基于Mobile IP的WLAN/GPRS融合網(wǎng)絡(luò)

2019-11-03 09:16:31

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

解觶徐國鑫強平

　　摘要：首先比較了ＷＬＡＮ和ＧＰＲＳ兩種技術(shù)的特點；接著提出了一種基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ的支持ＷＬＡＮ／ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)無縫漫游的融合方案它利用ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)與ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上的互補性可快速為用戶提供支持無縫漫游的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。此方案基于如下基本思想：盡量不對ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)做任何修改，而主要通過對ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整來實現(xiàn)兩者的融合。在描述此方案的主要工作流程時，包括以下方面的內(nèi)容：移動接點接入／附著、ＷＬＡＮ到ＧＰＲＳ的漫游，ＧＰＲＳ到ＷＬＡＮ的漫游、ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)可用性的判斷、計費等。

　　主題詞：無線局域網(wǎng) ＧＰＲＳＭｏｂｉｌｅＩＰ無縫漫游移動接點計費

　　ＷＬＡＮ與ＧＰＲＳ提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點具有很大的互補性，如果能以一種機制融合二者的優(yōu)點，就可以為用戶提供廣覆蓋、保證一定數(shù)據(jù)速率且在熱點地區(qū)可無縫切換至高速率的統(tǒng)一移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

相關(guān)技術(shù)

１．ＷＬＡＮ

　　ＷＬＡＮ技術(shù)既可作為對有線網(wǎng)絡(luò)的補充，也可獨立組網(wǎng)，從而在一定程度上解決移動接入網(wǎng)絡(luò)的問題。ＷＬＡＮ主流的物理層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有藍牙、ＩＥＥＥ８０２．１１系列、ＨｉｐｅｒＬＡＮ幾種。但現(xiàn)在大多數(shù)的ＷＬＡＮ產(chǎn)品遵循ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)用于提供熱點地區(qū)的公共接入服務(wù)時，ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖１。

　　圖１中，ＷＬＡＮ用戶終端是支持８０２．１１系列標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)卡；訪問接入點（ＡＰ）為終端用戶提供物理接入信道并提供接入認證和計費服務(wù)；接入控制器（ＡＣ）為終端用戶分配臨時ＩＰ地址并提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入，也可以在ＡＣ提供接入認證和計費服務(wù)；認證服務(wù)器（ＡＳ）與運營商的歸屬位置寄存器（ＨＬＲ）交互，完成認證和計費功能。

２．ＧＰＲＳ

　　在需要引入移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，ＧＳＭ這一傳統(tǒng)的交換方式已經(jīng)顯得力不從心了，主要表現(xiàn)在對帶寬資源的利用率不高。因此，出現(xiàn)了基于動態(tài)分配無線資源的ＧＰＲＳ，其特點是用戶始終保持與網(wǎng)絡(luò)的連接，但只有傳遞數(shù)據(jù)的時候才占用無線資源，即根據(jù)用戶的需要動態(tài)地分配物理信道，從而提高了數(shù)據(jù)傳送率和帶寬利用率。ＧＰＲＳ采用分組交換機制，實現(xiàn)了按流量計費。但采用ＧＰＲＳ提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并沒有真正增加物理信道，另外還存在著與話音業(yè)務(wù)爭搶信道資源的問題。理論上ＧＰＲＳ最多可以同時捆綁８個物理信道，提供速率為１１５．２ｋｂｉｔ／ｓ的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但實際運營中運營商為保證話音用戶的使用，一般只允許一個ＧＰＲＳ用戶同時捆綁３個物理信道，最高數(shù)據(jù)速率只能達到４３．２ｋｂｉｔ／ｓ。而且在熱點地區(qū)，運營商會采用話音業(yè)務(wù)優(yōu)先的方式。在ＧＳＭ系統(tǒng)上實現(xiàn)的ＧＰＲＳ系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖２。

