專用無(wú)線IP城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著無(wú)線技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信得到了廣泛的應(yīng)用。以電話業(yè)務(wù)為主的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商都對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了支持，但是作為為大眾服務(wù)的公共電信，數(shù)據(jù)傳輸能力是在多用戶之間共享的，對(duì)一些特殊部門：如公安、消防等在需要時(shí)很難保證得到有效的帶寬支持，何況其中往往有一些不適合在公共電信網(wǎng)絡(luò)里傳輸?shù)拿舾行畔?。這些決定了公共無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在這些專業(yè)部門難以得到有效應(yīng)用。

　　另一方面，隨著三金工程的實(shí)施，這些部門逐步建立了較完善的遍布全市的有線網(wǎng)絡(luò)，例如，公安系統(tǒng)的光纖敷設(shè)到了基層派出所。因此，選取恰當(dāng)?shù)幕鶎訂挝唬糜芯€網(wǎng)絡(luò)，架設(shè)覆蓋一定范圍的無(wú)線通信基站可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全市覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線IP城域網(wǎng)。

　　2 方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。圖中BS是無(wú)線基站，它與有線網(wǎng)絡(luò)相連，MS是移動(dòng)終端。SCC是系統(tǒng)控制中心，它包含BS、用戶和終端數(shù)據(jù)庫(kù)，操作人員通過(guò)CMT管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入與修改。在SCC中，每個(gè)用戶包含了賬號(hào)與密碼、業(yè)務(wù)權(quán)限等靜態(tài)參數(shù)，在用戶登錄時(shí)，SCC給終端分配IP地址，并記錄用戶接入的BS地址等動(dòng)態(tài)參數(shù)。SCC還要對(duì)每個(gè)BS和終端設(shè)備進(jìn)行鑒權(quán)和管理，避免丟失的設(shè)備接入系統(tǒng)而損害系統(tǒng)安全性。

　　SPC為業(yè)務(wù)處理中心，是系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)處理單元，它支持任意類型的IP業(yè)務(wù)，為分散業(yè)務(wù)處理負(fù)荷，系統(tǒng)中允許若干個(gè)SPC存在，每個(gè)SPC獨(dú)立運(yùn)作，完成一個(gè)或若干個(gè)目的IP段的業(yè)務(wù)處理功能。每個(gè)SPC至少有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，一個(gè)分配用于與SCC和BS的通信的IP地址，另外的接口作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)接口，按照有線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，該SPC處理的IP業(yè)務(wù)段將按照目的IP地址被路由到對(duì)應(yīng)的接口上，從而可被SPC截獲，并完成業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。例如，在圖2中，某SPC有三個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，10.3.23.50作為SPC自身的IP地址，用于與SCC和BS的基于TCP的通信，而10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為網(wǎng)關(guān)接口，以10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為目的地址段的報(bào)文將被路由到對(duì)應(yīng)的SPC接口上。

　　系統(tǒng)啟動(dòng)后，BS和SPC分別與SCC建立連接，完成各BS和SPC的初始化過(guò)程，隨后SCC向每個(gè)BS下發(fā)SPC列表，通知各BS每個(gè)SPC的地址和處理的IP業(yè)務(wù)范圍，各BS隨后建立與每個(gè)SPC的IP隧道。

　　每個(gè)終端開(kāi)機(jī)后，首先掃描無(wú)線信道，尋找信號(hào)最佳的BS作為接入節(jié)點(diǎn)，向該BS發(fā)起入網(wǎng)請(qǐng)求，在該請(qǐng)求中包含設(shè)備串號(hào)、用戶標(biāo)識(shí)、用戶密鑰等信息，BS將對(duì)應(yīng)的信息轉(zhuǎn)發(fā)給SCC，SCC鑒權(quán)通過(guò)后，登記該用戶的接入基站，修改用戶狀態(tài)，根據(jù)用戶屬性，為用戶分配IP地址，并通知對(duì)應(yīng)的BS和終端，完成用戶的入網(wǎng)過(guò)程。隨后SCC根據(jù)剛分配的IP地址，確定處理該終端業(yè)務(wù)的SPC，通知該SPC終端接入位置(即BS的地址)。以后每次終端狀態(tài)改變時(shí)，SCC都將及時(shí)將狀態(tài)推送到對(duì)應(yīng)的SPC，使得SPC中保存的用戶狀態(tài)最新。

