方法不仅能使低层主动准确地触发网络层启动切换，提高切换速度；而且，能保证在切换过程中通讯不中断，降低切换过程中的丢包率。

Description

移动IP中移动节点实现切换的方法

技术领域

本发明涉及移动IP切换技术，特别是指一种在移动IP中移动节点实现切换的方法。

背景技术

随着因特网(Internet)的迅猛普及、便携设备的大量使用、无线通信设备的快速发展、以及人们对网络依赖性的增加，移动用户都希望能以一种更加灵活的方式随时随地的访问企业网络资源和Internet资源，也就是说，用户产生了对主机移动性的需求，希望主机在改变其所处位置时无需中断已有的通信连接。为此，因特网工程任务组(IETF)定义了移动IP(Mobile IP)，移动IP是一个支持主机移动的网络层解决方案，其主要思路是：在不更改现有网络路由方式和其它固定主机软硬件的基础上，提供一种位置跟踪和IP数据报文转发机制，当某主机移动时，发向该主机的IP数据报文可以安全转发到该主机当前的位置。

移动IP是一种在全球Internet上提供移动功能的方案，使移动节点(MN)在切换链路时仍可保持正在进行的通信。移动IP所提供的IP路由机制，使移动节点能以一个永久的IP地址连接到任何链路上。

移动IP技术的推出，使移动用户在跨网络移动和漫游中，实现了不用修改计算机原来的IP地址仍可继续使用原网络中一切资源的要求，它对用户屏蔽了移动中IP接入网络变化所带来的影响。简单的说，移动IP就是实现了移动用户在网络中的平滑移动与漫游功能。

图1为移动IP中各实体组成的基本网络拓扑结构图，图中所示的移动节点10是指一个移动的计算机或路由器，也可称为移动主机(MH)，该移动节点10移动后仍能用原来的IP地址进行通信；图中所示的通信对端(CN)11为与移动节点10通信的计算机，也可称为通信对端主机(CH)。参见图1所示，针对移动节点10而言，移动节点10的归属网络称为家乡网络(HN)，移动节点10处于漫游状态时所在的网络称为外地网络(FN)，图1中包含两个外地网络。分配给移动节点10的永久IP地址称为家乡地址(Home Address)，该地址不随节点位置的变化而变化；在家乡网络中，移动节点10家乡网络的链路称为家乡链路(HL)；运行在移动节点10家乡网络上的路由器称为家乡代理(HA，HomeAgent)12，负责保存移动节点当前的位置信息，同时还负责截获发送给移动节点的报文，并将报文以隧道方式转发至移动节点当前的位置。在外地网络中，移动节点10所在的外地网络的链路称为外地链路(FL)；运行在外地网络上的路由器称为外地代理(FA)，是移动节点在外地网络中发送报文的缺省路由器，有时也提供隧道解封装服务，图1中包含分别属于外地网络1和外地网络2的外部代理13和外部代理14。

当移动节点A从家乡网络漫游到外地网络或从外地网络1漫游到外地网络2时，根据标准的移动IP协议，移动节点A的切换过程包括以下步骤：

a.当移动节点A发现自己进入新的网络后，先断开原有的链路连接，与新网络的基站和代理建立新的链路连接；然后移动节点A从外地代理获取一个转交地址，该转交地址可以是从代理广播消息中获取的外地代理转交地址，或是根据某种配置规程获得的配置转交地址，下面以外地代理转交地址为例。

b.移动节点A向当前的外地代理发送注册请求消息，该请求消息中含有获得的转交地址，外地代理对注册请求消息作有效性检查，如果检查通过，则外地代理将移动节点A发送的注册请求转发给移动节点A的家乡代理；如果检查不通过，则外地代理直接向移动节点A回送注册应答消息，指示注册失败，结束当前流程。

c.移动节点A的家乡代理收到注册请求消息后，进行有效性检查，如果消息有效，则家乡代理将移动节点A的家乡地址和转交地址绑定，并回送注册应答消息，指示注册成功，并开始准备作为隧道入口封装发送给移动节点A的报文；如果消息无效，则回送注册应答消息，指示注册失败。

d.外地代理收到注册应答消息后再做有效性检查，如果检查通过，则外地代理更新访问移动节点列表，将注册应答消息转发给移动节点A，并开始准备作为隧道出口拆封发送给移动节点A的报文；如果检查未通过，则外地代理转发注册应答消息给移动节点A，指示注册失败。

e.移动节点A收到注册应答消息后，如果注册成功，则开始正常工作；否则，可以根据错误信息调整后重新发起注册请求。

经过上述切换过程后，所有向移动节点A发送的报文均被路由到移动节点A的家乡网络，由家乡代理截获该报文后，将移动节点A注册的转交地址作为隧道出口，自身的IP地址作为隧道入口，对报文封装后发送。外地代理收到报文并拆封后，检查自身的访问移动节点列表，如果移动节点A存在于列表中，则根据转交地址将报文转交给移动节点A。

