基于IP的WiMAX移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的研究
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1.2.1 802.16e的移動(dòng)性支持
為支持切換和其他移動(dòng)性服務(wù)，IEEE 802.16在MAC層提供了諸如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨@得、對(duì)目標(biāo)基站的掃描、關(guān)聯(lián)化，測(cè)距(ranging)、小區(qū)重選等功能。其中移動(dòng)站掃描鄰居基站以確定新的分集集合。掃描步驟包括；識(shí)別合適的基站；與其下行傳輸同步，并且估計(jì)其信道質(zhì)量；測(cè)距使移動(dòng)站完成和某個(gè)基站的同步過程。測(cè)距可以是基于沖突和非沖突的。基于非沖突的測(cè)距提供更快和可信的同步方法，但是以耗費(fèi)資源為代價(jià)；關(guān)聯(lián)化使移動(dòng)站得以記錄對(duì)分集集合的基站成功掃描和測(cè)距的次數(shù)，加速轉(zhuǎn)移該移動(dòng)站的業(yè)務(wù)到目標(biāo)基站；而鄰居列表廣播使得基站借助于網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)回程(back-haul)產(chǎn)生鄰居列表，支持移動(dòng)站的切換服務(wù)。其中列表信息在MOB_NBR_ADV的消息元素“handoffNeighbor preference”中?；局芷诎l(fā)送鄰居列表，每個(gè)基站維持鄰居基站的MAC地址映射表和其索引。
1.2.2 MAC層切換能力
硬切換是IEEE 802.16e中必須支持的模式。在硬切換下，高層連接和MAC層的匯聚子層數(shù)據(jù)可以緩沖并隨后無縫地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站。宏分集切換(MDHO)和快速基站切換(FBSS)是增強(qiáng)的可選的切換模式。MDHO對(duì)于上行和下行傳輸都是可支持的，它允許移動(dòng)站同時(shí)和在分集集合內(nèi)的多個(gè)基站進(jìn)行收發(fā)傳輸。FBSS與MDHO的區(qū)別在于，在FBSS中移動(dòng)站雖然和所有的候選基站進(jìn)行同步，但它只和一個(gè)中心基站進(jìn)行通信。硬切換、MDHO和FBSS技術(shù)提供了不同應(yīng)用層面的移動(dòng)支持，其中MDHO和FBSS可減少切換時(shí)延，并支持有效的資源和網(wǎng)絡(luò)管理。
2 WiMAX悶絡(luò)參考模型
基于IEEE 802.16技術(shù)，WiMAX論壇提供了支持移動(dòng)性的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，以支持對(duì)MAC層之上的移動(dòng)服務(wù)，并支持在不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的漫游和切換服務(wù)。
圖2中所示的網(wǎng)絡(luò)參考模型(NRM)包括了接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(ASN)和連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(CSN)的各邏輯功能實(shí)體。ASN由一個(gè)或多個(gè)基站，一個(gè)或多個(gè)ASN-GW(ASN網(wǎng)關(guān))組成，它是一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)功能集合，提供諸如無線資源管理(RRM)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)完整性、密鑰分配等關(guān)鍵功能，向WiMAX用戶提供無線接入服務(wù)。其中，RRM功能可以在基站或ASN-GW完成。完成該功能的某節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求其他基站以得到所需的信息，利用此信息幫助確定候選的基站以滿足切換和負(fù)載平衡等處理的需要。在密匙分配中，一個(gè)成對(duì)的主密鑰(pairwise master key，PMK)在移動(dòng)站側(cè)計(jì)算得到并轉(zhuǎn)發(fā)至在ASN-GW中的中心授權(quán)機(jī)構(gòu)。PMK和基站標(biāo)識(shí)符一起用于產(chǎn)生認(rèn)證密碼(authentication key，AK)。當(dāng)切換到目標(biāo)基站需要新的AK。采用分布計(jì)算支持在ASN-GW中產(chǎn)生新的用于對(duì)應(yīng)目標(biāo)基站的AK，并作為切換信息發(fā)送給目標(biāo)基站。這種處理方法可以避免在每次切換時(shí)執(zhí)行用戶認(rèn)證過程，從而減少處理延遲。CSN需向WiMAX用戶提供如AAA和DHCP服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等的核心業(yè)務(wù)能力。不同的邏輯實(shí)體間通過各參考點(diǎn)(R1，R4和R5等)完成互操作。
