基于IP的WiMAX移動網(wǎng)絡(luò)的研究
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1.2.1 802.16e的移動性支持
為支持切換和其他移動性服務(wù)，IEEE 802.16在MAC層提供了諸如網(wǎng)絡(luò)拓撲的獲得、對目標(biāo)基站的掃描、關(guān)聯(lián)化，測距(ranging)、小區(qū)重選等功能。其中移動站掃描鄰居基站以確定新的分集集合。掃描步驟包括；識別合適的基站；與其下行傳輸同步，并且估計其信道質(zhì)量；測距使移動站完成和某個基站的同步過程。測距可以是基于沖突和非沖突的。基于非沖突的測距提供更快和可信的同步方法，但是以耗費資源為代價；關(guān)聯(lián)化使移動站得以記錄對分集集合的基站成功掃描和測距的次數(shù)，加速轉(zhuǎn)移該移動站的業(yè)務(wù)到目標(biāo)基站；而鄰居列表廣播使得基站借助于網(wǎng)絡(luò)站點回程(back-haul)產(chǎn)生鄰居列表，支持移動站的切換服務(wù)。其中列表信息在MOB_NBR_ADV的消息元素“handoffNeighbor preference”中?；局芷诎l(fā)送鄰居列表，每個基站維持鄰居基站的MAC地址映射表和其索引。
1.2.2 MAC層切換能力
硬切換是IEEE 802.16e中必須支持的模式。在硬切換下，高層連接和MAC層的匯聚子層數(shù)據(jù)可以緩沖并隨后無縫地轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站。宏分集切換(MDHO)和快速基站切換(FBSS)是增強的可選的切換模式。MDHO對于上行和下行傳輸都是可支持的，它允許移動站同時和在分集集合內(nèi)的多個基站進行收發(fā)傳輸。FBSS與MDHO的區(qū)別在于，在FBSS中移動站雖然和所有的候選基站進行同步，但它只和一個中心基站進行通信。硬切換、MDHO和FBSS技術(shù)提供了不同應(yīng)用層面的移動支持，其中MDHO和FBSS可減少切換時延，并支持有效的資源和網(wǎng)絡(luò)管理。
2 WiMAX悶絡(luò)參考模型
基于IEEE 802.16技術(shù)，WiMAX論壇提供了支持移動性的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，以支持對MAC層之上的移動服務(wù)，并支持在不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的漫游和切換服務(wù)。
圖2中所示的網(wǎng)絡(luò)參考模型(NRM)包括了接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(ASN)和連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(CSN)的各邏輯功能實體。ASN由一個或多個基站，一個或多個ASN-GW(ASN網(wǎng)關(guān))組成，它是一個完整的網(wǎng)絡(luò)功能集合，提供諸如無線資源管理(RRM)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)完整性、密鑰分配等關(guān)鍵功能，向WiMAX用戶提供無線接入服務(wù)。其中，RRM功能可以在基站或ASN-GW完成。完成該功能的某節(jié)點可以請求其他基站以得到所需的信息，利用此信息幫助確定候選的基站以滿足切換和負載平衡等處理的需要。在密匙分配中，一個成對的主密鑰(pairwise master key，PMK)在移動站側(cè)計算得到并轉(zhuǎn)發(fā)至在ASN-GW中的中心授權(quán)機構(gòu)。PMK和基站標(biāo)識符一起用于產(chǎn)生認證密碼(authentication key，AK)。當(dāng)切換到目標(biāo)基站需要新的AK。采用分布計算支持在ASN-GW中產(chǎn)生新的用于對應(yīng)目標(biāo)基站的AK，并作為切換信息發(fā)送給目標(biāo)基站。這種處理方法可以避免在每次切換時執(zhí)行用戶認證過程，從而減少處理延遲。CSN需向WiMAX用戶提供如AAA和DHCP服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等的核心業(yè)務(wù)能力。不同的邏輯實體間通過各參考點(R1，R4和R5等)完成互操作。
