移动WiMAX网络的移动IP机制分析龙 彪（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）摘 要 移动IP是移动WiMAX核心网络中的关键技术本文分别从Client Mobile IP（CMIP）和Proxy Mobile IP（PMIP）两种方式阐述移动IP在移动WiMAX网络中的实现原理，并对这两种方式进行了比较分析,最后从移动WiMAX网络运营的角度，对移动IP的具体实现进行了探讨并提出建议关键词 移动WiMAX网络；移动IP；网络运营1 概述WiMAX（worldwide interoperability for microwave access）是一种无线城域网宽带技术，主要用于为家庭、企业提供最后1 km高速宽带接入以及将来的个人移动通信业务IEEE 802.16 a/d/e是WiMAX空中接口系列标准，其对物理层和MAC层进行了明确定义，但主要涉及无线接入侧，网络侧没有给出解决方案因此，WiMAX论坛成立了网络工作组（NWG），在IEEE 802.16的基础上为固定、游牧、便携和移动应用下的WiMAX系统定义了网络架构和参考模型本文对NWG定义的移动WiMAX网络架构下两种移动IP技术的实现方式及差异性进行了分析，并对其在移动WiMAX网络中的应用提出了建议。
2 移动WiMAX网络架构及主要接口移动WiMAX网络架构的参考模型如图1所示（实线部分为承载平面，虚线部分为控制平面），其主要包括MS/SS（移动终端）、ASN（接入服务网络）和CSN（连接服务网络）3大逻辑实体，这些逻辑实体支持如下功能接口· R1接口：MS与ASN之间的空中接口，满足IEEE 802.16-2005规范· R2接口：MS与CSN之间的逻辑接口，提供鉴权、业务授权以及主机的IP配置等功能· R3接口：ASN和CSN之间的互操作接口，包括控制平面和承载平面，控制平面包含RADIUS消息和移动IP的控制消息· R4接口：ASN之间的互操作接口，包含控制平面和承载平面，控制平面包括无线资源信息交互和跨ASN之间的切换控制· R5接口：拜访CSN和归属CSN之间的互操作接口，在漫游情况下，拜访CSN充当AAA代理功能图1中的NAP（网络接入提供者）可拥有一个或多个ASN，可为一个或多个NSP（网络业务提供者）提供WiMAX无线接入，NSP的设备都在一个CSN内，可为用户提供IP连接和WiMAX业务从用户角度来看，NSP可以分为归属NSP（H-NSP）和拜访NSP（V-NSP）。
3 移动IP技术简介简单IP不支持ASN间无缝移动，跨ASN漫游时需重新获得IP地址，因此移动IP应运而生，其目的是为了使移动节点在改变网络接入点时，不改变其IP地址，能够在移动过程中保持通信的连续性，从而对上层协议保持透明性，与其他移动节点或不具有移动IP功能的节点能够进行正常的通信移动IP的基本实体及主要术语如下：· HA（home agent，家乡代理）：代表移动节点（在远程时）执行移动功能的实体· FA（foreign agent，外地代理）：移动节点所访问网络中代表移动节点执行移动功能的实体· HoA (home address，家乡地址)：用于和移动节点联系的在家乡网络中的地址· CoA (care of address，转交地址)：移动节点在所访问网络中的地址，CoA又可以分为FA CoA（外地代理转交地址）和Co-located CoA（联合转交地址），FA CoA是指移动节点所注册的FA的一个地址，Co-located CoA是指移动节点额外获得的和其一个网络接口所关联的本地地址总而言之，移动IP建立起了HoA与CoA的对应关系以及家乡网络与外地网络的路由关系IETF制定了移动IP标准，按照地址类型，可将MIP分为MIPv6与MIPv4。
IPv6与IPv4在IP地址的分配和管理方面很相似，如均采用DHCP（v4或v6）进行地址分配，但在一些IP功能实现上有较大的差别，如移动IP在MIPv6网络中不需要FA并且支持路由优化等功能，在NWG 阶段2文档中对此有一定的描述，本文以下所讨论的移动IP均指MIPv44 移动WiMAX网络中移动IP的实现方式在cdma2000网络中，移动IP只有一种传统的实现方式，而在移动WiMAX网络中，根据完成移动IP客户端功能的网元的不同，WiMAX论坛定义了CMIP和PMIP两种移动IP实现方式4.1 CMIP在移动WiMAX网络中的注册过程CMIP即传统的移动IP实现方式它的MIP客户端驻留在移动终端上，由移动终端实现移动IP的注册和定期更新，在发生跨子网切换时，由移动终端发起MIP的重新注册CMIP的注册过程如图2所示CMIP经过以下8个步骤完成注册：（1）MS进行接入鉴权；（2）在MS与AAA完成鉴权过程后，MS从FA的代理广播消息中获取CoA；（3）～（4）MS发起MIP注册请求，通过FA转发到HA；（5）～（6）HA从AAA中获取与终端的共享密钥；（7）～（8）HA把 HoA和CoA绑定，再通过MIP注册响应消息把HoA返回给MS。
