移动IP技术在CDMA2000通信中的技术应用及实现

2011-04-15 17:19:15来源: 互联网
移动IP是实现网络终端设备在全球漫游的关键技术,移动IP技术使用户(移动终端)接入外地网络时,不修改其原有IP地址即可实现原有网络的应用,突破TCP/IP协议不支持网络设备移动的限制,实现移动终端在全球网络范围内自由移动。本文主要分析了移动IP技术在CDMA 2000通信中的应用和关键技术实现,介绍了代理移动IP技术和内容计费等新技术。

  1 移动IP在CDMA2000中的应用

  1.1 基于移动IP的网络参考模型

  CDMA2000为三大3G标准之一,除传统的语音通信外,还支持高速数据业务。CDMA2000核心网可向移动用户提供基于简单IP的公网/专网接入业务和基于移动IP的公网/专网接入业务。图1为基于移动IP的网络参考模型。

  


  1.2 网络关键设备介绍

  基于移动IP的CDMA2000分组核心网络包括分组控制功能(PCF)、分组数据服务节点(PDSN)、认证授权和计费(AAA)以及本地代理(HA)。

  PCF主要用于建立、维护和终止链路层到PDSN的连接,与无线资源控制共同请求和管理无线资源,以便在移动台之间转发数据包:

  PDSN主要用于建立、维护和终止链路层与移动台的PPP会话,执行对移动用户分组数据会话的认证、授权和计费,将移动台的IP地址映射成唯一的链路层连接或标识,按照QoS要求标记并处理数据包。PDSN还增加FA功能,负责提供隧道出口,并将数据解封装,发往移动台;

  AAA负责管理用户,包括用户权限、开通业务等信息。目前AAA采用的主要协议为RADIUS,因此也可以成为RADIUS服务器;

  HA负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户,并实现PDSN之间的宏移动管理。PDSN通过R-P接口连至无线网络(RN)。移动终端与PDSN之间的链路层协议采用PPP协议,网络层协议则采用IP。

  1.3 代理移动IP引入

  移动IP解决了简单IP在移动寻址、跨PDSN切换等方面的缺陷,但对移动终端有较高的要求。移动终端要支持移动IP,则需要增加额外的软件来处理移动IP相关信令以完成移动IP注册,基于以上考虑,各CDMA2000通信设备生产商和运营商开始考虑代理移动IP(Proxy Moblle IP,简称PMIP)方案,这使得只支持简单IP的移动终端也可以使用移动IP业务。

  当用户接入PDSN时,在PPP Session建立阶段,由PDSN通过去AAA鉴权或本地配置来判断用户是否为代理移动IP用户,并收集进行移动IP注册所需要的信息,然后由PDSN代替移动终端向HA发起移动IP注册请求,向HA注册,如果注册成功,则在IPCP协商阶段将HA或者AAA分配的地址分配给用户,在PDSN和HA之间会建立一个隧道,进行下行数据的转发,根据需要也可以建立反向隧道,代理移动IP用户的数据面处理和普通移动IP用户一致。

  在代理移动IP场景下,PDSN将代替手机移动终端完成移动IP的注册、更新和维护操作,无须移动终端介入处理移动IP信令。

  代理移动IP比普通移动IP本身有着更多的优势,是在网络部署时需要考虑的一种方案。

  2 移动IP关键技术

  2.1 NAI的使用

  网络接入标识NAI在RFC2486中定义,目的是支持拨号用户的漫游,其格式为NAI=username/(usemame“@”realm)。NAI用于确定用户的本地鉴权服务器,简单IP中应用于PPP的鉴权阶段。

  在Mobile IP中,一般PPP无CHAP过程,使用注册请求消息中的MN NAI扩展来标识用户。RFC2794定义了一种移动IP扩展:Mobile Node NAI Extension,此扩展也是在移动IP注册请求消息中必须要携带的扩展。PDSN在收到移动IP注册请求后,从中提出MN NAI扩展,然后使用Radius协议对移动终端进行鉴权。

  对于代理移动IP,用户的属性在AAA上基于NAI或者realm配置,简单IP用户到AAA鉴权时,AAA鉴权应答返回用户授权信息,PDSN设备可以处理移动IP业务。

  由于不同的移动终端可以使用相同的NAI,NAI不是唯用户的标识,可以配合IMSI扩展共同标识用户。

  2.2 鉴权认证

  移动IP用户在PPP协商阶段不到AAA鉴权,移动IP注册请求消息中携带各种认证扩展来实现各种安全认证。

  PDSN设备可以集成FA功能,移动IP用户入网时,FA可以强制通过FAAA到HAAA对用户进行安全认证(此种场景出现在用户处于外地网络时,当处于归属网络时,PDSN可以直接将认证消息发送给HAAA,不需要通过FAAA做代理),HA设备在处理移动IP注册请求信令时,可以选择到HAAA进行二次认证,移动IP信令刷新时,可以不再去HAAA进行认证,重复认证对HAAA的信令处理能力要求较高,并且多次认证对用户的接入时延也有一定的影响,所以,配置用户的认证策略时需要综合考虑。

