專利名稱：一種二層移動子網切換的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在全IP無線網絡中一個移動子網絡在不同基站之間切換時，保證移
動子網內各設備的IP數(shù)據(jù)業(yè)務無損和平滑的方法，尤其涉及一種二層移動子網切換的方法。
背景技術：
目前的無線網絡主要分為專用無線網絡和全IP無線網絡。在傳統(tǒng)的專用無線網絡中，通過為IP業(yè)務提供傳輸?shù)某休d和隧道來實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)業(yè)務的支持。例如GRPS通信系統(tǒng)在其核心網中定義了一種隧道協(xié)議，稱為通用隧道協(xié)議(GP)，它主要是處理設備移動，同時它還支持注冊和身份認證。通過隧道傳播的數(shù)據(jù)分組在其外面被封裝了一個GP/UPG/IP頭。對于全IP網絡，移動IP協(xié)議是支持移動設備的主要標準，它對應于IEF標準化組織的RFC 3220 (對于IPv4)和RFC 3775 (對于IPv6)。移動IP定義了兩種實體來提供移動支持歸屬代理和外區(qū)代理。歸屬代理靜態(tài)的分配給移動主機，它是基于移動主機的永久歸屬IP地址來分配的。外區(qū)代理是基于移動主機當前的位置來分配給移動主機的。與外區(qū)代理相關聯(lián)的IP地址叫做轉交地址。去往移動主機的數(shù)據(jù)包首先被歸屬代理截獲，然后可能使用IP-i-IP技術通過隧道將它轉發(fā)給外區(qū)代理，這里使用了轉交地址。外區(qū)代理解封裝數(shù)據(jù)包，然后將它們直接轉發(fā)給移動主機。但是移動IP協(xié)議不是針對移動子網的情況設計的，如果對移動子網中的每一個設備都進行相應的流程，需要大量信令報文，且延時很大。針對該弊端，IEF發(fā)布了 RFC3963 (網絡移動性)標準，將移動子網內的所有設備的信令流程集合在一起實施。專利〃 無線網的跨區(qū)轉接方法(申請?zhí)?專利號200410051737. 2) 〃 ，提出在專用無線網絡GPRS/EDGE網絡中使用移動IP的技術方法。專利"具有網關功能的移動通信終端及其信號處理方法切換方法(申請?zhí)?專利號200610149950. 6)"和專利"具有無線路由器功能的手機(申請?zhí)?專利號)200720151698. 2"利用移動通信終端的無線接入，為通過WIFI或藍牙連接到移動終端的其它裝置提供網關功能，使它們連接到外部因特網。如上所述，現(xiàn)有技術的層2切換通常用于專用無線網絡中，而全IP網絡的切換的技術主要存在于層3中，即采用移動IP的方式。但是移動IP方式存在注冊時延、切換過程中的丟包，都使得其更適合于慢速、大區(qū)制的移動性。若在IP網絡的層2切換則存在如下問題層2對于報文的轉發(fā)是基于目的地址的轉發(fā)表，即交換設備根據(jù)其內部〈地址，端口 >的映射表，決定數(shù)據(jù)發(fā)往哪個端口。交換設備若在端口X接收到源地址為A的以太網報文，則一項〈地址A，端口 X>的映射項將添加到轉發(fā)表。如果再收到目的地址為A的以太網報文將轉發(fā)到端口 X。因此對于無線移動子網，當無線移動點由舊的基站切換到新的基站后，由于固定網絡中的以移動子網中的設備為目的地址的轉發(fā)路徑依舊指向舊的基站，這就導致數(shù)據(jù)報文轉發(fā)到舊的基站，這些報文無法發(fā)送到無線移動站，發(fā)送的數(shù)據(jù)報文會丟失。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種高效可靠的二層移動子網切換的方法。 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，該方法包括 (1)移動站監(jiān)測子網內設備列表； (2)移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一
個基站，觸發(fā)設備列表報告； (3)周期性上報地址列表； (4)移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表。
所述的移動站監(jiān)測子網內設備列表包括 (1)移動子網內的設備和固定子網內的設備之間建立業(yè)務連接； (2)數(shù)據(jù)從移動子網中的設備發(fā)往固定子網內的設備，數(shù)據(jù)通過移動站和它附著
的基站之間的無線鏈路發(fā)送； (3)當以太網報文從移動子網的有線端口轉發(fā)到移動站的無線端口時，移動站獲
取報文的源MAC地址，并將此MAC地址作為一個設備的唯一標識； (4)若當前設備列表中沒有該設備標示，則將MAC地址加入設備列表中； (5)將MAC地址對應的設備項的超時時間延長一個超時周期。 (6)周期性檢查設備列表中每個MAC地址對應的超時時間，若已經超時，則將該
