CN100502382C - 移动特设网络及移动特设网络中路由发现的方法 - Google Patents

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Abstract

无线或移动特设网络中的路由与使用移动IP的普通因特网路由交互工作。在特设网络与因特网之间使用移动IP外部代理作为网关。特设网络中的节点用它们的家地址进行所有通信和向网络中的外部代理登记。向因特网上的主机发送包时使用穿隧或代理。为从因特网接收包而将包路由到使用移动IP的外部代理。外部代理然后将包转送到特设网络中的目的地。由于普通移动IP要求在外部代理与访问节点之间有链接层连接，而这在特设网络中得不到保障，所以对移动IP的过程作出相应的修改。

Description

移动特设网络及移动特设网络中路由发现的方法
发明领域
本发明涉及构造无线或移动特设网络(ad hoc networks)以及这种特设网络中的路由(routing)如何能与普通因特网路由互相配合。更具体来说，本发明涉及在这种特设网络中实现移动IP的方法。
背景技术
在没有多少或根本没有电信基础结构的地区，以及在使用基础结构的电信太昂贵的地区，无线移动站的用户仍然可以能通过构造特设网络来互相通信。一般来说，在这样的网络中，每个移动站不仅当作主机(host)工作，也当作路由器来0作，向可以不在互相的直接无线传输范围内的特设网络中的其它移动站转发包。每个节点使用一个特设路由协议，特设路由协议让节点能发现穿过所构成的网络中的通往任何其它节点的“多网程段”(multi-hop)路径。这些网络中的移动站在它们自己之间建立路由来构成它们自己“空中”(on the fly)网络。
这种称作移动特设网络(MANET)的网络的可能用户例如包括在会议期间共享信息的商务同事、战场上转达情报的士兵以及必须在飓风或地震后迅速建立网络来协调各方努力的紧急救援人员。有可能把特设网络引向大众市场的特定应用是使用按照蓝牙标准工作的装置，蓝牙是一种便于低功率短程无线电通信的标准，起初是要用来取代电缆的。
对这种无线或特设网络的研究已经有一段时间，但是多数工作集中在独立的特设网络上。所提出的一些路由协议采用反应式路由(reactive routing)，也称即时需求(on-demand)路由，这不同于普通的因特网协议(“IP”)路由，后者采用积极(proactive)路由。积极路由的意思是路由协议持续不断地试图跟踪网络中的路由，以便当某主机需要发送数据报(datagram)时，事先就知道通往接收者的路由。反应式路由的意思是路由协议只在有要在网络中发送的数据报时才工作，否则就不工作。
关于移动特设网络，有两个基本问题：
-如何能把使用即时需求路由的特设网络连接到因特网？
-如何在这样一个特设网络中将移动IP业务连接起来？
因特网中的编址是分层结构的，它把IP地址分割成网络ID和主机ID。所有连接到同一个网络的主机都使用同一个网络ID。这样，每个IP地址都被映射到一个能通过查找IP地址的网络ID而导出的物理位置。这也意味着因特网主机(host)不必跟踪通往每一个其它因特网主机的路由。相反，可以将路由信息聚集起来；路由表中的一个表目能处置所有共享同一个网络ID的主机。为了更好地利用地址空间，再采用另一级的层次：可以将网络划分为子网络。然后将主机ID分割成子网ID和主机ID。
因特网中的网络的个数相当大，不必总是跟踪所有的网络，因为它们只有有限的互连。因为多数网络是叶网络，所以广泛采用缺省路由。
简而言之，IP路由的工作方式如下：
1.在路由表中查找匹配完整的目的地IP地址的表目。如果找到，就使用该路由。
2.在路由表中查找匹配目的地IP地址的网络ID的表目。如果找到，就使用该路由。
3.在路由表中查找缺省的表目。如果找到，就使用该路由；否则认为目的地不可到达。
能用通往某网络的一个路由而不是每个主机有一个路由，并且能使用缺省路由，是IP路由的两个功能强大的特点。
如果某人想能从因特网像任何其它因特网网络可路由到某特设网络，他必须分配给其一个网络ID并保证特设网络中的所有节点都使用该网络ID。如果使用这样的方法，特设网络内部的IP多网程段通信就使特设网络区别于一般的因特网网络。特设网络中的节点不能指望像在一般因特网网络中那样地与特设网络中的所有其它节点有链接层的连接。为了到达特设网络与固定因特网之间的网关，节点必须使用IP层路由。
特设网络传统上被视为使用IP的移动节点的自主系统。因此特设网络应当能够在没有中央化配置的条件下运行。另外，在特设网络的角度看来，任何节点集合都应当能够构成一个特设网络，不管它们使用什么地址，且不必使用任何特定的网络ID。这意味着不再是只通过查找网络ID就能确定某节点属于该特定网络。
以下主要说明当这样一个自主的特设网络连接到因特网并且特设网络内的节点希望与其它因特网主机通信时将要发生什么情况。
关于特设网络中路由的多数工作集中在独立的特设网络上。在较早的特设网络中提供的IP移动性局限于这样的特设网络。为便于在不同的网络之间漫游，开发出了移动IP协议，与特设网络连接分离。在没有网络ID建立的分层结构的独立特设网络中，有缺省路由是没有意义的，因为接收者或者在特设网络内是可到达的，或者是根本不能到达的。其结果是，特设网络内的路由一般只用主机路由(host route)来执行。
特设网络即时需求远程向量路由(“AODV”-Ad Hoc On-demandDistance Vector Routing)和动态源路由(“DSR”-Dynamic SourceRouting)二者例如就是这种情况，它们既不使用网络也不使用缺省路由。
