移动IP技术（精选10篇）
移动IP技术 篇1
在移动网络应用越来越广泛的今天, 人们对无线网络的要求越来越高, 这就需要移动IP技术能够更加灵活、 高效、方便地为人们提供网络服务。 在对移动网络发展过程中, 多种网络接入方式为用户提供了无线网络服务, 其中主要包括移动节点、 归属地代理、 外地代理, 这使用户在网络应用时不只是局限于某一固定区域, 而是能够在一个无线网络断开后自动建立新连接, 实现移动IP自动获取, 让用户无线网移动应用成为可能。
1 移动IP技术原理
1.1 关键技术
1.1.1 归属地代理
归属地是用来识别端到端连接的静态地址, 也是移动节点与归属网连接时使用的地址。 归属地代理是由归属地路由器提供的网络接口与移动节点相连接, 实现为用户提供无线网络服务。 当移动节点离开IP归属地则通过IP通道将数据包传给移动节点。
1.1.2 外区代理
外区代理是用外区代理交换地址转发移动节点所发出的数据包。 当移动节点离开归属地, 将注销用户注册信息, 同时搜索外区代理所提供的登记节点, 外区代理将用户未发送的原始数据进行打包, 并对隧道进行封装, 如遇到适用IP段则可取出所封装的数据包进行数据续传。
1.1.3 转交地址
转交地址是外区转交地址或者是本地转交地址, 转交地址的作用是能够为移动节点提供注册登记。 在外区代理中, 转交地址为原始数据包隧道的终点, 此时对原始数据包的隧道封装进行解除, 再将接收隧道数据包, 最后将数据包发送到移动节点上。 在移动节点识别中, 通过转交地址获取封装数据包不受IPv4 地址空间的限制, 而能够优先被移动节点所识别。 通过DHCP所获得的本地转交地址为临时分配给移动节点的地址, 通过DHCP自身所拥有的网络接口将移动节点与转交地址关联, 此时移动节点自身即为隧道终点, 可解除隧道封装并去除原数据包。 本地转交地址有且只有一个移动节点可以对应使用。
1.1.4 位置登记
在外区代理过程中, 移动节点进行与转交地址关联时要向归属地代理进行登记, 对移动节点进行声明。 登记规则可以包括外区代理登记和直接代理登记。 外区代理登记是指由移动移动节点向外区代理发送登记请求, 该请求以报文的形式被外区代理所接受并按报文内容进行登记, 之后将报文发送到移动节点的归属地代理中, 归属地代理对报文进行处理, 并发送登记批复报文, 以接受和不接受两种方式进行回复。直接代理登记是指移动节点向归属地代理发送登记请求, 该请求以报文的形式被归属地代理所接受并按报文内容进行登记, 之后将报文发送到移动节点的外区代理中, 外区代理对报文进行处理, 并发送登记批复报文, 以接受和不接受两种方式进行回复。 数据的请求与接收有UDP数据协议进行传送, 如果移动节点请求被接受, 则可以确定其返回到归属网络, 这时移动节点可以向归属地代理撤销登记。
1.1.5 代理发现
为了让移动节点找到代理地址, 需要对移动IP进行定义发现移动代理的。 代理发现的方法可分为主动代理发现和被动代理发现。 主动代理发现是移动节点主动发送请求代理报文, 寻求最强移动代理, 发现移动代理建立连接; 被动代理发现是由移动代理周期性循环广播代理通知, 当移动节点进入移动代理地址范围则能够接收到移动代理所发送的报文。 移动节点要识别出移动代理并获得转交地址, 则需要使用移动IP的扩展机制, 利用ICMP获得移动代理所提供的网络服务。
1.1.6 隧道技术
移动节点在归属代理与外区代理之间传递数据包时, 需要对归属代理传输的数据进行封装并进行数据包的发送, 这就需要使用隧道技术进行归属地代理的解封与注册。 隧道技术能够将归属代理IP数据包封装, 主销登记后转发已登记外区代理。 在使用隧道技术过程中, 原始数据包的封装与转发是将原始数据包完整的转发到隧道所连接的外区代理终点, 当数据包到达外区代理终点后, 解除隧道并取出原始数据包, 将数据包发送到移动节点上。 如果所转交的地址为本地地址则移动节点自身即为隧道终点, 其自己进行自动解除隧道, 整个过程数据包在本地地址中进行封装传递。 为了能够使IP内的数据包封装作为净负荷原始IP数据包, 对IP内的数据包最小封装, 如图1 所示。
在实现IP数据包内的最小封装中, 需要对原始数据包已有的IP投标前插入外层IP投标, 外层IP投标和目的地地址分别标注的是两个隧道节点, 原始IP头标中的源地址和目的地址分别能够标识出数据包所发送的节点与接收的节点。 进行IP内最小封装可以减小TTL值, 封装节点不改变内层IP头标的情况下将数据包传送到隧道出口节点, 这样就能够将原始IP数据包整体的发送到隧道终点的转交地址中。
若要实现IP内最小封装则需要在原始数据包在封装前不能够被分片, 如果被分片则无法实现IP内的最小封装。 为了能够让数据包以最小封装的方式进行封装, 需要在原始数据包的修改的IP标头与未修改的净负荷之间插入最小转发头标, 这种以IP内最小封装方式进行数据包的传输无论是在传输质量上还是在传输速度上都具有较好的效果。
1.2 移动IP技术实现步骤
(1) 归属地路由器与外区代理路由器定时发送代理信息, 以便于让用户随时可以发现其自身的存在。
(2) 当移动节点获取代理信息后自动判断以何种网络连接网络最为高效, 进而判断自身所处网络环境。
(3) 当移动节点判断用户所收到的信息是由归属代理提供, 则继续以归属地路由器提供IP进行网络服务, 反而若归属地所提供的网络无法为用户提供网络服务, 则向归属代理发出注册取消的功能消息, 搜索外区代理路由器。
(4) 当移动节点获得外网所提供的一个关联IP地址, 或者是临时对应的网络地址, 则确定获得新的IP。
(5) 移动节点向新获得的IP网络发送代理注册, 注册成功后实现数据包的传递。
2 移动IP接入方式
常见的移动IP接入方式包括移动节点接入、 归属代理接入和外地代理接入。 通过移动IP接入实现无线网络连接。 移动节点接入是使用归属地IP链路切换实现移动IP功能, 其中移动节点在接入私有网络时使用静态IP, 而当移动节点接入共用网络时使用动态IP。 归属代理接入方式是移动节点归属链路中至少有一个端口与内网路由器相连, 通过隧道技术转交移动节点数据包, 实现无线网络连接。 外地代理接入是移动节点归属链路中至少有一个端口与外网路由器, 通过隧道技术为移动节分配数据包转交地址, 实现无线网络连接。 3 种移动IP接入方式之间可以相互关联共同作用, 让用户在任何环境下都能以最优的方式选择移动IP接入方式进行无线网络应用。 移动IP接入方式相互关联方式如图2 所示。
如图2 所示, 用户通过IP网访问网络接收数据包, 可以通过移动节点接入、 归属代理接入和外地代理接入, 在接入方式上以网络访问效率为出发点从优选择。
3 移动IP存在的问题
在移动IP应用过程中, 主要存在三角形路径问题、 外区代理间光滑切换问题和误码率高问题。
3.1 三角形路径
三角形路径问题是移动节点将数据包发送到通信节点时所依据的IP路由标准规范会存在三角形的路径问题, 当归属代理引入移动节点数据包时, 归属代理增加流量所产生的瓶颈会将通信节点所知的移动节点转交地址通过隧道技术直接发送数据包到移动节点上, 而绕过归属代理, 那么在无线网络上无法提供接收和存储移动节点转交地址信息则就不能执行隧道技术, 这样移动节点上的数据将无法找到有效接收的移动代理成为漫游状态, 这样数据包就会出现丢失现象。
3.2 外区代理间光滑切换
外区代理光滑切换问题是当移动节点从一个移动代理子网进入下一个移动代理子网的期间会遇到无法及时收到移动代理主机的IP地址所更新的消息而出现IP网络断点, 这时网络外区代理间出现的移动节点分组则是光滑切换问题, 这时不仅无法让移动IP正常漫游而且存在移动节点分组的安全隐患, 这时的数据包极易被其他移动代理所截获。
3.3 误码率高
误码率高问题是由于移动节点是无线链路, 其受环境因素影响相比有线网络明显具有误码率高, 网络不稳定问题。为保证用户使用无线网络安全, 通常在移动终端设备中会安装防火墙阻止未知网络IP隧道。 此外, 无线网络供电方式可以是直接电源也可以是锂电电源, 如果是锂电电源供电的话, 则当电源供应不稳定, 供应功率小则无线网络接受信号不稳定, 移动节点传输数据到移动代理易出现误码。
4 结语
随着人们对无线网络需求日益的增加, 移动IP技术的应用前景非常广阔, 通过对移动IP的归属地代理、 外区代理、转交地址、 位置登记、 代理发现和隧道技术进行分析, 阐述移动IP技术的实现步骤。在研究移动IP接入方式的过程中, 分别对移动节点接入、归属代理接入和外地代理接入进行探讨, 以求网络访问效率最优方案。最后对移动IP应用中存在的问题进行分析, 旨在能够在移动IP应用中进一步完善技术方案, 由此解决无线网络全面应用提供有效的解决方案。
参考文献
[1]万亮新.移动通信中的移动IP节点技术分析[J].企业导报, 2015, (06) .
[2]贾晓濛.移动通信中移动IP节点技术的实现研究[J].企业导报, 2015, (04) .
[3]赵情融, 秦肖臻, 李帆.基于位置信息的移动IP低延迟切换方法研究[J], 2010, (26) .
[4]吴进.基于数据包选路分析的移动IP实现[J].西安邮电学院学报.2011, (02) .
