通信網(wǎng)banner.jpg)
相關(guān)專題：
摘要 首先分析了cdma2000 1x系統(tǒng)的引入背景，接著簡要論述了移動(dòng)IP的工作機(jī)制，重點(diǎn)闡述了基于移動(dòng)IP的cdma2000 1x系統(tǒng)核心網(wǎng)分組域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議結(jié)構(gòu)，從硬件體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議層面分析了cdma2000 1x系統(tǒng)如何利用移動(dòng)IP技術(shù)為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
關(guān)鍵詞 移動(dòng)IP 簡單IP cdma2000 1x 協(xié)議結(jié)構(gòu)
從20世紀(jì)90年代中期開始，中國的GSM和CDMA話音用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量得到迅猛的增長。伴隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展和人們之間信息交流的加強(qiáng)，人們對(duì)移動(dòng)通信的需求已不再局限于移動(dòng)話音業(yè)務(wù)，以“彩信”、“彩e”為代表的眾多移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)已將逐步走進(jìn)人們的生活，并表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。
1、cdma2000 1x系統(tǒng)的引入
從當(dāng)前移動(dòng)通信的發(fā)展來看，隨著話音業(yè)務(wù)逐漸趨于飽和，人們開始考慮如何將豐富多彩的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)引入蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中。cdma2000是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主流標(biāo)準(zhǔn)之一，在空中接口上，cdma2000系統(tǒng)能夠在1.25MHz帶寬上提供高達(dá)304kbps的高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。cdma2000 1x是cdma2000的第一段，介于第二代(IS-95)和第三代之間的一種技術(shù)。在原來IS-95A系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過軟件升級(jí)和添加一些必要的硬件可以實(shí)現(xiàn)cdma2000 1x RTT新標(biāo)準(zhǔn)和新業(yè)務(wù)，平滑地向第三代過渡。相對(duì)于IS-95A型CDMA網(wǎng)絡(luò)，cdma2000 lx除了在無線部分空中接口方面改進(jìn)以外，在核心網(wǎng)部分還引入了分組域的概念，增加了分組控制單元(PCF)、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN)、AAA(認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi))服務(wù)器和HA(歸屬代理，用于移動(dòng)IP業(yè)務(wù))等功能單元，采用了基于移動(dòng)IP技術(shù)的分組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為用戶提供諸如WWW瀏覽、E-mail、高速數(shù)據(jù)下載、視頻點(diǎn)播(VOD)、網(wǎng)上游戲等豐富多彩的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。
目前，由于3G系統(tǒng)還處于市場技術(shù)探索的前景時(shí)期，各方面的發(fā)展不夠成熟，移動(dòng)通信運(yùn)營商則期望能在2.5G(cdma2000 1x和GPRS)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)尋求未來數(shù)年間最有潛力的利潤增長點(diǎn)。中國聯(lián)通作為國內(nèi)第二大移動(dòng)通信運(yùn)營商，在CDMA無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展中，擁有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，在國內(nèi)率先開通cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一方面加大無線接入網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，努力構(gòu)建無縫精品網(wǎng)絡(luò)，為將來向3G平滑過渡提供可靠的無線承載平臺(tái)；另一方面將CDMA增值業(yè)務(wù)的發(fā)展重心向cdma2000 1x數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傾斜，希望將技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)優(yōu)勢，在移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場中形成差異化的競爭。
2、移動(dòng)IP的工作機(jī)制
移動(dòng)IP是IETF(Internet Engineering Task Force)移動(dòng)IP工作組提出的一套新的IP路由機(jī)制和協(xié)議，是為解決Internet中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性而引入的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，是IP協(xié)議族中的一個(gè)組成部分。移動(dòng)IP目的是為Internet提供移動(dòng)計(jì)算功能，滿足網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在位置移動(dòng)的同時(shí)，保持正在進(jìn)行通信過程而不需要重新啟動(dòng)和IP參數(shù)的重新配置，并能夠隨時(shí)隨地從網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)、共享網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)。
