無線IP城域網的網絡層設計與實現
以電話業務為主的移動運營商都對無線數據業務提供了支持，但是作為為大眾服務的公共電信，數據傳輸能力是在多用戶之間共享的，對一些特殊部門：如公安、消防等在需要時很難保證得到有效的帶寬支持，何況其中往往有一些不適合在公共電信網絡里傳輸的敏感信息。這些決定了公共無線數據業務在這些專業部門難以得到有效應用。
另一方面，隨著三金工程的實施，這些部門逐步建立了較完善的遍布全市的有線網絡，例如，公安系統的光纖敷設到了基層派出所。因此，選取恰當的基層單位，利用有線網絡，架設覆蓋一定范圍的無線通信基站可以實現網絡的全市覆蓋，從而實現無線IP城域網。
方案設計
系統的構成如圖1所示。圖中BS是無線基站，它與有線網絡相連，MS是移動終端。SCC是系統控制中心，它包含BS、用戶和終端數據庫，操作人員通過CMT管理平臺實現數據的錄入與修改。在SCC中，每個用戶包含了賬號與密碼、業務權限等靜態參數，在用戶登錄時，SCC給終端分配IP地址，并記錄用戶接入的BS地址等動態參數。SCC還要對每個BS和終端設備進行鑒權和管理，避免丟失的設備接入系統而損害系統安全性。
SPC為業務處理中心，是系統中的業務處理單元，它支持任意類型的IP業務，為分散業務處理負荷，系統中允許若干個SPC存在，每個SPC獨立運作，完成一個或若干個目的IP段的業務處理功能。每個SPC至少有兩個網絡接口，一個分配用于與SCC和BS的通信的IP地址，另外的接口作為無線網絡的網關接口，按照有線網絡的路由協議，該SPC處理的IP業務段將按照目的IP地址被路由到對應的接口上，從而可被SPC截獲，并完成業務的轉發功能。例如，在圖2中，某SPC有三個網絡接口，10.3.23.50作為SPC自身的IP地址，用于與SCC和BS的基于TCP的通信，而10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為網關接口，以10.72.0.0/20和10.72.224.0/19為目的地址段的報文將被路由到對應的SPC接口上。
系統啟動后，BS和SPC分別與SCC建立連接，完成各BS和SPC的初始化過程，隨后SCC向每個BS下發SPC列表，通知各BS每個SPC的地址和處理的IP業務范圍，各BS隨后建立與每個SPC的IP隧道。
每個終端開機后，首先掃描無線信道，尋找信號最佳的BS作為接入節點，向該BS發起入網請求，在該請求中包含設備串號、用戶標識、用戶密鑰等信息，BS將對應的信息轉發給SCC，SCC鑒權通過后，登記該用戶的接入基站，修改用戶狀態，根據用戶屬性，為用戶分配IP地址，并通知對應的BS和終端，完成用戶的入網過程。隨后SCC根據剛分配的IP地址，確定處理該終端業務的SPC，通知該SPC終端接入位置(即BS的地址)。以后每次終端狀態改變時，SCC都將及時將狀態推送到對應的SPC，使得SPC中保存的用戶狀態最新。
進入無線網絡中的IP包可以由無線終端產生，或者由無線網之外的節點產生。無線終端產生的IP包首先被對應的基站接收到，基站選擇處理該用戶業務的SPC，將完整IP報文通過基站與SPC之間的隧道轉發到SPC，SPC將從TCP消息中提取到終端的原始報文，如果目的地址在自己的處理范圍內，則查找對應目的地址所在的基站，將原始報文再次以隧道方式轉發給目的基站，由目的基站通過無線接口下發給目的終端處理;否則SPC對原始報文加入二層幀頭，轉發給對應的路由器，使得該報文進入內部網絡，經過正常的路由過程送到目的終端或者路由到其他SPC的網關接口進行處理。
按照設計過程，無線網外進入網內的報文將按照目的地址進行路由，必然會路由到某個SPC的網關接口上。綜合以上，當SPC接收到IP報文時，將按照圖3對報文進行處理。
終端在移動過程中，需要進行位置更新。為此，終端不停檢測網絡信號，發現有信號更好的小區時，終端向新小區的BS發起切換請求，BS響應并轉發切換請求至SCC，SCC更新用戶狀態，并通知SPC用戶新位置，SCC向原接入小區發出切換通知，并向新小區發送確認消息，流程如圖4所示。
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路由方案分析與比較
通過以上分析可以看出，該方案中充分利用了原有的網絡，對原有有線網絡進行了無線擴展。這個方案中，需要對移動終端預留部分地址，并對這些地址段進行必要的路由設置，除此之外，不需要對原有的網絡做更多的調整，就可以滿足需要。整個方案中，支持全IP業務，業務可以由終端產生，也支持移動終端作為移動服務器(通過固定用戶的IP地址即可)。系統中可以根據需要增加SPC，設置BS，不影響其他任何網絡用戶，使得擴展無線子網后，對原有網絡的影響減為最小。
我們沒有采用移動IP方案進行終端的路由方案，主要有三點原因：一是移動IP方案中，在每個涉及到的網段都要添加家鄉代理和外地代理，系統維護工作量大;二是移動IP方案需要移動終端的支持，并會在無線接口上產生眾多的無線廣播消息;三是移動IP是一個一般性的解決方案，適用于在互聯網上支持移動性，分布式的業務轉發方式不利于進行業務記錄等。
作為目前研究熱點的802.16的網絡層，它的技術有待進一步標準化，設備的產品化有待成熟，也不適合專業網的特定背景。
結語
本文提出了一種新的支持終端移動的IP接入方案，并軟件實現了其中SCC，SPC，BS的功能。我們利用一臺路由器將他們連接起來，通過PC機模擬終端的入網和移動操作，證明了這種方案的可行性。后續工作將主要集中在利用WiMax建立無線試驗系統，并研究在城域范圍內無線布網的問題。
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