无线接入网关终端保持接入设计与实现

 WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是基于802.16标准[1]的全球微波接入技术。由于WiMax支持较高的宽带无线接入速率和移动速度，通信运营商用其为用户提供宽带无线移动数据接入服务。在移动性管理方面，WiMax网络使用移动IP(MIP)技术[2]。根据MIP的客户端在终端还是在网络侧实现，可分为终端移动IP(CMIP)和代理移动IP(PMIP)。

WiMax网络架构标准中现有的终端接入方案(PMIP模式或CMIP模式)，仅适合正常的"第一次接入"，当终端出现异常发生瞬断等情况时，相应的数据业务传输中断，此时终端需再次重新注册，重新建立数据业务通道。由此增加了时延，难以保证业务的连续性。本文设计的方案中，接入网关在正在进行数据业务传输的用户终端断开连接时,保持其断开连接前的IP地址和网络配置信息等；用户再次接入时，网关将存储信息发给终端，用户采用接收到的信息，继续进行所需业务的数据传输，减少了接入时延，保证了上层业务的连续性。

1 WiMax体系架构和MIP协议

1.1 WiMax体系架构

现有的WiMax的网络架构体系[3]包括MS(Mobile Station)、接入服务网络ASN(Access Service Network)和连接服务网络CSN(Connectivity Service Network)。其中，MS为移动台，用户使用该设备接入WiMax 网络；ASN 包括基站BS(Base Station)和接入服务网络网关ASN-GW(Access Service Network Gateway)等用于为WiMax终端设备提供无线接入服务的网络功能集合。ASN主要完成WiMax终端的二层连接、传递AAA消息、为WiMax终端的三层连接提供中继、无线资源管理、ASN与CSN间隧道维护等；CSN用于为WiMax终端提供网际协议连接服务。CSN可以由认证、授权和计费即AAA(Authenticator Authorization and Accounting)服务器、归属代理设备HA(Home Agent)、动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服务器等组成。用户的认证和授权通过用户的归属CSN中的认证、授权和计费服务器完成。WiMax网络架构如图1所示。

1.2 MIP协议

移动网际协议MIP(Mobile Internet Protocol)，它为移动用户提供了一种IP路由机制，使得支持MIP的终端可以通过自身标识连接到任何链路上,支持MIP的终端可以在不中断链路信息传送的情况下改变其地理位置，而保持IP不改变。现阶段WiMax网络中的Mobile IPv4终端移动注册模式有两种:客户端MIP(Client Mobile IPv4)和代理MIP(Proxy Mobile IPv4)，在客户端MIP中，移动站自身实现MIP客户端功能进行MIP注册和取消注册；在代理MIP中，MIP客户端功能通过WiMax接入网络中称为代理移动节点PMN(Proxy Mobile Node)或PMIP 客户端的功能实体(PMIP client)来实现MIP的注册和取消注册。

2 CMIP/PMIP技术下用户接入

移动IP接入时，AGW可以为MS提供PMIP接入或者CMIP接入两种方式。在PMIP模式下，若MS采用DHCP proxy 的方式获得地址,则AGW代表MS发起MIP注册请求给家乡代理HA,HA为MS分配IP地址;若采用DHCP relay 的方式获得地址,则AGW再代表MS发起MIP注册请求给HA，HA确认DHCP server为MS分配的IP地址;在CMIP模式下,MS在业务流建立后，主动发起MIP的注册请求，AGW执行外地代理FA的功能与家乡代理HA交互实现MS的MIP注册，此时HA为MS获得IP地址[4]。

2.1 CMIP模式

如图2所示，在最新的WiMax stage2中定义的CMIPv4模式下终端连接建立流程如下：

(1)接入认证阶段：用户所属的家乡AAA服务器会在接入认证消息中下发家乡代理地址、认证授权和计费相关密钥。

(2)当接入业务网络中的数据链路与终端或者终端的业务流进行绑定后，触发CMIP模式终端开始注册。

(3)当新的接入业务网络数据链路建立后，外地代理向网络内的终端广播其转交地址。

(4)终端收到外地代理广播的转交地址后，发送移动IPv4注册消息至外地代理FA，并由外地代理FA转发至家乡代理HA。

如果终端此时支持移动IPv4协议栈,则不发送DHCP请求，只发送移动IP信令去获取其家乡地址。

(5)~(6)对于既支持PMIPv4模式又支持CMIPv4模式的接入业务网络，此时外地代理需要通过一个R3_Mobility_Context消息通知网络特定的相关功能实体终端的R3移动模式为外地代理选定的R3移动模式[5]。对于仅支持CMIPv4模式的接入业务网络，此步骤可以省略。

(7)~(9)当终端归属AAA服务器收到由家乡代理发送的携带MN-HA属性的接入请求消息时，AAA服务器需应答一个通过接入消息，其中包含加密的MN-HA共享密钥。如果接入请求消息中包含了动态获取家乡代理及IP配置信息的信元，AAA服务器还需要返回家乡代理的地址以及终端相关的IP配置信息。

作者：唐朝伟 郭春旺 唐 鼎 唐 晖   来源：电子技术应用