蜂窝CDMA网络中移动IP接入Internet

北方交通大学 谈振辉 陈 霞
　　通过蜂窝无线接入网络接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ已经成为第三代移动通信系统的关键课题。蜂窝移动通信网络的核心特性是终端移动性、个人移动性和业务移动性。这就给电信运营商提出这样一个难题：构造一个什么样的网络来满足上述要求。ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）的移动ＩＰ（Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ）协议规定，在ＩＰ层实现大范围移动的标准解决方案，但这并没有解决全部问题，其中包括蜂窝移动用户接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的问题。

一、蜂窝ＣＤＭＡ网络 移动ＩＰ分组数据网络结构

　　以ＩＳ－９５为基础的第二代ＣＤＭＡ移动通信网络被广泛地用于话音业务。移动节点ＭＮ通过基站收发站ＢＴＳ与选择分布单元ＳＤＵ连接提供低速１３ｋｂｉｔ／ｓ或８ｋｂｉｔ／ｓ电路交换的话音业务。ＳＤＵ组合来自多个ＢＴＳ的信号并转换成ＰＳＴＮ低速６４ｋｂｉｔ／ｓ压缩数据，负责在前向链路上选择发射数据的ＢＴＳ和管理ＭＮ的发射功率。

　　在蜂窝ＣＤＭＡ通信网上扩展分组数据业务必须与通信网原有的话音业务并存，这样原通信网提供分组数据业务就不用增加过多的成本。也就是说，应尽可能不改变原有蜂窝ＣＤＭＡ通信网络基础设施。诸如，对于分组数据业务，当无线资源没有被占用时，就实时释放给其它站使用。空中接口、ＢＴＳ与ＳＤＵ链路必须支持高速率分组数据业务。但是，基本信息流和流量路径仍应与话音业务一样。改变的关键单元仅是ＳＤＵ，因为ＳＤＵ是把数据流送至分组网而不是送至ＰＳＴＮ。

　　由于数据流业务在无线通信环境下有一定的误码率要求，ＳＤＵ执行无线链路协议（ＲＬＰ）和重传协议。即当接收方要求重传丢失数据帧时，发射方才重传存在缓冲器中的该数据帧。ＲＬＰ执行缓冲与重发会带来１－２秒等待时间，若ＲＬＰ采用帧长２０ｍｓ作为重发基本单元，收发双方之间有一个简单的八位字节流接口。

　　欲与ＩＰ网接口，某些数据链路层协议，诸如ＩＥＴＦ定义的具有丰富功能和在许多平台广泛使用的点对点协议（ＰＰＰ--Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ），是把无线链路协议所用八位字节流分成ＩＰ组。事实上，ＰＰＰ是一个非常复杂的协议，有些功能还与移动协议互相重叠。

分组数据业务节点（ＰＤＳＮ--Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ）可作为ＦＡ，分组控制功能（ＰＣＦ--Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）可作为无线寻址网络单元。ＰＣＦ与ＰＤＳＮ连接，负责来自和送至ＰＤＳＮ的中继数据，把ＰＤＳＮ从体系结构中的空中接口分离出来。ＰＤＳＮ实现网络接入服务器（ＮＡＳ）和移动ＩＰ ＦＡ的功能。图１显示了提供移动ＩＰ分组数据业务的ＰＤＳＮ、ＰＣＦ、ＡＡＡ及相应结构。

　　在移动ＩＰ协议中，发往ＭＮ的数据分组汇集在本地网络静态的本地代理（ＨＡ）。当ＭＮ附着到ＦＡ，并发出注册申请消息时，通知ＨＡ有关ＭＮ信息，ＦＡ接收并中继给ＨＡ，然后ＨＡ把数据分组送至ＭＮ的当前位置，反馈确认隧道建立的注册消息并到达ＨＡ。由ＭＮ定义的数据分组被组装在ＩＰ分组头的外部，其分组头含有反映ＭＮ现今位置的ＭＮ现今转交地址。

