GPRS與Mobile IP的互通策略

黃麗亞
摘要：本文討論一種在GPRS上實(shí)現(xiàn)對(duì)Mobilt IP支持的方法，并簡(jiǎn)單分析了演進(jìn)策略。


關(guān)鍵詞：GPRS Mobile IP GGSN


　　一、引言


　　IP協(xié)議并不能有效支持跨子網(wǎng)的主機(jī)移動(dòng)，這是因?yàn)镮P地址與特定網(wǎng)段相關(guān)聯(lián)，終端的移動(dòng)破壞了這種關(guān)聯(lián)使得通信無法正常進(jìn)行。IETF提出的Mobile IP及ETSI提出的GPRS都是為了解決日益頻繁的終端移動(dòng)問題。無線移動(dòng)接入IP網(wǎng)絡(luò)的模式主要有兩種：一種是無線LAN；另一種是基于公眾蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，比較典型的是疊加在GSM網(wǎng)絡(luò)上的GPRS�，F(xiàn)在也不斷有一些新的無線接入方式，如藍(lán)牙和3G等。


　　各種系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理上有各自的特點(diǎn)。移動(dòng)性管理從本質(zhì)上分為宏區(qū)域級(jí)與蜂窩級(jí)。相對(duì)而言宏區(qū)域級(jí)的管理對(duì)低層的差異性不太敏感，因此各種標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上非常類似；而蜂窩級(jí)的管理考慮到無線傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ�，往往有不同的方法。IETF針對(duì)宏區(qū)域級(jí)的管理提出MobileIP；針對(duì)蜂窩級(jí)的管理提出Ce11ular IP。MobileIP逐步被越來越多的系統(tǒng)所采用，原因是目前IP已經(jīng)是主流的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，MobileIP承載移動(dòng)IP業(yè)務(wù)最通用最方便，能比較好地溶入現(xiàn)有IP體系；Ce11ul。rIP的推廣則要困難一些，因?yàn)樵诜涓C級(jí)采用基于第三層的管理勢(shì)必會(huì)消耗無線帶寬。


　　目前無線 LAN、 CDPD、 IS— 9 5包括以后的 3G都采用或基于MobileIP，而GPRS則是另外一套完整涵蓋從宏區(qū)域級(jí)到蜂窩級(jí)規(guī)范。就本質(zhì)而言，GPRS中許多機(jī)制與MobileIP非常接近；但是GPRS最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一種通用的無線接入手段，可以承載各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，而IP over Everything是不可阻擋的�！巴ㄓ谩背休d模式目前幾乎沒有實(shí)際商業(yè)意義，GPRS的一些設(shè)想只能作為理論探討。


　　我們希望無論采用哪種接入手段，如有線LAN、無線LAN或GPRS，都能以相同的模式支持對(duì)IP的承載。即使終端在幾種接入模式之間切換，仍能維持IP的連接性，這就是所謂“on the fly”。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先要在支持終端移動(dòng)的協(xié)議上取得一致。因此討論在GPRS上如何實(shí)現(xiàn)對(duì)MobileIP的支持是向“on thefly”的IP跨出實(shí)質(zhì)性的一步。


　　二、Mobile IP


　　IETF提出一系列MobileIP的建議。MobileIP的基本概念是無論終端移動(dòng)到何處，它始終采用相同的IP地址，并且維持處于激活狀態(tài)的TCP連接，從而確保上層應(yīng)用的透明。


　　Mobile IP中提出了歸屬代理一Home Agent（HA、外部代理一Foreign Agent（FA）及轉(zhuǎn)交地址（care of address）等概念。


　　每個(gè)移動(dòng)終端都由HA永久分配一個(gè)IP地址。當(dāng)終端移動(dòng)到另一個(gè)子網(wǎng)，該子網(wǎng)的FA將給終端分配一個(gè)臨時(shí)地址，即外部代理轉(zhuǎn)交地址。臨時(shí)地址可以由多個(gè)來訪終端動(dòng)態(tài)共享。HA與FA可以宣告它們的服務(wù)，新進(jìn)入拜訪地的終端可以發(fā)出探詢以確認(rèn)是否有合適的代理存在。移動(dòng)終端漫游后，需要向其HA登記轉(zhuǎn)交地址；登記可以由終端直接完成也可以通過FA完成，這取決于終端對(duì)FA的附著模式。登記完成后，在歸屬地收到的指向移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)由HA通過隧道方式傳到FA。


