Принципы взаимодействия сети LTE с сетями стандартов He-3GPP на основе IP-протоколов управления мобильностью PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 01:56

Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями стандартов He-3GPP (далее сети He-3GPP) можно разделить на алгоритмы взаимодействия с сетями с гарантированной безопасностью — «надежными» (trusted) и алгоритмы взаимодействия с сетями с негарантированной безопасностью [15] — «ненадежными» (non-trusted). В качестве надежных сетей могут выступать присоединенные сети других стандартов (например, сети cdma2000, WiMAX), в качестве ненадежных — публичные IP-сети Интернет. Взаимодействие сети LTE с надежными сетями стандартов He-3GPP осуществляется посредством шлюза P-GW, взаимодействие с ненадежными сетями — посредством шлюза ePDG.

Алгоритмы взаимодействия сети LTE с сетями He-3GPP можно классифицировать по состояниям мобильного терминала на алгоритмы, обеспечивающие:

-    поддержку работы мобильного терминала в состоянии IDLE;

-    поддержку работы мобильного терминала в состоянии CONNECTED.

Поддержка гетерогенными сетями состояния мобильного терминала CONNECTED обеспечивает так называемую непрерывную мобильность терминала, поддержка состояния IDLE — дискретную мобильность терминала. Непрерывная мобильность терминала реализована в виде процедур хэндовера; дискретная мобильность — в виде процедур поддержки роуминга. Рассмотренные виды мобильностей в гетерогенных сетях применимы только к мобильным терминалам, которые могут работать с сетями различных стандартов.

С учетом концепции построения базовой сети ЕРС «все через 1Р» мобильность терминала при взаимодействии сети LTE с сетями He-3GPP основана на протоколах управления мобильностью в IP-сетях. Протоколы управления мобильностью в IP-сетях подразделяются на два вида:

-    протоколы управления мобильностью на базе хостов* (Host Based Mobility — НВМ);

- протоколы управления мобильностью на базе сети (Network Based Моbility - NBM)

Протоколы управления мобильностью вида НВМ реализованы непосредственно в мобильном терминале. Протоколы вида NBM предназначены для максимальной разгрузки мобильного терминала от выполнения задач поддержки мобильности и достижения следующих целей:

-    повышения эффективности использования сетевых ресурсов за счет значительного сокращения сигнальных сообщений, передаваемых/принимаемых мобильным терминалом (например, сообщений обновления данных местоположения абонента типа location update), а также отсутствия туннелей непосредственно между мобильным терминалом и сетевыми элементами;

-    повышения производительности работы и экономии энергии мобильного терминала;

-    упрощения мобильного терминала за счет отсутствия в стеке протоколов управления мобильностью.

Примером протоколов вида НВМ являются протоколы MIPv4 (Mobile IP version 4) и DSMIPv6 (Dual-Stack Mobile IP version 6), примером протокола вида NBM — протокол PMIPv6 (Proxy Mobile IP version 6) [11-14, 16, 18-20].

Функциональные возможности протокола MIPv4 по обеспечению мобильности шире возможностей протокола IPv4 (спецификация RFC 3344). Согласно этой спецификации мобильный терминал всегда идентифицируется своим домашним IP-адресом независимо от сети доступа, хотя в визитной сети он получает другой IP-адрес — СоА (Care-of-Adress). Назначение IP-адресов выполняется согласно протоколу динамической конфигурации DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Протокол MIPv4 реализуется при взаимодействии следующих сетевых элементов:

-    мобильного терминала MN (Mobile Node);

-    агента домашней сети НА (Home Agent);

-    агента визитной сети FA (Foreign Agent);

-    корреспондентского узла CN (Correspondent Node).

Агент домашней сети НА имеет информацию об адресе СоА мобильного терминала, зарегистрированного в визитной сети с помощью агента FA. Распознавая IP-сессии, агент НА пересылает датаграммы, предназначенные мобильному терминалу MN, на его адрес СоА, используя специальный IP-туннель.

Адрес СоА назначается мобильному терминалу в момент регистрации и может быть двух типов: «Foreign Agent Care-of Address» (FACoA) и «Со-1о-cated Care-of Address».
Адрес типа «Foreign Agent Care-of Address» представляет собой IP-адрес агента визитной сети FA, который одновременно является одной из конечных точек IP-туннеля (другой конечной точкой IP-туннеля является агент НА). Получив данные из туннеля, агент FA декапсулирует пакет данных, после чего передает его мобильному терминалу.

Адрес типа «Co-located Care-of Address» представляет собой IP-адрес мобильного терминала MN, который одновременно является конечной точкой IP-туннеля. В этом случае MN самостоятельно осуществляет декапсуляцию данных 1Р-туннеля.

Взаимодействие агентов FA и НА при регистрации мобильного терминала MN осуществляется с помощью сообщений «Agent Advertisement». Кроме того, в процессе идентификации мобильного терминала на основе МАС-адре-сов может быть использован протокол ARP (Address Resolution Protocol). Протокол ARP определен в спецификации RFC 826 и является протоколом канального уровня (data link layer), предназначенным для определения МАС-адреса терминала по его 1Р-адресу.

