1、移动 WiMAX 网络的移动 IP 机制分析龙 彪（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）摘 要 移动 IP 是移动 WiMAX 核心网络中的关键技术。本文分别从 Client Mobile IP（CMIP）和 Proxy Mobile IP（PMIP ）两种方式阐述移动 IP 在移动 WiMAX 网络中的实现原理，并对这两种方式进行了比较分析,最后从移动 WiMAX 网络运营的角度，对移动 IP的具体实现进行了探讨并提出建议。关键词 移动 WiMAX 网络；移动 IP；网络运营1 概述WiMAX（worldwide interoperability for microwave
2、access）是一种无线城域网宽带技术，主要用于为家庭、企业提供最后 1 km 高速宽带接入以及将来的个人移动通信业务。IEEE 802.16 a/d/e 是 WiMAX 空中接口系列标准，其对物理层和 MAC 层进行了明确定义，但主要涉及无线接入侧，网络侧没有给出解决方案。因此，WiMAX 论坛成立了网络工作组（NWG） ，在 IEEE 802.16 的基础上为固定、游牧、便携和移动应用下的 WiMAX 系统定义了网络架构和参考模型。本文对 NWG 定义的移动 WiMAX 网络架构下两种移动 IP 技术的实现方式及差异性进行了分析，并对其在移动 WiMAX 网络中的应用提出了建议。2 移动
3、WiMAX 网络架构及主要接口移动 WiMAX 网络架构的参考模型如图 1 所示（实线部分为承载平面，虚线部分为控制平面） ，其主要包括 MS/SS（移动终端） 、ASN （接入服务网络）和 CSN（连接服务网络）3 大逻辑实体，这些逻辑实体支持如下功能接口。 R1 接口：MS 与 ASN 之间的空中接口，满足 IEEE 802.16-2005 规范。 R2 接口：MS 与 CSN 之间的逻辑接口，提供鉴权、业务授权以及主机的 IP 配置等功能。 R3 接口：ASN 和 CSN 之间的互操作接口，包括控制平面和承载平面，控制平面包含 RADIUS 消息和移动 IP 的控制消息。 R4 接口：A
4、SN 之间的互操作接口，包含控制平面和承载平面，控制平面包括无线资源信息交互和跨 ASN 之间的切换控制。 R5 接口：拜访 CSN 和归属 CSN 之间的互操作接口，在漫游情况下，拜访 CSN 充当 AAA 代理功能。图 1 中的 NAP（网络接入提供者）可拥有一个或多个 ASN，可为一个或多个NSP（网络业务提供者）提供 WiMAX 无线接入，NSP 的设备都在一个 CSN 内，可为用户提供 IP 连接和 WiMAX 业务。从用户角度来看， NSP 可以分为归属 NSP（H-NSP）和拜访NSP（V-NSP ） 。3 移动 IP 技术简介简单 IP 不支持 ASN 间无缝移动，跨 ASN
5、漫游时需重新获得 IP 地址，因此移动 IP 应运而生，其目的是为了使移动节点在改变网络接入点时，不改变其 IP 地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，从而对上层协议保持透明性，与其他移动节点或不具有移动 IP 功能的节点能够进行正常的通信。移动 IP 的基本实体及主要术语如下： HA（home agent，家乡代理）：代表移动节点（在远程时）执行移动功能的实体。 FA（foreign agent，外地代理）：移动节点所访问网络中代表移动节点执行移动功能的实体。 HoA (home address，家乡地址 )：用于和移动节点联系的在家乡网络中的地址。 CoA (care of addres
6、s，转交地址 )：移动节点在所访问网络中的地址，CoA 又可以分为 FA CoA（外地代理转交地址）和 Co-located CoA（联合转交地址） ，FA CoA 是指移动节点所注册的 FA 的一个地址，Co-located CoA 是指移动节点额外获得的和其一个网络接口所关联的本地地址。总而言之，移动 IP 建立起了 HoA 与 CoA 的对应关系以及家乡网络与外地网络的路由关系。IETF 制定了移动 IP 标准，按照地址类型，可将 MIP 分为 MIPv6 与 MIPv4。IPv6 与IPv4 在 IP 地址的分配和管理方面很相似，如均采用 DHCP（v4 或 v6）进行地址分配，但在一
7、些 IP 功能实现上有较大的差别，如移动 IP 在 MIPv6 网络中不需要 FA 并且支持路由优化等功能，在 NWG 阶段 2 文档中对此有一定的描述，本文以下所讨论的移动 IP 均指MIPv4。4 移动 WiMAX 网络中移动 IP 的实现方式在 cdma2000 网络中，移动 IP 只有一种传统的实现方式，而在移动 WiMAX 网络中，根据完成移动 IP 客户端功能的网元的不同，WiMAX 论坛定义了 CMIP 和 PMIP 两种移动IP 实现方式。4.1 CMIP 在移动 WiMAX 网络中的注册过程CMIP 即传统的移动 IP 实现方式。它的 MIP 客户端驻留在移动终端上，由移动终
8、端实现移动 IP 的注册和定期更新，在发生跨子网切换时，由移动终端发起 MIP 的重新注册。CMIP 的注册过程如图 2 所示。CMIP 经过以下 8 个步骤完成注册：（1）MS 进行接入鉴权；（2）在 MS 与 AAA 完成鉴权过程后， MS 从 FA 的代理广播消息中获取 CoA；（3）（4）MS 发起 MIP 注册请求，通过 FA 转发到 HA；（5）（6）HA 从 AAA 中获取与终端的共享密钥；（7）（8）HA 把 HoA 和 CoA 绑定，再通过 MIP 注册响应消息把 HoA 返回给MS。4.2 PMIP 在移动 WiMAX 网络中的注册过程PMIP 是对 CMIP 实现方式进行
