專利名稱：新型移動(dòng)sip軟切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了--種新型移動(dòng)SIP軟切換方法，屬于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于 下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。
、目前，隨著各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和對(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)需求的日益增長(zhǎng)，通信終端對(duì)移動(dòng)切 換的速率及可靠性要求也日趨提高。顯然，移動(dòng)切換性能的優(yōu)劣直接影響著移動(dòng)多媒體實(shí)時(shí) 應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。因此，研究滿足低延遲、低丟包率等切換要求的無(wú)縫切換技術(shù)已成為當(dāng)今 各種移動(dòng)性管理解決方案的重要部分。
在現(xiàn)有的移動(dòng)性管理方案中，移動(dòng)IP協(xié)議[l， D. B. Johnson, C E. Perkins, and J. Arkko, "Mobility support in IPv6," IEFT RFC 3775, June 2004]禾口 SIP幼、i義[2,丄Rosenberg et al., "SIP: Session Initiation Protocol," IETF RFC 3261,2002.]開(kāi)始了因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 目前，世界各組織對(duì)移動(dòng)IP的研究進(jìn)行得較多[3， K, El Malki and H. Soliman， "Simultaneous Bindings for Mobile IPv6 Fast Handovers," draft-elmalki-mobileip-bicasting-v6-06, July 2005.[4， H. Soliman, C. Castelluccia and K.EI Malki， "Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management (HMIPv6r IEFT RFC 4140, August 20051，但由于商業(yè)運(yùn)營(yíng)等因素，移動(dòng)IP業(yè)務(wù)并沒(méi)有得到大
規(guī)模的應(yīng)用。另一方面，SIP〗t為實(shí)時(shí)多媒體會(huì)話的控制協(xié)議，已得到了現(xiàn)有無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)， 如多媒體子系統(tǒng)(隨)的廣泛采用[5， Shun Ren Yang and Wen Tsuen Chen , "SIP Multicast-Based Mobile Quality-of-Service Support over Heterogeneous IP Multimedia Subsystems," IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol:7, lssue:ll, Nov. 2008, pp: 1297-1310.]。值得注意的是，SIP 作為高層應(yīng)用的協(xié)議，它能夠有效的屏蔽底層接入技術(shù)的異構(gòu)性。因此，在下一代移動(dòng)IP及 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，SIP作為多媒體會(huì)話的控制協(xié)議將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用與研究[6， Salsano.S et.al ,"SIP-based mobility management in next generation networks," IEEE Wireless Communications, Vol:15, Issued April 2008, pp: 92-99.〗[9， H.lzumikawa and R丄illie, "SIP-based Bicasting for Seamless Handover between Heterogeneous Networks," draft-izumikawa-sipping-sipbicast-01, February 2008.。