在AODV中，路由表没有周期性的更新。路由仅在两个节点想互相通信时才被建立，并且只有在这两个端节点之间的路径中连接的节点才保持关于该路由的信息。在AODV方法中：(a)发现包(discoverypackets)被尽可能少地广播；(b)在本地连接管理和一般拓扑维护之间区分；和(c)将关于本地连接中的变化的信息扩散到可能需要该信息的相邻节点。AODV的一个重要方面是每个节点保持一个路由表，内含对应于该节点本身与之通信的或者该节点代表某其它节点由之转发数据的每个目的地的表目。
另一类已知的即时需求路由是DSR。使DSR区别于移动特设网络的其它路由协议的特点是，DSR使用严格源路由(strict sourcerouting)。严格源路由的意思是源确定每个包应当遍历的完整网程段序列。然后将这一系列网程段包含在每个包的报头中。它的显然缺点是每个包必须携带的源路由开销。松散(loose)源路由是一种方法，包必须按照该方法通过某些特定节点-本例中例如是外部代理-被路由，但是否则能选择其自己通往目的地的道路。
在DSR中使用两个基本机制，即路由发现(route discovery)和路由维护(route maintenance)。路由维护被用于处置链接断线，每当使用某路由来发送包时就被执行。路由发现被用来发现从源到目的地的  这个问题是让移动节点有两个IP地址，一个用于由例如TCP标识，一个用于路由到节点的当前位置。
为了维持现有的传输层连接，每一个移动节点都被分配一个静态的家地址。这个家地址让移动节点总是能够以在其家网络中接收数据的同样方式接收数据。当移动节点被附接到不同于其家网络的网络，即附接到外部网络时，它使用一个照应(care-of)地址，照应地址是一种在移动节点正在访问的外部网络中有效的IP地址。每当移动节点从一个网络移动到另一个网络时，它就必须改变到一个在新网络中有效的新照应地址。
为了能在访问外部网络的同时接收数据报，移动节点必须向其家代理(home agent)登记其当前的照应地址。为此，移动节点一般必须通过位于外部网络中的外部代理FA来登记。检测外部代理的过程与因特网节点检测支持因特网控制报文协议(ICMP)的路由器所用的过程颇为相似。每个移动代理(mobility agent)定期地向其直接附接的子网络广播代理广告，以表明其存在。移动节点收听这些广告，以便选择一个该节点能通过其向该节点的家代理登记的移动代理，例如外部代理。
当节点成功地向家代理登记后，每一个发往移动节点的家地址的数据报都被家代理接收，并转发到照应地址，例如外部代理，后者然后将其转发到移动节点。转发是用一种称作穿隧(tunneling)的方法进行的。当家代理接收到以移动节点为目的地的数据报时，它把原始数据报封装在一个新IP包中，该包中含有移动节点的照应地址，作为其目的地地址。这个新IP包然后被路由到移动节点的照应地址，在那里被解封。被解封的包现在可以说是已经被穿隧。如果照应地址是外部代理的照应地址，则外部代理将解封的数据报转发到移动节点。
由带外部代理照应地址的普通移动IP所使用的过程假设在外部代理与访问节点之间有链接层连接。总之，外部代理与访问节点之间的通信方式如下：
1.外部代理定期地广播代理广告，每秒一次。这些广告被访问节点用来
-检测外部代理的存在，
-发现新外部代理的存在，
-确定它何时已经移动，和
-检测何时某外部代理不再是能到达的。
2.访问节点可以广播代理征求(agent solicitation)，以检测外部代理。接收代理征求的外部代理必须通过发送一个单播代理广告来响应。
3.当访问节点已经从外部代理接收到有效的代理广告时，它可以向该外部代理登记。
IP广播消息经常被用于普通移动IP的操作。在特设网络中，这种广播消息的花费更加高，因为它们必须遍历多个网程段，并且必须被特设网络内的每一个节点重新发送。所以，希望尽可能地减少广播消息的数量。
已经存在一些试图将移动IP应用到特设网络的方法。在“有移动IP的特设网络连接”(Ad Hoc Networking with Mobile IP，第二届欧洲个人移动通信大会论文集，1997年9月)中，描述了一种在积极路由协议的基础上使用移动IP的解决方案。所使用的路由协议被称作是“修改的RIP”，非常类似于目的地顺序的远程向量路由(“DSDV”-Destination Sequenced Distance Vector Routing)。它似乎相当直接了当地使用所提出的像DSDV那样的用于积极路由的方法，但是对于反应式、即时需求的路由是不可行的，因为它依赖路由协议的定期传送的控制包来发布代理广告。在即时需求路由协议中，没有定期传送的控制包之类的内容。
在所引用的“特设网络连接”一文中有一点是移动IP和特设路由协议二者敌后使用路由表。为了协调这两个路由表，引入一个路由管理器。移动IP和特设路由协议二者不直接修改路由表，而是向路由管理器发送它们的路由管理请求。然后由路由管理器来确定应当要进行的那些管理。
对于移动IP与使用即时需求路由协议的特设网络的组合，该文没有提出详细的方案。在“Supporting Hierarchy and HeterogeneousInterfaces in Multi-Hop Wireless Ad Hoc Networks”(IEEE移动计算研究小组论文集，1999年6月)中，描述了对一种编址体系结构的初始设计，该体系结构的作用之一是能被用来在特设网络内提供移动IP支持。然而，关于移动IP与特设网络连接之间的互相配合的那部分，叙述得不是非常明了。此外，该文还假设在特设网络中用DSR作为路由协议。
然而，按照所引用文章中的“支持层次结构”值考虑了只有一个外部代理和一个移动节点的情况。其思想包含移动节点把一个移动代理征求固定在一个目标为IP限定的广播地址(255.255.255.255)的路由请求上。当外部代理接收到该征求时，它将在回答中单播一个代理广告。一旦代理广告到达移动节点，移动节点就能向外部代理登记，然后就能开始普通的移动IP三角路由。