9、了改进，不同厂商的实现方案中 MIP 客户端所处的位置可能有所不同，但 MIP 的实现流程是相同的。假设由 FA 实现 DHCP 代理功能，其注册过程如图 3 所示。PMIP 经过以下 7 个步骤完成注册：（1）MS 进行接入鉴权；（2）在 MS 与 AAA 完成鉴权过程后， MS 触发 DHCP 流程以获取 IP 配置信息；（3）FA 中的 DHCP Proxy 收到 DHCP 发现消息后，FA 作为 MIP 的客户端发起 MIP注册过程；（4）HA 给 FA 发送移动 IP 注册应答消息；（5）FA 通过 DHCP 消息把 HoA 带给 MS；（6）MS 获得 HoA 后，向 FA 发送
10、DHCP 请求消息；（7）FA 返回 DHCP 响应消息。4.3 涉及移动 IP 的切换过程若 MS 的切换过程涉及 AGW（接入网关）或 FA 的改变（R3 切换） ，则系统会触发移动 IP 过程来保证 IP 层连接的连续性。在移动 WiMAX 网络中，当 MS 移动到新区域使用新的 AGW 时，系统采用移动 IP 技术来实现三层（相对物理层和 MAC 层）切换的平滑处理，避免将上层发送给 MS 的数据包仍发往旧的 AGW。当服务 MS 的 AGW 发生变更后，MIP 客户端会发起移动 IP 的注册过程，通知 HA 改变 MIP 客户端和 CoA 的绑定关系，并建立从 HA 到 FA 的隧道
11、，从而发往切换终端的数据包便会从新的 AGW 转发到终端。4.4 CMIP 与 PMIP 的差异分析CMIP 与 PMIP 的差异见表 1。CMIP 的 MIP 客户端功能由 WiMAX 终端实现，这种方式下终端的成本和复杂性会有一定的增加，但对网络侧设备的要求相对较低；而 PMIP 的 MIP 客户端的功能由某个网元代替终端来完成（一般是 FA，有些厂商采取网关和 FA 合设方式） ，这种实现方式降低了对 WiMAX 终端的要求，但需要网络侧设备做某些特定的处理。 在 CMIP 实现方式下，空中接口需要传输信令（如注册信令） ，因此需要占用较多的空中接口资源，同时增加了网络被攻击的可能性；而
12、在 PMIP 实现方式下，MIP 客户端在网络侧，空中接口无需传输信令，隐藏了用户的信令端点，因此安全性较高。5 网络运营建议随着 IP 网络的迅速发展，IPv4 定义的有限地址空间将被耗尽，IPv4 地址空间的不足必将影响网络的进一步发展，因此必须合理规划 IP 地址。可用的公有地址数量有限，而可用的私有地址数量却非常多，合理地使用私有地址是解决地址数量不足的有效手段。（1）家乡地址分配建议HoA 使用公有地址还是私有地址，应根据用户业务的特点来确定，有特殊需求的用户，分配公有地址，普通用户分配私有地址，再结合 NAT/PAT 方式进行网络访问，通过 NAT技术使用私有地址来节约公有地址的使
13、用。（2）转交地址使用建议当转交地址采用 Co-located CoA 方式时，需要建立 HA 到移动主机的隧道，而且在无线部分需要 IP 封装，存在比较大的开销；当采用 FA CoA 方式时，只需建立 HA 到 FA 的隧道，因而可以节省无线空中接口资源。对于移动 WiMAX 网络，无线空中接口资源是网络性能的瓶颈，因此建议采用 FA CoA 方式，而且目前 WiMAX 核心网标准也只支持使用FA CoA 地址。（3）移动 IP 实现方式建议CMIP 简化了对网络设备的要求，但要求终端具有移动 IP 的处理能力；PMIP 则简化了对终端的要求（普通终端即可） ，但需要网络侧设备（如 FA）增
14、加移动 IP 的代理功能。当前的 WiMAX 终端基本不支持 CMIP 实现方式。针对目前设备的情况，进行网络部署时，初期采用 PMIP 实现方式，中后期可采用 CMIP 方式，实现与其他技术网络（如 3GPP2 网络）的互操作，从而简化对现有网络的影响。对于 PMIP 和 CMIP 共存，WiMAX 论坛NWG 工作组正在做这方面的深入研究。6 结束语网络 IP 化是移动通信网络发展的趋势，移动 IP 机制则是移动 WiMAX 网络实现基于IP 的移动性管理的关键。本文对 CMIP 和 PMIP 在 WiMAX 网络的实现机制进行了分析和比较，并针对现状从网络运营的角度对家乡地址的分配、转交
15、地址的使用和移动 IP 的实现方式提出了建议，为将来基于移动 IP 的 WiMAX 网络运营提供了参考依据。参考文献1 WiMAX end to end network systems architecture-stage 2:architecture tenets. Reference model and reference points. WiMAX Forum，20052 胡乐明，胡宇，曹磊等WiMAX 技术发展与应用分析 .电信科学, 2005（10）3 付建军. WiMAX 切换实现和对业务影响的评估 . 通信世界 , 2007（33）4 IETF RFC 3344. IP mobi
16、lity support for IPv4, 2002Analysis of Mobile IP in Mobile WiMAX NetworkLong 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