　　圖２中，基站子系統(tǒng)（ＢＳＳ）即ＧＳＭ移動接入網(wǎng)絡(luò)；ＧＰＲＳ業(yè)務(wù)支持節(jié)點（ＳＧＳＮ）完成接入控制功能，并對用戶提供認證和鑒權(quán)服務(wù)；ＧＰＲＳ網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點（ＧＧＳＮ）提供與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)ＰＤＮ的接口。ＳＧＳＮ，ＧＧＳＮ和ＨＬＲ組成了ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)的交換系統(tǒng)，承擔(dān)用戶的移動性和路由管理。

３．ＭｏｂｉｌｅＩＰ

　　ＩＰ協(xié)議并不能有效支持跨子網(wǎng)的主機移動，這是因為ＩＰ地址與特定網(wǎng)段相關(guān)聯(lián)，終端的移動破壞了這種關(guān)聯(lián)使得通信無法正常進行。制定ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議的主要目的是提供一種允許把ＩＰ數(shù)據(jù)報透明地發(fā)送到移動節(jié)點的機制，它由ＩＥＴＦ的ＲＦＣ２００２所定義。與特定主機路由技術(shù)和數(shù)據(jù)鏈路層方案不同，ＭｏｂｉｌｅＩＰ還解決了安全性和可靠性問題，并與傳輸媒介無關(guān)。ＭｏｂｉｌｅＩＰ的可擴展性使其可以在多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間應(yīng)用。

　　為實現(xiàn)以上的目標(biāo)，ＭｏｂｉｌｅＩＰ引入了新的網(wǎng)絡(luò)實體：

　　·移動節(jié)點ＭｏｂｉｌｅＮｏｄｅ：其接入點從一個網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)變化到另一個網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)的主機；

　　·歸屬代理（ＨＡ：ＨｏｍｅＡｇｅｎｔ）：位于移動節(jié)點家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上的一個路由器，該路由器在移動節(jié)點不在家鄉(xiāng)時為數(shù)據(jù)報創(chuàng)建隧道以把數(shù)據(jù)報傳送到移動節(jié)點，并負責(zé)維護移動節(jié)點當(dāng)前位置信息；

　　·外部代理（ＦＡ：ＦｏｒｅｉｇｎＡｇｅｎｔ）：位于被移動節(jié)點訪問網(wǎng)絡(luò)上的一個路由器，該路由器為注冊移動節(jié)點提供路由服務(wù)。

　　當(dāng)移動節(jié)點離開自己所屬的ＩＰ子網(wǎng)段之后，它就必須將自己目前所在的ＩＰ子網(wǎng)為其提供的隧道服務(wù)的轉(zhuǎn)交地址（ｃａｒｅ－ｏｆａｄｄｒｅｓｓ）進行注冊登記。這個轉(zhuǎn)交地址如果是ＦＡ分配給移動節(jié)點的地址，就稱為聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址；如果是ＦＡ的地址，則稱為外部代理轉(zhuǎn)交地址。當(dāng)ＨＡ知道移動節(jié)點當(dāng)前的轉(zhuǎn)交地址后，即可以隧道的方式將ＨＡ收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給轉(zhuǎn)交地址，在轉(zhuǎn)交地址處，原始數(shù)據(jù)包從隧道中被取出并傳送到移動節(jié)點。當(dāng)移動節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)包時，如果使用三角路由（ＴｒｉａｎｇｌｅＲｏｕｔｉｎｇ）方式，ＦＡ就提供路由功能，數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給目的節(jié)點，源地址是ＨＡ的ＩＰ地址；如果使用反向隧道（ＲｅｖｅｒｓｅＴｕｎｎｅｌ）方式，則數(shù)據(jù)包仍以隧道方式發(fā)送給ＨＡ，再由ＨＡ對外轉(zhuǎn)發(fā)。