　　傳統(tǒng)的 Mobile IP會(huì)形成所謂“三角”路由：因?yàn)閿?shù)據(jù)包總是先到達(dá)歸屬地，然后由HA通過隧道轉(zhuǎn)到FA，F(xiàn)A再將數(shù)據(jù)包發(fā)往終端。這種“兜圈子”的模式不利于IP網(wǎng)絡(luò)上支持實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的業(yè)務(wù)，于是有人提出若干種路由優(yōu)化的MobileIP，由發(fā)端將數(shù)據(jù)直接路由到FA的轉(zhuǎn)交地址。IPv6中比較明確地提出了對(duì)終端移動(dòng)性的支持。


　　三、MobileIP overGPRS的方法


　　Mobile IP over GPRS的原則是盡量不對(duì)現(xiàn)有的GPRS系統(tǒng)作大的修改：對(duì)于不支持MobileIP的終端仍然可以維持原先的工作模式而不受任何影響；對(duì)于支持MobileIP的終端則可以在GPRS的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得移動(dòng)IP的支持。


　　MobileIP overGPRS的方法是將外部代理功能集成到GGSN中。在漫游情況下，如果拜訪地的GGSN能提供FA功能，那么可以通過拜訪地的GGSN訪問外網(wǎng)；當(dāng)然如果拜訪地GGSN無法提供FA功能時(shí)，那么只能使用歸屬地的GGSN。當(dāng)然并不要求拜訪地的所有GGSN都能提供FA，只要有一個(gè)GGSN具備此功能，移動(dòng)終端就可選擇該GGSN作為外部代理。


　　GPRS與 Mobile IP都采用隧道方式支持漫游時(shí)IP數(shù)據(jù)包的封裝：GPRS采用GTP協(xié)議，而Mobile IP采用IP in IP。Mobile IP的隧道終結(jié)于移動(dòng)主機(jī)的轉(zhuǎn)交地址（care－of address），在該地址從隧道中將原先數(shù)據(jù)包取出并轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)主機(jī)。轉(zhuǎn)交地址有兩種方式，即外部代理轉(zhuǎn)交地址（指移動(dòng)主機(jī)登記的外部代理的地址）與聯(lián)合位置轉(zhuǎn)交地址（即移動(dòng)主機(jī)在外部獲得的本地地址，該地址與其歸屬的網(wǎng)絡(luò)地址關(guān)聯(lián)）。在蜂窩環(huán)境中，頻率資源很寶貴，采用外部代理轉(zhuǎn)交地址方式意味著隧道建立到外部代理；而采用聯(lián)合位置轉(zhuǎn)交地址方式時(shí)，隧道一直要建立到移動(dòng)主機(jī)；在無線段也需要IP封裝，存在比較大的開銷。在GPRS系統(tǒng)中，GTP隧道僅延伸到SGSN，與外部代理轉(zhuǎn)交地址方式類似。


　　GGSN在移動(dòng)終端IP地址與TID（GPRS Tunnel ID）之；司建立關(guān)聯(lián)，TID起到了聯(lián)合位置轉(zhuǎn)交地址的作用，但它又不是FA本地的IP地址。本著盡量少修改現(xiàn)有GPRS系統(tǒng)的信令系統(tǒng)、保持無線帶寬利用率高的特點(diǎn)。


　　（1）用戶在終端上輸入對(duì)應(yīng)Mobile IP功能的APN，例如該 APN名字為 MobileIPv4FA。


　�。�2）終端收到用戶服務(wù)請(qǐng)求后，向SGSN發(fā)起“激活PDP上下文請(qǐng)求”消息，該消息的APN字段=MobileIPv4FA，該請(qǐng)求中不包含 PDP Address。