然而，最初提出的SIP協(xié)議并沒(méi)有考慮終端移動(dòng)性的問(wèn)題。文獻(xiàn)[7， H. Schulzrinne and E. Wedlung, "Application-Layer Mobility Using SIP," Mobile Comp. and Commun. Rev., Vol:4, Issue:3, July 2000.]首先提出了 SIP協(xié)議對(duì)終端移動(dòng)性的支持，但存在時(shí)延過(guò)大、丟包過(guò)多等問(wèn)題。為 了減小移動(dòng)主機(jī)(MH)移動(dòng)時(shí)的切換時(shí)延，文獻(xiàn)[8' Vali, D, et al, "A SIP-based method for intra-domain handoffs,〃 Vehicular Technology Conference(VTC), 2003, Vol: 3, Oct. 2003, pp: 2068-2072 .]中提出了分層注冊(cè)機(jī)制，它通過(guò)引入分層實(shí)體將注冊(cè)消息限制在一定的區(qū)域內(nèi)。這不 僅減小了主機(jī)發(fā)生切換時(shí)通信對(duì)端信令交互的時(shí)間，也避免了周期性的注冊(cè)消息向區(qū)域外的 網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散。但是，該方案的切換過(guò)程會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的丟包問(wèn)題，不能滿足未來(lái)通信中無(wú)縫切 換的要求。文獻(xiàn)[9， H.lzumikawa and R丄illie, "SIP-based Bicasting for Seamless Handover between Heterogeneous Networks," draft-izumikawa-sipping-sipbicast-01, February 2008.提出了用雙播數(shù) 據(jù)的方法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。當(dāng)MH移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)邊界時(shí)，通信對(duì)端收到預(yù)先的通話請(qǐng)求，同時(shí)向 新、一舊接入路由器發(fā)送數(shù)據(jù)，以此解決切換過(guò)程存在的高丟包率問(wèn)題。值得注意的是，該方 案采用的是擴(kuò)展SIP下的會(huì)話描述協(xié)議SDP[2， J. Rosenberg et al,, "SIP: Session Initiation Protocol," IETF RFC 3261,2002.]實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙播傳輸。而在現(xiàn)有的SIP協(xié)議框架下，SIP對(duì)會(huì)話 的發(fā)起、修改等對(duì)會(huì)話起控制作用的功能更多的是由定義的SIP消息體及其擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的[10， R. Mahy and D. Petrie, "The Session lnititation Protocol (SIP) 'Join' Header," IETF RFC 3911, October 2004.]。

發(fā)明內(nèi)容
3SIP是由IETF提出的一種基于文本的應(yīng)用層信令控制協(xié)議，其功能主要是控制會(huì)話的建 立、修改和終止。SIP利用消息請(qǐng)求/響應(yīng)機(jī)制，通過(guò)協(xié)議自身定義的基本方法及多種擴(kuò)展方 法實(shí)現(xiàn)對(duì)會(huì)話的控制。在S1P中，為了給用戶提供方便的移動(dòng)性，移動(dòng)主機(jī)MH在網(wǎng)絡(luò)中的 唯一地址記錄(AOR)是由統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)(SIP Um)決定的。MH移動(dòng)到外地區(qū)域后，將獲取 在此區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)交地址(COA)。 MH將自己的AOR和獲取的COA進(jìn)行地址綁定并向家鄉(xiāng)位置 寄存器注冊(cè)，以此實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)主機(jī)的發(fā)現(xiàn)機(jī)制，使終端的移動(dòng)性成為可能。SIP中一個(gè)重要的 方法是通過(guò)Itwite消息實(shí)現(xiàn)會(huì)話的控制功能。 一個(gè)Invite消息是由定義的消息頭及其擴(kuò)展頭部 組成的，SIP中通用的消息頭部有From, TO, Contact等。本發(fā)明提出的Bicast消息頭是擴(kuò) 展的消息頭部，主要用于會(huì)話切換時(shí)的雙播控制。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種新型移動(dòng)SIP軟切換方法，在現(xiàn)有的SIP協(xié)議中將定義一個(gè)新的雙播消息頭Bicast， 其格式為Bicast: add/del ;ip address,該雙播消息頭中的add為添加地址選項(xiàng)或del為刪 除地址選項(xiàng)來(lái)維護(hù)自己的轉(zhuǎn)發(fā)綁定列表，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；該雙播消息頭用在SIP協(xié) 議的會(huì)話請(qǐng)求Invite消息中，用來(lái)通知通信對(duì)端CN將要添加新的地址或者刪除過(guò)期的轉(zhuǎn)交地 址。該雙播消息頭用于切換過(guò)程中。
