CN1655549A - 移动因特网协议版本6系统分配虚拟因特网协议区的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种在分级移动IP(HMIP)系统中将接入路由器形成虚拟IP区的方法。该方法包括：如果位于接入路由器区域内的移动节点的数目以及正在切换的移动节点的数据超过一个预定门限，则通过每个接入路由器向移动定位点报告一个高过门限状态消息；如果接收到指示高过门限状态的状态报告消息，则移动定位点向接入路由器发送一个虚拟IP区形成命令以将接入路由器组成一组；接收到虚拟IP区形成命令的接入路由器联播一个包括在虚拟IP区形成命令中的相同的虚拟IP区网络前缀以形成组。

Description

移动因特网协议版本6系统分配虚拟因特网协议区的方法

技术领域

本发明一般涉及移动IP系统中的因特网协议(IP)分配方法，更具体地涉及移动因特网协议版本6(IPv6)系统中的IP分配方法。

背景技术

一般说来，移动因特网协议(MIP)系统指使用因特网协议(IP)的系统。从早期基于IPv4的系统，MIP系统发展成基于IPv6的高级系统，用以增加可用的IP资源和用户数量，并提供多种服务。MIP系统为每一个移动节点(MN)分配一个IP地址，并允许MN使用分配的IP地址来进行通信。这种MIP系统粗略地可以被分成移动IPv6(MIPv6)系统和分级移动IPv6(HMIPv6)系统。

MIP系统保证MN的移动性。因此，即使MN从它的本地代理(HA)的一个位置上移动到外地代理(FA)的一个位置上，它仍能够继续通信。这等价于既使用基于MIPv4的系统，又使用基于MIPv6的系统，但是，这些系统在操作上略有不同。将在下文中描述HMIPv6系统以及MIPv6系统中保证MN的移动性的方法。

首先，参考图1，将描述MIPv6系统的示意性结构和MN在移动时的操作。图1是一个说明了MIPv6系统的结构的图。参考图1，一个与MN 121通信的通信节点(CN)130、HA 120及接入路由器AR1和AR2(111和112)连接至IP网络100。HA 120具有与MN 121相关的全部或一些信息，并存储MN的信息。HA 120将这些信息以及MN 121的位置信息和与当前使用的IP地址相关的信息一起存储。与MN 121通信的节点CN 130，从MN 121接收数据和或向MN 121发送数据。第一接入路由器(AR1)111是一个与MN 121进行无线通信的节点。在图1中，AR1 111与MN 121之间的箭头表示正在进行的通信。当MN 121进入第二接入路由器112的覆盖范围时，第二接入路由器(AR2)112与MN 121通信。

当MN 121从HA 120的区域移动到第一接入路由器111的区域中时，MN 121使用由第一接入路由器111广播的新的网络前缀信息生成一个转交地址(CoA)消息。CoA是每次MN 121移动到一个新的路由器的覆盖范围内时获取的新的IP地址。因此，MN 121向HA 120发送一个绑定更新(BU)消息，以通知它MN 121使用第一接入路由器111提供的前缀信息新近生成的CoA以及它自己的归属地址(home address)。“归属地址”表示MN 121的固定永久地址。当CN 130希望与MN 121通信时，CN 130把要发送给MN 121的业务量转发给HA 120。然后HA 120通过第一接入路由器111将从CN 130接收到的业务量转发给MN 121。传输的执行是根据MN 121所发送的BU消息的报告进行的。此后，MN 121将从第一接入路由器111新近生成的CoA通知给CN 130。CN 130识别MN 121的CoA，并可以不需要HA 120而通过第一接入路由器111直接与MN 121通信。

在移动到第二接入路由器112的区域中后，MN 121使用第二接入路由器112广播的新网络前缀信息再生成一个CoA。然后MN 121再通知HA 120它自己的归属地址和使用BU信息从第二接入路由器112新近生成的CoA。以此方式，HA 120获得了MN 121的新CoA。如果MN 121在与CN 130通信，MN 121再通知CN 130从第二接入路由器112新近获取的CoA，并且CN 130可以不需要HA 120而通过第一接入路由器111直接与MN 121通信。

当MN 121从第一接入路由器111移动至第二接入路由器112时，当MN121向HA 120发送BU消息时会丢失数据。如上所述，MN 121每一次移动至一个新接入路由器时，它必须发送一个BU消息给HA 120，引起网络资源的丢失。为了解决这个问题，引入了基于HMIPv6的系统。

接下来，参考图2，将描述HMIPv6系统的示意性结构和MN在移动时的操作。图2是一个说明了HMIPv6系统的结构的图。与参考图1所述的MIPv6系统相比，HMIPv6系统还包括一个移动定位点(mobility anchor point MAP)120。但是，HMIPv6系统在操作上与MIPv6系统有很大不同，下文将对之进行详细描述。

HA 230和CN 240在结构和操作的功能上与图1的HA 120和CN 130类似。IP网络200在操作方面也与图1的IP网络100相同。当MN 231在一个MAP 210下从HA230的区域移动至第一接入路由器211的区域中时，MN 231使用第一接入路由器211广播的信息生成两个CoA消息。也就是，MN 231使用来自第一接入路由器211的网络前缀信息生成一个链路转交地址(LCoA)，以及使用MAP选项信息生成一个区域转交地址(RCoA)。因此，MN 231将本地BU消息发送给通过MAP选项信息获得的MAP地址。本地BU消息包括MN 231从第一接入路由器211广播的信息中已生成的一个LCoA和一个RCoA。MAP 210存储MN 231的LCoA和RcoA。因此，MN 231通过BU消息通知HA 230新近获取的RCoA和它自己的归属地址。然后HA230存储由MN 231报告的RCoA和归属地址。

当CN 240希望与MN 231通信时，CN 240把要发送给MN 231的通信量转发给HA 230。然后HA 230将CN 240提供的通信量转发给存储为MN 231的地址的RCoA，并请求MAP 210将通信量转发给MN 231。MAP 210根据MN 231报告的BU消息将从HA 230接收的通信量传输给存储的LCoA，从而将通信量传输给MN 231。

当MN 231移动至第二接入路由器212的区域中时，MN 231接收第二接入路由器212广播的网络前缀和MAP选项。因为第一接入路由器211和第二接入路由器212属于相同的MAP 210，MN 231通过第二接入路由器212接收的网络前缀不同于MN 231通过第一接入路由器211接收的网络前缀。但是，从第二接入路由器212接收的MAP选项与从第一接入路由器211接收的MAP选项相同。因此，MN 231仅被允许更新LCoA。这样，MN 231仅向MAP 210发送本地BU消息。由MN 231发送的本地BU消息被通过第二接入路由器212传输给MAP 210，MAP 210仅更新LCoA。也就是，MN 231并不向HA 230和CN 240发送本地BU消息。当MN 231移动至MAP 210中时，MN 231仅被允许发送本地BU消息给MAP 210，从而减小IP网络200中的信令负载。另外，当MN 231在相同MAP下移动时，该MN仅将本地BU消息发送给MAP 210，从而为减小通信量损失做出贡献。

存在象基于IP的系统(如MIPv6或HMIPv6系统)的移动通信系统，如使用无线信道向MN发送数据的系统。这种移动通信系统基本上都是基于话音通信的，并发展成能够执行分组数据通信的系统。例如，1xEV-DO系统，一个商业化的第三代(3G)系统，目的在于仅发送高速率分组数据。在这样一种移动通信系统中，很长时间以前就已经引入了提供MN的移动性的切换概念。因为MN具有移动性，并要求轻重量和小尺寸，它使用低容量电池。使用低容量电池的MN不能以需要高电池功率的高速率发送数据。也就是，数据速率的增加引起了所需功率的增加，并且功率的增加增加了电池中的电流消耗。结果，电池的寿命减小了。

随着移动通信系统中接入路由器(AR)与MN之间的距离以及数据速率的增加，MN的电池消耗也增加了，这导致了MN运行时间的减少。另外，当MN移动至有限连通区域内时，MN将消耗大量功率以定位AR，这同样减少了电池的寿命。为了解决这个问题，具有小区域的AR被用于移动通信系统中。

