Архитектура и протоколы мобильного WiMAX – ЧАСТЬ 1

5.7.1. Сетевая архитектура и интерфейсы

Стандартами семейства IEEE 802.16 описаны физический и МАС-уровень региональных сетей широкополосного доступа, но не определена их архитек­тура. Вопросами архитектуры и протоколов взаимодействия сетевых объектов WiMAX занимается рабочая группа NWG (Network Working Group) консорциу­ма WiMAX-Forum. Эта рабочая группа разработала эталонную модель архитек­туры WiMAX (Network Reference Model, NRM), основанную на платформе All- IP и технологии пакетной коммутации.

Упомянутая модель предусматривает объединенную архитектуру сети (см. рис. 5.59) с поддержкой фиксированного, перемещаемого и мобильного доступа [5]. Модульный характер данной архитектуры и ее гибкость позволяет создавать сети различного масштаба как в лицензируемых, так и в нелицензируемых ча­стотных диапазонах. Основные функциональные объекты и интерфейсы разра­ботанной группой NWG модели сети WiMAX показаны на рис. 5.59.

Рис. 5.59. Базовая архитектурная модель сети WiMAX [5]

Логически сеть WiMAX можно разделить на три основных части [5]:

•                пользовательские (мобильные) станции;

сеть сервисного доступа (access service network, ASN), объединяющую одну или несколько БС и ASN-GW (gateways, шлюз);

•                сеть подключения к услугам (connectivity service network, CSN). Каждый из сетевых объектов представляет собой совокупность физических

объектов. Например, сеть доступа ASN объединяет БС и шлюз сети ASN-GW.

В качестве пользовательских станций могут использоваться следующие устройства [22]:

•                портативные компьютеры (ноутбуки) с встроенными WiMAX-адаптерами;

•                коммуникаторы и смартфоны с функцией поддержки WiMAX;

•                пользовательские устройства CPE (customer premises equipment), такие как беспроводные маршрутизаторы WiMAX с картой PCMCIA и USB- адаптеры;

мультимедийные и многорежимные персональные устройства беспровод­ного широкополосного доступа;

•                ультрамобильные PC (UMPC);

пользовательские станции внутреннего и наружного исполнения. Сеть услуг доступа (ASN) выполняет следующие функции [22]:

•                обеспечивает соединение с ПС;

•                обнаруживает сеть, осуществляет выбор предпочтительного оператора свя­зи, а также обеспечивает передачу сообщений аутентификации, авториза­ции и биллинга в сеть домашнего оператора для каждого сеанса связи;

•                осуществляет управление частотным ресурсом;

выполняет процедуры хэндовера, определения местоположения и управле­ния пейджингом;

•                обеспечивает туннелирование между сетями ASN и CSN. Предусматривается три возможных профиля сети ASN: А, В и С. Каждый

из них определяет функциональные возможности сетевых элементов: БС и ASN- GW. Например, в сети А-профиля функции управления хэндовером и частотным ресурсом возложены на ASN-GW, тогда как в сети с профилем С эти же функ­ции выполняет базовая станция. Для профиля В такое конкретное разделение функций между сетевыми элементами отсутствует.

Базовые станции обеспечивают радиоинтерфейс для пользовательских станций. Кроме того, они могут выполнять функции управления мобильностью, (хэндовер), классифицировать трафик, осуществлять управление радиоресурса­ми, QoS и сеансами связи [22].

Шлюз ASN осуществляет управление соединениями, хэндовером между БС, пейджингом, мобильностью, использованием радиоресурса и биллингом. Он же отвечает за агрегацию трафика и выполнение протоколов аутентифи­кации и безопасности. Предусматривается [5,22] три профиля исполнения

(А, В, С) шлюза ASN.

Сеть подключения к услугам (CSN) обеспечивает подключение к IP сетям и другим сетям (общего пользования или ведомственным), участвует в управлении QoS, IP-адресацией, безопасностью и поддержкой роуминга между разными NSP и ASN. Сеть CSN принадлежит организации, предостав­ляющей прикладные услуги (Network Service Provider, NSP). Она включает сетевой элемент аутентификации, авторизации и учета AAA (authentication, authorization, accounting), оборудование MIP-HA, OSS, DHCP сервер и DNS (не показаны на рисунке).

Сетевой элемент AAA выполняет следующие функции [22]:

•                осуществляет проверку подлинности ПС и самих пользователей в отноше­нии правомочности использования запрашиваемых ими услуг;

•                осуществляет авторизацию, обеспечивающую доступ к услугам на основа­нии ограничений, установленных для конкретного пользователя;

•                обеспечивает сбор и хранение биллинговой информации по использованию сетевых ресурсов.

Домашний агент МЕР-НА обеспечивает поддержку технологии mobile IP, что позволяет пользователю перемещаться как в пределах, так и за пределами зоны, обслуживаемой данной ASN, сохраняя свой IP-адрес.

Сервер DHCP динамически распределяет абонентам IP-адреса. DNS (Domain Name System) сохраняет связанную с доменными именами информацию (например, IP-адреса) [22].

Система сетевого управления (OSS) – программное обеспечение, кото­рое помогает поставщику услуг осуществлять контроль, анализ и управление в сети.

Базовая модель архитектуры сети WiMAX определяет следующие восемь интерфейсов (рис. 5.60) [5]: • R1 – интерфейс между ПС и ASN; R2 – интерфейс между ПС и CSN; R3 – логический интерфейс между ASN и CSN; R4 – логический интерфейс между ASN и ASN; R5 – логический интерфейс между CSN и CSN; R6 – логический интерфейс между БС и ASN-GW; R8 – логический интерфейс между БС и БС.

Рис. 5.60. Интерфейсы

сети

WiMAX [5]

В табл. 5.20 приведена краткая характеристика этих интерфейсов.

Характеристика интерфейсов WiMAX [5]

Эталонная модель NRM ориентирована на ее использование виртуальны­ми мобильными операторами (продающих услуги под собственной торговой маркой, задействуя инфраструктуру других операторов). В этой бизнес-модели различают оператора сети услуг доступа, осуществляющего строительство и эксплуатацию ASN, операторов транспортно-сетевых услуг CSN (строитель­ство и эксплуатация базовой/опорной сети) и провайдеров приложений NAP (Network Access Provider) (предоставление услуг конечным пользователям). В последнем случае оператор является оператором ASN, предоставляющим инфраструктуру сети радиодоступа WiMAX для одного или более поставщи­ков сетевых услуг NSP (Network Services Provider). Он может обслуживать не­сколько сетей ASN [23].

«Домашний» провайдер сетевых услуг Home-NSP – это оператор, который на основании своего соглашения с абонентами осуществляет аутентификацию и авторизацию пользовательских сессий, биллинг. В целях поддержки роуминга он взаимодействует с другими NSP-операторами.

«Гостевой» провайдер сетевых услуг Visited-NSP обеспечивает роуминг абонентам сети WiMAX. В зависимости от роумияговых соглашений между «домашним» и «гостевым» NSP, последний может предоставлять услуги або­нентам и/или осуществлять маршрутизацию трафика данных [23].

Провайдер приложений ASP – это оператор, предоставляющий конечным пользователям услуги с использованием сетей провайдеров NSP.