CN101938735A - 终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法，该方法包括：接入类型确定步骤，WiFi网络接入鉴权前，WiFi网络的接入设备根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；分配互通功能节点步骤，接入类型为互通接入类型时，所述接入设备为分配互通功能节点；鉴权步骤，所述接入设备通过分配的所述互通功能节点与WiMAX核心网的认证服务器完成接入鉴权。本发明方法及互通网络，可以保证互通网络环境下信令合理的转发。

Description

终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络

技术领域

本发明涉及WiMAX网络与WiFi网络技术，尤其是一种终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络。

背景技术

全球微波接入互操作性(WiMAX，World Interoperability for Microwave Access)是基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入技术，能够有效地利用有限的无线频谱资源而提供较大的空口带宽(最高70Mbps的数据传输能力)和更广的传输覆盖范围(无线信号传输距离最远可达50公里)。WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络也是能够提供较高带宽的无线网络，目前已经在办公室、家庭和宾馆等场所大量部署。但是WiFi作为一种短距离无线技术，其网络覆盖范围较小(约100米左右)，一般只能作为其它无线技术组网的补充。不过WiFi网络具有建网费用低、易部署等优点，而WiMAX如果建成覆盖全国的网络，其投资成本将非常高，因此WiFi和WiMax网络将在相当长时期内共存。考虑到WiMAX作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网。WiMAX与WiFi两种网络的互通将有助于两个网络的优势互补，并扩大覆盖范围，让移动用户在不同的无线接入网络环境中，更广泛的地理范围内既能利用两个网络各自不同的特性，又能获得一致的业务访问。

WiMAX系统与WiFi系统之间的网络互通有助于两个网络的优势互补，扩大网络的覆盖范围，让移动用户设备在不同的无线接入网络环境中，利用两个网络各自不同的特性，获得一致的业务访问。图1是UE(User Equipment，用户设备)处于非漫游情况下通过WiMAX无线接入网以及通过WiFi网络接入WiMAX核心网(即图中的WiMAX连接服务网络)的结构框图，包含下列网元：

互通功能节点(Interworking Function，简称为IWK)：位于WiMAX网络，负责终端通过WiFi网络初始接入WiMAX网络、协调WiMAX与WiFi网络之间的切换。

接入点(Access Point，简称为AP)：位于WiFi网络，是一个具备无线信号发射功能的集线器，它可为多台无线上网设备提供对话汇接。相当于有线网络中的集线器或交换机。

接入控制器(Access Controller，简称AC)：位于WiFi网络，在WiFi与Internet之间起到网关功能，将来自不同AP的数据进行汇聚、接入Internet。AC作为客户端可以通过网络标志来为用户完成接入鉴权和认证等。

WiFi信令转发单元(WiFi Signal Forward Function，简称WiFi SFF)：是一个在WiMAX网络中，负责转发WiFi信令的网元。具体实现可能位于WiFi网络或者独立于WiMAX和WiFi网络。

WiMAX信令转发单元(WiMAX Signal Forward Function，简称WiMAX SFF)：是一个在WiFi网络中，负责转发WiMAX信令的网元。具体实现可能位于WiMAX网络或者独立于WiMAX和WiFi网络。

当用户通过终端从WiFi网络接入WiMAX核心网使用WiMAX业务时，对于网络侧而言，相同的EAP信令被发送到相同的网元，即AP和AC，这种情况下，AC无法区分是采用传统的鉴权流程到Radius服务器上面去做用户接入鉴权，还是采用WiFi和WiMAX互通时的特殊流程，通过互通功能节点(IWK)转发，到WiMAX核心网的鉴权授权计费服务器(WiMAX AAA)上去做用户接入鉴权。

其次，不同于一般的WiMAX接入业务网关，互通功能节点(IWK)的数量是较为稀少的，而考虑到WiFi和WiMAX上面开展的业务多半是大数据流业务，互通功能节点很可能成为其瓶颈，因此，如何合理的给用户分配恰当的互通功能节点，达到负荷分担的目的是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络，以保证互通网络环境下信令合理的转发。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法，该方法包括：

