用于接入移動ip網的方法以及ip承載網的制作方法

專利名稱：用于接入移動ip 網的方法以及ip 承載網的制作方法
技術領域：
本發明涉及電信和IT應用技術，主要是解決高鐵和飛機等高速交通工具中終端和設備如何在高速移動過程中接入公共互聯網的問題。
背景技術：
隨著航空業的穩步發展，特別是高鐵建設的飛速發展，越來越多的人選擇高速交通工具出行。一般來說，飛機和高鐵等高速交通工具行駛穩定，乘客有足夠的空間和時間來使用各種智能終端(手機、筆記本電腦、掌上電腦等)進行上網，因而飛機和高鐵等高速交通工具將是乘客進行移動數據通信的重要場所。
對于商務人士，旅行上網可以利用旅行時間及時處理公務、處理郵件、甚至召開會議；對于學生以及其它非商務人士來說，交通工具內上網比如瀏覽新聞、欣賞音樂、下載視頻、即時聊天等，可以提高旅行體驗。而且，從互聯網的角度來說，將互聯網服務延伸到高速交通工具內也是建設無所不在互聯網的重要的一步。
大型高速公共交通工具(乘客人數多于100)內的乘客使用互聯網服務，需要通過建設在交通工具內的局域網絡接入和中繼，再通過專門的無線或者有線接入鏈路接入到公共互聯網，而不是由個人終端與外部網建立直接通信鏈路。主要有以下兩個原因
首先，由于無線鏈路在用戶終端高速移動過程中存在多普勒頻移現象，速度越高， 多普勒頻移現象越嚴重，高速公共交通工具的速度多為300km/s以上，在這種情況下，多普勒頻移效應會造成普通用戶終端難以和外界通信。
其次，高鐵列車車廂為全封閉金屬車體，無線信號難以穿越車體，在高速交通工具內，個人用戶的移動終端難以和外部公共互聯網建立和保持可靠的數據通信。
對公共互聯網而言，高速交通工具內的網絡就是一個高速移動的客戶網絡(后面統稱“移動IP網”，英文為MIPN)。目前的互聯網是不具備支持客戶網絡移動的能力，也就是不能支持移動型IP網絡的接入和快速切換。這主要是因為互聯網(包括IPv4和IPv6 在內)是基于IP地址尋址和路由數據包的，而IP地址在全球采用層級分配與管理的方式， 這樣IP地址資源一般屬于一個地區的某個機構，特定的IP地址前綴一般由客戶網絡在特定位置使用，而不能大范圍移動。如果用戶在另外一個地方發出該地址前綴的通告，網絡甚至會認為這個地址前綴被惡意劫持而予以拒絕發布。
從IP路由的角度來說，首先，支持移動IP網的核心問題是如何將互聯網發送給特定移動IP網的數據快速而準確地轉發到目的地，這就要求互聯網能及時精確地跟蹤該移動IP網的移動。其次，此場景對于互聯網的另外一個要求是支持移動IP網在高速移動過程中用戶IP地址的不變性，這主要是為了保持應用層會話的連續性，否則，用戶的應用層會話將隨著IP地址的改變而中斷，這在寬帶應用中是不允許的。再次，在移動過程中特別是在IP層接入點切換過程中保證數據傳輸的性能，即選取最佳路徑為用戶傳輸數據，降低數據傳輸的開銷。以上已成為當前互聯網支持移動IP網絡必須解決的關鍵問題之一。
針對如上問題，目前業界已提出了多種方案，如IETF NEMO、波音的BGP純動態路由和MPLS承載等方案，但這些已有方案不能很好地滿足高速交通工具網絡接入的需求。其中
在IETF的NEMO方案中，移動IP網在其家鄉代理HA中維護了自己的IP地址前綴和當前網絡位置IP地址的綁定，而且需要在自己移動的過程中及時更新該綁定。在獲得移動IP網最新綁定數據的前提下，HA截獲第三方發給移動IP網的數據流并轉發到移動IP網的當前位置，這種方案的優點是純粹由客戶自己負責移動IP網的移動性管理，因此移動性對于公共互聯網透明，不會影響到公網的路由，其缺點是發送到移動IP網的數據流需要中轉，產生了影響數據傳輸性能的“三角路由”問題，而且需要移動IP網向家鄉代理及時通告自己的當前位置，在開放互聯網環境下會產生較大的安全隱患。
波音的BGP純動態路由方案的思路是當移動IP網移動到新的網絡接入點時，由新的網絡接入點在大網中發布對應于該IP地址前綴的路由通告，此時，全網的路由器要及時跟蹤該移動IP網的位置，并及時在路由表中更新該移動IP網的路由記錄，該方案的優點是不需要客戶網絡做任何改動，降低了客戶網絡的成本；缺點是大網需要及時跟蹤所有客戶網絡的移動并及時記錄每個移動IP網當前的位置，由于每個移動IP網的地址塊都比較小， 而移動IP網的數量較大，因此在公網動態發布移動IP網的路由前綴會對公網路由的穩定造成嚴重影響，不是一種可擴展的方案，因此一般不被采納。
基于MPLS的方案，即利用MPLS和MP-BGP協議來聯合跟蹤客戶網絡的移動，并交換客戶網絡的路由信息。由于MPLS網絡中數據轉發是基于標記轉發數據流，其好處是可以原樣使用IP路由器，只是對于BGP協議進行一定的擴展。但已有方案沒有提出針對高速交通工具網絡需求的高速切換方案。移動IP網在實現IP接入點切換的過程中，需要接入認證以及路由發布過程需要較長時間，這種方案由于切換時間較長而影響上層業務的性能， 甚至使上層通信產生中斷。其次，在無控制之下的動態發布移動IP網的路由，需要較長時間進行路由收斂，路由收斂是當路由變化之后通告新的路由后，在網絡中可見并達到穩定狀態，路由收斂會對于網絡的路由穩定性產生影響，甚至產生嚴重的路由抖動。