  代理移动IP用户在PPP协商阶段的流程同普通的简单IP用户,PPP阶段需要对AAA进行认证,PDSN/FA根据AAA鉴权应答授权的信息或者本地配置的策略为移动终端直接发送移动IP注册消息给HA,此时,HA设备可以选择到AAA进行二次认证,处理机制同普通的移动IP用户。

  2.3 隧道技术及数据路由

  隧道技术在移动IP中非常重要。移动IP使用IP in IP封装,最小封装和通用路由封装(GRE)3种隧道技术。

  1)IP in IP封装 由RFC2003定义,用于将IPv4包放在另一个IPv4包的净荷部分。它在原始IPv4数据包的现有报头前插入了一个外层IP报头,外层IP报头中的源地址和目的地址分别标识隧道中的两个边界节点。内层IP报头(即原始IPv4数据包头)中的源地址和目的地址分别标识原始数据包的发送节点和接收节点。采用IP in IP封装的隧道对穿过的数据包来说,犹如一条虚拟链路。移动IP要求本地代理和外地代理IP in IP封装,以实现从归属代理到转交地址的隧道。

  2)IP的最小封装 由RFC2004定义,是移动IP中的一种可选隧道方式。目的是减少实现隧道所需的额外字节数,通过去掉IP in IP封装中的内层IP报头和外层IP报头的冗余部分完成。与IP in IP相比,它可节省字节(一般8字节)。但使用这种隧道技术有一个前提,就是原始的数据包不能已经被分片,因为IP的最小封装技术在新的IP报头和净荷之间插入了一个最小转发报头,它不保存有关分片的情况。在隧道内的每台路由器上,由于原始包的生存时间阈值都会减小,以使得本地代理采用最小封装时,移动终端不可到达的概率增大。故最小封装为不推荐使用。

  3)通用路由封装 由RFC170l定义,是移动IP采用的最后一种隧道技术。除了IP协议外,GRE还支持其他网络层协议,它允许一种协议的数据包封装在另一种协议数据包的净荷中。在某些应用中,GRE防止递归封装的机制也非常有竞争力。由于GRE为一种三层VPN协议,CRE头可以携带扩展的Keyr和Sequence Number对数据报文进行标识,所以此种数据封装方式灵活性较高,在代理移动IP应用场景中,设备可以直接使用这种数据封装(代理移动IP也可以根据配置决定使用哪种数据封装方式,普通移动IP还是需要通过协商使用某种数据封装)。

  4)数据路由 移动IP用户下行数据必须经过HA进行转发,移动IP用户的上行数据转发分为2种情况:普通路由和反向隧道。①普通路由方式:移动终端访问业务服务器,上行数据由PDSN/FA转发至业务服务器;②反向隧道方式:移动终端访问业务服务器,上行数据由PDSN/FA转发至HA,HA再转发给业务服务器。这两种数据转发方式的使用取决于移动IP信令协商的结果,在大多数的应用场景中,移动终端获取的IP地址均为私网地址,所以数据转发必须使用反向隧道方式。不同的数据转发方式对计费点的选择也有一定的影响。

  2.4 计费方案

  2.4.1 3GPP2后付费

  由RFC2868和3GPP2 X.S0011-005协议定义的后付费计费方式是比较简单的一种方式,分组计费数据的采集分为两部分:无线数据的采集,通过RN;IP网络数据的采集,通过PDSN。在一个用户会话期间(或者一个A10连接期间),PDSN汇总两部分计费数据形成UDR(User Data Record),通过计费消息发往AAA服务器,AAA服务器只是负责将这些信息进行记录,产生话单,对计费信息本身不做任何修改。

  2.4.2 3GPP2预付费

  3GPP2 X.S0011-005-C协议定义了预付费处理机制,目前应用比较广泛的有以下几种方式:基于流量的预付费,基于时长的预付费;基于流量或时长的预付费。预付费在普通简单IP和移动IP应用场景下处理比较简单,但是在多业务应用场景下,涉及到对A10连接和多流进行预付费处理,实现比较复杂。

  2.4.3 内容计费

  内容计费作为一种灵活的计费方式,基于diameter承载,在WCDMA核心网中应用比较广泛,它亦可以应用在CDMA2000系统中,需要在网络环境中增加在线计费系统OCS(Online Charging System)设备,PDSN/FA和HA设备可以作为内容计费网关,增加内容计费处理能力。

  内容计费网关能够有效实施按内容区分的业务流计费功能,参考3GPP/3GPP2标准基于数据流(data traffic flow)的计费功能(区分数据流中所属的业务类型),大大增强了传统的简单基于承载层计费的方法。

内容计费网关应能够对终端用户的流量进行分析,能够根据分析得到不同的信息,譬如3层的IP地址,协议类型:4层的端口以及7层的URL,协议类型等。内容计费网关需要支持在线计费和离线计费2种方式。对于在线计费内容计费网关要与上层计费系统(0CS)进行交互,并根据上层计费系

[1] [2]

关键字:技术  应用  实现

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0415/article_7067.html
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