接入类型确定步骤：WiFi网络接入鉴权前，WiFi网络的接入设备根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；

分配互通功能节点步骤：接入类型为互通接入类型时，所述接入设备为分配互通功能节点；

鉴权步骤：所述接入设备通过分配的所述互通功能节点与WiMAX核心网的认证服务器完成接入鉴权。

进一步地，所述表明接入WiMAX核心网的信息是接入类型标识。

进一步地，所述分配互通功能节点步骤中，所述接入设备是根据当前数据流量及网络中各互通功能节点的负载状况选择分配互通功能节点的，且为所述终端分配所述互通功能节点时，将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

进一步地，鉴权步骤具体包括：

所述接入设备将局域网扩展认证协议EAPoL消息转发到所述互通功能节点；

所述互通功能节点将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息，并转发所述EAP消息到所述WiMAX核心网的AAA服务器，完成所述终端的接入鉴权。

进一步地，所述鉴权步骤后还包括绑定步骤：所述互通功能节点向家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理将所述终端的互通功能节点和所述家乡代理的绑定关系更新上报给所述AAA服务器；所述家乡代理根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种互通网络，所述网络包括通过网络连接的接入设备、互通功能节点及认证服务器，其中：

所述接入设备，位于WiFi网络，WiFi网络接入鉴权前，用于根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；接入类型为互通接入类型时，还用于分配互通功能节点；还用于接收终端发送的鉴权消息并向所述分配的互通功能节点转发；

所述互通功能节点，用于接收所述接入设备的鉴权消息，并向所述WiMAX连接服务网的认证服务器转发；

所述认证服务器，位于所述WiMAX连接服务网，用于接收所述互通功能节点发送的鉴权消息，实现接入鉴权。

进一步地，所述表明接入WiMAX连接服务网的信息是接入类型标识。

进一步地，所述接入设备是根据网络中各互通功能节点的负载状况选择分配互通功能节点的；所述接入设备为所述终端分配所述互通功能节点时，还用于将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

进一步地，

所述接入设备接收及转发的鉴权消息是局域网扩展认证协议EAPoL消息；所述互通功能节点接收所述EAPoL消息后，还用于将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息后，再发送到所述WiMAX核心网的认证服务器。

进一步地，所述互通网络还包括与所述互通功能节点连接的家乡代理，所述互通功能节点还用于向所述家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理用于接收所述互通功能节点发送的消息，还用于根据所述互通功能节点地址将所述家乡代理与所述互通功能节点的绑定关系通过认证服务器更新至归属用户服务器；所述家乡代理还用于根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

本发明终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络中，WiFi网络的接入设备在WiFi网络接入鉴权前，根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，并在确定接入类型为互通接入时，根据当前数据流量和网元的负荷情况动态分配互通功能节点，解决了互通时信令的合理转发，同时保证了互通功能节点上的负荷分担，降低了流量瓶颈几率，为运营商提供更加优质有效的WiMAX和WiFi业务提供了支持。

附图说明

图1是非漫游场景下，WiFi和WiMAX互通网络的参考网络架构；

图2是本发明终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法示意图。

图3是应用实例一终端WiFi初始入网场景下的示意图。

图4是应用实例二Single Radio下，终端从WiMAX网络切换到WiFi网络场景下的示意图。

图5是接入设备根据接入类型的不同给终端分配相应的SSID的示意图。

具体实施方式

本发明终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络的主要思想是，WiFi网络的接入设备在WiFi网络接入鉴权前，根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，并在确定接入类型为互通接入时，根据当前数据流量和网元的负荷情况动态分配互通功能节点，解决了互通时信令的合理转发，同时保证了互通功能节点上的负荷分担，降低了流量瓶颈几率，为运营商提供更加优质有效的WiMAX和WiFi业务提供了支持。

如图2所示，本发明终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法，该方法包括：

步骤201：接入类型确定步骤，即WiFi网络接入鉴权前，WiFi网络的接入设备根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；

