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北京郫电大学瑚士研究生学位论文无线蜂窝通信与无线局域同的融台 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 摘要 在过去的卡年里，移动逶信和互联网技术已缀改变了通信秘信息接入的方 式，从而改变了人们的生活和工作形态。无线移动互联网( w i r e l e s sm o b i l e i n t e m e t ) 之发展已经成为当今全球的煎耍研发课题了。 不同的无线接入技术蠢不同斡盛鼷份僮，当裁的2 + 5 g 以及未来救3 g 警无 线蜂窝通信用于全覆盖范围、中等比特率的应用；无线局域溺( w i r e l e s s l a b ) 可用在热点地区，提供局部覆盖范围的、宽带无线移动互联网接入，与蜂窝通信 完美互毒 。趿越，融合爨部网络覆盖憋、霹提供裹接入速率的无线局蠛网帮灵活 实用的、广域覆盖范围的g p r s w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 等蜂窝网络，在无线移 动互联网的发展上将起到积极的作用，对这个问题的研究，具有良好的理论意义 秘实践意义，且具有广滴憋泰场懿景。 第一帮，我们着重研究了移动互联的基石移动口协议。在简介基本移 动邛协议的基础上，我们对移动p 协议做了进一步扩展的研究：提出了进一步 匏移动臻鼹麦往化方寰粒乎港留抉方寨，以及应照予多类型隧终融合的移凌蛙 管理解决方案“多接口，多连接”移动礤协议。 在接下来的第二章服，我们在简介相关的无线通信技术的基础上，基于第一 章懿磅究成累，提出凝戆基于融合g p r s 秘w l a n ，班及w c d m a 移w l a n 的无线移动豆联网的架构，并对相威的关键技术做了研究。 在第三章里，我们在简要介绍c d m a 2 0 0 0 与移动d 融合的旗础上，论述了 m p l s 在c d m a 2 0 0 0 痰帮暑夔爨要憋。在筵基稿上，考意到c d m a 2 0 0 0 静潮络 结构和协议栈特性，以及w l a n 的特性，我们提出了基于无缝隙融合c d m a 2 0 0 0 和w l a n 的无线移动甄联网的架构。 关键词：无线移动互联网无线蜂窝通信 光线局域网移动i p g p r s w c d m ac d m a 2 0 0 0 j 京邮电大学硬疆究生学位论文 无线蜂窝遥信岛无线局壤霹瓣融合 i n t e g r a t i o no f w i r e l e s sc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n sa n dw l a n a b s t r a c t d u r i n gt h ep a s tt e ny e a r s ，m o b i l et e l e p h o n ya n di n t e r a c th a v eb e e nc h a n g i n gt h e m o d eo fc o m m u n i c a t i o na n d a c c e s s i n gi n f o r m a t i o n ，a si si m p r o v i n g t h el i f ea n dw o r k e f f i c i e n c yo fp e o p l e w i r e l e s sm o b i l ei n t e r a c th a sb e e no n eo f t h em o s ti m p o r t a n t r & di s s u e sa l lo v e rt h ew o r l d d i f f e r e n tw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g i e sh a v ed i f f e r e n t a p p l i c a t i o nv a l u e s 。f o re x a m p l e ， t h ec e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n st h a ti n c l u d ec u r r e n t2 5 ga n dc o m i n g3 ge t c m a y p r o v i d ea l l c o v e r a g e a n dm i d b i t s a p p l i c a t i o n s ，w i r e l e s s l a nm a y p r o v i d e s h o r t - c o v e r a g el o c a lm o b i l i t ya n db r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s st oi n t e r n c tw h i c hc a n b e t t e r c o m p l e m e n t t h ec e l l u l a r t h er e s e a r c ho nt