CN101079804B - 在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法，该方法主要包括：在WiMAX(全球互动微波接入)与3GPP(第三代移动通信标准化伙伴项目)互连的系统中，建立HA(家乡代理)/FA(外地代理)和WAG(无线局域网接入网关)之间的端到端隧道；MS(移动节点)选择可用的PDG(分组数据网关)，根据所述HA/FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。利用本发明所述方法，可以在WiMAX与3GPP互连的系统中，建立MS与PDG之间的端到端隧道。

Description

在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法 

技术领域

本发明涉及网络通讯领域，尤其涉及一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法。 

背景技术

BWA(Broadband wireless access，宽带无线接入)设备可以为用户提供方便的宽带接入方式。目前有基于私有协议的宽带无线接入设备，也有基于标准协议的宽带无线接入设备。IEEE(电子电气工程师协会)802.16标准定义的宽带无线接入设备，是宽带无线接入技术的系列标准的一个子集。BWA设备中包括WI MAX(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，全球互动微波接入)设备。 

WiMAX是一种基于IEEE802.16标准的无线城域网技术。WiMAX网络主要由MSS/SS(客户端)、ASN(接入业务网)和CSN(连接业务网)三个部分组成。其中，ASN包括基站(BS)和ASN GW(接入业务网网关)，CSN包括PPS(预付费服务器)、AAA Server(认证、授权和计费服务器)等逻辑实体。 

WiMAX网络的无线侧是基于IEEE802.16d/e标准的无线城域网接入技术。现在主要遵循的是2004年7月制定的IEEE802.16-2004(802.16d)标准。IEEE802.16-2004(802.16d)标准的工作频段是2GHz到11GHz，该工作频段是授权和非授权的混合频段。采用OFDM(正交频分复用)和OFDMA(正交频分多址)的物理层，能有效地抗多径衰落。在最佳信道衰落情况下，传输速率可以逼近75Mbps。IEEE 802.16-2004(802.16d)标准用于城域网中的非视距点对多点技术，主要是固定和游牧网络的形式，正在讨论的IEEE 802.16e中加入了支持简单移动通信和全移动通信的技术。 

WiMAX网络的逻辑结构如图1所示。其中，R1接口为无线空中接口，主要由IEEE802.16d/e定义。其余的R2、R3、R4和R5接口均为有线接口。 

WiMAX与3GPP(第三代移动通信标准化伙伴项目)互连指的是将一个WiMAX接入网络集成到已存在的一个3GPP核心网络中。WiMAX与3GPP互连的架构示意图如图2所示。该架构采用与PWLAN(公共无线局域网)与3GPP互连兼容的松散耦合互连的互连方式，该结构使得3GPP准予认证用户通过WiMAX接入网络访问3GPP服务(3GPP PS分组交换域)。 

在现有技术中还没有WiMAX与3GPP互连中隧道的建立方案。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法，从而可以在WiMAX与3GPP互连的系统中，建立MS与PDG之间的端到端隧道。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法，包括步骤： 

A、在全球互动微波接入WiMAX与第三代移动通信标准化伙伴项目3GPP互连的系统中，建立家乡代理HA和无线局域网接入网关WAG之间的端到端隧道； 

B、移动节点MS选择可用的分组数据网关PDG，根据所述HA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。 

所述的步骤A具体包括： 

A1、在网络进入期间，MS使用可扩展认证协议EAP认证过程通过 WiMAX认证、授权、计费AAA向3GPP AAA认证，认证成功后，该3GPPAAA产生主会话密钥MSK，并将该MSK传递给WiMAX AAA； 

A2、所述WiMAX AAA根据所述MSK产生代理移动IP密钥PMIP Key，将该PMIP Key传递给认证者；代理移动节点PMN从认证者获得该PMIP Key，根据该PMIP Key创建移动-归属认证扩展MHAE，向HA发送注册请求； 

A3、HA处理所述注册请求，根据所述PMIP key产生认证扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；HA向WAG发送IP隧道建立请求，WAG向HA返回IP隧道建立响应，建立HA和WAG之间的端到端隧道。 

所述的步骤A3具体包括： 

HA收到PMN发送的注册请求后，如果HA没有相应的安全参数索引SPIkeys，则HA向WiMAX AAA server发出AAA请求，WiMAX AAA server将PMIP key传递给HA，HA收到该PMIP key后，验证所述MHAE，处理所述注册请求；否则，HA直接验证所述MHAE，处理所述注册请求。 

所述的步骤B具体包括： 

MS向接入业务网ASN发出域名服务器DNS请求，获得可用PDG列表，并选择一个可用的PDG；根据该PDG和所述HA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。 