　　有两种数据分组组装方式，第一种称为搭配转移地址，即被组装数据分组直接发至ＭＮ，然后剥去外部分组头，处理内部数据分组。第二种称为定位ＦＡ转移地址，即被组装数据分组发至ＦＡ，然后剥去外部分组头，把内部数据分组送至ＭＮ。在无线资源贫乏环境下，应采用第二种方式，不发射额外组装数据分组头，还节省地址空间，ＦＡ的转移地址可以被所有连接的ＭＮ共享而不是每一个ＭＮ指定唯一转移地址。

　　除现有用于无线话音业务基于本地／来访位置寄存器鉴权外，在漫游环境中，为给无线载体提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务，ＰＤＳＮ需连接在ＡＡＡ设施上。具有漫游用户访问的网络可查询本地网以络获取鉴权信息和提供业务的资费。采用移动ＩＰ协议，依据注册要求可对用户信任信息直接编码，动态地把本地地址分配给ＭＮ，执行授权、网络寻址控制、地址映射到ＩＰ层等功能，避免对网络层协议依赖性，使整个系统在技术变更中具有鲁棒性（ｒｏｂｕｓｔ）。

二、移动ＩＰ外地代理 与蜂窝ＣＤＭＡ网络接口

　　ＰＣＦ对网络的无线寻址接入部分包含ＢＴＳ、ＳＤＵ和其它承担中继数据给ＰＤＳＮ的单元。ＰＣＦ经过ＩＰ网络与ＰＤＳＮ连接起来，ＰＤＳＮ含有移动ＩＰ ＦＡ和ＰＰＰ。从网络结构分析，ＰＤＳＮ类似于现有的拨号接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的网络接入服务器（ＮＡＳ）。

　　ＰＤＳＮ选择ＰＰＰ的原因部分来自有效性和移动ＩＰ采纳时间进度表的不确定性。ＰＰＰ位于ＰＣＦ中，ＰＣＦ的变化将刷新ＰＰＰ，需要把额外消息送至空中接口。若把ＰＰＰ集中在一起，可避免当ＰＣＦ状态发生变化时扰乱ＰＰＰ状态。若ＰＰＰ状态从一个ＰＣＦ变换到下一个ＰＣＦ，除了需要附加空中接口的复杂性外，还要把指定给旧地址的分组分配给新ＰＣＦ。

　　在ＰＤＳＮ中，终端ＰＰＰ的选择会增加复杂性。这是因为：

★ＰＰＰ所需的大量状态影响ＰＤＳＮ的规模和在ＰＣＦ中终端ＰＰＰ分布式处理的运算量。

★ＱｏＳ的实现经过集中型ＰＰＰ处理。

★ＱｏＳ另一解决方案是同时运行多个ＲＬＰ。

　　在ＰＣＦ和ＰＤＳＮ协议链接中有三个接口标准化选择，该接口称之Ｒ－Ｐ接口，即连接无线接入网络与ＰＤＳＮ的接口。下面分别讨论三个接口方案：

１．现有特定无线接口

　　现有若干无线接口可用于蜂窝ＣＤＭＡ 网络与移动ＩＰ ＦＡ的接口，这些接口来源于其它标准化或供应商采纳的未完全标准化。

　　在给定连接层特定的接口中，Ｌ接口可用于第五类交换和交互工作功能（ＩＷＦ--Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）之间，ＩＷＦ主要用于数据网的网关。Ｌ接口把来自ＲＬＰ 的八字节数据流送至在虚电路帧中继交换上，把无线寻址信息送至ＩＷＦ，这项工作由ＡＮＳＩ ＩＳ （Ｉｎｔｅｒｉｍ Ｓｔａｎｄａｒｄ）－ ６５８负责。

　　另一种是３ＧＰＰ２研究的ＳＤＵ和ＰＣＦ之间的先进接口，控制ＳＤＵ与ＰＤＦ间ＩＰ隧道