[發(fā)明專利]V2I通信中基于網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航輔助快速三層切換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010253678.2
• 申請(qǐng)日: 2010-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101932059A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧恒惠;陳霽;張盛;秦博;林孝康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): H04W36/18
• 分類號(hào): H04W36/18;H04W36/32;H04W40/20;H04L12/56;H04L29/06
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標(biāo)代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;李保明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明擴(kuò)展了車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的功能，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的快速三層切換方法，屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別是車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)無(wú)線通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)層切換問(wèn)題。

背景技術(shù)

經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，車載自組織網(wǎng)(VANET)受到了全世界的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用也日益得到普及。作為其重要組成部分的車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信，通過(guò)車輛與路邊設(shè)施間的信息交互，可以為公眾提供實(shí)時(shí)交通信息、Internet接入、天氣預(yù)報(bào)等服務(wù)，在提高交通效率、行車舒適度等方面發(fā)揮著重要作用。這些應(yīng)用通常是時(shí)延敏感的，為保證其可靠性，快速的Internet接入必須得到保證。作為VANET的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，車載環(huán)境的無(wú)線接入(WAVE)采用IEEE?802.11p作為其物理層和MAC層的標(biāo)準(zhǔn)，其通信范圍只有300-1000m。車輛的高速移動(dòng)性與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信覆蓋范圍的有限性，必然導(dǎo)致頻繁的越區(qū)行為。尋找一種快速的三層(即網(wǎng)絡(luò)層)切換方式，減少切換延遲，保證Internet的快速接入勢(shì)在必行。

無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)通常是基于IP的網(wǎng)絡(luò)，因此對(duì)其切換的管理一般由移動(dòng)IP完成。目前，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的切換，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)已經(jīng)制定了MIPv4(Mobile?IPv4)、MIPv6(Mobile?IPv6)、PMIPv6(Proxy?Mobile?IPv6)等。針對(duì)快速切換問(wèn)題，主流及新興的標(biāo)準(zhǔn)有FMIPv6(Fast?Mobile?IPv6)、HMIPv6(Hierarchical?Mobile?IPv6)、FHMIPv6(FastHierarchical?Mobile?IPv6)、Proxy-based?FMIPv6等。以下先對(duì)上述協(xié)議的基——MIPv6進(jìn)行介紹，再對(duì)各種快速切換協(xié)議進(jìn)行說(shuō)明。

1、MIPv6

MIPv6用于管理IPv6網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)的運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它支持MN在不同的網(wǎng)絡(luò)間移動(dòng)，并透明地保持當(dāng)前的所有連接及Internet的可達(dá)性。在MIPv6中，MN有兩個(gè)地址：一個(gè)保持不變的家鄉(xiāng)地址(HoA)，用于標(biāo)識(shí)MN；一個(gè)隨接入網(wǎng)絡(luò)變化的轉(zhuǎn)交地址(CoA)，用于定位MN。上述二者之間的關(guān)聯(lián)稱之為綁定。MIPv6的切換過(guò)程如下：

a)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)：MN通過(guò)分析接入路由器(AR)周期性發(fā)送的路由廣播(RA)檢測(cè)自己運(yùn)動(dòng)到新的子網(wǎng)。

b)重復(fù)地址檢測(cè)(DAD)：MN首先通過(guò)執(zhí)行DAD驗(yàn)證其鏈路局域地址在新鏈路上的的唯一性。隨后，采用無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置或有狀態(tài)地址自動(dòng)配置機(jī)制生成新的轉(zhuǎn)交地址(NCoA)。獲得NCoA后，MN再次執(zhí)行DAD驗(yàn)證NCoA在新子網(wǎng)的唯一性。

c)一旦確定了NCoA，MN就向家鄉(xiāng)代理(HA)和對(duì)端通信節(jié)點(diǎn)(CN)發(fā)送綁定更新，告知其新的位置。

MIPv6的切換要求MN向HA和CN發(fā)送綁定更新報(bào)告，當(dāng)MN和HA、CN的物理距離相隔很遠(yuǎn)時(shí)，這將增加與外部網(wǎng)絡(luò)的信令交互，導(dǎo)致較大的延遲和干擾；若MN在網(wǎng)絡(luò)的切換很頻繁，則其向HA和CN發(fā)送綁定更新的數(shù)目將急劇增加，占用大量帶寬，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源。此外，只有在小區(qū)交疊覆蓋的情況下才可能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

2、HMIPv6

為解決MIPv6中MN向HA和CN更新綁定所引發(fā)的問(wèn)題，HMIPv6利用分層思想，將全局網(wǎng)絡(luò)分成若干個(gè)管理域，每個(gè)域通過(guò)移動(dòng)錨點(diǎn)(MAP)接入Internet。MN在一個(gè)管理域內(nèi)同時(shí)擁有兩個(gè)地址：區(qū)域轉(zhuǎn)交地址(RCoA)和鏈路轉(zhuǎn)交地址(LCoA)。RCoA用于向HA、MA告知自身的位置，在同一個(gè)域內(nèi)保持不變；而LCoA隨著MN在域內(nèi)不同AR間的切換而改變，用以標(biāo)識(shí)MN在域內(nèi)的具體位置。當(dāng)MN在同一個(gè)MAP管理域內(nèi)移動(dòng)并接入不同AR改變了LCoA時(shí)，它只需要向MAP注冊(cè)新的地址，而無(wú)需向HA與CN更新地址。當(dāng)MN在MAP管理域間移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)性由MIPv6管理。由于大多數(shù)的移動(dòng)都發(fā)生在某一區(qū)域內(nèi)，因此采用HMIPv6可以減少M(fèi)N向HA、CN發(fā)送的綁定更新報(bào)文，在局部減少了信令負(fù)載、降低了切換延遲。然而HMIPv6的地址配置方法仍然沿用了MIPv6并需要對(duì)地址進(jìn)行DAD，其延遲并不能得到較大改善。

3、FMIPv6

FMIPv6是MIPv6的擴(kuò)展，它利用二層觸發(fā)來(lái)加速三層切換過(guò)程。其關(guān)鍵思想是：在MN仍與當(dāng)前接入路由器(PAR)保持連接時(shí)，檢測(cè)下一跳接入路由器(NAR)并配置NCoA，使得MN在二層(即數(shù)據(jù)鏈路層)切換完成之后就可以直接建立起IP連接，降低了整個(gè)切換的延遲。FMIPv6有兩種操作方式：預(yù)測(cè)式切換及反應(yīng)式切換。