3 基于IP的移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)
由以上分析可以看出，IEEE 802.16e提供了在物理層和MAC層中支持移動性的能力，WiMAX論壇則提供了MAC層之上的網(wǎng)絡(luò)接口和互聯(lián)模型，更包括了提供移動性管理、資源管理和AAA服務(wù)能力。以下研究基于移動IP和WiMAX技術(shù)的移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
3.1 基于IP的移動WiMAX應(yīng)用模型
圖3所示為基于IP的移動WiMAX應(yīng)用模型。模型包括有如下功能：提供邏輯分割上述步驟的能力和基于IP的選路和連接管理以支持在孤島和互聯(lián)模式下的不同應(yīng)用場景；支持多個NSP共享1個NAP的ASN網(wǎng)絡(luò)；支持1個NSP向多個ASN提供服務(wù)以管理1個或多個NAP；支持移動站或SS發(fā)現(xiàn)和選擇接入的NSP；支持NAP采用1個或多個ASN網(wǎng)絡(luò)拓撲；支持通過互聯(lián)接入不同運營商的服務(wù)；提供在不同組的網(wǎng)絡(luò)實體開放參考點，使不同運營商基于不同實體實現(xiàn)不同功能組合。為實現(xiàn)IP移動網(wǎng)絡(luò)管理，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持移動IP技術(shù)，也即CSN需向WiMAX用戶提供包括IP連接服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切換和系統(tǒng)漫游的能力。
3.2 移動IP技術(shù)
移動IP允許移動站在不改變其IP地址的情況下變更其接入Internet的接人點，也即允許移動站在執(zhí)行切換時保持傳輸和高層的連接。指向移動站的分組包首先被選路至家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，移動站的家鄉(xiāng)代理截獲該分組并將其隧道化給該移動站常報告的當(dāng)前地址。WiMAX論壇的NWG組允許2種移動解決方案時。利用用戶MIP(Client MIP)解決方案，可利用傳統(tǒng)的移動IP信令完成移動管理。在代理MIP(proxyMIP)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以初始化一個移動IP客戶端過程，由該虛擬客戶完成移動IP信令過程。
3.3 WiMAX網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型的系統(tǒng)切換和漫游服務(wù)
WiMAX應(yīng)用模型可以支持在同網(wǎng)關(guān)(ASN-GW)內(nèi)的系統(tǒng)內(nèi)切換，不同網(wǎng)關(guān)間的切換以及漫游服務(wù)，以下結(jié)合IEEE 802.16e協(xié)議進行進一步分析。
3.3.1 Intra-ASN系統(tǒng)內(nèi)切換
根據(jù)IEEE 802.16e提供的物理層和MAC層能力以及WiMAX網(wǎng)絡(luò)參考模型完成Intra-ASN系統(tǒng)內(nèi)切換。其中可采用R8接口(圖3未示出)實現(xiàn)基站間的通信。在OFDMA系統(tǒng)中，可根據(jù)載干比(CINR)參數(shù)來決定切換。在各種切換類型中，連續(xù)的CINR測量都是必須的。遵照IEEE 802.16e協(xié)議的相關(guān)規(guī)定，系統(tǒng)可以通過掃描請求和響應(yīng)消息使移動站周期掃描鄰區(qū)基站，觸發(fā)鄰區(qū)掃描并發(fā)起切換。包括如下步驟：
(1)當(dāng)移動站檢測到服務(wù)基站的CINR信號低于剔除門限(H_Delete_Threshold)，則可發(fā)起鄰區(qū)掃描，測量鄰區(qū)基站的CINR值。當(dāng)移動站檢測到某個鄰區(qū)基站的CINR值高于服務(wù)基站信號的增加門限(H_Add Threshold)時，則發(fā)起切換請求。
(2)基站和移動站均可決定選取目標(biāo)基站的過程。移動站可經(jīng)過掃描選取目標(biāo)基站完成切換過程；移動站也可通過MOB_移動站SHO_REQ消息反饋測量結(jié)果給服務(wù)基站，由服務(wù)基站決定最終選取的目標(biāo)基站。
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