从上述切换过程可以看出，只有当移动节点在低层的切换完成后，才开始网络层切换。更明确地说就是，只有在物理层和链路层断开了原有网络连接、建立了新连接后才能进行网络层切换，而在网络层切换前原来的连接已经断掉，但网络层并不能察觉，因此，这种切换过程必然会使通讯中断、造成切换时延和整体通信恢复的周期延长，进而导致丢包。并且，如果通讯中断时间过长，会对实时性要求较高的应用产生影响，使得漫游对上层应用不透明，影响移动IP的使用效果。

为缩短切换时延、减少丢包，业界分别提出了很多不同的解决方案。主要包括：实现快速切换的方案，例如蜂窝IP等；实现平滑切换的方案，例如分组缓存转发机制；还有将二层和三层切换相结合的方法。但在上述方案中，无论是实现快速切换还是实现平滑切换，均局限于对网络层切换的处理过程的改进，不能彻底解决低层切换完毕才能进行网络层切换的问题，因此单纯缩短网络层的切换时间对提高整个切换速度的影响并不明显。

故此，又有一些研究机构提出将链路层和网络层切换相结合，利用链路层来触发网络层进行预注册，使得在二层切换完成的同时也完成三层切换，从而实现快速切换。这种方案主要有：Ericsson提出的一个Internet草案--“移动IPv4中的快速切换”。该方案的主要思想是：当移动节点处于交叠区域时提前注册，利用原有的链路向新的外地代理进行注册。但由于该方案的实现还是基于单链路，三层切换和二层切换之间的时间配合就很重要，如果在完成网络层切换前原链路已经断开，那么，依然会引起通讯的中断，造成丢包。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在移动IP中移动节点实现切换的方法，不仅能使低层主动准确地触发网络层启动切换，提高切换速度；而且，能保证在切换过程中通讯不中断，降低切换过程中的丢包率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种移动IP中移动节点实现切换的方法，关键在于，为每个移动节点建立两条与当前子网进行通信的链路连接，该方法还包括以下步骤：

a.当前移动节点检测当前发现的所有基站的选定物理层信道信息；

b.判断所检测到的选定物理层信道信息是否满足设定的触发条件，如果不满足，则返回步骤a；如果满足，则再判断当前满足触发条件的基站是否属于所述移动节点当前所在子网，如果不属于，则向网络层发送切换指示；否则返回步骤a；

c.网络层收到切换指示后，断开当前移动节点与原子网基站之间已建立的两条链路中的一条，并在当前移动节点与要切换到的目标基站之间建立一条新的链路连接；

d.当前移动节点通过步骤c中新建的链路向家乡代理进行注册，并进行网络层切换；

e.注册完成后，断开当前移动节点与原子网基站之间的另一条链路连接，并在当前移动节点与要切换到的目标基站之间建立另一条新的链路连接。

该方法进一步包括：当前移动节点获取并存储当前所处子网的所有基站信息，并实时获取当前所发现的所有基站的基站信息；则步骤b中所述判断当前满足触发条件的基站是否属于所述移动节点当前所在子网为：当前移动节点将当前满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的所有基站的基站信息进行匹配，如果均不匹配，则满足触发条件的基站不属于当前移动节点当前所在子网，否则属于当前移动节点当前所在子网。

上述方案中，移动节点从家乡网络切换到外地网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d11.移动节点通过与目标基站之间建立的链路连接获得新的转交地址；

d12.移动节点建立隧道，通过新建的链路向家乡代理发送注册请求；

d13.家乡代理收到注册请求后，建立通向该转交地址的隧道，发送注册应答，并发送代理地址解析协议ARP消息；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理发来的注册应答。

移动节点从一个外地网络切换到另一外地网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d21.移动节点通过与目标基站之间建立的链路连接获得新的转交地址；

d22.移动节点获取转交地址后建立隧道，通过新建立的链路向家乡代理发送注册请求，且该注册请求中携带有保留原转交地址的指示；

d23.家乡代理收到新的注册请求后保留原转交地址，同时存储注册请求中携带的新转交地址，并向移动节点发送注册应答；

d24.移动节点收到注册应答后，从移动节点与原基站之间保留的链路上发送取消注册请求；

d25.家乡代理收到取消注册请求后，删除原转交地址，并向移动节点发送注册应答；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理删除原转交地址后发来的注册应答。