　　ＭｏｂｉｌｅＩＰ的認證與鑒權(quán)由注冊（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）消息支持，注冊消息又包括注冊請求與注冊應(yīng)答。在ＭｏｂｉｌｅＩＰ的整體結(jié)構(gòu)中，只定義了用于認證的消息的基礎(chǔ)格式和擴充的基本功能要求，但是并沒有定義認證與鑒權(quán)的處理方式與架構(gòu)。因此，每一個ＭｏｂｉｌｅＩＰ產(chǎn)品都可以有自己的認證與鑒權(quán)方式。對于移動運營商，可以在此基礎(chǔ)上采用遠程撥號用戶協(xié)議（ＲＡＤＩＵＳ）提供認證與鑒權(quán)服務(wù)。在ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議中，并沒有針對有關(guān)計費信息處理的設(shè)計，但是從ＨＡ和ＦＡ均可以收集到關(guān)于隧道使用流量、使用時間、漫游經(jīng)過的ＩＰ子網(wǎng)等信息，可以把這些信息經(jīng)過一定的處理之后以ＲＡＤＩＵＳＡｃｃｏｕｎｔｉｎｇ消息報告給遠程撥號用戶服務(wù)器。

基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ的ＷＬＡＮ／ＧＰＲＳ融合網(wǎng)絡(luò)

　　ＧＰＲＳ和ＷＬＡＮ的優(yōu)點與缺點具有很大的互補性。目前，ＧＰＲＳ和ＷＬＡＮ的技術(shù)都已經(jīng)成熟。如果能開發(fā)出使兩者兼容的設(shè)備，充分發(fā)揮ＧＰＲＳ具有的網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋性和成熟的運營經(jīng)驗、能夠真正支持用戶移動與漫游、擁有可靠的安全機制和計費模式等優(yōu)勢，同時發(fā)揮ＷＬＡＮ具有的相對較高的接入速率、快速靈活的接入方式以及低廉的組網(wǎng)成本等優(yōu)點，那么，運營商將可以通過該項技術(shù)有效地抓住對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較高的高端用戶，同時迅速擴大移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的市場。

　　由于相對于ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)來說，運營商的ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)是一個更為復(fù)雜而成熟的公共移動通信網(wǎng)。因此，本文提出的方案基于盡量不對ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)做任何修改的基本思想，主要通過對ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整來實現(xiàn)兩者的融合。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖３。

　　當(dāng)移動節(jié)點即用戶漫游到ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)時，ＧＰＲＳ系統(tǒng)會為每個移動節(jié)點分配一個動態(tài)指定ＩＰ地址，這個地址在移動節(jié)點使用ＧＰＲＳ期間是確定不變的，因此ＨＡ正好可以將這個由ＧＰＲＳ指定的ＩＰ地址當(dāng)作其聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址。而這些地址，通常都是私有ＩＰ地址，并不會受到ＩＰ地址不足的影響。此時移動節(jié)點即可以采取聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址方式來進行ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議的通信，移動節(jié)點作為隧道的終點直接與ＨＡ交換數(shù)據(jù)，并不需要額外增加外部代理設(shè)備，因而消除了對ＧＰＲＳ現(xiàn)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上進行改動的風(fēng)險。

　　在ＷＬＡＮ的組網(wǎng)方式中，常用的是采用認證點位于ＡＰ的方案，此時ＡＣ只提供數(shù)據(jù)透傳和動態(tài)ＩＰ地址分配功能，而且一個ＡＣ加若干個ＡＰ一般可提供對一個熱點地區(qū)的覆蓋。因此，更換ＡＣ設(shè)備或僅對其進行軟件的升級即能具有提供外部代理的功能，從而完成在移動節(jié)點和ＨＡ之間基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議的通信。由于在不同的熱點地區(qū)，移動節(jié)點被分配的ＩＰ地址可以屬于不同的子網(wǎng)段，所以此時ＭｏｂｉｌｅＩＰ的轉(zhuǎn)交地址采用的是外部代理轉(zhuǎn)交地址方式，即以ＦＡ的地址作為轉(zhuǎn)交地址。ＦＡ與移動節(jié)點之間是以鏈路層的方式直接傳遞ＩＰ數(shù)據(jù)包。當(dāng)然，如果熱點地區(qū)的規(guī)模較大，那么可以設(shè)置多個外部代理完成組網(wǎng)。