移动IP技术 篇2
1.发展及概述
在20世纪90年代初,随着网络规模和复杂性的不断增加，基于度量的流量控制变得越来越复杂，以至于对网络的一部分度量进行调整时，判断该调整对网络其余部分的影响变得越来越困难，难以实现对整个网络带宽的全面有效利用。
基于ATM PVC链路的IP网络中，可以使用ATM的流量工程部分地满足业务要求。但是作为备份的PVC链路必须提前配置好并安装到ATM交换机中。由于故障节点的不确定性，很难设计出与IP内部具有的可恢复性相似的备份PVC。
MPLS的出现为IP网络中的流量工程问题提供了有希望的解决方案。在宽带IP网络中，尤其是在全光IP网络中，MPLS甚至是目前解决流量工程问题的唯一有效的方案。流量工程的本质是将业务映射到物理拓扑上去，MPLS通过在输入点和输出点之间建立标记交换路径来实现流量工程。MPLS可通过离线方式计算出全面或部分标记交换路径，并可采用动态协议安装这些路径。将来，MPLS可支持基于约束的路由，由网络自身参与标记交换路径计算，减小人工参与的压力与不足，并通过域内路由协议（IGP）的动态路由信息，发布加快流量工程对故障的反应和恢复速度。
新一代宽带1P网络要建立在现有的网络技术基础上，建立在当前最先进的网络传输技术基础上。典型的相关技术有IP over ATM、IP crver SDH、IP over WDM等。
IP 0ver ATM，融合了IP和ATM技术特点，发挥ATM支持多业务、提供QoS（服务质量保证）的技术优势。IP 0ver SDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。而IP over WDM，采用高速路由交换机设备和DWDM（密集波分复用）技术，极大地提高了网络带宽，对不同码率、数据帧格式的业务提供全面支持。
2.宽带IP支持技术
2.1 IP over AIM IP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的TP数据包将在此虚电路VC上以直通（Cut一Through）方式传输而下再经过路由器，从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换速度。
重叠模型的实现方式主要有：IETF推荐的IPOA。CIPOA，c1assic IP Over ATM、ATM Forum推荐的LAN仿真（LANE： LAN Emulation）和多协议MPOA等（MPOA：Muti-Protocol over ATM）。重叠技术的主要思想是：IP的路由功能仍由IP路由器来实现，需要地址解析协议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。而其中的主机不需要传统的路由器，任何具有MPOA功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接，并由边缘设备完成包的交换即第三层交换。
信令标准完善成熟，采用ATM Forum／ITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部，子网间的组播需通过传统路由器，因而对广播和多发业务效率较低。
——集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司提出IP交换（IP Swtich技术、cisco公司提出的标记交换（Tag swtich）技术和IETF推荐的MPLS技术。集成模型的主要思想是：将ATM层看成IP层的对等层，将IP层的路由功能GN 层的交换功能结合起来，使IP网络获得ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识，从而不需要地址解析协议。该技术传输IP数据包效率较高，且不需地址解析协议。但目前标准还未完成，与标准的ATM技术结合不是很好。从以上分析可以看出，IP Over ATM具有以下特点：
(1)由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量。
（2）具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。
（3）适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。（4）对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。2.2 IP Pover SDH
IP Over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装，把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中，然后向下，经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入一个SDH帧中，最后到达光层，在光纤中传输。IP over SDH，也称Pacdket over SDH（PoS）。它保留了IP面向无连接的特征。
支持IP over SDH技术的协议、标准和草案主要有：
PPP协议
PPP协议（即IETF FRC1661：The Point-to-Point Protocol和RFC2153：PPP vendor Extension是一个简单的OSI第二层网络协议。其标头只有两个字节，没有地址信息，只是按点到点顺序，面向无连接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧（符合RFC1662：PPP in HDLC-Link Faming）以满足映射到SDH／Sonet帧结构（符合RFC1619：PP over SDH）上的要求。
简化的数据链路协议（SDL）
在IP／PPP／HDLC／SDH中，使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题，主要表现在：用户使用HDLC帧时，网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时，网管需要进行填充、去填充操作。为此，Lucent提出了简化数据链路协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP数据包进行高速定界，可适用于OC-48／STM-16以上速率的IP over SDH。
——SDL协议主要应用于点到点的IP传送，可以用于任何类型的数据包（如IPv4、IPv6等）。与HDLC相比，SDL更容易应用于高速链路，并且可能提供链路层的QoS。
从以上分析可以看出，IP over SDH具有以下特点： 优点：
（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。
（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healing Ring）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF协议防止备和链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。
(4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。缺点：
（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。（2）不能像IP crver ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。（3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。2.3 IP over WDM
IP over WDM，也称光因特网。其基本原理和工作方式是：在发送端，将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端。IP over WDM是一个真正的链路层数据网。在其中，高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。IP over WDM的帧结构有两种形式：SDH帧格式和千兆以太网帧格式。支持IP over WDM技术的协议、标准、技术和草案主要有：
DWDM（密集波分复用）一般峰值波长在1～10nm量级的WDM系统称为DWDM。在此系统中，每一种波长的光信号称为一个传输通道（channel）。每个通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2．5G/b甚至10Gb／s的ATM或SDH或是千兆以太网信号等。
DWDM提供了接口的协议和速率的无关性，在一条光纤上，可以同时支持ATM、SDH和千兆以太网，保护了已有投资，并提供了极大灵活性。
SDH与千兆以太同帧格式比较
目前，主要网络再生设备大多采用SDH帧格式，此种格式下报头载有信令和足够的网络管理信息，便于网络管理。但相较而言，在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割（SAR）处理耗时，影响网络吞吐量和性能，巨采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。
目前，在局域网中主要采用千兆以太网帧结构，此种格式下报头包含的网络状态信息不多，但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是“异步”协议，对抖动和时延不那么敏感。同时由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上下需对帧进行拆装分割（SAR）操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。
从以上分析可以看出，IP over WDM具有以下特点：
优点：(1）充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率。（2）对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、SDH／Sonet和千兆以太网格式的业务。
（3）不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。
缺点：
（1）目前，对于波长标准化还没有实现。一般取193．1THz为参考频率，间隔取1OOGHz。
（2）WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光域上加上开销和光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。
（3）目前，WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式，还没有形成“光网”。
3.总结
移动IP技术 篇3
关键词:TETRA 3G 移动基站 组网 应急状态
中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0027-01
First-author’s address Shenzhen Metro Co., Ltd., 518172, Shenzhen, China
Abstract:In the emergency state,Wireless trunking mobile base station can enlarge the communication coverage area rapidly,or increase the network capacity of the site where any incidents happened.The wireless links is the unique choice for constructingWireless trunking mobile base station because it is flexibility and easy to open.In this paper,the author makes a conclusion that the network based on 3G wireless IP network is superior to the other methods for constructing network,through comparatively analyzing to adopt Microwave、satellite communication and 3G as a cluster network links for Wireless trunking mobile base station,then,this paper illustrate the specific method to implement the network and describes the practical effect of this method.
Key words:TETRA 3G mobile base station;construct network;emergency state
1 概述
近年來,以摩托罗拉为代表的TETRA厂商在中国市场得到公安、交通、企业和政府用户的广泛认同。
移动集群基站可以对信号强度不足或事件突发地域及时机动加强与补盲,实现哪里需要,集群网络就迅速响应到哪里的目标,是公共安全用户固定集群网络建设的必要补充。通常,TETRA基站使用TDM链路联网,电信运营商一般只在的主干网内提供TDM分帧传输业务,移动基站难以采用普通接续方式接入运营商既有TDM传输网。如何实现移动基站迅速、稳定组网,成为集群建设者亟待解决的课题之一。
2 目前联网方式介绍及对比
移动集群基站联网多采用微波,或卫星链路,但这两种方法缺点明显(详见表1)。
由表1可知,微波和卫星设备体积大,难于车载,不易展开;3G网络的电磁波具有一定穿透能力,设备体积小、造价低,能长时间稳定运行,优势明显。问题在于,3G网络末端采用TCP/IP协议,基于TDM传输的集群基站不能直接接入,而需进行传输协议转换。
3 基于3G无线网络的组网方案
基本原理:使用协议转换设备,完成IP网数据包与专网TDM帧结构数据之间的相互转换;调整移动基站和3G设备的参数,使集群组网设备适应无线网传输时延,实现移动集群基站与固定集群网互联。
实现条件:基站开设地点有3G无线网络覆盖,电信运营商开通WCDMA无线DTU和PCM汇聚设备之间的VPN专用通道。配备有集群基站的综合通信车1辆,RAD公司IP MUX 2台,3G无线上网设备(配SIM卡)1台。
设备联接方案:
在综合通信车上安装联通WCDMA无线DTU设备,采用WCDMA VPDN技术,在WCDMA无线DTU和PCM汇聚设备之间搭建VPN专用通道;在移动集群基站与无线DTU设备之间、WCDMA APN设备与PCM复用设备(MUX)之间,加装协议转换设备,使车载集群基站接入PCM设备,最后接入集群交换中心(MSO)。
参数设置:IP,时延,缓冲池基站开设地点有3G无线网络覆盖,电信运营商开通WCDMA无线DTU和PCM汇聚设备之间的VPN专用通道。配备有集群基站的综合通信车1辆,RAD公司IP MUX 2台,3G无线上网设备(配SIM卡)1台。
4 实施效果
基于3G无线IP网络的350MHz TETRA移动组网系统已经受了实际应用检验,经测试,可达到以下效能:
(1)联网迅速,移动基站开启后,能在1分钟内与集群交换中心实现联网。(2)网络稳定,当IP网络丢包率超过15%时,基站才显示联网失败,一旦传输链路性能得到改善,网络连接就能自动建立,连接恢复时间低于10秒;测试表明,使用WCDMA DTU外置天线时,网络通联率超过99%。(3)通话质量好,与固定链路基站相比,附加呼叫时延不大于0.5秒,通话音质无明显损伤,可以满足作战指挥需要。(4)能长时间稳定运行,基站连续工作50小时未出现链路故障。
5 结语
基于3G无线IP网络的TDM专线解决方案,实现了在WCDMA网络内,350MHz TETRA移动基站与集群交换中心无缝组网。以之为借鉴,该方法及组网系统亦能有效运用于TD-SCDMA、CDMA2000网络,此举延伸了固定数字集群网的覆盖范围,增强了TETRA网规划建设的灵活性。一定程度上解决了因固定数字集群网造价高、覆盖范围有限而导致使用场合受限的问题,对TETRA网络建设的进一步深化和推广,有着积极的意义,具有一定的经济效益和应用价值。
参考文献
[1]郑祖辉,鲍智良,等.数字集群移动通信系统[M].北京:电子工业出版社,2002.
