法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2012-03-14
专利权的转移 IPC(主分类):H04W36/14 变更前: 变更后: 登记生效日:20120203 申请日:20061019
专利申请权、专利权的转移
2011-04-27
授权
授权
2008-12-10
实质审查的生效
实质审查的生效
2007-03-28
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种适用于异构全IP网络中视频流业务的快速切换触发方法。
背景技术
随着通信技术的不断发展和用户需求的不断增长,下一代网络将是一个以IP为平台的多种异构重叠网络协同的异构全IP网络。通过融合具有不同带宽、覆盖范围、接入方式、计费标准、协议结构的各种网络,满足用户对于带宽、移动性支持、业务等方面的要求。
IETF定义的移动IP(MIP)协议被认为是未来异构全IP网络的平台。MIP发展至今具有两个版本:MIPv4和MIPv6。MIPv4在IPv4的基础上引入移动代理以及用于移动性管理的转交地址(CoA)解决移动性支持。但是MIPv4代理发现、地址注册等过程时延可达秒级,并且存在三角路由问题,使得传输时延增大,难以满足实时通信和无缝移动性管理的需求。MIPv6引入无状态地址分配和邻居发现等机制,消除了三角路由问题,一定程度降低了通信时延,但是地址分配时的重复地址检测(DAD)过程产生秒级的时延,同样无法实现无缝切换。为了降低IP层移动性管理机制产生的时延,MIPv6快速切换方法(FMIPv6)将地址分配等准备过程提前到链路层切换之前,明显降低了异构全IP网络中的切换时延。
随着业务多样化的发展,视频流业务将成为下一代网络中的一个重要业务。视频流业务属于类实时业务(Near Real Time Service),由于存在防抖动缓存,视频流业务一定程度上可以容忍相对较大的时延,但是无法容忍MIPv4和MIPv6秒级的时延,因此需要采用FMIPv6机制。FMIPv6需要链路层触发信息启动网络选择以及网络层切换准备。IEEE 802.21系列定义了六种链路层触发信令,但是没有定义具体的实现方式和场景。链路层触发过早或过频繁,可能导致网络层不必要的准备,造成浪费网络资源;触发不及时,可能使得切换准备工作无法顺利完成,导致无法实现无缝切换。因此,基于FMIPv6的异构全IP网络中视频流业务的快速切换触发机制是一个研究重点。
发明内容
针对异构全IP网络中,实现视频流业务快速切换问题,本发明提出了一种基于移动IPv6快速切换机制(FMIPv6)的触发方法,具体实现了IEEE 802.21定义的链路层触发信令,降低了切换时延,保证业务的实时性。
本发明提出了一种基于移动IPv6快速切换机制的触发方法,包括步骤:
(1)传输视频流的移动节点检测当前服务网络信号的接收信号强度(RSS),在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时,移动节点触发FMIPv6的地址分配,其中该门限的确定与网络发射功率、传播环境、FMIPv6信令传输时延等因素有关;
(2)移动节点频繁检测当前服务网络的接收信号强度,判断其与基站之间的相互位置关系;
(3)在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时,移动节点触发FMIPv6的快速绑定更新和隧道建立信令过程;
(4)在接收到绑定更新确认时,移动节点检测防抖动缓存,在缓存中的数据量满足要求时,移动节点切换到另一网络。
优选地,步骤(1)还包括步骤:
在所述检测到的接收信号强度低于预定的门限时,移动节点的链路层向其网络层发送Link_Quality_Cross_Threshold信号,触发FMIPv6的地址分配。
优选地,步骤(2)还包括步骤:
移动节点链路层频繁检测当前服务网络的接收信号强度,通过计算和比较每次得到的检测值均值,判断其与基站之间的相互位置关系。
优选地,步骤(3)还包括步骤:
在移动节点判断出其正在向当前服务网络的边缘移动时,则移动节点链路层向网络层发送Link_going_down信号,触发FMIPv6快速绑定更新及隧道建立信令过程。
优选地,步骤(4)还包括步骤:
在移动节点检测出缓存中的数据量不足时,继续检测防抖动缓存,如果在等待过程中,接收到来自链路层的Link_down信号,表明链路层连接已经断开,则切换到另一网络。
优选地所述当前服务网络是WLAN网络,所述另一网络是3G网络。
优选地,步骤(1)还包括步骤:
在与所述当前服务网络相邻的WLAN网络可接入,并且所述相邻WLAN网络的接收信号强度超过预定的门限时,移动节点的链路层向其网络层发送Better_Signal_Quality_AP_Available,表明存在可接入的WLAN网络;
如果移动节点网络层从未接收到Better_Signal_Quality_AP_Available信号,表明相邻区域没有可以接入的WLAN网络。