另外，引入分層實(shí)體一一邊界代理服務(wù)器(BPS)。分層實(shí)體首先是一個(gè)SIP代理服務(wù)器。 由于SIP協(xié)議中信令和數(shù)據(jù)流是分開(kāi)傳輸?shù)?，為使SIP信令和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)集成在一個(gè)實(shí)體上， SIP代理服務(wù)器還需要整合路由器的功能，并部署在網(wǎng)絡(luò)的邊界。邊界代理服務(wù)器由邊界路由 器、SIP位置寄存器(HR)、 SIP B2BUA等功能實(shí)體組成。其中SIP B2BUA為SIP端到端用戶代 理服務(wù)器，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)SIP代理服務(wù)器，它可以修改SIP會(huì)話的內(nèi)容，如Contact消息頭 中的內(nèi)容等。SIP位置寄存器用來(lái)保存域內(nèi)主機(jī)的位置更新信息。
至此， 一個(gè)移動(dòng)主機(jī)在會(huì)話過(guò)程中發(fā)生切換的具體步驟如下
步驟1、移動(dòng)主機(jī)MH想與通信對(duì)端CN建立起會(huì)話，便向CN發(fā)送通信請(qǐng)求消息lnvite。 該Invite消息中包含了將來(lái)CN要聯(lián)系的地址，即MH在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)交地址，添加到通用 消息頭Contact中。
步驟2、由于BPS部署在了網(wǎng)絡(luò)的邊界，該Invite消息在傳輸?shù)紺N過(guò)程中會(huì)被BPS截取， 此時(shí)BPS修改Invite消息中的Contact頭，將該頭中的地址改為BPS自身的地址。這樣，將來(lái) 與CN要聯(lián)系將不再是MH，而變成了 BPS的地址。從CN的角度來(lái)看，與之通信的地址始終 是BPS。分層實(shí)體的引入很好的屏蔽了 MH在同一個(gè)BPS管理域內(nèi)的移動(dòng)。
步驟3、 CN在收到Invite通信請(qǐng)求消息后，回送一個(gè)會(huì)話成功消息給聯(lián)系地址BPS,并 建立起CN到BPS的數(shù)據(jù)傳播。
步驟4、 BPS將此會(huì)話成功消息繼續(xù)發(fā)送到MH，建立起B(yǎng)PS到MH的數(shù)據(jù)傳播。
步驟5、會(huì)話過(guò)程建立完成后，如果會(huì)話過(guò)程中MH沒(méi)有移動(dòng)到新的子網(wǎng)，則保持通信 直到會(huì)話結(jié)束；如果此時(shí)MH移動(dòng)到新的子網(wǎng)，將發(fā)生MH的切換管理。
步驟6、 MH在移動(dòng)到新的子網(wǎng)過(guò)程中，將收到帶有新子網(wǎng)分配給MH的轉(zhuǎn)交地址以及新 子網(wǎng)的BPS地址。此時(shí)，MH將比較新接收的BPS地址與原來(lái)自己聯(lián)系的BPS地址是否相同。 若不同，則判斷MH發(fā)生了域間的切換，域間切換的措施就是一個(gè)會(huì)話重新建立的過(guò)程，同 步驟1一4;若相同，則判斷MH發(fā)生了域內(nèi)切換，過(guò)程見(jiàn)下。
步驟7、由于MH發(fā)生了域內(nèi)切換，為了實(shí)現(xiàn)域內(nèi)的軟切換，MH向BPS發(fā)送Invite通信 請(qǐng)求消息時(shí)，將本發(fā)明提出的Bicast消息頭添加到Invite消息中。該Bicast消息頭中包含了 MH新得到的轉(zhuǎn)交地址。
步驟8、 BPS收到帶有Bicast消息頭的通信請(qǐng)求消息后，便提取出Bicast消息頭中的新轉(zhuǎn) 交地址，和與之聯(lián)系的Contact消息頭中的舊有轉(zhuǎn)交地址。此時(shí)，BPS將同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到新舊 接入路由器，完成BPS到MH的雙播數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了軟切換。
步驟9、在MH完成切換后，將通過(guò)新的轉(zhuǎn)交地址發(fā)送請(qǐng)求消息到BPS,要求拆除舊有的 通信鏈路。最終完成會(huì)話全過(guò)程。
4本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)SIP消息頭的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)SIP的軟切換機(jī)制，從而大大 減少了切換時(shí)延和切換丟包率。在此基礎(chǔ)上引入的分層結(jié)構(gòu)，也將使得MH在域內(nèi)進(jìn)行切換 時(shí)帶來(lái)的性能上的大幅度提升。