MIPv6系统必须适用于当前的移动通信系统或独立的系统。如果MIPv6系统被用于作为下一代系统的3G系统或4G系统，则必须处理管理小区域的接入路由器。当接入路由器管理小区域时，在特定区域可能会频繁出现切换。

当切换频繁出现时，MN必须连续发送BU消息或本地BU消息给接入路由器或MAP。BU消息或本地BU消息的连续发送导致了无线链路资源可用性的降低。在无线网络中，与有线网络链路相比，无线链路具有较小的带宽资源并且不容易被扩展。与移动性相关的信令开销对无线链路有很大影响。无线通信网络中的蜂窝大小被小型化了。因此，切换可能会频繁出现，而恶化无线链路的可用性。另外，当MN使用电池并频繁执行切换时，电池的寿命会降低。

此外，如果MN连续使用BU消息或本地BU消息，其它MN可能会由于通信质量的下降而遭受干扰。这种现象既出现在基于MIPv6的系统又出现在基于HMIPv6的系统中。也就是说，基于HMIPv6的系统不能减小无线信道上的信令负载。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供一种用于减小基于HMIPv6的系统中的无线带宽资源的方法。

本发明的另一个目标是提供一种用于防止在基于HMIPv6的系统的特定区域中切换频繁出现的方法。

本发明的又一个目标是提供一种用于增加基于HMIPv6的系统中使用电池的MN的运行时间的方法，和一种用于通过减小由坏消息接收所引起的无线信道干扰而增加通信质量的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在分级移动IP(HMIP)系统中将接入路由器形成在虚拟IP区内的方法。该方法包括，如果位于接入路由器区域内的MN的数目以及正在切换的MN的数目超过一个预定门限，则通过每个接入路由器向移动定位点报告一个高过门限状态消息；如果接收到指示高过门限状态的状态报告消息，则移动定位点向接入路由器发送一个虚拟IP区形成命令以将接入路由器组成一组；接收到虚拟IP区形成命令的接入路由器联播一个包括在虚拟IP区形成命令中的相同的虚拟网络前缀以形成组。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在分级移动IP(HMIP)系统中的移动定位点中的虚拟IP区内释放接入路由器的方法。该方法包括，如果从在移动定位点下连接的至少一个接入路由器接收到虚拟IP区释放请求消息，则向虚拟IP区中的接入路由器发送一个虚拟IP区释放命令以取消组；如果从形成虚拟IP区的接入路由器接收到一个虚拟IP区释放请求消息，则发送一个虚拟IP区释放命令给形成虚拟IP区的接入路由器。

根据本发明再一个方面，提供了一种用于在包括移动定位点和在移动定位点下连接的接入路由器的分级移动IP(HMIP)系统中通过一个接入路由器将接入路由器形成一个虚拟IP区的方法。该方法包括，如果位于接入路由器的区域内的MN数目以及正在切换的MN的数目超过一个预定门限，则向移动定位点报告一个高过门限状态消息；通过从移动定位点接收到虚拟IP区形成命令的接入路由器，联播包括在虚拟IP区形成命令中的虚拟网络前缀给MN。

附图说明

当与附图一起考虑时，从下面的详细描述中本发明的上述和其它目标、特性和优点将变得更加明显。

图1是一个图示了移动因特网协议(MIP)v6系统的结构的图；

图2是一个图示了分级MIP(HMIP)v6系统的结构的图；

图3是一个图示了根据本发明的实施例在HMIPv6系统中的虚拟因特网协议(IP)区分配方案的图；

图4是一个根据本发明的实施例在HMIPv6系统的接入路由器中的虚拟IP区分配方案的状态转移图；

图5A是一个图示了根据本发明的实施例在HMIPv6系统中的静态虚拟IP区分配方案的图；

图5B是一个图示了根据本发明的实施例在HMIPv6系统中的动态虚拟IP区分配方案的图；

图6是一个图示了根据本发明实施例用于设置和释放接入路由器的虚拟IP区的方法的图；

图7是一个图示了根据本发明实施例用于执行虚拟IP区分配的方法的流程图；

图8是一个图示了在HMIPv6系统中处于正常状态的移动中的移动节点的操作的图；

图9是一个图示了根据本发明实施例注册一个移动节点的过程和向处于虚拟IP区初始化状态的移动节点发送数据的过程的图；

图10是一个图示了根据本发明实施例的处于虚拟IP区状态的移动中的移动节点的操作的图；

图11是一个图示了根据本发明的实施例注册一个移动节点的过程和向处于虚拟IP区释放状态的移动节点发送数据的过程的图；

图12是一个图示了根据本发明的实施例用于验证虚拟IP区分配方案的移动性模型的网络的图；

图13A和13B是图示了无线信令成本(cost)和移动节点的移动性的分析结果的曲线图；

图14A和14B是图示了当只有虚拟IP区的大小改变时，传统技术中(HMIPv6)和本发明中的无线信令成本的变化的分析结果曲线图；

图15是一个根据本发明的一个实施例的与虚拟IP区进展时间(progresstime)相关的无线信道中的信令成本的分析结果曲线图。

具体实施方式

现在将参考附图对本发明的一个优选实施例进行详细描述。在下面的描述中，为了简明忽略了文中包含的众所周知的功能和结构详细描述。

首先，将描述本发明的总体概念。本发明涉及基于分级移动因特网协议HMIPv6的系统。在本发明中，如果许多MN频繁在特定接入路由器的区域内移动，如经常出现的特定接入路由器间的切换，则这些接入路由器被设置为虚拟IP区。根据本发明的一种虚拟IP区分配方案将相同的虚拟网络前缀分配给具有大数目MN和高切换率的接入路由器。也就是说，被分配相同的虚拟网络前缀的接入路由器构成一个虚拟IP区。在此结构中，即使一个MN移动至相同虚拟IP区的一个新接入路由器中，即，即使出现切换，当前转交地址(CoA)保持不变，使得MN不需要发送本地绑定更新(BU)消息。因此，在从MN发送至接入路由器的无线信道部分中的BU消息被减少了，从而降低由信号传输引起的开销。

虚拟IP区分配方案在MN的移动性很高的区域中特别有效。特别是，虚拟IP区分配方案在比如购物中心、校园、娱乐中心、公园、活动场所等MN非常频繁地四处移动的区域内非常有效。这种虚拟IP区并不是持续保持的，可以通过特定条件来建立和释放。

在此本发明的描述将分为三部分。首先，一般操作将按下列顺序描述。

1.在HMIPv6系统中用于虚拟IP区分配的系统

2.虚拟IP区分配方案中的状态转移

3.动态/静态虚拟IP区分配和释放条件

4.用于虚拟IP区分配和释放的一般算法

其次，将描述移动定位点(MAP)中执行的虚拟IP区分配和释放操作。MAP中执行的操作将参考实际的信号流和MN的移动来描述。第二种操作将按下列顺序描述。

1.处于正常状态的移动中的MN的操作

2.处于虚拟IP区初始化状态中的MN的注册

3.处于虚拟IP区状态的移动中的MN的操作

4.虚拟IP区释放状态下的虚拟IP区释放处理

第三，将描述根据本发明的虚拟IP区分配的效果。在此描述中，使用流体流动模型来实现移动模型，以提供对本发明的效果的更佳理解。另外，将做出本发明提出的新模型的效果和传统模型的效果的比较。

一般操作

1.在HMIPv6系统中用于虚拟IP区分配的系统

下面这里将描述根据本发明的实施例用于在HMIPv6系统中的虚拟IP区分配的系统。图3是一个图示了根据本发明的实施例用于在HMIPv6系统中分配虚拟IP区的方案的图。现在将描述图3中每个节点的操作。

一个HA 320包括关于MN 351的所有或一些信息，并将该信息与MN 351的CoA和归属地址信息一起存储。因为该系统是基于HMIPv6的，所以存储在HA 320中的MN 351的CoA变为区域CoA(RCoA)。CN 330，一个与MN 351通信的节点，从MN 351接收数据，和/或向MN 351发送数据。HA320和CN 330通过一个IP网络300与MAP 310交换数据和信号。

