基于MIH的異構(gòu)移動集成架構(gòu)

尚玉偉　陳桂芬

摘 要：在無線異構(gòu)環(huán)境中，無線接入網(wǎng)絡(luò)的融合將會實(shí)現(xiàn)無縫切換，其中包含完成像服務(wù)的移動性，垂直切換，共同認(rèn)證，統(tǒng)一計費(fèi)/賬單，安全機(jī)制，服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)提供等一系列挑戰(zhàn)。朝著這個方向，我們的研究旨在為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供完全的集成，并支持合適的網(wǎng)絡(luò)無縫切換的移動性管理。該文提出的HIP是基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的垂直切換的架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：MIH HIP 移動性管理 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0029-02

下一代移動網(wǎng)絡(luò)將包括多種無線接入技術(shù)，如WiMAX，WLAN和無縫集成的蜂窩系統(tǒng)。在未來，無線設(shè)備將具有多個異構(gòu)接口，因此移動用戶將能夠在這些異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不間斷連接。當(dāng)移動用戶從一個無線接入網(wǎng)絡(luò)移動到另一個無線網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)交換服務(wù)就會發(fā)生。為了通過促進(jìn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的切換，以提高移動用戶的體驗(yàn)，IEEE802.21工作組批準(zhǔn)了媒體獨(dú)立切換（MIH）標(biāo)準(zhǔn)[1]。MIH框架提供了通用的接口，并提供鏈路層和其他相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息給上層。此外，移動性管理是移動通信中最重要的問題之一，它影響到整個移動網(wǎng)絡(luò)的效率。要達(dá)到真正的移動性，可以通過移動性管理協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，包含應(yīng)用層的會話發(fā)起協(xié)議（SIP）和網(wǎng)絡(luò)層的移動IP（MIP）協(xié)議。同時，該協(xié)議能提高異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)集成的效率。然而，使用SIP需要更多的切換信息。此外，MIP將導(dǎo)致通信延遲。由于SIP和MIP存在這些缺點(diǎn)，所以，由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）定義的主機(jī)標(biāo)識協(xié)議（HIP）已成為提供移動服務(wù)的可行解決方案[2]。

該文提供了異構(gòu)移動集成架構(gòu)和利用MIH的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的基于HIP的垂直切換思想。此外，Diameter協(xié)議被用于注冊用戶的身份驗(yàn)證。

1 相關(guān)工作

1.1 MIH（Media Independent Handover）

MIH（媒體獨(dú)立切換）是由IEEE為了便于越區(qū)切換和互操作，在IEEE802技術(shù)中引入的，它包括有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。它也支持IEEE802和非IEEE802技術(shù)之間的越區(qū)切換。用戶可以通過它的配置文件設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，然后啟用網(wǎng)絡(luò)選擇機(jī)制來選擇合適的環(huán)境。MIH功能提供了三種類型的服務(wù)：MIES（媒體無關(guān)的事件服務(wù)），MICS（媒體無關(guān)的命令服務(wù)）和MIIS（介質(zhì)無關(guān)信息服務(wù)）。此外，MIH為移動性管理協(xié)議棧和現(xiàn)有媒體特定的鏈路層用戶提供了一個統(tǒng)一的接口[3]。

MIH功能（MIHF）是MIH框架的主要組成部分。MIHF為上層提供獨(dú)立于底層接入技術(shù)的統(tǒng)一的接口。MIHF定義異步和同步服務(wù)，以提高異構(gòu)接入鏈路和服務(wù)接入點(diǎn)（SAPs）之間的切換。它是下層和上層之間的接口。