以上的各種方案，沒有專門針對高速交通工具的應用場景而設計，均不能很好地滿足高速交通工具內移動IP網的接入和數據承載。發明內容
鑒于以上，本發明提出用于接入移動IP網的方法以及IP承載網。
本發明提出的用于接入移動IP網的方法，通過位于IP承載網邊緣支持移動IP網接入的路由器接入所述移動IP網，并在應用服務器的調度下，為接入的所述移動IP網建立新路由，所述方法包括以下步驟
所述IP承載網的當前接入路由器為移動IP網提供接入和數據轉發服務，但IP承載網未給移動IP網建立新路由，所述當前接入路由器通知應用服務器；
所述應用服務器根據每個移動IP網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，從所述接入路由器集合中選取將要切換到的切換接入路由器，發送預先建立新路由的指示；
所述IP承載網的切換接入路由器在IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴并建立新路由，在收到所述應用服務器的路由切換指令前，所述新路由不傳送移動IP網的流量。
本發明提出的用于接入移動IP網的IP承載網，其邊緣具有支持移動IP網接入的路由器，包括
當前接入路由器，配置于為移動IP網提供接入和數據轉發服務，但IP承載網未給移動IP網建立新路由，當前接入路由器通知應用服務器；
切換接入路由器，配置于在收到應用服務器的建立新路由的指示時，建立新路由并在IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴，所述新路由在收到應用服務器的路由切換指令前不傳送移動IP網的流量；
應用服務器，包括
序列生成單元，配置于根據每個移動IP網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合；
移動路由建立和切換調度單元，配置于從所述接入路由器集合中選取將要切換到的切換接入路由器，發送預先建立新路由的指示，并指示切換接入路由器在IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴。
與現有技術相比，本發明具有至少如下之一的優點
首先，為位于飛機和高鐵等高速交通工具內的移動IP網提供一種互聯網接入和數據承載方案。保證了提供移動管理服務的IP承載網能及時跟蹤多個移動IP網的移動過程，使得客戶網絡在移動過程中根據當前位置動態就近接入不同的IP接入點(即后面提到的mPE設備)；
其次，本發明根據高速公共交通工具路徑固定的特點，為每個移動IP網建立提供移動接入服務的接入點序列，這樣在當前接入點為移動IP網提供接入服務并傳輸數據的同時，可以在下一個接入點為該移動IP網提前建立新路由，為下一步的快速切換做好準備，而且本發明也保證新建立的路由不會對于正在傳輸的數據產生影響；
再者，在支持客戶網絡移動的同時，不會對于公共互聯網的路由產生影響，由提供移動接入服務的IP承載網負責移動的管理，將客戶移動IP網位置的跟蹤和路由信息的發布限制在IP承載網的部分網絡節點范圍內，保證了本發明的可擴展性和可實施性。
總之，本發明結合了高速公共交通工具的路徑信息，提前在網絡中為客戶網絡預建立路由而設計的一種移動IP網在高速移動過程中實現快速路由、切換的方案。


圖1示出本發明實施例中用于接入移動IP網的IP承載網的組網示意圖，在圖1 中示出了移動IP網以及IP承載網。其中，在移動IP網中包括移動路由器(MR)，在IP承載網中包括AS、支持移動的PE路由器(mPE)、P以及PE設備。
圖2示出本發明實施例中移動IP網穿越多個mPE服務區示意圖。
圖3示出本發明實施例中用于接入移動IP網的方法流程，包括移動IP網新路由預建立以及進一步進行路由切換的流程示意圖。
圖4示出本發明系統實施例中的AS的結構示意圖。
具體實施方式
高速公共交通工具具有軌道或者航線固定的特點，即其移動IP網的路徑一般是固定的，而且其移動是多次重復的，這為IP承載網及時跟蹤其移動，實現快速數據轉發和快速路由切換提供了重要信息。
本發明提出用于接入移動IP網的方法以及IP承載網。在本發明中，移動IP網的接入和移動管理是由基于MPLS轉發的IP承載網來負責，但和已有支持移動的MPLS方法不同的是，本發明基于高速交通工具路徑固定的特點，專門設計了 AS(應用服務器)來負責移動路由建立和路由切換調度。
移動IP網的路由信息是采用專門擴展的MP-iBGP協議在支持移動的PE間來發布和傳送，其中，支持移動的PE即mPE，是移動IP網接入到IP承載網的接入點，這樣IP承載網中每個mPE設備及時獲知每個移動IP網的當前位置；路由的動態建立和路徑切換是由 AS來統一調度，也就是AS指示mPE根據每個移動IP網的當前位置和其路徑信息為移動IP 網提前建立新路由，并在當前的mPE不能繼續提供服務時，AS指示IP承載網中所有的mPE 將發送給移動IP網的流量切換到新路由上，實現移動IP網新舊路由的快速切換。