移动节点从外地网络切换回家乡网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d31.移动节点在家乡网络中发送免费ARP消息，并向家乡代理发送取消注册请求；

d32.家乡代理收到取消注册请求后，删除移动节点的转交地址和隧道，并向移动节点返回注册应答；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理发来的注册应答后，删除与外地代理之间建立的隧道。

上述方案中，在切换过程中，移动节点收到从不同链路发送过来的重复数据后，根据现有协议过滤一份重复数据。

上述方案中，移动节点切换前或切换完成后，移动节点与当前基站所建立的两条链路处于同一网络中，且公用一个转交地址。

上述方案中，所设定的触发条件引起的触发时间提前于物理层自动切换的时间。所述设定的触发条件为预先设置的选定要检测的物理层信道信息的阈值。所述选定物理层信道信息为接收信号强度、或为信噪比。

上述方案中，所述基站信息为基站标识ID、或为基站所属子网的服务集标识SSID、或基站的MAC地址。那么，所述移动节点获取当前所处子网的所有基站信息具体包括：移动节点向当前所处子网的代理发送注册请求消息，所述注册请求信息携带有请求获取所述当前所处子网的所有基站信息的指示；收到所述注册请求的代理向发起注册请求的移动节点返回携带有所述当前所处子网的所有基站信息的注册应答消息。其中，所述请求获取当前所处子网的所有基站信息的指示放置于注册请求消息的扩展域中；所述当前所处子网的所有基站信息放置于注册应答消息的扩展域中。

本发明所提供的在移动IP中移动节点实现切换的方法，具有以下的优点和特点：1)本发明利用检测到的物理层信道的相关信息作为网络层切换的触发条件，将网络层切换提前于低层切换进行，能够缩短网络层切换判断的时间，从根本上提高切换速度，且有效减少丢包。

2)本发明在移动IP切换中引入了双链路的概念，即：每个移动节点同时保持两条无线链路的通讯，当移动节点进入可能切换的重叠网络覆盖区域时，在原有网络仍可使用的情况下判断是否需要进行网络层切换，如需要则将一条链路用于与新网络建立连接，而另一条链路用于保持与原网络的连接，从而在原有网络不可用之前，实现原网络和新网络两个网络的同时接入，如此，就可以保证切换过程中通讯不中断，从而降低了丢包率。

3)本发明将利用物理层信道信息触发网络层切换与建立双链路技术同时结合使用，从根本上提高切换速度，并有效减少丢包，是移动IP中实现无缝切换的一种有效方式。

4)本发明中的移动节点利用物理层信道信息作为触发条件时，根据当前无线子网内所有基站的信息，判断自身是否在不同子网之间切换，如此，不仅提高了切换判断的准确度，而且避免了由于低层切换信息频繁触发而造成网络层的盲目切换。

5)在本发明中，当移动节点处于非切换阶段时，可并行使用两条链路，如此，能够充分利用硬件资源，提高带宽，并达到负载均衡的目的。

6)本发明是对标准移动IP协议的扩展，仅对现有处理稍加改动，与标准移动IP系统完全兼容，因此，实现简单方便，且易于在现有的移动IP系统上进行功能扩展。

附图说明

图1为移动IP中各实体组成的基本网络拓扑结构图；

图2为本发明实现的处理流程图；

图3为本发明定义的移动节点切换时物理层信道信息的触发时机示意图；

图4为本发明中移动节点从家乡网络移动到外地网络的切换过程示意图；

图5为本发明中移动节点在两个外地网络间移动的切换过程示意图；

图6为本发明中移动节点从外地网络返回家乡网络的切换过程示意图；

图7为本发明一具体实施例的网络拓扑结构图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：移动节点将物理层信道的相关信息作为触发条件，并结合当前网络的基站信息，判断是否需要触发网络层切换。并且，为每个移动节点建立双链路，在移动节点处于非切换状态时，移动节点利用所建立的双链路并行进行通讯；当移动节点处于切换状态时，仅断开双链路中的一条，也就是，利用一条链路保持原连接，同时利用另一条链路建立新连接，当移动节点重新注册完成后，再将保持原连接的链路断开，并再建立一条移动节点与新子网基站之间的新连接。

