蜂窩CDMA網絡中移動IP接入Internet
2019-11-05 02:42:14
供稿：網友
通過蜂窩無線接入網絡接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ已經成為第三代移動通信系統的要害課題。蜂窩移動通信網絡的核心特性是終端移動性、個人移動性和業務移動性。這就給電信運營商提出這樣一個難題：構造一個什么樣的網絡來滿足上述要求。ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔａｓｋ Ｆｏｒｃｅ）的移動ＩＰ（Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ）協議規定，在ＩＰ層實現大范圍移動的標準解決方案，但這并沒有解決全部問題，其中包括蜂窩移動用戶接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的問題。
一、蜂窩ＣＤＭＡ網絡 移動ＩＰ分組數據網絡結構
以ＩＳ－９５為基礎的第二代ＣＤＭＡ移動通信網絡被廣泛地用于話音業務。移動節點ＭＮ通過基站收發站ＢＴＳ與選擇分布單元ＳＤＵ連接提供低速１３ｋｂｉｔ／ｓ或８ｋｂｉｔ／ｓ電路交換的話音業務。ＳＤＵ組合來自多個ＢＴＳ的信號并轉換成ＰＳＴＮ低速６４ｋｂｉｔ／ｓ壓縮數據，負責在前向鏈路上選擇發射數據的ＢＴＳ和治理ＭＮ的發射功率。
在蜂窩ＣＤＭＡ通信網上擴展分組數據業務必須與通信網原有的話音業務并存，這樣原通信網提供分組數據業務就不用增加過多的成本。也就是說，應盡可能不改變原有蜂窩ＣＤＭＡ通信網絡基礎設施。諸如，對于分組數據業務，當無線資源沒有被占用時，就實時釋放給其它站使用。空中接口、ＢＴＳ與ＳＤＵ鏈路必須支持高速率分組數據業務。但是，基本信息流和流量路徑仍應與話音業務一樣。改變的要害單元僅是ＳＤＵ，因為ＳＤＵ是把數據流送至分組網而不是送至ＰＳＴＮ。
由于數據流業務在無線通信環境下有一定的誤碼率要求，ＳＤＵ執行無線鏈路協議（ＲＬＰ）和重傳協議。即當接收方要求重傳丟失數據幀時，發射方才重傳存在緩沖器中的該數據幀。ＲＬＰ執行緩沖與重發會帶來１－２秒等待時間，若ＲＬＰ采用幀長２０ｍｓ作為重發基本單元，收發雙方之間有一個簡單的八位字節流接口。
欲與ＩＰ網接口，某些數據鏈路層協議，諸如ＩＥＴＦ定義的具有豐富功能和在許多平臺廣泛使用的點對點協議（ＰＰＰ--Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ），是把無線鏈路協議所用八位字節流分成ＩＰ組。事實上，ＰＰＰ是一個非常復雜的協議，有些功能還與移動協議互相重疊。
分組數據業務節點（ＰＤＳＮ--Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅ）可作為ＦＡ，分組控制功能（ＰＣＦ--Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）可作為無線尋址網絡單元。ＰＣＦ與ＰＤＳＮ連接，負責來自和送至ＰＤＳＮ的中繼數據，把ＰＤＳＮ從體系結構中的空中接口分離出來。ＰＤＳＮ實現網絡接入服務器（ＮＡＳ）和移動ＩＰ ＦＡ的功能。圖１顯示了提供移動ＩＰ分組數據業務的ＰＤＳＮ、ＰＣＦ、ＡＡＡ及相應結構。