　　ＨＡ記錄移動節(jié)點當(dāng)前的轉(zhuǎn)交地址，將發(fā)送給移動節(jié)點的ＩＰ包以隧道的方式轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點。ＨＡ的設(shè)置主要為移動節(jié)點提供基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ漫游時的數(shù)據(jù)隧道服務(wù)，在業(yè)務(wù)上給移動節(jié)點提供漫游服務(wù)，對于漫游用戶而言是否真的回到家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)并不重要。因此，ＨＡ并不適合隨意設(shè)置于任何與特定漫游用戶有關(guān)的地點，最好的地點應(yīng)該是距離漫游用戶都最有效率的地方，一般可選擇省、市的中心機房。

方案主要工作流程

１．移動節(jié)點接入／附著

　　ＭｏｂｉｌｅＩＰ是一個建立在ＩＰ層之上的另一層協(xié)議，其使用前提假設(shè)底層的ＩＰ層與鏈路層已經(jīng)可以使用。因此在接入流程的描述中，主要針對ＭｏｂｉｌｅＩＰ層的接入處理。相對于僅在熱點地區(qū)提供服務(wù)的ＷＬＡＮ，ＧＰＲＳ的服務(wù)對用戶來說幾乎隨處可得，所以接入流程的設(shè)計思想就是首先接入ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)，然后再尋找能提供更高業(yè)務(wù)能力的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)。主要步驟如下：

① 移動節(jié)點進行ＧＰＲＳ附著；

②移動節(jié)點向ＨＡ請求鑒權(quán)和認證，ＨＡ根據(jù)當(dāng)前用戶的狀態(tài)和用戶簽約信息來決定是否為其提供ＭｏｂｉｌｅＩＰ服務(wù)；

③如用戶通過認證，則將ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)分配的ＩＰ地址報告給ＨＡ，作為聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址，此時ＨＡ即可為用戶提供ＧＰＲＳ上的隧道服務(wù)；

④移動節(jié)點尋找可接入的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)，如沒有則繼續(xù)使用ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)；

⑤如找到可用的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)則申請接入；

⑥接入ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)后，利用ＭｏｂｉｌｅＩＰ擴展的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ控制信息協(xié)議（ＩＣＭＰ）中的ＩＣＭＰ代理廣告（ＩＣＭＰＡｇｅｎｔＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ），查詢當(dāng)前可用的ＦＡ，如沒有則繼續(xù)使用ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)；

⑦如存在可用的ＦＡ，用戶則向ＦＡ請求鑒權(quán)和認證，申請使用ＭｏｂｉｌｅＩＰ服務(wù)；

⑧如用戶通過認證，則ＦＡ通知ＨＡ，當(dāng)前用戶可以使用ＷＬＡＮ上的隧道服務(wù)，此時ＧＰＲＳ所提供ＩＰ層轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)。

在以上所涉及的認證中，ＨＡ或ＦＡ只是為用戶提供認證消息的接口，真正的認證處理均由運營商的ＲＡＤＩＵＳ服務(wù)器完成。

２．ＷＬＡＮ到ＧＰＲＳ的漫游

　　使用的過程中，一旦ＷＬＡＮ的服務(wù)停止，移動節(jié)點會馬上使用已經(jīng)處于備用狀態(tài)的由ＧＰＲＳ所提供的ＩＰ層服務(wù)，此時移動節(jié)點使用ＧＰＲＳ分配的ＩＰ地址作為聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址，并以ＭｏｂｉｌｅＩＰ的注冊消息通知ＨＡ。此時的注冊消息并不中斷原有的隧道服務(wù)，而是向ＨＡ通知移動節(jié)點最新的位置，讓ＨＡ可以迅速地把隧道的終點位置改換成目前在ＧＰＲＳ上面的聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址。