在以上過程中，客戶移動IP網的IP地址前綴以及分配給終端用戶的IP地址是保持不變的，這樣保證了移動IP網的移動對于上層應用是透明的。要指出的是，本發明中的 IP協議代表IPv4和IPv6協議，也就是所有設計的新功能同時支持IPv4和IPv6協議，是一種支持向下一代互聯網過渡的方案。
下面將結合附圖和實施例進行詳細說明。
圖1示出本發明用于接入移動IP網的IP承載網的組網示意圖。本發明提出移動 IP網的路由實現和數據承載方案，主要是實現下方的移動IP網和大網建立數據通路，并實現對于公共互聯網資源的訪問。在客戶網絡高速移動過程中，實現路由建立和數據傳輸過程在時間上的并行，根據高速交通工具的路徑信息提前在下一個即將接入的IP接入點為客戶網絡建立新路由，移動IP網在切換到新的IP接入點時直接進入到數據流傳輸環節，不必再進行IP地址前綴發布以及路由建立過程，減少了切換時間，大大提升了切換質量，保證了上層業務性能。下面對該系統的各個部分進行詳細說明。
MR是位于高速交通工具內的路由器設備，是移動IP網的核心組網設備。對內作為網關負責匯聚接入所有的用戶終端，向用戶終端分配IPv4/IPv6地址，并提供互聯網接入服務。對外通過移動接入鏈路接入到IP承載網中，在IP層面其負責向IP承載網的接入點提供自己的帳號等信息以進行注冊，并通告自己的IPv4/IPv6地址前綴；在通過接入點接入到IP承載網后，負責轉發用戶終端發送到公網和從公網接收到的流量。另外，還具備客戶網關的必備功能。
mPE是位于IP承載網邊緣支持移動IP網接入的接入點設備，它是IP承載網實施動態路由建立、客戶流量轉發以及高速路由切換的關鍵設備。負責對移動IP網進行接入控制；在移動IP網注冊后將該移動IP網的路由前綴在IP承載網中進行通告，跟蹤每個移動 IP網的當前位置；接收AS的指令在IP承載網內建立最新路由；還按照IP承載網的路由組織為移動IP網實施流量轉發；接收AS的調度指令為特定移動IP網實施路由切換。
AS是基于應用層交通信息實施路由動態建立和快速切換的調度服務器。AS可以為邏輯實體，在網絡部署時IP可達即可，對于位置的設置無特殊要求。其根據每個移動IP 網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，提前建立為移動IP網提供接入服務的mPE集合；進一步，在該移動IP網移動過程中，還根據移動IP網的當前位置對 mPE集合進行排序生成mPE序列，在IP承載網中為其建立新路由以及還在必要時實施路由切換，并指示相關的mPE實施該指令。
圖1中除了以上三個網元外，還有p、pe設備，它們是mpls中的標準網元設備，支持移動ip網，對移動ip網沒有額外要求。其中的mp-ibgrii協議是mpe之間交換移動ip 網路由的協議，支持移動的mp-iBGP會話，是對于傳統的mp-iBGP協議進行的擴展。
對于IP承載網來說，支持移動IP網的核心問題是如何將發給移動IP網的數據快速準確地傳送到移動IP網的當前位置，也就是能及時掌握該移動IP網在網絡中的位置，并基于該位置建立數據傳輸路由。
為了達到以上目的，本發明采用MPLS網絡作為數據傳輸平臺，MPLS網絡采用標記交換的數據傳送方式，其中的LSP (標記交換路徑)可作為移動IP網的數據傳輸通道。MPLS 網絡中，任意兩個PE之間都預先建有直達的LSP (標記交換路徑)，用LSP來傳送移動數據比純IP路由轉發可以提高傳送速度。在實現上，當移動IP網接入到特定的mPE接入點上時，本發明為移動IP網的IP地址前綴動態分配移動標記，用于在mPE之間的MP-iBGPm會話中標識該移動IP網，并通過移動標記實現LSP和移動IP網中IP地址前綴的關聯。
本發明的路由建立和快速切換是在AS統一調度之下完成的，在此對于各個基本過程先逐個介紹。在移動IP網發現mPE(k)并通過認證鑒權接入到mPE(k)后，主要的幾個基本過程如下
1)移動標記分配與關聯
移動IP網中的MR將向mPE (k)通告該移動IP網的如下信息
-移動網絡標識Mobile_ID
-MR 接口 IP 地址 MR_interface_IPaddr
-IP 地址前綴 Mobile_IPaddr_Prefix
-路由模式標志 routing_mode_flag
—其它必要信息
其中，r0uting_m0de_flag是是否采用AS路由調度的標志。為了能實現將發向該移動IP網的數據在IP承載網上傳輸，mPE(k)為該移動IP網地址前綴分配一個本地性的移動標記mLabel，該移動標記將是實現動態路由建立和基于標記交換移動業務數據的關鍵。 在獲得以上信息后，就可以實現如下的信息關聯記錄
{mLabel, Mobile_ID, MR_interface_IPaddr, Mobile_IPaddr_Prefix, routing_ mode_flag}
并存儲在mPE (k)本地數據庫中。
2)路由通告
mPE (k)在完成如上信息關聯記錄后，通過MP_iBGPm協議及時向IP承載網內的其它mPE路由器發送如下信息，在此該對端mPE路由器表示為mPE(i)，
