一種多手段隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)

程亮亮 胡智煒

摘? 要：隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)是為了解決通信不同接入子網(wǎng)接入骨干網(wǎng)時(shí)，對(duì)不同用戶接入控制服務(wù)進(jìn)行差異性管理。文章給出了一種多手段隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)方案和實(shí)現(xiàn)方式，通過(guò)分析民用移動(dòng)通信接入NAS協(xié)議，結(jié)合戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有相關(guān)特征，設(shè)計(jì)出一種多手段隨遇接入技術(shù)，來(lái)滿足戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)中一些典型場(chǎng)景下用戶的使用需求。該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：接入網(wǎng);骨干網(wǎng);NAS;隨遇接入;組網(wǎng)控制

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）22-0051-03

Abstract： Random access networking control technology is to solve the problem of differential management of access control services for different users when different access subnets of communication access the backbone network. This paper gives a multi-means random access networking control technology scheme and implementation approach， through analyzing civil mobile communication access NAS protocol， combined with the related feature of tactical narrowband communication network， this paper designs a multi-means random access technology to satisfy the user’s using requirements in tactical narrowband communication network under some typical scenarios. The technology has been implemented and applied.

Keywords： access network; backbone network; NAS; random access; networking control

0? 引? 言

在戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)傳輸速率均較低，一般物理傳輸能力最大為1 Mbps，接入網(wǎng)模式作為用戶主要使用模式。在接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，接入技術(shù)包含接入波形和接入組網(wǎng)控制。通過(guò)在鏈路上設(shè)計(jì)的一種傳輸接入波形，由通信網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)部集成接入基站控制器功能，通過(guò)動(dòng)態(tài)分配管理信道資源，為用戶業(yè)務(wù)提供“面向連接”的服務(wù)，同時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)組網(wǎng)控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)、話音傳輸。

在現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)中，為有效利用寶貴的帶寬資源，設(shè)計(jì)的接入方式是與所直連的通信網(wǎng)絡(luò)控制器緊密耦合，通過(guò)控制信令和業(yè)務(wù)不分離，實(shí)現(xiàn)接入機(jī)制和實(shí)際的接入信道融合設(shè)計(jì)、綁定緊密。在目前戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)接入組網(wǎng)設(shè)計(jì)中，其用戶需求和設(shè)計(jì)理論均由五至十年前提出，考慮當(dāng)時(shí)用戶使用場(chǎng)景單一、組網(wǎng)需求規(guī)模范圍較小，面對(duì)新型戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)存在多種網(wǎng)絡(luò)使用廠家、多種通信體制手段混搭，如新增超短波等其他無(wú)線通信體制時(shí)，現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)控制協(xié)議已無(wú)法滿足多手段的隨遇接入能力需求。

為解決不同特性、不同場(chǎng)景的窄帶無(wú)線通信手段與網(wǎng)絡(luò)控制控制器緊耦合，通信組網(wǎng)控制器迫切需要設(shè)計(jì)一種多手段隨遇接入控制協(xié)議，可滿足網(wǎng)絡(luò)中多接入手段的靈活擴(kuò)展，為此本文設(shè)計(jì)了一種多手段隨遇接入控制協(xié)議。

1? NAS協(xié)議研究

民用移動(dòng)通信組網(wǎng)控制技術(shù)對(duì)比戰(zhàn)術(shù)通信組網(wǎng)控制技術(shù)發(fā)展迅猛，在新時(shí)期戰(zhàn)術(shù)通信相關(guān)組網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用方面，文章中通過(guò)對(duì)民用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，吸收先進(jìn)的接入組網(wǎng)控制技術(shù)，結(jié)合自身戰(zhàn)術(shù)通信特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出符合戰(zhàn)術(shù)窄帶通信接入組網(wǎng)控制技術(shù)。在民用移動(dòng)通信系統(tǒng)中，比如4G、Wi-Fi等系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，普遍存在隨遇接入控制的需求。針對(duì)接入管理這塊，目前民用接入系統(tǒng)中主要是采用NAS協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。NAS協(xié)議是用于接入用戶與接入控制服務(wù)之間的移動(dòng)性管理策略。NAS協(xié)議是由接入用戶通過(guò)基站的透?jìng)鲗?shí)現(xiàn)接入用戶與接入控制服務(wù)之間的通信。

NAS接入?yún)f(xié)議有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）接入?yún)f(xié)議的主體是接入用戶和接入控制服務(wù)，接入基站負(fù)責(zé)信息的透?jìng)骱屯ㄐ判诺赖慕ⅰ＃?）在通信主體之間創(chuàng)建了一條虛擬通信通道，負(fù)責(zé)接入信息的管理。