现在将描述MAP 310与接入路由器331、332、333和334。MAP 310可以根据本发明的一个实施例建立一个虚拟IP区状态。当MN移动至这样一个虚拟IP区中的一个新接入路由器时，MAP 310处理移动更新并将MN的一个数据分组路由至新的接入路由器。此外，MAP 310管理一个组成虚拟IP区的接入路由器的列表。下面将描述MAP 310中执行的详细路由方法。接入路由器331、332、333和334中的每一个都计算通信量和MN的移动性，如果计算出的值大于预定门限，则向MAP 310报告结果。然后MAP 310根据接入路由器报告的结果，发送一个虚拟IP区形成命令(或虚拟IP区分配命令)给相应的接入路由器。从MAP 310接收虚拟IP区形成命令的接入路由器广播一个虚拟网络前缀。MAP 310可以形成(或分配)一个虚拟IP区。即使在虚拟IP区形成之后，接入路由器也计算通信量和MN的移动性。如果计算的值小于预定门限，则接入路由器向MAP 310报告计算结果。然后MAP 310根据接入路由器报告的结果，发送一个虚拟IP区释放命令给相应的接入路由器。在接收到虚拟IP区释放命令后，相应的接入路由器广播它们的原始网络前缀。每个接入路由器计算出的参数包括MN的数目和切换率。

接入路由器331-334在虚拟IP区状态通过第二层源触发器(L2-ST)向MAP 310发送对MN的移动更新请求。当根据本发明形成了虚拟IP区时，第二层源触发信号用于MN的移动更新。也就是，形成虚拟IP区的接入路由器可以通过第二层源触发器检查MN的移动性。接入路由器通过源触发器检查MN的移动更新，并向MAP 310通知检查结果，从而将通信量转移到具有相应MN的接入路由器。通过源触发器的移动更新将在下面进行详细描述。

根据本发明的地址，即虚拟CoA(VCoA)，是一个根据本发明实施例由多于两个接入路由器用作相同网络前缀的CoA。另外，如上所述的链路CoA(LCoA)是一个由MN基于接入路由器的原始网络前缀生成的CoA。同样，如上所述的区域CoA(RCoA)是一个由MN根据MAP选项信息生成的CoA。

当MN移动至虚拟IP区中的新接入路由器(NAR)时，根据本发明的移动更新从旧的接入路由器(OAR)生成并发送移动更新消息至MAP 310，以生成对RCoA、VCoA和NAR的IP地址的绑定。处于虚拟IP区状态的移动更新通过第二层检测接入路由器中的变化，并使用第二层源触发信号发送移动更新消息。当MN未处于根据本发明的一种状态时，它生成一个RCoA和LCoA并发送一个BU消息至MAP 310。但是，当MN处于根据本发明的一种状态时，它生成VcoA和LCoA之间的一个BU消息或本地BU消息，并发送该消息至MAP 310。

2.虚拟IP区分配方案中的状态转移

图4是一个根据本发明实施例在HMIPv6系统的接入路由器中提供的虚拟IP区方案的状态转移图。图4示出的状态在接入路由器中执行。MAP 310(图3)控制状态转移使得每个接入路由器转移至图4中的状态。但是，MN与由网络的接入路由器形成或释放虚拟IP区的操作无关。也就是，它用作功能操作，而不管网络的接入路由器是否形成了一个虚拟IP区。

在根据本发明实施例的虚拟IP区分配方案中，提供了下面4种状态。正常状态400指HMIPv6系统执行正常操作的状态。也就是，在此状态，由HMIPv6系统提供切换。但是，在根据本发明的一个实施例的正常状态400，接入路由器检查通信量和位于它的区域内的MN的移动性。如上所述的参数包括关于位于接入路由器的区域内的MN的数目的信息，和关于切换率的信息。这些参数被报告给MAP 310(图3)。MAP 310将报告的参数与预定门限进行比较。如果报告的参数大于预定门限，将要形成具有接入路由器的虚拟IP区的接入路由器转移至虚拟IP区初始化状态410，以形成根据本发明的虚拟IP区。

在虚拟IP区初始化状态410，MAP 310基于接入路由器报告的值发送一个虚拟IP区形成命令至相应的接入路由器。也就是，MAP 310发送一个虚拟IP区形成命令至将组成(或绑定)虚拟IP区的接入路由器。因此，相应的接入路由器广播预定的相同虚拟网络前缀至MN。接收到虚拟网络前缀的MN，将原始网络前缀与虚拟网络前缀进行比较，并由它自己生成一个VCoA，确定出虚拟网络前缀是一个新的网络前缀。之后，MN使用绑定更新(BU)消息发送新近生成的VCoA至MAP 310，接收到BU消息的MAP 310重新更新绑定。

如果接收到来自接入路由器的相同虚拟网络前缀的MN发送一个BU消息至MAP 310，完成绑定更新，则发生至虚拟IP区状态420的转移。

在虚拟IP区状态420，位于形成虚拟IP区的接入路由器的MN使用VCoA与CN交换数据。因此，如果MN从旧的接入路由器(旧AR)切换到包含在虚拟IP区中的新的接入路由器(新AR)，从新接入路由器广播的网络前缀成为虚拟网络前缀，它与旧接入路由器广播的网络前缀相同。结果，MN使用先前的VCoA，而不形成新的VCoA。这样，MN并不生成或发送本地BU消息至MAP 310(图3)。

如果MN从旧接入路由器移动至新接入路由器，则使用导频信号通过第二层源触发器(L2-ST)方案在旧接入路由器中执行对于MAP 310的移动更新。当MN从旧接入路由器移动至新接入路由器时，MAP 310执行绑定更新。之后，MAP 310通过新接入路由器转发通信量至MN。在虚拟IP区状态420，因为切换是通过第二层源触发器(L2-ST)执行的，无线链路上的本地BU消息并未生成。也就是，源触发器不是MN中新近生成的消息，而是用于通过接入路由器将已有的第二层切换消息发送给MAP。

现在将参考图5A和图5B描述将接入路由器组合成虚拟IP区的方法。图5A是一个图示了根据本发明实施例在HMIPv6系统中的静态虚拟IP区分配方案的图。图5B是一个图示了根据本发明实施例在HMIPv6系统中的动态虚拟IP区分配方案的图。在图5A的静态虚拟IP区分配方案中，特定接入路由器使用先前测量的统计数据形成一个虚拟IP区。在图5A中，虚拟IP区A、虚拟IP区B、虚拟IP区C和虚拟IP区D由接入路由器形成。在图5B的动态虚拟IP区分配方案中，通过基于通信量和MN的切换状态确定频繁发生切换的接入路由器来形成虚拟IP区。所以，虚拟IP区A、B和D在大小上是不同的，并可以动态变化。

静态和动态虚拟IP区分配方案都具有优点和缺点。例如，静态虚拟IP区分配方案的优点在于执行虚拟IP区分配的MAP的负载可以被减小，因为当系统被设计并且接入路由器被安装在该区域时，虚拟IP区是使用先前测量的统计数据形成的。此外，静态虚拟IP区分配方案的优点在于接入路由器很容易被控制，因为特定虚拟IP区保持不变。但是，静态虚拟IP区分配方案的缺点在于本发明的效果不能被最大化，因为区域条件的变化及实际用户或MN的移动性并没有被正确考虑。动态虚拟IP区分配方案的优点在于本发明的效果可以被最大化，因为区域条件的变化及实际MN的移动性被正确考虑了。但是，动态虚拟IP区分配方案与静态虚拟IP区分配方案相比，在控制方面更复杂，因为虚拟IP区可以被动态改变。

再参考图4，在正常状态400和虚拟IP区状态420，接入路由器连续计算通信量和MN的切换率，如果计算结果满足特定条件，则将计算结果报告给MAP 310。在图5B的动态虚拟IP区分配方案的情况下，基于该报告，MAP310可以从特定虚拟IP区中增加、改变和移除特定路由器。接入路由器将报告的参数与预定门限比较。如果报告的参数小于或等于预定门限，将要释放具有接入路由器的虚拟IP区的接入路由器转移至虚拟IP区释放状态430，以根据本发明的一个实施例释放虚拟IP区。最好是，接入路由器从正常状态400转移至虚拟IP区初始化状态410的情况下的门限，不同于接入路由器从虚拟IP区状态420转移至虚拟IP区释放状态430的情况下的门限。