{mLabel, Mobile—ID，Mobile_IPaddr_Prefix, routing—mode—flag}
上面提到，routing_mode_flag是是否采用AS路由調度的標志，其值為1表示采用AS路由調度，其值為0表示不采用AS調度，即由mPE(k)和mPE(i)直接協商建立路由， 與現有技術一致。
這些信息可以承載在MP_BGP_UPDATE消息中的NLRI域中，也就是對于MP_iBGP協議做這樣的擴展，我們稱之為MP-iBGRii。
在經過如上的信息交互后，這樣對端的mPE(i)就獲得了該移動IP網當前接入的 mPE(k)地址、IP地址前綴、移動標記等信息，其中，mPE(k)地址是通過IP層傳遞的。以上信息將存儲在mPE(i)本地數據庫中。需要提到的是，在扁平的對等結構的網絡拓撲中，所有的mPE路由器之間存在全互聯的MP-iBGRii會話，相互之間可直接發布移動IP網的路由信息；在分層結構的網絡中，為了降低全互聯帶來的可擴展性問題，則通過路由反射器RR在 mPE路由器之間交換移動IP網的路由信息，本發明支持以上兩種網絡拓撲。
3)流量轉發
當對端mPE(i)路由器接收到發給移動IP網的數據后，將利用其目的IP地址前綴檢查mPE(i)本地數據庫，并找到匹配于該目的IP地址的記錄，提取其移動標記mLabel作為本次MPLS數據轉發的內層標記。基于mPE(i)本地數據庫中的mPE (k)地址，獲取其對應的LSP的標記作為MPLS數據轉發的外層標記(根據IP地址來獲取相應的LSP，mPE(k)地址與LSP的標記綁定方式是在mPE內部實現，不需要顯性來做)。在獲取內層和外層標記后，外層標記是用于查找IP地址的標記，填寫MPLS數據包中的相關字段并在IP承載網中進行轉發。
當mPE(k)收到該數據包后首先去除外層標記，然后根據內層標記mLabel查詢本地數據庫，判定該數據包所對應的移動IP網，并提取其重要網絡信息如MR_interface_ IPaddr和Mobile_IPaddr_Prefix后，通過移動路由器的接口 IP地址轉發到該移動IP網。
4)路由撤銷
mPE (k)向其它mPE節點發送到達特定移動IP網的路由撤銷信息，表示mPE (k)不再為該移動IP網提供接入服務，通告其它mPE路由器撤銷對應的路由記錄，該信息也通過 MP-iBGPm進行傳送，也即通過MP_BGP_UPDATE消息中的NLRI域進行傳送。
以上是基于MPLS支持移動IP網數據轉發的基本過程，本發明設計了專門的AS來調度路由建立和路由切換過程，目的是為了讓IP承載網及時跟蹤移動IP網的位置，利用最佳路徑向其提供數據轉發服務；其次，實現移動IP網路由的提前建立，從而減輕路由通告和收斂過程對于數據轉發的影響，也有利于數據路徑的快速切換。
在本發明中，AS和IP承載網的每個mPE之間都有控制通信接口，通過與該接口之間傳送的控制和反饋消息來實現對高速移動的移動IP網地址前綴發布、路由建立、路由切換、過時路由撤銷的統一調度。其中路由切換是在兩個相鄰的mPE之間發生，也可以在多個相鄰的mPE之間發生。在移動過程中一般是在相鄰的mPE之間進行的，相鄰是指邏輯上只有單跳。
下面以mPE(k)和mPE(k+l)即兩個mPE為例來介紹路由調度和路徑切換過程，其中mPE(k)為正在為移動IP網提供接入和數據轉發服務的當前接入節點，mPE(k+l)為即將切換到的下一個接入節點，在本發明中接入節點與路由器為同一含義。
實現以上高速切換過程的基礎是公共交通工具的路徑是固定和重復的，這樣根據交通工具MIPN的路徑信息，生成該移動IP網在運行過程中為其提供接入服務的mPE的序列，格式如下
Seq (MIPN) :mPE (1) — mPE (2) — mPE (3) — · · · — mPE (s)
Seq(MIPN)的生成方式如下
AS通過手動配置提前獲得IP承載網中所有mPE位置信息，包括mPE編號、mPE地理位置以及krvicing_Area(mPE)，其中krvicing_Area (mPE)是覆蓋面，是為mPE服務的地理范圍，也就是該mPE可提供移動接入服務的地理位置點的集合。從圖2中可以看出，mPE 位置以及以虛線示出的krvicing_Area(mPE)。
AS通過手動配置提前獲得公共交通工具的路徑信息，其路徑信息的屬性為路徑起點、路徑終點以及I^ath (MIPN)。其中I^ath (MIPN)為該交通工具經過的路徑信息上地理位置點的集合。
為了生成對于MIPN提供服務的接入點序列，首先從AS提前獲取的IP承載網的所有mPE信息中，提取可為MIPN提供服務的mPE接入點集合，即提取所有mPE信息中的mPE 編號，假設該IP承載網中mPE集合為
{mPE (1)，mPE O)，· · ·，mPE (s)}，其中 s 為 mPE 的數目。
對于集合中的每個mPE元素進行如下的交集處理，
Path(MIPN) Π Servicing_Area(mPE(η)),η = 0，· · · ，S。
對于特定的mPE (η)來說，如果交集的結果不為空，說明MIPN在其服務范圍內，則保留；如果交集為空，則去除，經過這樣的交集處理，就選取了可服務于該MIPN的mPE集合， mPE集合中是mPE的編號。