h e i n t e g r a t i o no f w i r e l e s s c e l l u l a ra n d w l a nw i nr e s u l to n ea c t i v ep r o g r e s st ot h e d e v e l o p m e n t o f w i r e l e s sm o b i l ei n t e r n e t ， h a sb e t t e rt h e o r e t i ca n d p r a c t i c a lv a l u e s ，a n de x p a n s i v em a r k e t i n g f u t u r e i nt h ef i r s tc h a p t e r , w ef o c u so nt h er e s e a r c ht ot h ef u r t h e re x t e n s i o nt ob a s em o b i l ei p p r o t o c o lw h i c hi st h ef o o t s t o n eo f w i r e l e s sm o b i l ei u t e r n e t 。w ep r o p o s et h ef u r t h e r r o u t eo p t i r r f i z a t i o ne x t e n s i o n s ，a n d m u l t i - i n t e r f a c e m u l t i - c o n n e c t i o n m o b i l ei p p r o t o c o lt h a tm a y b e u s e di nt h ei n t e g r a t i o no f d i f f e r e n tw i r e l e s sn e t w o r k s s u b s e q u e n t l y , w ew i l lp r o p o s et h en e wa r c h i t e c t u r e s o fw i r e l e s sm o b i l ei n t e r n e t r e s p e c t i v e l yb a s e do ni n t e g r a t i n gg p r sa n dw l a n ，w c d m a a n dw l a n , a n d c d m a 2 0 0 0a n dw l a na sw e l l a tt h e $ 篷n l et i m e ，w ep a yal o to fa t t e n t i o n st ot h e r e l e v a n tk e y t e c h n o l o g i e s k e y w o r d s ：w i r e l e s sm o b i l ei n t e r n e t , w i r e l e s sc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n , w i r e l e s sl a n , m o b i l e i p , g p r s , w c d m a ，c d m a 2 0 0 0 3 - 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 日u舌 前言 在过去的十年里，移动通信和互联网技术已经改变了通信和信息接入的方 式，从而改变了人们的生活和工作形态。无线移动互联网( w i r e l e s sm o b i l e i n t e m e t ) 之发展已经成为当今全球的重要研发课题了。 从发展的观点来看，固定电话、移动电话、有线电视和所有其它类型的数据 业务都将集成到一个公共、灵活和无缝隙的基于的核心网络，为了满足不同 的业务需求而有不同的接入网络。当前，移动电话和互联网是信息领域的两大热 点，二者的融合正产生一个新的热点：无线移动互联网。随着当前2 5 g 蜂窝通 信在全世界的广泛部署，无线移动互联网走进了人们的工作和生活，让工作更加 轻松高效，让人们的生活更加丰富多彩。同时，在热点地区，例如机场、火车站、 宾馆、展览中心、会议中心等，宽带无线移动互联网接入的需求正在出现。 当前，2 5 g 中的g p r s 已经在全世界获得了广泛的商业部署，被许多国家 的运营商所采用。同时，3 g 时代正在走来，现在世界上个别运营商已经开始运 营3 g 网络，许多运营商正在试验3 g 网络。但是，当前的g p r s 只能提供有限 带宽的无线移动互联网接入。同时，能提供远远超过目前蜂窝系统、乃至将来的 3 g 系统的带宽的无线局域网( w i r e l e s sl a n ) 正获得成功的发展。不同的无线 接入技术有不同的应用价值，当前的2 5 g 以及未来的3 g 等无线蜂窝通信用于 全覆盖范围、中等比特率的应用：w l a n 可用在热点地区，提供局部覆盖范围 的、宽带无线移动互联网接入，与蜂窝通信完美互补。 因此，w l a n 为运营商的无线蜂窝通信提供了一个完美的带宽补充，无线 蜂窝通信和w l a n 的融合将是无线移动互联网的一个发展趋势，将给用户提供 更多的服务、为运营商带来新的收益增长点。 