無線接入網(wǎng)關(guān)終端保持接入設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是基于802.16標(biāo)準(zhǔn)[1]的全球微波接入技術(shù)。由于WiMax支持較高的寬帶無線接入速率和移動(dòng)速度，通信運(yùn)營商用其為用戶提供寬帶無線移動(dòng)數(shù)據(jù)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(jù)MIP的客戶端在終端還是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)現(xiàn)，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(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)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(dāng)終端出現(xiàn)異常發(fā)生瞬斷等情況時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸中斷，此時(shí)終端需再次重新注冊(cè)，重新建立數(shù)據(jù)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(xù)性。本文設(shè)計(jì)的方案中，接入網(wǎng)關(guān)在正在進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠脩艚K端斷開連接時(shí),保持其斷開連接前的IP地址和網(wǎng)絡(luò)配置信息等；用戶再次接入時(shí)，網(wǎng)關(guān)將存儲(chǔ)信息發(fā)給終端，用戶采用接收到的信息，繼續(xù)進(jìn)行所需業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，減少了接入時(shí)延，保證了上層業(yè)務(wù)的連續(xù)性。
1 WiMax體系架構(gòu)和MIP協(xié)議
1.1 WiMax體系架構(gòu)
　現(xiàn)有的WiMax的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(tái)，用戶使用該設(shè)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(shè)備提供無線接入服務(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、無線資源管理、ASN與CSN間隧道維護(hù)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(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)即AAA(Authenticator Authorization and Accounting)服務(wù)器、歸屬代理設(shè)備HA(Home Agent)、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服務(wù)器等組成。用戶的認(rèn)證和授權(quán)通過用戶的歸屬CSN中的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)服務(wù)器完成。WiMax網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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)用戶提供了一種IP路由機(jī)制，使得支持MIP的終端可以通過自身標(biāo)識(shí)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(xiàn)階段WiMax網(wǎng)絡(luò)中的Mobile IPv4終端移動(dòng)注冊(cè)模式有兩種:客戶端MIP(Client Mobile IPv4)和代理MIP(Proxy Mobile IPv4)，在客戶端MIP中，移動(dòng)站自身實(shí)現(xiàn)MIP客戶端功能進(jìn)行MIP注冊(cè)和取消注冊(cè)；在代理MIP中，MIP客戶端功能通過WiMax接入網(wǎng)絡(luò)中稱為代理移動(dòng)節(jié)點(diǎn)PMN(Proxy Mobile Node)或PMIP 客戶端的功能實(shí)體(PMIP client)來實(shí)現(xiàn)MIP的注冊(cè)和取消注冊(cè)。
2 CMIP/PMIP技術(shù)下用戶接入
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(cè)請(qǐng)求給家鄉(xiāng)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(cè)請(qǐng)求給HA，HA確認(rèn)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(cè)請(qǐng)求，AGW執(zhí)行外地代理FA的功能與家鄉(xiāng)代理HA交互實(shí)現(xiàn)MS的MIP注冊(cè)，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(rèn)證階段：用戶所屬的家鄉(xiāng)AAA服務(wù)器會(huì)在接入認(rèn)證消息中下發(fā)家鄉(xiāng)代理地址、認(rèn)證授權(quán)和計(jì)費(fèi)相關(guān)密鑰。
　(2)當(dāng)接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)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模式終端開始注冊(cè)。
　(3)當(dāng)新的接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立后，外地代理向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端廣播其轉(zhuǎn)交地址。
　(4)終端收到外地代理廣播的轉(zhuǎn)交地址后，發(fā)送移動(dòng)IPv4注冊(cè)消息至外地代理FA，并由外地代理FA轉(zhuǎn)發(fā)至家鄉(xiāng)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(qǐng)求，只發(fā)送移動(dòng)IP信令去獲取其家鄉(xiāng)地址。
　(5)~(6)對(duì)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(duì)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。