基于WiMAX網(wǎng)絡(luò)的入網(wǎng)技術(shù)研究

摘要WiMAX是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)成熟、傳輸速度快、覆蓋范圍廣、良好的抗雨衰性能、擴(kuò)容性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商寬帶城域網(wǎng)建設(shè)“最后一公里”理想的無線接入手段。文章給出了WiMAX網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)的入網(wǎng)過程，包括網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)與選擇、鑒權(quán)注冊(cè)、業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)通道的建立，并給出了WiMAX網(wǎng)絡(luò)的自舉過程及每個(gè)過程中詳細(xì)的通信流程圖。

1、概述

WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的MS入網(wǎng)過程，包含網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)與選擇、鑒權(quán)認(rèn)證、業(yè)務(wù)流（ISF）和數(shù)據(jù)通道（DP）的建立和MS自舉，如圖1所示。

圖1  MS入網(wǎng)過程

MS開機(jī)后首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇過程，它是在第一次使用網(wǎng)絡(luò)、初始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入、網(wǎng)絡(luò)重進(jìn)入、或當(dāng)MS穿越NAP覆蓋區(qū)域的時(shí)候執(zhí)行。此過程包括選擇網(wǎng)絡(luò)，獲取DL、UL信道參數(shù)和MAC同步，基本能力協(xié)商等。MS的EAP過程完成MS的授權(quán)、認(rèn)證（身份和設(shè)備認(rèn)證）和計(jì)費(fèi)。通過802.16e注冊(cè)過程[1]，MS被允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。ISF和DP建立，MS和ASN使用ISF傳送控制業(yè)務(wù)，如IP配置管理和IPclient應(yīng)用信令（DHCP信令、RA、NIP和SIP等）。MS需要通過自舉過程獲得家鄉(xiāng)代理（HA）地址、家鄉(xiāng)地址（HoA）和建立與HA之間的安全聯(lián)盟（SA）。

2、網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇及EAP認(rèn)證和802.16e注冊(cè)

MS開機(jī)后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇過程，執(zhí)行EAP認(rèn)證并進(jìn)行802.16e注冊(cè)。其詳細(xì)流程圖如圖2所示。

圖2  網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇以及EAP認(rèn)證和802.16e注冊(cè)

2.1網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇[2]

圖2中的1、2步驟為注冊(cè)啟動(dòng)，MS選擇網(wǎng)絡(luò)，獲取下行鏈路信道、MAC同步和獲取上行鏈路信道參數(shù)。MS通過RNG-REQ/RNG-RSP消息交換完成測(cè)距（Ranging）流程。3、6步驟為MS發(fā)送SBC-REQ消息給BS啟動(dòng)SBC（SSBasicCapabilities）基本能力協(xié)商，MS和BS協(xié)商PKM協(xié)議版本、認(rèn)證策略。收到SBC-REQ的BS發(fā)送SBC-RSP消息到執(zhí)行鑒權(quán)架構(gòu)策略（PKMv2、singleEAP、CMAC模式）的MS。4、5、7步驟為BS發(fā)送MS_PreAttachment_Req消息給它默認(rèn)的ASN-GW，通知有新的MS進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。接收到MS_PreAttachment_Req的ASN GW生成一個(gè)關(guān)于該MS ID的新上下文塊，并向BS響應(yīng)MS_PreAttachment_Rsp消息。BS發(fā)送MS_PreAttachment_Ack消息到ASN GW，確認(rèn)SBC-RSP已經(jīng)發(fā)送到MS。

2.2EAP認(rèn)證

步驟8為MS接入到網(wǎng)絡(luò)，首先進(jìn)行認(rèn)證過程。過程中，ASN充當(dāng)認(rèn)證者（Authenticator）和AAA客戶端，負(fù)責(zé)把MS傳送來的EAP包封裝成AAA包傳遞給AAA服務(wù)器。認(rèn)證結(jié)束后，MS獲得授權(quán)進(jìn)行業(yè)務(wù)通信，可獲得MSK、EMSK等一系列KEY，MS開始業(yè)務(wù)流建立。

2.3802.16e注冊(cè)