图6是一个图示了根据本发明实施例用于设置形成和释放接入路由器的虚拟IP区的参考门限的方法的图。在图6中，x轴表示时间，y轴表示用于形成虚拟IP区的测量参数值。例如，测量参数值包括从一个特定接入路由器切换至另一个接入路由器的MN的数目，和/或在某个接入路由器下通信的MN的数目。时变曲线600成为参数变化曲线。在本发明的一个实施例中，门限被分为两种，第一门限和第二门限。这两种门限用以防止乒乓虚拟IP区分配。这将在下面描述。

如果虚拟IP区形成和释放的门限相等设置，当用于执行虚拟IP区分配的参数大于门限时，接入路由器向MAP 310(图3)报告接入路由器状态。然后，MAP 310将发送一个虚拟IP区分配命令给接入路由器。在某些情况下，在接入路由器执行虚拟IP区分配后不久，该参数就下降至小于用于接入路由器的虚拟IP区分配的门限。MAP 310再发送一个虚拟IP区释放命令给接入路由器。然后，接入路由器再执行虚拟IP区释放。因为VCoA一般用于虚拟IP区分配，MN必须执行相同的操作，好像切换被执行了。也就是，接入路由器发送一个新网络前缀给MN，通过接收新网络前缀MN使用新CoA。对于这种操作，无线信道资源被使用，引起MN的功率消耗。之后，如果虚拟IP区释放被再次执行，接入网络请求MN使用它们的原始网络前缀。那么，MN再次执行切换操作，并使用新的CoA进行通信。

如果如上所述为参数设置一个门限，可能出现资源浪费和功率损失。这将在在图6中仅使用第一门限的假设下描述。在点611参数变化曲线600超过了用于虚拟IP区分配的第一门限。在此情况下，接入路由器向MAP 310(图3)报告接入路由器状态。因此，MAP 310命令相应的接入路由器执行虚拟IP区分配。之后，在点612，参数变化曲线600可能低于第一门限。在此情况下，MAP 310发送虚拟IP区释放命令给接入路由器。之后，在点613，再执行虚拟IP区分配。在短时间内，虚拟IP区分配和释放被重复，有效地降低了系统。因此，在本发明的一个实施例中，定义两个门限来防止资源浪费。如图6中所示，当参数变化曲线600超过第二门限时，发生从正常状态400至虚拟IP区初始化状态410的转移。如果参数变化曲线600低于第一门限时，再发生从虚拟IP区状态420(图4)至虚拟IP区释放状态430(图4)的转移。

这里，本发明的描述是在仅使用第一门限的假设上进行的。但是，即使当仅使用第二门限时，乒乓虚拟IP区分配现象也可能在点614、615、616和617上发生。在图6中，从正常状态400(图4)转移至虚拟IP区初始化状态410(图4)的第二门限被设置得高于用于从虚拟IP区状态420转移至虚拟IP区释放状态430的第一门限。或者，第一门限也可以被设置得高于第二门限。

除了用于参数的门限外，该门限还可以包括一个时间。例如，在虚拟IP区分配后，即使参数变化曲线达到虚拟IP区释放门限一段预定时间，也不执行虚拟IP区释放。在虚拟IP区释放后的预定时间内不执行虚拟IP区分配。当时间被用于虚拟IP区分配和释放的另一个参数时，可以用一个门限作为该参数。这是为了防止乒乓虚拟IP区分配。因此，最好是，通过统计方法用作用于虚拟IP区分配和释放的另一个参数的时间，应该被设置为乒乓虚拟IP区分配操作不能执行的时间，或可以防止信道资源效率下降的时间。但是，如果乒乓虚拟IP区分配不会发生，则不需要定义两个门限，或不需要使用时间作为虚拟IP区分配和释放的参数。

3.动态/静态虚拟IP区分配和释放条件

首先将描述动态虚拟IP区分配和释放的条件。根据本发明的接入路由器检查负载状态(LS)和移动状态(MS)。由接入路由器所检查的该负载状态和移动状态根据本发明可成为参数。该负载状态可成为位于每一接入路由器的小区内的MN数，或由该MN请求的负载。这由numMN(i)来表示，意思是在一个#i小区内的MN数和/或负载。移动状态通过检查位于一个接入路由器的小区内的MN执行切换的次数而获得。因此，移动状态通过追踪一预定时间内切换至一个特定小区的MN的数目来获得。通过检查切换的次数，一个接入路由器可以计算位于小区中的所有MN在一预定时间内执行切换的概率。该概率可根据公式(1)来计算：

$P_{i,j}=\frac{\mathrm{numHO}(i,j)}{\underset{k\∈\mathrm{Neigh}\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{numHO}(i,k)}---\left(1\right)$

在公式(1)中，P_i，j表示从小区#i移动到小区#j的概率，“num HO(i，j)”表示一预定时间内从小区#i移动到小区#j的MN的数目。公式(1)的分母表示切换至小区#i的相邻小区的MN的总数。从公式(1)可以理解每一接入路由器确定了一个它从自己所属的小区切换到的目标小区。这将用于在执行全部检查的一定时间内计算MN的移动概率和MN的移动路径。因此，当一个MN从其自己所属的小区移动到一个特定的接入路由器的小区时，该接入路由器应以下面的公式(2)的形式存储一个移动状态值。

P(i)＝(a，Pia)，(b，Pib)，(c，Pic)，(d，Pid)            (2)

在公式(2)中，“a”、“b”、“c”、“d”表示一个接入路由器#i的相邻接入路由器。P(i)表示一个切换概率值，该切换概率值包括一个移动至接入路由器a的移动概率，一个移动至接入路由器b的移动概率，一个移动至接入路由器c的移动概率和一个移动至接入路由器d的移动概率。

接入路由器将检查值发送给MAP 310(图3)，以执行虚拟IP区分配或虚拟IP区释放。报告时间可以分成用于接入路由器具有参考图6所述的门限的情况下的时间，和接入路由器没有参考图6所述的门限的情况下的时间。对接入路由器具有参考图6描述的门限的情况下，假定当前状态是正常状态400(图4)，如果参数超过用于转移至虚拟IP区初始化状态410(图4)的门限，则各个接入路由器将此报告给MAP。否则，假定当前状态是虚拟IP区状态420(图4)，如果参数小于用于转移至虚拟IP区释放状态430的门限，则接入路由器将此报告给MAP。

参考图6，假定当前状态是正常状态400，如果参数大于第二门限，则接入路由器将此报告给MAP 310。假定当前状态是虚拟IP区状态420，如果参数小于第一门限，接入路由器将此报告给MAP 310。因此，当如上参考图6所述使用两个以上门限时，使用下面的公式(3)的每个接入路由器计算是否需要从正常状态400转移至虚拟IP区初始化状态410，并使用下面的公式(4)计算是否需要从虚拟IP区状态420转移至虚拟IP区释放状态430。

numHO(i)≥MS_Th(2)并且numMN(i)≥LS_Th(2)                (3)

其中MS_Th(2)代表移动状态下的第二门限，LS_Th(2)代表负载状态下的第二门限。

numHO(i)≥MN_Th(1)并且numMN(i)≥LS_Th(1)                (4)

其中MS_Th(1)代表移动状态下的第一门限，LS_Th(1)代表负载状态下的第一门限。

至此，描述了动态虚拟IP区分配和释放条件。对于静态虚拟IP区分配和释放条件，如果使用前面计算的统计数据满足相应的条件，则可以执行虚拟IP区分配。例如，在特定区域内，如大学校园，虚拟IP区分配在校园的一个区域内从校园开放时间到校园关闭时间被执行，在校园关闭时间之后，虚拟IP区释放被执行。在娱乐中心的情况下，统计计算出人群的拥挤时间，根据计算出的统计数据执行虚拟IP区分配和释放。通过使用静态虚拟IP区分配方案，就可以减小每一个接入路由器中必须进行的计算负载，以及MAP310中的计算负载。

