專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)IP城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )層設計與實(shí)現

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信得到了廣泛的應用。以電話(huà)業(yè)務(wù)為主的移動(dòng)運營(yíng)商都對無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)提供了支持，但是作為為大眾服務(wù)的公共電信，數據傳輸能力是在多用戶(hù)之間共享的，對一些特殊部門(mén)：如公安、消防等在需要時(shí)很難保證得到有效的帶寬支持，何況其中往往有一些不適合在公共電信網(wǎng)絡(luò )里傳輸的敏感信息。這些決定了公共無(wú)線(xiàn)數據業(yè)務(wù)在這些專(zhuān)業(yè)部門(mén)難以得到有效應用。

　　另一方面，隨著(zhù)三金工程的實(shí)施，這些部門(mén)逐步建立了較完善的遍布全市的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，例如，公安系統的光纖敷設到了基層派出所。因此，選取恰當的基層單位，利用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，架設覆蓋一定范圍的無(wú)線(xiàn)通信基站可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的全市覆蓋，從而實(shí)現無(wú)線(xiàn)IP城域網(wǎng)。

　　2 方案設計

　　系統的構成如圖1所示。圖中BS是無(wú)線(xiàn)基站，它與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相連，MS是移動(dòng)終端。SCC是系統控制中心，它包含BS、用戶(hù)和終端數據庫，操作人員通過(guò)CMT管理平臺實(shí)現數據的錄入與修改。在SCC中，每個(gè)用戶(hù)包含了賬號與密碼、業(yè)務(wù)權限等靜態(tài)參數，在用戶(hù)登錄時(shí)，SCC給終端分配IP地址，并記錄用戶(hù)接入的BS地址等動(dòng)態(tài)參數。SCC還要對每個(gè)BS和終端設備進(jìn)行鑒權和管理，避免丟失的設備接入系統而損害系統安全性。

　　SPC為業(yè)務(wù)處理中心，是系統中的業(yè)務(wù)處理單元，它支持任意類(lèi)型的IP業(yè)務(wù)，為分散業(yè)務(wù)處理負荷，系統中允許若干個(gè)SPC存在，每個(gè)SPC獨立運作，完成一個(gè)或若干個(gè)目的IP段的業(yè)務(wù)處理功能。每個(gè)SPC至少有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，一個(gè)分配用于與SCC和BS的通信的IP地址，另外的接口作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)接口，按照有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議，該SPC處理的IP業(yè)務(wù)段將按照目的IP地址被路由到對應的接口上，從而可被SPC截獲，并完成業(yè)務(wù)的轉發(fā)功能。例如，在圖2中，某SPC有三個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，10.3.23.50作為SPC自身的IP地址，用于與SCC和BS的基于TCP的通信，而10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為網(wǎng)關(guān)接口，以10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為目的地址段的報文將被路由到對應的SPC接口上。

　　系統啟動(dòng)后，BS和SPC分別與SCC建立連接，完成各BS和SPC的初始化過(guò)程，隨后SCC向每個(gè)BS下發(fā)SPC列表，通知各BS每個(gè)SPC的地址和處理的IP業(yè)務(wù)范圍，各BS隨后建立與每個(gè)SPC的IP隧道。

　　每個(gè)終端開(kāi)機后，首先掃描無(wú)線(xiàn)信道，尋找信號最佳的BS作為接入節點(diǎn)，向該BS發(fā)起入網(wǎng)請求，在該請求中包含設備串號、用戶(hù)標識、用戶(hù)密鑰等信息，BS將對應的信息轉發(fā)給SCC，SCC鑒權通過(guò)后，登記該用戶(hù)的接入基站，修改用戶(hù)狀態(tài)，根據用戶(hù)屬性，為用戶(hù)分配IP地址，并通知對應的BS和終端，完成用戶(hù)的入網(wǎng)過(guò)程。隨后SCC根據剛分配的IP地址，確定處理該終端業(yè)務(wù)的SPC，通知該SPC終端接入位置(即BS的地址)。以后每次終端狀態(tài)改變時(shí)，SCC都將及時(shí)將狀態(tài)推送到對應的SPC，使得SPC中保存的用戶(hù)狀態(tài)最新。