优选地,步骤(1)还包括步骤:
在移动节点的当前服务网络是WLAN网络,并且无相邻可接入的WLAN网络时,通过检测当前WLAN网络的接收信号强度是否低于预定的门限,决定发送原WLAN Link_Quality_Cross_Threshold,以触发网络层切换地址分配;
当存在可接入的相邻WLAN网络时,通过检测相邻WLAN网络的接收信号强度是否高于预定的门限,决定发送新WLANLink_Quality_Cross_Threshold,以触发网络层切换地址分配。
优选地,在移动节点发出Link_Quality_Cross_Threshold后,更加频繁检测当前网络RSS,将检测间隔缩短到触发前的检测间隔的m可取3~5。
优选地,还包括步骤:
移动节点接收到当前服务网络的第一个接收信号强度值时,将所述值缓存在缓存器中;
移动节点接收到当前服务网络的第二个接收信号强度值时,求出第一、二个接收信号强度值的均值,进而与缓存中的第一个接收信号强度值比较;
当接收第k个接收信号强度值后,与前k-1个接收信号强度值的均值求出均值,并且所述k个接收信号强度值的均值与缓存中前k-1个接收信号强度值的均值比较,输出端记录下来每次比较的结果,可以得出移动节点与基站的相互位置关系。
优选地,当连续收到n个上升趋势的接收信号强度值,表明移动节点正在向接近基站的方向移动,此时不需要切换到其他网络或子网,保持原有连接;
当连续收到n个下降趋势的接收信号强度值,表明移动节点正在向远离基站的方向移动,在即将到来的的时刻,移动节点需要切换到其他网络或子网,并且发出Link_going_down触发接收信号强度值;
在连续接到小于n个下降的接收信号强度值后,开始接收到上升接收信号强度值,或者接收信号强度值基本不变,则表明移动节点暂时不需触发网络层切换;
其中n的取值可以根据移动节点的速度决定,移动节点的速度越大,取值越小,移动节点的速度越小,取值越大。
优选地,在步骤(4)中,移动节点检测防抖动缓存根据以下公式执行:
B_full=max{T_delay,T_accept}
其中,防抖动缓存数据的播放时间大于B_full值时,表示缓存中的数据量满足要求,T_delay表示链路层切换时延,即从移动节点与当前服务网络断开连接到与新网络建立连接的时间,T_accept表示业务能够容忍的时延。
优选地,在检测出缓存中的数据量满足要求,并且移动节点多次触发切换时,立刻发送Link_down信号,强迫链路层切换提前发生;
在检测出缓存中的数据量不能满足要求时,等待一定时间后再次检测缓存,如果在此期间网络层收到来自链路层的Link_down信号,则执行链路层切换。
根据本发明的基本构思,由于视频流业务需要较大带宽,并且属于类实时性业务,根据该业务的特点,要求视频流业务尽可能的利用高速网络,如当WLAN网络和蜂窝网络完全重叠时,选择接入到WLAN网络。本发明的方法包括以下步骤:
接入到WLAN网络的移动节点(MN)检测网络信号——接收信号强度(RSS),如果发现新的可接入WLAN网络,触发Better_Signal_Quality_AP_Available;如果没有,则继续检测。
当前服务网络的RSS信号低于特定的门限时,移动节点链路层向其上层——网络层发送Link_Quality_Cross_Threshold信号,触发FMIPv6地址分配(由信令RtSolPr和PrRtAdv完成)。
Link_Quality_Cross_Threshold触发后,移动节点链路层频繁检测网络RSS,通过计算和比较每次得到的检测值均值,判断移动节点与基站之间的相互位置关系。
如果判断移动节点向WLAN覆盖范围边缘移动,则移动节点链路层向上层发送Link_going_down信号,触发FMIPv6快速绑定更新(FBU)及隧道建立信令过程(HI及HAck)。
当收到绑定更新确认(FBack),移动节点检测防抖动缓存,如果缓存中数据量满足要求,则立刻强制链路层切换发生。
如果缓存中数据量不足,则继续检测防抖动缓存,若在等待过程中,收到来自链路层的Link_down信号,表明链路层连接已经断开,切换发生。
附图说明
下面参照附图并结合实施例来进一步描述本发明。其中:
图1和图2分别给出视频流业务在WLAN和3G网络间切换的信令过程及移动节点端的流程图。
图3给出Link_going_down的预测判决过程。
具体实施方式
下面结合图1详细描述视频流业务在全IP网络中WLAN和3G网络间FMIPv6切换过程。本发明中的所有链路层触发都属于本地触发,即由本地链路层向本地网络层发送触发信号。
视频流业务优先选择宽带高速网络传输,在图1中即为WLAN网络,但是WLAN网络覆盖范围有限,当移动节点移出所连接的WLAN网络,并且没有可供接入的其他WLAN网络时,需要切换到覆盖范围广泛的网络以保持通信的连续性,图1以3G网络为例,认为广域网络是处处可接入的。
具体步骤如下:
移动节点链路层每300ms检测一次链路层信息。如:WLAN网卡检测当前及相邻WLAN网络的RSS,3G网卡检测3G网络的RSS。
图中移动节点没有检测到相邻WLAN网络的信号,并且当前WLAN网络的RSS低于特定的门限,网络层在没有收到Better_Signal_Quality_AP_Available触发的情况下,直接收到原WLAN的Link_Quality_Cross_Threshold,表明移动节点可能处于网络边缘或信号较弱的区域,且没有可切换的其它WLAN网络,有可能需要切换到3G网络中。
当移动节点网络层收到Link_Quality_Cross_Threshold触发后,向当前WLAN接入点交互路由器请求代理消息(RtSolPr)及代理路由器通告消息(PrRtAdv)以获得地址信息。
同时链路层发送Link_Quality_Cross_Threshold后,认为切换的可能性增大,需要频繁检测网络变化,每100ms检测一次链路层信息。当检测结果满足Link_going_down判决算法时,向网络层发送Link_going_down触发。进一步表明移动节点将要发生切换。
网络层收到Link_going_down触发后,发送快速绑定更新消息,当前WLAN网络接入点与3G网络接入点(NodeB)交互切换发起及确认消息(HI及Hack),建立二者间的隧道,并且向移动节点发送快速绑定确认消息(FBack)。
移动节点收到绑定确认消息后,检测防抖动缓存的数据量。防抖动缓存的空满程度定义如下:
B_full=max{T_delay,T_accept}
其中,防抖动缓存数据播放时间大于B_full值时,表示“满”,T_delay表示链路层切换时延,即移动节点与原网络断开连接,到与新网络建立连接的时间跨度,T_accept表示业务能够容忍的时延,例如语音业务一般为50ms,视频流业务为250ms,交互式视频业务为150ms等。
如果检测到防抖动缓存“满”,并且由于存在前述的多次触发,可以认为切换发生的概率很大,则立刻发送Link_down信号,强迫链路层切换提前发生,这种情况下,根据上文的定义,则不会产生用户感知的时延;当检测到缓存空,则等待一定时间后再次检测缓存,如果在此期间网络层收到来自链路层的Link_down信号,表明链路层切换不得不开始,则此时可能产生时延。
链路层切换完成之后,Link_up信号表明此时网络层可以使用链路层通信,移动节点向新的接入点发送快速邻居通告消息(FNA),与新的网络进行通信。
图2为移动节点端FMIPv6切换触发判决过程。如图所示,通过是否接收到Better_Signal_Quality_AP_Available信号判断切换到何种网络。若切换到3G网络,则当原WLAN的RSS低于门限时触发地址准备;若切换到新的WLAN网络,则当新WLAN的RSS高于特定门限时触发地址准备。并且,不同网络的链路层切换时延不同,因此防抖动缓存的判决标准不同。
结合图3描述Link_going_down信号的判决算法。根据IEEE802.21的定义,包括两种类型的触发信号:事件型和预测型。Link_going_down属于预测型信号,需要给出可信度和触发有效时间参数。移动节点通过测量RSS变化趋势,判决移动节点的运动方向,进一步判断切换发生的可能性。由于衰落的存在,不能仅通过接收到的单个信号判别信号变化趋势,因此需要通过多个信号的均值进行判断。判决机制如图3所示,具体步骤如下:
当移动节点发出Link_Quality_Cross_Threshold后,每100ms检测一次当前网络RSS,接收到第一个信号时,将该值缓存在图3中的缓存器中;
检测到第二个信号后,求出第一、二个信号的均值,进而与第一个信号比较;
当接收第k个信号后,与前k-1个信号的均值求出均值,并且该k个信号的均值与前k-1个信号的均值比较,输出端记录下来每次比较的结果,可以得出变化趋势。
为了降低测量抖动,定义连续接收n个变化趋势相同的信号时,才能判定网络信号的变化趋势。
当连续收到n个上升趋势的信号,认为移动节点正在向接近接入点的方向移动,此时不需要切换到其他网络或子网,因此保持原有连接;
当连续收到n个下降趋势的信号,认为移动节点正在向原理接入点的方向移动,在即将到来的的时刻,移动节点可能需要切换到其他网络或子网,因此可以发出Link_going_down触发信号;
其他情况下,例如:连续接到小于n个下降的信号后,开始接收到上升信号,或者信号基本不变,则认为移动节点移出网络的可能性比较小,暂时不需触发网络层切换。
n的取值可以根据移动节点的速度决定。速度越大,取值越小,速度越小,取值越大,以避免低速情况时触发过早。
表1给出图3中比较判决输出结果。
表1
机译: 用于同步视频信号的同步信号原点选择方法,涉及引入用户命令以触发从一种状态切换到另一种状态的切换,在这种状态下,外部转换器生成信号组
机译: 一种使用快速mipv6触发更快的二层切换的方法和装置
机译: IP网络中快速切换的快速通道扫描和IP地址获取系统及方法