基于WiMAX网络的切换管理研究.doc

基于WiMAX网络的切换管理研究摘要 基于IEEE 802.16协议族的WiMAX网络将按照固定、游牧、移动的趋势发展，其中802.16e协议是面向全面移动性的。802.16e对接口物理媒体控制层（PHY）做了重大改进，并在媒体接入控制层（MAC）增加了切换流程等新特性。文中给出了WiMAX的网络系统结构，详细描述了WiMAX网络系统结构中有关系统内和系统间两种主要的切换方式，介绍了其切换机制，并给出了其切换流程图和主要切换步骤。1、引言随着IEEE 802.16e标准的正式通过1，无线城域网（Wireless MAN）的发展进入到一个新阶段，即全面支持移动性阶段。为支持6GHz以下最高120km/h的移动速度，802.16e对物理层（PHY）做了重大改进，并在媒体接入控制层（MAC）增加了切换流程等新特性。从协议进展的历程可以看出，WiMAX网络的发展趋势为固定游牧移动2，并将最终成为全面支持移动性的网络。WiMAX网络具备支持漫游和移动业务的能力，其移动性管理对网络结构产生了较大的影响，移动性管理主要是在整个服务网络内有效的支持终端的漫游和移动，涉及位置管理和切换管理两部分。其中切换管理是在终端移动状态下，保障激活业务的服务质量，将对WiMAX网络结构以及组网方式有着重要的影响3。2、WiMAX网络系统结构作为WiMAX网络的参考架构，整个网络分成接入网（WiMAX_AN）和核心网（WiMAX_CSN）两大部分，WiMAX网络系统结构如图1所示。图1WiMAX网络系统结构WiMAX网络系统结构主要包括WiMAX接入网（WiMAX_AN）和WiMAX核心网（WiMAX_CSN）。WiMAX_AN为WiMAX用户提供无线接入，主要包括基站、基站控制器、接入网关等功能实体；WiMAX_CSN为WiMAX用户提供IP连接服务，包含很多功能实体，例如路由器、AAA代理/服务器、用户数据库、互联网关等。3、WiMAX网络的切换管理切换管理是在终端移动状态下，保障激活业务的服务质量。WiMAX网络系统的切换主要有系统内切换和系统间的切换。3.1系统内切换L2的移动一般是指在同一个ASN GW下的移动，对于L2的移动性管理方案，主要支持802.16e协议中规定的各种切换，描述intra-ASN切换（层2切换）的触发机制和切换流程，对于intra-ASN切换，采用了R8接口实现BS间的通讯。切换场景主要参考图2的网络参考模型。图2网络参考模型3.1.1切换机制在OFDMA系统中，MS或BS主要根据CINR来决定切换。为了获得准确可靠的CINR值，MS应该连续测量邻区BS信号并在一个给定的时间内计算出CINR平均值。在各种切换类型中，这种连续的CINR测量都是必须的。根据802.16e协议规定，可以通过扫描请求和扫描响应消息使MS周期扫描邻区BS。当MS在切换区时，应该通过扫描请求消息申请进行周期扫描（BS也可以主动要求MS进行周期扫描）。通过扫描测量，MS得到邻区BS的CINR和当前服务BS（s-BS）的CINR值进行比较从而决定是否发起切换。3.1.2切换流程无论发起方是BS还是MS，目标BS（t-BS）的决策方既可以是BS也可以是MS：MS经过扫描可能作出决定选取t-BS；MS通过MOB-MSHO-REQ消息反馈测量结果给s-BS，自己不能作决定；然后s-BS作决策选取哪个t-BS。图3MS发起MM_UnRegister：该消息从Serving BS发送到ASN GW，告诉ASN GW拆掉对应MS在s-BS上的业务流通道（R6隧道）。MM_Register：该消息从t-BS发送到ASN GW，告诉ASN GW对应的MS业务流数据可以发送新的s-BS。3.2系统间切换跨ASN-GW切换可采用以下两种方式实现：基于标准Mobile IP（简称MIP）方式和基于代理MIP方式。3.2.1基于MIP的切换跨ASN-GW的切换是由网络侧发起的，有两种切换方式：基本MIP切换和FMIP快速切换。基于MIP的切换流程是标准的MIP流程。这种方式中，MIP客户端驻留在MS上，MS实现MIP功能，而ASN-GW承担FA功能，其基本MIP切换流程如图4所示。图4基本MIP的Inter-ASN GW切换主要流程步骤：（1）切换的触发条件发生；（2）基于Intra-ASN的移动事件或系统的资源优化流程，ASN-GW的FA模块将向MS发送FA代理公告消息；（3）根据IETF的MIP标准，MS在收到带有新CoA转交地址的FA代理公告后，向HA发送MIP注册消息，以保证MS会话连续性；（4）FA向HA转发MIP注册消息；（5）HA返回MIP注册应答；（6）FA向MS返回MIP注册应答。随着移动IP技术的发展，出现了移动IP快速切换（FMIPv6）4，在此我们结合WiMAX网络，给出WiMAX中基于802.16e技术的FMIP的预先切换流程5（假设MS移动到一个新的子网）如图5所示。图5802.16e的FMIP的预先切换流程（1）s-BS定期广播MOB-NBR-ADV。如果MS在消息中发现一个新的邻居BS，它将执行扫描过程。当通过MOB-NBR-ADV消息或者扫描过程发现新BS时，MS的链路层通知它的网络（FMIP）发现新的BS。（2）MS通过s-BS的ID找到PAR后进行RtSoIPr和PrRtAdv的交互过程。（3）MS通过给s-BS发送MOB-MSHO-REQ消息发起切换，从s-BS接收MOB-BSHO-RSP。s-BS也可以通过发送MOB-BSHO-REQ给MS发起切换。（4）当MS从s-BS接受到MOB-BSHO-RSP或者MOB-BSHO-REQ消息后，它的链路层触发LGD消息给它的网络层，发送FBU消息。（5）如果MS不能在现在的链路上收到FBACK消息，则会转向反映模式。对目标BS执行完切换后，MS执行802.16e网络入口进程。（6）一旦完成网络入口和ISF的设置，MS的链路层立即用LUP消息通告它的网络层，MS发送封装FBU的FNA消息给NAR。（7）接收到FNA消息后，NAR验证NCoA的合法性，并建立隧道向前传送内部FBU消息给PAR。当NAR知道NCoA已经使用时，它必须丢弃FBU，并通过路由广播NAACK选项发给MS，否则它必须传输发往MS的数据包。3.2.2基于代理MIP的切换基于代理MIP的切换是由ASN-GW承担代理MIP功能的方式。这种方式下，MIP客户端驻留在ASN-GW上，ASN-GW为MS代理实现MIP功能，而MS不需要实现MIP功能。切换流程为图6所示。图6代理MIP的Inter-ASN GW切换主要流程步骤如下：旧隧道和会话已建立在切换发生之前，BS与ASN-GW间的隧道、MS、ASN-GW与HA间的MIP会话已经建立。服务ASN-GW的切换触发条件发生服务ASN-GW将通知目标ASN-GW建立一个新的MIP会话。MIP会话更新目标ASN-GW向HA发送MIP注册，其中CoA转交地址是目标ASN-GW地址。新MIP会话建立在MIP成功注册后，HA将把MS的后续前向报文发往目标ASN-GW。触发目标ASN-GW建立与BS的隧道。目标ASN-GW与BS之间建立新的Intra-ASN隧道。4、结束语全面支持移动的WiMAX网络不仅需要完善的