1.2.2. Базовая модель сетей WiMAX IEEE 802.16-2009
Базовая модель (БМ) сети WiMAX — это логическое представление сетевой архитектуры WiMAX. Термин ―логическое‖ в данном случае означает, что модель рассматривает набор стандартных логических функциональных модулей и стандартных интерфейсов (точек сопряжения модулей).
БМ включает три основных элемента: множество абонентских (мобильных) станций (АС), совокупность сетей доступа (ASN, Access Service Network) и совокупность сетей подключения (CSN, Connectivity Service Network). Кроме того, в БМ входят так называемые базовые точки (R1…R8), через которые происходит сопряжение функциональных моду-
лей (рис. 1.5).
Сеть (сети) ASN принадлежит провайдеру сети доступа (NAP, Network Access Provider) — организации, предоставляющей доступ к радиосети для одного или нескольких сервис-провайдеров WiMAX (NSP, Network Service Provider). В свою очередь, сервис-провайдер WiMAX —
организация, предоставляющая IP-соединения и услуги WiMAX конечным абонентам. В рамках данной модели именно сервис-провайдеры WiMAX заключают соглашения с интернет-провайдерами, операторами других сетей доступа, соглашения о роуминге и т. п. Сервис-провайдеры по отношению к абоненту могут быть домашними и гостевыми, каждый со своей сетью CSN.
Сеть доступа ASN представляет собой множество базовых станций беспроводного доступа по стандарту IEEE 802.16 и шлюзов для связи с транспортной IP-сетью (т. е. с локальной или глобальной сетями передачи информации). Фактически эта сеть связывает радиосети IEEE 802.16 и IP-сети. ASN включает как минимум одну БС и как минимум один ASN-шлюз. Но и базовых станций, и шлюзов в одной ASN может быть несколько, причем одна БС может быть логически связана с несколькими шлюзами. БС в рамках данной модели — это логическое устройство, поддерживающее набор протоколов IEEE 802.16 и функции внешнего сопряжения.
19
|
|
Провайдер |
|
Провайдер |
|
|
домашней |
|
гостевой |
|
R2 |
сети СSN |
|
сети СSN |
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
ASN |
СSN |
R5 |
CSN |
АС |
|
|
|
|
R1 |
R3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
R4 |
|
|
|
|
Иная |
Интер- |
|
Интер- |
|
ASN |
нет/медиа- |
|
нет/медиа- |
|
|
сеть |
|
сеть |
|
Провайдер |
|
|
|
|
сети ASN |
Потоки данных |
|
|
|
|
|
||
|
|
Потоки управления |
||
Рис. 1.5. Базовая модель сети WiMAX
Сети ASN отвечают за передачу данных АС на втором логическом уровне и передают служебные и информационные сообщения АС, поступающие от сетей CSN. Состояния готовности к подключению и обеспечение целостного включения в сеть WiMAX для каждой АС накладывает следующие функциональные требования к ASN:
обнаружение сети и выбор предпочитаемого абонентом WiMAX NSP;
подключение АС к сети в соответствии с правилами второго логического уровня IEEE 802.16;
реализация транслирующей функции для организации подключений АС на третьем логическом уровне (выделение IP-адресов);
управление радиоресурсами сети;
управление групповыми и широковещательными рассылками;
поддержка мобильности с привязкой к ASN;
поддержка внешних агентов для мобильности с привязкой к ASN;
20
поддержка туннелей ASN – CSN;
управление персональными вызовами и службами для определения местоположения абонентов;
продвижение данных;
авторизация сервисных потоков;
поддержка уровней QoS;
управление доступом и контроль за соблюдением правил. Перечисленные функции сетей ASN распределяются между БС и
шлюзами ASN в соответствии с профилями, определенными в документе ―Release 1.0‖ форума WiMAX. На сегодняшний момент описано три таких профиля: A, B и C. На рис. 1.6 представлена архитектура профиля С. Все профили обеспечивают функциональную совместимость между CSN и другими ASN через специальные опорные точки.
Профиль В подразумевает полную свободу производителя, ему соответствует как концентрация всех функций в одном устройстве, так и их произвольное распределение. Профили А и С чрезвычайно похожи. Различие состоит в том, что в профиле А функции контроллера радиоресурсов и управления хэндовером отнесены к ASN-шлюзу, а в профиле С — к базовой станции. Несмотря на это незначительное различие, профиль А был официально закрыт в 2007 г. на сессии WiMAX Forum, а общепризнанным стандартом стал профиль С.