圖1為本發(fā)明提出的SIP代理服務(wù)器分層實(shí)體； 圖2為本發(fā)明的綜合應(yīng)用場(chǎng)景示意圖3為本發(fā)明提出的HBSIP作為整體網(wǎng)絡(luò)框架處理切換的流程圖； 圖4為本發(fā)明提出的HBSIP進(jìn)行域內(nèi)切換的信令交互圖； 圖5為用于網(wǎng)絡(luò)分析的場(chǎng)景拓?fù)鋱D； 圖6為協(xié)議信令消耗比較圖； 圖7為HBSIP整體框架信令消耗比較圖； 圖8為協(xié)議數(shù)據(jù)消耗比較圖； 圖9為協(xié)議丟包數(shù)比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的解釋。
圖l給出了 SIP代理服務(wù)器的功能實(shí)體。SIP的分層實(shí)體首先是一個(gè)SIP代理服務(wù)器。由 于SIP協(xié)議中信令和數(shù)據(jù)流是分開(kāi)傳輸?shù)?，為使SIP信令和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)集成在一個(gè)實(shí)體上， SIP代理服務(wù)器還需要整合路由器的功能，并部署在網(wǎng)絡(luò)的邊界。分層實(shí)體的邏輯功能塊如圖 3。邊界代理服務(wù)器由邊界路由器、SIP位置寄存器(HR)、 SIP B2BUA等功能實(shí)體組成。其中 SIP B2BUA為SIP端到端用戶代理服務(wù)器，其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)SIP代理服務(wù)器，它可以修改SIP 會(huì)話的內(nèi)容。SIP位置寄存器用來(lái)保存域內(nèi)主機(jī)的位置更新信息。
圖2給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的會(huì)話場(chǎng)景。場(chǎng)景中給出了兩個(gè)不同的BPS管理域，根據(jù)管理域的 相同與否，MH移動(dòng)帶來(lái)的切換可分為域內(nèi)切換和域間切換。首先看域內(nèi)切換，當(dāng)MH在邊 界代理服務(wù)器BPS1管理的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，MH從AR1的子網(wǎng)移動(dòng)到AR2的子網(wǎng)邊界，在網(wǎng)絡(luò) 決定切換的情況下網(wǎng)絡(luò)會(huì)觸發(fā)AR1發(fā)送代理路由通告消息給MH，該消息中包含了將要移動(dòng) 到的AR2子網(wǎng)的地址選項(xiàng)，同時(shí)也包含了 BPS1的地址選項(xiàng)。MH收到此消息后，向BPS1發(fā) 送帶有Bicast消息頭的會(huì)話請(qǐng)求消息，由此BPS1建立起了到AR1、 AR2的雙播數(shù)據(jù)傳輸。
當(dāng)MH從AR2移動(dòng)到AR3時(shí)，由于AR2和AR3處于不同的BPS管理區(qū)域，所以MH發(fā)生 了區(qū)域間的切換。此時(shí)MH在切換過(guò)程中需要向CN發(fā)送會(huì)話請(qǐng)求，域間切換過(guò)程實(shí)質(zhì)上與 會(huì)話建立過(guò)程是一樣的。
圖3給出了 HBSIP作為整體網(wǎng)絡(luò)框架處理切換的過(guò)程。
1、 移動(dòng)主機(jī)MH想與通信對(duì)端CN建立起會(huì)話，便向CN發(fā)送通信請(qǐng)求消息lnvite。該 Invite消息中包含了將來(lái)CN要聯(lián)系的地址，即MH在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)交地址，添加到通用消 息頭Contact中。
2、 由于BPS部署在了網(wǎng)絡(luò)的邊界，該Invite消息在傳輸?shù)紺N過(guò)程中會(huì)被BPS截取，此 時(shí)BPS修改Invite消息中的Contact頭，將該頭中的地址改為BPS自身的地址。這樣，將來(lái)與 CN要聯(lián)系將不再是MH，而變成了 BPS的地址。
3、 CN在收到Invite通信請(qǐng)求消息后，回送一個(gè)會(huì)話成功消息給聯(lián)系地址BPS,并建立起 CN到BPS的數(shù)據(jù)傳播。
4、 BPS將此會(huì)話成功消息繼續(xù)發(fā)送到MH，建立起B(yǎng)PS到MH的數(shù)據(jù)傳播。
5、 會(huì)話過(guò)程建立完成后，如果會(huì)話過(guò)程中MH沒(méi)有移動(dòng)到新的子網(wǎng)，則保持通信直到會(huì) 話結(jié)束；如果此時(shí)MH移動(dòng)到新的子網(wǎng)，將發(fā)生MH的切換管理。
