免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法

摘要

本发明涉及一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法，包含：MN移动到新的链路，接收到AR发来的本地MAP，定义MAP域边界；MN根据MAP域边界判断自身是否在域内移动；若是域内移动，跳过下一步骤执行；若是在域间移动，进入下一步骤；重新划分MN的IID；运用哈希算法进行快速重复检测，确定MN的IID在MAP域内唯一；MN使用无状态自动配置将MN自身IID与路由器通告报文中的地址前缀信息相结合，生成链路转交地址LCoA；若为域内移动，MN向MAP注册LCoA地址，完成切换过程；若为域间移动，生成区域转交地址RCoA，MN向家乡代理和通讯节点发送绑定更新，完成切换过程。本发明能较好地适应应用环境，有效缩短切换时延，具有很高的实用价值。

说明书

技术领域

本发明属于IPv6网络移动终端切换技术领域，特别涉及一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法。

背景技术

为了在下一代互联网中支持移动性，Internet工程任务组(Internetengineering task force，IETF)于上个世纪末开始制定移动IPv6(mobileIPv6，MIPv6)协议。目前，移动IPv6协议使移动终端在Internet下具备良好的可操作性，改进了移动终端切换的性能，但其在绑定更新和重复地址检测(duplicated address detection，DAD)环节有较大时延，这对某些对服务质量要求较高的通信是难以容忍的。针对前一环节，IETF提出了层次移动IPv6(hierarchical mobile IPv6，HMIPv6)，其通过对互联网进行层次性划分，解决MIPv6移动节点需要频繁向家乡代理和通讯节点绑定更新的问题。但其在重复地址检测方面仍然沿用移动IPv6的工作模式，对切换时延的优化并不明显，甚至当移动节点(mobilenode，MN)在域间切换的过程中，切换性能不如移动IPv6，因此，需要一种新的快速切换方法，以适应网络移动终端切换的需求。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法，针对HMIPv6中DAD操作严重影响MN切换性能的问题，通过在移动锚点MAP中重新设计地址配置过程，保证在MAP域内移动节点IPv6地址接口标识符(interfaceidentifier，IID)的唯一性，避免在MAP域内移动时进行DAD操作，提高HMIPv6的切换性能。

按照本发明所提供的设计方案，一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法，包含如下步骤：

步骤1、移动节点MN移动到新的链路，接收到接入路由器(access router，AR)发来的本地移动锚点MAP信息，并定义MAP域边界；

步骤2、移动节点MN根据MAP域边界判断自身是否在域内移动，还是在域间移动；若是域内移动，直接进入步骤4；若是在域间移动，进入步骤3；

步骤3、重新划分移动节点MN的地址接口标识符IID，以区分本地地址和MN地址；运用哈希算法进行快速重复检测，确定MN地址接口标识符IID在MAP域内唯一；

步骤4、MN使用无状态自动配置将MN自身IID与路由器通告报文中的地址前缀信息相结合，生成链路转交地址(on-link care-of address，LCoA)；若为域内移动，进入步骤5；若为域间移动，生成区域转交地址(regional care-of address，RCoA)，进入步骤6；

步骤5、MN向MAP注册LCoA地址，完成切换过程；

步骤6、MN向家乡代理和通讯节点发送绑定更新，完成切换过程。

上述的，所述步骤3具体包含如下内容：

步骤3.1、移动节点MN向移动锚点MAP发送地址检测请求(detectionsolicitation，DS)报文，其中，DS报文中需要检测的IID为MN正在使用的地址接口标识符IID；

步骤3.2、移动锚点MAP检测移动节点MN的地址接口标识符IID，建立MN地址哈希表，并判断MN的地址接口标识符IID首位是否为1，若为0，则由MN分配一个区分本地地址与MN地址的地址接口标识符IID，MN转交地址IID首位置为1，本地地址中IID首位置为0；若为1，直接进入步骤3.3；

步骤3.3、移动锚点MAP接收到移动节点MN发送的DS报文后，通过哈希算法在MN地址哈希表中查找MN的IID，若存在相同的IID，则向MN发送操作失败的地址检测应答报文(detection acknowledgement，DA)，请求MN重新配置IID，并返回步骤3.1执行；若不存在相同的IID，则通过哈希算法将MN地址的IID添加到MN地址哈希表中，并向MN发送操作成功的DA报文。