我们在研究了移动口协议的迸一步扩展后，主要研究了当前g p r s 、及未 来3 g 中的w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 等无线蜂窝通信与w l a n 的融合，为无线移 动互联网的发展做一点儿工作! 在研究无线蜂窝通信与w l a n 融合的过程中，期望提供不同类型无线接入 网络之间的平滑垂直切换，且顺应通信网的发展趋势、在无线移动互联网的研究 光线蜂窝通信与无线髑域丽熬融合前言 领域具有较好的先进性! 同时，要考虑到当前无线蜂窝通信网的现状及发展趋势、 使研究成果具有良好的市场前景! 零论文主要涉及鞋下磅究颁域： 移动i p 协议的进一劳扩展 o g p r s 与w l a n 融台的研究，以及w c d m a 与w l a n 融合的研究 c d 酝a 2 0 0 0 与移韵徐、勰l s 融会瓣磷究 oc d m a 2 0 0 0 与w l a n 融合的研究 在本论文的研究伊始，导师郭更生教授，就投入了大量的时间、精力给予了 我# - f 3 的、详绷魏指导和关一心，绘出了许多建设性的、前赡性的建议，这令我在 多方西受益匿浚l 我透过完成诧论文豹磷究，不仅在学零上获褥一窥瓣收益，丽 时在从事研究的思维和方法上、发现问题军目解决问题的能力上、创新意识和开拓 精卒孛上等都获得长足的发展，将终身受益! 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 第一章移动i p 协议的进一步扩展 第一章移动i p 协议的进一步扩展 摘要：本章在简介基本移动口协议的基础上，将提出进一步的移动m 协议路 由优化方案和平滑切换方案；以及可应用于多类型网络融合的移动性管理解决方 案“多接i s l 多连接”移动d 协议。 关键词：无线移动互联网( w i r e l e s sm o b i l ei n t e m e t ) 、移动i p ( m o b i l ei p ) 、蜂 窝系统( c e l l u l a rs y s t e m ) 、无线局域网( w i r e l e s sl a n ) 在当今社会，移动正变得无处不在，移动电话把我们从固定电话中解放出来， 我们可以随时随地与任何人进行通话，给我们的生活和工作带来了极大的方便： i n t e m e t 的出现，更深刻地改变了我们的生活和工作方式。随着i n t e m e t 的普及和 社会信息化程度的提高，我们已经不满足于现在的这种固定方式的i n t e m e t ，希 望可以随时随地接入i n t e r n e t ，像打手机样可以在移动的状态下自由地上网， 人们对于i n t e r n e t 的宽带无线移动接入的需求越来越旺盛。随着i n t e m e t 的飞速 发展和移动计算机日益广泛的应用，推动了对移动计算机无线接入的研究，即无 线移动互联网的研究，它给我们带来了希望。互联网分级路由数据包的特性阻碍 了漫游设备接入互联网，而i e t f ( i n t e m e t 工程任务组) 制定的移动口协议正 是直接解决这个难题的有效方法，从而使i n t e r n e t 上的移动接入成为可能。 作为移动互联的基石，移动口协议得到了广泛的关注和重视。经过几年的 努力，移动m 协议获得了长足的发展，从而推动了移动互联网的发展，例如3 g 无线蜂窝通信的核心网络就广泛采用了移动口协议，将对我们的生活和工作产 生深远的影响。 本章在介绍基本移动p 协议的基础上，将主要论述移动口协议的进一步路 由优化方案和平滑切换方案；最后，提出可应用于多类型网络融合的移动性管理 解决方案“多接口多连接”移动口协议，并做详细的研究。 第一节移动l p 协议简介 移动i p 协议是一种处理i n t e m e t 上的不同接入网之间漫游的机制，其基本假 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 第一章移动i p 协议的进一步扩展 设是移动节点拥有一个永久的公有p 地址来标识自己。移动口协议主要由三个 功能实体组成：移动节点( m n ，m o b i l e n o d e ) 、归属代理( h a ，h o m e a g e n t ) 和 外区代理( f a ，f o r e i g na g e n t ) ，另外一个涉及的功能实体是通信节点( c n c o r r e s p o n d e n tn o d e ) 。m n 是接入i n t e r a c t 的位置可以从一个网络或子网切换到 另一个网络或子网上而仍然保持正在进行的通信的通信主机或者路由器，它只使 用归属地址来标识自己。h a 是位于m n 归属网络上的一个路由器，它负责维护 已经离开的m n 的当前位置信息，且负责把发往该m n 的数据传递到m n 。f a 是位于外区网络上的一个路由器，当m n 离开归属网络来到f a 下的外区网络时 候，它和h a 协作一同来完成发往m n 的数据的传递。 