本发明实现的前提是：预先选定一个物理层信道信息作为触发参数，并针对选定的物理层信道信息设置好触发条件，这里，选定物理层信道信息是从移动节点判断是否需要进行物理层切换所用的物理层参数信息中选取；并且，在移动节点与其当前所处子网基站之间建立用于通信的双链路。基于此，本发明的实现过程参见图2所示，包括以下步骤：

步骤201：移动节点实时检测当前所发现的所有基站的选定物理层信道信息。

其中，所述物理层信道信息为移动节点判断是否进行物理层切换所用的物理层参数信息，包括当前所连接到的基站的ID、可用的基本服务集列表、接收到的信号强度、信噪比等；可从上述参数信息中任选一种作为选定物理层信道信息，通常可选择接收信号强度、或信噪比。比如：以信噪比作为选定物理层信道信息，移动节点就实时检测当前所发现的所有基站信号的信噪比情况。

步骤202：移动节点判断所检测到的选定物理层信道信息是否满足设定的触发条件，如果满足，则执行步骤203；否则，返回步骤201。

这里，所述的触发条件可以是预先设置的选定物理层信道信息的阈值，比如：选定信噪比为选定物理层信道信息，触发条件为设置信噪比阈值为SIR1，那么，如果移动节点当前的信噪比值大于SIR1，就是满足触发条件。所设置的触发条件必须保证利用本触发条件而引起的触发时间提前于链路层自动切换的时间，如图3所示，时刻32为现有技术中网络层进行切换的起始时刻，时刻31为本发明中设置的网络层切换的触发时刻。

步骤203～204：移动节点判断满足触发条件的基站是否属于新的子网，如果不属于，则返回步骤201，如果属于，则向网络层发送切换指示。

这里，移动节点可以通过比较基站信息来判定满足触发条件的基站是否属于自身当前所在子网。这种情况下，在步骤201中，移动节点还要同时获取当前所发现的所有基站的基站信息；并且，移动节点还要定时搜索，获取并存储当前所在子网的所有基站信息。其中，所述基站信息是指能标识每个基站子网归属的信息，即当前基站属于哪个子网的标识信息，比如：基站ID、基站所属子网的服务集标识(SSID)等等。所述定时搜索的时间周期可根据实际情况任意设定，比如：根据移动节点的移动速率设定；如果时间周期设置为零，则进行实时搜索。

那么，所述判断就是：移动节点将当前所有满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的当前所在子网内的所有基站信息进行匹配，如果能匹配上，则说明满足触发条件的基站均不属于新的子网，那么就返回步骤201，如果均不匹配，则说明有满足触发条件的基站属于新的子网，那么就主动触发网络层切换，即：向网络层发送切换指示。

之所以要进一步判断满足触发条件的基站是否属于新的子网，即：之所以要同时结合基站信息来判断是否进行网络层切换是因为：如果仅依靠选定的物理层信道信息进行触发，有可能只完成同一子网内不同基站间的切换，也就是说，如果仅根据此触发条件触发网络层的切换，可能会导致很多无谓的切换，严重影响网络性能，消耗系统资源。因此，要在本步骤中确定出现的是新无线子网的基站，才启动网络层切换，否则就不进行网络层切换，如此可减少不必要的切换。

移动节点获得基站信息可以有很多方式，常用的两种方式是：

a)由于标准移动IP协议对注册消息的定义留有扩展域，如表一、表二所示，表一为注册请求消息的消息格式，表二为注册应答消息的消息格式，因此，外地代理与移动节点之间关于基站信息的传递可以利用注册消息的扩展域。

0	1								2	3
											类型(Type)	S	B	D	M	G	R	T	X	生命周期(Lifetime)
家乡地址(Home Address)
											家乡代理(Home Agent)
转交地址(Care-of Address)
											描述(Identification)
扩展域(Extensions)……

                   表一

0	1	2	3
				类型(Type)	Code	生命周期(Lifetime)
家乡地址(Home Address)
				家乡代理(Home Agent)
扩展域(Extensions)……

                           表二

这种情况下，移动节点获取当前网络内基站信息的过程是：移动节点向当前所在网络的代理发送注册请求消息，该注册请求中携带有请求传递当前网络内所有基站信息的指示，所述指示放置在注册请求消息的扩展域中；移动节点当前所在网络的代理收到注册请求后，向移动节点回送携带有当前网络内所有基站信息的注册应答消息，同样，所有基站信息也放置在注册应答消息的扩展域中。

