基于802.16接入的端到端切换机制研究.docx

-1-

基于802.16接入的端到端切换机制研究

张巍巍，靳浩，张斌，李雪菲

北京邮电大学通信网络综合技术研究所，北京(100876)

摘要：文章对802.16无线接入网络的端到端切换机制进行了分析研究。在IEEE802.16接入网络中，媒体接入控制层（MAC）定义了标准的切换过程，解决MAC的切换问题。由IETF提出的SIP协议旨在应用层解决用户的移动性问题。本文结合802.16接入网络的特点，使用SIP协议实现端到端切换，提出了网络设计构架，旨在减少切换时延与丢包，仿真工作正在进行中。

关键词：端到端；切换；MobileSIP；802.16

1．引言

随着无线接入技术的发展和人们对高速数据业务要求的不断提高，端到端的网络切换成为接入网络的关键技术之一，如何解决快速移动过程中端到端的切换问题下一代网络服务的核心问题。

IETF提出了面向低速的移动IP标准，试图在网络层支持终端的移动性。同时，IETF也提出了SIP协议，旨在在应用层支持终端移动性。但是它们都存在一定的局限性，对于移动IP，虽然IPv6里面已经集成了MIP-RO(MobileIPRouteOptimized)，但是由于在网络结构和协议栈结构方面作了很大的改动，短期内IPv6不可能被广泛采用。对于SIP协议来说，由于SIP协议是应用层协议，很大的网络时延是阻碍其发展的重要原因。同时，日益发展的多媒体通信业务，如何减小端到端的切换时延是迫切需要解决的问题。

本文首先对已有的切换方案做简单叙述，通过对比各种切换方案的优缺点，提出了一种SIP和802.16跨层切换的思路，最终目的是为了解决IP网络中多媒体会话端到端切换问题，

最大程度地减少切换时的延迟和丢包。

2．802.16网络间切换

为了解决802.16网络间的切换问题，各个国际组织都提出了不同的解决方案，MobileIP主要解决了网络层的切换问题；传统的基于SIP的切换解决了应用层的切换问题；802.16e的MAC层也规定了自己的MAC层切换方案。但是，端到端的网络切换问题始终是一个争论的热点。

本节简单叙述现有切换方案并分析其优缺点。

2.1MobileIP

IETF提出的MobileIP旨在网络层支持终端的移动性[4]。它规定每个移动设备都有两个IP地址，一个为归属地址(HostAddress)就是设备的通讯地址，另一个为转交地址(CareOfAddress)就是设备当前物理地址。移动设备通过家乡代理绑定其转交地址和归属地址，并利用IP隧道方式和对端进行通信。因此MobileIP是一种简单的移动性解决方案，它能够在不改变原来TCP协议栈的基础上支持终端的移动性，但是它需要多占用一倍IP地址，在IPv4环境中不可承受，而且它还存在的“三角路由”和切换时间过长等问题。IPv6里面已经集成了MIP-RO(MobileIPRouteOptimized)，但是由于在网络结构和协议作了很大的改动，短期内不可能被广泛采用。

2.2SIP支持移动性

-2-

SIP(SessionInitiationProtocol)是应用层信令控制协议[1]，用于建立、修改和终止两方或多方多媒体会话，其可通过UDP和TCP传输。

SIP协议有着可扩展性，其对用户的移动性有着很好的支持。移动节点通过DHCP等方式取得新的IP地址，这也是切换时延中的主要部分。SIP中会话重新建立的目的是把移动节点的新的IP地址告诉通信对端。这样通信对端就可以直接与移动节点通信[2]。

目前，3GPP、3GPP2和MWIF等无线组织都已经决定采用SIP作为IP多媒体子系统的工作协议，目标是对基于IP的所有业务提供无处不在的接入，可以预见将来所有的移动设备都会包含一个SIPUA。基于SIP的移动性管理方案主要是利用SIP服务器进行会话前的移动设备定位和SIPre-Invite信令进行会话中移动设备位置更新，实施起来比较简单，只需要在应用层作一些改动，但是它的缺点是如果MH到CH距离过长或者网络拥塞造成关键SIP信令时间过长，就会造成切换延迟过大和严重的丢包，而且不支持非实时业务的移动性。基于SIP实现802.16接入切换的关键问题就是如何减少切换时延以及丢包。

2.3802.16eMAC层切换机制

根据标准的802.16e切换流程[6]，ServingBS会周期性的广播MOB_NBR_ADV消息给

MS。MOB_NBR_ADV消息载负着附近基站的各种信息，包括channel频率、底层channel相关参数和网络服务能力等等。接着，MS会根据自己目前的状态，决定是否更换基站。如