《電子技術(shù)應(yīng)用》
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專(zhuān)用無(wú)線IP城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要: 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(hù)之間共享的,對(duì)一些特殊部門(mén):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(zhuān)業(yè)部門(mén)難以得到有效應(yīng)用。
Abstract:
Key words :

      1 引言

        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(hù)之間共享的,對(duì)一些特殊部門(mén):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(zhuān)業(yè)部門(mén)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(mén)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(hù)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(hù)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(hù)登錄時(shí),SCC給終端分配IP地址,并記錄用戶(hù)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(lèi)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(hù)標(biāo)識(shí)、用戶(hù)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(hù)的接入基站,修改用戶(hù)狀態(tài),根據(jù)用戶(hù)屬性,為用戶(hù)分配IP地址,并通知對(duì)應(yīng)的BS和終端,完成用戶(hù)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(hù)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(hù)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(hù)狀態(tài),并通知SPC用戶(hù)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(mǎn)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(hù)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(hù),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(zhuān)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。

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