移动IP技术 篇4
移动IP是一种用网络进行通信和信息传递的协议, 其主要的功能在于确保计算机或者移动通讯设备不会因为网络IP地址的变化或者网络通信的限制而发生网络中断的情况, 而且能够在移动的过程中一直保持对网络的连接和陆续访问。由此, 在这个特性的作用下, 移动IP在移动通讯发挥着非常重要的作用, 实现了真正的移动通讯。所以, 设计移动IP主要是为了保证网络设备在移动过程中能够实现移动节点的连续性。下面, 本文将根据移动IP的原理, 从移动IP节点的关键技术、工作过程和工作方式三个方面描述移动IP节点在移动通讯中的实现过程。
2 移动IP的原理
随着移动通信技术的发展, 任何移动节点都可以与IP核心网进行无缝的连接, 从而形成无线网络。就目前来看, 数据连接的方法多种多样, 如:WLAN、蓝牙和GSM等。其中在移动无线网络中的实现过程中, 移动IP技术最为关键。移动IP一般包括移动节点、归属代理和外埠代理, 其中归属代理和外埠代理又称为本地代理与外地代理, 统称为移动代理。移动节点 (mobile node) 指的是在移动环境下工作的一些安有移动信息接收和无线网卡的计算机通讯设备, 由此这些设备具备了移动通讯和无线通讯的功能。简单点的说, 就是这些设备具有了长久IP地址的移动终端。归属代理 (home agent) 又称作本地代理, 也就是说这是在本地链路上的代理路由器。同理, 外埠代理 (foreign agent) 又称外地代理, 就是在外部链路上的代理路由器。
移动IP的原理如下:首先移动节点归属代理是信息的入口, 相比较而言, 外埠代理就是信息的出口。一般先经过归属代理进行数据包的封装, 然后传达给外埠代理。当外埠代理接收到数据包之后, 进行数据的解开并将其传递给移动节点。一般来说, 数据包在隧道内时, 路由环会将它重新放回到隧道的入口处。由此, 需要在数据包上加封IP的报头。一旦归属代理将广播包传递到了移动节点那里, 就需要对其进行重新封装。值得注意的是, 归属代理向移动节点进行传送时的本地地址是里层隧道, 相反的, 归属代理往移动节点转交时的地址是外层隧道。当解封的IP报头获得得到了数据之后, 就会报告移动节点, 综上, 这就是节点向移动节点发送数据的全过程。
3 移动通讯中移动IP节点技术的实现
3.1 移动IP节点的关键技术
在移动通讯中, 移动IP节点技术实现的需要依靠的技术有很多, 其中关键的技术就是隧道技术 (Tunneling) 。隧道技术的种类包括IP的IP封装、IP的最小封装和通用路由封装。RFC2004是这样定义IP的最小封装的:IP的最小封装是一种可以选择的隧道, 其主要目的是为了能够减少实现隧道所需要的额外字节数, 这个过程需要去掉IP的IP封装中的内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分才能实现。
3.2 移动IP节点的工作过程
通常情况下, 移动IP的工作过程分为三个阶段:代理发现、注册和数据包传送。在代理发现阶段主要是由本地代理和外地代理进行周期性地广播消息, 这样链路上的所有节点才能够接收到这个消息, 并对其进行检查且决定它的连接方式是本地链路还是漫游链路。一般情况下, 如果是漫游链路, 移动节点就可以从代理广播消息中得到需要转交的地址。与此同时, 移动节点依据IP报头来由此判断自己所处的位置, 如果原IP地址的网络前缀和移动节点的本地地址的网络前缀相同, 那么就可以确定移动节点处于本地链路上。由此, 移动节点可以根据从广播消息中得到ICMP路由器广播部分的生存区域, 并由这个阶段去通知移动节点从同一个代理处接收到一个广播的平均时间。
3.3 移动IP节点的工作方式
移动IP节点主要有5个方面的基本工作方式, 包括代理搜索、注册、注销、接受和发送数据包, 接下来将对这五个方面进行详细的分析。
3.3.1 代理搜索
代理搜索是指在保证移动节点能够正常运作的前提下, 采用代理搜索的方式进行移动节点的寻找, 从而能够得出自己所在的位置。移动IP节点在这个过程中完成三个功能:首先是分析出自己当前的位置是位于本地链路上还是外地链路上;其次, 检查自己是否已经切换到了链路上;最后, 如果自己已经位于外地链路上了, 就可以获取外地链路上的转交地址。一般来说, 在这个过程中需要由代理搜索完成两条简单的消息, 分别是广播消息和请求消息。通常, 本地代理会通过广播消息来进行移动节点功能的宣布, 即当节点处于链路上时, 才能够成为本地代理的服务器, 从而发布广播消息, 确定链路是否存在代理。这时就会出现两种结果, 当存在代理, 移动节点就可以在代理广播消息时获得本地服务器的地址, 相反的, 当移动节点不能够代理广播消息时, 才可以发送请求消息。由于代理请求消息希望能够发送广播消息, 在一定的时间内, 移动节点就会通过转换链路来代理发送广播。由此, 这种代理请求消息的选择是十分必要的。
3.3.2 注册、注销制度
当完成代理搜索过程之后, 才可以进行移动IP的注册。这时, 虽然移动节点已经明确了自己的位置, 但是注册是一个必不可少的环节。一般来说, 注册的时间比较长, 移动节点却不能移动自己的位置, 而且当注册过期时, 移动节点需要重新进行注册。注册的过程是要先将从外地链路上获得的转交地址移交给归属代理, 使得过期的注册重新生效, 然后等到重新回到本地链路上时, 就可以进行注销操作了。
3.3.3 传递数据包的选路
一般数据包的选路是要根据移动节点的位置来进行开展的, 这也是移动IP内重要的技术之一。首先要分析以下两种情形, 即移动节点处于外地链路上和移动节点处于本地链路上。如果移动节点位于外地链路中, 那么就应该选择配置转交和代理转交地址。相对的, 如果移动节点获得了外地链路内的转交地址, 就可以把这个地址报告给归属代理。这样, 外地链路上的移动节点就会进行数据包的发送和数据包的接收这两大内容。
摘要：本文从移动IP的原理出发, 通过分析移动IP节点的关键技术、工作过程和工作方式, 从而说明移动通讯中移动IP节点技术的实现过程。
关键词：移动通信,移动IP,节点技术,研究
参考文献
[1]鞠峰.移动通信中的移动IP节点分析[J].中国新技术新产品, 2012, 17 (24) :52-53.