那么，注册消息的具体扩展方法是：在注册请求消息的扩展域中添加一项，并为该项设定一个特定值，代表移动节点请求外地代理传递本子网内基站的信息，比如：设定一个类型项，并将类型值定义为39，如表三所示。当然，如果某移动节点处于家乡网络，同样可以向家乡代理发送携带有特定类型值的注册请求。

0
	类型

                          表三

相应地，在注册应答消息的扩展域中添加一项，用于携带当前子网所有基站的信息，如表四所示。

0	1	2	3
				类型	字节数		数量
基站1的标志信息
				基站2的标志信息
……
				基站n的标志信息

                          表四

表四中，类型表示该注册应答消息中携带有基站信息，类型值与注册请求消息中的类型值相同，比如：类型值为39；数量表示本子网内基站的个数；字节数表示一个基站信息所需占用的字节数，表四中假定为四个字节；基站1至基站n的标志信息为基站信息，可以是基站的ID、MAC地址等，只要是能唯一标识某个基站的信息都可以。

为防止当前所处网络内的基站数量发生变化，例如：关闭一个基站、新增加一个基站等情况，除外地代理定时更新以外，移动节点还可以定时请求外地代理传递当前子网内所有基站的信息。由于标准移动IP协议中的注册请求也是要定时发送的，因此可以直接利用定时的注册请求来定时请求基站信息。

移动节点一旦进入新的外地网络，原外地网络的基站信息就将被新外地网络的信息所代替。但对于家乡网络的基站信息，移动节点必须一直保存，因为对于网络层来说，回到家乡的处理与在不同外地网络之间切换是有区别的。

b)为相邻无线网络配置不同的SSID，例如：如果网络1与网络2相邻，则配置网络1的SSID为Ssid1，网络2的SSID为Ssid2。移动节点在与基站的交互过程中，从基站下发的消息中提取其所属子网的SSID。

当然，在实际应用中，移动节点获取基站信息的方式不仅限于上述两种。

步骤205：网络层收到低层发来的切换指示后，系统释放一条链路当前的连接，即断开双链路中任意一条链路的原有连接，由另一条链路承担当前子网的全部通信，而断开的一条链路用于建立与新无线子网中基站的连接。

步骤206：与新基站的连接建立完成后，移动节点通过新建立的连接向家乡代理进行注册，并进行网络层切换。具体地说，移动节点建立与新子网中代理之间的连接，并向家乡代理进行注册。这里，如果移动节点是进入新的外地网络，那么，新子网中的代理就是新的外地代理，如果移动节点是回到家乡网络，那么，新子网中的代理就是家乡代理。

以进入新的外地网络为例，移动节点与新外地代理建立连接后，再通过新的外地代理与家乡代理间进行注册，注册过程包括：首先，移动节点要从新的外地代理处获取新的转交地址，然后向家乡代理进行注册，将新的转交地址发送给家乡代理；家乡代理在收到新转交地址的注册后，并不马上把原转交地址删除，而是保持两个注册绑定，将发送到移动节点的每一个数据报文通过隧道送到移动节点的每个转交地址。此种情况下，移动节点会通过双链路收到重复的数据，那么，移动节点就根据现有协议中对重复数据的处理方式过滤一份重复数据。

步骤207：在新的链路稳定形成、移动节点的注册完成后，系统释放另一条链路的原有连接，并在移动节点与新的无线子网基站之间、以及移动节点与新无线子网的代理之间建立另一条链路连接，之后恢复正常的通信过程。

移动节点的切换可分为三种情况：移动节点从家乡网络移动到外地网络、移动节点在不同外地网络之间移动、移动节点从外地网络回到家乡网络。

移动节点在离开家乡网络进行切换时，切换过程中采用一条链路注册，另一条链路通信的方式。如图4所示，链路40为保持原有连接继续进行通信的链路，链路41为断开原有连接与外地代理之间建立新连接进行注册的链路。移动节点从家乡网络移动到外地网络时的切换过程包括以下步骤：

a1.当移动节点移出家乡网络，进入一个外地网络时，该移动节点将自身建立的两条链路中的任意一条链路接入外地网络，当新的连接建立起来后，移动节点通过此连接获得新网络中的转交地址，比如：利用链路41获取转交地址。