在移动特设网络中使用移动IP的一个基本问题是不能假设在外部代理与移动节点之间是链接层连接。在所引用的“Ad Hoc Networking”中披露的第一种解决方案中，即时需求路由不被使用，因而不适用。
上述在所引用的“Supporting Hierarchy”一文中的第二种解决方案的缺点是：
1.它假设使用DSR。
2.没有移动检测或转接(handoff)支持。
3.它使用带接口索引(interface index)的特殊编址方案。
所以，需要有一种能用移动IP外部代理作为网关与因特网通信的移动特设网络，它使用即时需求路由协议，但不要求在特设网络中使用特定的特设路由协议，也不需要在外部代理与访问节点之间的链接层连接，并且允许移动检测和转接支持。
发明综述
本发明的一个目的是提供字特设无线网络与因特网之间传送信息的方法。
本发明的另一个目的是提供在能与普通因特网路由互相配合的移动特设网络中的路由的方法。
本发明的另一个目的是提供在移动特设网络中事先移动IP的方法。
在以上引用的文章“Ad Hoc Networking”和“SupportingHierarchy”中没有解决的一些问题包含：
-如果有几个供选择的外部代理会怎么样？
-移动节点如何能检测到它已经移动？
-转接是如何处置的？
采用本发明的方法能减少这些问题。
因此，在当前的允许在移动特设网络与因特网之间的通信的方法中仍然存在一些缺点。更具体来说，当前没有什么解决方案能用移动IP外部代理作为网关与因特网通信的移动特设网络，其中使用即时需求路由协议，但不要求在特设网络中使用特定的特设路由协议，也不需要在外部代理与访问节点之间的链接层连接，并且允许移动检测和转接支持。
相应地，本发明的一个目的就是提供能缓解这些问题的移动特设网络。
概括地说，此后将要描述的移动IP移动特设网络(“MIPMANET”)实现这个目的和其它目的。设计移动IP移动特设网络时的基本想法可以总结如下：
1.用移动IP外部代理作为因特网网关。
2.特设网络中的想接入因特网的节点将它们的家地址用于与外部代理的所有通信以及向外部代理的登记。
3.要向因特网上的主机发送包：通过或者使用穿隧或者代理(proxying)将缺省路由和网络路由纳入由移动特设网络使用的路由方法中：
a)将包穿隧至节点向其登记的外部代理。如果不能通过查找IP地址确定目的地是否位于特设网络内：在将包穿隧之前，在特设网络内搜索该节点。
b)让因特网网关用代理路由回答来响应路由请求。
4.要从因特网上的主机接收包：通过普通移动IP将包路由至外部代理。外部代理然后能将包穿隧至特设网络中的该节点。
在特设网络内也能使用对按照移动IP的方法的一些调整。由于不能指望特设网络内有外部代理与访问节点之间的链接层连接，对外部代理与访问节点之间的通信必须作出一些调整。
1.可以响应代理征求而广播代理广告，而不是如RFC2002中规定的那样进行单播。这使特设网络中的各节点能够合作，以使被广播的征求数最小化。
2.不是定期地广播代理广告，而是能定期地只向登记的节点单播。
3.特设网络中的节点能存储代理广告并通过发送所存储的广告来回答代理征求。
除了以上讨论的区别外，本文所述的方法与现有技术的一个主要区别是，普通移动IP将移动协议与路由协议保持分离，如图1a中所示的那样。然而，普通移动IP不适合特设网络，因为它依赖链接层连接。另一方面，先前的将移动IP应用于特设网络的解决方案已经将移动IP与路由协议组合起来，如图1b中所示。这就限制了系统的灵活性，而不仅仅是限制其为仅一个路由协议。本文所讨论的方法如图1c中所示，把移动IP的功能与路由协议分离-像普通移动IP中所作的那样，但是允许它与特设网络结合起来工作。
本文所述方法包含以下一些优点：
本方法允许移动特设网络与因特网之间互相配合，对不想与因特网通信的且可以使用任意地址的特设节点没有特殊要求。关于地址的唯一要求是，向要与因特网通信的节点必须使用一个能从因特网到达的地址。
本文所述的方法也将允许移动特设网络中的移动IP服务，包括在多个外部代理之间的转接。此外，多个带代理的网关的使用，将减少流出特设网络的数据的瓶颈的概率。此外，在发送代理回答之前使用一个对外部目的地的检查，为发往这样的目的地的消息给出总的往返传输时间的精确表示。
以下将举例解释该方法。其目的不是限制本发明于以下说明的细节，因为细节可按权利要求改变。
附图说明
现在将结合本发明的最佳实施例更详细地说明本发明，最佳实施例仅仅是举例，在各附图中表示。
图1a、1b和1c是分别表示按照两个现有技术方法和按照本说明书所述的一个方法移动IP与路由协议之间的关系的图；
图2是表示在接收路由回答的节点中的过程中执行的步骤的流程图；
图3是一个移动IP移动特设网络的示意图，图中表示一个节点试图联系网络中另一个节点时的情形；
图4是一个连接到因特网的移动IP移动特设网络的示意图，图中表示一个节点能用直接连接或采用代理路由的因特网连接与网络中另一个节点通信的情形；
图5是一个连接到因特网的移动IP移动特设网络的示意图，图中表示一个在特设网络与因特网之间的边界连接着的外部代理；
图6是移动IP移动特设网络互相配合单元(interworking unit)的示意图。
详细说明
可以将以下要说明的方法和特设网络分解成许多小部分。基本目标是提供一个移动特设网络。在该方法和特设网络中，用移动IP外部代理作为特设网络与因特网之间因特网网关。特设网络中向访问因特网的移动节点，在与外部代理的所有通信中以及向外部代理的登记时，使用它们的家地址，外部代理连接在特设网络与因特网之间的边界处，并与因特网和与特设网络中的移动节点有链接层连接。
