CN101340405A

CN101340405A - 基于WiMAX接入的网关设备

Info

Publication number: CN101340405A
Application number: CNA2008101455653A
Authority: CN
Inventors: 蔡红红; 刘鹏午
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: CN101340405B

Abstract

本发明公开了一种基于WiMAX接入的网关设备包括：转发模块，用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用IP汇聚子层的情况下，根据协议的标记对业务和/或业务流进行区分，并转发区分后的业务和/或业务流。通过使用本发明，能够有效解决相关技术中内网覆盖有限的问题，简单、有效地区别内网数据和外网数据，从而保证了业务数据的正确传输。

Description

基于WiMAX接入的网关设备

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，设计一种基于微波接入全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access，简称为WiMAX)接入的网关设备。

背景技术

在某些企业内部，常常出现企业内部由内网覆盖，而企业内部的用户可以通过内网进一步接入外网(例如，可以是接入互联网(Internet))。

目前，企业的内网主要采用有线形式的网络。因此，企业内部的内网的覆盖面积将非常有限。并且，如果企业内的用户持有移动终端进行办公，一旦该用户离开企业内网的覆盖范围，例如，离开其办公区域，此时，即使该用户仍处于距离其办公区域很近的地方，但是却不能够继续使用公司的内网。

可以看出，在目前的内网和外网的使用当中，存在内网覆盖范围受限所导致的用户使用不便的问题。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种基于WiMAX接入的网关设备，以解决相关技术中内网(本地局域网)覆盖范围受限而导致的不便于使用的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于WiMAX接入的网关设备。

根据本发明的基于WiMAX接入的网关设备包括：

转发模块，用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用IP汇聚子层的情况下，根据协议的标记对业务和/或业务流进行区分，并转发区分后的业务和/或业务流。

此外，在转发模块进行上行转发的情况下，转发模块根据标记对业务配置为业务流，并将业务通过配置的业务流转发至网络侧。

另一方面，在转发模块进行下行转发的情况下，转发模块根据标记区分业务流中的业务，并将区分得到的业务转发至相应的用户。

除此之外，该网关设备还可以进一步包括：网络地址转换模块，用于在转发模块进行上行转发的情况下，在发送配置的业务流之前对配置的业务流进行网络地址转换；以及用于在转发模块进行下行转发的情况下，在将区分得到的业务转发至相应的用户之前对区分得到的业务进行反网络地址转换。

此外，该网关设备还可以进一步包括：路由模块，用于对WiMAX本地局域网的用户提供路由功能；动态主机分配协议中继模块，用于响应于用户的动态主机分配协议请求从网络侧获取用户的IP地址，其中，用户的IP地址用于实现用户与网络侧的业务流交互。

此外，该网关设备还可以进一步包括：连接启动模块，用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用以太网汇聚子层的情况下，启动第一广域网连接和第二广域网连接，其中，第一广域网连接用于与网络侧进行业务流交互，第二广域网连接用于进行WiMAX本地局域网的业务流交互。

此时，第一广域网连接运行IEEE 802.3协议和RFC2131/2协议；第二广域网连接运行RFC1483bridge协议。

可选地，上述网络侧是指互联网。

通过本发明的上述技术方案，能够有效解决相关技术中内网覆盖有限的问题，简单、有效地区别内网数据和外网数据，从而保证了业务数据的正确传输。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备所应用的组网示意图；

图2是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备的框图；

图3是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备和基站及AGW设备进行交互的处理流程图；

图4是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备在下行传输时的处理流程图；

图5是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备与用户之间交互的IP包的示意图。

具体实施方式

考虑到相关技术中内网覆盖方式固定、且覆盖范围有限的问题，本发明提出用WiMAX网络进行覆盖，例如，在应用于企业内网的情况下，使用WiMAX网络将企业的各个部门相连，企业内部有企业本地局域网(Local Area Network，LAN)，也可以接入外部互联网(Internet)。

目前，标准中对WIMAX的IEEE 802.16媒体接入控制(MediumAccess Control，MAC)层的分层结构定义规范，分为了三个子层：服务特定汇聚子层(Service Specific Convergence Sublayer)、公共部分子层(Common Part Sublayer)和安全子层(Security Sublayer)。