圖2示出本發明實施例中移動IP網穿越多個mPE服務區示意圖。mPE(l)、mPE(2)、 mPE(4)、mPE(5)和mPE(7)服務的地理范圍和I^ath(MIPN)交集不為空，也即可以為MIPN提供服務，而mPE (3)、mPE (6)則不能為移動IP網MIPN提供服務。
在獲得可為MIPN服務的mPE集合后，還需要為其中的mPE排序建立mPE序列，體現為MIPN提供服務的先后順序。該排序標準是每個mPE與MIPN路徑起點的最小距離，從圖2可以看出，每個mPE服務范圍邊緣與該路徑都至少有一個交點，將交通工具進入該服務范圍的交點作為第一交點，如圖2中的p2、p4、p5、p7等節點分別是MIPN進入mPE (2)、 mPE(4)、mPE(5)和mPE(7)服務范圍的進入點，這個進入點與MIPN路徑起點之間沿著移動 IP網路徑的距離可以作為該mPE最小距離。在獲得每個mPE到MIPN路徑起點的最小距離值后，可以將其從小到大排序作為該MIPN的mPE序列，這就是mPE序列的生成方法。
在圖2的例子中，最后生成MIPN的mPE序列為
Seq (MIPN) :mPE (1) — mPE (2) — mPE (4) — mPE (5) — mPE (7)。
基于以上的處理結果，在公用交通工具達到特定位置時，可以很容易地判定即將切換的下一個服務節點mPE(k+l)，該信息為提前建立新的路由打下了良好的數據基礎。在當前時刻，該交通工具的移動IP網接入到mPE(k)并由其在提供數據轉發服務時，全網傳送發送到MIPN的數據就穿越IP承載網直接轉發到mPE(k)；另一方面，在mPE (k)為MIPN數據轉發過程中就可同時為切換到mPE(k+l)做好準備，即圍繞移動IP網即將接入到mPE(k+l) 節點的場景建立移動IP網的路由，也就是提前進行IP地址前綴通告和路由建立。
而在傳統的路由體系中，數據傳輸只有在新的路由建立后進行，在路由建立過程中，數據傳輸會臨時中斷。在本發明中，圍繞mPE(k+l)建立移動IP網的路由后可以不立即傳送數據，還可以繼續采用mPE(k)接入點上的路由傳送數據，這種路由建立和數據傳輸在時間域上的松耦合保證新路由有充裕的時間維持穩定，也為移動IP網切換到新的路由上時省去了路由建立過程，切換時間的減少將會顯著減少由于切換引起的丟包，提到了切換質量。
AS在進行路由建立和切換調度的過程中，在AS的數據庫中為每個MIPN在特定 mPE的服務過程中維護了一個服務記錄，用于記錄MIPN在該mPE的服務狀態，其格式如下
(MIPN, mPE, flag)
其中的flag用于表示當前MIPN在mPE的服務狀態，例如，沒有建立新路由、已建立新路由、切換到新路由等。
圖3示出本發明實施例中用于接入移動IP網的方法流程示意圖。通過位于IP承載網邊緣支持移動IP網接入的路由器接入移動IP網，并在應用服務器的調度下，為接入的移動IP網建立新路由。還如圖3所示，本發明已建立新路由之后，還在應用服務器的調度下，將移動IP網的流量切換到新路由上。即在MIPN的r0uting_m0de_flag = 1的條件下， 系統內各單元的相互通信流程為
①、當前mPE(k)正在使用當前路由為移動IP網(MIPN)提供接入和數據轉發服務，但IP承載網還沒有為MIPN建立移動IP網的新路由。mPE(k)及時將MIPN的相關信息通告給AS，然后AS在數據庫中生成該MIPN的服務狀態記錄(MIPN，mPE(k)，flag)，其中flag =0表示還沒有建立新路由。
②、AS根據每個移動IP網的路徑信息建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，根據移動IP網的位置信息以及為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合確定下一步將要切換到的HiPE為mPE(k+l)，并發送預先建立新路由的指令給mPE(k+l)，指示其在IP承載網上為MIPN發布IP地址前綴并預先建立新路由。
③、mPE (k+Ι)在IP承載網上通過MP_iBGPm協議發布MIPN的IP地址前綴并建立新的路由，該路徑為移動IP網下一步即將切換的新路由，在收到AS的路由切換指令前，該路由并不立即用來傳送MIPN的流量。然后，mPE(k+l)給AS發送新路由建立結果反饋。如果新路由成功建立，此時AS中(MIPN，mPE(k)，flag) flag = 1，表示已建立有新路由。
在以上步驟中，已完成建立新路由的流程。
④、MIPN移動到mPE(k+l)服務區，并向其發出注冊請求，進行身份認證。
⑤、mPE(k+l)向AS通告MIPN已經注冊成功。
⑥、AS可結合移動IP網的地理位置、mPE(k)節點負載、無線信號強度以及運行時間等因素確定MIPN可以切換到新的路由上去。為了完成網絡層面的切換，AS給IP承載網內部各mPE發出MIPN的流量切換指令。在切換完成后，此時(MIPN，mPE(k)，flag)中的 flag = 2，表示該移動IP網的流量已經切換到新的路由上，此時由mPE(k+l)將流量轉發給 MIPN 網中 MR。
