[发明专利]航空通信NEMO网络下多播服务的无缝切换机制

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空NEMO网络下的多播技术无缝切换方案，基于预注册技术有效解决了切换过程中多播服务断开的问题，属于航空无线通信技术领域。

背景技术

国际民航组织ICAO(Internation CivilAviation Organization)已经将IPv6作为未来基于IP的航空通信网络ATN基础协议。在分层ATN网络环境下的通信主要是飞机驾驶员与地面控制中心之间的数据报文交换，并没有过多的涉及到航空旅客通信层面，尤其是多播服务。IETF(Internet EngineeringTaskForce)的NEMO工作组成立于2002年10月，该工作组针对NEMO网络提出了NEMO基本协议，即RFC3963。作为MIPv6(Mobile IPv6)协议的扩展协议，NEMO基本协议可支持网络移动性，而MIPv6只用于单个移动主机的移动性管理。

NEMO基本协议在保证移动网络整体漫游过程中会话连续性的同时，也继承了MIPv6的缺点，即所有的数据报文的交换都必须通过家乡代理HA(Home Agent)，这导致了通信对端之间会话时延的增加，特别是在ATN网络中由于航空通信大区域切换的特点导致HA与本地通信网络的距离很远，当HA不可达时就会引起单点失效(Single PointFailure)问题。除此之外，NEMO基本协议对于节点或者路由器在网络切换方面没有详细概述，航空通信切换过程中，多播数据的传输往往会中断，而由于航空情况下，节点随飞机移动极快，在正常航行时，切换频率很大，导致航空旅客的多播服务无法正常进行，使得其不能直接适用于航空ATN网络，因此NEMO网络下移动节点无缝切换的问题制约着航空旅客通信的发展。

在NEMO基本协议中，每一个移动路由器MR(Mobile Router)都有一个具有身份标识的网络前缀MNP并且在通信过程中不会随接入的外域网而改变，进行数据报文交流的通信节点CN(Correspondent Node)对应有CNP(Correspondent Node Prefix)。当飞机切换到外域网并接入本地的接入路由器AR(Access Router)后，外域网分配给飞机上MR一个转接地址CoA，然后MR与HA进行绑定更新BU(Binding Update)和绑定确认BA(Binding Acknowledge)来注册MR的身份信息和更新其实时位置。

目前，对于NEMO网络中身份认证的方法,目前主要是通过移动多播技术中的远程加入或者双向隧道的方式实现的，但是在航空ATN网络下，这种多播服务实现方式的实施和部署存在问题：1、航空ATN通信环境具有在地理上大区域切换的特点，造成本地域与家乡域网络距离很大，在进行信令交互过程中，报文数据的传输时延会加大，导致切换时延的增加，多播服务中断；2、航空通信过程中，飞机在固定线路上高速行驶，为了保持会话的连续性，切换过程中需要降低丢包率，而传统的切换过程会在PAR和NAR之间建立双向隧道存储切换过程发送的数据报文，由于隧道存储能力有限，会增加数据的丢失及切换开销的增加；3、航空NEMO网络并没有部署有关多播的外地代理服务器，由于航空通信的带宽和节点存储能力有限，所以假如直接把传统多播技术方式应用到ATN网络中，会增加切换过程的开销，导致切换时延的增加。

基于以上问题，本发明提出了一种航空通信NEMO网络下多播服务的无缝切换机制，有效的解决了飞机切换过程中身份认证的安全性问题。

发明内容

鉴于在上述场景下传统多播技术无法直接应用于航空高速环境下多播服务连续性的问题，本发明提出了一种航空通信NEMO网络多播服务的无缝切换机制，根据飞机状态的不同分为预测模式和反应模式：

(1)当飞机提前预测到即将进行切换时，进行预测模式切换，切换步骤如下：

飞机根据飞机的飞行状态及位置预测确定下一个将接入的NMAG。首先，飞机根据空管中心的飞行信息及计划航线，选取航迹带上的预选接入MAG集合；然后结合飞机实时位置及垂直航迹误差，计算飞机进入集合中各MAG的概率，最终确定即将切换至的下一个NMAG。