移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)IP機(jī)制分析 龍 彪 （中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630） 摘　要 移動(dòng)IP是移動(dòng)WiMAX核心網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文分別從Client Mobile IP（CMIP）和Proxy Mobile IP（PMIP）兩種方式闡述移動(dòng)IP在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)原理，并對(duì)這兩種方式進(jìn)行了比較分析,最后從移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度，對(duì)移動(dòng)IP的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討并提出建議。 關(guān)鍵詞　移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)IP；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng) 1　概述 WiMAX（worldwide interoperability for microwave access）是一種無(wú)線城域網(wǎng)寬帶技術(shù)，主要用于為家庭、企業(yè)提供最后1 km高速寬帶接入以及將來(lái)的個(gè)人移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。IEEE 802.16 a/d/e是WiMAX空中接口系列標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)物理層和MAC層進(jìn)行了明確定義，但主要涉及無(wú)線接入側(cè)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)沒(méi)有給出解決方案。因此，WiMAX論壇成立了網(wǎng)絡(luò)工作組（NWG），在IEEE 802.16的基礎(chǔ)上為固定、游牧、便攜和移動(dòng)應(yīng)用下的WiMAX系統(tǒng)定義了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和參考模型。本文對(duì)NWG定義的移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下兩種移動(dòng)IP技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式及差異性進(jìn)行了分析，并對(duì)其在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提出了建議。 2　移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及主要接口 移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的參考模型如圖1所示（實(shí)線部分為承載平面，虛線部分為控制平面），其主要包括MS/SS（移動(dòng)終端）、ASN（接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)）和CSN（連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)）3大邏輯實(shí)體，這些邏輯實(shí)體支持如下功能接口。 · R1接口：MS與ASN之間的空中接口，滿足IEEE 802.16-2005規(guī)范。 · R2接口：MS與CSN之間的邏輯接口，提供鑒權(quán)、業(yè)務(wù)授權(quán)以及主機(jī)的IP配置等功能。 · R3接口：ASN和CSN之間的互操作接口，包括控制平面和承載平面，控制平面包含RADIUS消息和移動(dòng)IP的控制消息。 · R4接口：ASN之間的互操作接口，包含控制平面和承載平面，控制平面包括無(wú)線資源信息交互和跨ASN之間的切換控制。 · R5接口：拜訪CSN和歸屬CSN之間的互操作接口，在漫游情況下，拜訪CSN充當(dāng)AAA代理功能。 圖1中的NAP（網(wǎng)絡(luò)接入提供者）可擁有一個(gè)或多個(gè)ASN，可為一個(gè)或多個(gè)NSP（網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供者）提供WiMAX無(wú)線接入，NSP的設(shè)備都在一個(gè)CSN內(nèi)，可為用戶提供IP連接和WiMAX業(yè)務(wù)。從用戶角度來(lái)看，NSP可以分為歸屬NSP（H-NSP）和拜訪NSP（V-NSP）。 3　移動(dòng)IP技術(shù)簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)單IP不支持ASN間無(wú)縫移動(dòng)，跨ASN漫游時(shí)需重新獲得IP地址，因此移動(dòng)IP應(yīng)運(yùn)而生，其目的是為了使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時(shí)，不改變其IP地址，能夠在移動(dòng)過(guò)程中保持通信的連續(xù)性，從而對(duì)上層協(xié)議保持透明性，與其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或不具有移動(dòng)IP功能的節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行正常的通信。 移動(dòng)IP的基本實(shí)體及主要術(shù)語(yǔ)如下： · HA（home agent，家鄉(xiāng)代理）：代表移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（在遠(yuǎn)程時(shí)）執(zhí)行移動(dòng)功能的實(shí)體。 · FA（foreign agent，外地代理）：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中代表移動(dòng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行移動(dòng)功能的實(shí)體。 · HoA (home address，家鄉(xiāng)地址)：用于和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中的地址。 · CoA (care of address，轉(zhuǎn)交地址)：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在所訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的地址，CoA又可以分為FA CoA（外地代理轉(zhuǎn)交地址）和Co-located CoA（聯(lián)合轉(zhuǎn)交地址），F(xiàn)A CoA是指移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所注冊(cè)的FA的一個(gè)地址，Co-located CoA是指移動(dòng)節(jié)點(diǎn)額外獲得的和其一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口所關(guān)聯(lián)的本地地址。 總而言之，移動(dòng)IP建立起了HoA與CoA的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)與外地網(wǎng)絡(luò)的路由關(guān)系。 IETF制定了移動(dòng)IP標(biāo)準(zhǔn)，按照地址類型，可將MIP分為MIPv6與MIPv4。IPv6與IPv4在IP地址的分配和管理方面很相似，如均采用DHCP（v4或v6）進(jìn)行地址分配，但在一些IP功能實(shí)現(xiàn)上有較大的差別，如移動(dòng)IP在MIPv6網(wǎng)絡(luò)中不需要FA并且支持路由優(yōu)化等功能，在NWG 階段2文檔中對(duì)此有一定的描述，本文以下所討論的移動(dòng)IP均指MIPv4。 4　移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)IP的實(shí)現(xiàn)方式 在cdma2000網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)IP只有一種傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，而在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)完成移動(dòng)IP客戶端功能的網(wǎng)元的不同，WiMAX論壇定義了CMIP和PMIP兩種移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)方式。 4.1　CMIP在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的注冊(cè)過(guò)程 CMIP即傳統(tǒng)的移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)方式。它的MIP客戶端駐留在移動(dòng)終端上，由移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP的注冊(cè)和定期更新，在發(fā)生跨子網(wǎng)切換時(shí)，由移動(dòng)終端發(fā)起MIP的重新注冊(cè)。CMIP的注冊(cè)過(guò)程如圖2所示。 CMIP經(jīng)過(guò)以下8個(gè)步驟完成注冊(cè)： （1）MS進(jìn)行接入鑒權(quán)； （2）在MS與AAA完成鑒權(quán)過(guò)程后，MS從FA的代理廣播消息中獲取CoA； （3）～（4）MS發(fā)起MIP注冊(cè)請(qǐng)求，通過(guò)FA轉(zhuǎn)發(fā)到HA； （5）～（6）HA從AAA中獲取與終端的共享密鑰； （7）～（8）HA把 HoA和CoA綁定，再通過(guò)MIP注冊(cè)響應(yīng)消息把HoA返回給MS。 4.2　PMIP在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的注冊(cè)過(guò)程 PMIP是對(duì)CMIP實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了改進(jìn)，不同廠商的實(shí)現(xiàn)方案中MIP客戶端所處的位置可能有所不同，但MIP的實(shí)現(xiàn)流程是相同的。假設(shè)由FA實(shí)現(xiàn)DHCP代理功能，其注冊(cè)過(guò)程如圖3所示。 PMIP經(jīng)過(guò)以下7個(gè)步驟完成注冊(cè)： （1）MS進(jìn)行接入鑒權(quán)； （2）在MS與AAA完成鑒權(quán)過(guò)程后，MS觸發(fā)DHCP流程以獲取IP配置信息； （3）FA中的DHCP Proxy收到DHCP發(fā)現(xiàn)消息后，F(xiàn)A作為MIP的客戶端發(fā)起MIP注冊(cè)過(guò)程； （4）HA給FA發(fā)送移動(dòng)IP注冊(cè)應(yīng)答消息； （5）FA通過(guò)DHCP消息把HoA帶給MS； （6）MS獲得HoA后，向FA發(fā)送DHCP請(qǐng)求消息； （7）FA返回DHCP響應(yīng)消息。 4.3　涉及移動(dòng)IP的切換過(guò)程 若MS的切換過(guò)程涉及AGW（接入網(wǎng)關(guān)）或FA的改變（R3切換），則系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)移動(dòng)IP過(guò)程來(lái)保證IP層連接的連續(xù)性。在移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)MS移動(dòng)到新區(qū)域使用新的AGW時(shí)，系統(tǒng)采用移動(dòng)IP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)三層（相對(duì)物理層和MAC層）切換的平滑處理，避免將上層發(fā)送給MS的數(shù)據(jù)包仍發(fā)往舊的AGW。當(dāng)服務(wù)MS的AGW發(fā)生變更后，MIP客戶端會(huì)發(fā)起移動(dòng)IP的注冊(cè)過(guò)程，通知HA改變MIP客戶端和CoA的綁定關(guān)系，并建立從HA到FA的隧道，從而發(fā)往切換終端的數(shù)據(jù)包便會(huì)從新的AGW轉(zhuǎn)發(fā)到終端。 4.4　CMIP與PMIP的差異分析 CMIP與PMIP的差異見(jiàn)表1。 CMIP的MIP客戶端功能由WiMAX終端實(shí)現(xiàn)，這種方式下終端的成本和復(fù)雜性會(huì)有一定的增加，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備的要求相對(duì)較低；而PMIP的MIP客戶端的功能由某個(gè)網(wǎng)元代替終端來(lái)完成（一般是FA，有些廠商采取網(wǎng)關(guān)和FA合設(shè)方式），這種實(shí)現(xiàn)方式降低了對(duì)WiMAX終端的要求，但需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備做某些特定的處理。 