Шлюз ASN (шлюз радиоподсети) — это логическое устройство, связывающее базовые станции одной ASN с другими сетями доступа и с сетью подключения CSN. Шлюз ASN обеспечивает связность как на уровне каналов передачи данных, так и на уровне управления. Шлюз ASN может быть представлен как совокупность двух групп функциональных элементов: блока решения (DP, Decision Point) и блока исполнения (EP,
Enforcement Point).
Блок решения шлюза ASN выполняет функции управления инвариантно к виду используемых радио интерфейсов. Шлюз ASN может содержать модуль, управляющий аутентификацией и распределением ключей,
для реализации инфраструктуры AAA (Authentication, Authorisation,
Accounting). Инфраструктура AAA проверяет полномочия пользователей в процессе их подключения или переподключения к сети по алгоритму EAP
21
и создает безопасную среду с разделяемыми между АС и БС ключами. Инфраструктура AAA также отвечает за ведение статистики по абонентам.
ASN |
R3 |
|
Модуль |
Внешний агент |
|
аутентификации |
||
|
||
Модуль |
Модуль управления |
|
распределения ключей |
RRM |
|
Модуль |
Контроллер |
|
распределения |
персональных вызовов |
|
потоков данных |
|
|
|
Модуль авторизации |
|
Контекстный сервер |
сервисных потоков |
|
|
||
Модуль управления |
Шлюз ASN |
|
хэндовером |
||
|
||
|
R6 |
|
Модуль управления |
Контекстный клиент |
|
аутентификацией |
||
BS |
||
|
||
Приемник ключей |
Контроллер RRM |
Модуль
распределения Агент RRM потоков данных
|
Модуль управления |
Контроллер хэндовера |
сервисными потоками |
|
|
|
Агент персональных |
Агент хэндовера |
вызовов |
|
R1
Рис. 1.6. Архитектура профиля С
R4
R8
22
Шлюз ASN реализует управление текущим профилем АС и осуществляет контроль за соблюдением правил CSN. Управление профилем АС включает в себя определение и сохранение аутентификационных данных, параметров безопасности, а также настроек АС, необходимых при переключении АС на другую БС.
В процессе хэндовера шлюз ASN осуществляет переключение канала передачи данных к требуемой БС. Шлюз ASN также обеспечивает целостность передаваемых данных для минимизации задержек распространения и снижения количества потерянных пакетов. Шлюз ASN содержит внешний агент для поддержки хэндовера на третьем логическом уровне и взаимодействия с домашним агентом в случае перехода АС от одной сети ASN к другой. Контроллер персональных вызовов и регистр местоположения в шлюзе ASN осуществляют поддержку персональных вызовов и работы АС в режиме ожидания.
Блок исполнения шлюза ASN отвечает за фильтрацию пакетов, организацию туннелей, управлением доступом, контроль за соблюдением правил, поддержку уровней QoS и продвижение данных. Блок исполнения может поддерживать протоколы IPv4/v6 и протоколы групповой и индивидуальной маршрутизации, такие как BGP, OSPFv2, PIM, IGMP и т. д. Шлюз ASN является центральным элементом сетей ASN, выполняет функции интерфейса к внешним сетям и реализует различные службы IP.
Последним рассматриваемым компонентом ASN является устройство, называемое внешним агентом (FA, Foreign Agent). Это — маршрутизатор, отслеживающий принадлежность АС к той или иной БС в каждый момент времени для распределения информационных потоков (рис. 1.7).
Сеть подключения CSN — это сеть оператора WiMAX, именно в ней реализуются функции управления авторизацией, аутентификацией и доступом, подключение абонентов WiMAX к глобальным IP-сетям, предоставление таких услуг, как IP-телефония, доступ к телефонным сетям общего пользования, доступ в интернет и частные сети и т. д. Базовая модель сети WiMAX допускает, что одной сетью доступа ASN могут пользоваться несколько сервис-провайдеров, каждый со своей CSN. Напротив, одна CSN может подключаться к сетям доступа разных провайдеров доступа
(рис. 1.7).
23