　　進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的IP包可以由無(wú)線終端產(chǎn)生，或者由無(wú)線網(wǎng)之外的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生。無(wú)線終端產(chǎn)生的IP包首先被對(duì)應(yīng)的基站接收到，基站選擇處理該用戶業(yè)務(wù)的SPC，將完整IP報(bào)文通過(guò)基站與SPC之間的隧道轉(zhuǎn)發(fā)到SPC，SPC將從TCP消息中提取到終端的原始報(bào)文，如果目的地址在自己的處理范圍內(nèi)，則查找對(duì)應(yīng)目的地址所在的基站，將原始報(bào)文再次以隧道方式轉(zhuǎn)發(fā)給目的基站，由目的基站通過(guò)無(wú)線接口下發(fā)給目的終端處理;否則SPC對(duì)原始報(bào)文加入二層幀頭，轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的路由器，使得該報(bào)文進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)正常的路由過(guò)程送到目的終端或者路由到其他SPC的網(wǎng)關(guān)接口進(jìn)行處理。

　　按照設(shè)計(jì)過(guò)程，無(wú)線網(wǎng)外進(jìn)入網(wǎng)內(nèi)的報(bào)文將按照目的地址進(jìn)行路由，必然會(huì)路由到某個(gè)SPC的網(wǎng)關(guān)接口上。綜合以上，當(dāng)SPC接收到IP報(bào)文時(shí)，將按照?qǐng)D3對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理。

　　終端在移動(dòng)過(guò)程中，需要進(jìn)行位置更新。為此，終端不停檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)有信號(hào)更好的小區(qū)時(shí)，終端向新小區(qū)的BS發(fā)起切換請(qǐng)求，BS響應(yīng)并轉(zhuǎn)發(fā)切換請(qǐng)求至SCC，SCC更新用戶狀態(tài)，并通知SPC用戶新位置，SCC向原接入小區(qū)發(fā)出切換通知，并向新小區(qū)發(fā)送確認(rèn)消息。

　　3 路由方案分析與比較

　　通過(guò)以上分析可以看出，該方案中充分利用了原有的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)原有有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了無(wú)線擴(kuò)展。這個(gè)方案中，需要對(duì)移動(dòng)終端預(yù)留部分地址，并對(duì)這些地址段進(jìn)行必要的路由設(shè)置，除此之外，不需要對(duì)原有的網(wǎng)絡(luò)做更多的調(diào)整，就可以滿足需要。整個(gè)方案中，支持全I(xiàn)P業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)可以由終端產(chǎn)生，也支持移動(dòng)終端作為移動(dòng)服務(wù)器(通過(guò)固定用戶的IP地址即可)。系統(tǒng)中可以根據(jù)需要增加SPC，設(shè)置BS，不影響其他任何網(wǎng)絡(luò)用戶，使得擴(kuò)展無(wú)線子網(wǎng)后，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)的影響減為最小。

　　我們沒(méi)有采用移動(dòng)IP方案進(jìn)行終端的路由方案，主要有三點(diǎn)原因：一是移動(dòng)IP方案中，在每個(gè)涉及到的網(wǎng)段都要添加家鄉(xiāng)代理和外地代理，系統(tǒng)維護(hù)工作量大;二是移動(dòng)IP方案需要移動(dòng)終端的支持，并會(huì)在無(wú)線接口上產(chǎn)生眾多的無(wú)線廣播消息;三是移動(dòng)IP是一個(gè)一般性的解決方案，適用于在互聯(lián)網(wǎng)上支持移動(dòng)性，分布式的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)方式不利于進(jìn)行業(yè)務(wù)記錄等。

　　作為目前研究熱點(diǎn)的802.16的網(wǎng)絡(luò)層，它的技術(shù)有待進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備的產(chǎn)品化有待成熟，也不適合專業(yè)網(wǎng)的特定背景。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文提出了一種新的支持終端移動(dòng)的IP接入方案，并軟件實(shí)現(xiàn)了其中SCC，SPC，BS的功能。我們利用一臺(tái)路由器將他們連接起來(lái)，通過(guò)PC機(jī)模擬終端的入網(wǎng)和移動(dòng)操作，證明了這種方案的可行性。后續(xù)工作將主要集中在利用WiMax建立無(wú)線試驗(yàn)系統(tǒng)，并研究在城域范圍內(nèi)無(wú)線布網(wǎng)的問(wèn)題。

發(fā)布者：小宇