[发明专利]V2I通信中基于网络的导航辅助快速三层切换方法

说明书

技术领域

本发明扩展了车辆导航系统的功能，提出了一种基于网络侧的快速三层切换方法，属于移动通信领域，特别是车辆与路边基础设施(V2I)无线通信系统中的网络层切换问题。

背景技术

经过近20年的发展，车载自组织网(VANET)受到了全世界的广泛关注，其应用也日益得到普及。作为其重要组成部分的车辆与路边基础设施(V2I)通信，通过车辆与路边设施间的信息交互，可以为公众提供实时交通信息、Internet接入、天气预报等服务，在提高交通效率、行车舒适度等方面发挥着重要作用。这些应用通常是时延敏感的，为保证其可靠性，快速的Internet接入必须得到保证。作为VANET的无线通信标准，车载环境的无线接入(WAVE)采用IEEE 802.11p作为其物理层和MAC层的标准，其通信范围只有300-1000m。车辆的高速移动性与路边基础设施通信覆盖范围的有限性，必然导致频繁的越区行为。寻找一种快速的三层(即网络层)切换方式，减少切换延迟，保证Internet的快速接入势在必行。

无线局域网(WLAN)通常是基于IP的网络，因此对其切换的管理一般由移动IP完成。目前，有关网络层的切换，互联网工程任务组(IETF)已经制定了MIPv4(Mobile IPv4)、MIPv6(Mobile IPv6)、PMIPv6(Proxy Mobile IPv6)等。针对快速切换问题，主流及新兴的标准有FMIPv6(Fast Mobile IPv6)、HMIPv6(Hierarchical Mobile IPv6)、FHMIPv6(FastHierarchical Mobile IPv6)、Proxy-based FMIPv6等。以下先对上述协议的基——MIPv6进行介绍，再对各种快速切换协议进行说明。

1、MIPv6

MIPv6用于管理IPv6网络中移动节点(MN)的运动，网络结构如图1所示。它支持MN在不同的网络间移动，并透明地保持当前的所有连接及Internet的可达性。在MIPv6中，MN有两个地址：一个保持不变的家乡地址(HoA)，用于标识MN；一个随接入网络变化的转交地址(CoA)，用于定位MN。上述二者之间的关联称之为绑定。MIPv6的切换过程如下：

a)运动检测：MN通过分析接入路由器(AR)周期性发送的路由广播(RA)检测自己运动到新的子网。

b)重复地址检测(DAD)：MN首先通过执行DAD验证其链路局域地址在新链路上的的唯一性。随后，采用无状态地址自动配置或有状态地址自动配置机制生成新的转交地址(NCoA)。获得NCoA后，MN再次执行DAD验证NCoA在新子网的唯一性。

c)一旦确定了NCoA，MN就向家乡代理(HA)和对端通信节点(CN)发送绑定更新，告知其新的位置。

MIPv6的切换要求MN向HA和CN发送绑定更新报告，当MN和HA、CN的物理距离相隔很远时，这将增加与外部网络的信令交互，导致较大的延迟和干扰；若MN在网络的切换很频繁，则其向HA和CN发送绑定更新的数目将急剧增加，占用大量带宽，浪费网络资源。此外，只有在小区交叠覆盖的情况下才可能实现无缝连接。

2、HMIPv6

为解决MIPv6中MN向HA和CN更新绑定所引发的问题，HMIPv6利用分层思想，将全局网络分成若干个管理域，每个域通过移动锚点(MAP)接入Internet。MN在一个管理域内同时拥有两个地址：区域转交地址(RCoA)和链路转交地址(LCoA)。RCoA用于向HA、MA告知自身的位置，在同一个域内保持不变；而LCoA随着MN在域内不同AR间的切换而改变，用以标识MN在域内的具体位置。当MN在同一个MAP管理域内移动并接入不同AR改变了LCoA时，它只需要向MAP注册新的地址，而无需向HA与CN更新地址。当MN在MAP管理域间移动时，其移动性由MIPv6管理。由于大多数的移动都发生在某一区域内，因此采用HMIPv6可以减少MN向HA、CN发送的绑定更新报文，在局部减少了信令负载、降低了切换延迟。然而HMIPv6的地址配置方法仍然沿用了MIPv6并需要对地址进行DAD，其延迟并不能得到较大改善。

3、FMIPv6

FMIPv6是MIPv6的扩展，它利用二层触发来加速三层切换过程。其关键思想是：在MN仍与当前接入路由器(PAR)保持连接时，检测下一跳接入路由器(NAR)并配置NCoA，使得MN在二层(即数据链路层)切换完成之后就可以直接建立起IP连接，降低了整个切换的延迟。FMIPv6有两种操作方式：预测式切换及反应式切换。