⑦、如果切換成功，在AS的數據庫中建立新的記錄(MIPN，mPE(k+l)，flag)，此時 mPE(k+l)的flag = 0，表示已由其承擔了 MIPN的接入以及流量轉發過程，但還未建立新的路由。然后，再由mPE(k+l)作為移動IP網的服務節點重復過程① ⑦。
在以上步驟中，已完成建立新路由并切換的流程。
對于mPE(k)來說，如果在一定時間內mPE(k+l)上的MIPN流量運行正常，此時 mPE(k)建立的MIPN路由為過時路由，就可以撤銷了，從而實現了完全的切換，此時可以刪除AS數據庫中的(MIPN, mPE(k), flag)記錄，也可以作為Log日志保留。
在MIPN的routing_mode_flag = 0的條件下，則不由AS為MIPN實施路由調度， 即由mPE(k)和mPE(i)直接協商建立路由，然后再傳輸數據即可。
上面提到，AS是實施移動路由調度和快速切換的重要設備，為了支持以上功能，系統必須至少具備如下功能單元。
圖4示出本發明系統實施例中的AS的結構示意圖。AS包括序列生成單元、移動路由建立和切換調度單元以及移動IP網信息管理單元。
序列生成單元配置于根據每個移動IP網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合。該單元的輸入信息有高速交通工具的時刻和路徑信息，時刻的作用是超時沒有接收到心跳信息的話需要撤銷路由。還可以進一步根據移動IP網的當前位置以及為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，生成可服務于該移動IP網的接入路由器序列，具體方法如前所述。當然，每個公共交通工具的路線過一個時期可能發生調整，本單元也需要及時獲得相關數據從而調整mPE 序列。
移動路由建立和切換調度單元負責對于IP承載網中每個移動IP網的路由進行調度和管理。在及時跟蹤每個移動IP網移動狀態的基礎上，從所述接入路由器集合中任意選取將要切換到的切換接入路由器，或者，從所述接入路由器序列中，按照各個接入路由器的最小距離從小到大的順序選取將要切換到的切換接入路由器，及時發出預先建立移動IP 網新路由的指令；結合移動IP網的位置、mPE節點負載、無線信號強度以及運行時間等因素指示IP承載網將該移動IP網的流量及時切換到新路由上。
移動IP網信息管理單元是對AS中所存儲的所有移動IP網數據進行維護管理，如增添、刪除、更新，除了對其IP網絡層面和路徑信息及時刻等信息的管理外，還要進行移動 IP網的帳號維護等安全性的管理。
本發明具有至少如下之一的優點，具體為
本發明在承載層面采用MPLS技術來負責移動IP網的接入和數據承載，直接用基于標記交換的LSP進行數據傳輸，P節點不用做任何改動，因此對于傳統的MPLS網絡系統具有良好的繼承性，有利于部署時降低運營者的升級成本。
在控制層面，由IP承載網邊緣的mPE節點負責跟蹤每個移動IP網的移動情況，并通過專門擴展的MP-iBGRii協議來交換和發布每個移動IP網的路由信息，不要求IP承載網中的其它設備跟蹤并記錄移動IP網的當前位置和運動信息。與純粹的IP動態路由方式相比，本發明只需要少數節點記錄移動IP網的路由信息，這樣移動IP網的移動性對于IP承載網的路由穩定性影響較小。
本發明對于公共互聯網的路由穩定性沒有任何影響，由于移動性的支持是在支持移動的IP承載網范圍內，如果移動IP網的IP地址從統一的IP地址塊中進行分配，此時IP 承載網在向全球互聯網通告路由時將對于所有的細路由條目進行聚類，外部網絡看見的移動路由條目很少，移動IP網的移動性也不會對于大網的路由穩定性產生任何影響。
本發明可以判定移動IP網即將接入的下一個接入節點。結合公共交通工具的路徑信息和每個接入節點的服務地理覆蓋范圍，提前為移動IP網建立為其服務的接入節點序列，該序列描述了該移動IP網在IP層面的移動路徑。比傳統的預測和統計方法準確率高，而且處理工作量小，更加符合路徑固定的移動IP網的特點。
本發明實現了路由建立和數據傳送的分離，即mPE路由器可以提前為移動IP網建立路由，在新的路由建立后，發向移動IP網的數據可以在原來的路由上繼續進行傳輸，新路由可以并不立即用來傳送移動IP網的流量，這為保證新路由的穩定提供了充足時間。另外，路由的提前預建立也為移動IP網切換到新的接入點省去了路由建立過程，切換時間的減少將會顯著減少由于切換引起的丟包，提高了切換質量。
下面結合本發明的實際應用，對其實現過程進行進一步闡述。
在實際應用中，本發明在MPLS網絡的PE路由器中擴展移動IP網相關的功能，也就是增加擴展支撐移動IP網的MP-iBGRi!相關功能，使PE路由器能及時交換移動IP網的路由信息，實現對于移動IP網移動過程的及時跟蹤。
增加針對每個移動IP網路由的狀態信息，實現新路由建立和流量承載在時間域上的脫離，這樣路由在建立后可以暫時處于待命狀態，在接受指令后進入激活使用狀態，來直接承載特定移動IP網的流量；mPE路由的建立和切換受AS的統一調度，mPE路由器具有與AS的控制接口，接受AS的路由建立和路由切換指令。