终端通过WiFi网络初始入网或WiMAX网络切换到WiFi网络时，采用在消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息来通知WiFi网络的接入设备确定接入类型，所述表明接入WiMAX核心网的信息可以是接入类型标识，接入类型标识可以承载在HTTP协议上，并在接入鉴权流程(基于802.1xEAPoL协议)中一起带到接入设备，本发明所述的接入设备指WiFi网络的接入点和/或接入控制器。

另外，终端从WiMAX网络切换到WiFi网络时，因为需要由WiMAX信令转发单元转发消息，接入设备可以根据消息来自WiMAX信令转发单元，默认接入类型是互通接入类型。

步骤202：分配互通功能节点步骤，即接入类型为互通接入类型时，所述接入设备为所述终端分配互通功能节点；

互通接入类型下，接入设备需要通过互通功能节点来实现接入鉴权，以及通过互通功能节点来实现与网络侧的交互。

考虑到负荷分担的原则，所述接入设备根据当前数据流量及网络中各互通功能节点的负载状况选择合适的互通功能节点的。所述分配互通功能节点步骤中，为所述终端分配所述互通功能节点时，将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

为了在常规WiFi接入和互通接入时采用不同的SSID，可以预先将SSID将被分成两组，一组提供给常规的WiFi接入，标识SSID ASP；另外一组提供给WiMAX和WiFi互通，表示为SSID IWK，确定为互通接入类型时，分配给终端的SSID即为SSID IWK，如图5所示，

步骤203：鉴权步骤即，所述接入设备通过分配的所述互通功能节点与WiMAX核心网的认证服务器完成接入鉴权。

终端通过WiFi网络初始入网场景下，终端发送给接入设备的发起WiFi网络接入鉴权的消息是局域网扩展认证协议EAPoL消息，鉴权步骤具体包括：

所述接入设备将局域网扩展认证协议EAPoL消息转发到所述互通功能节点；

所述互通功能节点将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息，并转发所述EAP消息到所述WiMAX核心网的AAA服务器，完成所述终端的接入鉴权。

一旦接入控制器为用户分配了一个合适的互通功能节点，考虑到一个互通功能节点的迁移可能造成其他互通功能节点满负荷或超负荷，因此，一般不允许终端在一次接入中互通功能节点的改变。接入控制器将在后续流程中发起终端的IWK和WiMAX家乡代理(HA)的绑定，即鉴权步骤后还包括绑定步骤：互通功能节点向家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理将所述终端的互通功能节点和所述家乡代理的绑定关系通过认证服务器更新至归属用户服务器；所述家乡代理根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

终端从WiMAX网络切换到WiFi网络的场景中，所述发起鉴权步骤及所述鉴权步骤中，所述终端是通过信令转发单元与所述接入设备进行交互的。

本发明通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法，通过确定接入类型，并在互通接入的情况下分配互通功能节点，解决了互通时信令的合理转发，同时保证了互通功能节点上的负荷分担，为运营商提供更加优质有效的WiMAX和WiFi业务提供了支持。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

图3示例了终端通过WiFi网络初始入网场景下的互通功能节点分配的实施例。

步骤301，终端和WiFi网络网元之间的物理层和MAC层的建立；

步骤302，终端与WiFi网络进行802.11关联；

步骤303，终端发起WiFi网络的接入鉴权，采用802.1x协议定义的EAPoL技术，同时携带接入类型标识，这些参数都是承载于HTTP协议；

步骤304，接入点和接入控制器收到接入类型标识之后，解析出本次接入的目的是通过WiFi接入WiMAX核心网，则接入控制器将根据目前网络中各互通功能节点的负载状况，给终端分配一个合适的互通功能节点，并将与之关联的SSID(Service Set Identifier，服务区标识)分配给此终端。为终端服务的互通功能节点分配之后，接入控制器将EAPoL(Extensible Authentication Protocol over LAN，局域网的扩展认证协议)的相关消息转发到互通功能节点上，而互通功能节点会将EAPoL转化为EAP(Extensible Authentication Protocol，可扩展认证协议)消息并转发这些消息到WiMAX核心网中的AAA服务器上，完成终端的接入鉴权；