其中，汇聚子层的主要功能是负责将其接入点(SAP)收到的外部数据转换和映射到MAC业务数据单元(SDU)，并传递到MAC层业务接入点(SAP)，即，将面向连接的公共部分服务(MAC服务)映射成标准类型的服务。此外，协议定义了异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)汇聚子层(ConvergenceSublayer，CS)和分组(Packet)CS两种CS类型，其中，Pocket CS提供了对802.3(以太网，Ethernet)、802.1Q(虚拟局域网，VLAN)和IP(IPv4，IPv6)等分组业务的映射。且目前主要的方式都是PacketCS。

然而，对于WiMAX接入外网的业务数据交互，标准中并未进行定义。

考虑到上述问题，本发明提出对于内部用户间的通信，只在企业内部通过局域网转发；对于Internet业务，则通过WiMAX网络接入Internet网络。企业内部的用户使用网关设备或者用户驻地设备(Custom Premise Equipment，CPE)接入，这个设备必须能够根据一些标记(端口，地址，标签，QOS等)区分用户的业务类型是内部应用还是Internet业务，并以基站(BS)可以分辨的业务流方式发送，从而使系统侧的接入网关(AGW)能够识别。

图1是实际应用中组网结构的实例。如图1所示，AGW连接至基站(BS)，BS连接至网关设备(例如，CPE)(也可称为接入设备、网关接入设备)，网关设备可以进一步连接至多个用户，例如，图1中所示的用户1(Internet业务)、用户2(企业内部业务)、用户3(Internet业务)。

与目前采用的WiMAX网关设备不同，本发明的基于WiMAX接入的网关设备能够配合对应的WIMAX网络，提供给用户有广域网(Wide Area Network，WAN)的Internet功能，还能提供给用户企业本地局域网(Local Area Network，LAN)接入的功能。在上行的时候，把企业本地LAN业务和WAN internet业务分到不同的业务流上；下行的时候，根据不同的业务流，可以决定是直接转发给后面的用户，还是做网络地址转换(Network Address Translation，NAT)之后再转给后面的用户。

下面将结合附图详细描述本发明。

根据本发明的实施例，提供了一种基于WiMAX接入的网关设备。

如图2所示，根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备包括：转发模块202、连接启动模块204。

具体地，转发模块202用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用IP汇聚子层的情况下，根据协议的标记对业务和/或业务流进行区分，并转发区分后的业务和/或业务流。因为在目前的WiMAX网络中，主要采用的是IP CS，在两个网络终端之间交换IP包，空口上只有IP包在各个节点上交换。

具体地，对于WiMAX的MAC层中采用IP CS的情况，因为是采用IP包的格式进行传输，所以类似ETHERNE CS中的RFC1483Bridge协议和ARP协议都不能使用了。这个时候网关设备不需要不同的WAN连接来区分不同的业务(以太网汇聚子层则需要两个不同的WAN)，而是利用一些上层协议的标记来对各个业务进行区分。比如，上行的时候，网关设备用不同的IP地址来对业务流进行配置，使不同的业务能够采用不同的业务流进行传送，保证BS的正常识别，并让AGW识别进行相应转发的操作。下行的时候，WIMAX网关设备根据接收到的不同的业务流和目的IP地址来区分业务，并转发给相应的用户。

连接启动模块204用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用以太网汇聚子层的情况下，启动第一广域网连接和第二广域网连接，其中，第一广域网连接用于与Internet进行业务流交互，第二广域网连接用于进行WiMAX本地局域网的业务流交互，并且需要使网关设备正确区分出与不同DHCP SERVER之间的DHCP交互。

具体而言，对于WiMAX的MAC层中采用Ethernet CS的情况，连接启动模块需要为WiMAX CPE启用两条WAN连接，一个运行Ieee802.3和RFC2131/2DHCP协议(即，上述第一广域网连接)，用作真正的WAN连接，对应于Intenet业务；一个运行RFC1483Bridge协议(即，上述第二广域网连接)，用作企业本地LAN连接，对应于企业网内业务。上行的时候，用不同的WAN连接来配置业务流，发往BS，BS对不同的业务流进行区分，使AGW可以对Internet业务和企业网业务进行相应处理；下行的时候，网关设备也根据业务流与WAN连接的映射关系，将其中的数据收入相应的WAN连接即可。