1.2 HIP（Host Identity Protocol）

在當(dāng)前的因特網(wǎng)中，主機(jī)通過IP地址被標(biāo)識。IP地址描述了主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湮恢茫⒃谥鳈C(jī)標(biāo)識。HIP是一項(xiàng)為解決IP地址的這種過載行為的協(xié)議。HIP引入了一個新的加密空間，主機(jī)標(biāo)識的命名空間。IP地址，只用于路由目的，不用于識別該主機(jī)。此外，每當(dāng)移動用戶改變訪問網(wǎng)絡(luò)時，它們必須在新的接入網(wǎng)絡(luò)中被認(rèn)證和授權(quán)訪問資源[4]。出于這個原因，Diameter協(xié)議是由IETF開發(fā)并提供的一個AAA（認(rèn)證，授權(quán)和計費(fèi)）的相關(guān)機(jī)制。相對于早期的AAA協(xié)議，Diameter協(xié)議具有幾個優(yōu)點(diǎn)。例如，RADIUS提供改進(jìn)的可靠性，安全性，可擴(kuò)展性和靈活性等方面。Diameter協(xié)議包括基本協(xié)議和各種應(yīng)用協(xié)議，如NAS（網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器）應(yīng)用程序，移動IP和CMS（加密消息語法的安全性）等。

Diameter基礎(chǔ)協(xié)議定義了在各種應(yīng)用中使用的相同功能，并提供了可靠的信息傳輸和錯誤處理服務(wù)的基本機(jī)制。為了保護(hù)信息，它支持IPSec（Internet協(xié)議安全性）或TLS（傳輸層安全）。另一方面，Diameter NAS應(yīng)用描述了Diameter服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器認(rèn)證過程的細(xì)節(jié)[5]。我們在該架構(gòu)中利用Diameter基礎(chǔ)協(xié)議為AAA運(yùn)作提供服務(wù)。

為了能夠到達(dá)移動主機(jī)，HIP移動主機(jī)可以修改自己的IP地址。最初的IP地址必須存儲在某個地方。RVS（會合服務(wù)器）就是為解決這個問題而被設(shè)計的。為了具有可移動性，每個主機(jī)都必須注冊到自己的RVS服務(wù)器。該服務(wù)器必須對移動主機(jī)的最新IP地址進(jìn)行更新[6]。

2 異構(gòu)型移動集成架構(gòu)

為了滿足異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的無縫的移動性，我們提出了利用HIP移動性管理協(xié)議中的MIH構(gòu)成的新型的移動異構(gòu)集成架構(gòu)[7]，如圖1所示。

移動節(jié)點(diǎn)（MN）具備WiFi，WiMAX和E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)接口，支持MIHF和移動性。通信節(jié)點(diǎn)（CN）具有IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口。此外，許多不同的接入網(wǎng)絡(luò)，如WiFi，WiMAX和E-UTRAN，通過不同的接口被連接到基于IP技術(shù)的一個共同的核心網(wǎng)。所有3GPP網(wǎng)絡(luò)通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)S-GW1連接，并且所有的非3GPP網(wǎng)絡(luò)通過S-GW2連接。

WiMAX網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是信任的非3GPP接入，直接連接到S-GW2。另一方面，WiFi網(wǎng)絡(luò)，被認(rèn)為是不可信的訪問先連接到演進(jìn)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（ePDG），然后再連接到S-GW2。對E-UTRAN來說， S-GW1直接連接到它。移動性管理實(shí)體（MME）在結(jié)構(gòu)中被結(jié)合，用于處理控制功能。對于不信任的非3GPP接入，ePDG通過它自身和MN之間的IPSec通道保護(hù)MN到EPC的接入。接入網(wǎng)的所有數(shù)據(jù)路徑都與P-GW相連接，其中集成了如包過濾，QoS監(jiān)管，截留，收費(fèi)和IP地址分配和路由流量控制的功能。此外，EPC還包含網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)體用以保存用戶簽約信息，確定用戶的身份和權(quán)限，并跟蹤他/她的活動，并執(zhí)行經(jīng)由策略計費(fèi)和QoS策略和計費(fèi)規(guī)則功能（PCRF）。endprint

為了實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)的無縫切換，在網(wǎng)絡(luò)元素中需要基于IEEE802.21協(xié)議的額外的功能。MIH功能放置在移動節(jié)點(diǎn)（MN），無線接入網(wǎng)絡(luò)（MIH POSS），和運(yùn)營商的IP網(wǎng)絡(luò)（MIIS服務(wù)器）。此外，由于移動性管理是基于HIP的，為了處理MN的IP地址，會合服務(wù)器（RVS）放置在操作者的IP網(wǎng)絡(luò)中。

3 結(jié)語

在該文中，我們提出了一個綜合的體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫移動性。我們的想法是基于MIH的HIP移動性管理協(xié)議。MIH提供異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的通用接口和協(xié)商機(jī)制。我們用HIP的移動管理解決移動性和多歸屬的問題。此外，Diameter協(xié)議被用于注冊用戶的身份驗(yàn)證。我們希望該架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和性能的改善之間的無縫移動性。

今后，我們應(yīng)該在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計一個完整的切換執(zhí)行機(jī)制。切換過程將利用MIH框架和復(fù)合HIP協(xié)議。Diameter協(xié)議將解決AAA問題。

參考文獻(xiàn)

[1] IEEE P802.21/D14.Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks：Media Independent Handover Services.2008.