３．ＧＰＲＳ到ＷＬＡＮ的漫游

　　如果ＷＬＡＮ又恢復(fù)服務(wù)，移動節(jié)點就同樣會再回到ＷＬＡＮ。如果是回到原先接入的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)，則發(fā)送注冊消息，通知ＨＡ立刻再度更新隧道終點為ＷＬＡＮ所提供的外部代理轉(zhuǎn)交地址。如果到達新的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)或是第一次接入ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)，則還需進行接入認證。

４．ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)可用性判斷

　　ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)是否可用的判斷由移動節(jié)點上的用戶端軟件完成，物理上的實現(xiàn)是由ＧＰＲＳ／ＷＬＡＮ雙模網(wǎng)卡支持的，判斷主要依據(jù)于ＦＡ是否提供服務(wù)，而不是鏈路層的狀態(tài)。ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議中，ＦＡ必須以ＩＣＭＰ的方式定期地廣播ＡｇｅｎｔＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ消息，標(biāo)準(zhǔn)時間為１／３ｓ，而ＭｏｂｉｌｅＩＰ協(xié)議中規(guī)定，移動網(wǎng)點漫游切換的每秒頻率不得超過一次，依據(jù)ＦＡ已經(jīng)停止服務(wù)或是發(fā)現(xiàn)新的ＦＡ提供服務(wù)。

５．計費

　　從ＭｏｂｉｌｅＩＰ結(jié)構(gòu)來看，能夠搜集到的計費信息包括用戶開始與結(jié)束漫游服務(wù)的時間、漫游過程子網(wǎng)記錄、漫游過程中ＨＡ和ＦＡ所提供的隧道流量等重要信息。通過這些信息，可以進行對客戶端的計時或者計流量的收費，同時也可以知道在用戶于子網(wǎng)漫游的過程中，每一個子網(wǎng)的使用時間以及流量。ＭｏｂｉｌｅＩＰ架構(gòu)協(xié)議中，并沒有針對有關(guān)計費信息處理的模型設(shè)計，ＨＡ和ＦＡ的設(shè)備制造商必須根據(jù)運營商對計費消息的定義，基于以上信息提供ＲＡＤＩＵＳ計費消息上報的功能。最終在ＲＡＤＩＵＳ服務(wù)器將所有的計費信息合并，用戶將會得到一張統(tǒng)一的話單。

結(jié)語

　　以上提出了一種基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ的支持ＧＰＲＳ／ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)無縫漫游的融合方案，它利用了ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)和ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上的互補性，在現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)上附加較少的設(shè)備即可快速提供支持無縫漫游的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與原來單一的ＧＰＲＳ或ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)相比，基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ的ＧＰＲＳ／ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)點：

·可以同時利用ＧＰＲＳ具有的廣域覆蓋優(yōu)勢，以及ＷＬＡＮ提供的在熱點地區(qū)的可與有線接入相比的高速接入優(yōu)點；

·不需用戶干預(yù)的無縫漫游；

·降低為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成本；

·緩解ＧＰＲＳ業(yè)務(wù)與話音業(yè)務(wù)爭搶信道資源的情況，特別是在熱點地區(qū)，可以顯著改善運營商的話音／數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

·能支持各種計費策略，有助于運營商針對細分市場提供差異化服務(wù)。

　　當(dāng)然，ＭｏｂｉｌｅＩＰ由于是在原有的ＩＰ層之上附加的一層協(xié)議，因此會對效率和吞吐量產(chǎn)生一定影響，但總體來說，基于ＭｏｂｉｌｅＩＰ的ＷＬＡＮ／ＧＰＲＳ融合網(wǎng)絡(luò)仍是一種基于現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的更好、更有效、更可行的提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)解決方案。

摘自　世界電信

上一篇：解析GPRS 協(xié)議棧功能

下一篇：W-CDMA對cdma2000的全面競爭優(yōu)勢