6、 MH在移動(dòng)到新的子網(wǎng)過(guò)程中，將收到帶有新子網(wǎng)分配給MH的轉(zhuǎn)交地址以及新子網(wǎng) 的BPS地址。此時(shí)，MH將比較新接收的BPS地址與原來(lái)自己聯(lián)系的BPS地址是否相同。若 不同，則判斷MH發(fā)生了域間的切換，域間切換的措施就是一個(gè)會(huì)話重新建立的過(guò)程，同步 驟1一4;若相同，貝U判斷MH發(fā)生了域內(nèi)切換，過(guò)程見(jiàn)下。
57、 由于MH發(fā)生了域內(nèi)切換，為了實(shí)現(xiàn)域內(nèi)的軟切換，MH向BPS發(fā)送Invite通信請(qǐng)求 消息時(shí)，將本發(fā)明提出的Bicast消息頭添加到Invite消息中。該Bicast消息頭中包含了 MH新 得到的轉(zhuǎn)交地址。
8、 BPS收到帶有Bicast消息頭的通信請(qǐng)求消息后，便提取出Bicast消息頭中的新轉(zhuǎn)交地 址，和與之聯(lián)系的Contact消息頭中的舊有轉(zhuǎn)交地址。此時(shí)，BPS將同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到新舊接入 路由器，完成BPS到MH的雙播數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了軟切換。
9、 在MH完成切換后，將通過(guò)新的轉(zhuǎn)交地址發(fā)送請(qǐng)求消息到BPS，要求拆除舊有的通信 鏈路。最終完成會(huì)話全過(guò)程。
圖4描述了 HBSIP處理域內(nèi)切換時(shí)的信令交互圖。
1、 會(huì)話建立過(guò)程。接入路由器會(huì)分配給MH使用的轉(zhuǎn)交地址C0A1， MH將COAl添加到 SIP協(xié)議的消息頭Contact中，用于將來(lái)CM要聯(lián)系的地址。MH要通過(guò)BPS向通信對(duì)端CM發(fā) 出通信請(qǐng)求。BPS由于集成了 SIP B2BUA的功能，它可以修改SIP請(qǐng)求消息中的Contact消息 頭的內(nèi)容。當(dāng)BPS收到MH發(fā)往CN的請(qǐng)求消息后，修改此消息中的Contact內(nèi)容，將與CM 聯(lián)系的地址改為BPS自己的IP地址。當(dāng)CN收到此Invite消息后，通過(guò)BPS中綁定消息向MH 發(fā)送數(shù)據(jù)，完成會(huì)話的建立。
2、 會(huì)話切換過(guò)程。當(dāng)發(fā)生越界切換時(shí)，MH利用預(yù)測(cè)機(jī)制得到新接入路由器(MAR)分 配給的COA2，并添加到雙播消息頭Bicast中，并發(fā)出通信請(qǐng)求消息。此消息仍然通過(guò)舊接入 路由器(PAR)用來(lái)聯(lián)系BPS。 BPS收到該請(qǐng)求消息后，將雙播消息頭Bicast中的地址COA2 取出并綁定到MH的AOR。此時(shí)AOR同時(shí)綁定了 COA1和COA2兩個(gè)轉(zhuǎn)交地址，因此BPS將 雙播數(shù)據(jù)到PAR和NAR。當(dāng)完成鏈路層切換后，MH將拆除先前通過(guò)PAR建立起來(lái)的鏈路。 MN將雙播消息頭Bicast中的參數(shù)設(shè)為del,并將舊有轉(zhuǎn)交地址COA1添加到參數(shù)del中，然后 向BPS發(fā)送消息通知其停止再發(fā)送數(shù)據(jù)到PAR。 BPS收到該消息后刪除COA1與AOR的綁定， 拆除了舊有轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。至此，切換過(guò)程完成。
3、 位置更新過(guò)程。當(dāng)MH與BPS會(huì)話建立起來(lái)后，MH向位置寄存器注冊(cè)自己現(xiàn)在的轉(zhuǎn) 交地址COA2，完成位置更新。
圖5給出了用于協(xié)議分析的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景圖。當(dāng)所比較的協(xié)議中不涉及分層結(jié)構(gòu)時(shí)，BPS可 以看作是簡(jiǎn)單的邊界路由器。每一個(gè)BPS管理的區(qū)域內(nèi)，設(shè)有4個(gè)子網(wǎng)，圖中為表示方便僅
列出了2個(gè)。網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體之間的距離(跳數(shù))a = l, 6 = 5， c = d = / = g = 10。網(wǎng)絡(luò)中涉
及的其他闡述見(jiàn)表l。在無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量QoS可以定義為通信負(fù)載、切換 時(shí)延和丟包率等。這些參數(shù)對(duì)分析移動(dòng)性管理協(xié)議非常有用，本發(fā)明利用了[ll, QiWangand Mosa Ali, "Mobility management architectures based on joint mobile IP and SIP protocols," IEEE Wireless Commun, Vol: 13, Issue: 6, Dec. 2006, pp: 68-76,[12， Makaya. C and Pierre. S, "An Analytical Framework for Performance Evaluation of IPv6-Based mobility Management Protocols," IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol:7, Issue:3, March 2008, pp:. 972-983.]提出的協(xié)議分析框架來(lái)評(píng)價(jià)提出的BSIP和HBSIP協(xié)議。