MAC地址從設備列表中刪除。 所述的移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一個基站，觸發(fā)設備列表報告包括 (1)移動站構造設備列表報告通過無線報文發(fā)給新附著的無線基站，該設備列表報告中包含移動子網內的設備的MAC地址； (2)若無線基站本身不是無線網關，則將該設備列表報告通過無線回傳網絡，經過一次或多次傳遞，傳遞到無線網關； (3)無線網關收到設備列表報告，發(fā)送接收報告確認報文； (4)若無線網關本身不是收到該設備列表報告報文的無線基站，則通過無線回傳網絡，將報文經過一次或多次傳遞，傳遞到無線基站； (5)無線基站在等待一個超時周期后，若沒有收到接收報告確認報文，則將重復構
造設備列表報告通過無線報文發(fā)給新附著的無線基站，直到達到最大重發(fā)次數(shù)； (6)無線網關解析設備列表報告，獲取到每個設備的MAC地址；對于每個MAC地址
構造一個ARP協(xié)議報文，將構造好的ARP協(xié)議報文從無線網關連接有線網絡的端口發(fā)送出
去； (7)有線網絡中的交換設備接收到ARP協(xié)議報文，經過地址學習，學習到移動子網設備的MAC地址來自的端口 ，交換設備繼續(xù)將ARP協(xié)議報文泛洪出去；網絡中的所有設備都能學習到到達移動子網設備的端口； (8)若有線網絡中有發(fā)往移動子網設備的報文，有線網絡中的交換設備將根據(jù)學習到的地址和端口影射，將報文逐級轉發(fā)到正確的端口 ，直到對應的無線網關；
(9)無線網關通過無線網絡內的路由方式將數(shù)據(jù)發(fā)往移動子網附著的無線基站；
(10)無線基站將報文發(fā)給移動子網中的移動站；
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(11)移動站收到報文后，將報文轉發(fā)到移動子網中的有線網絡，報文再在有線網
絡中被發(fā)送到目的地址對應的移動子網設備。
所述的周期性上報地址列表包括 (1)在移動站設備啟動時，啟動周期性上報定時器； (2)在周期性上報定時器超時時，判斷當前是否處在設備列表報告過程中，若不
是，則進入設備列表報告過程； (3)重新啟動"周期性上報"定時器。 所述的移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表包括
(1)配置給移動站一個網段； (2)對于配置網段中的每一個IP地址，移動站在移動子網的有線網絡內發(fā)送ARP請求報文，查詢該IP對應設備的MAC地址； (3)若有設備應答該IP，則移動站監(jiān)測子網內設備列表過程將獲取到該MAC地址。
所述的ARP協(xié)議報文依據(jù)RFC826以太網地址轉換協(xié)議，所述的報文中所有字段填為全零，除了目的以太網地址字段為0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太網地址字段為當前MAC地址(48比特)，協(xié)議類型為0x0806 (16比特)。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以用于移動子網快速、小區(qū)制的移動場景，切換平滑快速；此外，本方案對移動網絡內部設備，以及固定網絡的有線網絡內部設備，都完全透明，這些設備無需感知網絡的移動，不需要支持移動功能。


圖1是本發(fā)明一種二層移動子網切換的方法的示意圖。
具體實施例方式
以下結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。 如圖1所示，系統(tǒng)包括移動子網和固定網絡兩個部分。移動子網中包括具有無線通信功能模塊的無線移動站，滿足IEEE802.3標準的以太網絡，其它的通信設備。固定網絡中包括具備無線通信功能模塊的無線基站，連接無線網絡和有線網絡的無線網關，滿足IEEE802.3標準的以太網絡和其它的通信設備。無線基站和無線網關可以在一個設備上，也可以經過一跳或者多跳的無線鏈路連接。A、 B、 C、 E、 F分別代表網絡中的固定設備。
移動子網在無線網絡中移動。在無線網絡中，在無線移動點從舊的基站切換到新的基站后，由于固定網絡中的以移動子網中的設備為目的地址的轉發(fā)路徑依舊指向舊的基站，這就導致數(shù)據(jù)轉發(fā)到舊的基站，這些數(shù)據(jù)將丟失。本專利采用了創(chuàng)新的方法，提出了一種二層移動子網切換方法，可完全解決上述問題。 通過構建以移動子網中設備地址為源地址的以太網廣播報文，促使有線網絡中所
有交換設備及時學習到正確的路徑和端口，以保證發(fā)往移動子網的數(shù)據(jù)報文發(fā)往正確的基
站。移動子網中的移動站負責收集該網絡中的設備列表，在該設備的附著點變化時，它通過
信令消息將設備列表上報給新的附著點。新的附著點通過無線回傳網絡將該設備列表一直
傳遞到無線網關。無線網關將為每一個設備構造上述廣播報文，發(fā)往有線網絡。 為防止因無線網絡報文丟失導致有線網絡中的發(fā)送路徑沒有正確更新。提出優(yōu)化