　�。�3）SGSN根據(jù)APN，選擇能夠提供FA功能的GGSN，并向該GGSN發(fā)送“創(chuàng)建PDP上下文請(qǐng)求’消息。


　�。�4）如GGSN接受 PDP上下文建立請(qǐng)求，則向SGSN發(fā)響應(yīng)，但仍不分配PDP地址。


　　（5）SGSN向終端發(fā)“激活 PDP上下文接受”消息。


　　（6）此時(shí) GGSN開始扮演 FA的角色，在創(chuàng)建的GPRS隧道上向終端發(fā)送“代理宣告”消息，從該消息中終端知道了FA轉(zhuǎn)交地址。注意GGSN無需象通常情況下等待終端發(fā)送“代理請(qǐng)求”消息而后再發(fā)宣告消息，因?yàn)镚GSN知道是漫游終端。


　　（7）在 GTP環(huán)境中，終端也開始由信令平面轉(zhuǎn)向傳輸手面，在創(chuàng)建的GPRS隧道上向GGSN（FA）發(fā)送登記請(qǐng)求消息。


　�。�8）GGSN得到了終端的IP地址，建立該IP地址與TID之間的關(guān)聯(lián)，然后向該終端的HA轉(zhuǎn)發(fā)“代理請(qǐng)求”消息。


　　（9）GGSN收到HA的響應(yīng)后，GGSN從IP InIP隧道中取出“登記應(yīng)答”消息，分析終端地址，查找出該地址對(duì)應(yīng)的TID。


　　（10）將該“登記應(yīng)答”消息在GPRS隧道中轉(zhuǎn)發(fā)給終端，完成MobileIP的登記。


　　（11）進(jìn)行正常的 Mobile IP數(shù)據(jù)包的傳送。


　�。�12）用戶通過AT命令向終端發(fā)出終止服務(wù)，終端將向SGSN發(fā)“去激活PDP上下文請(qǐng)求”消息；SGSN向GGSN發(fā)“刪除PDP上下文請(qǐng)求”；GGSN響應(yīng)SGSN，同時(shí)關(guān)閉該GPRS隧道，取消終端地址與TID的關(guān)聯(lián)，并向SGSN發(fā)“刪除PDP上下文響應(yīng)”；SGSN向終端發(fā)“去激活PDP上下文響應(yīng)”。


　　四、 GPRS對(duì) Mobile IP的支持策略


　　我們審慎地考察GPRS的體系結(jié)構(gòu)，GPRS引入SGSN與GGSN兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體是有其深刻的背景的。GPRS支持通用第3層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議確實(shí)是一種“大而全”的思想，電信史上“大而全”的先例不少，如ISDN、ATM等，但這種模式求必獲得商業(yè)上的成功。GPRS理論上可以支持X.25、IPX等，但事實(shí)上幾乎沒有這種產(chǎn)品。


　　“大而全”的技術(shù)思路確也有其技術(shù)上的借鑒和可取之處，如 ATM逐漸演化為 MPLS；而GPRS的SGSN與GGSN的分設(shè)也為引入新的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供了很好的基礎(chǔ)。增加新的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議只需GGSN支持，SGSN無需作任何修改。MobileIP也是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，因此在 GGSN引入對(duì)Mobile IP的支持非常符合GPRS的體系結(jié)構(gòu)：GGSN上只要用一種特殊的APN標(biāo)識(shí)MobileIP服務(wù)就可與提供的其他服務(wù)相區(qū)別。


　　在初期，每個(gè)地區(qū)只需個(gè)別GGSN支持MobileIP即可；如果Mobile IP的需求量增加，可逐步將GGSN升級(jí)。另外可以引入一些路由優(yōu)化的策略。路由優(yōu)化包括兩部分：一是指Mobile IP范疇，主要是避免數(shù)據(jù)包總是經(jīng)過HA轉(zhuǎn)發(fā)到FA，當(dāng)然主機(jī)、HA、FA的功能都要作一些改進(jìn)；二是指SGSN與GGSN之間，SGSN需要選擇合適的能夠提供Mobile IP的 GGSN。


　　五、結(jié)束語


　　在現(xiàn)有GPRS體系上實(shí)現(xiàn)對(duì)MobileIP的支持是一種“疊加”模式，事實(shí)上 GPRS中有許多移動(dòng)性管理的功能在MobileIP中是不支持的。新一代的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信如 3G正著手以MobileIP為基礎(chǔ)、吸取GPRS的一些優(yōu)點(diǎn)，建立一種“集成”模式，這樣才能高效地解決移動(dòng)IP的問題。


摘自《數(shù)據(jù)通信》2001.9