表1網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景參數(shù)
參數(shù)符號(hào)典型值參數(shù)符號(hào)典型值
有線鏈路帶寬無(wú)線鏈路帶寬
有線鏈路時(shí)延《2附無(wú)線鏈路時(shí)延
數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度12006,SIP信令包長(zhǎng)度丄一
6包到達(dá)率、實(shí)體之間的距離H1~10 (跳數(shù))
DAD時(shí)延600附二層時(shí)延
路由發(fā)現(xiàn)時(shí)延'wo域內(nèi)子網(wǎng)個(gè)數(shù)M4
協(xié)議分析包括以下幾個(gè)方面 1.信令傳輸消耗C,
移動(dòng)SIP會(huì)話過(guò)程中信令的交互主要用于會(huì)話建立(SS)、會(huì)話切換(ZfCO以及注冊(cè)位
置信息(zt/)等功能(與下面的功能不一致？)。它們各自產(chǎn)生的消耗可分別記為c^、 cw、
Cw。定義通過(guò)第/條消息完成會(huì)話功能F (包括SS， ZfO和Zf/)所產(chǎn)生的消耗C;為
c;"'《 (i)
其中，下標(biāo)F表示要完成的會(huì)話功能(包括SS1， i/(9和Zf/)，上標(biāo)/表示完成功能F所需要 交互的第/條消息，丄'為該消息的長(zhǎng)度，//二e為消息/在節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間傳遞的跳數(shù)。則
單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)MH移動(dòng)帶來(lái)的移動(dòng)性管理消耗&可表示為[11, Qi Wang and Mosa Ali ,
"Mobility management architectures based on joint mobile IP and SIP protocols," IEEE Wireless Commun, Vol: 13, Issue: 6, Dec. 2006, pp: 68-76.]，
Cs",xZC(、'+尸""x弋xI]C^+[("0屯+義']x;ECL， (2)
式中，參數(shù)及其典型值見(jiàn)表i。其中Zc^， Zc^和;c^是完成各自功能產(chǎn)生的信令消 耗和。總的消耗Cs為完成會(huì)話建立J]c4 、會(huì)話切換J]c^、位置注冊(cè)ZcL功能產(chǎn)生的信
'' / /
令消耗的加權(quán)和。參照協(xié)議信令流程圖4，可以分別得到SIP、 BSIP、 HBSIP產(chǎn)生的信令消耗，
記為c《一訓(xùn)、c^—BS/i> 、 c^—。
如果將HBSIP作為一種整體框架來(lái)處理切換，設(shè)&為平均跨域切換率，表示單位時(shí)間內(nèi) 平均跨域切換的次數(shù)。而^=;1 ,/7^ [12，M為一個(gè)域內(nèi)的子網(wǎng)個(gè)數(shù)，則在^次切換中， 用來(lái)進(jìn)行域內(nèi)切換的為次數(shù)為(^-&)次。另一方面，用HBSIP作為域間切換與BSIP進(jìn)行切 換是等價(jià)的，HBSIP和BSIP的信令消耗分別為C^^w、 G-^p，于是可以得到HBSIP作為整 體框架處理切換的信令消耗《，
另外在分析信令消耗時(shí)，4/入,通常作為比較增量，稱為呼入移動(dòng)比CMR。
7表2信令消耗參數(shù)及典型值
參數(shù)參數(shù)含義典型值
用戶平均跨子網(wǎng)移動(dòng)率，即單位時(shí)間內(nèi)用戶發(fā)生子網(wǎng)切換 的平均次數(shù)。4
義，平均會(huì)話到達(dá)率，即單位時(shí)間內(nèi)會(huì)話發(fā)生的次數(shù)。2
平均會(huì)話保持時(shí)間(小時(shí))。0.05
MH發(fā)生子網(wǎng)切換時(shí)正在通話的概率。
單位時(shí)間內(nèi)平均注冊(cè)更新率。2
2. 數(shù)據(jù)包傳輸消耗C^
由于雙播機(jī)制會(huì)帶來(lái)額外的數(shù)據(jù)傳輸，將額外的傳輸數(shù)據(jù)消耗記為C^。雙播數(shù)據(jù)過(guò)程
中的數(shù)據(jù)消耗C^為
CTO = A"/lpx/^-8xiPtt ， (4) 其中，A,為雙播數(shù)據(jù)的時(shí)間，它指的是從切換開(kāi)始到切換完成之間的一段時(shí)間，雙播時(shí) 間的變化受子網(wǎng)間交迭范圍大小和MH移動(dòng)速率快慢的影響。、為數(shù)據(jù)包的到達(dá)率，表示單