基于民用通信系統(tǒng)較大的通信帶寬，NAS協(xié)議可發(fā)揮出良好的實(shí)用性，但是同時(shí)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，NAS協(xié)議的實(shí)用性也掩蓋了其協(xié)議的一些缺點(diǎn)，文中具體總結(jié)出幾點(diǎn)如下：（1）NAS協(xié)議完成的接入是扁平式的接入方式，接入用戶直接和接入控制信令交互，沒(méi)有把交換設(shè)備的多級(jí)接入關(guān)系體現(xiàn)出來(lái)，由于民用接入設(shè)備與交換設(shè)備分離，在原理設(shè)計(jì)上不是很貼合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)的需要。（2）在接入用戶與接入控制服務(wù)之間創(chuàng)建了虛擬的通信通道，對(duì)接入用戶有通信協(xié)議的要求。在鏈路上創(chuàng)建的虛擬通道對(duì)傳輸帶寬有資源消耗，對(duì)比民用通信幾千兆傳輸帶寬，虛擬通道一些占有往往可以忽略不計(jì)。目前在戰(zhàn)術(shù)窄帶通信系統(tǒng)中，傳輸帶寬往往僅有幾兆，在已有固化的接入網(wǎng)上，協(xié)議修改的牽涉面和難度都比較大，靠簡(jiǎn)單的創(chuàng)建虛擬傳輸通道消耗本身較窄的通信網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)際也不可行。（3）民用接入地址大多使用私網(wǎng)地址，不能在全網(wǎng)通信，需要使用通用地址替換或隧道封裝的方式進(jìn)行通信，就是在一個(gè)接入控制內(nèi)部也是使用建立虛擬通道實(shí)現(xiàn)通信，管理效率較低。

通過(guò)研究NAS協(xié)議，結(jié)合新時(shí)期戰(zhàn)術(shù)窄帶通信接入組網(wǎng)需求論證，本文設(shè)計(jì)了一種戰(zhàn)術(shù)多手段隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)，方案并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并運(yùn)用。

2? 多手段接入控制

2.1? 同一接入控制技術(shù)設(shè)計(jì)

戰(zhàn)術(shù)特定用戶使用環(huán)境要求接入點(diǎn)，具備接入手段同時(shí)接入的情況，由于戰(zhàn)術(shù)接入手段的通信體制、鏈路帶寬及鏈路的接入機(jī)制千差萬(wàn)別，統(tǒng)一接入機(jī)制不太現(xiàn)實(shí)。如果在各接入機(jī)制上再統(tǒng)一承載一套接入?yún)f(xié)議，這樣的接入效率對(duì)帶寬很低的鏈路來(lái)說(shuō)接入效率太大。

同一接入控制服務(wù)的隨遇接入是指參與的源基站和目標(biāo)基站對(duì)應(yīng)的交換設(shè)備都屬于同一接入控制服務(wù)管理類型，由該服務(wù)輔助完成移動(dòng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)接入，同一接入控制服務(wù)使用場(chǎng)景如圖1所示。

本文設(shè)計(jì)的同一接入控制服務(wù)隨遇接入如圖2所示，在接入入網(wǎng)時(shí)，移動(dòng)設(shè)備向源基站發(fā)起切換請(qǐng)求，基站根據(jù)評(píng)估結(jié)果判斷是否發(fā)起切換。在決定發(fā)起切換時(shí)，就需要在源基站和目標(biāo)基站之間執(zhí)行切換準(zhǔn)備工作，以便在目標(biāo)基站中預(yù)留切換后所需要的資源。一旦源基站接收到目標(biāo)基站的切換應(yīng)答后，設(shè)計(jì)將源基站自身接收到的下行數(shù)據(jù)直接通過(guò)交換設(shè)備發(fā)送給目標(biāo)基站，同時(shí)給移動(dòng)設(shè)備發(fā)起無(wú)線資源重配命令。移動(dòng)設(shè)備接入目標(biāo)基站，并向目標(biāo)基站發(fā)送無(wú)線資源重配完成指令。目標(biāo)基站向接入控制服務(wù)發(fā)送接入位置更新命令，更新映射數(shù)據(jù)庫(kù)，此時(shí)移動(dòng)設(shè)備可將上行數(shù)據(jù)直接發(fā)送給目標(biāo)基站。最后接入控制服務(wù)向原基站發(fā)送釋放資源命令，待接收到源基站回送的應(yīng)答后，完成這一場(chǎng)景下的隨遇接入流程。

2.2? 跨網(wǎng)接入控制技術(shù)設(shè)計(jì)

在用戶跨網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)景下，接入控制服務(wù)指的是網(wǎng)絡(luò)中存在的源基站和目標(biāo)基站分別屬于不同的兩個(gè)接入子網(wǎng)和接入服務(wù)，該場(chǎng)景下整個(gè)隨遇接入流程需要多個(gè)不同接入控制服務(wù)技術(shù)完成，典型的跨域接入控制服務(wù)技術(shù)應(yīng)用環(huán)境如圖3所示。