在CMIP實(shí)現(xiàn)方式下，空中接口需要傳輸信令（如注冊(cè)信令），因此需要占用較多的空中接口資源，同時(shí)增加了網(wǎng)絡(luò)被攻擊的可能性；而在PMIP實(shí)現(xiàn)方式下，MIP客戶端在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，空中接口無(wú)需傳輸信令，隱藏了用戶的信令端點(diǎn)，因此安全性較高。 5　網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)建議 隨著IP網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，IPv4定義的有限地址空間將被耗盡，IPv4地址空間的不足必將影響網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，因此必須合理規(guī)劃IP地址?？捎玫墓械刂窋?shù)量有限，而可用的私有地址數(shù)量卻非常多，合理地使用私有地址是解決地址數(shù)量不足的有效手段。 （1）家鄉(xiāng)地址分配建議 HoA使用公有地址還是私有地址，應(yīng)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)來(lái)確定，有特殊需求的用戶，分配公有地址，普通用戶分配私有地址，再結(jié)合NAT/PAT方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，通過(guò)NAT技術(shù)使用私有地址來(lái)節(jié)約公有地址的使用。 （2）轉(zhuǎn)交地址使用建議 當(dāng)轉(zhuǎn)交地址采用Co-located CoA方式時(shí)，需要建立HA到移動(dòng)主機(jī)的隧道，而且在無(wú)線部分需要IP封裝，存在比較大的開(kāi)銷；當(dāng)采用FA CoA方式時(shí)，只需建立HA到FA的隧道，因而可以節(jié)省無(wú)線空中接口資源。對(duì)于移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線空中接口資源是網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸，因此建議采用FA CoA方式，而且目前WiMAX核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也只支持使用FA CoA地址。 （3）移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)方式建議 CMIP簡(jiǎn)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求，但要求終端具有移動(dòng)IP的處理能力；PMIP則簡(jiǎn)化了對(duì)終端的要求（普通終端即可），但需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備（如FA）增加移動(dòng)IP的代理功能。當(dāng)前的WiMAX終端基本不支持CMIP實(shí)現(xiàn)方式。針對(duì)目前設(shè)備的情況，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，初期采用PMIP實(shí)現(xiàn)方式，中后期可采用CMIP方式，實(shí)現(xiàn)與其他技術(shù)網(wǎng)絡(luò)（如3GPP2網(wǎng)絡(luò)）的互操作，從而簡(jiǎn)化對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響。對(duì)于PMIP和CMIP共存，WiMAX論壇NWG工作組正在做這方面的深入研究。 6　結(jié)束語(yǔ) 網(wǎng)絡(luò)IP化是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，移動(dòng)IP機(jī)制則是移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)基于IP的移動(dòng)性管理的關(guān)鍵。本文對(duì)CMIP和PMIP在WiMAX網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行了分析和比較，并針對(duì)現(xiàn)狀從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度對(duì)家鄉(xiāng)地址的分配、轉(zhuǎn)交地址的使用和移動(dòng)IP的實(shí)現(xiàn)方式提出了建議，為將來(lái)基于移動(dòng)IP的WiMAX網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)提供了參考依據(jù)。 參考文獻(xiàn) 1　WiMAX end to end network systems architecture-stage 2:architecture tenets. Reference model and reference points. WiMAX Forum，2005 2　胡樂(lè)明，胡宇，曹磊等．WiMAX技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用分析.電信科學(xué), 2005（10） 3　付建軍. WiMAX切換實(shí)現(xiàn)和對(duì)業(yè)務(wù)影響的評(píng)估. 通信世界, 2007（33） 4　IETF RFC 3344. IP mobility support for IPv4, 2002 Analysis of Mobile IP in Mobile WiMAX Network Long Biao (Guangdong Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China) Abstract Mobile IP is one of the key technologies in mobile WiMAX network. The principles of MIP for mobile WiMAX network are introduced in two implement ways: client MIP and proxy MIP. In addition, these two ways are also compared and analyzed. Finally, in terms of network operation, discussions and proposals are given to MIP implement for mobile WiMAX network. Key words mobile WiMAX network, mobile IP, network operation