所述的步骤B还包括： 

在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPP AAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

一种在WiMAX与3GPP互连的系统中建立隧道的方法，包括步骤： 

C、在WiMAX与3GPP互连的系统中，建立外地代理FA和WAG之间的端到端隧道； 

D、MS选择可用的PDG，根据所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。

所述的步骤C具体包括： 

在网络进入期间，MS使用EAP认证过程通过WiMAX AAA向3GPP AAA认证；FA向WAG发送IP隧道建立请求，WAG向FA返回IP隧道建立响应，建立FA和WAG之间的端到端隧道。 

所述的步骤D具体包括： 

MS向ASN发出DNS请求，获得可用PDG列表，并选择一个可用的PDG；根据该PDG和所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。 

所述的步骤D还包括： 

在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPPAAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

一种在WiMAX与3GPP互连的系统中建立隧道的方法，包括步骤： 

E、在WiMAX与3GPP互连的系统中，MS选择可用的PDG，建立FA和WAG之间的端到端隧道； 

F、根据所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。 

所述的步骤E具体包括： 

E1、在网络进入期间，MS使用EAP认证过程通过WiMAX AAA向3GPPAAA认证，认证成功后，该3GPP AAA产生MSK，并将该MSK传递给WiMAXAAA； 

E2、所述WiMAX AAA根据所述MSK产生PMIP Key，将该PMIP Key传递给认证者和3GPP AAA，PMN从认证者获得该PMIP Key；MS向ASN发出DNS请求，获得可用PDG列表，并选择一个可用的PDG，PMN根据所述PMIP Key创建MHAE，向所述选择的PDG发送注册请求； 

E3、所述选择的PDG处理所述注册请求，根据所述PMIP key产生认证 扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；FA向WAG发送IP隧道建立请求，WAG向FA返回IP隧道建立响应，建立FA和WAG之间的端到端隧道。 

所述的步骤E3具体包括： 

所述PDG收到PMN发送的注册请求后，如果PDG没有相应的安全参数索引SPI keys，则PDG向3GPP AAA server发出AAA请求，3GPP AAA server将PMIP key传递给PDG，PDG收到该PMIP key后，验证所述MHAE，处理所述注册请求；否则，PDG直接验证所述MHAE，处理所述注册请求。 

所述的步骤F具体包括： 

根据所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道；在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPP AAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

本发明通过先建立HA/FA->WAG(WLAN接入网关)以及WAG->PDG(分组数据网关)之间的端到端隧道，最后建立MS与PDG之间的端到端隧道，从而可以在WiMAX与3GPP进行互连时，通过不同的方式建立MS与PDG之间的端到端隧道。本发明提供了多种隧道建立的方式，在具体实现时，方便用户选择一种符合自己网络最佳拓扑性的方法。 

附图说明

图1为WiMAX网络的逻辑结构示意图； 

图2为WiMAX-3GPP互连的架构示意图； 

图3为本发明所述实现方案1的隧道建立过程中的协议栈示意图； 

图4为本发明所述实现方案1的具体处理流程示意图； 

图5为本发明所述实现方案2的隧道建立过程中的协议栈示意图； 

图6为本发明所述实现方案2的具体处理流程示意图；

图7为本发明所述实现方案3的隧道建立过程中的协议栈示意图； 

图8为本发明所述实现方案3的具体处理流程示意图。 

具体实施方式

本发明提供了一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法，本发明的核心为：先建立HA/FA->WAG以及WAG->PDG之间的端到端隧道，最后建立MS与PDG之间的端到端隧道。 

本发明提出了本发明所述方法的3个实现方案，下面分别介绍该3个实现方案。 

实现方案1的核心思想是：在PMN(代理移动节点)->FA(外地代理)->HA(家乡代理)之间进行MIP(移动IP)注册，MIP注册完成后，触发HA->WAG以及WAG->PDG间隧道的建立。然后，MS(移动节点)通过DNS(域名服务器)查询得到可用的PDG列表信息，并选择一个可用的PDG，最后建立MS与PDG之间的隧道。 

实现方案1的隧道建立过程中的协议栈如图3所示，该方案的具体处理流程如图4所示，包括如下步骤： 

步骤41、在网络进入期间，MS使用EAP(可扩展认证协议)认证过程通过WiMAX AAA向3GPP AAA认证。认证成功后，由3GPP AAA产生MSK(主会话密钥)，并将该MSK传送至WiMAX AAA(认证、授权、计费)，WiMAXAAA根据该MSK产生PMIP Key(代理移动IP密钥)，并将该PMIPKey发送至authenticator(认证者)。 