[2] R.Moskowitz.Host Identity Protocol.RFC 5201，2008.

[3] R.Moskowitz.Host Identity Protocol（HIP） Architecture.RFC 4423，2006.

[4] P.Calhoun.Diameter base protocol.RFC 3588，2003.

[5] P.Calhoun.Diameter Network Access Server Application.RFC 4005，2005.

[6] J.Laganier.Host Identity Protocol（HIP）Rendezvous Extension.RFC 5204，2008.

[7] George Lampropoulos.Media-Independent Handover for Seamless Service Provision in Heterogeneous Network.IEEE Commun.Mag.，2008.endprint

為了實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)的無縫切換，在網(wǎng)絡(luò)元素中需要基于IEEE802.21協(xié)議的額外的功能。MIH功能放置在移動節(jié)點(diǎn)（MN），無線接入網(wǎng)絡(luò)（MIH POSS），和運(yùn)營商的IP網(wǎng)絡(luò)（MIIS服務(wù)器）。此外，由于移動性管理是基于HIP的，為了處理MN的IP地址，會合服務(wù)器（RVS）放置在操作者的IP網(wǎng)絡(luò)中。

3 結(jié)語

在該文中，我們提出了一個綜合的體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫移動性。我們的想法是基于MIH的HIP移動性管理協(xié)議。MIH提供異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的通用接口和協(xié)商機(jī)制。我們用HIP的移動管理解決移動性和多歸屬的問題。此外，Diameter協(xié)議被用于注冊用戶的身份驗(yàn)證。我們希望該架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和性能的改善之間的無縫移動性。

今后，我們應(yīng)該在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計一個完整的切換執(zhí)行機(jī)制。切換過程將利用MIH框架和復(fù)合HIP協(xié)議。Diameter協(xié)議將解決AAA問題。

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[5] P.Calhoun.Diameter Network Access Server Application.RFC 4005，2005.

[6] J.Laganier.Host Identity Protocol（HIP）Rendezvous Extension.RFC 5204，2008.

[7] George Lampropoulos.Media-Independent Handover for Seamless Service Provision in Heterogeneous Network.IEEE Commun.Mag.，2008.endprint

為了實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)的無縫切換，在網(wǎng)絡(luò)元素中需要基于IEEE802.21協(xié)議的額外的功能。MIH功能放置在移動節(jié)點(diǎn)（MN），無線接入網(wǎng)絡(luò)（MIH POSS），和運(yùn)營商的IP網(wǎng)絡(luò)（MIIS服務(wù)器）。此外，由于移動性管理是基于HIP的，為了處理MN的IP地址，會合服務(wù)器（RVS）放置在操作者的IP網(wǎng)絡(luò)中。

3 結(jié)語

在該文中，我們提出了一個綜合的體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫移動性。我們的想法是基于MIH的HIP移動性管理協(xié)議。MIH提供異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之間的通用接口和協(xié)商機(jī)制。我們用HIP的移動管理解決移動性和多歸屬的問題。此外，Diameter協(xié)議被用于注冊用戶的身份驗(yàn)證。我們希望該架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和性能的改善之間的無縫移動性。

今后，我們應(yīng)該在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計一個完整的切換執(zhí)行機(jī)制。切換過程將利用MIH框架和復(fù)合HIP協(xié)議。Diameter協(xié)議將解決AAA問題。

參考文獻(xiàn)

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[6] J.Laganier.Host Identity Protocol（HIP）Rendezvous Extension.RFC 5204，2008.

[7] George Lampropoulos.Media-Independent Handover for Seamless Service Provision in Heterogeneous Network.IEEE Commun.Mag.，2008.endprint