涉及到的主要术语包括：归属地址( h o m ea d d r e s s ) 、临时转交地址( c o a ， c a r e o fa d d r e s s ) 、归属网络( h o m en e t w o r k ) 、外区网络( f o r e i g nn e t w o r k ) 、代 理广告( a g e n t a d v e r t i s e m e n t ) 、绑定缓存( b i n d i n g c a c h e ) 、隧道( t u n n e l ) 。 移动p 协议执行三个相关功能：代理发现( a g e n td i s c o v e r y ) 、登记 ( r e g i s t r a t i o n ) 、隧道( t u n n e l i n g ) ：详细的描述见 1 】。移动协议的工作机制 如下所述： ( 1 ) h a 和f a 不停地向它们服务的网络上发布代理通告消息，以宣告它们 与链路的逻辑关系。一个急切需要服务的m n 可以任选地主动请求代 理通告消息。 ( 2 ) m n 收到这些代理广播消息，确定自己是在归属网络还是在外区网络。 ( 3 ) 当m n 在归属网络时，则不启动移动坤功能、像归属网络上的其它普 通节点一样地工作。当m n 从外区网络返回到归属网络时，要向h a 发出登记取消信息，声明自己已经回到归属网络。 ( 4 ) 当m n 远离归属网络，它通过请求或者收听代理通告获得一个外区网 络的c o a ：f a 转交地址或配置转交地址。然后m n 向h a 登记它的 c o a 。 ( 5 ) 登记成功后，h a 截获发往m n 的归属地址的数据，然后把这些数据 封装、隧道至m n 的c o a 。隧道终点( f a 或者m n 本身) 收到这些 数据后，将数据解隧道，最终传递到m n 。 ( 6 ) 在相反方向，m n 发出的数据，一般使用标准的p 路由机制被传递到 无线蜂窝通倍与无线局域嘲的融合 第一章移动l p 协议的进一步护展 它们的目的地。 澈 拦黼麓 2 强 羹_ 图1 1 基本移动p 协议的数据流动 土謦 ，i 毒戮翟珞麓显示移动攀协议熬运终道鹱，簿单建滋述魏下： 1 发往m n 的数据经过标准的糟路由到达归属网络。 2 h a 截取发往m n 的数据，然厩利用隧道技术把它们转发至m n 的c o a 。 3 摹a 把数据解隧邋，然后传递到m n 。 4 对于m n 发出的数据，标准船路由把每一个数据传递黧它的目的地，也 就是c n 。 这释傻得一个移动斓户在扶一个予网移动爨勇外一个子潮豹过程中，不需要 重新配置、重新启动主机，更值得注意的是，用户也不需要重新启动应用，从而 实现了操作的透明性! 第二节进一步路由优化方案 在基本移动球协议中，存在着由m n 、c n 朔h a 定义的三角路由。一旦 m n 离开归属网络时，发往m n 的数据必须经过h a ，如上图1 ，1 中的路径1 3 舞示，形披了三囊踌国。这黠，获c n 裂m n 熬凝短路虫一定不镑据h a ，黪 美 三角路幽怒低效的，导敬了包传递延时的加长和网络资源的严爨浪费。尤其怒当 c n 距离m n 较近、但距离h a 较远的情况下，移劝p 协议的性能更远非理想。 困梵，i e t f 提基鼹由臻佬方案【2 】，采消除基本移漤瑾协议孛懿三焦鼹由效疲。 【2 】的熬本思想是，c n 在它的路由表中缓存一个最新的关予m n 的绑定( m n 的归属地址、c o a 和鼗记生存时间) 。当h a 截取内c n 发往m n 的数据时，它 可良接翔c n 没鸯关予该m n 戆绑宠缓存。因踅，h a 应该绘c n 发送一令绑定 更新消息，通知c n 有关m n 的当前绑定。c n 产生或更新其缓存中的有关m n 旦硪 无线蜂窝通信与无线局域嘲的融合 第一章移动i p 协议的进一步扩展 的绑定。c n 有了最新的绑定，就能够直接封装发往m n 的数据、把它们隧道至 m n 的c o a ，而不用依靠可能较远的h a 这么做。最后，数据在隧道终点被解 隧道、传递到m n 。然而，在c n 更新绑定缓存之前，还是要使用三角路由( 上 图1 1 中的路径1 4 ) 来获得最新的绑定。若h a 再次收到c n 发来的数据，它 将重传有关m n 的绑定更新消息。 相似地，当f a 接收到一个被c n 隧道来的数据，若它没有关于该m n 的访 问列表条目，则f a 可能推知隧道源点c n 缓存的关于m n 的绑定是过期的。这 种情况下，f a 应该发送一个绑定警告消息给该m n 的h a ，通知它给那个c n 发送一个绑定更新消息。 我们根据现实的数据业务操作环境和i n t e m e t 的现状以及发展趋势，提出了 三种进一步的路由优化方案。 2 1 绑定缓存的更新 我们描述的路由优化方案，也采用t 2 e e 采用的绑定缓存的概念，来优化 c n 和m n 间的路由。 2 1 1 解决方案一 基于当前的i n t e m e t 应用，m n 很少处于一个对话的被请求端。另外，几乎 所有的计算应用都运行在“客户端一服务器”关系上。在大多数情况下，c n 是 一个静止节点，即大容量的固定服务器和数据库。因此，我们根据实际的网络环 境和当前的、乃至将来的i n t e m e t 应用，提出进一步的路由优化方案。在m n 和 c n 通信对话期间的路由优化操作如下： m n 在向c n 发送数据前，可能需要查询一个d n s 服务器，以找到c n 的口地址。 