优选的，步骤3.3中通过哈希算法将MN地址的IID添加到MN地址哈希表中，哈希算法使用除留余数法，并通过线性探测再散列作为其冲突避免算法。

本发明的有益效果：

本发明针对HMIPv6中DAD操作严重影响MN切换性能的问题，从地址配置方面入手，通过修改接口标识符结构和使用地址预先查表机制，确保接口标识符在MAP域内的唯一性，使得MN在域内新转交地址配置过程中不再需要进行DAD操作，进而缩短MN切换的时延，这在现有MIPv6切换技术中是从未有过的；数值结果表明，该方法在MN移动频率相当高的情况下，依旧可以保持相当低且稳定的切换时延；本发明能够较好地适应应用环境，有效缩短切换时延，具有很高的实用价值。

附图说明：

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为层次移动IPv6的结构示意图；

图3为MN在同一个MAP域内不同链路之间微移动的流程图；

图4为MN在不同MAP域间宏移动的流程图；

图5为实施例二中所使用的IPv6地址结构；

图6为实施例二中所使用的报文格式；

图7为实施例二中所使用的LBA报文格式；

图8为实施例二中所使用的RCoA报文格式。

具体实施方式：

下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例一，参见图1所示，一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法，包含如下步骤：

步骤1、移动节点MN移动到新的链路，接收到接入路由器AR发来的本地移动锚点MAP信息，并定义MAP域边界；

步骤2、移动节点MN根据MAP域边界判断自身是否在域内移动，还是在域间移动；若是域内移动，直接进入步骤6；若是在域间移动，进入步骤3；

步骤3、重新划分移动节点MN的地址接口标识符IID，以区分本地地址和MN地址；运用哈希算法进行快速重复检测，确定MN地址接口标识符IID在MAP域内唯一；

步骤4、MN使用无状态自动配置将MN自身IID与路由器通告报文中的地址前缀信息相结合，生成链路转交地址LCoA；若为域内移动，进入步骤5；若为域间移动，生成区域转交地址RCoA，进入步骤6；

步骤5、MN向MAP注册LCoA地址，完成切换过程；

步骤6、MN向家乡代理和通讯节点发送绑定更新，完成切换过程。

针对HMIPv6中DAD操作严重影响MN切换性能的问题，从地址配置方面入手，通过修改接口标识符结构和使用地址预先查表机制，确保接口标识符在MAP域内的唯一性，使得MN在域内新转交地址配置过程中不再需要进行DAD操作，进而缩短MN切换的时延，具有较好的实用价值。

实施例二，参见图1～8所示，一种免重复地址检测的层次移动IPv6快速切换方法，具体内容如下：移动节点MN移动到新的链路，接收到接入路由器AR发来的本地移动锚点MAP信息，并定义MAP域边界；移动节点MN根据MAP域边界判断自身是否在域内移动，还是在域间移动；若是域内移动，跳过下一步骤执行；若是在域间移动，进入下一步骤；重新划分移动节点MN的地址接口标识符IID，以区分本地地址和MN地址；运用哈希算法进行快速重复检测，确定MN地址接口标识符IID在MAP域内唯一，通过在MAP建立MN地址哈希表检测MN地址的IID是否重复，进而保证MN地址的IID在域内的唯一性；MN使用无状态自动配置将MN自身IID与路由器通告报文中的地址前缀信息相结合，生成链路转交地址LCoA，不使用DAD操作，上述步骤中已经能够保证其IID在域内的唯一性，通过无状态自动配置能够保证MN地址在全网的唯一性；若为域内移动，MN向MAP注册LCoA地址，完成切换过程；若为域间移动，并生成区域转交地址RCoA，MN向家乡代理和通讯节点发送绑定更新，完成切换过程。

下面结合附图，从地址结构、地址配置和MAP工作流程三个方面对本发明做详细说明：

(1)地址结构

IPv6重复地址检测过程是为了保证地址在全网的唯一性。通过重新划分IPv6地址的64位接口标识符，保证其在MAP域内唯一性，就可以在地址配置后免除重复地址检测。

本发明要保证接口标识符的唯一性，需要针对64位接口标识符进行修改。算法将64位接口标识符分成两部分：1位移动标志位和63位接口ID。移动标识位用于区别本地地址和移动地址，其中0表示本地地址，1表示移动地址。本地地址配置过程，默认将移动标识位置0；MN向家乡代理路由或MAP请求转交地址时，家乡代理或MAP生成移动地址时将移动标识位置1。这样就能保证本地地址与移动地址不会冲突。后面63位接口ID是为了区别在同一个MAP申请的移动地址。通过这两层地址结构就能保证MN申请的链路转交地址的接口标识符在MAP域内的唯一性。

(2)地址配置

IPv6的地址配置过程分为有状态自动配置和无状态自动配置。而本发明在初始阶段通过无状态自动配置已经得到一个MAP域内唯一的单播地址，不需要进行有状态自动配置。

本发明的地址配置只需要使用无状态自动配置，MN在地址配置阶段配置一个MAP域内唯一的接口标识符，进而在MAP域内移动时，不需要进行DAD操作就可以保证MN地址的唯一性。其地址配置具体步骤如下：