IP网络路由技术 篇5
一、IP网络路由技术
IP网络路由是以协议架构网络之间的技术。基于IP协议的Internet是当今最大的计算机网络，占有最大的用户、规模和资源。
IP地址。IP网络中数据的传输需要IP地址，一个网络的连接需要一个IP地址，但是主机上的IP地址不可以有多种。在IP分组中，IP地址在网络连接的过程中是不会改变的。
IP地址格式。IP地址是用十进制表示的32位的地址。为了保证网络地址的唯一性，网络地址必须由Internet权利机构（InternetNIC）统一分配，其他单位机构或私人不能分配。主机地址不是唯一的，所以可以各个网络系统管理员分配。
保留地址。由于不同的保留地址在用途和安全上的不同，地址就分为公共地址和私有地址两种地址。在Internet中使用公用地址，并且访问不受限制；私有地址在内部的网络中使用，私有地址单独无法访问，只能和代理服务器一起才能和Internet通信。
若想要连入Internet，首先要申请公用地址才可以连接Internet。在IP地址中保留了三个区域作为私有地址，它们的区域范围如下：
而这些保留地址与其他网络不能连接，所以只能在内部通信。主要原因是使用保留地址的网络和其他网络互连的时候，路由设备在寻找路由时会出现问题。可以将内部网络的保留地址转换成公共地址，这样可以实现内部网络与外部网络连接。这样也是保证网络安全的重要方法之一。
二、无类域路由（CIDR）
越来越多的主机连入Internet，Internet的B类地址（前两个字节为网络地址，后两个字节为主机地址。地址范围：128.0.0.0～191.255.255.255）比较缺乏，可能耗尽整个地址。为了解决这一问题，开发了无类域路由这一解决方案，给Internet充分的时间等待诞生新一代IP协议。
根据CIDR内容，可以申请几个C类地址（第一个字节、第二个字节、第三个是网络地址，最后一个字节是主机地址，地址范围：192.0.0.1～223.255.255.255）来取代申请一个B类地址。分配的C类地址的最高位相同，是连续的C类地址，此路由表用一个表项来表示一组网络地址。
三、路由选择技术
路由寻址。路由功能指路由器寻找路径，这条路径是从源网络到目的网络，相互转发数据包。为了实现高性能通信需要路由选择路径。在网络运行的过程中，源IP 地址和目的IP 地址都被数据包记录下来。数据包在路由器转发的过程中，目的IP 地址不会改变，但是每台路由器会把目的物理地址改成数据包所到达下一站或终点的物理地址，数据包发送到该物理地址的物理链路上。
路由分为两种。路由分为直连路由和非直连路由。直连路由在网络接口配置完成后可自动生成直连路由的IP 地址，接口通过这种方式直接通信。非直连路是由动态路由，人工配置静态路由或通过运行动态路由协议获得。该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第539期2014年第07期-----转载须注名来源是在两个或多个路由器互连的网络之间需要通信的情况下使用。现今Internet的迅猛增长，促使IP 网络成为现代网络的标准，IP网络路由技术不只是为数据传输找一条通道，路由所选路径的传输容量和服务质量也需要考虑，并且还要对全网负荷做一个分析，为了使网络中各条通道的数据流量保持平衡。除此之外，还要求域内路由和域间路由的算法有高效的路由表查询技术，并且能快速收敛。
路由器的作用。基于IP协议建立网络，将各个IP子网相互连接起来，使用路由机制，把IP网关互相连接起来，形成了一个具有层次性的网际网。
大量的主机构成了IP子网，多个IP子网组成了整个IP网络。通过路由器完成IP子网的主机之间通信。路由器接受主机发出的IP包，通过查询路由表，来确定下一个输出口，以便把IP包发送给下一台路由器，如此发送下去，直到IP报到达通信终点的主机。IP协议中，网络有多种层次：物理层、网络层、传输层、链路层。集线器处理物理层，一台交换及处理链路层，路由器转发数据，因为网络层只有以太线路接口，所以网络层只能在以太网中。
IP网络路由是世界上最大规模，拥有最多资源的一个大型计算机网络。IP网络路由在当今网络的发展中起到不可估量的作用，是现代网络发展的标准，也是未来网络发展的基础。
移动IP技术 篇6
关键词：IP网络,QoS技术,移动环境
随着信息化时代的到来IP网络已经成为数据提供和信息交流的最大平台, 全球网络每秒处理的数据都是极其庞大的, 经常出现网络联机时大量数据传输导致网络环境运行缓慢, 网络数据传输安全模式运行异常, 导致网络不稳定, 造成数据的大量丢失和经济上的重大损失, 为此Qo S技术的问世在一定程度上很好的减轻了网络异常现象的问题, 维护了网络运行环境的可靠性和稳定性。
1 Qo S技术所针对的移动IP网络问题及其相关介绍
1.1 移动互联网概述
从根本上来说移动互联网就是互联网, 它以移动网络作为接入网络。移动互联网产生了多种应用服务, 也促进了应用服务的发展, 而且与传统的互联网服务有较大的不同, 用户可以在任何地方任何时间的使用移动互联网, 许多服务都是根据用户的根本需要, 根本需求和兴趣爱好实施定制的。移动互联网的核心就是应用服务, 满足于用户体验, 是用户多层次宽领域的体验。
1.2 针对IP网络的Qo S技术简介
巨大的数据量会导致传输过程中数据阻塞网络传输渠道, 现阶段多媒体文件的数据量极大且具备时间延续性质, 因此由于数据量过大导致传输网络通道被拥堵, 传输速度降低、网络连接断开以及发生数据丢失、储存异常、文件无法读取等问题也频繁发生。Qo S技术的核心就是保证数据传输拥堵是文件传输的高效、可靠以及数据无丢失。只有对于数据量较大传输时间较长并且传输过程中会出现数据问题错误的网络资源加载Qo S技术的优势才会显现。
2 Qo S技术在无线移动IP网络中应用所具备的特点
针对于网络数据传输量巨大导致的网络拥堵、数据丢失、不良使用错误操作, Qo S技术的问世无疑增加了网络数据的利用效率, 也是为更多的网络用户提供高效一流的上网服务和数据使用、交流的安全可靠的交流平台。
2.1 更高的可靠性, 更快的响应速度
IP网络数据拥堵在以往的数据处理中往往就是等待数据缓冲, 数据缓冲会占据大量的网络资源导致网速骤降, 进而影响到缓冲数据的渠道, 导致传输的数据渠道发生错误, 最终的结果就是网络异常, 反应速度骤降, 数据传输错误降低网络资源的准确性, 引发网络用户的不满和耽误时间。
Qo S技术的问世可以有效的提高IP网络的稳定数据传输, 提升了IP网络的数据传输的可靠性和稳定性, 并且应用Qo S技术还可以减少网络相应处理时间, 增加网络响应效率, 提升网络用户处理数据的能力进而增加IP网络客户满意度。
2.2 帮助减轻网络需求负担, 充分利用现有带宽
线路的利用问题属于网络应用的一个重点问题, 网络数据传输渠道单一, 过多数据集中在单一渠道就会导致IP网络单一渠道拥堵, 而其余的宽带线路还处于相对宽松状态, 因此对数据传输渠道的合理控制属于Qo S技术的另一大亮点。合理的安排数据的传输渠道, 将数据的传输安排在带宽充足的传输线路内可以减轻网络数据传输的负担, 并且提高数据的传输量, 减少数据传输时间, 进而增加网络数据的处理应用能力, 更快速的满足与各类网络用户的数据需求, 提升IP网络服务的愉悦度。
2.3 控制, 避免不良使用
在选取数据下载渠道的时候由于数据下载的时间限制就会导致下载数据过程中网络速度降低, 导致的结果就是网络对于控制的反应迟缓, 并且会产生错误信息导致网络系统操作异常, 可能会直接造成网络瘫痪的问题, 进而操作者又出现不规范操作导致更多问题。这类不良使用情况在Qo S技术投入到IP网络应用后有了极大的改善, 避免由于错误操作导致的相关网络不良操作现象。
2.4 扩大商业应用范围, 节省费用、提高效率
移动互联网带来的商业价值是巨大的, 在我们日常使用网络的过程中产生了巨大的商业价值, 推动了虚拟世界的经济发展, 移动互联网通过终端服务提供了便携性, 及时性, 实效性等。Qo S技术为网络商业的规模化发展提供了巨大的帮助, 并且保证了网络上也的高效性为其扩大经意规模提供了良好的网络运营环境保证。并且由于Qo S技术的应用可以减少网络数据错误提升数据处理能力也节省了极大的网络运营成本, 提高商业效率。
3 Qo S技术应对问题
Qos技术是针对于有时间限制的数据传输资料导致的网络数据传输拥堵现象导致的一系列问题所引发的网络数据异常而研发的, 它的本身就是为了找到一种相对快捷省时的网络数据传输下载方式, 通过对传输数据渠道的保护、对传输数据导致拥堵现象的疏导以及合理调配网络下载网线传输等几个方面来进行数据流的疏导和可靠性保障。是符合现代网络数据应用高效方便理念的一款安全机制。
Qo S (Quality Of Service) 是一种安全机制, 正常情况下并不需要Qo S, 但对关键应用和多媒体应用就十分必要, 当网络过载或拥塞时, Qo S能确保重要业务量不会延时和丢弃, 同时保证网络的高度可靠运行。在正常情况下, 如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统, 并不需要Qo S。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时, Qo S能确保重要业务量不受延迟或丢弃, 同时保证网络的高效运行。
4 结束语
网络的发展源自于信息的交流需求, 因此保证网络数据传输的高效稳定一直是近些年网络开发专家们想要攻克的问题之一。以往时间性限制数据的传输过程中难免会因为电脑数据异常处理、网络数据大量传输出现网络拥堵、瘫痪崩溃的现象, 降低了网络灵活度的同时也使网络的反应速度骤降, 进而导致操作者的错误操作造成更为恶劣的网络数据事故, 导致下载数据文件无法打开或者正常运行, 浪费时间的同时也浪费了资源。Qo S技术是针对这些问题开发出的一种安全机制, 能从数据传输造成数据拥堵这一问题上去解决网络数据异常的问题, 减小相关网络数据错误丢失的可能性, 提升网络数据应用的可靠度创造巨大的商业价值, 为网络用户提供方便。
参考文献
[1]黎连业.计算机网络故障诊断与排除[M].清华大学出版社, 2007 (03) .
[2]杨闯.网络规划与实现[M].高等教育出版社, 2005 (12) .
[3]建栋锐.IMS网络容灾的研究与实现[D].北京邮电大学, 2010 (06) .