在實際部署時可以集中部署AS，實現對于管轄域內的mPE路由器的調度和管理。 在數據交換層面采用標記交換的方式來傳輸數據，因此對于P路由器不作任何要求，可以直接利用現網中的P路由器設備。另外，mPE作為集中移動IP網的動態路由交換以及接入認證的綜合設備，也可以分開設計實施，也就是移動IP網的路由交換和接入認證由不同的設備來承擔。
作為對詳細描述的結論，應該注意本領域的技術人員將會很清楚可對優選實施例做出許多變化和修改，而實質上不脫離本發明的原理。例如，雖然本發明以高速交通工具為例進行描述、說明，但是，本發明并不限于高速交通工具，也不限于接入IP承載網，其他具有高速移動的移動IP網在建立路由、進行路由時都適用本發明。這種變化和修改包含在所附權利要求書所述的本發明的范圍之內。
權利要求
1.用于接入移動IP網的方法，通過位于IP承載網邊緣支持移動IP網接入的路由器接入所述移動IP網，并在應用服務器的調度下，為接入的所述移動IP網建立新路由，所述方法包括以下步驟所述IP承載網的當前接入路由器為移動IP網提供接入和數據轉發服務，但IP承載網未給移動IP網建立新路由，所述當前接入路由器通知應用服務器；所述應用服務器根據每個移動IP網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，從所述接入路由器集合中選取將要切換到的切換接入路由器，發送預先建立新路由的指示；所述IP承載網的切換接入路由器在IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴并建立新路由，在收到所述應用服務器的路由切換指令前，所述新路由不傳送移動IP網的流量。
2.根據權利要求1所述用于接入移動IP網的方法，其中，已建立新路由之后，還在應用服務器的調度下，將移動IP網的流量切換到新路由上，包括以下步驟所述移動IP網移動到所述切換接入路由器并注冊成功；所述應用服務器向IP承載網內各接入路由器發出移動IP網的流量切換指令，將移動 IP網的流量切換到新路由上。
3.根據權利要求1或2所述用于接入移動IP網的方法，其中，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，包括以下步驟應用服務器獲取IP承載網中所有提供接入服務的接入路由器的地理位置點集合以及移動IP網路徑上地理位置點集合；對上述兩個集合進行交集處理，即以上述任一集合中任一地理位置點與另一地理位置點集合進行交集，如果交集的結果不為空，說明移動IP網在接入路由器覆蓋的范圍內，并根據交集結果不為空時對應的接入路由器建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集I=I O
4.根據權利要求3所述用于接入移動IP網的方法，其中，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合，包括以下步驟每個接入路由器服務范圍邊緣與終端運行路徑至少有一個交點，將終端進入服務范圍的交點作為第一交點，所述第一交點與路徑起點之間沿著移動IP網的運行路徑的距離作為接入路由器的最小距離；按照各個接入路由器的最小距離從小到大進行排序，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器序列。
5.根據權利要求4所述用于接入移動IP網的方法，其中，從所述接入路由器集合中選取將要切換到的切換接入路由器，包括以下步驟從所述接入路由器集合中任意選取將要切換到的切換接入路由器；或者，從根據所述接入路由器集合排序得到的所述接入路由器序列中，按照各個接入路由器的最小距離從小到大的順序選取將要切換到的切換接入路由器。
6.根據權利要求2所述用于接入移動IP網的方法，其中，將移動IP網的流量切換到新路由上，包括移動IP網中的移動路由器向切換接入路由器通告該移動IP網的移動網絡標識、移動路由器的接口 IP地址、IP地址前綴以及路由模式標志；切換接入路由器根據移動IP網的IP地址前綴分配本地性的移動標記，在切換接入路由器的本地數據庫中存儲移動網絡標識、移動路由器的接口 IP地址、IP地址前綴、路由模式標志以及本地性的移動標記的關聯關系，將所述關聯關系通知IP承載網內的其他接入路由器；當對端接入路由器接收到發給移動IP網的數據后，根據目的IP地址前綴進行匹配查找，提取本地性的移動標記作為數據轉發的內層標記，根據切換接入路由器的IP地址獲取對應的標記交換路徑作為數據轉發的外層標記，所述標記交換路徑作為移動IP網的數據傳輸通道；獲取外層標記和內層標記后，填寫在數據包的相關字段并在IP承載網中轉發；當切換接入路由器接收到數據包后，去除外層標記，根據內層標記判定所述數據包所對應的移動IP網，通過移動路由器的接口 IP地址轉發到所述移動IP網。