m n 发送数据到默认的路由器，即f a 。 应用标准的p 路由机制，f a 把数据发送到目的地，即c n 。 同时，f a 监听从m n 发来的数据以获得c n 的口地址，然后直接发送 m n 的绑定更新消息到c n ，以通知c n 当前m n 的c o a 。更新消息利 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 第一章移动i p 协议的进一步扩展 用u d p 方式传送，且限制h a 向c n 发送绑定更新消息的次数，因为 c n 可能不理解路由优化协议。 假如c n 已经收到绑定更新消息，它将产生或者更新有关m n 的绑定缓 存，然后直接利用隧道技术把数据发送到m n 的c o a 。当然，这里的 c n 应该是一个已经升级的能够理解路由优化协议的节点。 在异常情况下，由c n 发起一个会话，或若c n 未被升级，或没有m n 的绑定缓存，c n 将利用标准p 路由把数据传递到h a 。h a 截获发往 m n 的数据，然后利用隧道技术把它们转发至m n 的c o a ，即f a 。 同时，h a 监听来自c n 的数据以获得c n 的地址，然后发送相关m n 的绑定更新消息到c n ，以通知c n 新的m n 的c o a 。更新消息利用 u d p 方式传送，且限制h a 向c n 发送绑定更新消息的次数，因为c n 可能不理解路由优化协议。 f a 把来自c n 或h a 的数据解隧道，然后转发到m n 。 与【2 】干目同，当f a 接收到一个被c n 隧道来的数据，若它没有关于该 m n 的访问列表条目，则f a 可能推知隧道源点c n 缓存的关于m n 的 绑定是过期的。这种情况下，f a 应该发送一个绑定警告消息给该m n 的h a ，通知它给那个c n 发送一个绑定更新消息。 当运营商部署移动口协议时，他们可以根据实际的市场需求，和i c p 等协 商，逐步地升级必要的c n ，例如w e b 站点、数据库中心，将是非常高效的。 2 1 2 解决方案二 在现实i n t e m e t 中，不可能在所有的c n 中实现绑定缓存。另一方面，按着 实际需要，在某网络内的一部分c n 上实现绑定缓存，效益也比较低。因为需 要升级这些必要的c n 中的每一个、实现绑定缓存；同时，若这些c n 在较短的 时间内有不只一个需要发送数据到同一个m n ，那么需要为每个c n 都更新该 m n 的绑定缓存! 因此，根据i n t e m e t 的实际情况，我们在上面2 2 1 所示方案的 基础上提出进一步的路由优化方案；升级一些必要的网络( c n 所在的网络) 的 边缘路由器( b r ) ，让b r 维护一个公共的绑定缓存，以代替其网络内的c n 必 须各自维护一个自己的绑定缓存，具体方案如下图1 2 所示。 无线蜂窝通信与无线局域网的融台 第一章移动i p 协议的进一步扩展 2 f a 量穗 i n t e r n e t - 7 1 4 、l 且 m n 图1 - 2 升级c n 所在网路的b r 来优化路由 具体的路由过程，因此略有改变。在此不再详述。 2 2 有限增加主机路由 当前，i n t e m e t 的结构已经由1 0 年前的只含单个骨干网( n s f n e t ) 的简单 树形结构演变为由多个骨干网为核心的、由若干自治系统( a s ) 互联而成的一 种复杂结构。其中，骨干网是由些大的运营商提供，例如中国的中国电信、中 国网通等公司。他们相互连接，且与全球其它国家的运营高的骨干网相连接，构 成今天全球整个i n t e m e t 的骨干网；汇聚点把多个i s p 的业务汇聚到骨干网，且 自成一个小的自治系统( a s ) 。其中每个a s 有其独立的内部路由协议( 如r i p 、 o s p f 等) ，它们通过边界网关协议( b g p ) 交换其对本a s 内部网络的可达性。 抽象的i n t e m e t 结构如下图1 - 3 所示。 图1 - 3 抽象的i n t e m e t 结构 基于当今i n t e r n e t 的结构，我们分情况讨论c n 与m n 的相对位置及其与“三 角路由”的关系。这里假设每个a s 内只有一个代理( h a 和f a ) ，且该代理的 服务区能够覆盖整个a s ( 该假设不影响分析的结果) 。下面根据应用移动口协 议情况下，c n 、m n 与h a 之间的关系，分别讨论存在“三角路由”的情况。 无线蜂窝通信与无线局域网的融合第一章移动i p 协议的进一步扩展 图1 4 情况一 情况一；m n 不在h a 所在的a s 中，同时c n 与m n 位于相同的a s 中， 如上图1 - 4 所示。其中虚线表示c n 发往i v i n 的数据包的路由。可以看出，由于 c n 到m n 的数据将穿越骨干网两次，而最优的路由根本不用穿越骨干网，因此 存在严重的“三角路由”效应。 图1 5 情况二 情况二：m n 不在h a 所在的a s 之中，而c n 与h a 位于相同的a s 中， 如上图1 - 5 所示。可以看出，这种情况下在m n 和c n 之间可能存在“三角路由” 但该“三角路由局限在h a 所在的a s 中，影响是较小的，可以不必考虑。 