本方法和特设网络的特点包括用于向连接到因特网的主机发送包的穿隧和代理：
a)将包穿隧至节点向其登记的外部代理。如果不能通过查找IP地址确定目的地是否位于特设网络内：在将包穿隧之前，在特设网络内搜索该节点。
b)让因特网网关用代理路由回答来响应路由请求。
要从连接到因特网的主机接收包，用普通移动IP将包路由到外部代理。外部代理然后就能将包传递至特设网络中的节点。
此外，由于不能指望特设网络内有链接层连接，对按照移动IP的过程作出一些改变，这些改变包括：
1.可以响应代理征求而广播代理广告，而不是如RFC2002中规定的那样进行单播。这使特设网络中的各节点能够合作，以使被广播的征求数最小化。
2.不是定期地广播代理广告，而是能定期地只向登记的节点单播。
3.特设网络中的节点能存储代理广告并通过发送所存储的广告来回答代理征求。
以下将更详细地说明穿隧和代理的方法以及特设网络所需的对移动IP的改变。
要如现有技术中已知的那样从一个使用主机路由的移动特设网络到达因特网，在即时需求路由被用于带有分配给它的网络ID的特设网络中的那些情况中仍然应当是可能的，因为特设网络的节点可能在它们的路由表中存储缺省路由和网络路由，并使用与按照IP的普通路由中所使用的几乎相同种类的查找机制。然而，它比操作时没有网络ID的特设网络中的灵活的多。在那样的情况中，如上所述，就不能简单地通过查找目的地的网络IP确定目的地是否位于特设网络内。于是有必要先在特设网络内查找该节点，再确定其是否位于特设网络中。
把路由信息从固定因特网发布到特设网络中的一种方式是让因特网网关使用代理路由回答。这将要求在路由协议中有另外的语义，但是将使得能利用多个同样地支持从特设网络向因特网的数据流的网关。这个涉及到增加的语义和代理回答的机制，以下将称作代理，它允许任何网关参与路由发现过程。
将代理路由回答引入DSR协议中。在那里它们不同于正常的路由回答，但是由于DSR记录发现过程期间的整个路由，起初发送路由请求的节点通过查找其网关接口索引就能看到起初发送路由回答的节点是个网关。对于AODV那样的按分布式的逐个网程段保持关于路由的信息的路由协议来说，有必要让发现过程中的中间节点找到替代的路由，否则它们就不可用。
尽管按照本文所述方法的语义已经被开发用于特定路由协议，可以将其构思应用于其它路由协议。当接收路由请求时被添加到当作网关的节点内的语义如下所述：
1.如果目的地被连接在网关后面，即在特设网络中，则转发该请求；
2.发送一个对外部目的地的检查，例如ICMP ECHO_REQUEST；
3.在从目的地接收到肯定性指示如ICMP ECHO_RESPONSE后，发送一个代理路由回答；和
4.为带有至少等于该路由请求中的序列号的序列号的外部目的地增加一个路由表表目。
当某移动节点启动一个路由发现时，如果特设网络中存在多个网关，某节点有可能并且中间节点也有可能接收一个正常的路由回答以及可能许多的代理路由回答，后者各自来自在特设网络中连接的每个网关。这导致需要另外的条件来接收(必要的话转发)一个回答。在某节点已经接收到一个路由回答后，它，启动一个路由发现过程，参看图2的流程图，该图中表示了在路由发现过程中执行的各步骤。在第一个框210中，判断在节点的存储器中是否存储一个通往该节点试图与之建立联系的特定目的地的路由。如果这样的路由被存储在存储器中，则在框220判断存储在存储器中的这个路由是否是个代理路由。如果通往目的地的路由不是存储在存储器中，则在框280接收路由回答。
如果在框220判断存储在存储器中的路由是个代理路由，则在框230判断路由回答序列号是比所存储的路由更新的。如果是更新的，在框280接收路由回答。如果在框220判断所存储的路由不是代理路由，则在框240判断路由回答是否是代理回答。如果判断是代理回答，则在框260丢弃该代理回答。如果在框240判断那不是代理回答，则执行框230，判断路由回答序列号是否是更新的。在框230判断路由回答序列不是更新的，则在框250判断路由回答序列号是否等于所存储的路由。如果不相等，则在框260丢弃该路由回答。如果在框250判断路由回答序列号等于所存储的路由，则在框270判断路由回答的网程段计数(hop count)是否低于所存储的路由的网程段计数。如果不低于，则执行框206，丢弃该路由回答。如果在框260判断路由回答的网程段计数低于所存储的相等的路由的网程段计数，则在框280接收该路由回答。
接收代理路由回答的节点将该存储该路由，作为如果没有正常路由回答到达该节点时的唯一的通往特定目的地的路由。图3中，节点G启动一个对节点C的路由发现过程，它在特设网络中创建三个路由，其中的两个涉及到网关GW1、GW2，第三个路由直接路由到目的地。由于目的地实际连接在特设网络中，所以不应使用代理路由，因此中间节点A、B、D和F已经存储了不正确的通往目的地的路由。
在这些情况下，或者用一个更好的代理路由或者用一个正常路由替换一个代理路由的节点-例如用通过网关GW1的代理路由替换通过节点B的代理路由的节点A，再例如用通过节点E的正常路由替换来自节点F的代理路由的节点G，向使用不正确代理路由的中间节点发送某种形式的路由错误消息。当这个错误消息传回到发送过代理回答的各网关时，所有中间节点将删除它们存储的代理路由表目。此外，各网关也将了解特设网络内存在该目的地，并将不再通过发送代理回答来响应另外的对该目的地的请求。
通过使用穿隧，就有可能在不作过大变化的情况下将缺省路由概念纳入AODV和DSR那样的即时需求特设路由协议中。例如，假设某节点找到一个因特网网关。于是该节点以下述方式搜索其路由表：
1.在路由表中查找匹配完整目的地IP地址的表目。如果找到，就使用该路由。