　　進(jìn)入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的IP包可以由無(wú)線(xiàn)終端產(chǎn)生，或者由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)之外的節點(diǎn)產(chǎn)生。無(wú)線(xiàn)終端產(chǎn)生的IP包首先被對應的基站接收到，基站選擇處理該用戶(hù)業(yè)務(wù)的SPC，將完整IP報文通過(guò)基站與SPC之間的隧道轉發(fā)到SPC，SPC將從TCP消息中提取到終端的原始報文，如果目的地址在自己的處理范圍內，則查找對應目的地址所在的基站，將原始報文再次以隧道方式轉發(fā)給目的基站，由目的基站通過(guò)無(wú)線(xiàn)接口下發(fā)給目的終端處理;否則SPC對原始報文加入二層幀頭，轉發(fā)給對應的路由器，使得該報文進(jìn)入內部網(wǎng)絡(luò )，經(jīng)過(guò)正常的路由過(guò)程送到目的終端或者路由到其他SPC的網(wǎng)關(guān)接口進(jìn)行處理。

　　按照設計過(guò)程，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)外進(jìn)入網(wǎng)內的報文將按照目的地址進(jìn)行路由，必然會(huì )路由到某個(gè)SPC的網(wǎng)關(guān)接口上。綜合以上，當SPC接收到IP報文時(shí)，將按照圖3對報文進(jìn)行處理。

　　終端在移動(dòng)過(guò)程中，需要進(jìn)行位置更新。為此，終端不停檢測網(wǎng)絡(luò )信號，發(fā)現有信號更好的小區時(shí)，終端向新小區的BS發(fā)起切換請求，BS響應并轉發(fā)切換請求至SCC，SCC更新用戶(hù)狀態(tài)，并通知SPC用戶(hù)新位置，SCC向原接入小區發(fā)出切換通知，并向新小區發(fā)送確認消息。

　　3 路由方案分析與比較

　　通過(guò)以上分析可以看出，該方案中充分利用了原有的網(wǎng)絡(luò )，對原有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)擴展。這個(gè)方案中，需要對移動(dòng)終端預留部分地址，并對這些地址段進(jìn)行必要的路由設置，除此之外，不需要對原有的網(wǎng)絡(luò )做更多的調整，就可以滿(mǎn)足需要。整個(gè)方案中，支持全IP業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)可以由終端產(chǎn)生，也支持移動(dòng)終端作為移動(dòng)服務(wù)器(通過(guò)固定用戶(hù)的IP地址即可)。系統中可以根據需要增加SPC，設置BS，不影響其他任何網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)，使得擴展無(wú)線(xiàn)子網(wǎng)后，對原有網(wǎng)絡(luò )的影響減為最小。

　　我們沒(méi)有采用移動(dòng)IP方案進(jìn)行終端的路由方案，主要有三點(diǎn)原因：一是移動(dòng)IP方案中，在每個(gè)涉及到的網(wǎng)段都要添加家鄉代理和外地代理，系統維護工作量大;二是移動(dòng)IP方案需要移動(dòng)終端的支持，并會(huì )在無(wú)線(xiàn)接口上產(chǎn)生眾多的無(wú)線(xiàn)廣播消息;三是移動(dòng)IP是一個(gè)一般性的解決方案，適用于在互聯(lián)網(wǎng)上支持移動(dòng)性，分布式的業(yè)務(wù)轉發(fā)方式不利于進(jìn)行業(yè)務(wù)記錄等。

　　作為目前研究熱點(diǎn)的802.16的網(wǎng)絡(luò )層，它的技術(shù)有待進(jìn)一步標準化，設備的產(chǎn)品化有待成熟，也不適合專(zhuān)業(yè)網(wǎng)的特定背景。

　　4 結語(yǔ)

　　本文提出了一種新的支持終端移動(dòng)的IP接入方案，并軟件實(shí)現了其中SCC，SPC，BS的功能。我們利用一臺路由器將他們連接起來(lái)，通過(guò)PC機模擬終端的入網(wǎng)和移動(dòng)操作，證明了這種方案的可行性。后續工作將主要集中在利用WiMax建立無(wú)線(xiàn)試驗系統，并研究在城域范圍內無(wú)線(xiàn)布網(wǎng)的問(wèn)題。

發(fā)布者：小宇