b1.移动节点与外地代理之间建立隧道，通过新建的链路向家乡代理发送注册请求，即：移动节点经由链路41、路径42、43、44向家乡代理进行注册。

c1.家乡代理收到注册请求后，建立起通向此转交地址的隧道，发送注册应答，并发送代理地址解析协议(ARP)消息。这里，发送ARP消息的目的是说明该移动节点已离开家乡网络，所有发向该移动节点的数据报文会由家乡代理接收后转发。

d1.移动节点收到家乡代理发来的注册应答后，说明新连接已经稳定形成，则将家乡网络中保持原有连接的另一链路也断开，重新接入外地网络中，完成切换。

移动节点在离开一个外地网络进入另一个外地网络时，切换过程中家乡代理采用多重绑定的方式，即：为该移动节点同时存储两个转交地址，同时绑定两条路由。参见图5所示，移动节点在不同外地网络之间移动时的切换过程包括以下步骤：

a2.移动节点从外地网络1漫游到外地网络2时，将与外地网络1建立的两条链路中的一条链路断开，接入外地网络2中，当新的连接建立起来以后，移动节点通过此连接获得新网络中的转交地址。

b2.移动节点获取转交地址后建立隧道，通过新建立的链路向家乡代理发送注册请求。需要注意的是：此时注册请求需要设置“S”位。标准移动IP协议中所规定的注册请求消息格式如表一所示，其中，S比特位表示同时的绑定信息，如果S置位，就说明移动节点要求家乡代理保留其以前的绑定信息。

c2.由于移动节点在家乡代理上已经注册过一个转交地址，家乡代理收到新的注册请求后并不删除原转交地址，而只是再添加一个，并发送注册应答给移动节点。此后，家乡代理将所收到的、发送给该移动节点的每一个数据报文均通过隧道送到移动节点的每个转交地址。

d2.移动节点收到注册应答后，从原链路上发送取消注册请求消息。

e2.家乡代理收到取消注册请求，删除原配置转交地址，并发送注册应答。此后，家乡代理就只向新的转交地址转发数据。

f2.移动节点收到注册应答，将与外地网络1中保持原有连接的另一链路也断开，重新接入外地网络中，完成切换。

移动节点从外地网络返回家乡网络时，切换过程采用一条链路注册，另一条链路继续通过外地网络进行通信的方式。如图6所示，移动节点从外地网络回到家乡网络时的切换过程包括以下步骤：

a3.移动节点从外地网络返回家乡网络时，将与外地网络建立的两条链路中的一条链路断开，接入家乡网络中，当新的连接建立起来以后，移动节点在家乡网络中发送免费ARP消息，并向家乡代理发送取消注册请求。

这里，发送ARP消息的目的是通知该移动节点已回到家乡网络。

b3.家乡代理收到取消注册请求后，删除移动节点的转交地址和隧道，并向移动节点返回注册应答。

c3.移动节点收到家乡代理发来的注册应答后，删除与外地代理之间建立的隧道，并将外地网络中保持原有连接的另一链路也断开，重新接入家乡网络中，完成切换。

在图4、图5、图6中，虚线表示单向隧道，实线表示注册消息，点划线表示正常的通信数据，实线上的矩形表示隧道。

移动节点切换前或切换完成后，如果该移动节点处于外地网络中，家乡代理就只绑定当前移动节点所在网络的转交地址，因此，将所有发送到该移动节点的数据报文全部转发到该转交地址上。此时，移动节点建立的两条链路均在同一个子网中，公用一个转交地址。虽然有两条链路，可以通过一个虚拟链路层，使其共同使用一个IP地址进行通讯，从而上层应用并不能意识到双链路的存在。在实际应用中，移动节点的两条链路可以分别通过两块网卡实现，在移动节点的上层应用看来移动节点只有一个IP地址，但它发送的数据报却是通过两条链路来传输的。具体利用哪条链路进行发送时，可以根据链路的忙闲状况进行选择，比如：需要选择时，先判断两条链路的忙闲情况，利用其中负载轻的链路进行发送，从而既能提高带宽，又能实现负载均衡。

下面参照图7并结合具体实施例，来详细说明建立双链路与低层主动触发网络层切换相结合的切换过程，图7为移动节点70所处移动IP系统的网络拓扑结构图。如图7所示，该移动IP系统为一个采用802.11协议的无线局域网，该无线局域网包括三个子网：家乡网络、外地网络1和外地网络2。三个子网之间通过路由器相连，每个子网中包括一个代理，即：家乡代理、外地代理1和外地代理2。每个子网又分别包括两个基站，即接入点AP1～AP6，图7中的六个虚圆分别表示AP1～AP6的覆盖区域。其中，接入点AP1和AP2属于家乡网络，接入点AP3和AP4属于外地网络1，接入点AP5和AP6属于外地网络2。图7中的点划线表示移动节点70的移动轨迹，可以看出，移动节点70从家乡网络出发，先漫游到外地网络1，再由外地网络1漫游到外地网络2，该移动过程包括三种切换：从家乡网络到外地网络的切换、在两个外地网络之间的切换、以及从外地网络回到家乡网络的切换。

