基于WiMAX網(wǎng)絡(luò )的入網(wǎng)技術(shù)研究

標簽：WiMAX MS

摘要 WiMAX是一種基于標準的技術(shù)，具有標準化、技術(shù)成熟、傳輸速度快、覆蓋范圍廣、良好的抗雨衰性能、擴容性強，組網(wǎng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，已成為當前運營(yíng)商寬帶城域網(wǎng)建設“最后一公里”理想的無(wú)線(xiàn)接入手段。文章給出了WiMAX網(wǎng)絡(luò )詳細的入網(wǎng)過(guò)程，包括網(wǎng)絡(luò )發(fā)現與選擇、鑒權注冊、業(yè)務(wù)流和數據通道的建立，并給出了WiMAX網(wǎng)絡(luò )的自舉過(guò)程及每個(gè)過(guò)程中詳細的通信流程圖。

1、概述

WiMAX網(wǎng)絡(luò )中的MS入網(wǎng)過(guò)程，包含網(wǎng)絡(luò )發(fā)現與選擇、鑒權認證、業(yè)務(wù)流(ISF)和數據通道(DP)的建立和MS自舉，如圖1所示。

圖1 MS入網(wǎng)過(guò)程

MS開(kāi)機后首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇過(guò)程，它是在第一次使用網(wǎng)絡(luò )、初始網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入、網(wǎng)絡(luò )重進(jìn)入、或當MS穿越NAP覆蓋區域的時(shí)候執行。此過(guò)程包括選擇網(wǎng)絡(luò )，獲取DL、UL信道參數和MAC同步，基本能力協(xié)商等。MS的EAP過(guò)程完成MS的授權、認證(身份和設備認證)和計費。通過(guò)802.16e注冊過(guò)程[1]，MS被允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )。ISF和DP建立，MS和ASN使用ISF傳送控制業(yè)務(wù)，如IP配置管理和IPclient應用信令(DHCP信令、 RA、NIP和SIP等)。MS需要通過(guò)自舉過(guò)程獲得家鄉代理(HA)地址、家鄉地址(HoA)和建立與HA之間的安全聯(lián)盟(SA)。

2、網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇及EAP認證和802.16e注冊

MS開(kāi)機后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇過(guò)程，執行EAP認證并進(jìn)行802.16e注冊。其詳細流程圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇以及EAP認證和802.16e注冊

2.1 網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇[2]

圖2中的1、2步驟為注冊啟動(dòng)，MS選擇網(wǎng)絡(luò )，獲取下行鏈路信道、MAC同步和獲取上行鏈路信道參數。MS通過(guò)RNG-REQ/RNG-RSP消息交換完成測距(Ranging)流程。3、6步驟為MS發(fā)送SBC-REQ消息給BS啟動(dòng)SBC(SSBasicCapabilities)基本能力協(xié)商，MS和BS協(xié)商PKM協(xié)議版本、認證策略。收到SBC-REQ的BS發(fā)送SBC-RSP消息到執行鑒權架構策略(PKMv2、singleEAP、 CMAC模式)的MS。4、5、7步驟為BS發(fā)送MS_PreAttachment_Req消息給它默認的ASN-GW，通知有新的MS進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )。接收到 MS_PreAttachment_Req的ASN GW生成一個(gè)關(guān)于該MS ID的新上下文塊，并向BS響應MS_PreAttachment_Rsp消息。BS發(fā)送MS_PreAttachment_Ack消息到ASN GW，確認SBC-RSP已經(jīng)發(fā)送到MS。

2.2 EAP認證

步驟8為MS接入到網(wǎng)絡(luò )，首先進(jìn)行認證過(guò)程。過(guò)程中，ASN充當認證者(Authenticator)和AAA客戶(hù)端，負責把MS傳送來(lái)的EAP包封裝成AAA包傳遞給AAA服務(wù)器。認證結束后，MS獲得授權進(jìn)行業(yè)務(wù)通信，可獲得MSK、EMSK等一系列KEY，MS開(kāi)始業(yè)務(wù)流建立。