在移動ＩＰ協議中，發往ＭＮ的數據分組匯集在本地網絡靜態的本地代理（ＨＡ）。當ＭＮ附著到ＦＡ，并發出注冊申請消息時，通知ＨＡ有關ＭＮ信息，ＦＡ接收并中繼給ＨＡ，然后ＨＡ把數據分組送至ＭＮ的當前位置，反饋確認隧道建立的注冊消息并到達ＨＡ。由ＭＮ定義的數據分組被組裝在ＩＰ分組頭的外部，其分組頭含有反映ＭＮ現今位置的ＭＮ現今轉交地址。
有兩種數據分組組裝方式，第一種稱為搭配轉移地址，即被組裝數據分組直接發至ＭＮ，然后剝去外部分組頭，處理內部數據分組。第二種稱為定位ＦＡ轉移地址，即被組裝數據分組發至ＦＡ，然后剝去外部分組頭，把內部數據分組送至ＭＮ。在無線資源貧乏環境下，應采用第二種方式，不發射額外組裝數據分組頭，還節省地址空間，ＦＡ的轉移地址可以被所有連接的ＭＮ共享而不是每一個ＭＮ指定唯一轉移地址。
除現有用于無線話音業務基于本地／來訪位置寄存器鑒權外，在漫游環境中，為給無線載體提供Ｉｎｔｅｒｎｅｔ業務，ＰＤＳＮ需連接在ＡＡＡ設施上。具有漫游用戶訪問的網絡可查詢本地網以絡獲取鑒權信息和提供業務的資費。采用移動ＩＰ協議，依據注冊要求可對用戶信任信息直接編碼，動態地把本地地址分配給ＭＮ，執行授權、網絡尋址控制、地址映射到ＩＰ層等功能，避免對網絡層協議依靠性，使整個系統在技術變更中具有魯棒性（ｒｏｂｕｓｔ）。
二、移動ＩＰ外地代理 與蜂窩ＣＤＭＡ網絡接口
ＰＣＦ對網絡的無線尋址接入部分包含ＢＴＳ、ＳＤＵ和其它承擔中繼數據給ＰＤＳＮ的單元。ＰＣＦ經過ＩＰ網絡與ＰＤＳＮ連接起來，ＰＤＳＮ含有移動ＩＰ ＦＡ和ＰＰＰ。從網絡結構分析，ＰＤＳＮ類似于現有的撥號接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的網絡接入服務器（ＮＡＳ）。
ＰＤＳＮ選擇ＰＰＰ的原因部分來自有效性和移動ＩＰ采納時間進度表的不確定性。ＰＰＰ位于ＰＣＦ中，ＰＣＦ的變化將刷新ＰＰＰ，需要把額外消息送至空中接口。若把ＰＰＰ集中在一起，可避免當ＰＣＦ狀態發生變化時擾亂ＰＰＰ狀態。若ＰＰＰ狀態從一個ＰＣＦ變換到下一個ＰＣＦ，除了需要附加空中接口的復雜性外，還要把指定給舊地址的分組分配給新ＰＣＦ。
在ＰＤＳＮ中，終端ＰＰＰ的選擇會增加復雜性。這是因為：
★ＰＰＰ所需的大量狀態影響ＰＤＳＮ的規模和在ＰＣＦ中終端ＰＰＰ分布式處理的運算量。
★ＱｏＳ的實現經過集中型ＰＰＰ處理。
★ＱｏＳ另一解決方案是同時運行多個ＲＬＰ。
在ＰＣＦ和ＰＤＳＮ協議鏈接中有三個接口標準化選擇，該接口稱之Ｒ－Ｐ接口，即連接無線接入網絡與ＰＤＳＮ的接口。下面分別討論三個接口方案：
１．現有特定無線接口
現有若干無線接口可用于蜂窩ＣＤＭＡ 網絡與移動ＩＰ ＦＡ的接口，這些接口來源于其它標準化或供給商采納的未完全標準化。
在給定連接層特定的接口中，Ｌ接口可用于第五類交換和交互工作功能（ＩＷＦ--Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）之間，ＩＷＦ主要用于數據網的網關。Ｌ接口把來自ＲＬＰ 的八字節數據流送至在虛電路幀中繼交換上，把無線尋址信息送至ＩＷＦ，這項工作由ＡＮＳＩ ＩＳ （Ｉｎｔｅｒｉｍ Ｓｔａｎｄａｒｄ）－ ６５８負責。
另一種是３ＧＰＰ２研究的ＳＤＵ和ＰＣＦ之間的先進接口，控制ＳＤＵ與ＰＤＦ間ＩＰ隧道?隧道本身是以開放ＩＥＴＦ標準為基礎的?信令消息用于ＣＤＭＡ環境。在ＰＣＦ和ＰＤＳＮ之間基于ＩＰ的接口應選擇ＩＰ作為ＰＣＦ與ＰＤＳＮ間傳送網。以ＩＥＴＦ作為這種接口的標準化可使接口更開放、完整、簡單。