1)随机生成一个64位的数值；

2)将其第1位和第7位设置为1。第1位对应移动标识符，设置为1表示MN的地址；第7位对应U/L位，设置为1表示本地管理的接口标识符。这个结果就是新IID；(若主机为本地主机，则第1位设置为0，第7位设置为1，生成新的IID，再通过标准IPv6地址配置生成新的IP地址)；

3)将新生成的IID发送给MAP；MAP通过查表检验其是否唯一；若IID唯一，向MN发送操作成功的应答报文，MN进入第4步；若IID不唯一，向MN发送操作失败的应答报文，MN返回第1步，重新生成IID；

4)使用无状态自动配置，利用当前子网前缀加新生成的IID生成LCoA和RCoA。

MN通过新的地址配置过程得到的LCoA和RCoA，其IID不会与MAP域内的其他节点发生冲突。因此，当MN在MAP域内进行移动时，通过无状态自动配置始终能够保证其地址不会与其他节点冲突，即不需要再进行DAD操作。

(3)MAP工作过程

HMIPv6的MAP的功能可充当域内MN的“本地”家乡代理；其作用与MN家乡代理相似。MN在一个MAP域内使用两个地址：LCoA和RCoA。其中LCoA用于向MAP注册，RCoA则是用来进行家乡注册和通信注册。MAP的主要作用就是维护MAP域内LCoA和RCoA的绑定关系。当MN在MAP域内进行移动时，需要向MAP进行注册，更新LCoA与RCoA的绑定关系，其作用相当于距离MN较近的HA。

本发明的MAP作用需要进一步扩展，MAP需要对MN节点IID进行重复检验，以保证其在MAP域内唯一性。为此，MAP需要维持一张MN地址哈希表，用于快速检验MN新地址IID。具体方法如下。

1)MAP接收到MN发送的报文，获取MN发送的IID信息。

2)MAP通过查表检验MN节点的IID，若重复，则发送地址检验失败报文给MN；若不重复，则通过哈希算法将MN地址添加到哈希表，再发送地址检验成功的报文给MN。哈希算法使用除留余数法，取IID后16位作为哈希值，算法如下：

H(IID)＝IIDmod2¹⁶

使用线性探测再散列作为其冲突避免算法：

H_i＝(H(IID)±d_i)mod2¹⁶,i＝1,2,,k(k≤2¹⁶)(d_i＝1,2,3,,216-1)

MAP建立的MN地址哈希表如表1所示：

表1MN地址哈希表

本发明改变了HMIPv6的DAD模式，MN和MAP之间通信需要添加一些新增的报文和选项。

1)新增ICMP报文

它包括地址检测请求报文DS和地址检测应答报文DA，用于对MN地址的IID进重复检验操作，其中，DS由MN发送给MAP，用于发起检验请求，而DA则是MAP完成检验操作后对MN的回复。

本发明设计新报文。类型字段值为150，表示该报文属于IPv6类型。校验和字段为报文首部校验和。服务类型字段用于区别DA和DS，其中DS对应的值为10，DA对应的值为11。代码字段用于表示状态，在DS中，该字段默认为0；对DA来说，该字段可反映出对IID进行重复检验操作的最终结果：

●0表示操作成功；

●128表示操作失败，IID重复；

●129表示操作过程出现错误；

●130表示MAP不支持该操作。

标识符字段可辅助MN判断DA是否与此前发送的DS匹配。接口标识符字段用于存放待检测的IID。

2)新增的RCoA选项

在对RCoA进行DAD操作的过程中，本发明沿用了HMIPv6的LBU和LBA报文。并为LBA增加了一种新选项——RCoA选项。

如果MAP对原RCoA进行了更新，则MAP在回复MN的LBA中必须包含该RCoA选项，并将LBA的状态字段设置为一个新定义的状态值(范围为2～127)，以告知MN对新RCoA进行处理。

本发明修改IPv6地址中后64位的IID结构，以区分本地地址和MN地址；再通过在MAP中建立MN地址哈希表，对MN地址的接口标识符进行快速重复检测，预先确保MN地址接口标识符在MAP域内的唯一性；进而实现MN在MAP域内移动时免除重复地址检测的时延；随着IPv6的逐步推进，移动IP技术将主要应用在车联网、物联网中，而该环境下，移动节点的切换频率相当高，通过本发明可以很好的适应该应用环境，有效缩短切换时延，性能分析与实验结果表明，相对于标准HMIPv6，本发明的切换时延缩短约90％，且更适用于节点频繁切换的情况，具有很高的实用价值。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。