步骤42、PMN从authenticator获得上述PMIP Key以及其它相关信息。 

步骤43、PMN使用获得的PMIP Key创建MHAE(移动-归属认证扩展)，并向HA发送注册请求，请求进行注册认证，该注册请求中可以包含NAI(网络接入标识符)扩展和MHAE信息。

步骤44、HA收到PMN发送的注册请求后，如果它没有相应的SPI(安全参数索引)keys，便向WiMAX AAA server发出AAA Request请求，执行步骤45；如果有相应的SPI keys，则直接验证接收到的MHAE，并处理上述注册请求。执行步骤47。 

步骤45、WiMAX AAA server将MN-HA key(PMIP key)发送给HA。 

步骤46、HA收到WiMAX AAA server发送的PMIP key后，验证接收到的MHAE，并处理上述注册请求。 

步骤47、HA处理完上述注册请求后，使用上述PMIP key来产生一个认证扩展，并向PMN返回一个带有该认证扩展的注册响应消息。 

步骤48、HA向WAG发送IP隧道建立请求。 

步骤49、WAG向HA发回IP隧道建立响应，建立HA->WAG之间的端到端隧道。 

步骤410、MS向ASN发出DNS请求，以获得可用PDG列表。然后，选择一个可用的PDG。 

步骤411、根据所述选择的PDG和所述HA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。在该隧道建立过程中，PDG可以从3GPPAAA获得有关的认证和授权数据，同时也建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

实现方案2的核心思想是：在FA->WAG以及WAG->PDG间建立隧道。然后，MS通过DNS查询，得到可用PDG的列表信息，并选择一个可用的PDG。最后建立MS与PDG之间的隧道。 

实现方案2的隧道建立过程中的协议栈如图5所示，该方案的具体处理流程如图6所示，包括如下步骤： 

步骤61、在网络进入期间，MS使用EAP认证过程通过WiMAX AAA向3GPP AAA认证。

步骤62、FA向WAG发送IP隧道建立请求。 

步骤63、WAG向FA发回IP隧道建立响应，建立FA->WAG之间的端到端隧道。 

步骤64、MS向ASN发出DNS请求，以获得可用PDG列表。然后，选择一个可用的PDG。 

步骤65、根据所述选择的PDG和所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。在该隧道建立过程中，PDG可以从3GPPAAA获得有关的认证和授权数据，同时也建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

实现方案3的核心思想是：在PMN->FA->PDG之间进行MIP注册，MIP注册完成后，触发FA->WAG以及WAG->PDG间隧道的建立。最后建立MS与PDG之间的隧道。 

实现方案3的隧道建立过程中的协议栈如图7所示，该方案的具体处理流程如图8所示，包括如下步骤： 

步骤81、在网络进入期间，MS使用EAP认证过程通过WiMAX AAA向3GPP AAA认证。认证成功后，由3GPP AAA产生MSK，并将该MSK传送至WiMAX AAA，WiMAX AAA根据该MSK产生PMIP Key，并将该PMIP Key发送至authenticator和3GPP AAA。 

步骤82、PMN从authenticator获得上述PMIP Key以及其它相关信息。 

步骤83、MS向ASN发出DNS请求，以获得可用PDG列表信息。然后，选择一个可用的PDG。 

步骤84、PMN使用获得的P MIP Key创建MHAE，并向上述选择的PDG发送注册请求，请求进行注册认证，该注册请求中可以包含NAI扩展和MHAE。

步骤85、上述选择的PDG收到PMN发送的注册请求后，如果它没有相应的SPI keys，便向3GPP AAA server发出AAA Request请求，执行步骤86；如果有相应的SPI keys，则直接验证接收到的MHAE，并处理上述注册请求。执行步骤88。 

步骤86、3GPP AAA server将MN-HA key(PMIP key)发送给上述选择的PDG。 

步骤87、上述选择的PDG收到3GPP AAA server发送的PMIP key后，验证接收到的MHAE，并处理上述注册请求。 

步骤88、上述选择的PDG处理完上述注册请求后，使用PMIP key来产生一个认证扩展，并向PMN返回一个带有该认证扩展的注册响应消息。 

步骤89、FA向WAG发送IP隧道建立请求。 

步骤810、WAG向FA发回IP隧道建立响应，建立FA->WAG之间的端到端隧道。 

步骤811、根据上述选择的PDG和所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。在该隧道建立过程中，PDG可以从3GPPAAA获得有关的认证和授权数据，同时也建立WAG和PDG之间的过滤策略。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种在WiMAX与3GPP互连中建立隧道的方法，其特征在于，包括步骤：