在本实施例中，移动节点70选用两块802.11的无线网卡模拟双链路，且网络层切换由低层根据所检测的物理信道信息主动触发。

移动节点70开始位于家乡网络，当移动节点70移动到AP2和AP3的重叠覆盖区71时，二层触发启动，通知网络层移动节点70将从家乡网络移动到外地网络1，触发网络层开始切换。此时，移动节点70将与AP2之间建立的两条链路中的一条链路连接断开，与AP3建立连接；而另一条链路仍然保持与AP2的连接。当移动节点70与AP3的链路建立起来以后，移动节点70通过此连接获得外地网络1中的转交地址1；并根据转交地址1建立隧道，通过与AP3的链路向家乡代理发送注册请求。

家乡代理收到注册请求后建立起通向转交地址1的隧道，并向移动节点70发送注册应答，同时发送代理ARP消息；移动节点70收到注册应答后，将与AP2之间保持的链路也断开，将该链路接入AP3，作为移动节点70与AP3之间的第二条链路，如此，即完成了从家乡网络到外地网络1的整个切换过程。

以信噪比作为选定物理层信道信息且基站信息为AP的MAC地址为例，所述二层触发启动的具体过程是：移动节点70进入家乡网络与外地网络1的交界部分，即从AP2移入AP3时，随着离AP3的距离变近，移动节点70会发现AP3的信噪比已满足设定的触发条件，即达到预先设定的信噪比阈值；同时，移动节点70搜索并获取AP3的MAC地址，将AP3的MAC地址与自身当前保存的当前子网中所有AP的MAC地址比较，此时，移动节点70自身保存的是AP1和AP2的MAC地址，所以，发现AP3的MAC地址与自身当前保存的所有AP的MAC地址均不匹配，则可以确定AP3属于新的子网，于是移动节点70就主动触发网络层的切换。

当移动节点70沿移动轨迹移动到AP4和AP6的重叠覆盖区72时，二层触发启动，通知网络层移动节点70即将进入了新的外地网络，触发网络层开始切换。移动节点70将与AP4之间建立的两条链路中的一条链路连接断开，与AP6建立连接，但仍然保持一条链路与AP4连接；并且，移动节点70通过与AP6建立连接获得外地网络2中的转交地址2。移动节点70建立隧道，通过与AP6的链路向家乡代理发送注册请求，此时注册请求需要设置“S”位。这里，如果以信噪比作为选定物理层信道信息且基站信息为AP的MAC地址的话，所述二层触发启动的具体过程与移动节点70向AP3切换是类似的。

虽然移动节点70在家乡代理上已经注册过一个转交地址1，但家乡代理收到携带有设置了S位的新注册请求后，并不删除转交地址1，而是将转交地址2添加到绑定表中，并向移动节点70发送注册应答。此后，家乡代理将发送到移动节点70的每个数据报文均通过隧道送到转交地址1、转交地址2这两个转交地址上。移动节点70收到注册应答后，通过与AP4之间的链路向家乡代理发送取消注册请求。家乡代理收到取消注册请求后，删除转交地址1，并向移动节点70返回注册应答，表示转交地址1已删除。此后，家乡代理就只向转交地址2转发数据了。移动节点70在收到注册应答后，将与AP4之间的链路断开，并将该链路接入AP6中，作为移动节点70与AP6之间的第二条链路，至此完成从外地网络1到外地网络2的整个切换过程。

当移动节点70沿移动轨迹移动到AP5和AP2的重叠覆盖区73时，二层触发启动，通知网络层移动节点70将从外地网络2回到家乡网络，触发网络层开始切换。此时，移动节点70将与AP5之间建立的两条链路中的一条链路连接断开，与AP2建立连接，而与AP6的另一条链路连接仍然保持。这里，如果以信噪比作为选定物理层信道信息且基站信息为AP的MAC地址的话，所述二层触发启动的具体过程与移动节点70向AP3切换是类似的。