2.调用路由协议来尝试用路由发现机制在特设网络内寻找一个主机路由。如果找到，就使用该路由。
3.否则，将包穿隧至因特网网关。
为了能把包穿隧至因特网网关，节点必须有一个通往因特网网关的路由。如果节点不知道任何因特网网关，它就认为目的地是不可到达的，而不将包穿隧。可以用许多方式将特设网络中有可用的因特网网关的信息发布到各特设节点。如果使用了移动IP，则可以使用其代理广告。其它方式可能是把路由发现机制纳入路由协议，或者使用ICMP路由器广告。穿隧可以通过封装或者可严格可松散的源路由而完成。在最佳实施例中，使用带外部代理的移动IP，但是这个穿隧过程可以在没有移动IP外部代理或者根本不使用移动IP的系统中使用。
当因特网网关接收到从特设网络中某节点被穿隧的包时，它可以使用其普通积极路由协议已经组编的包括缺省和网络路由在内的所有路由信息。特设网络中只想与特设网络中其它节点通信而不想访问因特网的节点不必知道因特网、穿隧等等。它们将只看到特设网络中各节点之间的路由，因为以特设网络外部的主机为目的地的包被穿隧到因特网网关。在特设网络内不发布关于特设网络外部的路由的路由信息。
以上所述的穿隧过程实际上可以与更前面所述的代理方法结合起来使用，因为它减少了对用于保持关于代理路由器的任何信息的中间节点的需要，因而使上述的路由错误消息变得没有必要。
在图4的示意图所示的示例性情形中，节点A想与节点B通信。节点A和B都位于同一个特设网络内。如果节点A为寻找通往节点B的路由而发送路由请求，它将从节点B收到一个宣布路由R1的路由回答。然而，因特网网关G也有一个通往B的路由，因为它有一个经第二个网关G2通往一个使用与节点B的相同的网络ID的网络的网络路由。因此第一个网关G向节点A发回一个宣布路由R2的代理路由回答。如果沿路由R2上的各节点存储有关于代理路由的信息并且决定开始用代理路由与节点B，这种情形的问题就来了。这个问题可以通过以上所述的代理过程来解决，该问题也可以通过使用穿隧过程而避免。在后一种情况中，中间节点不应当建立代理路由，而是应当建立通往第一个网关G的路由，即一个有由网关G作为目的地而不是由节点B作为目的地的路由。
现在将考察与因特网连接的某节点试图到达移动特设网络中的某移动节点的情况。要能从因特网的其余部分到达与特设网络相连的、并且有任意IP地址的节点，需要一个让特设网络的节点能被从因特网的其余部分到达的IP地址。因为特设网络与因特网相连，所以至少有一个节点驻留在特设网络与因特网其余部分之间的边界上。因特网网关必须有至少一个能被用于与因特网其余部分通信的IP地址。然后就能在网关中使用用外部代理照应地址的移动IP。
按照移动IP工作的外部代理能用一个照应地址服务几个访问节点。有任意家地址的访问节点就能附接到因特网中的任何网络-只要有愿意服务于该网络的外部代理。在向外部代理登记后，访问节点就是通过其家地址能路由的(routable)。特设网络中的想访问因特网的节点，可以按访问节点对待，可以允许它们向外部代理登记。
然而，在这个解决方案中，按照移动IP，访问节点必须与它们的外部代理有链接层连接。因为不能指望在特设网络中总是存在外部代理与访问节点之间的链接层连接，所以必须对外部代理与访问节点之间的通信作出一些修改。下面将更详细地说明这些修改。
使用按照移动IP工作的外部代理的一个好处是，登记过的访问节点知道因特网的网关，即它们向其登记的外部代理。这就能按以下方式使用上述的穿隧机制。当访问节点向外部代理登记时，它按照路由协议通知其现在能把包穿隧出特设网络。如果登记的访问节点用路由发现机制不能找到路由，它应当为所涉及的目的地创建一个主机路由，并将其存储在它的路由表中。利用这个主机路由，包被引导至一个虚拟接口，在虚拟接口中，这些包被封装，以外部代理作为目的地IP地址，然后被用这个要被路由到外部代理的IP发送回去。虚拟接口是一个软件驱动程序，在更高层次看来是个网络接口，但是没有与之相关联的硬件。对于其它方向上的、例如从外部代理至移动节点方向上的通信，可以在移动特设网络中进行普通路由。因为外部代理与移动节点之间的路由被包含在特设网络内，所以不必非要使用穿隧。通过使用这个解决方案，只有登记的访问节点得到因特网接入；将从因特网进入特设网络的唯一通信是被从登记的节点的家代理穿隧至外部代理的通信。将离开特设网络的唯一通信是被从外部代理穿隧至登记的节点的家代理。
在这个方法中，由移动IP提供的移动性和由特设路由提供的移动性被很好地分离。在图5中，表示了一个在其边界上有一个外部代理FA的特设网络(见底部的右边的网络)。有三个登记的访问节点和两个根本不使用移动IP的节点。图中显示了在这个特定情形中在网络中的所有节点之间的底层中的路由。由图中可见，访问节点离开外部代理1、3和4个网程段。从移动IP的观点看来，所感兴趣的连接是各访问节点与外部代理之间的连接。路由的构成的方式并不重要。
特设网络的重要特点之一是它允许多网程段通信。另一方面，移动IP是被设计用来让外部代理和访问节点在同一个链路上。当它们有链接层连接时，包被外部代理用其链接层地址转发至移动节点。在特设网络中，外部代理和访问节点可能有链接层连接，但是却要使用多网程段通信。如现在应用于特设网络的那样，移动IP必须依赖特设网络中所使用的路由协议来在外部代理与移动节点之间传输包。
在图6的示意图中，表示了在特设网络中使用普通移动IP的情形。图中显示，外部代理FA不能用在其访问者列表中存储的链接层地址来传递包至访问节点VN。访问节点把链接层连接从节点A改变到节点B。要是要使用普通移动IP，外部代理就把访问节点的家地址与节点A的链接层地址相关联了。因此它就要尝试用节点A的链接层地址把包传递至访问节点VN。如果相反，外部代理依赖路由协议来寻找通往访问节点的路由，则以访问节点为目的地的包到达访问节点，即使访问节点已经切换得通过节点B而不是通过节点A与外部代理连接。