位時(shí)間內(nèi)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包數(shù)目。由于SIP協(xié)議中并沒(méi)有采用雙播機(jī)制，可以認(rèn)為SIP協(xié) 議中的數(shù)據(jù)包傳輸消耗為O。 BSIP、 HBSIP的數(shù)據(jù)包消耗可以根據(jù)式(4)得到。
3. 時(shí)延分析
考慮sip切換過(guò)程中影響時(shí)延的幾個(gè)主要過(guò)程包括鏈路切換時(shí)延(ri2)、移動(dòng)檢測(cè)時(shí)延 (7")、地址分配及檢測(cè)時(shí)延(7^。)、移動(dòng)切換信令交互時(shí)延(r一。,)。所以，總的切換時(shí)
延為
其中，
;。,' (6 )
式中涉及到的參數(shù)見(jiàn)表i。
4. 包丟失分析
數(shù)據(jù)包丟失(《。
)指的是由于切換時(shí)延或服務(wù)中斷不能正常接收數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失， 也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)包丟失正比于切換時(shí)延。它可以定義為
8尸/咖-A?？紉V (7)
式中"/>。^#為切換時(shí)延，^為數(shù)據(jù)包的到達(dá)率。
圖6 — 9就是利用上述分析模型進(jìn)行分析得到的結(jié)果。
圖6給出了協(xié)議的信令消耗隨CMR增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。圖中假設(shè)了A是固定不變的，根據(jù)
CMR的定義，該結(jié)果表示的實(shí)際是信令消耗隨單位時(shí)間內(nèi)MH切換次數(shù)的減少而減少的趨勢(shì)。 BSIP由于采用了雙播機(jī)制，在切換過(guò)程中的信令交互較SIP中要復(fù)雜，而在會(huì)話切換和位置 更新的信令消耗是兩者相同的，所以表現(xiàn)出了 BSIP比SIP的信令消耗要略大。而HBSIP采用 了層次管理化管理模型，它將切換消息和位置更新消息都限制在了域內(nèi)，避免了協(xié)議交互在 長(zhǎng)路徑上的消耗，表現(xiàn)出了最小的信令消耗。
圖7反映了 HBSIP作為一種整體框架用來(lái)處理切換帶來(lái)的信令消耗，其中HBSIPl為整體 框架，HBSIP2僅作為處理域內(nèi)切換。HBSIP1產(chǎn)生的消耗一部分是域內(nèi)切換HBSIP2產(chǎn)生的消 耗， 一部分是域間切換BSIP產(chǎn)生的消耗。圖中表現(xiàn)出的整體切換HBSIPl曲線可以看作是 HBSIP2和BSIP 二者曲線的折衷。
圖8表示了雙播數(shù)據(jù)消耗隨時(shí)間增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。由于HBSIP引入了分層結(jié)構(gòu)，僅在BPS 和MH之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙播傳輸，所以其數(shù)據(jù)消耗要小于BSIP中CN與MH之間的數(shù)據(jù)消耗。 綜上，改進(jìn)的HBSIP協(xié)議無(wú)論在協(xié)議消耗還是在數(shù)據(jù)包消耗上都要優(yōu)于BSIP。
圖9表示了丟包數(shù)隨包到達(dá)率A增大的變化趨勢(shì)。由于SIP協(xié)議中切換的過(guò)大時(shí)延導(dǎo)致
了過(guò)多的包丟失率。而B(niǎo)SIP和HBSIP切換時(shí)延較小，其丟包率保持在一個(gè)較低的水平上，能 夠滿足無(wú)縫切換的要求。
9
權(quán)利要求
1.一種新型移動(dòng)SIP軟切換方法，其特征是，它的步驟為步驟1、移動(dòng)主機(jī)MH向通信對(duì)端CN發(fā)送通信請(qǐng)求消息Invite，該Invite消息中包含了將來(lái)CN要聯(lián)系的地址，即MH在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)交地址，添加到通用消息頭Contact中；步驟2、在網(wǎng)絡(luò)邊界部署分層實(shí)體的代理服務(wù)器BPS，Invite消息在傳輸?shù)紺N途中被BPS截取，此時(shí)BPS修改Invite消息中的Contact頭，將該頭中的地址改為BPS自身的地址；這樣，將來(lái)與CN要聯(lián)系將不再是MH，而變成了BPS的地址；步驟3、CN在收到Invite通信請(qǐng)求消息后，回送一個(gè)會(huì)話成功消息給聯(lián)系地址BPS，并建立起CN到BPS的數(shù)據(jù)傳播；步驟4、BPS將此會(huì)話成功消息繼續(xù)發(fā)送到MH，建立起B(yǎng)PS到MH的數(shù)據(jù)傳播；步驟5、會(huì)話過(guò)程建立完成后，如果會(huì)話過(guò)程中MH沒(méi)有移動