3 基于IP的移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)
由以上分析可以看出，IEEE 802.16e提供了在物理層和MAC層中支持移動(dòng)性的能力，WiMAX論壇則提供了MAC層之上的網(wǎng)絡(luò)接口和互聯(lián)模型，更包括了提供移動(dòng)性管理、資源管理和AAA服務(wù)能力。以下研究基于移動(dòng)IP和WiMAX技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
3.1 基于IP的移動(dòng)WiMAX應(yīng)用模型
圖3所示為基于IP的移動(dòng)WiMAX應(yīng)用模型。模型包括有如下功能：提供邏輯分割上述步驟的能力和基于IP的選路和連接管理以支持在孤島和互聯(lián)模式下的不同應(yīng)用場(chǎng)景；支持多個(gè)NSP共享1個(gè)NAP的ASN網(wǎng)絡(luò)；支持1個(gè)NSP向多個(gè)ASN提供服務(wù)以管理1個(gè)或多個(gè)NAP；支持移動(dòng)站或SS發(fā)現(xiàn)和選擇接入的NSP；支持NAP采用1個(gè)或多個(gè)ASN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌恢С滞ㄟ^互聯(lián)接入不同運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)；提供在不同組的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體開放參考點(diǎn)，使不同運(yùn)營(yíng)商基于不同實(shí)體實(shí)現(xiàn)不同功能組合。為實(shí)現(xiàn)IP移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持移動(dòng)IP技術(shù)，也即CSN需向WiMAX用戶提供包括IP連接服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切換和系統(tǒng)漫游的能力。
3.2 移動(dòng)IP技術(shù)
移動(dòng)IP允許移動(dòng)站在不改變其IP地址的情況下變更其接入Internet的接人點(diǎn)，也即允許移動(dòng)站在執(zhí)行切換時(shí)保持傳輸和高層的連接。指向移動(dòng)站的分組包首先被選路至家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)站的家鄉(xiāng)代理截獲該分組并將其隧道化給該移動(dòng)站常報(bào)告的當(dāng)前地址。WiMAX論壇的NWG組允許2種移動(dòng)解決方案時(shí)。利用用戶MIP(Client MIP)解決方案，可利用傳統(tǒng)的移動(dòng)IP信令完成移動(dòng)管理。在代理MIP(proxyMIP)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以初始化一個(gè)移動(dòng)IP客戶端過程，由該虛擬客戶完成移動(dòng)IP信令過程。
3.3 WiMAX網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型的系統(tǒng)切換和漫游服務(wù)
WiMAX應(yīng)用模型可以支持在同網(wǎng)關(guān)(ASN-GW)內(nèi)的系統(tǒng)內(nèi)切換，不同網(wǎng)關(guān)間的切換以及漫游服務(wù)，以下結(jié)合IEEE 802.16e協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步分析。
3.3.1 Intra-ASN系統(tǒng)內(nèi)切換
根據(jù)IEEE 802.16e提供的物理層和MAC層能力以及WiMAX網(wǎng)絡(luò)參考模型完成Intra-ASN系統(tǒng)內(nèi)切換。其中可采用R8接口(圖3未示出)實(shí)現(xiàn)基站間的通信。在OFDMA系統(tǒng)中，可根據(jù)載干比(CINR)參數(shù)來決定切換。在各種切換類型中，連續(xù)的CINR測(cè)量都是必須的。遵照IEEE 802.16e協(xié)議的相關(guān)規(guī)定，系統(tǒng)可以通過掃描請(qǐng)求和響應(yīng)消息使移動(dòng)站周期掃描鄰區(qū)基站，觸發(fā)鄰區(qū)掃描并發(fā)起切換。包括如下步驟：
(1)當(dāng)移動(dòng)站檢測(cè)到服務(wù)基站的CINR信號(hào)低于剔除門限(H_Delete_Threshold)，則可發(fā)起鄰區(qū)掃描，測(cè)量鄰區(qū)基站的CINR值。當(dāng)移動(dòng)站檢測(cè)到某個(gè)鄰區(qū)基站的CINR值高于服務(wù)基站信號(hào)的增加門限(H_Add Threshold)時(shí)，則發(fā)起切換請(qǐng)求。
(2)基站和移動(dòng)站均可決定選取目標(biāo)基站的過程。移動(dòng)站可經(jīng)過掃描選取目標(biāo)基站完成切換過程；移動(dòng)站也可通過MOB_移動(dòng)站SHO_REQ消息反饋測(cè)量結(jié)果給服務(wù)基站，由服務(wù)基站決定最終選取的目標(biāo)基站。
評(píng)論