通过WiMAX覆盖内网，能够有效解决相关技术中内网覆盖有限的问题，提升了内网的性能。

优选地，该网关设备还可以包括：网络地址转换模块、路由模块、动态主机分配协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)中继(Relay)模块。

具体地，网络地址转换模块用于在转发模块进行上行转发的情况下，在发送配置的业务流之前对配置的业务流进行网络地址转换；以及用于在转发模块进行下行转发的情况下，在将区分得到的业务转发至相应的用户之前对区分得到的业务进行反网络地址转换；

路由模块用于对WiMAX本地局域网的用户提供路由功能；

DHCP Relay模块用于响应于用户的DHCP请求从网络侧(Internet)获取用户的IP地址，其中，用户的IP地址用于实现用户与Internet的业务流交互。

下面将以WiMAX的MAC层采用IP汇聚子层的情况为例描述本发明。

如图3所示，根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备进行网络接入以及数据包交互的处理过程如下：

(31)WiMAX网关设备(如CPE等)接入WiMAX网络，并从鉴权服务器AAA获取授权的业务流信息；

(32)依照鉴权服务器AAA的要求，AGW发起，和网关设备之间建立初始业务流ISF；

(33)WiMAX网关设备发起DHCP请求，获取网关设备的IP地址，称为网关设备的WAN IP地址；

(34)企业用户向网关发起DHCP请求，由网关设备中的DHCPRELAY模块处理，DHCP RELAY模块再通过网关WAN连接中的企业业务流向企业DHCP服务器发起DHCP请求，获取用户自身的IP地址，称为用户IP地址；

(35)设备和用户分别获取各自的IP地址以后，就可以进行IP数据交换了，对于上行和下行业务，流程有所差别：

可选地，对于上行业务，网关设备可根据用户发起的业务类型(根据目的IP地址或者其他标记判断)，判断是否要进行NAT转换，而后将不同的业务类型放入不同的业务流中，发送给AGW；

另外，对于下行业务，网关设备根据接收到的业务流中不同的业务以及IP包中的标记(例如，目的IP地址)，判断是否要进行反NAT转换，而后将对应的业务发送给相应的用户。

通过以上的步骤，网关设备对用户发起的不同业务进行分类并用特定的业务流发往AGW，或者对AGW发来的特定业务流进行分类并正确转发，保证各种业务上下行选择正确的通路，从而对各种业务的正常进行提供了保障。

在实际应用中，根据本发明的基于WiMAX接入的网关设备应用范围广泛，可以工作在各种局域网中，例如，可工作在企业网。在上行的时候，该设备可以根据用户发起的业务类型(根据目的IP地址或者其他标记判断)将业务分配到不同的业务流，以便WIMAX网络系统设备选择是在企业网内传输还是接入Internet；下行的时候，也能保证将业务流正确的传送到正确的用户。

图4是根据本发明实施例的基于WiMAX接入的网关设备的详细操作实例的流程图，起初里可以分为以下几个步骤：

(1)WiMAX网关设备(如CPE等)接入WiMAX网络，并从鉴权服务器AAA获取授权的业务流信息；

WiMAX接入网络的过程符合IEEE802.16e规定，在经历了物理层同步和MAC层同步之后，就可以接入WiMAX网络，此时会从鉴权服务器AAA获取此网关设备的签约信息，包括此设备所属的企业网，用户优先级，最大签约用户以及业务流等；

(2)：依照鉴权服务器AAA的要求，BS/AGW发起，和网关设备之间建立初始业务流ISF；

在正常接入网络并获取了设备的签约信息之后，BS/AGW会依照鉴权服务器的要求，发起初始业务流的建立过程，和网关设备建立业务流的连接；

(3)WiMAX网关设备发起DHCP请求，获取网关设备的IP地址，称为设备IP地址；

在初始业务流建立之后，网关设备向Internet发起DHCP请求，获取网关设备的IP地址，这个地址是网络侧的DHCP服务器进行分配的，可以称为设备IP地址；

(4)企业用户通过网关设备向企业DHCP服务器发起DHCP请求，通过WiMaX网关DHCP RELEAY功能，获取用户自身的IP地址，称为用户IP地址；

设备IP地址取得之后，企业用户向网关设备再起发起一个DHCP请求，然后由网关里DHCP RELAY模块进行DHCP接力，获取用户的IP地址，这个IP地址的获取是由网关设备的DHCPRelay功能实现的，由AGW向企业DHCP服务器申请获取IP地址，这个IP地址称为用户IP地址。