Взаимодействие мобильного терминала MN с агентом FA осуществляется с помощью сообщений «Agent Solicitation». На основе данных сообщений MN определяет свое местоположение (домашняя, визитная сеть), получает информацию о любых конфигурационных изменениях агента FA. При возврате мобильного терминала из визитной сети в домашнюю он отменяет свою внешнюю регистрацию у агента НА посредством пары сообщений: «Registration Request» и «Registration Reply».

Когда мобильный терминал MN зарегистрирован в визитной сети, пакеты данных от корреспондентского узла CN, предназначенные для MN, переадре-суются в визитную сеть с помощью агента НА. Переадресация может выполняться либо первоначально агенту FA и далее терминалу MN, либо непосредственно терминалу MN, в зависимости от типа адреса СоА. Таким образом, передача пакетов данных от терминала MN корреспондентскому узлу CN может осуществляться либо через агента FA, либо напрямую.

Недостатком протокола MIPv4 является неоптимальное использование сетевых ресурсов. Этот недостаток устранен в протоколе MIPv6, имеющем расширенные функциональные возможности относительно протокола IPv6. Оптимальное использование сетевых ресурсов обеспечивается внедрением механизмов оптимальной маршрутизации (Route Optimization — RO). При опти-
мальной маршрутизации пакеты данных передаются от корреспондентского узла CN непосредственно мобильному терминалу MN. Для оповещения узла CN о смене IP-адреса терминалом MN используются специальные управляющие сообщения «Binding Update».
Последовательное внедрение IP-протоколов версии 6 приводит к ситуации, когда одна часть сетевого оборудования использует адресацию протокола IPv4 (например, большая часть хостов WWW Интернета, серверы обмена сообщениями), а другая — адресацию протокола IPv6 (например, серверы DNS, небольшая часть хостов WWW Интернета, почтовые серверы (mail servers), а также серверы VoIP и серверы видеостриминга). В этой ситуации поддержка мобильности терминала может быть обеспечена дуальным протоколом DSMIPv6, формирующим туннели, используя как протокол IPv4, так и протокол IPv6.

Протокол управления мобильностью PMIPv6 определен спецификацией RFC 5213. Его функциональные возможности во многом похожи на возможности протокола MIPv6. Основным различием этих протоколов является то, что протокол PMIPv6 главным образом реализован в сетевом сегменте. Достоинством данного протокола является освобождение мобильного терминала от выполнения части задач управления мобильностью, что позволяет экономить как ресурсы сети доступа, так и ресурсы терминала. Эти достоинства особенно актуальны для сетей радиодоступа. Согласно технической спецификации 3GPP TS 23.402 Release 8 протокол PMIPv6 является одним из базовых протоколов управления мобильностью в сетях LTE при их взаимодействии не только с сетями доступа He-3GPP, но и с сетями доступа 3GPP (в этом случае как альтернатива протоколу GTP).

Протокол PMIPv6 реализуется при взаимодействии следующих сетевых элементов:

-    мобильного терминала MN, поддерживающего протокол IPv6 и имеющего доступ к беспроводной сети доступа, а также обладающего возможностями изменять свое местоположение; в MN не реализованы протоколы управления мобильностью;

-    локального узла управления мобильностью LMA (Local Mobility Anchor), поддерживающего протокол IPv6; функциональные возможности узла LMA (иногда называемого «якорем») во многом похожи на возможности агента НА, но узел имеет расширенные возможности по поддержке мобильности терминала MN без участия терминала; элементы LMA и НА размещаются, как правило, в одном сетевом узле;

-    шлюза мобильного доступа MAG (Mobile Access Gateway) непосредственно обеспечивающего мобильность терминала MN; шлюз MAG отвечает за передачу сообщений сигнализации узлу LMA; через шлюз MAG осуществляется доступ мобильного терминала MN к домену протокола

PMIPv6;

-    сетевой базы данных (policy profile), содержащей данные о параметрах терминала MN, требуемых для обеспечения работы шлюза MAG и узла LMA.
Согласно концепции протокола PMIPv6 он поддерживает следующую адресацию:

-    адрес PCoA (Proxy Care of Address) — сетевой адрес шлюза MAG, являющегося конечной точкой двунаправленного туннеля между LMA и

MAG; адрес РСоА ассоциируется узлом LMA с адресом СоА мобильного терминала MN, зарегистрированного в визитной сети;

-    адрес MN-HoA (Home Address of Mobile Node) — сетевой адрес мобильного терминала MN, используемый для присоединения терминала к домену протокола PMIPv6;

-    идентификатор мобильного терминала MN-NAI (Mobile Node Identifier),

используемый терминалом MN для выполнения процедур аутентификации в домене протокола PMIPv6;

-    префикс MN-HNP (Home Network Prefix), обеспечивающий топологическую привязку узла LMA и мобильного терминала MN.