基于MIH的异构移动集成架构

摘 要：在无线异构环境中，无线接入网络的融合将会实现无缝切换，其中包含完成像服务的移动性，垂直切换，共同认证，统一计费/账单，安全机制，服务质量和服务提供等一系列挑战。朝着这个方向，我们的研究旨在为异构网络架构提供完全的集成，并支持合适的网络无缝切换的移动性管理。该文提出的HIP是基于异构无线网络的垂直切换的架构。

关键词：MIH HIP 移动性管理 异构无线网络

中图分类号：TP915 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0029-02

下一代移动网络将包括多种无线接入技术，如WiMAX，WLAN和无缝集成的蜂窝系统。在未来，无线设备将具有多个异构接口，因此移动用户将能够在这些异构无线网络中实现不间断连接。当移动用户从一个无线接入网络移动到另一个无线网络，这种网络交换服务就会发生。为了通过促进异构无线网络之间的切换，以提高移动用户的体验，IEEE802.21工作组批准了媒体独立切换（MIH）标准[1]。MIH框架提供了通用的接口，并提供链路层和其他相关的网络信息给上层。此外，移动性管理是移动通信中最重要的问题之一，它影响到整个移动网络的效率。要达到真正的移动性，可以通过移动性管理协议来实现，包含应用层的会话发起协议（SIP）和网络层的移动IP（MIP）协议。同时，该协议能提高异构无线网络集成的效率。然而，使用SIP需要更多的切换信息。此外，MIP将导致通信延迟。由于SIP和MIP存在这些缺点，所以，由互联网工程任务组（IETF）定义的主机标识协议（HIP）已成为提供移动服务的可行解决方案[2]。

该文提供了异构移动集成架构和利用MIH的异构无线网络的基于HIP的垂直切换思想。此外，Diameter协议被用于注册用户的身份验证。

1 相关工作

1.1 MIH（Media Independent Handover）

MIH（媒体独立切换）是由IEEE为了便于越区切换和互操作，在IEEE802技术中引入的，它包括有线网络和无线网络。它也支持IEEE802和非IEEE802技术之间的越区切换。用户可以通过它的配置文件设置网络环境，然后启用网络选择机制来选择合适的环境。MIH功能提供了三种类型的服务：MIES（媒体无关的事件服务），MICS（媒体无关的命令服务）和MIIS（介质无关信息服务）。此外，MIH为移动性管理协议栈和现有媒体特定的链路层用户提供了一个统一的接口[3]。

MIH功能（MIHF）是MIH框架的主要组成部分。MIHF为上层提供独立于底层接入技术的统一的接口。MIHF定义异步和同步服务，以提高异构接入链路和服务接入点（SAPs）之间的切换。它是下层和上层之间的接口。

1.2 HIP（Host Identity Protocol）

在当前的因特网中，主机通过IP地址被标识。IP地址描述了主机在网络中的拓扑位置，并在主机标识。HIP是一项为解决IP地址的这种过载行为的协议。HIP引入了一个新的加密空间，主机标识的命名空间。IP地址，只用于路由目的，不用于识别该主机。此外，每当移动用户改变访问网络时，它们必须在新的接入网络中被认证和授权访问资源[4]。出于这个原因，Diameter协议是由IETF开发并提供的一个AAA（认证，授权和计费）的相关机制。相对于早期的AAA协议，Diameter协议具有几个优点。例如，RADIUS提供改进的可靠性，安全性，可扩展性和灵活性等方面。Diameter协议包括基本协议和各种应用协议，如NAS（网络接入服务器）应用程序，移动IP和CMS（加密消息语法的安全性）等。

Diameter基础协议定义了在各种应用中使用的相同功能，并提供了可靠的信息传输和错误处理服务的基本机制。为了保护信息，它支持IPSec（Internet协议安全性）或TLS（传输层安全）。另一方面，Diameter NAS应用描述了Diameter服务器和网络访问服务器认证过程的细节[5]。我们在该架构中利用Diameter基础协议为AAA运作提供服务。

为了能够到达移动主机，HIP移动主机可以修改自己的IP地址。最初的IP地址必须存储在某个地方。RVS（会合服务器）就是为解决这个问题而被设计的。为了具有可移动性，每个主机都必须注册到自己的RVS服务器。该服务器必须对移动主机的最新IP地址进行更新[6]。

2 异构型移动集成架构

为了满足异构无线网络的无缝的移动性，我们提出了利用HIP移动性管理协议中的MIH构成的新型的移动异构集成架构[7]，如图1所示。

移动节点（MN）具备WiFi，WiMAX和E-UTRAN网络接口，支持MIHF和移动性。通信节点（CN）具有IEEE802.3标准的网络接口。此外，许多不同的接入网络，如WiFi，WiMAX和E-UTRAN，通过不同的接口被连接到基于IP技术的一个共同的核心网。所有3GPP网络通过服务网关S-GW1连接，并且所有的非3GPP网络通过S-GW2连接。

WiMAX网络被认为是信任的非3GPP接入，直接连接到S-GW2。另一方面，WiFi网络，被认为是不可信的访问先连接到演进的分组数据网关（ePDG），然后再连接到S-GW2。对E-UTRAN来说， S-GW1直接连接到它。移动性管理实体（MME）在结构中被结合，用于处理控制功能。对于不信任的非3GPP接入，ePDG通过它自身和MN之间的IPSec通道保护MN到EPC的接入。接入网的所有数据路径都与P-GW相连接，其中集成了如包过滤，QoS监管，截留，收费和IP地址分配和路由流量控制的功能。此外，EPC还包含网络控制实体用以保存用户签约信息，确定用户的身份和权限，并跟踪他/她的活动，并执行经由策略计费和QoS策略和计费规则功能（PCRF）。

为了实现该架构的无缝切换，在网络元素中需要基于IEEE802.21协议的额外的功能。MIH功能放置在移动节点（MN），无线接入网络（MIH POSS），和运营商的IP网络（MIIS服务器）。此外，由于移动性管理是基于HIP的，为了处理MN的IP地址，会合服务器（RVS）放置在操作者的IP网络中。

3 结语

在该文中，我们提出了一个综合的体系结构来实现异构无线网络之间的无缝移动性。我们的想法是基于MIH的HIP移动性管理协议。MIH提供异构无线网络之间的通用接口和协商机制。我们用HIP的移动管理解决移动性和多归属的问题。此外，Diameter协议被用于注册用户的身份验证。我们希望该架构可实现异构无线网络和性能的改善之间的无缝移动性。

今后，我们应该在异构无线网络中设计一个完整的切换执行机制。切换过程将利用MIH框架和复合HIP协议。Diameter协议将解决AAA问题。

参考文献

[1] IEEE P802.21/D14.Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks：Media Independent Handover Services.2008.

[2] R.Moskowitz.Host Identity Protocol.RFC 5201，2008.

[3] R.Moskowitz.Host Identity Protocol（HIP） Architecture.RFC 4423，2006.

[4] P.Calhoun.Diameter base protocol.RFC 3588，2003.

[5] P.Calhoun.Diameter Network Access Server Application.RFC 4005，2005.

[6] J.Laganier.Host Identity Protocol（HIP）Rendezvous Extension.RFC 5204，2008.

[7] George Lampropoulos.Media-Independent Handover for Seamless Service Provision in Heterogeneous Network.IEEE Commun.Mag.，2008.