图1 6 情况三 情况三：m n 和c n 都不在h a 所在的a s 之中，而且他们二者不在同一a s 之中，如上图i - 6 所示。可以看出，这种情况下在m ：n 和c n 之间也存在“三角 路由”，但该“三角路由”的影响比情况一要小得多。 在分析了当今i n t e m e t 的结构，以及c n 和m n 在i n t e m e t 中的相对位置的 基础上，我们提出了与上面2 1 中所述不同的另外一种简单有效的方案。该方案 无线蜂窝通信与无线弱域嬲静融合第章移动 p 挎议熬进一步扩展 的思想和实现都是相对简单的。简单地说，就是让f a 在对m n 的c o a 进行登 记的同时，在葜所在的a s 内广播对该m n 的归属地址的可达性。该a s 中的其 它鼹垂器将稷攥该路蠹信惑在鑫己静爨蠢袭中热入指淘该m - n 豹妇嚣途缝静特 定主机路由。邀样，当这些路由器收到发往该m n 的归属地址的i p 包时，它将 按最优的路由将这些d 包传递到下一跳，最终这些璜钒到达m n 的f a ，f a 再 褥莛传递虱m n 。当m n 离开f a 辩，f a 褥广播一条爨港更薪游怠，该a s 中懿 其它路由器根据该消息删除指向该m n 的归属地址的特定主机路由。 采用上述路出优化方案，对于“三角路由”效应最大的情况一，可以完全解 决獒“三角路蠢”。 上述路由优化方案的特点如下： 实现简单：只需对f a 进行简单的修改，而不必对扛t c m c t 的其它节点， 茏其辩c n 迸行管教。 可以有效地防止拒绝服务攻击：当i n t e m e t 上q e 法路由器伪装成m n 的 f a 在i n t e r n e t 上广撵其对m n 的可达性时，所商发往m n 的数据将被这 一j 滚鼹圭器截获，放两使m n 接收不至饪健数据，这样，m n 裙当予 从i n t e m e t 上断开。由于几乎赝谢路由协议( 如r i p 、o s p f 、b g p ) 都 提供对路由信息的认涯机制，从蕊攻击者的路妇詹息将会因褥不到有效 酶诀诞箍被其它蹯溺器拒绝，戳诧m n 将兔受镶绝服务翡攻进。 该方案是有效的；由于消除了最严重的“三角路由”效应，因此其有效 性是躜最的。其代份是嘉要f a 在耨的m n 接入或离去时都要广播对 m n 的归属遗址静研达往的路峦瓣掰消息，困i 酊增加了f a 掰在a s 串鼹 由更新消息量。 2 3 f a 的直接传递 在基本移动i p 掺议中，当张终为i n t e r n e t 孛的一个路由嚣，德予c n 遥孑主 h a 的路由上的时候，f a 维护一个当前所有访问它的m n 的访问列淡条目。f a 比较每一个接收到的数据的目的地址和它维护的访问列表条目，若二者匹配了， 裁说甥这个数撼是要发往囊蠢访趣这令f a 熬一令m n 。那么，f a 不必按着歪露 无线蜂窝通信与无线局域丽的融台 第一章移动l p 协议的迸一步护展 i p 路由规则转发数据到h a ，而是直接把数据传递到该m n 。这一方案明显地降 低了数据传递豹延时。这一路由霞纯方案豹其镕辫由如下霾1 7 掰示。 h a 一 f a 目麓曩 p 警 z m n 圈l 一7 f a 直接传递数据到m n 的路由 这路由优化方法，在一些特殊的i n t e m e t 环境下，将产生很好的效果，且 箕袋诊只怒舞缀毖要熬f a 。 我们程这一节，论j 曩l 了以上3 种不同的移动胎协议的迸一步路由优化方案， 各有各的特点和代价。阑此在现实网络环境中，要根据实际的需囊和条件，肖选 择遮实戆移瑟蛋耱议麓麦捷 乏方豢! 在个囊霹谈，遣哥竣混合实撬，会取褥更 好的效果! 第三带平滑切换 实际上，切换是为了适当处理盔在传递中的数据，恧不丢弃它们。【2 】中魄提 出了平滑切换的方案。在此，我们蒸予本章2 1 饼述的路由优化模型【1 或2 】， 提出了平滑切换的进一步优化方案，主要的改变如下。 在切捩过程中，当先藏螅f a 撼传递中的数掇用当蘸鲍c o a 重薪封装、然 后把它们传递到当前的f a 的时候，先前的f a 激昕这些数据、比较这些数据的 隧道原地城是否和c n 地址相同。假如这2 个地址匹配，则说明该c n 是升级过 熬、数据蕊接寒是c n ，予是先翦戆瓣个f a 将以u d p 煞方式童竣绘c n 发送 m n 的绑定更新消息，以通知c n 该m n 的c o a 的改变。或者f a 发送个绑 定警告消息给该m n 的h a ，通知它给该c n 发送一个绑定更新消息。 芹 雷科 无线蜂窝通信与无线局域网的融合第一章移动i p 协议的进一步扩展 从更高的接入速度和更低的费用的角度来考量，更愿意从蜂窝系统切换 到w l a n 。这个很容易做，只需要在h a 的连接表里增加一个新的条目， 从而所有目的地是m n 的数据都将被h a 隧道至f a ，或者通过优化的移 动口协议直接由c n 隧道至f a ；f a 把接收到的数据解隧道之后传递给 m n 。对于m n 发出的业务数据，它能够立即使用w l a n ，因为同样的 会话安全要是被加强了，将没有需要认证c n 。 4 碑会话将不中断、无缝隙地转移到下一个可选网络。增强了为多网络接口连 接而控制i p 包“物理，路由的a r p ，来做到无缝隙的切换。使用增强的c m i p 4 】 或者分等级的f a 结构【5 ，将能更加高效率的控制所有潜在的系统之间的p 隧道。 