步驟9、12為MS執(zhí)行802.16e注冊(cè)過程，發(fā)送REG-REQ消息給BS，該消息中攜帶MS支持能力。BS發(fā)送REG-RSP消息到MS，消息中攜帶有適當(dāng)?shù)膮��?shù)（根據(jù)BS策略或ASN-GW的響應(yīng)）。何時(shí)發(fā)送REG-RSP取決于BS的決策。步驟10、11、13為，BS通過MS_Attachment_Req消息將EAP認(rèn)證的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給ASN-GW的認(rèn)證者。ASN-GW認(rèn)證者收到MS_Attachment_Req消息后，向BS響應(yīng)MS_Attachment_Rsp消息。然后，BS發(fā)送MS_Attachment_Ack消息ASN-GW的認(rèn)證者，通知ASNGW認(rèn)證者發(fā)送的MS_Attachment_Rsp消息已經(jīng)接收到，并且已經(jīng)向MS發(fā)送了REG-RSP消息及觸發(fā)ASN-GW認(rèn)證者發(fā)起預(yù)置服務(wù)流的建立。

3、DP和ISF建立

數(shù)據(jù)通道（DP）功能在兩個(gè)對(duì)端之間管理承載平面的建立，可包含處理承載平面所需的任何隧道和/或附加功能的建立。數(shù)據(jù)通道功能可用于基站之間、ASNGW之間或者基站和ASNGW之間建立承載平面，也可處理多播或廣播。DP和ISF建立流程圖如圖3所示。

圖3  DP和ISF建立

圖3中的（1）作為接入認(rèn)證的一部分，anchorSFA從HAAA上下載MS的QoSprofile。AnchorSFA發(fā)送RR_Req至Serving SFA用于請(qǐng)求SF的建立。（2）Serving SFA檢查DP是否需要?jiǎng)?chuàng)建，若需要?jiǎng)?chuàng)建DP，則serving SFA發(fā)送Path_Reg_Req至SFM。（3）SFM檢查是否有足夠的無線資源，并根據(jù)QoS-Info參數(shù)和可用資源決定是否接收請(qǐng)求。如果接收請(qǐng)求，則將發(fā)送DSA-Request至MS。（4）MS接收或拒絕DSA-Request。（5）當(dāng)SFM收到DSA-Response OK響應(yīng)后，發(fā)送Path_Reg_Rsq至serving SFA確認(rèn)預(yù)留。此時(shí)，減少的資源由SFM授予，QoS參數(shù)由SFM返回至serving SFA。（6）收到來自SFM的響應(yīng)后，serving SFA發(fā)送RR_Rsp（包含QoS-Info參數(shù)和授予的QoS值）至Anchor SFA確認(rèn)預(yù)留。請(qǐng)求與響應(yīng)的SFID進(jìn)行匹配，若不匹配則丟棄。（7）serving SFA返回Path_Reg_Ack至SFM。（8）收到來自serving SFA的成功響應(yīng)后，Anchor SFA返回RR_Ack至serving SFA。完成ISF和DP建立。

4、自舉（bootstrapping）

自舉[3]定義為MS獲得HA地址和家鄉(xiāng)地址（HoA），并建立了MS和HA之間的安全聯(lián)盟（SA）的過程。自舉流程如圖4所示。

圖4  自舉

自舉步驟為：（1～5）在EAP認(rèn)證和授權(quán)中，AAA通過檢查用戶的profile，分配相關(guān)的自舉信息至Anchorauthenticator。自舉信息中包含HA地址，可能包含HL和HoA。在DP和ISF建立后，MS在鏈路上發(fā)送RS或ASN-GW在鏈路上發(fā)送RA。MS收到RA中，從中提取出鏈路的前綴。MS根據(jù)此鏈路前綴自動(dòng)配置地址或者使用DHCPv6進(jìn)行地址配置[4]。（6～7）MS發(fā)送DHCPv6Info-Req消息至Anchorauthenticator，請(qǐng)求自舉信息。收到請(qǐng)求信息后，ASN將使用DHCP Reply返回自舉信息至MS。（8）MS和HA之間用IKEv2建立安全聯(lián)盟SA，返回MS的HOA給MS[5]。

5、結(jié)語

本文所描述的入網(wǎng)過程僅適用于沒有路徑錯(cuò)誤，并且僅僅是入網(wǎng)流程的概述。通過對(duì)入網(wǎng)技術(shù)的研究，可以為WiMAX網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和部署提供良好的參考。

參考文獻(xiàn)

1IEEE802.16e-2005.IEEEstandardfor local and metropolitan area networks，Part 16：Air interface for fixed broadband wireless access systems，Amendent 2:For physical and medium access control layers for combined fixed and mobile operations in licensed bands[S].2006

2WiMAXForumNetworkArchitecture-Stage3-Detailed Protocols and Procedures-Release 1.0.0.March 28,2007

3Giaretta，etal.MobileIPv6bootstrapping in split scenario. IETF Internet Draft，work in progress，May 25，2007

4IETFRFC3315，DynamicHost Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6)

5IETFRFC4306，InternetKeyExchange(IKEv2)Protocol