如果至访问节点的路由是多网程段，就只好要用IP地址。这个IP地址最好能是访问节点的家地址。如果使用家地址，则要注意避免路由循环(loops)，因为有两个连接到因特网的节点想接收发往单一的IP地址、家代理和移动节点的包。由外部代理转发的各包不是到达访问节点，而是可能再次被路由到因特网并返回到家代理。
为了处理这些问题，可以对将改变移动IP而适应移动特设网络的移动IP的不同部分作出修改，并在许多其它情形中增强其性能，正如在以下各段中所说明的那样。
所以建议外部代理应当响应代理征求而广播代理广告。这样，访问节点就能合作起来使征求数最小化，因为每一个节点有一个征求就足够了。如果有一个外部代理，而有两个访问节点要征求，所建议的解决方案就生成两个广播，一个征求和一个广告，而普通移动IP的单播方法则会生成两个广告和两个单播，两个征求和两个广告。更少广播的效益随着外部代理和访问节点的数量而增加。
为了防止几个访问节点广播代理征求，它们必须在被允许征求之前等待一定的时间。这个时间t取决于它们离开它们向其登记过的外部代理的距离n_hop，因此离外部代理更近的节点将在其它节点之前征求。计算等待时间的表达式是：
t＝t_hop*(n_hop-1+random(0，0.5))
其中t_hop是一个包遍历一个网程段所要的时间，random(0，0.5)是区间(0，0.5)中的一个随机数。从任何其它节点听到征求的节点退避并等待代理广告。
在普通移动IP中，外部代理以大约一秒的标志期定期地广播代理广告。如果应用于特设网络，这意味着整个网络定期地充满来自外部代理的消息。这是一种耗费性的操作。作为替代方式，可以不是定期地广播代理广告，而是只把它们向登记过的节点单播。如果特设网络中只有一小部分节点是访问节点，这将保证特设网络中的通信量变少。如果访问节点占多数，用一个广播而不是多个单播则可能更好。移动IP移动特设网络使用哪一种方案都行。
也允许外部代理以适应的方式在单播和广播之间选择，以便在所有时间尽可能低地保持开销。这种做法的一个方法是，如果只有一些向外部代理登记的访问节点，则让外部节点定期地向访问节点单播广告。随着登记移动节点的增加，登记节点的数量将达到一个阀值，此时外部节点决定开始发送广告代理广告。一旦外部节点开始发送广告代理广告，它将不转换至发送单播，直到许多节点的登记已经到期，以至外部代理要考虑最好转而开始发送单播。
适应性解决方案的另一个变通是，让外部代理根据访问节点与特设网络中节点的总量的比率来在单播和广播之间选择。如果比率高，应当用广播，否则应当用单播。这个方案的困难部分是找出特设网络中节点的总量。一种可能的解决方案是通过由至访问节点的网程段(hops)数估算网络的直径而作一个量化的猜测。
另一种限制网络被广告充满的替代方法是设置IP报头中的TTL字段成仅几个网程段。这样，只有比一定数量的网程段更接近外部代理的移动节点将接收来自外部代理的代理广告，因此也将能向外部代理登记。距离的网程段比代理广告中使用的TTL值更多的节点，将听不到外部代理的广告。该方法的缺点是，距离足够近的节点可能找不到任何能向其登记的外部代理。然而，该方法容易实现，并且容易与诸如下文说明的聚集(aggregation)方案等其它方法相合。
现在可以考虑这样的情形，即特设网络中有几个外部代理，每个外部代理定期广播代理广告。不是让网络中的每个节点转发每个广播广告，而是将接收多个广告的节点安排得检查广告并决定哪个广告最好并转发该广告。可以使用的一个衡量尺度(metric)是广告已经经历的网程段数。通过仅让中间节点转发已经经历的网程段少于先前在一个标志期内接收的每个其它代理广告经历的网程段的代理广告，就可能做到这一点。由于访问节点可能位于外部代理的几个网程段之外，访问节点不能仅通过使用链接层反馈就能确定某外部代理是可到达的。它需要依赖路由协议来确定事实上没有通往该外部代理的路由。在几个外部代理之间作决定也更困难，因为与每个外部代理通信的质量可能取决于许多链路的质量。
现在将说明一种更好地决定外部代理的方法，该方法称作单元转换(cell switching)算法，其工作方式如下：
-如果访问节点是没有登记过的，它就选择有最佳衡量尺度的外部代理。
-如果访问节点是登记过的，仅当另一个外部代理的衡量尺度比前一个外部代理的衡量尺度好出预定的数量，并持续预定的连续代理广告数时，访问节点才转换到另一个外部代理。
这个单元转换算法的一个例子是用对外部代理的网程段计数作为衡量尺度。该算法于是如下所述：
-如果访问节点是没有登记过的，它就选择距离的网程段数最小的外部代理。
-如果访问节点是登记过的，仅当另一个外部代理的网程段数比前一个外部代理的网程段数近出一定的数量x，并持续y个连续代理广告时，访问节点才转换到另一个外部代理。
-对x和y值的仔细选择，能调整这个决定机制的行为，以适合许多情况。
另一种可能是让特设网络中的节点存储代理广告并用它们来响应代理征求而不是转发代理征求。这样，代理征求就不必一路游历到外部代理，因为有些中间节点可能存储有一个能用于响应的广告。这将减少对征求节点的响应时间，在网络中产生较少的通信量。当某代理广告的生命期结束时，当然应当将其丢弃。
也可以将IP多播(multicast)用于与像代理广告和代理征求那样的通信相关的移动IP。特设网络中的多播受例如AODV的支持。
有可能把一个多播组专用于代理征求和代理广告，并让所有访问节点和外部代理收听该组。这样，征求和广告将只涉及到那些使用本文所述的移动IP移动特设网络的特殊功能的移动节点和外部代理，而不无必要地干扰其它节点。
