Проектирование сети беспроводной связи WiMAX стандарта IEEE 802.16e для сельского населенного пункта
1.5.1 Базовая модель сети
Спецификации стандарта WiMAX определяют передачу трафика и сигнальный обмен только на радиоинтерфейсе. Что касается соединения БС с Интернетом, сетями беспроводного доступа и сетями различных операторов, решения по архитектуре сети принимает оператор совместно с производителем. В целях унификации и определенной оптимизации WiMAX Forum предложена базовая архитектура сети (рис. 1.12).
На рис. 1.12 показана NRM (network reference model - базовая модель сети) WiMAX, которая является логическим представлением сетевой архитектуры. NRM разделяет систему на три логические части:
1. мобильные станции, используемые абонентами для получения доступа к сети;
2. ASN (access services network) - сеть доступа к услугам, которая является собственностью оператора доступа к сети (NAP - Network Access Provider); ASN состоит из одной или нескольких базовых станций, которыми управляет один или несколько шлюзов ASN (ASN-GW).
3. CSN (connectivity services nerwork) - подсеть оператора, обеспечивающая выход на IP и другие сети для реализации абонентских услуг. Эта подсеть обеспечивает необходимые коммутационные функции и функции безопасности. Абонента может обслуживать оператор домашней сети NSP (Network Services Provider). Абонент может также находиться в роуминге. В этом случае его обслуживает оператор визитной сети; при этом происходит обмен сигнальной информацией CSN визитного и домашнего оператора.
Рис. 1.11. Базовая модель сети.
ASN выполняет следующие функции:
· соединение на уровне L2 с АС;
· поиск и выбор сети на основе предпочтений абонента о CSN/NSP;
· обеспечение безопасности: передача данных об устройствах, пользователях, и услугах, серверу безопасности, временное хранение профилей пользователей;
· организация сквозных IP-соединений между АС и CSN;
· управление радиоресурсом (RRM) в соответствии с классом трафика и требуемым QoS;
· обеспечение мобильности, т.е. выполнение процедур хэндовера, локализации и пейджинга.
WiMAX Forum определил различные способы организации ASN, получившие название профилей. Существуют профили A, B, C. Шлюз ASN представляет логическое устройство, которое может быть организовано по-разному. Профиль B ASN представляет простую организацию, которая включает БС и шлюз ASN. Профили A и C разделяют функции между БС и шлюзом ASN по-разному, а именно, в управлении мобильностью и радиоресурсами.
Функционально БС обеспечивает как один сектор с выделенным частотным диапазоном, поддерживая интерфейс IEEE 802.16e с АС. Дополнительные функции, выполняемые БС в обоих профилях, включают распределение для восходящего и нисходящего каналов, классификацию трафика и SFM (управление сервисным потоком). При этом должны быть выполнены требования по QoS для различных классов трафика, передаваемых по радиоинтерфейсу. БС также управляет статусом АС (активный, неработающий), поддерживает туннельный протокол в направлении к шлюзу ASN, обеспечивает с помощью сервера DHCP динамическими адресами. БС также транслирует сигнальный обмен по протоколам MM, обеспечивая все уровни защиты, предусмотренные стандартом. БС может быть подключена одновременно к двум шлюзам для баланса нагрузки.
Шлюз ASN является основным элементом сети. Во время сеансов связи шлюз организует хэндовер абонентам и пейджинг АС, управляет доступом к сети. Для каждого подсоединенного абонента в шлюзе открыта база данных, содержащая профили абонента и ключи шифрования. На шлюз возложены задачи авторизации потока услуг согласно профилю абонентов и QoS. В направлении БС шлюз поддерживает туннельное соединение; в направлении ядра сети (CSN) шлюз организует соединение по стандартному IP протоколу.
В табл. 1.8 показано разделение функций в ASN между БС и шлюз ASN в соответствии с профилями ASN, установленными WiMAX Forum. Профиль B характеризуется интеграцией в одном элементе. Профиль целесообразно использовать в небольшим по объему сетях. Профили A и C предусматривают организацию шлюза в виде отдельного функционального узла. Отличие между профилями А и С незначительны. В профиле A за хэндовер отвечает шлюз ASN; в профиле C это БС, а шлюз ASN выполняет функцию переключения при хэндовере. В профиле A управление радиоресурсами осуществляет шлюз ASN, что позволяет динамически перераспределять радиоресурс между разными БС. В профиле C радиоресурс фиксирован для каждой БС и его назначение для конкретных абонентов производит сама БС.
Таблица 1.8.
Процедура |
Функция |
Имя объекта ASN |
|||
Профиль A |
Профиль B |
Профиль C |
|||
Безопасность |
Аутентификатор |
Шлюз ASN |
ASN |
Шлюз ASN |
|
Ретранслятор аутентификации |
БС |
ASN |
БС |
||
Распределитель ключей |
Шлюз ASN |
ASN |
Шлюз ASN |
||
Получатель ключей |
БС |
ASN |
БС |
||
Мобильность |
Маршрутизация потока данных |
Шлюз ASN и БС |
ASN |
Шлюз ASN и БС |
|
Управление хэндовером |
Шлюз ASN |
ASN |
БС |
||
Сервер контекста (буфер) |
Шлюз ASN и БС |
ASN |
Шлюз ASN и БС |
||
ПО мобильного интернета |
Шлюз ASN |
ASN |
Шлюз ASN |
||
Управление радиоресурсами |
Контроллер радиоресурсов |
Шлюз ASN |
ASN |
БС |
|
ПО контроллера |
БС |
ASN |
БС |
||
Пейджинг |
ПО пейджинга |
БС |
ASN |
БС |
|
Управление пейджингом |
Шлюз ASN |
ASN |
Шлюз ASN |
||
QoS |
Авторизация сервисного потока |
Шлюз ASN |
ASN |
Шлюз ASN |
|
Управление сервисным потоком |
БС |
ASN |
БС |
CSN обеспечивает следующие функции:
· выделение адресов IP АС для сеансов связей;
· безопасность в сети, для чего в CSN организуют сервер AAA (authentication, authorization and accounting - аутентификации, авторизации и учета);
· организацию передачи трафика с необходимым QoS в соответствием уровнем обслуживания абонентов. При нахождении абонента в роуминге CSN домашнего оператора поддерживает профиль услуг абонента у обслуживающего оператора;
· биллинг предоставленных абоненту услуг;
· туннелирование потоков между CSN различных операторов с целью обеспечения роуминга;
· управление мобильностью (хэндовер между БС, управляемыми различными ASN);
· выход на другие сети, прежде всего в Интернет, и обеспечение таких современных услуг как локализация абонентов, VoIP и передача мультимедийной информации