移动IP的注册 篇7
随着Internet的迅速发展, 人们越来越希望能够灵活、快速、低费用、随时随地的接入Internet。无线通信技术由于具备了这些特性, 越来越广泛地应用在Internet接入中。而且在IMT-2000中已明确规定, 第三代移动通信系统必须支持移动IP分组业务。3G网络将使用户能够享受到出色的数据服务。他们只需轻触按钮, 便可以全天候高速访问和使用这些应用。3G手持终端支持的高速数据访问服务为人们带来强大的优势。
简单的说, 移动IP技术就是让计算机在互联网及局域网中不受任何限制的即时漫游。专业一点的解释, 移动IP技术是移动节点 (计算机、服务器等) 以固定的网络IP地址, 实现跨越不同网段的漫游功能, 并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。
移动IP应用于所有基于TCP/IP网络环境中, 它为人们提供了无限广阔的网络漫游服务。譬如:在用户离开公司, 只要简单地将移动节点 (例如:笔记本电脑、PDA设备) 连接至当地网络上, 那么用户就可以享受到所有操作。用户依旧能使用公司的共享打印机, 或者可以依旧访问公司同事电脑里的文件及相关数据库资源, 让用户感觉不到自己身在外地。
典型的移动IP网络由移动节点 (Mobile Node, MN) 、家乡代理 (Home Agent, HA) 和外地代理 (Foreign Agent, FA) 组成, 一个移动节点可在任意IP子网上接入互联网。
1 验证、授权与计费
与过去的固定电话系统和无线系统一样, 新的系统也需要一个AAA的解决方案。但是为了提供3G所承诺的不管是对用户还是提供商来说都是高价值的应用, 业务提供商尤其需要一个安全、可靠、易于扩展、支持漫游的AAA解决方案。在3GPP的规范中建议使用AAA新框架即Diameter协议来完成对各种接入技术和丰富业务的认证、授权与计费。
2 Diameter协议
RADIUS曾经广泛地并且成功地为拨号PPP/IP和移动IP的访问提供了认证授权和审计服务。然而, RADIUS固有的缺点使它无法适应路由器和NAS性能的提高, 也无法应付AAA服务器的设备扩展。Diameter出现了, 它的设计目标就是为了解决这些问题。它是RADIUS的升级版本, 因此使用Diameter并不意味着完全摒弃RADIUS, 它们可以方便的实现过渡和交替。Diameter由基础协议和应用协议组成。这样的方式使得协议对于新的访问技术可以灵活扩展。基础协议提供了可靠传输、消息传送和错误处理的机制。但基础协议不能单独使用, 它必须与应用协议联合使用。每一应用协议是在基础协议之上的构建的某种特殊的网络访问的规则。Diameter基础协议为各种认证、授权和计费业务提供了安全、可靠、易于扩展的框架。以此为基础定义Diameter应用, 只需要定义应用协议的应用标识、参与通信的网络功能实体、相互通信的功能实体间的消息内容以及协议过程, 就可以完全依赖Diameter基础协议完成特定的接入和应用业务。
目前, IETF的AAA工作组已经完成Diameter NASREQ应用、Diameter移动IPv4应用、Diameter多媒体应用等应用协议的制定。
3 Diameter移动IP应用
Diameter移动IP应用使Diameter服务器能够对移动IP业务进行认证、授权, 并收集计费信息, 使网络运营商可以有效地控制对移动节点的接入。由于Diameter基础协议提供了域间交互的能力, 所以漫游的移动节点也能从外地业务提供商处获得接入业务。
3.1 Diameter注册模型
在基于Diameter的AAA系统中, 主要包含Diameter服务器、Diameter客户端、Diameter中继、Diameter代理、Diameter重定向器等节点。
移动节点用网络地址标识 (NAI) 而不是家乡地址进行注册。Diameter移动IP也是通过以NAI格式表示的用户标识进行消息路由的。
为了对移动节点进行认证、授权和计费, 移动IP协议中定义的外地代理 (Foreign Agent, FA) 和家乡代理 (Home Agent, HA) 就成为Diameter客户端, 此外还需配置Diameter服务器, 其他Diameter节点 (如Diameter中继和Diameter代理等) 就按照网络的规模和用户的数量进行部署。在一个管理域内至少需要配置一个Diameter服务器, 对注册在本域的节点 (不管仍在本域还是移动到了外地域) 进行认证、分配密钥、收集计费信息等;需要配置Diameter代理, 为移动到本域但非本域的节点转发消息, 同时控制资源的使用。这两个功能实体可以共存在通称为AAA服务器的实体里。对注册在本域的节点, 它具有Diameter服务器的功能, 被称为该节点的家乡AAA服务器, 简称为AAAH;而对其他的节点, 它是Diameter代理, 被称为该节点的外地AAA服务器, 简称为AAAF, 如图1所示。
在移动节点移动到某个域的第一次注册过程中, 是通过AAA协议完成的, 也就是说需要外地代理、外地AAA服务器、家乡AAA服务器和家乡代理协同完成认证、授权和准备计费的工作。在Diameter会话期内的注册则只需要通过移动IP的协议过程, 外地代理可以和家乡代理直接进行注册。当最初家乡AAA服务器授予该移动节点的时间到期后, 外地代理又需要通过AAA协议对该节点进行认证授权。
3.2 注册过程
移动节点要接入到一个域时, 会向外地代理发送移动IP请求 (Registration Request, RegReq) ;外地代理从注册请求中提取出家乡地址、家乡代理、移动节点的NAI等重要信息, 并把这些信息和注册请求消息组织成多个Diameter AVP, 创建移动节点请求 (AMR, AA-Mobile-Node-Request) 消息, 转发给本地AAA服务器;本地AAA服务器按照移动节点的NAI和Diameter基础协议定义的路由过程来决定这个消息是本地处理还是转发, 若是本地处理, 这个AAA服务器就是Diameter服务器, 否则它就是Diameter代理。
若移动节点想接入的是外地域, AMR消息就被继续转发给家乡AAA服务器。家乡AAA服务器根据储存的用户信息对移动节点进行认证;在成功认证后, 提取包含移动IP注册请求等信息的AVP, 组成一个新的Diameter消息, 即家乡代理移动IP请求 (HAR, Home-Agent-MIP-Request) , 发送给移动节点的家乡代理。家乡代理收到HAR消息后, 先处理Diameter消息, 然后按照消息中的移动IP注册请求AVP, 生成移动IP注册响应 (Registration Reply) , 封装在相应的AVP中, 最后把生成的家乡代理移动IP响应 (HAA, Home-Agent-MIP-Answer) 按原路发送回来。
家乡AAA服务器按照HAA创建移动节点响应 (AMA, AA-Mobile-Node-Answer) 消息, 也按原路把消息发送给外地代理。外地代理按照AMA创建包过滤规则, 记录授权给移动节点的接入时间、保存会话密钥等, 并提取出移动IP的注册响应消息, 发送给移动节点。这就是最基本的移动IP认证和授权过程。
3.3 改进方法
与原有的移动IP技术相比增加了认证和授权过程, 这会带来一定的时延。这是由于这两个过程中包含了对数据库的检索、对信息的比较以及在一个消息流程中多次对消息包的封装和解封装等, 而这些操作都将带来时延。在整个认证过程中有太多实体参与, 给通信安全性带来了一定影响。这是由于认证信息可能要经过多个中继进行转发, 中间的任一中继都有可能被窃听而将信息泄露出去。
为了解决上述存在的问题, 下面提出一种改进思想。这种思想在家乡域的家乡代理和外地域的外地代理之间建立隧道进行连接, 而不再采用逐级转发结构。这将减少消息所经过的Diameter中继数目, 从而减少了信息泄露的可能性, 在一定程度上增加了安全性。在建立隧道的各种协议中, 第三层隧道协议IPSec的隧道建立过程具有简单、节约带宽以及时延小等特点, 有利于会话持续时间较短的应用, 且该过程中的认证注册过程以及授权和计费信息交互的持续时间都很短。
改进方法如下:移动节点提出注册请求后, AAAF据NAI网络接入标志符确定移动节点的家乡域。若AAAF所连接的代理和移动节点家乡域中的家乡代理间的隧道尚未建立, 则利用IPSec协议建立隧道, 然后开始认证、注册等一系列过程。由于考虑到在同一个代理上可以连接多个AAA服务器和移动节点, 因此采用了隧道复用技术以节省资源和减少开销。隧道的复用功能可以利IPSec实现。如果在某一段时间内隧道中没有数据通过, 则可以认为隧道处于闲置状态并终止其连接。这个时间段的长度可以通过对隧道的业务量进行统计分析来确定。
改进后的模型与原有模型相比, 其优点主要表现在以下几个方面:
(1) 减少了参与通信的代理数量, 只使用了家乡域和外地域中的代理, 从而消除了在中间路由上泄密的可能性。
(2) 利用IPSec协议对数据加密, 防止了信息在网络传输过程中被修改或复制, 并且避免NAI在网络上的明文传输。
(3) 当隧道闲置时终止连接, 以保证隧道的时效性, 从而保证了认证请求的时效性。
4 结束语
由于未来的全IP网络中将采用IPv6协议, 所以AAA新框架即Diameter协议与移动IPv6应用将会广泛地使用到需要对移动终端进行认证、授权和计费的场合。
参考文献
[1]周贤伟, 王淑伟, 覃伯平.一种集成化的基于Diameter的AAA服务器设计方案.计算机应用研究电信工程技术与标准化.2007.