7.根據權利要求2或6所述用于接入移動IP網的方法，其中，將移動IP網的流量切換到新路由上之后，還包括在設定時間內所述切換接入路由器上的移動IP網流量運行正常，則所述當前接入路由器建立的路由為過時路由，所述切換接入路由器向其他接入路由器發送路由撤銷信息， 表示所述當前接入路由器不再為該移動IP網提供接入服務，通告其它接入路由器撤銷對應的路由記錄。
8.用于接入移動IP網的IP承載網，其邊緣具有支持移動IP網接入的路由器，包括當前接入路由器，配置于為移動IP網提供接入和數據轉發服務，但IP承載網未給移動IP網建立新路由，當前接入路由器通知應用服務器；切換接入路由器，配置于在收到應用服務器的建立新路由的指示時，建立新路由并在 IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴，所述新路由在收到應用服務器的路由切換指令前不傳送移動IP網的流量；應用服務器，包括序列生成單元，配置于根據每個移動IP網的路徑信息以及所述IP承載網的各接入路由器的位置信息，建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合；移動路由建立和切換調度單元，配置于從所述接入路由器集合中選取將要切換到的切換接入路由器，發送預先建立新路由的指示，并指示切換接入路由器在IP承載網上發布移動IP網的IP地址前綴。
9.根據權利要求8所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述移動路由建立和切換調度單元向IP承載網內各接入路由器發出移動IP網的流量切換指令，將移動IP網的流量切換到新路由上。
10.根據權利要求8或9所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述序列生成單元獲取IP承載網中所有提供移動接入服務的接入路由器的地理位置點集合以及終端運行路徑上地理位置點集合；對上述兩個集合進行交集處理，即以上述任一集合中任一地理位置點與另一地理位置點集合進行交集，如果交集的結果不為空，說明移動IP網在接入設備覆蓋的范圍內，并根據交集結果不為空時對應的接入路由器建立為移動IP網提供接入服務的接入路由器集合。
11.根據權利要求10所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述序列生成單元將每個接入路由器服務范圍邊緣與終端運行路徑所具有的至少一個交點中，終端進入服務范圍的交點作為第一交點，第一交點與路徑起點之間沿著移動IP 網的運行路徑的距離作為接入路由器的最小距離；按照各個接入路由器的最小距離從小到大進行排序，建立移動IP網的接入路由器序列。
12.根據權利要求11所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述移動路由建立和切換調度單元從所述接入路由器集合中任意選取將要切換到的切換接入路由器；或者從根據所述接入路由器集合排序得到的所述接入路由器序列中，按照各個接入路由器的最小距離從小到大的順序選取將要切換到的切換接入路由器。
13.根據權利要求8所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述切換接入路由器根據移動IP網的IP地址前綴分配本地性的移動標記，在切換接入路由器的本地數據庫中存儲移動網絡標識、移動路由器的接口 IP地址、IP地址前綴、路由模式標志以及本地性的移動標記的關聯關系，將所述關聯關系通知IP承載網內的其他接入路由器；當接收到數據包后，去除外層標記，所述外層標記是根據切換接入路由器的 IP地址獲取的標記交換路徑，所述標記交換路徑作為移動IP網的數據傳輸通道，根據內層標記判定所述數據包所對應的移動IP網，所述內層標記是根據IP地址前綴進行匹配查找并提取的本地性的移動標記，通過移動路由器的接口 IP地址轉發到所述移動IP網。
14.根據權利要求9或13所述用于接入移動IP網的IP承載網，其中所述切換接入路由器上的移動IP網流量在設定時間內運行正常，則所述當前接入路由器建立的路由為過時路由，所述切換接入路由器向其他接入路由器發送路由撤銷信息， 表示所述當前接入路由器不再為該移動IP網提供接入服務，通告其它接入路由器撤銷對應的路由記錄。
全文摘要
本發明提出用于接入移動IP網的方法以及IP承載網，通過位于IP承載網邊緣支持移動IP網接入的路由器接入所述移動IP網，并在應用服務器的調度下，為接入的所述移動IP網建立新路由，在收到應用服務器的路由切換指令前，所述新路由不傳送移動IP網的流量。已建立新路由之后，在應用服務器的調度下，將移動IP網的流量切換到新路由上。本發明為移動IP網在高速移動過程中提前預建立路由，實現快速路由以及路由切換，且新路由不會對正在傳輸的數據產生影響。
文檔編號H04W40/20GK102546749SQ201110374609
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月23日 優先權日2010年12月8日
發明者馮明, 史凡, 孫瓊, 解沖鋒, 趙慧玲, 高歆雅, 龔劍 申請人:中國電信股份有限公司