２．層２隧道協議（Ｌ２ＴＰ--Ｌａｙｅｒ ２ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
ＩＥＴＦ的ＰＰＰ工作小組正在研究層２隧道協議，并附加了ＲＦＣ狀態信息。該協議主要從ＰＰＰ終端點中分離出接入點。Ｌ２ＴＰ定義了Ｌ２ＴＰ接入集中器（ＬＡＣ--Ｌ２ＴＰ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）和Ｌ２ＴＰ網絡服務器（ＬＮＳ--Ｌ２ＴＰ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｅｒ）。終端連接到ＬＡＣ，ＬＡＣ采用申請響應信令簡單協議。
在運行中，ＬＡＣ直接從終端接收數據，并配以非凡的Ｌ２ＴＰ幀頭組裝成ＰＰＰ鏈接層幀，發送至ＬＮＳ。在相反傳輸方向，ＬＮＳ接收終端指定的分組數據，產生含有這些分組數據的ＰＰＰ幀并配以非凡的Ｌ２ＴＰ幀頭，發送至ＬＡＣ。所有ＰＰＰ消息和狀態在ＬＮＳ中處理，ＬＡＣ需要來自ＬＮＳ有關ＰＰＰ選擇的信息，負責接收和發射ＰＰＰ幀。
對于從ＰＰＰ終端點分離的接入點，Ｌ２ＴＰ提供標準化ＰＣＦ與ＰＤＳＮ接口方案。Ｌ２ＴＰ不支持從一個ＬＡＣ到另一個ＬＡＣ的越區鏈路移動性，這就要求系統結構把鏈接層終端點移近ＢＴＳ，Ｌ２ＴＰ需要修改某些協議內容。
３．基于移動ＩＰ的新型Ｌ２ＴＰ
３ＧＰＰ２正在研究基于移動ＩＰ、支持更通用Ｌａｙｅｒ－２隧道協議。ＰＣＦ可建立通向ＰＤＳＮ的隧道，用于給ＰＤＳＮ發送移動ＩＰ注冊申請，接收來自ＰＤＳＮ注冊響應，ＰＤＦ與ＰＤＳＮ之間流量可以組裝成含有通用路由封裝頭（ＧＲＥ--Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）分組。與標準移動ＩＰ不同的是，ＧＲＥ隧道不攜帶ＩＰ分組數據，而是攜帶用于ＰＰＰ鏈路層的數據。
在注冊申請上以附加國際移動站標識符（ＩＭＳＩ--Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）來解決移動性。當ＰＤＳＮ接收來自新ＰＣＦ具有相同ＩＭＳＩ的注冊申請時，ＰＤＳＮ就與來自舊ＰＤＦ的注冊申請建立聯系。這樣，在Ｒ－Ｐ隧道運行的ＰＰＰ狀態就不受越區的影響。 ＭＮ可以從一個ＰＣＦ移至另一個ＰＣＦ，而維持與ＰＤＳＮ的鏈接，這就需要提供透明移動層。這個透明移動層僅用于ＰＣＦ和ＰＤＳＮ，位于一個專用網內，并有直接安全關系。假若ＭＮ遠離原歸屬區，ＰＤＳＮ就發生變化，這種變化在ＭＮ是可見的，需要ＨＡ進行移動ＩＰ注冊。
與Ｌ２ＴＰ方案相比，為了使接口簡單，不必把現今ＰＰＰ選擇從ＰＤＳＮ送至ＰＣＦ。發射至ＰＤＳＮ ＧＲＥ分組數據及由ＰＣＦ接收來自ＭＮ的ＧＲＥ分組數據可按未加工格式組裝。發射至ＰＣＦ ＧＲＥ分組數據在分離出ＧＲＥ報頭后可立即送至ＭＮ。除了攜帶用戶數據外，ＰＣＦ必須發射無線非凡用途信息給ＰＤＳＮ，ＰＤＳＮ把有關信息數據送至計費系統。
三、移動ＩＰ的移動性治理
宏移動性是指ＭＮ頻繁地改變其在網絡中的位置，隨著基本移動ＩＰ隧道的建立而增加了網絡信令額外開銷，注冊申請在ＨＡ和ＦＡ新隧道間反饋而增加等待時間。宏移動性可分成兩類：
１．分級隧道
分級隧道特性類似于ＦＡ的樹狀結構。來自ＨＡ的封裝信息流量送至ＦＡ的根底部，在那兒拆封裝并依據ＭＮ的