移动IP技术 篇8
关键词：移动IP,家乡代理,注册
1、移动IP出现的背景
众所周知,我们所处的时代是高度信息化的时代。随着网络技术的不断发展,人们已不再满足于仅仅在办公室、家中或某一固定地点使用互联网,而是希望可以随时随地地访问它。因此如何解决移动节点无缝接入互联网的问题也成了互联网技术研究的一个热点。
在传统的路由协议中并没有充分考虑到节点的移动性,当移动节点改变位置时,它和别的节点之间正在进行的通信将被中断[1]。另外,移动节点的用户们也希望获得同其他桌面用户一样的服务并能实现资源共享,甚至当他们移动时仍然可以使用原来的IP地址继续与其他用户通信。之后,移动IP协议的出现满足了这个需求[2,3]。
移动IP的出现主要解决了以下两个问题:
(1)当节点在切换链路时不改变它的IP地址就无法在新链路上接收数据包。
(2)当节点在移动过程中改变了它的IP地址就不得不每次都中断和重启正在进行的通信。
2、移动IP中定义的几个主要的实体
移动IP中定义的几种重要的功能实体有:
(1)移动节点:可以将接入因特网的位置从一条链路切换到另一条链路上而仍然保持所有正在进行的通信,并且只使用它的家乡地址的那些节点。
(2)家乡代理[2]:有一个端口与移动节点家乡链路相连的路由器。
(3)转交地址:是指移动节点连接在外地链路上时的相关IP地址。这是一个完全正确、却没有多少实质内容的定义。从概念上讲有两种转交地址:外地代理转交地址和配置转交地址。
(4)隧道:当一个数据包被封装在另一个数据包的净荷中进行传送时所经过的路径称为隧道。移动IP中使用了三种隧道技术IP的IP封装[3]、最小封装[4]和通用路由封装。
本文的主要工作是,对移动IP中移动节点向家乡代理注册功能的研究与实现。
3、移动节点的注册
当移动节点发现它连在一条外地链路上时,它就得到一个转交地址,并向家乡代理注册这个地址。移动IP的注册包括两种消息的交互注册请求消息(Registration Request)和注册应答消息(Registration R e p l y)。
移动节点进行注册的主要目的是:
(1)移动节点可以通过注册向外地代理请求选路和隧道拆封服务。
(2)移动节点可以通知家乡代理它的转交地址。
3.1 对移动节点注册的认证问题
移动节点进行注册的目的之一是出于安全性的考虑,主要针对以下两种攻击[1,6]:
(1)某一节点发送一条假的注册请求到家乡代理。这样发给移动节点的数据包就全部都被转发到它那里,这称为拒绝服务攻击。
(2)某一代理可能复制从前的注册应答消息,然后冒充家乡代理用旧的消息应答移动节点,从而把移动节点从网络上切断,这称为重发攻击。
为了抵御“拒绝服务攻击”,必须要对移动节点和家乡代理之间的注册消息进行认证,因此在每个注册请求和注册应答消息中都包括了移动-家乡认证扩展,本文使用的认证算法为MD5。
为了抵御重发攻击,本文采用在注册请求消息中使用标识域的方法,即移动节点每次发送注册请求时选择一个唯一的值写入标识域,家乡代理发送注册应答时同样在标识域中使用该唯一标识,这样就可以将注册应答和相应的注册请求对应起来,也避免了其它节点将以前的注册应答消息保存下来,然后冒充家乡代理发给移动节点。
3.2 家乡代理收到注册请求消息后的处理流程
家乡代理收到注册请求后需要做一系列有效性检查,若判定这条注册请求消息无效则向移动节点发送一条注册应答,其中Code域将注明失败原因,这种情况下家乡代理不改变注册表中移动节点的绑定表项。若注册消息有效,则根据转交地址、移动节点的家乡地址、生存时间和S比特,对绑定表项进行添加、修改或者删除,最后家乡代理向移动节点发送注册应答消息告知注册成功。
3.3 本文中采用的注册机制
本文中采用的注册机制如下:
移动节点注册时,使用事先规定好的固定端口号(434)向家乡代理发送注册请求UDP包,该包结构如图1。
家乡代理启动监听程序循环监听434端口,如果有数据包到来,则判断该数据包类型:
如果是注册数据包即生存时间>0,则做以下处理:
首先判断该包的合法性,并对其身份进行认证。
如果认证成功,若生存时间>0并且S=0,则根据UDP包的数据部分对该表项进行更新。若生存时间>0并且S=1,则插入一个新表项。之后,家乡代理向移动节点发送注册成功消息,即发送注册应答UDP包,其中Code域置1表明接受请求。注册应答UDP包结构如图2。
移动节点接收到注册应答消息后同样要进行包的合法性认证以及对应答消息中标识域值的对比。这样,就避免了其他节点以假冒身份进行的恶意攻击,保证了移动I P实现过程中的安全性、可靠性。
如果认证不成功,则直接返回一个注册应答消息,其中Code域置0,告知该请求被拒绝。
如果是注销包即生存时间=0,则做以下处理:
首先,同样进行一系列安全认证,然后查找注册表。若找到匹配表项,则删除该表项。否则,向移动节点发送应答U D P包,告之“该节点已经注销”。
如果既不是注册包也不是注销包则不对该包做任何修改,继续监听。
3.4 本文中所使用的主要存储结构
注册表是用来存储移动节点家乡地址和转交地址对应关系的结构。在本文中其表项的数据结构定义如下:
3.5 用户空间与内核空间共同访问注册表的解决方法
由于对数据包的隧道封装操作是在内核空间中完成的,而注册表是建立于用户空间的存储结构,对移动节点注册请求消息的接收和处理是由用户层的守护进程来完成的,这样就涉及用户态和内核态之间如何进行通信的问题。本文采用的解决方法是使用文件来存储注册表,这样内核和用户层就可以通过对同一个文件的操作达到共同对注册表进行访问的目的。
首先我们在用户层创建一个用来存储注册表内容的文件——regtable,并以可读写方式打开它,然后根据到来的注册消息对该文件进行相应的添加、修改或删除操作。
与此同时家乡代理的IP层不断有数据包到来,需要根据包头的目的地址域来判断该包是否是发往移动节点的数据包,如果是,则同样需要访问注册表。首先在内核中以只读方式打开注册表文件regtable,顺序查找是否有相匹配的内容,如果找到则根据其中相应的转交地址对数据包进行隧道封装。
4、总结
本文根据RFC 2002文档[6]中对移动IP协议的描述,大体上实现了移动IP中移动节点向家乡代理注册的完整功能[7,8,9,10]。
本文在实现的过程中也存在着一些问题,比如,节点认证中的网络性能问题以及注册表查找效率问题等等。这些都有待进一步的完善,也是我们今后将要努力的方向。
参考文献
[1]C.Perkins,Mobile IP,IEEE Communications Magazine,1997
[2]C.Perkins,Mobile Networking through Mobile IP,IEEE Internet Computing,1998
[3]C.Perkins,IP Encapsulation within IP.1996.
[4]C.Perkins,Minimal Encapsulation within IP.1996.
[5]C.Perkins,Mobile IP:Design Principles and Practices,Prentice Hall PTR,1998
[6]C.Perkins,IP Mobility Support,1996
[7]James D Solomon.移动IP[M].机械工业出版社,2000.
[8]C.Perkins,IP Mobility Support for IPv4[S].2002.
[9]邱新平,阮传概,张振淘.移动IP技术研究[J].移动通信.2000.
移动软交换核心网IP化实现 篇9
1 网络改造架构
全IP网络的建立可提高服务质量以增加用户数量,是移动运营商积累企业价值并迎接将来市场挑战的主要途径。因此,其已成为各大运营商将争抢市场的战场[2]。全IP构架可分4层,包含了从接入到传输,从核心到数据的各个方面,所以将全网络IP化的工作量很大。文中依据架构中的4个层面,从核心发展到网络的边缘,具体按以下3个步骤实现IP化[3]:(1)应用R4交换构架,通过承载分离以及控制来完成长途网中的IP承载,如图1所示。(2)通过软交换改造关口局以及端局,将核心网络逐步IP化,如图2所示。(3)在各种基础准备完成后便可完成全网的IP化。
由图2可知,经站点接入方式接入IP专用承载网络,由此实现2G网络的软交换IP化。其中,MGW之间呈现网状结构,其是在IP专用承载网络基础上实现的,而与MSC Server程星状结构相连。经CMN节点和网状结构分别连接了省际和省内的MSC Server[4]。另外,可通过重置直达电路实现TDM和软交换设备间的连通,TMG转接也可实现此连通。统计新增的SCTP、M3UA信令和BID话务路由的相关数据是MSC Server中需要关注的。而在MGW中,必须注意各链路的带宽,及时处理SCTP的丢失复传和拥堵等问题,关注媒体流和IP占用带宽状况,特别是因带宽不足需引起媒体流拥堵而产生拒呼等情况。
为确保用户能随时以任何方式进入网络当中,网络运营商积极探索了网络融合的应用。在各方面的配合下,推动了网络、业务和网络终端的融合,使整个行业的融合成为了可能。用软交换系统完全替代以往的电路交换系统,在IP化之下实现各种网络的联合,从而降低新兴3G网络的投资成本。为方便分层管理,各大运营商相继接入CMN,从而达到清晰明确管理网络的目的。其后,在保证网络使用质量的情况下,尽量利用IP化的各种优势,进行集中管理和控制成本。通过使用R4,使得现有网络以至于整个网络系统更为顺利地过渡到未来演进的路程中,向NGN模式缓慢靠拢。
2 地区核心网IP化改造组网方案
2.1 话务网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,其话务网的组织方式与现有2G网络相同,即本地网MGW和各自归属汇接区的TMSCZ以及TMG设置中继电路,用以疏通其长途话务;MGW与本地网内的其他移动端局之间依据现网情况设置直达中继,用以疏通本地网内的话务,同时和本地网内的GW设置直达电路,用以疏通互联互通话务。软交换端局BSC的接入与TDM端局BSC的接入方式一致,MGW与BSC之间开设直达的TDM链路。为充分利用IP承载的优势,长途话务的路由采用近入远出的原则进行路由疏通。在软交换引入IP承载方式后,将采用扁平化的组网方式。MGW之间的话务直接通过IP承载网进行疏通,无需经过汇接。而采用IP方式承载的MGW采用全网扁平化一级组网模式,直接通过底层IP专用承载网进行疏通,并利用RTP/RTCP/UDP/IP协议栈通信。
2.2 信令网组网方案
移动本地网引入软交换设备后,软交换MSCServer独立于本地网之外集中设置,负责移动性管理和呼叫处理等信令处理功能,MGW不处理任何信令消息。由于MSCServer可控制多个MGw,因此MSCServer作为ZG网元接入现有2G网络的七号信令网,应支持多信令点功能,以便逻辑上将MSCServe及所辖的MGw划分为不同移动交换端局。MSCServer和MGW均应支持和设置内置SG。 通过MGw内置的信令网关,软交换端局与本地网内的其他MSC、GW及TMSCZ设置直联信令链路,负责实现ISUP消息的疏通。而MSCServer与BSC间的BSSAP信令,由MGw内置SG进行转接,在Server与MGW间采用IP承载,MGW与BSC之间采用TDM承载。当通过MSCServer内置SG,MSCServer可与HLR、SCP、SMS等设置信令链路,转接MAP/CAP等TDM信令。 MSCServer之间采用BICC信令,基于IP承载,省际的BICC的信令需通过C网中转。MSCServer与MGW之间的Mc接口的GCP/ISUP/BSSAP信令基于IP承载。MSCServer与HLR、SCP、SMS之间的MAP、CAP信令采用TDM承载,由MSCServer通过LSTP进行转接时,MSCServer与LSTP之间多采用TDM方式承载的2 Mbit·s-1信令链路。MSCServer与TDM端局之间的ISUP信令,由MGW内置SG进行转接,在Server与MGW之间采用IP承载,MGW与TDM端局之间采用TDM承载。跨本地网IP软交换端局与TDM端局之间互通时,在软交换端局侧,控制面BICC信令经TMSCServer转接为ISUP。在TDM端局侧,经TMSC/TMG转接,与ZG现网一致。另外,改造后需考虑对传统信令网的影响。随着IP宽带信令的增加,现网信令网压力将得到缓解。由于核心网IP化后,MSCServer设备之间采用BICC信令代替了现有的工SUP信令,在一定程度上减轻了现有信令网的网络压力。根据本地信令由LSTP转接,省际信令由HSTP转接的网络拓扑结构核算,Nc接口采用BICC信令后,可减轻信令网STP约20 %的信令负荷。随后的MAP信令承载IP化进程,现有信令网的信令负荷将大幅减轻。以上情况将在一定程度上影响现有信令网STP设备的建设,需在STP扩容时考虑。
3 软交换端进行 IP 设置应遵循的原则
进行TDM到以IP局为基础的升级对于软交换设备较为重要,而在该种升级操作中最为关键的便是要根据IP地址的要求合理地实现设备IP化的设定。
不同的应用层面要进行不同的设定,达到省级高度则需将IP地址划分为两段:媒体和信令段,这两部分通常应当各自采用独立的B类型地址,具体原则为媒体段从B类地址的最大端进行设定而信令段则由最小端设定,剩余的地址则作为后备地址。为获得连续统一的后续扩展地址(后续年限为五年以内),提出如下建议:将B类地址为1～4个的省分成两个B类地址部分,媒体段与信令段分别为一,并由软交换业务系统管理;DCN维护用网负责网管的IP各自独立划分,不采取上述两段的地址。
而对于市级网络而言,省内的各城市网络采取C类地址进行连续的单位式布局,在原则上,同一区域的C地址不应出现断续,且只限本区域不可跨区域,该C地址还需遵循IP地址的VLSM原则;信令与媒体段的地址均要按照各个城市地区的当下与未来的业务发展供需关系合理分配留有一定裕度;各城市区域的媒体与信令IP地址应由4个C类地址组成,各城市区域使用的C类地址数目应为2的整数次幂,且要在最小单位上采取不间断分配的方式。
而对于站点,某CE以及相连的一切软交换设备中每天CE的地址应设定最小不间断地址长度为1/2个C类地址段;且每个相连的设备要从该CE的地址中分配且地址各自独立;按照软交换设备的具体数目与其对IP地址的需求分配地址段,同时还需保留一定裕度;在一个站点内的所有信令接口掩码最好采用28位,而媒体则为30位;对于业务地址的设定建议由小到大;而AP和CE的共用地址应通过IP承载网络的专业管理人员统一划分。
4 结束语
不论是要实现业务增量或是对于其他多媒体的网络载体,全局实现IP化是当下网络核心进化的总体趋势。在其之后实现的则是构建IP的入接网络。Abis与A接口是实现IP化传输的关键,运用这两种接口可明显提高传输与共享资源的能力,大幅减少OPEX与CAPEX的使用,使得BTS的入接途径更加便捷灵活,能刺激加大网络覆盖率,还能一定程度的提高通话质量。网络结构的总体发展趋势为扁平化,当达到结构简化,性能提升的目标后,将进一步朝融合式的新型网络结构方面发展。
摘要：IP技术的发展给移动软交换网的改进提供了契机,运营商为提高竞争实力,均进行了移动软交换的IP化改革。文中通过规划IP地址、组建话路网络以及革新网络架构3种方法,探究了对新兴软交换核心网进行IP化的可行性及改造方法。
关键词：软交换,核心网,IP
参考文献
[1]张军霞.移动软交换的发展趋势分析[J].计算机光盘软件与应用,2012(9):66-67.