结束语 本章，在简要介绍基本移动礤协议的基础上，提出了3 种进一步的路由优 化方案和平滑切换方案；最后，又提出了可应用于多类型网络融合的移动解决方 案“多接口多连接”移动m 协议，并对相关的关键技术做了详细的研究。 参考文献 1 c h a r l e se p e r k i n s ， m o b i l ep ”，i e e e c o m m u n i c a t i o m s m a g a n n e 5 0 t ha n n i v e r s a r y c o m m e m o r a t i v ei s s u e ，m a y2 0 0 2 2 c h a r l e sp e r k i n sa n dd 撕db j o h n s o n ，“r o u t eo p t i m i z a t i o ni nm o b i l ei p ”，m o b i l ei pw o r k i n g g r o u p ，i n t e r n e td r a f t , d r a r i e t f - m o b i l e i p - o p t i m - 0 9 t x t ，1 5f e b r u a r y 2 0 0 0 3 d a v i dj 。y ，l e ea n dw i l l i a mc y il e e , m o b i l e 口”，p e r s o n a l ，i n d o o ra n dm o b i l er a d i o c o m m u n i c a t i o n s ，2 0 0 11 2 t hi e e e i n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m ，s e p t 2 0 0 1 4 a gv a l k o “c e l l u l a ri p ：a n e wa p p r o a c h t oi n t e m e th o s tm o b i l i t y ，c o m p c o m m u n r e v - ， v 0 1 2 9 ，n o 1 ，j a n 1 9 9 9 ，p p 5 0 - 6 5 5 r r a m j e ee ta 1 ，h a w a i i ：ad o m a i n - b a s e da p p r o a c h f o rs u p p o r t i n gm o b f l i t yi nw i d e a r e a w i r e l e s sn e t w o r k s ”，i n t i c o n f n e t w o r kp r o t o c o l s ，1 9 9 9 1 7 无线蜂窝通信与无线局域网的融合第二章g p r s 与w l a n 的融合，以及w c d m a 与w l a n 的融合 第二章g p r s 与w l a n 的融合，以及 w c d m a 与w l a n 的融合 摘要：本章在简要介绍w l a n 和g p r s 以及w c d m a 等无线通信技术的技术 上基础上，基于我们在第一章中对移动口协议进行的扩展，我们将提出新的基 于融合g p r s 和w l a n ，以及融合w c d m a 和w l a n 的无线移动互联网的架 构，并对其中的关键技术进行研究。 关键词：g p r s ( 通用分组无线业务) ，w c d m a ，s g s n ( 服务g p r s 支持节点) ， g g s n ( 网关g p r s 支持节点) ，认证、授权和计费( ，a u t h e n t i c a t i o n ， a u t h o r i z a t i o na n da c c o u n t i n g ) ，s i m ( s u b s c r i b e ri d e n t i t y m o d u l e ，用户识别模块) 当前，移动电话和互联网是信息领域的两大热点，二者的融合正产生一个新 的热点：无线移动互联网。尤其是在热点地区，例如机场、火车站、宾馆、展览 中心、会议中心等，宽带无线移动互联网接入的需求正在出现。从发展的观点来 看，固定电话、移动电话、有线电视和所有其它类型的数据业务都将集成在到一 个公共、灵活和无缝隙的m 核心网络，不同的接入网络满足不同的业务需求。 蜂窝通信中的2 g 推动了人类通信的快速发展，在全世界获得了广泛的商业 部署，改变了人们的生产生活方式。但是，2 g 几个标准共存，不能互操作。3 g 将提供一些汇聚，但是仍没有达到全球一个标准的目标。在网络层，p 正变得 越来越重要，成为了实际上的唯一通用标准。在热点地区，w l a n 正成为蜂窝 技术的一个完美的补充技术。 到目前为止，移动电话用户的增长几乎都是语音业务刺激的。仅仅是近来， 数据业务已经开始为运营商的收益带来一定的贡献，在2 0 0 2 年有的运营商的收 入超过1 0 来自数据业务。当前，运营商之间的竞争越来越激烈，为用户提供 多样化的数据增值业务成为运营商提高自身竞争实力的一个行之有效的手段。所 以，无线移动互联网的研究、开发和部署成为了信息通信技术领域的一个新热点。 