当与AP2的链路建立起来以后，移动节点70通过与AP2建立的连接在家乡网络中发送免费ARP消息，说明自己已经回到家乡，并发送取消注册请求。家乡代理收到取消注册请求后，删除移动节点70的转交地址2和隧道，并向移动节点70发送注册应答。移动节点70收到注册应答后，删除隧道，并将与AP5保持的链路连接也断开，接入家乡网络的AP2上，作为移动节点70与AP2之间的第二条链路，至此完成从外地网络2回到家乡网络的整个切换过程。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1、一种移动IP中移动节点实现切换的方法，其特征在于，为每个移动节点建立两条与当前子网进行通信的链路连接，该方法还包括以下步骤：

a.当前移动节点检测当前发现的所有基站的选定物理层信道信息；

b.判断所检测到的选定物理层信道信息是否满足设定的触发条件，如果不满足，则返回步骤a；如果满足，则再判断当前满足触发条件的基站是否属于所述移动节点当前所在子网，如果不属于，则向网络层发送切换指示；否则返回步骤a；

c.网络层收到切换指示后，断开当前移动节点与原子网基站之间已建立的两条链路中的一条，并在当前移动节点与要切换到的目标基站之间建立一条新的链路连接；

d.当前移动节点通过步骤c中新建的链路向家乡代理进行注册，并进行网络层切换；

e.注册完成后，断开当前移动节点与原子网基站之间的另一条链路连接，并在当前移动节点与要切换到的目标基站之间建立另一条新的链路连接。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：当前移动节点获取并存储当前所处子网的所有基站信息，并实时获取当前所发现的所有基站的基站信息；

则步骤b中所述判断当前满足触发条件的基站是否属于所述移动节点当前所在子网为：当前移动节点将当前满足触发条件的基站的基站信息与自身存储的所有基站的基站信息进行匹配，如果均不匹配，则满足触发条件的基站不属于当前移动节点当前所在子网，否则属于当前移动节点当前所在子网。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，移动节点从家乡网络切换到外地网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d11.移动节点通过与目标基站之间建立的链路连接获得新的转交地址；

d12.移动节点建立隧道，通过新建的链路向家乡代理发送注册请求；

d13.家乡代理收到注册请求后，建立通向该转交地址的隧道，发送注册应答，并发送代理地址解析协议ARP消息；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理发来的注册应答。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，移动节点从一个外地网络切换到另一外地网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d21.移动节点通过与目标基站之间建立的链路连接获得新的转交地址；

d22.移动节点获取转交地址后建立隧道，通过新建立的链路向家乡代理发送注册请求，且该注册请求中携带有保留原转交地址的指示；

d23.家乡代理收到新的注册请求后保留原转交地址，同时存储注册请求中携带的新转交地址，并向移动节点发送注册应答；

d24.移动节点收到注册应答后，从移动节点与原基站之间保留的链路上发送取消注册请求；

d25.家乡代理收到取消注册请求后，删除原转交地址，并向移动节点发送注册应答；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理删除原转交地址后发来的注册应答。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，移动节点从外地网络切换回家乡网络时，步骤d所述进行网络层切换具体包括：

d31.移动节点在家乡网络中发送免费ARP消息，并向家乡代理发送取消注册请求；

d32.家乡代理收到取消注册请求后，删除移动节点的转交地址和隧道，并向移动节点返回注册应答；

则步骤e所述注册完成为：移动节点收到家乡代理发来的注册应答后，删除与外地代理之间建立的隧道。

6、根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，在切换过程中，移动节点收到从不同链路发送过来的重复数据后，根据现有协议过滤一份重复数据。

7、根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，移动节点切换前或切换完成后，移动节点与当前基站所建立的两条链路处于同一网络中，且公用一个转交地址。

8、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所设定的触发条件引起的触发时间提前于物理层自动切换的时间。

9、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设定的触发条件为预先设置的选定要检测的物理层信道信息的阈值。

10、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述选定物理层信道信息为接收信号强度、或为信噪比。

11、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站信息为基站标识ID、或为基站所属子网的服务集标识SSID、或基站的MAC地址。

12、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动节点获取当前所处子网的所有基站信息具体包括：移动节点向当前所处子网的代理发送注册请求消息，所述注册请求信息携带有请求获取所述当前所处子网的所有基站信息的指示；收到所述注册请求的代理向发起注册请求的移动节点返回携带有所述当前所处子网的所有基站信息的注册应答消息。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述请求获取当前所处子网的所有基站信息的指示放置于注册请求消息的扩展域中；所述当前所处子网的所有基站信息放置于注册应答消息的扩展域中。

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