[2]王月秋,雷振甲.浅谈软交换技术及其在中国的发展[J].电子科技,2004(9):60-64.
[3]谢燕,郑有才,张立勇,等.基于软交换的软终端设计与实现[J].电子科技,2006(6):22-25.
[4]陈晓毅.移动软交换端局IP承载网带宽需求的估算[J].电信技术,2008(6):33-36.
移动IP技术 篇10
IEEE 802.16工作组近期发布了支持固定和移动宽带无线接入的无线城域网标准IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e[1,2]。IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e均为物理层和媒质接入层的规范, 其中无线城域网标准IEEE 802.16-2004是IEEE 802制定的固定宽带无线接入规范, IEEE 802.16e是对IEEE 802.16-2004的补充和修正版本, 以期望在IEEE 802.16-2004基础上提供用户站可达到车速移动的功能和服务。为了加速基于IEEE 802.16技术的应用和产业链的形成, 通过对IEEE 802.16技术应用的频段、应用场景和互操作进行定义, 工业化组织WiMAX论坛[3,4]进一步提供了基于IEEE 802.16技术的互联互操作的能力, 以及网络资源管理和控制的功能和测试等规范。
由于IEEE 802.16e潜在地支持无线宽带的移动能力, 以及WiMAX论坛的积极推动, 基于IEEE 802.16的WiMAX移动网络的应用正成为业界讨论的热点。IEEE 802.16m被选为下一代无线通信标准 (IMT-advanced) 的候选方案之一[3,5], 对比IEEE 802.16e, 为适合IMT-2000和IMT-advanced 的性能需求, IEEE 802.16m更强调了加入了增强型的一些物理层功能, 如Relay、多播、功率控制和多天线技术等[6], 但从支持移动性以及和IP技术的互联互通方面, 基于IEEE 802.16m和IEEE 802.16e的WiMAX网络并无明显的差别。本文将首先研究IEEE 802.16e的移动服务能力, 然后着重研究基于IP的移动WiMAX的网络方案, 这种网络方案也可作为基于IEEE 802.16m技术的未来的网络应用方案。
1 IEEE 802.16e支持移动性服务能力
在IEEE 802.16-2004基础上, IEEE 802.16e主要在物理层和媒质接入层扩展以支持多用户通信和网络移动性服务能力。下面分别对其基于物理层、MAC层的增强功能进行分析。
1.1 IEEE 802.16e的物理层增强功能和特点
正交频分复用 (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 技术是在信道中进行有效信息传输的一种健全的通信技术。该技术利用多个并行的、传输低速率数据的子载波 (子载频) 来实现高数据速率的通信。OFDM技术的优点还在于其便于简化信道均衡过程, 并且支持在时域和频域进行多用户信道分配和链路自适应, 从而更进一步提高OFDM系统的频谱利用率。相对OFDM, OFDMA的使用可以带来更多的灵活性, 也即按照不同信道特点和数据量的需求, 通过子信道分集化分配信道和功率资源, 从而更有效地提高资源分配效力。
IEEE 802.16e更进一步采用可扩展OFDMA (scalable orthogonal frequency division multiplexing access, SOFDMA) , 在恒定子载波频率下, 通过延展FFT尺寸, 使系统可以方便地适应不同的信道带宽。如设定子载波频率为10.94 kHz, 通过调整FFT大小, 可以灵活支持1.25～20 MHz带宽。
可扩展OFDMA系统采用分集化和邻近化方式实现子信道中的子载波置换或散布。其中, 分集化的目的是将子载波随机组合成子信道, 以提供频率分集并平均化小区间干扰。典型的分集化置换方式有下行FUSC (fully used subcarrier) , 下行PUSC (partially used subcarrier) 和上行PUSC。图1 (a) 和图1 (b) 分别列举了下行PUSC和上行PUSC的子载波分布方式。下行PUSC采用串 (cluster) 结构, 即由下行PUSC每对OFDM码元中合适的子载波组成串, 各OFDM码元中包括14个用于数据和导频的连续子载波。而上行PUSC采用片 (tile) 结构, 12个子载波组成片, 6片被重组和置换以形成一个时隙。也即一个时隙包括分布在3个OFDM码元中的48个数据和24个导频子载波。其中, 数据子载波用于数据传输, 导频 (pilot) 子载波用于估计和同步。
邻近化置换包括下行AMC和上行AMC, 可以在OFDM (A) 系统中支持多用户分集, 更便于链路自适应处理。其中来自同一OFDM码元的连续的子载波组成箱 (bin) , AMC的一个时隙被定义为多个bin的组合, 组合方式有:[6个bin, 1个码元], [3个bin, 2个码元], [2个bin, 3个码元], [1个bin, 6个码元]。AMC置换模式子载波分集置换对于移动系统更适合, 而连续置换模式对于固定、游牧和低速移动环境适合[4,7]。
1.2 IEEE 802.16e的MAC层增强功能和特点
IEEE 802.16e的移动性服务能力更多地体现在对MAC层的改进上。提供的关键MAC层技术包括移动性服务的支持、切换和节电模式等。
1.2.1 802.16e的移动性支持
为支持切换和其他移动性服务, IEEE 802.16在MAC层提供了诸如网络拓扑的获得、对目标基站的扫描、关联化, 测距 (ranging) 、小区重选等功能。其中移动站扫描邻居基站以确定新的分集集合。扫描步骤包括:识别合适的基站;与其下行传输同步, 并且估计其信道质量;测距使移动站完成和某个基站的同步过程。测距可以是基于冲突和非冲突的。基于非冲突的测距提供更快和可信的同步方法, 但是以耗费资源为代价;关联化使移动站得以记录对分集集合的基站成功扫描和测距的次数, 加速转移该移动站的业务到目标基站;而邻居列表广播使得基站借助于网络站点回程 (backhaul) 产生邻居列表, 支持移动站的切换服务。其中列表信息在MOBNBRADV的消息元素“handoff Neighbor preference”中。基站周期发送邻居列表, 每个基站维持邻居基站的MAC地址映射表和其索引。
1.2.2 MAC层切换能力
硬切换是IEEE 802.16e中必须支持的模式。在硬切换下, 高层连接和MAC层的汇聚子层数据可以缓冲并随后无缝地转移到目标基站。宏分集切换 (MDHO) 和快速基站切换 (FBSS) 是增强的可选的切换模式。MDHO对于上行和下行传输都是可支持的, 它允许移动站同时和在分集集合内的多个基站进行收发传输。FBSS与MDHO的区别在于, 在FBSS中移动站虽然和所有的候选基站进行同步, 但它只和一个中心基站进行通信。硬切换、MDHO和FBSS技术提供了不同应用层面的移动支持, 其中MDHO和FBSS可减少切换时延, 并支持有效的资源和网络管理。
2 WiMAX网络参考模型
基于IEEE 802.16技术, WiMAX论坛提供了支持移动性的网络体系架构, 以支持对MAC层之上的移动服务, 并支持在不同网络节点的漫游和切换服务。
图2中所示的网络参考模型 (NRM) 包括了接入服务网络 (ASN) 和连接服务网络 (CSN) 的各逻辑功能实体。ASN由一个或多个基站, 一个或多个ASN-GW (ASN网关) 组成, 它是一个完整的网络功能集合, 提供诸如无线资源管理 (RRM) 、数据转发、数据完整性、密钥分配等关键功能, 向WiMAX用户提供无线接入服务。其中, RRM功能可以在基站或ASN-GW完成。完成该功能的某节点可以请求其他基站以得到所需的信息, 利用此信息帮助确定候选的基站以满足切换和负载平衡等处理的需要。在密匙分配中, 一个成对的主密钥 (pairwise master key, PMK) 在移动站侧计算得到并转发至在ASN-GW中的中心授权机构。PMK和基站标识符一起用于产生认证密码 (authentication key, AK) 。当切换到目标基站需要新的AK。采用分布计算支持在ASN-GW中产生新的用于对应目标基站的AK, 并作为切换信息发送给目标基站。这种处理方法可以避免在每次切换时执行用户认证过程, 从而减少处理延迟。CSN需向WiMAX用户提供如AAA和DHCP服务器、数据库等的核心业务能力。不同的逻辑实体间通过各参考点 (R1, R4和R5等) 完成互操作。
3 基于IP的移动WiMAX网络
由以上分析可以看出, IEEE 802.16e提供了在物理层和MAC层中支持移动性的能力, WiMAX论坛则提供了MAC层之上的网络接口和互联模型, 更包括了提供移动性管理、资源管理和AAA服务能力。以下研究基于移动IP和WiMAX技术的移动网络服务。
3.1 基于IP的移动WiMAX应用模型