4.用于虚拟IP区分配和释放的一般算法

下面将参考图7对用于虚拟IP区分配和释放的一般算法进行描述。图7是一个图示了根据本发明实施例用于执行虚拟IP区分配的方法的流程图。参考图7，在步骤700，一个接入路由器接纳一个MN。也就是，位于接入路由器的小区区域内的一个标准MN与接入路由器通信。在步骤702，与MN通信的接入路由器确定移动状态和负载状态值是否大于预定门限。如果检测值被报告给它的MAP 310(图3)或大于门限，即如果需要状态转移，接入路由器可以发送一个状态转移请求消息给MAP 310。在下面的描述中，假定接入路由器报告一个状态转移请求给MAP 310。即，在正常状态下，如果如参考图6所述的参数大于第二门限，则接入路由器产生一个转移请求信号给虚拟IP区并报告该转移请求信号给MAP 310。在虚拟IP区状态中，如果参数低于图6的第一门限，则接入路由器将虚拟IP区释放请求报告给MAP 310。

如果在步骤720中判断出接入路由器的状态值大于门限，接入路由器继续至步骤706，否则，接入路由器继续至步骤704。在步骤704，接入路由器执行正常状态下的一般操作。也就是，在此状态，MN通过当前包含它的接入路由器与CN执行通信。因此，MN使用HMIPv6系统中所需的RCoA和LCoA执行通信。另外，在此状态，MN可以执行基于HMIPv6协议的切换。

但是，在步骤706，在状态报告给MAP 310之后，响应来自MAP 310(图3)的虚拟IP区分配命令，接入路由器联播虚拟网络前缀。在图7中，接入路由器向MAP 310进行状态报告的过程，以及MAP 310向接入路由器发送虚拟IP区分配命令的过程并未图示。在图7中，在此过程之后，仅图示了接入路由器中为虚拟IP区形成而联播虚拟网络前缀的过程。基于联播的虚拟网络前缀，在步骤708中，MN确定是否检测到一个新的网络前缀。如果从接入路由器检测到一个新的网络前缀，MN继续至步骤710，其中执行一个一般切换操作。因此，在步骤710，MN执行自动配置以执行切换操作。

之后，MN处理继续至步骤712，其中MN生成一个本地绑定更新(BU)消息并将该消息发送给MAP 310。然后，MAP 310更新处于虚拟IP区状态的MN的VCoA。如果MN的VCoA被更新了，在步骤714中，接入路由器和MN继续与已有的CN通信。也就是，当MN的VCoA被更新，如图5A和5B所示，形成静态和动态虚拟IP区。在此状态，切换频繁发生的特定接入路由器被组合成一个虚拟IP区。因此，MN通过接收到的导频信号确定接入路由器是否改变，同时通过相应的接入路由器与CN通信。也就是，移动中的MN检测从新接入路由器的接入点(AP)周期性广播的导频信号。如果检测到新导频信号，MN检测包含在导频信号信息中的新接入点的标识(ID)，并将检测到的ID发送给旧的接入路由器。上述过程并不是新过程，但这些过程在第二层的切换操作中执行。这样，不需要新加入的信令来检测接入路由器中的变化。

接入点具有先前存储于其中的，对于相邻接入路由器的IP地址和接入点的第二层ID的映射信息。这是第二层源触发器(L2-ST)。这样，旧接入路由器将新接入点的ID映射成新接入路由器的IP地址，新接入点的ID是包含在接收的第二层源触发器中的信息。通过执行这种第二层切换过程，旧接入路由器检测到了MN移动至的新接入路由器的IP地址。

如上所述，接入路由器确定第二层源触发信号的原因是：不同的接入路由器被组合成一个虚拟IP区。也就是，因为接入路由器联播相同的虚拟网络前缀，并且只有第二层信号是不同的，所以MN可以通过检测第二层信号来检测接入路由器中的变化。MN通过第二层源触发信号将接入路由器中的变化通知给相应的接入路由器。在虚拟IP区状态，在网络前缀中没有改变。因此，执行由MN将第二层源触发信号向接入路由器的传输，因为MAP 310应该知道MN的移动以发送数据给正确的接入路由器。

再参考图7，如果在步骤716判断出从MN接收到了第二层源触发信号，则接入路由器继续至步骤718。但是，如果未接收到第二层源触发信号，步骤714中的操作被重复。也就是，MN通过相应的接入路由器继续与CN通信。

在接收到第二层源触发信号后，接入路由器继续至步骤718，其中它传送相应MN的移动更新给MAP。也就是，旧接入路由器通知MAP 310(图3)，特定MN已经从当前接入路由器移动至另一个接入路由器。通过通知接入路由器的移动，MAP可以发送数据给MN位于的新接入路由器。也就是，在步骤720，MAP 310执行主路由设置。之后，在步骤722，MN通过新接入路由器与CN通信。

对MN从合并成一个虚拟IP区的接入路由器的区域移动至未包含在该虚拟IP区内的接入路由器的操作的描述未在图7中进行。原因是因为在此情况下，执行一个一般HMIPv6操作。也就是，在生成一个新LCoA后，MN执行向MAP的绑定更新，因为虚拟IP区的网络前缀不同于非虚拟IP区的网络前缀。

在步骤722之后，MN通过相应的接入路由器与CN通信。即使在形成虚拟IP区后执行通信时，接入路由器仍持续检查参数。接入路由器确定参数是否低于门限。如果在步骤724中判断出，接入路由器检查的参数低于预定门限，则接入路由器继续至步骤726。否则，接入路由器返回至它持续执行通信的步骤722。

在步骤726，当接入路由器从MAP 310(图3)接收到对原始网络前缀的请求命令时，它广播原始网络前缀。然后在步骤728，MN确定是否检测到新的网络前缀。如果检测到新网络前缀，则MN继续至步骤730。但是，如果未检测到新网络前缀，则MN重复步骤728中的操作。原始网络前缀被广播以释放虚拟IP区。

在步骤730，MN执行自动配置。也就是，MN接收接入路由器广播的新网络前缀，并通过IP类重新配置其配置。之后，在步骤732中，MN生成本地BU消息并将该消息发送给相应的接入路由器，完成虚拟IP区释放操作。在虚拟IP区释放操作完成后，在步骤734，MN通过它位于的当前接入路由器在与正常状态400的CN持续通信。

MAP中执行的虚拟IP区分配和释放

1.处于正常状态的移动中的MN的操作

图8是一个图示了HMIPv6系统中处于正常状态的移动中的MN的操作的图。该系统使用与图3中图示的系统相同的参考数字。第一接入路由器331、第二接入路由器332、第三接入路由器333和第四接入路由器334具有它们自己的区域。接入路由器331、332、333和334通过MAP 310相连。另外，接入路由器331、332、333和334处于没有分组的正常状态。在正常状态，如果MN 801进入第一接入路由器331的区域，则MN 801根据第一接入路由器广播的网络前缀生成一个LCoA，并根据MAP信息生成一个RCoA。这里，从第一接入路由器331获取的LCoA和RCoA分别被表示为LCoA1和RCoA1。

在某些情况下，位于第一接入路由器331下的MN 801可能移动至第二接入路由器332的区域。例如，如果MN 801移动至第二接入路由器332的区域中，如图8的箭头802所示，则MN 801接收由第二接入路由器332广播的网络前缀。因为从第一接入路由器331接收到的MAP信息与从第二接入路由器332接收到的MAP信息相同，所以使用相同的RCoA。但是，因为从第二接入路由器332接收到的网络前缀不同于从第一接入路由器331接收到的网络前缀，所以MN 801更新LCoA1为LCoA2。之后，MN 801使用更新的LCoA2和已有的RCoA1生成本地BU消息，并将本地BU消息发送给第二接入路由器332，如箭头804所示。然后，第二接入路由器332将从MN 801接收的本地BU消息转发给MAP 310，如箭头805所示。然后MAP 310更新RCoA1和LCoA1为RCoA1和LCoA2。

MAP 310为更新生成一个应答(Ack)消息，并将此Ack消息发送给第二接入路由器332，如箭头806所示。然后，第二接入路由器332发送本地绑定的Ack消息给MN 801，如箭头807所示。之后，如果MAP 310接收到从网络发送给MN 801的数据，则MAP 310将该数据通过第二接入路由器332发送给MN 801，如箭头808和809所示。正常状态下的这种操作与一般HMIPv6状态下的切换操作相同。