2.3 802.16e注冊

步驟9、12為MS執行802.16e注冊過(guò)程，發(fā)送REG-REQ消息給BS，該消息中攜帶MS支持能力。BS發(fā)送REG-RSP消息到MS，消息中攜帶有適當的參數(根據BS策略或ASN-GW的響應)。何時(shí)發(fā)送REG-RSP取決于BS的決策。步驟10、11、13為，BS通過(guò) MS_Attachment_Req消息將EAP認證的結果轉發(fā)給ASN-GW的認證者。ASN-GW認證者收到MS_Attachment_Req消息后，向BS響應MS_Attachment_Rsp消息。然后，BS發(fā)送MS_Attachment_Ack消息ASN-GW的認證者，通知ASNGW認證者發(fā)送的MS_Attachment_Rsp消息已經(jīng)接收到，并且已經(jīng)向MS發(fā)送了REG-RSP消息及觸發(fā)ASN-GW認證者發(fā)起預置服務(wù)流的建立。

3、DP和ISF建立

數據通道(DP)功能在兩個(gè)對端之間管理承載平面的建立，可包含處理承載平面所需的任何隧道和/或附加功能的建立。數據通道功能可用于基站之間、ASNGW之間或者基站和ASNGW之間建立承載平面，也可處理多播或廣播。DP和ISF建立流程圖如圖3所示。

圖3 DP和ISF建立

圖3中的(1)作為接入認證的一部分，anchorSFA從HAAA上下載MS的QoSprofile。AnchorSFA發(fā)送RR_Req至 Serving SFA用于請求SF的建立。(2)Serving SFA檢查DP是否需要創(chuàng )建，若需要創(chuàng )建DP，則serving SFA發(fā)送Path_Reg_Req至SFM。(3)SFM檢查是否有足夠的無(wú)線(xiàn)資源，并根據QoS-Info參數和可用資源決定是否接收請求。如果接收請求，則將發(fā)送DSA-Request至MS。(4)MS接收或拒絕DSA-Request。(5)當SFM收到DSA-Response OK響應后，發(fā)送Path_Reg_Rsq至serving SFA確認預留。此時(shí)，減少的資源由SFM授予，QoS參數由SFM返回至serving SFA。(6)收到來(lái)自SFM的響應后，serving SFA發(fā)送RR_Rsp(包含QoS-Info參數和授予的QoS值)至Anchor SFA確認預留。請求與響應的SFID進(jìn)行匹配，若不匹配則丟棄。(7)serving SFA返回Path_Reg_Ack至SFM。(8)收到來(lái)自serving SFA的成功響應后，Anchor SFA返回RR_Ack至serving SFA。完成ISF和DP建立。

4、自舉(bootstrapping)

自舉[3]定義為MS獲得HA地址和家鄉地址(HoA)，并建立了MS和HA之間的安全聯(lián)盟(SA)的過(guò)程。自舉流程如圖4所示。

圖4 自舉

自舉步驟為：(1～5)在EAP認證和授權中，AAA通過(guò)檢查用戶(hù)的profile，分配相關(guān)的自舉信息至 Anchorauthenticator。自舉信息中包含HA地址，可能包含HL和HoA。在DP和ISF建立后，MS在鏈路上發(fā)送RS或ASN-GW在鏈路上發(fā)送RA。MS收到RA中，從中提取出鏈路的前綴。MS根據此鏈路前綴自動(dòng)配置地址或者使用DHCPv6進(jìn)行地址配置[4]。(6～7)MS發(fā)送 DHCPv6Info-Req消息至Anchorauthenticator，請求自舉信息。收到請求信息后，ASN將使用DHCP Reply返回自舉信息至MS。(8)MS和HA之間用IKEv2建立安全聯(lián)盟SA，返回MS的HOA給MS[5]。