图3所示为基于IP的移动WiMAX应用模型。模型包括有如下功能:提供逻辑分割上述步骤的能力和基于IP的选路和连接管理以支持在孤岛和互联模式下的不同应用场景;支持多个NSP共享1个NAP的ASN网络;支持1个NSP向多个ASN提供服务以管理1个或多个NAP;支持移动站或SS发现和选择接入的NSP;支持NAP采用1个或多个ASN网络拓扑;支持通过互联接入不同运营商的服务;提供在不同组的网络实体开放参考点, 使不同运营商基于不同实体实现不同功能组合。为实现IP移动网络管理, 该网络应支持移动IP技术, 也即CSN需向WiMAX用户提供包括IP连接服务、网络切换和系统漫游的能力。
3.2 移动IP技术
移动IP允许移动站在不改变其IP地址的情况下变更其接入Internet的接入点, 也即允许移动站在执行切换时保持传输和高层的连接。指向移动站的分组包首先被选路至家乡网络, 移动站的家乡代理截获该分组并将其隧道化给该移动站常报告的当前地址。WiMAX论坛的NWG组允许2种移动解决方案时。利用用户MIP (Client MIP) 解决方案, 可利用传统的移动IP信令完成移动管理[4]。在代理MIP (proxy MIP) , 网络侧可以初始化一个移动 IP客户端过程, 由该虚拟客户完成移动IP信令过程[8,9,10]。
3.3 WiMAX网络应用模型的系统切换和漫游服务
WiMAX应用模型可以支持在同网关 (ASN-GW) 内的系统内切换, 不同网关间的切换以及漫游服务, 以下结合IEEE 802.16e协议进行进一步分析。
3.3.1 Intra-ASN系统内切换
根据IEEE 802.16e提供的物理层和MAC层能力以及WiMAX 网络参考模型完成Intra-ASN 系统内切换。其中可采用R8接口 (图3未示出) 实现基站间的通信。在OFDMA系统中, 可根据载干比 (CINR) 参数来决定切换。在各种切换类型中, 连续的CINR测量都是必须的。遵照IEEE 802.16e协议的相关规定, 系统可以通过扫描请求和响应消息使移动站周期扫描邻区基站, 触发邻区扫描并发起切换。包括如下步骤:
(1) 当移动站检测到服务基站的CINR信号低于剔除门限 (HDeleteThreshold) , 则可发起邻区扫描, 测量邻区基站的CINR值。当移动站检测到某个邻区基站的CINR值高于服务基站信号的增加门限 (HAdd Threshold) 时, 则发起切换请求。
(2) 基站和移动站均可决定选取目标基站的过程。移动站可经过扫描选取目标基站完成切换过程;移动站也可通过MOB移动站SHOREQ消息反馈测量结果给服务基站, 由服务基站决定最终选取的目标基站。
3.3.2 Inter-ASN系统间切换
借助移动IP技术、基于MIP和基于代理MIP移动性管理方式完成跨ASN-GW切换。在基于MIP的切换模式下, MIP客户端驻留在移动站, 由移动站实现MIP功能, 跨ASN-GW的切换由网络侧发起。包括以下步骤:
(1) 切换的触发条件发生;
(2) ASN-GW向移动站发送代理公告消息;
(3) 移动站在收到带有新转交地址 (CoA) 的代理公告后, 向归属网络代理 (HA) 发送MIP注册消息, 以保证移动站会话连续性;
(4) 向HA转发MIP注册消息, HA返回MIP注册应答, 并由当前服务的拜访地网络代理 (FA) 最终向移动站返回MIP注册应答。
在基于代理MIP的切换模式中, 由ASN-GW承担代理MIP功能的方式。MIP客户端驻留在ASN-GW上, 由ASN-GW为移动站代理实现MIP功能。代理MIP方式下, ASN-GW在鉴权阶段从AAA服务器获得MIP注册所需要的相关信息, 包括DHCP 服务地址, 生成鉴权扩展的安全信息等, 跨ASN-GW切换处理对移动站而言是透明的。
包括以下步骤:
(1) 服务ASN-GW通知目标ASN-GW建立一个新的MIP会话;
(2) 目标ASN-GW向HA发送MIP注册;
(3) 新MIP会话建立。在MIP成功注册后, HA将把移动站的后续前向报文发往目标ASN-GW;
(4) 触发目标ASN-GW建立与基站的隧道;
(5) 目标ASN-GW与基站之间建立新的Intra-ASN隧道关系。
3.3.3 漫游
漫游功能使得WiMAX用户能够在拜访地网络的覆盖区域内, 使用系统提供的包括鉴权、计费等网络服务, 从而为用户提供广泛的覆盖和业务接入范围。如图4所示的WiMAX支持漫游。 ASN提供无线接入, 拜访地NSP的V-CSN为用户提供Internet接入、AAA代理等功能, 归属地NSP的H-CSN为用户提供Internet接入、用户鉴权、授权和计费等功能。漫游用户可以通过V-CSN或H-CSN接入到Internet网络中[9,10]。主要流程步骤:
(1) 移动站接入网络;
(2) 归属地NSP的H-CSN对移动站进行用户/设备鉴权和IP地址分配;
(3) 可选的, 如果用户支持标准MIP或代理MIP业务, 那么系统还将使用标准MIP方式或代理MIP方式为用户建立MIP会话;
(4) 用户可以通过V-CSN接入到Internet网络中;
(5) 如果有强制隧道要求, 那么用户将通过H-CSN接入到Internet网络中。
当用户签约为支持漫游的WiMAX用户, 且其归属网络与拜访地网络间支持漫游, 那么, 用户无论是使用游牧式、便携式还是完全移动式业务, 都能在拜访地网络接入到WiMAX系统, 从而使用系统提供的服务。
4 结 语
本文综合研究了在IEEE 802.16e技术规范和WiMAX网络结构中支持移动性的服务能力, 进一步给出了基于IP的移动WiMAX网络的应用模型, 为基于IEEE 802.16技术的应用和产业链的形成提供一个参考。研究进一步发现, 虽然IEEE 802.16e提供了一系列WiMAX网络的物理层和MAC层的移动服务能力, 而且WiMAX提供了移动性管理、鉴权以及网络接口, 但WiMAX论坛尚未完善和优化以支持互联移动管理和资源管理, 而且基于移动IP的应用的网络应用仍在研究之中, 将进一步研究优化网络资源下的WiMAX网络的移动服务管理。
摘要：基于IEEE 802.16的WiMAX网络的应用正成为业界的讨论热点, IEEE 802.16m更被选为下一代无线通信标准 (IMT-advanced) 的候选方案之一。在此深入探讨构建基于IP技术的WiMAX应用网络架构。首先分析IEEE 802.16e规范为支持移动性在物理层和媒质接入层引入的增强技术。随后基于移动IP技术和WiMAX网络参考模型给出基于IP的移动WiMAX网络的可行的应用模型。该应用方案可为基于IEEE 802.16技术的应用提供一个参考。
关键词：WiMAX,移动IP,切换,漫游
参考文献
[1] IEEE 802. IEEE STD 802.16 - 2004 Air interface for fixed broadband wireless access system [S]. [S.l.]: IEEE802, 2004.
[2] IEEE 802. IEEE P802.16e/D12. Air interface for fixed and mobile broadband wireless access system[S]. [S.l.]: IEEE802., 2005.
[3] WiMAX Forum. WIMAX and IMT-2000[M]. [S.l.]: WiMAX Forum, 2007.
[4] WiMAX Forum. IEEE 802.16 Candidate Proposal for IMT-Advanced[S]. Dresden, Germany: WiMAX Forum, 2009.
[5]WiMAX Forum.Mobile WiMAX-part I:a technical over-view and performance evaluation[C].[S.l.]:WiMAX Fo-rum, 2006.
[6]YAGOOBI Hassan.Scalable OFDMA physical layer inIEEE 802.16 WirelessMAN[J].Intel Technology Jour-nal, 2004, 8:39-43.
[7] IEEE 802. IEEE STD 802.16j-2009 IEEE standard for local and metropolitan area networks-part 16: air interface for fixed broadband wireless access systems, Amendment 1: Multihop Relay Specification [S]. [S.l.]: IEEE 802, 2009.
[8] IETF. IETF RFC3044 reverse tunneling for mobile IP [S]. [S.l.]: Internet IETF, 2001.
[9] IETF. IETF RFC3744 transmission of IP over Ethernet over IEEE 802.16 networks[S]. [S.l.]: Internet IETF, 2009.