2.处于虚拟IP区初始化状态下的MN的注册

图9的框图示出了根据本发明的实施例在虚拟IP区初始化状态下通过接入路由器形成一个虚拟IP区的过程。下面参考图9描述根据本发明实施例在一个虚拟IP区初始化状态下的接入路由器形成一个虚拟IP区时为一个MN执行新的VCoA注册的过程，以及一个在注册之后向MN发送数据的过程。例如，在图9中，第一接入路由器331和第二接入路由器332组成一个虚拟IP区。

第一MN 901位于第一接入路由器331的区域中，第二MN 902位于第二接入路由器332的区域中。第一MN 901通过接收由第一接入路由器331广播的一个网络前缀和关于MAP 310的信息产生LCoA1和RCoA1，并通过第一接入路由器331向MAP310传送LCoA1和RCoA1。这样，第一MN 901和MAP 310均存储有LCoA1和RCoA1。另外，第二MN 902通过接收由第二接入路由器332广播的一个网络前缀和关于MAP 310的信息产生LCoA2和RCoA2，并通过第二接入路由器332向MAP310传送LCoA2和RCoA2。这样，第二MN 902和MAP 310均存储有LCoA2和RCoA2。

有时候，在第一接入路由器331和第二接入路由器332的一个或两个之中，上述参数可能大于一个用来形成虚拟IP区的门限。例如，在图9中，形成一个虚拟IP区的报告消息被从第一接入路由器331传送至MAP 310。如果第一接入路由器331向MAP 310发送形成虚拟IP区的报告消息，如箭头910所示，该MAP 310如箭头912a和912b所示的向第一接入路由器331和第二接入路由器332发送一个虚拟IP区形成命令，以为第一接入路由器331和第二接入路由器332形成一个虚拟IP区。作为响应，第一接入路由器331和第二接入路由器332如箭头914a、b所示的联播相同的虚拟网络前缀以形成一个虚拟IP区。

接收新的虚拟网络前缀的第一MN 901和第二MN 902如箭头916a和916b所示的分别将它们的LCoA更新为VCoA。即，第一MN 901如箭头916a所示的将LcoA1更新为VcoA1，第二MN 902如箭头916b所示的将LcoA2更新为VcoA2。第一MN 901和第二MN 902分别代表包括在第一接入路由器331和第二接入路由器332的区域中的MN。因此，位于第一接入路由器331的区域内的所有MN等同于第一MN 901的操作。而且，位于第二接入路由器332的区域内的所有MN等同于第二MN 902的操作。

更新完它们的地址之后，第一MN 901和第二MN 902如箭头918a和918b所示的利用它们的更新地址产生本地BU消息，并如箭头920a和920b所示的通过第一接入路由器331和第二接入路由器332分别发送该本地BU消息至MAP 310。如果第一MN 901的新的VCoA被收到，则MAP 310如箭头922所示的存储一个VCoA、RCoA及第一接入路由器331所属的地址。即，在虚拟IP区形成之前存储在MAP 310中的关于第一MN 901的信息是LCoA1、RCoA1和第一接入路由器331的地址，以及在虚拟IP区形成之后存储在MAP 310中的关于第一MN 901的信息是VCoA1、RCoA1和第一接入路由器331的地址。同样，在虚拟IP区形成之前存储在MAP 310中的关于第二MN 902的信息是LCoA2、RCoA2和第二接入路由器332的地址，以及在虚拟IP区形成之后存储在MAP 310中的关于第二MN 902的信息是VCoA2、RCoA2和第二接入路由器332的地址。

其中存储了这样的地址的MAP 310如箭头924a和924b所示的发送本地绑定应答消息至第一接入路由器331和第二接入路由器332。作为响应，第一接入路由器331和第二接入路由器332如箭头926a和926b所示分别发送该本地绑定应答消息至第一MN 901和第二MN 902，从而完成为接入路由器形成一个虚拟IP区的过程。

下面将描述形成虚拟IP区后，MAP 310接收要转发给第一MN 901和第二MN 902的数据的操作。下面的描述假定MAP 310接收到了要转发给第一MN 901的数据。如果要转发给第一MN 901的数据被接收到，则该MAP 310能够通过检查如箭头922所示存储的数据确定该MN 901位于第一接入路由器331的地址内。即该MAP 310能够确定第一MN 901位于第一接入路由器331的一个区域内。如箭头928所示，该MAP 310通过第一接入路由器331向具有地址VCoA1的第一MN 901转发将要转发给它的数据。以此来执行数据的发送和接收。MAP 302以与上面相同的方式向第二MN 902转发数据。也就是说，当MAP 310中有数据要转发给第二MN 902时，该MAP 310在步骤929转发该数据至第二接入路由器332。然后，该第二接入路由器332在步骤931转发接收到的数据至第二MN 902。

3、在虚拟IP区状态下移动中的MN的操作

图10的框图示出了根据本发明的实施例在一个虚拟IP区状态下移动中的MN的操作。假定第一接入路由器331和第二接入路由器332形成一个虚拟IP区。

MN 1001位于第一接入路由器331的一个区域内。在该状态下，MN 1001根据本发明的一个实施例具有VCoA1和RCoA1。当该MN 1001如箭头1010所示从第二接入路由器332移动到一个能接收到高功率导频信号的区域时，该MN 1001向第一接入路由器331发送第二层源触发信号。也就是说，网络前缀没有变化，但导频信号中所包括的第二接入点的ID发生了变化。实际上，这样的情况发生在进行切换的区域。通常，MN 1001在MN进行切换时发送第二层源触发信号。以此方式执行第二层的切换。该MN 1001通知第一接入路由器331从第二接入路由器332接收到一个高功率导频信号。

接收第二层源触发信号的第一接入路由器331产生一个移动更新消息并如箭头1014所示发送该移动更新消息至MAP 310。移动更新消息用于指示MN 1001移动到了第二接入路由器332。MAP 310具有第一MN 1001的VCoA1、RCoA1的地址和第一接入路由器331的地址。如上所述，根据本发明的一个实施例，VCoA1地址是根据一个虚拟网络前缀产生的地址，RCoA1地址是由第一接入路由器331发送的一个MAP选项产生的地址。MAP 310存储相应的接入路由器的地址以指示在构成一个虚拟IP区的接入路由器中MN 1001所位于的接入路由器。也就是说，第一接入路由器331的地址变成了MN 1001所位于的接入路由器的地址。在该过程中，MN 1001不需要使用网络前缀更新一个新的地址。因此，MN即使不执行本地绑定更新也能够在一个无线信道中自由地移动。

当接收到移动更新信号时，存储在MAP 310中的地址更新为VCoA1、RCoA1和第二接入路由器AR2的地址。之后，如箭头1018所示，MAP 310发送一个移动性应答信号给第一接入路由器331。如箭头1020所示，MN 1001移动到第二接入路由器332的一个区域。当发送到MN 1001的数据在MAP310接收到时，MAP 310能够通过上述过程确定MN 1001的位置。如箭头1022所示，MAP 310发送接收到的数据至第二接入路由器332。如箭头1024所示，第二接入路由器332能发送数据至MN 1001。以这种方式执行数据的发送和接收。

4、虚拟IP区释放状态中的虚拟IP区的释放过程

图11的框图示出了根据本发明实施例在虚拟IP区释放状态下通过接入路由器释放一个虚拟IP区的过程。参考图11，现在将描述根据本发明实施例通过在一个虚拟IP区释放状态下释放一个虚拟IP区由MN来执行初始LCoA注册的过程，及注册后向MN发送数据的过程。从一个虚拟IP区释放第一接入路由器331和第二接入路由器332的过程将结合示例来描述。

位于第一接入路由器331的一个区域内的第一MN 1101和位于第二接入路由器332的一个区域内的第二MN 1102分别具有基于同一虚拟网络前缀的VCoA1和VCoA2。即第一MN 1101具有VCoA1和RCoA1，第二MN 1102具有VCoA2和RCoA2。MAP 310具有作为第一MN 1101的地址的VCoA1、RCoA1和AR1，以及作为第二MN 1102的地址的VCoA2、RCoA2和AR2。有时候，如上所述，在第一接入路由器331或第二接入路由器332中的一个状态值变得低于一个用于释放虚拟IP区的门限。例如，在图11中，第一接入路由器331向MAP 310发送一个用于释放虚拟IP区的报告消息。