对于上行业务，可以进一步包括：(5a)网关设备根据用户发起的业务类型，判断是否要进行NAT转换，而后将不同的业务类型放入不同的业务流中，发送给BS/AGW；

例如，可以使用IP地址区别的方式(即，作为上述标记)，但是本领域的技术人员应当理解，除了IP区别的方式之外，还可以采用其它的方式，这里不再一一描述。

网关设备根据分析由用户发来的业务报文头，辨别报文中的目的IP地址。

图5是根据本发明实施例的用户和网关设备之间交互的IP包的示意图。如图5所示，该IP数据包包括以下信息：目的地址、源地址、数据、冗余校验字段(CRC)、IP数据报、ARP请求/应答、RARP请求/应答、PAD字段。

在实际判断过程中，如果从目的IP地址中判别出是企业网业务，则直接放入对应的业务流中发往AGW，AGW检测到接收到的业务流中的IP地址是用户IP地址，判断出是企业网业务，则不发往Internet，直接进行网内处理。如果从目的IP地址中判别出是Internet业务，则利用NAT功能，将用户IP地址转化为设备IP地址，放入对应的业务流中，发往AGW。AGW根据此设备IP判断出是非企业网内业务，则接入Internet进行后续处理。

对于下行业务，可以进一步包括：(5b)网关设备根据接收到的业务流中不同的业务，判断是否要进行反NAT转换，而后将对应的业务发送给相应的用户。

网关设备接收到AGW传来的业务流，根据目的IP地址来判断业务类型，如果是企业网内的其他用户IP地址，则表示是企业网内部业务，直接根据目的IP地址进行数据转发；如果目的IP地址是WIMAX网关设备的WAN连接IP地址，则表示业务类型是Internet业务，执行反NAT业务，将设备IP地址转化为用户IP地址后将数据转发。

通过上述处理，能够有效解决相关技术中内网覆盖有限的问题，简单、有效地区别内网数据和外网数据，从而保证了业务数据的正确传输，对各种业务的正常进行提供有效的保障。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于WiMAX接入的网关设备，其特征在于，包括：

转发模块，用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用IP汇聚子层的情况下，根据协议的标记对业务和/或业务流进行区分，并转发区分后的所述业务和/或所述业务流。

2.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，在所述转发模块进行上行转发的情况下，所述转发模块根据所述标记对所述业务配置为业务流，并将所述业务通过配置的所述业务流转发至网络侧。

3.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，在所述转发模块进行下行转发的情况下，所述转发模块根据所述标记区分所述业务流中的业务，并将区分得到的所述业务转发至相应的用户。

4.根据权利要求2或3所述的网关设备，其特征在于，进一步包括：

网络地址转换模块，用于在所述转发模块进行上行转发的情况下，在发送配置的所述业务流之前对配置的所述业务流进行网络地址转换；以及用于在所述转发模块进行下行转发的情况下，在将区分得到的所述业务转发至相应的用户之前对区分得到的所述业务进行反网络地址转换。

5.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，进一步包括：路由模块，用于对WiMAX本地局域网的用户提供路由功能；

动态主机分配协议中继模块，用于响应于用户的动态主机分配协议请求从网络侧获取所述用户的IP地址，其中，所述用户的IP地址用于实现用户与所述网络侧的业务流交互。

6.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，进一步包括：

连接启动模块，用于在WiMAX的媒体接入控制层中采用以太网汇聚子层的情况下，启动第一广域网连接和第二广域网连接，其中，所述第一广域网连接用于与网络侧进行业务流交互，所述第二广域网连接用于进行WiMAX本地局域网的业务流交互。

7.根据权利要求6所述的网关设备，其特征在于，所述第一广域网连接运行IEEE 802.3协议和RFC2131/2协议；所述第二广域网连接运行RFC1483 bridge协议。

8.根据权利要求2、5、和6中任一项所述的网关设备，其特征在于，所述网络侧是指互联网。