本文設(shè)計(jì)的跨域不同接入控制服務(wù)間隨遇接入流程如圖4所示，源基站向所屬的接入控制服務(wù)發(fā)起切換請(qǐng)求命令，隨后該接入控制服務(wù)向目標(biāo)控制服務(wù)發(fā)送重定向請(qǐng)求。目標(biāo)控制服務(wù)接收到服務(wù)重定向請(qǐng)求后向目標(biāo)基站發(fā)送切換請(qǐng)求，使其分配無(wú)線資源，并進(jìn)行準(zhǔn)入認(rèn)證，目標(biāo)基站將結(jié)果發(fā)送給目標(biāo)接入控制服務(wù)，該服務(wù)對(duì)重定向請(qǐng)求向源接入控制服務(wù)進(jìn)行應(yīng)答，源接入控制服務(wù)接收到應(yīng)答后向源基站發(fā)送切換命令。待移動(dòng)設(shè)備接入到新的基站后由目標(biāo)基站向目標(biāo)接入控制服務(wù)發(fā)送切換通告，新的控制服務(wù)更新映射數(shù)據(jù)庫(kù)后發(fā)送服務(wù)重定向完成命令給源控制服務(wù)，最后接入控制服務(wù)向原基站發(fā)送釋放資源命令，待接收到源基站回送的應(yīng)答后完成整個(gè)隨遇接入流程。

2.3? 操作維護(hù)

操作維護(hù)在設(shè)計(jì)上提供命令管理功能、軟件下載升級(jí)和上傳功能。通過(guò)FTP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)軟件下載升級(jí)和上傳備份的功能，命令股主要為設(shè)備操作人員提供基于命令和網(wǎng)管的人機(jī)接口，便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理，支持參數(shù)配置、路由信息查詢顯示、設(shè)備調(diào)試信息控制打印等功能。

3? 實(shí)現(xiàn)效果

隨遇接入控制技術(shù)在很多類型的民用接入網(wǎng)（移動(dòng)4G、Wi-Fi等）中都有成熟的技術(shù)體制，但戰(zhàn)術(shù)的VHF、UHF等接入網(wǎng)的接入機(jī)制是與鏈路傳輸統(tǒng)一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，一般沒(méi)有考慮多異構(gòu)組網(wǎng)的統(tǒng)一接入需求。為滿足越來(lái)越復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)運(yùn)用需求，本文設(shè)計(jì)的多手段隨遇接入控制技術(shù)在借鑒民用成熟、優(yōu)秀的接入?yún)f(xié)議前提下，結(jié)合已有戰(zhàn)術(shù)接入控制技術(shù)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)的一種多手段接入控制服務(wù)，可滿足戰(zhàn)術(shù)多異構(gòu)子網(wǎng)的混合接入，該設(shè)計(jì)具有下述技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

3.1? 服務(wù)參數(shù)不需要重新配置

在接入控制服務(wù)隨遇接入管理中，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備首次接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)自身沒(méi)有IP地址，接入控制服務(wù)根據(jù)接入?yún)f(xié)議會(huì)自動(dòng)為該移動(dòng)設(shè)備分配IP地址，并在映射服務(wù)器中記錄該位置信息。當(dāng)移動(dòng)接入子網(wǎng)位置變化時(shí)，子網(wǎng)的設(shè)備的位置信息根據(jù)切換流程會(huì)在接入控制服務(wù)中的映射表更新，而所有的信令交互用戶無(wú)須感知，從而使得用戶不需要對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如：MAC、IP、子網(wǎng)號(hào)等進(jìn)行重新配置，極大提高了用戶使用體驗(yàn)性。

3.2? 數(shù)據(jù)不丟失

可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)通信過(guò)程中，接入控制服務(wù)在切換過(guò)程中信息（數(shù)據(jù)、話音）不會(huì)丟失，切換過(guò)程采用了信息轉(zhuǎn)發(fā)的方法。源基站將切換準(zhǔn)備過(guò)程中緩沖的下行數(shù)據(jù)或話音信息通過(guò)通信組網(wǎng)控制設(shè)備直接轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)基站，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備移動(dòng)到目標(biāo)基站后，該基站經(jīng)過(guò)調(diào)度將通過(guò)組網(wǎng)控制設(shè)備接口收到的源基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或話音信息先發(fā)給移動(dòng)設(shè)備，待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或話音數(shù)據(jù)發(fā)送完后再?gòu)臉I(yè)務(wù)接口接收的下行數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)設(shè)備。保證接入網(wǎng)中移動(dòng)設(shè)備在轉(zhuǎn)網(wǎng)時(shí)信息傳輸不丟失，可提高用戶網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性。

4? 結(jié)? 論

本文提出一種戰(zhàn)術(shù)接入網(wǎng)模式下的多手段隨遇接入控制服務(wù)技術(shù)，研究多應(yīng)用場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需求，通過(guò)實(shí)現(xiàn)漫游切換入、按需服務(wù)等關(guān)鍵控制技術(shù)，可滿足合理、快速地搭建多種通信手段的需求。高效的多手段隨遇接入設(shè)計(jì)，可提高戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開(kāi)通便捷性、使用高效性和傳輸穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介：程亮亮（1987—），男，漢族，安徽合肥人，通信工程師，碩士研究生，研究方向：無(wú)線通信和組網(wǎng)。