如果该用于释放虚拟IP区的报告消息如箭头1110所示被接收到，则MAP 310产生一个虚拟IP区释放命令消息并如箭头1112a和1112b所示发送该虚拟IP区释放命令消息至第一接入路由器331和第二接入路由器332。MAP310使用一个由每一接入路由器处理的最初的网络前缀来执行多播。相应地，第一接入路由器331和第二接入路由器332分别如箭头1114a和1114b所示的联播它们最初的网络前缀和MAP选项信息。

当接收到联播信号时，第一MN 1101和第二MN 1102产生新的LCoA。即，如箭头1116a所示，第一MN 1101根据由第一接入路由器331联播的原始网络前缀和MAP选项信息将VCoA1和RCoA1更新为LCoA1和RCoA1。类似的，如箭头1116b所示，第二MN1102根据由第二接入路由器332联播的原始网络前缀和MAP选项信息将VCoA2和RCoA2更新为LCoA2和RCoA2。根据新的网络前缀更新LCoA和RCoA之后，MN向MAP 310报告更新结果。即如箭头1118a和1120a所示，第一MN 1101通过第一接入路由器331向MAP 310报告。如箭头1118b和1120b所示，第二MN 1102通过第二接入路由器332向MAP 310报告。如箭头1122所示，MAP 310更新MN的之前的地址。即，如箭头1122所示，MAP 310将为第一MN 1101存储的VCoA1、RCoA1和AR1的地址更新为LCoA1和RCoA1，并将为第二MN 1102存储的VCoA2、RCoA2和AR2的地址更新为LCoA2和RCoA2。更新完地址之后，MAP 310如箭头1124a和1124b所示发送一个本定绑定更新应答消息至第一接入路由器331和第二接入路由器332。

如箭头1126a所示，第一接入路由器331发送一个本定绑定更新应答消息给第一MN 1101。如箭头1126b所示，第二接入路由器332发送一个本定绑定更新应答消息给第二MN 1102。以此执行虚拟IP区的释放。

因此，如果接收到要转发给第一MN 1101的数据，MAP 310检查如箭头1122所示更新的地址。如箭头1128所示，MAP 310根据检查的地址向第一接路由器331发送数据。如箭头1130所示，第一接入路由器331转发从MAP310接收到的数据至第一MN 1101。另外，MAP 310以如上同样的方式接收要转发至第二MN 1102的数据。即，一旦接收到要转发给第二MN 1102的数据，MAP 310在步骤1129检查更新的地址。然后MAP 310根据在步骤1129检查的地址转发接收到的数据至第二接入路由器332。第二接入路由器332在步骤1131转发从MAP 310接收到的数据至第二MN 1102。

根据本发明的虚拟IP区分配的效果

这里，为了描述根据本发明的一个实施例的虚拟IP区的效果，将分析一个利用一个特定模型的虚拟IP区分配方案中一个无线信道中的信令成本。这里，根据本发明的一个实施例的虚拟IP区分配的效果将通过利用流体流动模型的方法进行描述，所述流体流动模型用于分析与小区边界穿越有关的问题。

1.利用流体流动模型的移动性模型

图12的框图示出了根据本发明的实施例用于校验一个虚拟IP区分配方案的移动性模型的网络。图12的网络是一个基于HMIPv6的网络，其中一个MAP区中包括多个接入路由器。这里假定图12的接入路由器被安排在一个MAP区中。另外，假定包括该接入路由器的虚拟IP区是正方形的。根据本发明的一个实施例，该接入路由器具有它们自己的区域，两个以上的接入路由器构成一个虚拟IP区。例如，在图12中，假定第1到9个接入路由器AR1至AR9形成一个虚拟IP区。另外假定位于每一接入路由器中的所有MN已经完成了上电注册过程。在流体流动模式下，一个MN的移动方向均匀分布在[0，2π]范围内，以平均速度v移动的MN的密度均匀分布在MAP区中。MN穿越接入路由器的边界即从一个接入路由器移动到另一接入路由器的指示器Ra可由公式(5)来定义。一个MN穿越虚拟IP区的指示器Rg可由公式(6)来定义。

在公式(5)中，ρ表示移动密度(移动/平米)，ν表示移动速度(米/秒)，l表示一个接入路由器的周长(米)。

$\mathrm{Rg}=\frac{\mathrm{\ρvL}}{\mathrm{\π}}---\left(6\right)$

在公式(6)中，L表示一个虚拟IP区的周长，l和L间的关系在公式(7)中设置：

$L=l\sqrt{N}---\left(7\right)$

在公式(7)中，N表示接入路由器的数目。

在图12中，因为接入路由器的数目是49，因此正常状态下在MAP区域中的接入路由器的数目和在虚拟IP区状态下接入路由器的数目间的关系变为公式(8)：

1≤Nn≤49(其中Nn≤49)       (8)

在公式(8)中，Nn表示在正常状态下的接入路由器的数目。

公式(5)到(8)中使用的参数，用于分析结果的默认值将在下面介绍，其中的变量值示于表1。

表1

参数	意义	默认值	可变值
				ν	MN的平均速度	10公里/小时	10公里/小时～100公里/小时
ρ	MN的密度	0.0002MN/m2	-
				l	AR的周长	2公里	-
L	虚拟IP区的周长	6公里	2公里、4公里、6公里、8公里、10公里、12公里、14公里
				Ng	虚拟IP区中的AR数目	9	4、9、16、25、36、49
T(寿命)	更新周期	10分钟＝600秒	-

Mb	绑定更新请求/应答消息	2消息/移动	-
				Mr	更新请求消息	1消息/移动	-

下面将描述一个无线信令成本的公式。HMIPv6中的无线信令成本Cn可由公式(9)来定义：

$\mathrm{Cn}=[Ra*\mathrm{Nn}]*\mathrm{Mb}+[\mathrm{\ρ}{\left(\frac{l}{4}\right)}^{2}Nn*\mathrm{Rr}]*\mathrm{Mr}$

在公式(9)中，第一项定义了由于绑定更新的无线信令成本，第二项公式定义了由于恢复注册更新的无线信令成本。另外，在一个虚拟IP区状态下的无线信令成本Cg可根据公式(10)进行计算：

$\mathrm{Cg}=[\mathrm{Ra}*\mathrm{Nn}]*\mathrm{Mb}+[\mathrm{\ρ}{\left(\frac{l}{4}\right)}^2\mathrm{Nn}*\mathrm{Rr}]*\mathrm{Mr}-[\mathrm{Ra}*\mathrm{Ng}-\mathrm{Rg}]*\mathrm{Mr}$

                          ……(10)

在公式(10)中，第一和第二项定义了HMIPv6的总的成本，第三项定义了同一VIP区内的AR之间的切换期间产生的成本。

下面将参考图13A和13B描述分析无线信令成本和MN的速度之间的关系。图13A和13B的图形示出了对无线信令成本和MN的速度的分析结果。也就是说，在表1的默认值中，只有速度v从10公里/小时变化到100公里/小时，这是为了显示在一个虚拟IP区中MN的速度对无线信令成本的影响。

图13A示出了在传统的HMIPv6系统中当保持正常状态时由MN的速度产生的无线信令消息的关系曲线1310，及当根据本发明的实施例形成一个虚拟IP区时MN的移动性之间的无线信令成本的关系曲线1320。从图13A和13B中可以理解，当根据本发明形成一个虚拟IP区时，随着MN的移动性增加，无线信令消息的量与使用传统技术(HMIPv6)时相比大大减少。

图13B的图形示出了针对根据本发明的实施例的一个虚拟IP区分配方案和传统技术(HMIPv 6)的无线信令减少率。应该注意图13B中如果MN的移动速度增加，则无线信令成本减少到大约60％到65％。这表示MN的移动速度与由于在虚拟IP区中的切换进行的注册无关，而与在传统技术(HMIPv6)中由于接入路由器外部的接入路由器的改变导致的绑定更新消息的量的增加有关。

接下来，将描述由一个虚拟IP区的大小产生的无线信令成本。这里，将针对只有表1中的默认值中的大小改变的情况下的分析结果图形进行描述。在表1中，虚拟IP区的大小范围是从1到49。该分析结果图形示于图14A和14B。

