無線接入網關終端保持接入設計與實現

WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是基于802.16標準[1]的全球微波接入技術。由于WiMax支持較高的寬帶無線接入速率和移動速度，通信運營商用其為用戶提供寬帶無線移動數據接入服務。在移動性管理方面，WiMax網絡使用移動IP(MIP)技術[2]。根據MIP的客戶端在終端還是在網絡側實現，可分為終端移動IP(CMIP)和代理移動IP(PMIP)。
　WiMax網絡架構標準中現有的終端接入方案(PMIP模式或CMIP模式)，僅適合正常的“第一次接入”，當終端出現異常發生瞬斷等情況時，相應的數據業務傳輸中斷，此時終端需再次重新注冊，重新建立數據業務通道。由此增加了時延，難以保證業務的連續性。本文設計的方案中，接入網關在正在進行數據業務傳輸的用戶終端斷開連接時,保持其斷開連接前的IP地址和網絡配置信息等；用戶再次接入時，網關將存儲信息發給終端，用戶采用接收到的信息，繼續進行所需業務的數據傳輸，減少了接入時延，保證了上層業務的連續性。
1 WiMax體系架構和MIP協議
1.1 WiMax體系架構
　現有的WiMax的網絡架構體系[3]包括MS(Mobile Station)、接入服務網絡ASN(Access Service Network)和連接服務網絡CSN(Connectivity Service Network)。其中，MS為移動臺，用戶使用該設備接入WiMax 網絡；ASN 包括基站BS(Base Station)和接入服務網絡網關ASN-GW(Access Service Network Gateway)等用于為WiMax終端設備提供無線接入服務的網絡功能集合。ASN主要完成WiMax終端的二層連接、傳遞AAA消息、為WiMax終端的三層連接提供中繼、無線資源管理、ASN與CSN間隧道維護等；CSN用于為WiMax終端提供網際協議連接服務。CSN可以由認證、授權和計費即AAA(Authenticator Authorization and Accounting)服務器、歸屬代理設備HA(Home Agent)、動態主機配置協議DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服務器等組成。用戶的認證和授權通過用戶的歸屬CSN中的認證、授權和計費服務器完成。WiMax網絡架構如圖1所示。

1.2 MIP協議
移動網際協議MIP(Mobile Internet Protocol)，它為移動用戶提供了一種IP路由機制，使得支持MIP的終端可以通過自身標識連接到任何鏈路上,支持MIP的終端可以在不中斷鏈路信息傳送的情況下改變其地理位置，而保持IP不改變。現階段WiMax網絡中的Mobile IPv4終端移動注冊模式有兩種:客戶端MIP(Client Mobile IPv4)和代理MIP(Proxy Mobile IPv4)，在客戶端MIP中，移動站自身實現MIP客戶端功能進行MIP注冊和取消注冊；在代理MIP中，MIP客戶端功能通過WiMax接入網絡中稱為代理移動節點PMN(Proxy Mobile Node)或PMIP 客戶端的功能實體(PMIP client)來實現MIP的注冊和取消注冊。
2 CMIP/PMIP技術下用戶接入
移動IP接入時，AGW可以為MS提供PMIP接入或者CMIP接入兩種方式。在PMIP模式下，若MS采用DHCP proxy 的方式獲得地址,則AGW代表MS發起MIP注冊請求給家鄉代理HA,HA為MS分配IP地址;若采用DHCP relay 的方式獲得地址,則AGW再代表MS發起MIP注冊請求給HA，HA確認DHCP server為MS分配的IP地址;在CMIP模式下,MS在業務流建立后，主動發起MIP的注冊請求，AGW執行外地代理FA的功能與家鄉代理HA交互實現MS的MIP注冊，此時HA為MS獲得IP地址[4]。
2.1 CMIP模式
如圖2所示，在最新的WiMax stage2中定義的CMIPv4模式下終端連接建立流程如下：

(1)接入認證階段：用戶所屬的家鄉AAA服務器會在接入認證消息中下發家鄉代理地址、認證授權和計費相關密鑰。
　(2)當接入業務網絡中的數據鏈路與終端或者終端的業務流進行綁定后，觸發CMIP模式終端開始注冊。
　(3)當新的接入業務網絡數據鏈路建立后，外地代理向網絡內的終端廣播其轉交地址。
　(4)終端收到外地代理廣播的轉交地址后，發送移動IPv4注冊消息至外地代理FA，并由外地代理FA轉發至家鄉代理HA。
　如果終端此時支持移動IPv4協議棧,則不發送DHCP請求，只發送移動IP信令去獲取其家鄉地址。
　(5)~(6)對于既支持PMIPv4模式又支持CMIPv4模式的接入業務網絡，此時外地代理需要通過一個R3_Mobility_Context消息通知網絡特定的相關功能實體終端的R3移動模式為外地代理選定的R3移動模式[5]。對于僅支持CMIPv4模式的接入業務網絡，此步驟可以省略。