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，對不同用戶接入控制服務(wù)進行差異性管理。文章給出了一種多手段隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)方案和實現(xiàn)方式，通過分析民用移動通信接入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)計出一種多手段隨遇接入技術(shù)，來滿足戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)中一些典型場景下用戶的使用需求。該技術(shù)已實現(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：TP393? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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)計中，接入技術(shù)包含接入波形和接入組網(wǎng)控制。通過在鏈路上設(shè)計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，通過動態(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)，同時通信網(wǎng)絡(luò)控制器通過組網(wǎng)控制協(xié)議實現(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，通過控制信令和業(yè)務(wù)不分離，實現(xiàn)接入機制和實際的接入信道融合設(shè)計、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)計中，其用戶需求和設(shè)計理論均由五至十年前提出，考慮當時用戶使用場景單一、組網(wǎng)需求規(guī)模范圍較小，面對新型戰(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線通信體制時，現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)控制協(xié)議已無法滿足多手段的隨遇接入能力需求。

為解決不同特性、不同場景的窄帶無線通信手段與網(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展，為此本文設(shè)計了一種多手段隨遇接入控制協(xié)議。

1? NAS協(xié)議研究

民用移動通信組網(wǎng)控制技術(shù)對比戰(zhàn)術(shù)通信組網(wǎng)控制技術(shù)發(fā)展迅猛，在新時期戰(zhàn)術(shù)通信相關(guān)組網(wǎng)技術(shù)運用方面，文章中通過對民用相關(guān)技術(shù)進行深入研究，吸收先進的接入組網(wǎng)控制技術(shù)，結(jié)合自身戰(zhàn)術(shù)通信特點，設(shè)計出符合戰(zhàn)術(shù)窄帶通信接入組網(wǎng)控制技術(shù)。在民用移動通信系統(tǒng)中，比如4G、Wi-Fi等系統(tǒng)應(yīng)用時，普遍存在隨遇接入控制的需求。針對接入管理這塊，目前民用接入系統(tǒng)中主要是采用NAS協(xié)議來實現(xiàn)。NAS協(xié)議是用于接入用戶與接入控制服務(wù)之間的移動性管理策略。NAS協(xié)議是由接入用戶通過基站的透傳實現(xiàn)接入用戶與接入控制服務(wù)之間的通信。

NAS接入?yún)f(xié)議有如下幾個特點：（1）接入?yún)f(xié)議的主體是接入用戶和接入控制服務(wù)，接入基站負責信息的透傳和通信信道的建立。（2）在通信主體之間創(chuàng)建了一條虛擬通信通道，負責接入信息的管理。

基于民用通信系統(tǒng)較大的通信帶寬，NAS協(xié)議可發(fā)揮出良好的實用性，但是同時通過研究發(fā)現(xiàn)，NAS協(xié)議的實用性也掩蓋了其協(xié)議的一些缺點，文中具體總結(jié)出幾點如下：（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，沒有把交換設(shè)備的多級接入關(guān)系體現(xiàn)出來，由于民用接入設(shè)備與交換設(shè)備分離，在原理設(shè)計上不是很貼合戰(zhàn)術(shù)無線通信系統(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)建的虛擬通道對傳輸帶寬有資源消耗，對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。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行通信，就是在一個接入控制內(nèi)部也是使用建立虛擬通道實現(xiàn)通信，管理效率較低。

通過研究NAS協(xié)議，結(jié)合新時期戰(zhàn)術(shù)窄帶通信接入組網(wǎng)需求論證，本文設(shè)計了一種戰(zhàn)術(shù)多手段隨遇接入組網(wǎng)控制技術(shù)，方案并已經(jīng)實現(xiàn)并運用。

2? 多手段接入控制

2.1? 同一接入控制技術(shù)設(shè)計

戰(zhàn)術(shù)特定用戶使用環(huán)境要求接入點，具備接入手段同時接入的情況，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制千差萬別，統(tǒng)一接入機制不太現(xiàn)實。如果在各接入機制上再統(tǒng)一承載一套接入?yún)f(xié)議，這樣的接入效率對帶寬很低的鏈路來說接入效率太大。