(dòng)到新的子網(wǎng)，則保持通信直到會(huì)話結(jié)束；如果此時(shí)MH移動(dòng)到新的子網(wǎng)，將轉(zhuǎn)入步驟6發(fā)生MH的切換管理；步驟6、MH在移動(dòng)到新的子網(wǎng)過(guò)程中，將收到帶有新子網(wǎng)分配給MH的轉(zhuǎn)交地址以及新子網(wǎng)的BPS地址；此時(shí)，MH將比較新接收的BPS地址與原來(lái)自己聯(lián)系的BPS地址是否相同；若不同，則判斷MH發(fā)生了域間的切換，則返回步驟1，重新建立會(huì)話過(guò)程；若相同，則判斷MH發(fā)生了域內(nèi)切換，轉(zhuǎn)入步驟7；步驟7、由于MH發(fā)生了域內(nèi)切換，為了實(shí)現(xiàn)域內(nèi)的軟切換，MH向BPS發(fā)送Invite通信請(qǐng)求消息時(shí)，將雙播消息頭Bicast消息頭添加到Invite消息中，該雙播消息頭Bicast消息頭中包含了MH新得到的轉(zhuǎn)交地址；步驟8、BPS收到帶有Bicast消息頭的通信請(qǐng)求消息后，便提取出Bicast消息頭中的新轉(zhuǎn)交地址，和與之聯(lián)系的Contact消息頭中的舊有轉(zhuǎn)交地址；此時(shí)，BPS將同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到新舊接入路由器，完成BPS到MH的雙播數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了軟切換；步驟9、在MH完成切換后，將通過(guò)新的轉(zhuǎn)交地址發(fā)送請(qǐng)求消息到BPS，要求拆除舊有的通信鏈路，最終完成會(huì)話全過(guò)程。
2. 如權(quán)利要求1所述的新型移動(dòng)SIP軟切換方法，其特征是，所述步驟7中的雙播消息頭 Bicast為在現(xiàn)有的SIP協(xié)議中將其Require消息頭定義為雙播消息頭Bicast，其格式為Bicast: add / del; ip address,該雙播消息頭中的add為添加地址選項(xiàng)或del為刪除地址選項(xiàng)來(lái)維護(hù)自 己的轉(zhuǎn)發(fā)綁定列表，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；該雙播消息頭用在SIP協(xié)議的會(huì)話請(qǐng)求Invite消 息中，用來(lái)通知通信對(duì)端CN將要添加新的地址或者刪除過(guò)期的轉(zhuǎn)交地址。
3. 如權(quán)利要求1所述的新型移動(dòng)SIP軟切換方法，其特征是，所述域內(nèi)切換是指在同一個(gè) BPS內(nèi)，MH發(fā)生子網(wǎng)切換屬于域內(nèi)切換；所述域外切換是指MH發(fā)生切換時(shí)更換了自己的代理服務(wù)器，那么判定MH發(fā)生了域 間的切換；當(dāng)MH在域內(nèi)進(jìn)行切換時(shí)，對(duì)通信對(duì)端來(lái)說(shuō)，通信對(duì)端察覺(jué)不到；因?yàn)榕c通信對(duì)端進(jìn)行 聯(lián)系的是MH的代理服務(wù)器BPS,只要MH在此域內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，BPS即可屏蔽其移動(dòng)性。
4. 如權(quán)利要求1所述的新型移動(dòng)SIP軟切換方法，其特征是，所述代理服務(wù)器BPS為SIP 分層實(shí)體的邊界代理服務(wù)器，它包括邊界路由器、SIP位置寄存器HR、 SIP B2BUA，其中SIP B2BUA為SIP端到端用戶代理服務(wù)器，也就是一個(gè)SIP代理服務(wù)器，它能修改SIP會(huì)話的內(nèi)容； SIP位置寄存器HR用來(lái)保存域內(nèi)主機(jī)的位置更新信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型移動(dòng)SIP軟切換方法。它定義了SIP協(xié)議中的一個(gè)新的消息頭Bicast，大大減少了主機(jī)移動(dòng)切換時(shí)間和丟包率，并在此基礎(chǔ)上引入了層次化實(shí)體——邊界代理服務(wù)器(Boundary Proxy Server)對(duì)協(xié)議進(jìn)行了層次化的性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了HBSIP(HierarchicalBicasting based Session Initial Protocol)。協(xié)議分析表明，該發(fā)明提出的HBSIP適合應(yīng)用于下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)時(shí)多媒體通信。
文檔編號(hào)H04W36/18GK101588615SQ20091001710
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者強(qiáng) 康, 曹葉文 申請(qǐng)人:山東大學(xué)