6方法移動站周期性上報地址列表?？杀苊饪赡艿膹挠芯€網絡到無線網絡報文的發(fā)送路徑錯誤。 為防止網絡中可能存在的靜默設備，即該種設備通常只接受報文，不主動或者很少發(fā)送報文。提出優(yōu)化方法移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表。
移動站監(jiān)測子網內設備列表的過程 (1)移動子網內的設備和固定子網內的設備之間建立業(yè)務連接； (2)數(shù)據(jù)從移動子網中的設備發(fā)往固定子網內的設備，數(shù)據(jù)通過移動站和它附著
的基站之間的無線鏈路發(fā)送； (3)當以太網報文從移動子網的有線端口轉發(fā)到移動站的無線端口時，移動站獲取報文的源MAC地址，并將此MAC地址作為一個設備的唯一標識； (4)如果當前"設備列表"中沒有該設備標示，將MAC地址加入"設備列表"中； (5)將MAC地址對應的設備項的超時時間延長一個超時周期。 同時周期性檢查設備列表中每個MAC地址對應的超時時間。如果已經超時(超時
時間在當前的檢查時間之前)，則將該MAC地址從"設備列表"中刪除。 移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一個
基站。它觸發(fā)的隨后的"設備列表報告"過程 (1)移動站構造"設備列表報告"通過無線報文發(fā)給新附著的無線基站。該"設備列表報告"中包含移動子網內的設備的MAC地址； (2)若無線基站本身不是無線網關，則將該"設備列表報告"通過無線回傳網絡，經過一次或多次傳遞，傳遞到無線網關； (3)無線網關收到"設備列表報告"，發(fā)送"接收報告確認"報文； (4)若無線網關本身不是收到該"設備列表報告"報文的無線基站，則通過無線回
傳網絡，將報文經過一次或多次傳遞，傳遞到無線基站； (5)無線基站在等待一段超時時間如果沒有收到"接收報告確認"報文，將重發(fā)步驟1至步驟2，直到達到最大重發(fā)次數(shù)； (6)無線網關解析"設備列表報告"，獲取到每個設備的MAC地址；
對于每個MAC地址構造一個ARP協(xié)議報文(依據(jù)RFC826)，報文中所有字段填為全零；除了目的以太網地址字段為0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太網地址字段為當前MAC地址(48比特)；協(xié)議類型為0x0806(16比特)；將構造好的ARP協(xié)議報文從無線網關連接有線網絡的端口發(fā)送出去； (7)有線網絡中的交換設備接收到ARP廣播報文，經過地址學習，學習到移動子網設備的MAC地址來自的端口 ，交換設備繼續(xù)將ARP廣播報文泛洪出去，網絡中的所有設備都能學習到到達移動子網設備的端口； (8)如果有線網絡中有發(fā)往移動子網設備的報文，有線網絡中的交換設備將根據(jù)學習到的地址和端口影射，將報文逐級轉發(fā)到正確的端口 ，直到對應的無線網關；
(9)無線網關通過無線網絡內的路由方式將數(shù)據(jù)發(fā)往移動子網附著的無線基站；
(10)無線基站將報文發(fā)給移動子網中的移動站； (11)移動站收到報文后，將報文轉發(fā)到移動子網中的有線網絡，報文在在有線網絡中被發(fā)送到目的地址對應的移動子網設備。
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周期性上報地址列表的過程。因為無線網絡具有較高的誤碼率和丟包率，為防止 報文丟失導致有線網絡中對路徑和端口沒有正確更新，可啟動周期性上報地址列表的過 程 (1)在移動站設備啟動時，啟動"周期性上報"定時器； (2)在"周期性上報"定時器超時時，判斷當前是否處在"設備列表報告"過程中， 如果不是，則進入"設備列表報告"過程；
(3)重新啟動"周期性上報"定時器； 為防止網絡中可能存在的靜默設備，即該種設備通常只接受報文，不主動或者很 少發(fā)送報文，提出優(yōu)化方法移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表，具體步驟 是 (1)配置給移動站一個網段； (2)對于配置網段中的每一個IP地址，移動站在移動子網的有線網絡內發(fā)送ARP 請求報文(依據(jù)RFC826)，查詢該IP對應設備的MAC地址； (3)如果有設備應答該IP，"移動站監(jiān)測子網內設備列表"過程將獲取到該MAC地 址。
權利要求