步骤305，终端与WiFi网元之间生成密钥PMK(Pairwise Master Key，成对主密钥)，并通过四次握手产生密钥PTK(Pairwise Temporal Key，成对临时密钥)；

步骤306，为了保障接入控制器和互通功能节点之间消息传递的安全性，接入控制器会触发安全隧道的建立流程，此安全隧道可能采用IPsec，GRE或者数据通道等；

步骤307，终端发起DHCP过程，通过互通功能节点到WiMAX核心网的家乡代理上面获取终端的IP地址；

步骤308～309，终端获取IP地址的过程中，为了保证互通功能节点的负载均衡，需要将互通功能节点与终端的家乡代理做一个绑定，即互通功能节点会将自己的地址通过消息带给家乡代理，后续家乡代理将根据此地址转发下行数据流和其他的网络参数；

步骤310，家乡代理将此终端的互通功能节点和家乡代理的绑定关系更新上报给AAA服务器。

图4示例了single Radio(单无线发射)下，终端从WiMAX网络切换到WiFi网络的场景中，互通功能节点分配的实施例。

步骤401，终端在WiMAX网络中发起初始接入流程，在此流程中，AAA服务器会在接入接受消息中将WiFi信令转发功能的地址信息发送给接入服务网关；

步骤402，终端发起DHCP过程获取WiFi信令转发功能的地址；

步骤403，终端通过WiFi信令转发功能从WiFi网络做EAP鉴权。一种方式是终端将接入类型和EAP消息一起通过终端和WiFi信令转发功能之间的隧道传递给WiFi网络的接入点和接入控制器。或者，当接入点和接入控制器接收到从WiFi信令转发功能发送的EAP消息时，默认终端目的为WiFi和WiMAX互通。接入控制器将根据当前的网络负载状况为终端的本次接入分配一个空闲的互通功能节点，同时为终端分配相应的SSID；

步骤404，WiFi网络的网元产生PMK并完成四次握手生成PTK；

步骤405，终端和接入点完成802.11关联，采用之前分配的SSID；

步骤406，WiFi信令转发功能将终端的相关上下文转发到WiFi网络的接入点。

步骤407，终端向互通功能节点发送DHCP发现消息，请求终端的IP地址。

步骤408～409，网络侧完成互通功能节点和家乡代理的绑定，即互通功能节点将自己的地址在消息里面携带到家乡代理，作为后续的下行业务流和相关网络参数的下发目的地；

步骤410，家乡代理触发WiMAX网络中的承载释放，包括数据通道和空口资源；

步骤411～413，网络将终端IP地址发送给终端，终端通过DHCP消息将其IP地址到互通功能节点的DHCP代理功能上完成注册并确认。

以上是以single Radio的情形为例进行说明的，对于dual Radio(双无线发射)的情形，本发明同样适用。

为实现以上方法，本发明还提供一种互通网络，所述网络包括通过网络连接的接入设备、互通功能节点及认证服务器，其中：

所述接入设备，位于WiFi网络，WiFi网络接入鉴权前，用于根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；接入类型为互通接入类型时，还用于分配互通功能节点；还用于接收终端发送的鉴权消息并向所述分配的互通功能节点转发；

所述表明接入WiMAX连接服务网的信息是接入类型标识。

所述接入设备是根据当前数据流量及网络中各互通功能节点的负载状况选择分配互通功能节点的；所述接入设备为所述终端分配所述互通功能节点时，还用于将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

所述互通功能节点，用于接收所述接入设备的鉴权消息，并向所述WiMAX连接服务网的认证服务器转发；

所述接入设备接收及转发的鉴权消息是局域网扩展认证协议EAPoL消息；所述互通功能节点接收所述EAPoL消息后，还用于将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息后，再发送到所述WiMAX核心网的认证服务器。

所述认证服务器，位于所述WiMAX连接服务网，用于接收所述互通功能节点发送的鉴权消息，实现接入鉴权。

所述互通网络还包括与所述互通功能节点连接的家乡代理，所述互通功能节点还用于向所述家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理用于接收互通功能节点发送的消息，还用于根据所述互通功能节点地址将所述家乡代理与所述互通功能节点的绑定关系通过认证服务器更新至归属用户服务器；所述家乡代理还用于根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