为了能在外部代理中使用原始的移动IP代码，可以在如图6中所示的被插入移动IP与特设网络之间的交互工作单元IWU中提供所有新的功能。该交互工作单元允许在特设网络中使用按照移动IP的消息的多网程段路由。它可以或者位于外部代理自身即同一个节点中，或者位于与外部代理相同的链路上的单独主机中。在后一种情况中，外部代理根本不需要任何特设路由功能。从外部代理的观点看来，交互工作单元看起来像是一个登记来自相同链接层地址的不同IP地址的访问节点。
从外部代理向交互工作单元的每一个包，视所使用的方法而被转换并发往特设网络。以上所述的不同方法，由交互工作单元根据代理征求和代理广告的各种情况而以下述方式作处置。
就代理征求而言，如果对代理征求的回答要由广播代理广告作出，交互工作单元把所有输入的单播代理广告改变成广播并将它们转发到特设网络。否则，如果如果对代理征求的回答要由单播代理广告作出，交互工作单元必须仅把未修改的广告转发到特设网络。
就定期代理广告而言，如果定期代理广告是只对登记节点的单播，交互工作单元保证所有输入的广播代理广告被复制并被单播到每一个登记的访问节点。为此，交互工作单元需要知道向外部代理登记的节点。如果代理广告是定期广播的，交互工作单元只把代理广告转发到特设网络。
以上各实施例只是示意性的而不是限制性的。对于本领域的普通技术人员来说，显然，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对实施例作出各种改变。本发明不应被视为局限于所述的例子，而应视为在范围上等同于以下的权利要求。

Claims (36)

1.一种用于在与因特网交互工作的移动特设网络中的路由发现的方法，该特设网络包含一个有一个归属地址的第一移动节点，还包含担当在特设网络中的第一移动节点与因特网之间传递信息包的网关的第二节点，网关是个移动IP外部代理，特征在于，第一移动节点的归属地址被用于与因特网通信，并且该网络中的节点执行以下步骤：
-所述第一移动节点在启动与目的地的通信时用网关发送一个路由请求；
-所述担当网关的第二节点从网关转发包含一个序列号的路由请求，目的地对于特设网络来说是外部的；
-所述第二节点向目的地发送一个校验；
-所述第二节点接收来自目的地的指示，该指示是肯定性的或否定性的；
-在接收到来自目的地的肯定性指示后，所述第二节点发送一个代理路由回答；和
-该网络中的节点为包含一个序列号等于或高于路由请求中的序列号的外部目的地添加一个路由表表目。
2.一种包含包括至少一个第一移动节点和一个第二节点在内的多个节点的移动特设网络，该第一移动节点有一个归属地址，第二节点担当用于在第一节点与因特网之间传递信息的网关，该网关担当按照移动IP的外部代理，特征在于，第一移动节点的归属地址被用于与因特网通信；移动特设网络中至少一个节点包含用于采纳使用穿隧或代理的缺省路由和网络路由以便能够从该至少一个第一移动节点向因特网发送信息的装置；以及使用网关的通信是由第一移动节点启动的，该第一移动节点被提供了用于发送一个路由请求的装置；
担当网关的第二节点被提供有用于如下操作的装置：
-如果目的地在特设网络中，该装置就转发该请求；
-如果目的地对于特设网络来说是外部的，该装置就向目的地发送一个校验；
-在从目的地接收到肯定性指示后，该装置就发送一个代理路由回答；和
网络中的节点被提供有用于如下操作的装置：
-为带有一个至少等于路由请求中的序列号的序列号的外部目的地添加一个路由表表目。
3.按照权利要求2的移动特设网络，特征在于，提供了这样的装置，它用于按移动IP向外部代理路由信息，以便能让来自因特网上的主机的信息被该至少一个节点接收。
4.按照权利要求2的移动特设网络，特征在于，向外部目的地发送的校验是ICMP ECHO_REQUEST。
5.按照权利要求2的移动特设网络，特征在于，肯定性指示是ICMPECHO_RESPONSE。
6.按照权利要求2的移动特设网络，特征在于，如果某节点启动一个到网络中另一个节点的路由发现过程，该网络有至少一个涉及某网关的通往目的地的路由和至少一个通往目的地的直接路由；且在启动发现过程的节点与目的地节点之间的中间节点被提供了这样的装置，该装置或者用一个更好的代理路由，如果有这样的路由可用，或者用一个直接路由来替换不正确的代理路由，并向使用不正确代理路由的中间节点发送一个路由错误消息。
7.按照权利要求2的移动特设网络，特征在于，如果路由请求是由启动路由发现的移动节点发送的，并且有多个担当网关的节点，接收路由请求的每个网关被提供有用于如下操作的装置：
-检查该网关是否存储有通往该目的地的路由；
-如果没有存储的路由，就接受路由回答；
-如果有存储的路由，检查存储的路由是否是个代理路由；
-如果存储的路由是个代理路由，检查路由回答序列号是否更新，否则就检查路由回答是否是个代理回答；
-如果路由回答是代理回答，丢弃该路由回答，否则检查该路由回答序列号是否更新；
-如果路由回答序列号更新，则接受路由回答，否则检查路由回答序列号是否等于所存储的路由序列号；
-如果路由回答序列号等于所存储的路由序列号，就检查路由回答网程段计数是否低于存储的路由的网程段计数，否则丢弃路由回答；
-如果路由回答网程段计数低于存储的路由的网程段计数，就接受路由回答。
8.按照权利要求2-3的任何一项的移动特设网络，特征在于，
每个节点有一个路由表，并且每个节点还被提供了用于如下操作的装置：
-节点启动通信时，首先在其路由表中查找匹配目的地的完整地址的表目，并且如果找到，就使用该地址；
-如果没有在路由表中找到表目，调用特设网络的路由协议利用路由发现机制在特设网络内寻找一个主机路由，如果找到，就使用该路由；
-如果找不到路由，并且如果能找到一个网关，就把包穿隧至网关；