在移動(dòng)IP中定義了3種功能實(shí)體：
*移動(dòng)主機(jī)(Mobile Host)：移動(dòng)IP協(xié)議中每個(gè)移動(dòng)主機(jī)在家鄉(xiāng)鏈路(Home Link)上有一個(gè)唯一的家鄉(xiāng)地址，當(dāng)它漫游到外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將獲得一個(gè)臨時(shí)的轉(zhuǎn)交地址(Care Of Address)。移動(dòng)主機(jī)可以將接入Internet的位置從一條鏈路切換到另一條鏈路上，仍保持正在進(jìn)行的通信。
*家鄉(xiāng)代理(Home Agent)：是一臺(tái)與移動(dòng)主機(jī)家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)相連的路由器，也稱歸屬代理。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)位置切換時(shí)，HA負(fù)責(zé)維護(hù)移動(dòng)主機(jī)當(dāng)前位置信息，處理和響應(yīng)移動(dòng)主機(jī)注冊(cè)請(qǐng)求消息。
*外地代理(Foreign Agent)：是移動(dòng)主機(jī)所在外地鏈路上的一臺(tái)路由器。一方面為移動(dòng)主機(jī)提供轉(zhuǎn)交地址，幫助移動(dòng)主機(jī)將轉(zhuǎn)交地址通知家鄉(xiāng)代理，另一方面可以幫助轉(zhuǎn)發(fā)來自家鄉(xiāng)代理的數(shù)據(jù)包。FA還可以作為連在外地鏈路上移動(dòng)主機(jī)的缺省路由器(Default Router)。
移動(dòng)IP協(xié)議的基本思想：
(1)家鄉(xiāng)代理和外地代理周期性地廣播或組播代理廣播消息，宣告它們的存在以及與鏈路連接的關(guān)系。
(2)移動(dòng)主機(jī)收到代理廣播消息后，檢查其中字段的內(nèi)容確定自己位置是否移動(dòng)。
(3)若移動(dòng)主機(jī)確定仍連在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上，則與固定節(jié)點(diǎn)一樣工作，即不利用移動(dòng)IP的功能；若得知已經(jīng)移動(dòng)到外地網(wǎng)絡(luò)，連接在一條外地鏈路上時(shí)，移動(dòng)主機(jī)則需要一個(gè)轉(zhuǎn)交地址。轉(zhuǎn)交地址的獲得可通過代理發(fā)現(xiàn)(Agent Discovery)或自動(dòng)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)完成。
(4)移動(dòng)主機(jī)通過移動(dòng)IP定義的消息向家鄉(xiāng)代理注冊(cè)轉(zhuǎn)交地址。為防止拒絕服務(wù)攻擊，注冊(cè)消息要求安全認(rèn)證。
(5)家鄉(xiāng)代理或家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上其他一些路由器定期廣播移動(dòng)主機(jī)家鄉(xiāng)地址網(wǎng)絡(luò)前綴的可達(dá)性，目的是吸引那些發(fā)往移動(dòng)主機(jī)的數(shù)據(jù)包。如果數(shù)據(jù)包來自家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，則家鄉(xiāng)代理將采用采用代理ARP(地址解析協(xié)議)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)包。當(dāng)家鄉(xiāng)代理截獲數(shù)據(jù)包后，通過隧道技術(shù)將數(shù)據(jù)包傳送到移動(dòng)主機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)交地址。在轉(zhuǎn)交地址處，由外地代理或移動(dòng)主機(jī)的一個(gè)端口將原始數(shù)據(jù)包從隧道中提取出來送給移動(dòng)主機(jī)。
(6)若從移動(dòng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點(diǎn)，可按照通常IP路由規(guī)則，直接選路。此時(shí)，外地代理完成移動(dòng)主機(jī)缺省路由器的功能。
3、cdma2000 1x系統(tǒng)分組域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
若在移動(dòng)通信網(wǎng)中傳送高比特率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，就必須對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，使整個(gè)系統(tǒng)既適合傳送語音業(yè)務(wù)，又適合傳送高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。cdma2000 1x正是利用移動(dòng)IP技術(shù)完成Internet的高速接入，在組建核心網(wǎng)分組域時(shí)，并沒有試圖建立一套自己獨(dú)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而是遵循“盡可能地利用通信領(lǐng)域已經(jīng)取得的成果”的原則，大量地利用成熟的IP技術(shù)和協(xié)議，構(gòu)造自己的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，以支持高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在cdma2000 1x系統(tǒng)中通常提供兩種用戶接入Internet方式：簡單IP和移動(dòng)IP。
MS--移動(dòng)臺(tái)
VLR--訪問位置寄存器
RN--無線網(wǎng)絡(luò)
HLR--歸屬位置寄存器
PDSN--分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)
RADIUS--遠(yuǎn)程撥號(hào)接入用戶服務(wù)
FA--外地代理
HA--歸屬代理