图14A和14B的分析结果图形示出了在传统技术(HMIPv6)和本发明中当只有虚拟IP区的大小改变时无线信令成本的变化。在图14A中，传统技术下无线信令成本由曲线1410表示，在本发明使用一个虚拟IP区的情况下的无线信令成本用曲线1420表示。从图14A中可以理解在本发明的实施例情况下，当虚拟IP区的大小增加时，无线信令成本在切换期间线性增加。然而，在传统技术(HMIPv6)的情况下，无线信令成本指数地增加。

图14B示出了两种变化之间的比率。参考图14B，当虚拟IP区的大小增加时，由于虚拟IP区的分配引起的无线信令减少率指数地增加到80％。在本发明中，虚拟IP区的大小的增加与由于在虚拟IP区中切换产生的绑定更新消息无关。然而，在传统技术(HMIPv6)下，当在接入路由器外面发生切换时，绑定更新消息增加。

最后，将描述在无线信道中关于一个虚拟IP区进展时间(VPT)的信令成本。图15是根据本发明实施例的无线信道中的信令成本关于虚拟IP区进展时间的一个分析结果图。虽然在图13A、13B、14A和14B中使用的单位被描述为消息每秒[消息/秒]，但在图15中使用的单位被描述为消息每VPT(消息/VPT)。该虚拟IP区状态保持几秒钟至几分钟。通过根据表1中的默认值将无线信令成本Ra和Rg乘以一个VPT值确定性能。在图15中，曲线1510代表在传统技术(HMIPv6)情况下成本函数的增加，曲线1520代表在本发明的情况下成本函数的增加。

从图15中可以理解，当虚拟IP区进展时间增加时，由于虚拟IP区中的切换引起的无线信令成本相比于传统技术(HMIPv6)线性大幅度减少。例如，对于VPT＝6小时，用于在一个虚拟IP区状态中切换的绑定更新消息数相比于传统技术(HMIPv6)被减少大约45000。这表示虚拟IP区的分配方案不仅在无线信道而且在有线网络链接中也都能大幅度减少信令成本。

正如从前面的描述中所理解的，接入路由器在一个HMIPv6系统中组成一个虚拟IP区，从而大幅度减少无线信令成本和有线信令成本。

尽管本发明是参照其特定的优选实施例来表示和描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (21)

1.一种在分级移动IPv6(HMIPv6)系统中将大量接入路由器形成一个虚拟IP区的方法，该方法包括如下步骤：

如果位于接入路由器的区域内的移动节点的数目以及正在切换的移动节点的数据超过一个预定门限，则多个接入路由器的每个接入路由器向移动定位点报告一个高过门限状态消息；

如果接收到指示高过门限状态的状态报告消息，则移动定位点向多个接入路由器发送一个虚拟IP区形成命令以将接入路由器组成一组；以及

接收到虚拟IP区形成命令的接入路由器联播一个包括在虚拟IP区形成命令中的相同的虚拟网络前缀以形成组。

2.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

如果从多个形成虚拟IP区的接入路由器在虚拟IP区的IP地址中接收到绑定更新消息，则将接收到的绑定更新消息转发给移动定位点；以及

由移动定位点存储虚拟IP区的IP地址、和发送绑定更新消息的移动节点所属的接入路由器的地址。

3.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

位于虚拟IP区中的多个移动节点利用接收的虚拟IP区的网络前缀将本地转交地址(CoA)更新为虚拟IP区的CoA；

利用虚拟IP区的CoA产生绑定更新消息；以及

通过在移动节点位于的区域中的接入路由器，发送绑定更新消息给移动定位点。

4.如权利要求1所述的方法，其中移动定位点发送虚拟IP区形成命令至多个预定接入路由器。

5.如权利要求1所述的方法，其中移动定位点确定由于超过门限而要形成虚拟IP区的多个接入路由器，并发送虚拟IP区形成命令至将形成虚拟IP区的多个接入路由器。

6.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤，如果处于虚拟IP区状态的移动节点的数目以及正在切换的移动节点的数目低于预定门限，则多个接入路由器生成低于门限状态报告消息，并发送低于门限状态报告消息给移动定位点。

7.如权利要求6所述的方法，还包括如下步骤，一旦接收到低于门限状态报告消息，则发送虚拟IP区释放命令至形成虚拟IP区的多个接入路由器。

8.如权利要求7所述的方法，还包括如下步骤，一旦接收到虚拟IP区释放命令，则联播每个接入路由器的原始网络前缀作为前缀。

9.如权利要求8所述的方法，还包括如下步骤：

位于虚拟IP区的多个移动节点使用接收的每一个接入路由器的原始网络前缀更新本地转交地址(CoA)；

利用更新的本地CoA生成绑定更新消息；以及

通过在移动节点位于的区域中的接入路由器，发送绑定更新消息至移动定位点。

10.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤，如果处于虚拟IP区状态的链路地址是相同的及接收的导频信号高于当前导频信号，则由移动节点将与在其上通过第二层源触发信号接收到导频信号的接入路由器相关的信息发送给当前通信中的接入路由器。

11.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤，由接入路由器对从移动节点接收的第二层源触发信号与包含在第二层源触发信号中的新接入路由器的IP进行匹配，利用匹配信号生成移动性报告信号，并将该移动性报告信号发送给移动定位点。

12.如权利要求11所述的方法，还包括如下步骤，一旦从接入路由器接收到移动节点的移动性报告信号，则更新移动节点的位置信息。

13.如权利要求1所述的方法，其中移动定位点存储移动节点的虚拟IP区的转交地址(CoA)，和移动节点位于的接入路由器的地址。

14.一种在分级移动IPv6(HMIPv6)系统中的移动定位点中将多个接入路由器形成虚拟IP区的方法，该方法包括如下步骤：

如果从在移动定位点下连接的多个接入路由器中的至少一个接收到虚拟IP区请求消息，则发送用于将接入路由器组合在一个虚拟IP区中的虚拟IP区形成命令至接入路由器；以及

如果从形成虚拟IP区的接入路由器接收到虚拟IP区释放请求消息，则发送虚拟IP区释放命令至多个形成虚拟IP区的接入路由器。

15.如权利要求14所述的方法，其中用于将多个接入路由器组合在一个虚拟IP区内的虚拟IP区形成命令被传输给多个预定接入路由器。

16.如权利要求14所述的方法，其中用于将接入路由器组合在一个虚拟IP区内的虚拟IP区形成命令是基于虚拟IP区请求消息动态作出的。

17.如权利要求14所述的方法，其中在虚拟IP区形成命令被从组合成虚拟IP区的多个接入路由器的数据库中提取后，被发送至包括发送该虚拟IP区请求消息的接入路由器的接入路由器。

18.如权利要求14所述的方法，其中虚拟IP区形成命令被发送给多个接入路由器，这些接入路由器与发送虚拟IP区请求消息的接入路由器相邻，并被用于形成虚拟IP区。

19.一种用于在包括移动定位点和在移动定位点下连接的多个接入路由器的分级移动Ipv6(HMIPv6)系统中通过一个接入路由器将多个接入路由器形成一个虚拟IP区的方法，该方法包括如下步骤：

如果位于接入路由器的区域内的移动节点数目以及正在切换的移动节点的数目超过一个预定门限，则向移动定位点报告一个高过门限状态消息；以及

通过从移动定位点接收到虚拟IP区形成命令的接入路由器，联播包括在虚拟IP区形成命令中的虚拟网络前缀给移动节点。

20.如权利要19所述的方法，还包括如下步骤：

如果位于接入路由器的区域中的移动节点的数目和正在切换的移动节点的数目小于预定门限，则在形成虚拟IP区后通过虚拟网络前缀的联播，将虚拟IP区释放请求消息发送至移动定位点；以及

一旦从移动定位点接收到虚拟IP区释放信号，则联播接入路由器的原始网络前缀。

21.如权利要求19所述的方法，还包括如下步骤：

使用包含在从移动节点接收的移动更新信号中的信息，匹配移动节点将要移动至的目标接入路由器；以及

将匹配结果报告给移动定位点。

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