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基站對應(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)輔助完成移動設(shè)備的動態(tài)接入，同一接入控制服務(wù)使用場景如圖1所示。

本文設(shè)計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，移動設(shè)備向源基站發(fā)起切換請求，基站根據(jù)評估結(jié)果判斷是否發(fā)起切換。在決定發(fā)起切換時，就需要在源基站和目標基站之間執(zhí)行切換準備工作，以便在目標基站中預(yù)留切換后所需要的資源。一旦源基站接收到目標基站的切換應(yīng)答后，設(shè)計將源基站自身接收到的下行數(shù)據(jù)直接通過交換設(shè)備發(fā)送給目標基站，同時給移動設(shè)備發(fā)起無線資源重配命令。移動設(shè)備接入目標基站，并向目標基站發(fā)送無線資源重配完成指令。目標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，此時移動設(shè)備可將上行數(shù)據(jù)直接發(fā)送給目標基站。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，完成這一場景下的隨遇接入流程。

2.2? 跨網(wǎng)接入控制技術(shù)設(shè)計

在用戶跨網(wǎng)接入應(yīng)用場景下，接入控制服務(wù)指的是網(wǎng)絡(luò)中存在的源基站和目標基站分別屬于不同的兩個接入子網(wǎng)和接入服務(wù)，該場景下整個隨遇接入流程需要多個不同接入控制服務(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)起切換請求命令，隨后該接入控制服務(wù)向目標控制服務(wù)發(fā)送重定向請求。目標控制服務(wù)接收到服務(wù)重定向請求后向目標基站發(fā)送切換請求，使其分配無線資源，并進行準入認證，目標基站將結(jié)果發(fā)送給目標接入控制服務(wù)，該服務(wù)對重定向請求向源接入控制服務(wù)進行應(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。待移動設(shè)備接入到新的基站后由目標基站向目標接入控制服務(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)答后完成整個隨遇接入流程。

2.3? 操作維護

操作維護在設(shè)計上提供命令管理功能、軟件下載升級和上傳功能。通過FTP標準協(xié)議實現(xiàn)軟件下載升級和上傳備份的功能，命令股主要為設(shè)備操作人員提供基于命令和網(wǎng)管的人機接口，便于對網(wǎng)絡(luò)的維護和管理，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)的接入機制是與鏈路傳輸統(tǒng)一設(shè)計實現(xiàn)的，一般沒有考慮多異構(gòu)組網(wǎng)的統(tǒng)一接入需求。為滿足越來越復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)運用需求，本文設(shè)計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)計具有下述技術(shù)優(yōu)點：

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，當移動設(shè)備首次接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時自身沒有IP地址，接入控制服務(wù)根據(jù)接入?yún)f(xié)議會自動為該移動設(shè)備分配IP地址，并在映射服務(wù)器中記錄該位置信息。當移動接入子網(wǎng)位置變化時，子網(wǎng)的設(shè)備的位置信息根據(jù)切換流程會在接入控制服務(wù)中的映射表更新，而所有的信令交互用戶無須感知，從而使得用戶不需要對通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如：MAC、IP、子網(wǎng)號等進行重新配置，極大提高了用戶使用體驗性。

3.2? 數(shù)據(jù)不丟失

可實現(xiàn)業(yè)務(wù)通信過程中，接入控制服務(wù)在切換過程中信息（數(shù)據(jù)、話音）不會丟失，切換過程采用了信息轉(zhuǎn)發(fā)的方法。源基站將切換準備過程中緩沖的下行數(shù)據(jù)或話音信息通過通信組網(wǎng)控制設(shè)備直接轉(zhuǎn)發(fā)給目標基站，當移動設(shè)備移動到目標基站后，該基站經(jīng)過調(diào)度將通過組網(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)送完后再從業(yè)務(wù)接口接收的下行數(shù)據(jù)發(fā)送給移動設(shè)備。保證接入網(wǎng)中移動設(shè)備在轉(zhuǎn)網(wǎng)時信息傳輸不丟失，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)用場景網(wǎng)絡(luò)運行需求，通過實現(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，可提高戰(zhàn)術(shù)窄帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開通便捷性、使用高效性和傳輸穩(wěn)定性。

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作者簡介：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：無線通信和組網(wǎng)。