4.2 PMIP在移动WiMAX网络中的注册过程PMIP是对CMIP实现方式进行了改进，不同厂商的实现方案中MIP客户端所处的位置可能有所不同，但MIP的实现流程是相同的假设由FA实现DHCP代理功能，其注册过程如图3所示PMIP经过以下7个步骤完成注册：（1）MS进行接入鉴权；（2）在MS与AAA完成鉴权过程后，MS触发DHCP流程以获取IP配置信息；（3）FA中的DHCP Proxy收到DHCP发现消息后，FA作为MIP的客户端发起MIP注册过程；（4）HA给FA发送移动IP注册应答消息；（5）FA通过DHCP消息把HoA带给MS；（6）MS获得HoA后，向FA发送DHCP请求消息；（7）FA返回DHCP响应消息4.3 涉及移动IP的切换过程若MS的切换过程涉及AGW（接入网关）或FA的改变（R3切换），则系统会触发移动IP过程来保证IP层连接的连续性在移动WiMAX网络中，当MS移动到新区域使用新的AGW时，系统采用移动IP技术来实现三层（相对物理层和MAC层）切换的平滑处理，避免将上层发送给MS的数据包仍发往旧的AGW当服务MS的AGW发生变更后，MIP客户端会发起移动IP的注册过程，通知HA改变MIP客户端和CoA的绑定关系，并建立从HA到FA的隧道，从而发往切换终端的数据包便会从新的AGW转发到终端。
4.4 CMIP与PMIP的差异分析CMIP与PMIP的差异见表1CMIP的MIP客户端功能由WiMAX终端实现，这种方式下终端的成本和复杂性会有一定的增加，但对网络侧设备的要求相对较低；而PMIP的MIP客户端的功能由某个网元代替终端来完成（一般是FA，有些厂商采取网关和FA合设方式），这种实现方式降低了对WiMAX终端的要求，但需要网络侧设备做某些特定的处理 在CMIP实现方式下，空中接口需要传输信令（如注册信令），因此需要占用较多的空中接口资源，同时增加了网络被攻击的可能性；而在PMIP实现方式下，MIP客户端在网络侧，空中接口无需传输信令，隐藏了用户的信令端点，因此安全性较高5 网络运营建议随着IP网络的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，IPv4地址空间的不足必将影响网络的进一步发展，因此必须合理规划IP地址可用的公有地址数量有限，而可用的私有地址数量却非常多，合理地使用私有地址是解决地址数量不足的有效手段1）家乡地址分配建议HoA使用公有地址还是私有地址，应根据用户业务的特点来确定，有特殊需求的用户，分配公有地址，普通用户分配私有地址，再结合NAT/PAT方式进行网络访问，通过NAT技术使用私有地址来节约公有地址的使用。
2）转交地址使用建议当转交地址采用Co-located CoA方式时，需要建立HA到移动主机的隧道，而且在无线部分需要IP封装，存在比较大的开销；当采用FA CoA方式时，只需建立HA到FA的隧道，因而可以节省无线空中接口资源对于移动WiMAX网络，无线空中接口资源是网络性能的瓶颈，因此建议采用FA CoA方式，而且目前WiMAX核心网标准也只支持使用FA CoA地址3）移动IP实现方式建议CMIP简化了对网络设备的要求，但要求终端具有移动IP的处理能力；PMIP则简化了对终端的要求（普通终端即可），但需要网络侧设备（如FA）增加移动IP的代理功能当前的WiMAX终端基本不支持CMIP实现方式针对目前设备的情况，进行网络部署时，初期采用PMIP实现方式，中后期可采用CMIP方式，实现与其他技术网络（如3GPP2网络）的互操作，从而简化对现有网络的影响对于PMIP和CMIP共存，WiMAX论坛NWG工作组正在做这方面的深入研究6 结束语网络IP化是移动通信网络发展的趋势，移动IP机制则是移动WiMAX网络实现基于IP的移动性管理的关键本文对CMIP和PMIP在WiMAX网络的实现机制进行了分析和比较，并针对现状从网络运营的角度对家乡地址的分配、转交地址的使用和移动IP的实现方式提出了建议，为将来基于移动IP的WiMAX网络运营提供了参考依据。
参考文献1 WiMAX end to end network systems architecture-stage 2:architecture tenets. Reference model and reference points. WiMAX Forum，20052 胡乐明，胡宇，曹磊等．WiMAX技术发展与应用分析.电信科学, 2005（10）3 付建军. WiMAX切换实现和对业务影响的评估. 通信世界, 2007（33）4 IETF RFC 3344. IP mobility support for IPv4, 2002Analysis of Mobile IP in Mobile WiMAX NetworkLong Biao(Guangdong Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)Abstract Mobile IP is one of the key technologies in mobile WiMAX network. The principles of MIP for mobile WiMAX network are introduced in two implement ways: client MIP and proxy MIP. In addition, these two ways are also compared and analyzed. Finally, in terms of network operation, discussions and proposals are given to MIP implement for mobile WiMAX network.Key words mobile WiMAX network, mobile IP, network operation。