RADIUS Broker--中間服務(wù)器
PCF--分組控制單元
如圖2所示，采用移動(dòng)IP技術(shù)的cdma2000 1x系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖中，VLR和HLR是傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)的組成部分，經(jīng)過適當(dāng)?shù)能浻布?jí)，成為第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)中核心網(wǎng)的電路交換部分。PDSN，PCF，RADIUS，HA是為了支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而增加的功能實(shí)體，構(gòu)成了核心網(wǎng)分組域部分。其中：
*PCF
主要負(fù)責(zé)與BSC、MSC配合將分組數(shù)據(jù)用戶接入到PDSN上。根據(jù)cdma2000標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，無線系統(tǒng)(BSS)通過A8和A9接口與PCF連接，PDSN與PCF的接口為A10/A11，移動(dòng)用戶通過以上接口建立與PDSN數(shù)據(jù)應(yīng)用的連接，PCF具有建立維護(hù)終止與PDSN的兩層鏈路連接(PPP)，管理無線資源、路由選擇、緩沖分組數(shù)據(jù)等功能。
*PSDN
連接無線網(wǎng)絡(luò)RN和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)。主要功能提供移動(dòng)IP服務(wù)，使用戶可以訪問分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。PDSN作為移動(dòng)IP技術(shù)中的外地代理(FA)，負(fù)責(zé)登記、計(jì)費(fèi)和轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)等工作。
*FA
在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP時(shí)，PDSN另一個(gè)角色是作為移動(dòng)臺(tái)的外地代理，為移動(dòng)臺(tái)提供臨時(shí)轉(zhuǎn)交地址和進(jìn)行IP選路。對(duì)于發(fā)往移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)，F(xiàn)A從HA中提取IP數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)臺(tái)。對(duì)于移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)，F(xiàn)A可作為一個(gè)缺省的路由器，利用反向隧道發(fā)往HA。
*HA
HA(家鄉(xiāng)代理)是MS在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)中的路由器，負(fù)責(zé)維護(hù)MS的當(dāng)前位置信息，建立MS的家鄉(xiāng)地址和轉(zhuǎn)交地址的綁定關(guān)系，也是隧道的起點(diǎn)。為了支持移動(dòng)IP技術(shù)，cdma2000 1x系統(tǒng)必須增加家鄉(xiāng)代理(HA)功能單元，通過隧道負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶的分組數(shù)據(jù)，同時(shí)也負(fù)責(zé)對(duì)這些分組數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作。
*RADIUS服務(wù)器
主要負(fù)責(zé)完成鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、授權(quán)服務(wù)(AAA服務(wù))。
3.2 簡單IP和移動(dòng)IP技術(shù)比較
簡單IP和移動(dòng)IP技術(shù)各有自己的特點(diǎn)及適用范圍。
簡單IP技術(shù)類似于撥號(hào)上網(wǎng)，每次給移動(dòng)臺(tái)分配的IP地址是動(dòng)態(tài)可變的，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)作為主叫的分組數(shù)據(jù)呼叫，協(xié)議簡單，容易實(shí)現(xiàn)，能提供目前撥號(hào)上網(wǎng)所能提供的全部分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但移動(dòng)主機(jī)的IP地址僅具有鏈路層的移動(dòng)性，僅在PDSN服務(wù)區(qū)內(nèi)有效，跨PDSN切換時(shí)需要中斷正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信。
移動(dòng)IP技術(shù)使移動(dòng)臺(tái)可以以一個(gè)永久家鄉(xiāng)IP地址連接到任何外部網(wǎng)中，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)作為主叫或被叫時(shí)的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信，并保證移動(dòng)臺(tái)在PDSN間切換時(shí)仍保持正在進(jìn)行的通信。
相對(duì)于簡單IP，移動(dòng)IP主要具有兩方面的優(yōu)勢：
(1)移動(dòng)用戶可作為被叫，使用固定的家鄉(xiāng)地址實(shí)現(xiàn)真正的永遠(yuǎn)在線和自由移動(dòng)，這便于因特網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)和移動(dòng)通信運(yùn)營商之間開展豐富的PUSH業(yè)務(wù)(廣告、新聞、話費(fèi)通知等)以及提供非實(shí)時(shí)性多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
(2)移動(dòng)IP提供了安全的虛擬專網(wǎng)(VPN)機(jī)制，無論何時(shí)、何地移動(dòng)用戶都可以通過隧道與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，而不需要修改任何有關(guān)IP參數(shù)。