一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，該方法包括(1)移動站監(jiān)測子網內設備列表；(2)移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一個基站，觸發(fā)設備列表報告；(3)周期性上報地址列表；(4)移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，所述的移動站監(jiān)測子網內設備列表包括(1) 移動子網內的設備和固定子網內的設備之間建立業(yè)務連接；(2) 數(shù)據(jù)從移動子網中的設備發(fā)往固定子網內的設備，數(shù)據(jù)通過移動站和它附著的基站之間的無線鏈路發(fā)送；(3) 當以太網報文從移動子網的有線端口轉發(fā)到移動站的無線端口時，移動站獲取報文的源MAC地址，并將此MAC地址作為一個設備的唯一標識；(4) 若當前設備列表中沒有該設備標示，則將MAC地址加入設備列表中；(5) 將MAC地址對應的設備項的超時時間延長一個超時周期。(6) 周期性檢查設備列表中每個MAC地址對應的超時時間，若已經超時，則將該MAC地址從設備列表中刪除。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，所述的移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一個基站，觸發(fā)設備列表報告包括(1) 移動站構造設備列表報告通過無線報文發(fā)給新附著的無線基站，該設備列表報告中包含移動子網內的設備的MAC地址；(2) 若無線基站本身不是無線網關，則將該設備列表報告通過無線回傳網絡，經過一次或多次傳遞，傳遞到無線網關；(3) 無線網關收到設備列表報告，發(fā)送接收報告確認報文；(4) 若無線網關本身不是收到該設備列表報告報文的無線基站，則通過無線回傳網絡，將報文經過一次或多次傳遞，傳遞到無線基站；(5) 無線基站在等待一個超時周期后，若沒有收到接收報告確認報文，則將重復構造設備列表報告通過無線報文發(fā)給新附著的無線基站，直到達到最大重發(fā)次數(shù)；(6) 無線網關解析設備列表報告，獲取到每個設備的MAC地址；對于每個MAC地址構造一個ARP協(xié)議報文，將構造好的ARP協(xié)議報文從無線網關連接有線網絡的端口發(fā)送出去；(7) 有線網絡中的交換設備接收到ARP協(xié)議報文，經過地址學習，學習到移動子網設備的MAC地址來自的端口 ，交換設備繼續(xù)將ARP協(xié)議報文泛洪出去；網絡中的所有設備都能學習到到達移動子網設備的端口；(8) 若有線網絡中有發(fā)往移動子網設備的報文，有線網絡中的交換設備將根據(jù)學習到的地址和端口影射，將報文逐級轉發(fā)到正確的端口 ，直到對應的無線網關；(9) 無線網關通過無線網絡內的路由方式將數(shù)據(jù)發(fā)往移動子網附著的無線基站；(10) 無線基站將報文發(fā)給移動子網中的移動站；(11) 移動站收到報文后，將報文轉發(fā)到移動子網中的有線網絡，報文再在有線網絡中被發(fā)送到目的地址對應的移動子網設備。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，所述的周期性上報地址列表包括(1) 在移動站設備啟動時，啟動周期性上報定時器；(2) 在周期性上報定時器超時時，判斷當前是否處在設備列表報告過程中，若不是，則進入設備列表報告過程；(3) 重新啟動"周期性上報"定時器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，所述的移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表包括(1) 配置給移動站一個網段；(2) 對于配置網段中的每一個IP地址，移動站在移動子網的有線網絡內發(fā)送ARP請求報文，查詢該IP對應設備的MAC地址；(3) 若有設備應答該IP，則移動站監(jiān)測子網內設備列表過程將獲取到該MAC地址。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種二層移動子網切換的方法，其特征在于，所述的ARP協(xié)議報文依據(jù)RFC826以太網地址轉換協(xié)議，所述的報文中所有字段填為全零，除了目的以太網地址字段為0xFFFFFFFFFFFF(48比特)，源以太網地址字段為當前MAC地址(48比特)，協(xié)議類型為0x0806 (16比特)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二層移動子網切換的方法，該方法包括移動站監(jiān)測子網內設備列表；移動子網發(fā)生切換時，子網中的移動站從附著在一個基站，改為附著到另外一個基站，觸發(fā)設備列表報告；周期性上報地址列表；移動站主動掃描特定的子網網段，以獲取設備列表。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以用于移動子網快速、小區(qū)制的移動場景，切換平滑快速；此外，本方案對移動網絡內部設備，以及固定網絡的有線網絡內部設備，都完全透明，這些設備無需感知網絡的移動，不需要支持移動功能。
文檔編號H04W36/08GK101765051SQ20081020779
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者吳亮, 尚濤, 胡樹炎, 高鳳春 申請人:上海寰創(chuàng)通信科技有限公司