-如果不能找到网关，则认为目的地是不可到达的。
9.按照权利要求8的移动特设网络，特征在于，网络中的节点被提供了这样的装置，该装置用于使用移动IP代理广告向至少一个节点发送有网关可用的信息。
10.按照权利要求8的移动特设网络，特征在于，网络中的节点被提供了这样的装置，该装置用于使用路由发现机制向至少一个节点发送有网关可用的信息。
11.按照权利要求8的移动特设网络，特征在于，网络中的节点被提供了这样的装置，该装置用于使用ICMP路由器广告向至少一个节点发送有网关可用的信息。
12.按照权利要求8的移动特设网络，特征在于，穿隧是用封装完成的。
13.按照权利要求8的移动特设网络，特征在于，穿隧是用源路由完成的。
14.按照权利要求3的移动特设网络，特征在于，
网络中的节点被提供了用于如下操作的装置：
-当一个节点作为访问节点向一个外部代理登记时，所述节点通知网络路由协议它能把包穿隧出特设网络；
-如果登记的访问节点用路由发现机制不能找到主机，所述节点为目的地创建一个主机路由，并将之存储在其路由表中；
-这个主机路由应当将包引导至一个虚拟接口，这些包将在虚拟接口上被封装，以外部代理作为目的地地址。
15.按照权利要求14的移动特设网络，特征在于，各代理定期地向网络中的所有节点广播代理广告，并且当节点征求外部代理时，代理通过向网络中的所有节点广播代理广告来响应。
16.按照权利要求15的移动特设网络，特征在于，征求外部代理的访问节点以这样的方式来合作，即通过强迫多个访问节点在允许征求之前等待一段时间t来防止它们同时征求外部代理，特别地，该时间等于t＝t_hop*(n_hop-1+random(0，0.5))，其中，t_hop是一个包通过一个一个网程段所要的时间，n_hop是一个节点与它以前向其登记过的外部代理之间以网程段计算的距离，即网程段的数目。
17.按照权利要求14的移动特设网络，特征在于，各节点征求代理，代理通过向登记为访问节点的节点单播代理广告。
18.按照权利要求15的移动特设网络，特征在于，外部代理根据登记作为访问节点的节点的数目适应性地在向网络单播和广播广告之间进行选择。
19.按照权利要求18的移动特设网络，特征在于，在访问节点的数目低于设定的阀值时，外部代理定期地单播代理广告；在访问节点的数目超过该阀值时，外部代理开始广播代理广告。
20.按照权利要求19的移动特设网络，特征在于，当许多代理登记到期，使得登记的代理总数低于第二个设定的阀值时，外部代理转换至单播。
21.按照权利要求20的移动特设网络，特征在于，当访问节点与网络中节点的总量的比率低于某阀值时，外部代理定期地单播代理广告；当访问节点与网络中节点的总量的比率超过该阀值时，外部代理开始广播代理广告。
22.按照权利要求21的移动特设网络，特征在于，该比率是通过使用至访问节点的网程段数估算网络的直径而猜测出来的。
23.按照权利要求3的移动特设网络，特征在于，网络有多个担当外部代理的节点，访问节点被提供了用于如下操作的装置：
-在选择最佳代理时，没有登记过的访问节点选择有最佳衡量尺度的代理；
-在选择最佳代理时，向外部代理登记过的访问节点仅当其它外部代理的衡量尺度比该访问节点登记到的外部代理的衡量尺度好出预定的数量并持续预定的连续代理广告数时，才转换到另一个外部代理。
24.按照权利要求23的移动特设网络，特征在于，衡量尺度是网程段计数，并且网程段计数越低，衡量尺度越好。
25.按照权利要求3的移动特设网络，特征在于，网络有多个定期地广播代理广告的外部代理，每个接收到广告的节点只转发所收到的最佳质量的广告。
26.按照权利要求25的移动特设网络，特征在于，代理广告的质量是根据广告已经传播的网程段的数量来确定的。
27.按照权利要求3的移动特设网络，特征在于，
-网络有多个定期地广播代理广告的外部代理，每个接收到广告的节点将广告存储起来；和
-每个存储有广告的节点接收到代理征求时用所存储的广告作出响应而不是向代理转发该征求。
28.按照权利要求27的移动特设网络，特征在于，所存储的广告有一个生命期，所存储的广告在生命期中有效，生命期到期后就被丢弃。
29.按照权利要求3的移动特设网络，特征在于，代理广告和代理征求是用IP多播发送的。
30.按照权利要求29的移动特设网络，特征在于，有多个多播组，一组专用于代理征求和代理广告，而且所有访问节点和外部代理都收听该一个专用多播组。
31.按照权利要求2或3的移动特设网络，特征在于，网络有一个在使用移动IP的节点与网络之间的交互工作单元IWU，以便能在网络中使用移动IP消息的多网程段路由。
32.按照权利要求31的移动特设网络，特征在于，交互工作单元IWU和外部代理位于同一个链路上。
33.按照权利要求32的移动特设网络，特征在于，交互工作单元IWU和外部代理位于同一个节点中。
34.按照权利要求31的移动特设网络，特征在于，如果对代理征求的回答要用广播代理广告作出，交互工作单元IWU把所有输入的代理广告改变成广播并将它们转发到特设网络；否则，如果对代理征求的回答要用单播代理广告作出，交互工作单元IWU仅把未修改的广告转发到特设网络。
35.按照权利要求31的移动特设网络，特征在于，如果定期代理广告是只对登记节点的单播，交互工作单元IWU保证所有输入的广播代理广告被复制并被单播到每一个登记的访问节点；否则，如果定期代理广告是广播的，交互工作单元IWU把代理广告转发到特设网络。
36.按照权利要求2或3的移动特设网络，所述节点包括用于采纳使用穿隧或代理的缺省路由和网络路由以便能够从该至少一个第一移动节点向因特网发送信息的装置。
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