4、基于移動(dòng)IP的cdma2000 1x系統(tǒng)協(xié)議結(jié)構(gòu)
在cdma2000 1x系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)IP技術(shù)，為用戶提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不僅需要組建硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還需要相應(yīng)協(xié)議軟件的支持。
PCF和PDSN間的無線包數(shù)據(jù)R-P接口，屬于A接口的一部分，又稱A10和All，承載PPP(點(diǎn)到點(diǎn))協(xié)議，完成無線信道和有線信道的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
RN包括基站控制器(BSC)、基站(BTS)和分組控制功能模塊(PCF)，構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。
移動(dòng)主機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)(RN)的接口，即空中接口。由無線鏈路、MAC、LAC、PPP和IP層組成，其中MAC為媒體接入控制，主要完成各邏輯信道上多種業(yè)務(wù)的復(fù)用和QOS控制等功能；LAC為鏈路接入控制，主要功能是保證系統(tǒng)控制信令消息的正確傳輸；無線鏈路完成各種物理信道的處理，包括無線信道的數(shù)據(jù)編解碼和調(diào)制解調(diào)等過程。MAC、LAC和空中接口組成無線信道。
從數(shù)據(jù)通信的角度來看，PDSN和HA具備路由器的功能。HA和PDSN間的通信協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，采用隧道技術(shù)保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。根據(jù)移動(dòng)IP的規(guī)定，隧道的終點(diǎn)可設(shè)置在移動(dòng)主機(jī)，也可設(shè)置在外部代理(PDSN)，但在cdma20001X系統(tǒng)將隧道的終點(diǎn)設(shè)置存PDSN(即外部代理)。這是因?yàn)樗淼兰夹g(shù)本身需要數(shù)據(jù)報(bào)的重新封裝，從而增加傳送的額外負(fù)荷，這對(duì)無線資源有限的無線信道來說是不利的，考慮到在無線信道編碼過程中已采用可靠的加密算法，因而不需要使用隧道技術(shù)提供的安全手段。
5、移動(dòng)IP在cdma2000 1x系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)步驟
在cdma2000 1x系統(tǒng)中通過分組域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組建和協(xié)議的設(shè)置，為移動(dòng)IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供軟硬件的支持。在cdma2000 lx系統(tǒng)中移動(dòng)IP技術(shù)的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
(1)在MS與PDSN之間通過A8/A9和A10/A11接口，建立一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，PPP)鏈路。
(2)PDSN/FA通過PPP鏈路和BSS進(jìn)行代理廣播。
(3)MS收到代理廣播消息之后確定目前所處位置。
(4)當(dāng)MS確定已經(jīng)漫游到外地網(wǎng)絡(luò)中，則從外地網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)臨時(shí)的轉(zhuǎn)交地址。
(5)在外地網(wǎng)絡(luò)的MS用轉(zhuǎn)交地址向HA進(jìn)行注冊(cè)。
(6)所有發(fā)送至MS的分組數(shù)據(jù)均被HA截獲，然后通過隧道送至MS轉(zhuǎn)交地址(PDSN)，在隧道終點(diǎn)解封，將分組數(shù)據(jù)送至MS。
(7)對(duì)于MS發(fā)出的分組數(shù)據(jù)可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IP路由尋址，無需經(jīng)過HA轉(zhuǎn)發(fā)。
(8)一個(gè)PDSN可以通過多個(gè)PCF與多個(gè)無線接入網(wǎng)相連，當(dāng)MS在同一個(gè)PDSN/FA內(nèi)切換或漫游時(shí)，PDSN將相應(yīng)切換至相應(yīng)PCF，當(dāng)MS存PDSN間切換時(shí)，首先切換物理信道，MS通過新物理信道建立新的PDSN。
6、結(jié)束語
通過蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)接入Internet已成為第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究的關(guān)鍵課題之一，在IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定，第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)必須支持移動(dòng)IP分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。作為3G標(biāo)準(zhǔn)之一，cdma2000 分組網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立在傳統(tǒng)IP技術(shù)基礎(chǔ)上，充分利用了TCP/IP領(lǐng)域已取得的成果，是一種頗具特色的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在cdma2000 1x系統(tǒng)中采用移動(dòng)IP技術(shù)為移動(dòng)用戶提供高速分組數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)相互融合，為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供新的思路和途徑，日益受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。