当然，所述互通网络还包括WiMAX信令转发单元，在终端从WiMAX网络切换到WiFi网络是，用于转发WiMAX信令。

上述只是本发明实施例。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本发明终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法及互通网络中，WiFi网络的接入设备在WiFi网络接入鉴权前，根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，并在确定接入类型为互通接入时，根据当前数据流量和网元的负荷情况动态分配互通功能节点，解决了互通时信令的合理转发，同时保证了互通功能节点上的负荷分担，降低了流量瓶颈几率，为运营商提供更加优质有效的WiMAX和WiFi业务提供了支持。

Claims (10)

1.一种终端通过WiFi网络接入WiMAX核心网的方法，其特征在于，该方法包括：

接入类型确定步骤：WiFi网络接入鉴权前，WiFi网络的接入设备根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；

分配互通功能节点步骤：接入类型为互通接入类型时，所述接入设备为分配互通功能节点；

鉴权步骤：所述接入设备通过分配的所述互通功能节点与WiMAX核心网的认证服务器完成接入鉴权。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述表明接入WiMAX核心网的信息是接入类型标识。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分配互通功能节点步骤中，所述接入设备是根据当前数据流量及网络中各互通功能节点的负载状况选择分配互通功能节点的，且为所述终端分配所述互通功能节点时，将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，鉴权步骤具体包括：

所述接入设备将局域网扩展认证协议EAPoL消息转发到所述互通功能节点；

所述互通功能节点将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息，并转发所述EAP消息到所述WiMAX核心网的AAA服务器，完成所述终端的接入鉴权。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述鉴权步骤后还包括绑定步骤：所述互通功能节点向家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理将所述终端的互通功能节点和所述家乡代理的绑定关系更新上报给所述AAA服务器；所述家乡代理根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

6.一种互通网络，其特征在于，所述网络包括通过网络连接的接入设备、互通功能节点及认证服务器，其中：

所述接入设备，位于WiFi网络，WiFi网络接入鉴权前，用于根据接收的消息或消息的来源确定接入类型，若接收的消息中携带表明接入WiMAX核心网的信息或消息来自WiMAX信令转发单元则确定为互通接入类型；接入类型为互通接入类型时，还用于分配互通功能节点；还用于接收终端发送的鉴权消息并向所述分配的互通功能节点转发；

所述互通功能节点，用于接收所述接入设备的鉴权消息，并向所述WiMAX连接服务网的认证服务器转发；

所述认证服务器，位于所述WiMAX连接服务网，用于接收所述互通功能节点发送的鉴权消息，实现接入鉴权。

7.如权利要求6所述的互通网络，其特征在于：所述表明接入WiMAX连接服务网的信息是接入类型标识。

8.如权利要求6所述的互通网络，其特征在于：所述接入设备是根据网络中各互通功能节点的负载状况选择分配互通功能节点的；所述接入设备为所述终端分配所述互通功能节点时，还用于将与分配的所述互通功能节点关联的服务区标识SSID分配给所述终端。

9.如权利要求6所述的互通网络，其特征在于：

所述接入设备接收及转发的鉴权消息是局域网扩展认证协议EAPoL消息；所述互通功能节点接收所述EAPoL消息后，还用于将所述EAPoL消息转化为可扩展认证协议EAP消息后，再发送到所述WiMAX核心网的认证服务器。

10.如权利要求6至9中任一项所述的互通网络，其特征在于，所述互通网络还包括与所述互通功能节点连接的家乡代理，所述互通功能节点还用于向所述家乡代理发送消息，以请求所述终端的IP地址，其中携带所述互通功能节点地址；所述家乡代理用于接收所述互通功能节点发送的消息，还用于根据所述互通功能节点地址将所述家乡代理与所述互通功能节点的绑定关系通过认证服务器更新至归属用户服务器；所述家乡代理还用于根据所述绑定关系向所述互通功能节点转发数据。

Images