WiMAX接入网关移动性管理研究及实现

论文摘要

WiMAX是基于IEEE802.16系列标准的宽带无线接入城域网技术,其初衷是提供在城域网多厂商环境下,点对多点的宽带无线接入。它具有标准化、技术成熟、传输速度快、覆盖范围广、良好的抗雨衰性能、组网灵活的等优点,能够提供高速宽带数据传输和高移动性管理。研究WiMAX网络层架构中移动切换技术有助于WiMAX网络的组网和部署。基于WiMAX论坛中颁发的End-to-End Network Syetems Architecture Stage 2与Stage 3标准,本论文设计和实现WiMAX网关的切换管理并提出一种实现快速切换的机制。具体研究工作如下:（1）根据WiMAX网络标准进行调研,重点分析ASN-GW功能实体以及内部各个模块的作用,写出切换模块和Context模块的需求分析。（2）根据需求分析,设计程序流程图并写出功能函数。讨论该模块与其它模块通信的接口,确定接口内容并写出接口函数和相关参数。从而完成切换模块和上下文模块的概要设计。（3）基于Linux系统编写和调试切换模块和上下文模块的软件程序。利用BS模拟器充当基站,同时搭建HA和AAA Server环境,然后运行编写的网关程序,进行功能测试和压力测试。同时利用Wireshark抓包软件验证切换模块和上下文模块的消息流程。分析和研究WiMAX切换管理和降低切换时延是本文的研究重点。根据WiMAX网络协议,本文实现了网关的切换管理。其创新点有二:一是选择PMIP Client和DHCP Relay组合方式实现网关的MIPv4注册流程。采用DHCP Relay方式把IP的分发和管理交给DHCP Server。采用PMIP Client方式把MIP注册客户端放在网关中实现,减少了MS的设计复杂性,便于MS的推广普及。二是为了降低切换时延,提出把上下文传输协议和认证过程结合起来的机制。该机制是在入网的时候利用Context模块保存AK、MSK以及MIPPK等密钥信息。MS网间切换导致重入网继而发生重认证时,根据密钥生命期控制认证次数,避免不必要的重认证或者二次认证,从而降低了切换认证时延。抓图分析表明,本设计实现了WiMAX网关的切换管理模块的控制流程。当MS进行跨网关切换时,采用本设计提出的机制,能降低至少0.42s的认证时延,从而优化了切换性能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究的目的与意义
• 1.4 论文内容安排与创新点
• 2 WiMAX 网络体系
• 2.1 WiMAX 网络体系架构
• 2.2 MS 解决方案以及ASN 和CSN 功能实体概述
• 2.2.1 终端系统解决方案
• 2.2.2 ASN 的功能概述
• 2.2.3 CSN 的功能概述
• 2.3 AGW 功能实体概述
• 2.3.1 统一接入认证
• 2.3.2 应用层流量控制和QoS 保障
• 2.3.3 移动性管理
• 2.4 AGW 具备的详细功能
• 2.5 WiMAX 网络实体之间协议栈介绍
• 2.5.1 空口协议栈
• 2.5.2 网络层MIP 协议
• 2.5.3 PKMv2 协议
• 2.5.4 EAP 认证协议
• 2.5.5 数据通道的GRE 协议
• 2.6 小结
• 3 WiMAX 网络的移动切换
• 3.1 概述
• 3.2 WiMAX 切换处理流程
• 3.2.1 MS 系统内切换流程
• 3.2.2 MS 系统间切换流程
• 3.2.3 切换中的认证者重置
• 3.2.4 切换中的计费
• 3.3 系统软件总体结构
• 3.4 切换流程方案设计
• 3.4.1 切换功能模块设计
• 3.4.2 消息定义
• 3.5 测试验证及性能分析
• 3.5.1 测试环境搭建
• 3.5.2 实时截图及分析
• 3.6 小结
• 4 改进切换认证时延的机制
• 4.1 WiMAX 网络的AAA 协议
• 4.2 MS 初始入网的认证过程
• 4.3 WiMAX 网络的上下文分析
• 4.4 Context 模块的设计与实现
• 4.5 测试验证及性能分析
• 4.6 小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录