無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)關(guān)終端保持接入設計與實(shí)現

WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是基于802.16標準[1]的全球微波接入技術(shù)。由于WiMax支持較高的寬帶無(wú)線(xiàn)接入速率和移動(dòng)速度，通信運營(yíng)商用其為用戶(hù)提供寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)數據接入服務(wù)。在移動(dòng)性管理方面，WiMax網(wǎng)絡(luò )使用移動(dòng)IP(MIP)技術(shù)[2]。根據MIP的客戶(hù)端在終端還是在網(wǎng)絡(luò )側實(shí)現，可分為終端移動(dòng)IP(CMIP)和代理移動(dòng)IP(PMIP)。
　WiMax網(wǎng)絡(luò )架構標準中現有的終端接入方案(PMIP模式或CMIP模式)，僅適合正常的“第一次接入”，當終端出現異常發(fā)生瞬斷等情況時(shí)，相應的數據業(yè)務(wù)傳輸中斷，此時(shí)終端需再次重新注冊，重新建立數據業(yè)務(wù)通道。由此增加了時(shí)延，難以保證業(yè)務(wù)的連續性。本文設計的方案中，接入網(wǎng)關(guān)在正在進(jìn)行數據業(yè)務(wù)傳輸的用戶(hù)終端斷開(kāi)連接時(shí),保持其斷開(kāi)連接前的IP地址和網(wǎng)絡(luò )配置信息等；用戶(hù)再次接入時(shí)，網(wǎng)關(guān)將存儲信息發(fā)給終端，用戶(hù)采用接收到的信息，繼續進(jìn)行所需業(yè)務(wù)的數據傳輸，減少了接入時(shí)延，保證了上層業(yè)務(wù)的連續性。
1 WiMax體系架構和MIP協(xié)議
1.1 WiMax體系架構
　現有的WiMax的網(wǎng)絡(luò )架構體系[3]包括MS(Mobile Station)、接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò )ASN(Access Service Network)和連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò )CSN(Connectivity Service Network)。其中，MS為移動(dòng)臺，用戶(hù)使用該設備接入WiMax 網(wǎng)絡(luò )；ASN 包括基站BS(Base Station)和接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)ASN-GW(Access Service Network Gateway)等用于為WiMax終端設備提供無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )功能集合。ASN主要完成WiMax終端的二層連接、傳遞AAA消息、為WiMax終端的三層連接提供中繼、無(wú)線(xiàn)資源管理、ASN與CSN間隧道維護等；CSN用于為WiMax終端提供網(wǎng)際協(xié)議連接服務(wù)。CSN可以由認證、授權和計費即AAA(Authenticator Authorization and Accounting)服務(wù)器、歸屬代理設備HA(Home Agent)、動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服務(wù)器等組成。用戶(hù)的認證和授權通過(guò)用戶(hù)的歸屬CSN中的認證、授權和計費服務(wù)器完成。WiMax網(wǎng)絡(luò )架構如圖1所示。

1.2 MIP協(xié)議
移動(dòng)網(wǎng)際協(xié)議MIP(Mobile Internet Protocol)，它為移動(dòng)用戶(hù)提供了一種IP路由機制，使得支持MIP的終端可以通過(guò)自身標識連接到任何鏈路上,支持MIP的終端可以在不中斷鏈路信息傳送的情況下改變其地理位置，而保持IP不改變?，F階段WiMax網(wǎng)絡(luò )中的Mobile IPv4終端移動(dòng)注冊模式有兩種:客戶(hù)端MIP(Client Mobile IPv4)和代理MIP(Proxy Mobile IPv4)，在客戶(hù)端MIP中，移動(dòng)站自身實(shí)現MIP客戶(hù)端功能進(jìn)行MIP注冊和取消注冊；在代理MIP中，MIP客戶(hù)端功能通過(guò)WiMax接入網(wǎng)絡(luò )中稱(chēng)為代理移動(dòng)節點(diǎn)PMN(Proxy Mobile Node)或PMIP 客戶(hù)端的功能實(shí)體(PMIP client)來(lái)實(shí)現MIP的注冊和取消注冊。
2 CMIP/PMIP技術(shù)下用戶(hù)接入
移動(dòng)IP接入時(shí)，AGW可以為MS提供PMIP接入或者CMIP接入兩種方式。在PMIP模式下，若MS采用DHCP proxy 的方式獲得地址,則AGW代表MS發(fā)起MIP注冊請求給家鄉代理HA,HA為MS分配IP地址;若采用DHCP relay 的方式獲得地址,則AGW再代表MS發(fā)起MIP注冊請求給HA，HA確認DHCP server為MS分配的IP地址;在CMIP模式下,MS在業(yè)務(wù)流建立后，主動(dòng)發(fā)起MIP的注冊請求，AGW執行外地代理FA的功能與家鄉代理HA交互實(shí)現MS的MIP注冊，此時(shí)HA為MS獲得IP地址[4]。
2.1 CMIP模式
如圖2所示，在最新的WiMax stage2中定義的CMIPv4模式下終端連接建立流程如下：

(1)接入認證階段：用戶(hù)所屬的家鄉AAA服務(wù)器會(huì )在接入認證消息中下發(fā)家鄉代理地址、認證授權和計費相關(guān)密鑰。
　(2)當接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )中的數據鏈路與終端或者終端的業(yè)務(wù)流進(jìn)行綁定后，觸發(fā)CMIP模式終端開(kāi)始注冊。
　(3)當新的接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )數據鏈路建立后，外地代理向網(wǎng)絡(luò )內的終端廣播其轉交地址。
　(4)終端收到外地代理廣播的轉交地址后，發(fā)送移動(dòng)IPv4注冊消息至外地代理FA，并由外地代理FA轉發(fā)至家鄉代理HA。
　如果終端此時(shí)支持移動(dòng)IPv4協(xié)議棧,則不發(fā)送DHCP請求，只發(fā)送移動(dòng)IP信令去獲取其家鄉地址。
　(5)~(6)對于既支持PMIPv4模式又支持CMIPv4模式的接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )，此時(shí)外地代理需要通過(guò)一個(gè)R3_Mobility_Context消息通知網(wǎng)絡(luò )特定的相關(guān)功能實(shí)體終端的R3移動(dòng)模式為外地代理選定的R3移動(dòng)模式[5]。對于僅支持CMIPv4模式的接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )，此步驟可以省略。