A、在移动节点MS进入网络后，所述MS使用可扩展认证协议EAP认证过程通过全球互动微波接入WiMAX认证、授权、计费AAA向第三代移动通信标准化伙伴项目3GPP AAA认证，认证成功后，该3GPP AAA产生主会话密钥MSK，并将该MSK传递给WiMAX AAA；

所述WiMAX AAA根据所述MSK产生代理移动IP密钥PMIP Key，将该PMIP Key传递给认证者；代理移动节点PMN从认证者获得该PMIP Key，根据该PMIP Key创建移动-归属认证扩展MHAE，向家乡代理HA发送注册请求；

HA处理所述注册请求，根据所述PMIP Key产生认证扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；HA向无线局域网接入网关WAG发送IP隧道建立请求，WAG向HA返回IP隧道建立响应，建立HA和WAG之间的端到端隧道；

B、移动节点MS选择可用的分组数据网关PDG，根据所述HA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的HA处理所述注册请求，根据所述PMIP Key产生认证扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；HA向无线局域网接入网关WAG发送IP隧道建立请求，WAG向HA返回IP隧道建立响应，建立HA和WAG之间的端到端隧道，具体包括：

HA收到PMN发送的注册请求后，如果HA没有相应的安全参数索引SPIkeys，则HA向WiMAX AAA server发出AAA请求，WiMAX AAA server将PMIP Key传递给HA，HA收到该PMIP Key后，验证所述MHAE，处理所述注册请求；否则，HA直接验证所述MHAE，处理所述注册请求。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

MS向接入业务网ASN发出域名服务器DNS请求，获得可用PDG列表，并选择一个可用的PDG；根据该PDG和所述HA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：

在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPP AAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。

5.一种在WiMAX与3GPP互连的系统中建立隧道的方法，其特征在于，包括步骤：

C、在移动节点MS进入网络后，MS使用可扩展认证协议EAP认证过程通过全球互动微波接入WiMAX认证、授权、计费AAA向第三代移动通信标准化伙伴项目3GPP AAA认证；外地代理FA向无线局域网接入网关WAG发送IP隧道建立请求，WAG向FA返回IP隧道建立响应，建立FA和WAG之间的端到端隧道；

D、所述MS向接入业务网ASN发出域名服务器DNS请求，获得可用分组数据网关PDG列表，并选择一个可用的PDG；根据该PDG和所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤D还包括：

在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPP AAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。

7.一种在WiMAX与3GPP互连的系统中建立隧道的方法，其特征在于，包括步骤：

E、在移动节点MS进入网络后，MS使用可扩展认证协议EAP认证过程通过全球互动微波接入WiMAX认证、授权、计费AAA向第三代移动通信标准化伙伴项目3GPP AAA认证，认证成功后，该3GPP AAA产生主会话密钥MSK，并将该MSK传递给WiMAX AAA；

所述WiMAX AAA根据所述MSK产生代理移动IP密钥PMIP Key，将该PMIP Key传递给认证者和3GPP AAA，代理移动节点PMN从认证者获得该PMIP Key；MS向接入业务网ASN发出域名服务器DNS请求，获得可用分组数据网关PDG列表，并选择一个可用的PDG，PMN根据所述PMIP Key创建移动-归属认证扩展MHAE，向所述选择的PDG发送注册请求；

所述选择的PDG处理所述注册请求，根据所述PMIP Key产生认证扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；外地代理FA向无线局域网接入网关WAG发送IP隧道建立请求，WAG向FA返回IP隧道建立响应，建立FA和WAG之间的端到端隧道；

F、根据所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG之间的端到端隧道。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的所述选择的PDG处理所述注册请求，根据所述PMIP Key产生认证扩展，向PMN返回带有该认证扩展的注册响应消息；外地代理FA向无线局域网接入网关WAG发送IP隧道建立请求，WAG向FA返回IP隧道建立响应，建立FA和WAG之间的端到端隧道具体包括：

所述PDG收到PMN发送的注册请求后，如果PDG没有相应的安全参数索引SPI keys，则PDG向3GPP AAA server发出AAA请求，3GPP AAA server将PMIP Key传递给PDG，PDG收到该PMIP Key后，验证所述MHAE，处理所述注册请求；否则，PDG直接验证所述MHAE，处理所述注册请求。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的步骤F具体包括：

根据所述FA和WAG之间的端到端隧道，建立MS与PDG间的端到端隧道；在所述MS与PDG间的端到端隧道的建立过程中，PDG从3GPP AAA获得相关的认证和授权数据，并且建立WAG和PDG之间的过滤策略。

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