蜂窝CDMA网络中移动IP接入Internet
2019-11-05 02:42:14
供稿：网友
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要害课题。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和治理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。改变的要害单元仅是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靠性，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给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?隧道本身是以开放ＩＥＴＦ标准为基础的?信令消息用于ＣＤＭＡ环境。在ＰＣＦ和ＰＤＳＮ之间基于ＩＰ的接口应选择ＩＰ作为ＰＣＦ与ＰＤＳＮ间传送网。以ＩＥＴＦ作为这种接口的标准化可使接口更开放、完整、简单。
２．层２隧道协议（Ｌ２ＴＰ--Ｌａｙｅｒ ２ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
ＩＥＴＦ的ＰＰＰ工作小组正在研究层２隧道协议，并附加了ＲＦＣ状态信息。该协议主要从ＰＰＰ终端点中分离出接入点。Ｌ２ＴＰ定义了Ｌ２ＴＰ接入集中器（ＬＡＣ--Ｌ２ＴＰ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）和Ｌ２ＴＰ网络服务器（ＬＮＳ--Ｌ２ＴＰ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｅｒ）。终端连接到ＬＡＣ，ＬＡＣ采用申请响应信令简单协议。
在运行中，ＬＡＣ直接从终端接收数据，并配以非凡的Ｌ２ＴＰ帧头组装成ＰＰＰ链接层帧，发送至ＬＮＳ。在相反传输方向，ＬＮＳ接收终端指定的分组数据，产生含有这些分组数据的ＰＰＰ帧并配以非凡的Ｌ２ＴＰ帧头，发送至ＬＡＣ。所有ＰＰＰ消息和状态在ＬＮＳ中处理，ＬＡＣ需要来自ＬＮＳ有关ＰＰＰ选择的信息，负责接收和发射ＰＰＰ帧。
对于从ＰＰＰ终端点分离的接入点，Ｌ２ＴＰ提供标准化ＰＣＦ与ＰＤＳＮ接口方案。Ｌ２ＴＰ不支持从一个ＬＡＣ到另一个ＬＡＣ的越区链路移动性，这就要求系统结构把链接层终端点移近ＢＴＳ，Ｌ２ＴＰ需要修改某些协议内容。
３．基于移动ＩＰ的新型Ｌ２ＴＰ
３ＧＰＰ２正在研究基于移动ＩＰ、支持更通用Ｌａｙｅｒ－２隧道协议。ＰＣＦ可建立通向ＰＤＳＮ的隧道，用于给ＰＤＳＮ发送移动ＩＰ注册申请，接收来自ＰＤＳＮ注册响应，ＰＤＦ与ＰＤＳＮ之间流量可以组装成含有通用路由封装头（ＧＲＥ--Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）分组。与标准移动ＩＰ不同的是，ＧＲＥ隧道不携带ＩＰ分组数据，而是携带用于ＰＰＰ链路层的数据。
在注册申请上以附加国际移动站标识符（ＩＭＳＩ--Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）来解决移动性。当ＰＤＳＮ接收来自新ＰＣＦ具有相同ＩＭＳＩ的注册申请时，ＰＤＳＮ就与来自旧ＰＤＦ的注册申请建立联系。这样，在Ｒ－Ｐ隧道运行的ＰＰＰ状态就不受越区的影响。 ＭＮ可以从一个ＰＣＦ移至另一个ＰＣＦ，而维持与ＰＤＳＮ的链接，这就需要提供透明移动层。这个透明移动层仅用于ＰＣＦ和ＰＤＳＮ，位于一个专用网内，并有直接安全关系。假若ＭＮ远离原归属区，ＰＤＳＮ就发生变化，这种变化在ＭＮ是可见的，需要ＨＡ进行移动ＩＰ注册。
与Ｌ２ＴＰ方案相比，为了使接口简单，不必把现今ＰＰＰ选择从ＰＤＳＮ送至ＰＣＦ。发射至ＰＤＳＮ ＧＲＥ分组数据及由ＰＣＦ接收来自ＭＮ的ＧＲＥ分组数据可按未加工格式组装。发射至ＰＣＦ ＧＲＥ分组数据在分离出ＧＲＥ报头后可立即送至ＭＮ。除了携带用户数据外，ＰＣＦ必须发射无线非凡用途信息给ＰＤＳＮ，ＰＤＳＮ把有关信息数据送至计费系统。
三、移动ＩＰ的移动性治理
宏移动性是指ＭＮ频繁地改变其在网络中的位置，随着基本移动ＩＰ隧道的建立而增加了网络信令额外开销，注册申请在ＨＡ和ＦＡ新隧道间反馈而增加等待时间。宏移动性可分成两类：
１．分级隧道
分级隧道特性类似于ＦＡ的树状结构。来自ＨＡ的封装信息流量送至ＦＡ的根底部，在那儿拆封装并依据ＭＮ的