融合局部网络覆盖的、可提供高接入速率的w l a n 和灵活实用的、广域覆盖范 围的g p r s 、w c d m a 等蜂窝网络，在无线移动互联网的发展上将起到积极的作 无线蜂窝通信与无线局域网的融合 第二章g p r s 与w l a n 的融合，以及w c d m a 与w l a n 的融合 用，对这个问题的研究，具有良好的理论意义和实践意义，且具有广阔的市场前 景。 在这一章，我们首先探讨了移动通信的发展，尤其是当前广泛部署的g p r s 、 3 g 中由g p r s 演进来的w c d m a ，以及近几年异军突起的w l a n 。因为必须先 了解各自的网络特点和协议栈特性，才能做出较好的融合二者的研究成果。在此 基础上，我们分别提出了基于融合g r p s 和w l a n ，以及w c d m a 和w l a n 的无线移动互联网的架构，且对相应的移动性管理、a a a 等关键技术做了详细 的研究。 第一节移动通信技术的发展g p r s 和w u 州的简介 上个世纪8 0 年代早期，模拟蜂窝电话系统被广泛部署。在那个时期，每个 国家都发展各自的系统，使用限制在国境线之内。在大多数国家，模拟蜂窝电话 系统于上个世纪9 0 年代被2 g 系统代替。目前，有4 个2 g 电话系统共存：g s m 、 c d m a 、t d m a 和p d c 。其中，g s m 占大约6 6 ，c d m a 占大约1 1 ，t d m a 占大约1 0 ，p d c 和其它占大约1 3 。 计算机网络涉及计算机和通信两个领域。在传统的有线局域网( l a n ) 中， 计算机等设备被网络连线紧紧限制着而无法实现可移动的通信，更无法发挥便携 式计算机的通信功能。近些年来，随着局域网的应用领域不断拓宽和现代通信方 式的不断交化，尤其是移动和便携式通信的发展，w l a n 便应运而生，将无线 电波作为数据传输的介质代替了有线的网络连线，达到了“信息随身化、便利走 天下”的理想境界。 下面，我们简要介绍一下g p r s 和w l a n 。 1 1g p r s g s m 通过给每个用户分配一个唯一的时隙，从而允许最多8 个用户分享一 个2 0 0 k h z 的无线信道。g s m 在全世界几乎都工作在9 0 0 和1 8 0 0 m h z 频带，除 了北美工作在1 9 0 0 m h z 频带。近来，新频率将用在4 5 0 和8 5 0 m h z 频带。一开 始，g s m 就能提供短消息，使用电路交换数据( c s d ) 也可以完成最高1 4 4 k b s 无线蜂窝通信与无线局域网的融合第二章g p r s 与w l a n 的融合，以及w c d m a 与w l a n 的融合 的数据传送。数据传输速率的限制导致高速电路交换数据( h s c s d ) 和通用分 组无线业务( g p r s ) 的标准化。 现有的数字无线标准继续向前发展，容量、覆盖范围、质量和数据速率不断 提高。用来增强g s m 网络的最新商业部署是g p r s ，它提供完全移动性和广域 覆盖范围的基于包交换的业务，为移动多媒体业务以广阔联想的空间。g p r s 继 续使用g s m 的无线调制技术、频带和帧结构，按如下原则来设计： 实时在线：允许任何时间发送或接收数据 高比特率：实际应用的带宽和有线的m o d e m 相近 提高的无线资源使用效率：同一个无线信道可以为几个用户共享 上行和下行信道的单独分配 语音电话和数据传送可以同时进行 基于流量计费 g p r s 系统中的系统组件与g s m 系统中的基于电路交换的部分相融合，参 考结构见下图2 1 ( 阴影部分是g p r s 的新增部分) 。 图2 1g p r s 网络的逻辑结构 g p r s 系统中用来执行包数据交换任务的部件是s g s n ( 服务g p r s 支持节 点) 和g g s n ( 网关g p r s 支持节点) ，s g s n 提供发往或者来自该s g s n 地区 的包的路由，而g g s n 构成g p r s 网络连接外部口网络的接口。s g s n 具有如 下功能：p 骨干网和用于b s s m s 间的协议的转换、加密和压缩、鉴权和移动 管理、需要连接一个外部网络时提供把数据路由至相关的g g s n 、与m s c v l r 和h l r 的互操作、计费数据和流量统计的收集。g g s n 具有如下的功能：把来 无线蜂窝通依与无线局城鞲的融合 第二章g p r s 与w l a n 瓣融台，鞋及w c d m a 与w l a n 的融合 鑫岁 部网络瓣惫黪出簧稿关s g s n 、把产生予菜一移动瑗户的数掇路枣到正确麴 外部网络接口、连接外部口网络、计费数据和流量统计、本身或者在 d h c p r a d i u s 裰务器蠹每帮助下为雳户分辩动态袋者静圣酶p 壹| 骜王壹。 g p r s 核心网传输平酾协议栈见下图2 2 。 塑2 ，2g p r s 鼹羧擎瑟戆游议棱 d 作为g p r 8 骨干网的网络艨协议，为用户数据和掇制信令提供路由信息。 g p r s 的衅骨干附和终端用户( m s ) 使用不同的口地址空间，撑骨干阏使用 数鸯鹣、朱登记黥p 地蜒，瑟终蠛用户使用公共的瑶域址，骨予网使嬲g p r s 隧道运载用户的数据流量。因此，终端用户看不见g p r s 的口骨