CN101998399A - 一种实现终端快速切换的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现终端快速切换的方法,包括:终端在执行从全球微波接入互操作性(WiMAX)接入网到无线保真技术(WiFi)接入网的切换之前,通过WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成成对主密钥安全联盟(PMKSA)信息并缓存;终端在发起到WiFi接入网的切换时,将缓存的PMKSA信息中的PMKID提供给WiFi接入网;WiFi接入网根据该PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过扩展认证协议(EAP)鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成终端向WiFi接入网的切换。本发明还公开了一种实现终端快速切换的系统,实现了终端从WiMAX接入网到WiFi接入网的快速切换。

Description

一种实现终端快速切换的方法和系统
技术领域
本发明涉及全球微波接入互操作性(WiMAX)网络与无线保真技术(WiFi)网络的互通技术,尤其涉及一种实现终端快速切换的方法和系统。
背景技术
全球微波接入互操作性(WiMAX,World Interoperability for MicrowaveAccess)是基于电气和电子工程师协会(IEEE,Institute of Electrical andElectronics Engineers)802.16标准的宽带无线接入技术,能够有效的利用有限的无线频谱资源提供较大的空口带宽(最高70Mbps的数据传输能力)和较广的传输覆盖范围(无线信号传输距离最远可达60公里)。无线保真技术(WiFi,Wireless Fidelity)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网络将在相当长的时期内共存。
WiMAX作为一种无线城域网技术,它可以将WiFi热点连接到互联网。WiMAX与WiFi这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,使移动用户在不同的无线接入网络环境中和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。图1是现有技术中WiMAX网络与WiFi网络的互通架构图,包含以下网元:
互通功能节点(IWK,Interworking Function):负责终端通过WiFi网络初始接入WiMAX网络,以及协调终端从WiMAX接入网到WiFi接入网之间的切换。
WiFi信令转发功能(WiFi SFF,WiFi Signal Forward Function)实体:负责终端从WiMAX接入网向WiFi接入网切换时,通过WiMAX网络建立到终端的IP隧道,以及转发终端通过IP隧道发送的WiFi接入的预注册信令。
WiMAX信令转发功能(WiMAX SFF,WiMAX Signal Forward Function)实体:负责终端通过WiFi网络进行WiMAX接入的预注册过程,以及终端执行切换到WiMAX网络的模拟源基站(BS,Base Station)功能。
无线访问节点(AP,Access Point):位于WiFi接入网,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(AC,Access Controller):位于WiFi接入网,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功能。
图1所示架构还包括认证授权计费(AAA,Authentication Authorisation andAccounting)服务器,动态主机配置协议(DHCP,Dynamic Host ConfigurationProtocol Server)服务器和归属代理(HA,Home Agent)/区域移动锚点(LMA,Local Mobility Anchor)等。
通常,WiFi网络初始接入或切换入网时需要执行关联、扩展认证协议(EAP,Extensible Authentication Protocol)鉴权、四次握手和DHCP等过程,这些过程将需要1秒甚至几秒的时间。然而,对于媒体流(150毫秒)、网络电话(VoIP,Voice over Internet Protocol)(50毫秒)等对时延敏感的业务,这种较大的时延将有可能造成业务中断,并严重影响用户感受。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种实现终端快速切换的方法和系统,以实现终端从WiMAX接入网到WiFi接入网的快速切换。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
本发明提供了一种实现终端快速切换的方法,该方法包括:
终端在执行从全球微波接入互操作性WiMAX接入网到无线保真技术WiFi接入网的切换之前,通过所述WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成成对主密钥安全联盟PMKSA信息并缓存;
所述终端在发起到WiFi接入网的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的成对主密钥标识PMKID提供给所述WiFi接入网;
所述WiFi接入网根据接收的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过扩展认证协议EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成所述终端向WiFi接入网的切换。
在所述终端执行到WiFi接入网的预注册之前,该方法进一步包括:所述终端发起向WiMAX接入网的接入过程,并成功附着到所述WiMAX接入网。
所述终端通过WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,具体为:
所述终端与WiFi接入网中的WiFi信令转发功能SFF实体建立IP隧道,并通过所述IP隧道发起到WiFi接入网的EAP鉴权过程;
所述WiFi SFF实体将终端的EAP鉴权消息转发到互通功能节点IWK的认证授权计费AAA服务器;
所述IWK的AAA服务器执行对终端的EAP鉴权,并将鉴权产生的主会话密钥MSK发送给WiFi接入网和终端;
所述终端和WiFi接入网根据接收的MSK生成对应的PMKSA信息并缓存。
所述PMKSA信息包括:PMKID、鉴权器媒体接入控制MAC地址、成对主密钥PMK、生命期、鉴权和管理协议AKMP参数、鉴权服务器规定的授权参数和本地配置参数。
该方法进一步包括:所述终端在发起到WiFi接入网的切换时,与所述WiFi接入网之间执行关联过程,并通过强健安全网络RSN消息携带预注册过程中生成的PMKID发送给所述WiFi接入网。
本发明还提供了一种实现终端快速切换的系统,该系统包括:终端、WiMAX接入网和WiFi接入网;其中,
所述终端,用于在执行从WiMAX接入网到WiFi接入网的切换之前,通过所述WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成PMKSA信息并缓存;在发起到WiFi接入网的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的PMKID提供给所述WiFi接入网;
所述WiFi接入网,用于执行对所述终端的预注册过程,生成所述PMKSA信息并缓存;并根据所述终端发起切换时提供的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成所述终端向WiFi接入网的切换;
所述WiMAX接入网,用于为终端向WiFi接入网的预注册提供服务。
所述终端进一步用于,在执行到WiFi接入网的预注册之前,发起向所述WiMAX接入网的接入过程;
所述WiMAX接入网进一步用于,执行所述终端的接入,完成所述终端的成功附着。
所述终端和WiFi接入网进一步用于,根据预注册过程中鉴权产生的MSK生成对应的PMKSA信息并缓存。
所述PMKSA信息包括:PMKID、鉴权器媒体接入控制MAC地址、PMK、生命期、鉴权和管理协议AKMP参数、鉴权服务器规定的授权参数和本地配置参数。
所述终端进一步用于,在发起到WiFi接入网的切换时,与所述WiFi接入网之间执行关联过程,并通过RSN消息携带预注册过程中生成的PMKID发送给所述WiFi接入网。
本发明所提供的一种实现终端快速切换的方法和系统,由终端在从WiMAX接入网向WiFi接入网切换之前,先通过WiMAX接入网完成到WiFi接入网的预注册过程,即完成EAP鉴权过程以生成PMKSA信息。这样终端在切换时只需要在WiFi接入网下完成四次握手过程和获取预留的IP地址即可实现快速切换,减少了切换时延。
附图说明
图1为现有技术中WiMAX网络与WiFi网络的互通架构图;
图2为本发明一种实现终端快速切换的方法流程图;
图3为本发明实施例中终端通过WiMAX接入网初始入网时的流程图;
图4为本发明实施例中终端从WiMAX接入网切换到WiFi接入网的流程图;
图5为本发明一种实现终端快速切换的系统的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明所提供的一种实现终端快速切换的方法,如图2所示,主要包括以下步骤:
步骤201,终端在执行从WiMAX接入网到WiFi接入网的切换之前,通过WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成成对主密钥安全联盟(PMKSA,Pairwise Master Key Security Association)信息并缓存。
生成的PMKSA信息包括:PMKID、鉴权器媒体接入控制(MAC,MediaAccess Control)地址、PMK、生命期、鉴权和密钥管理协议(AKMP,Authentication and Key Management Protocol)参数、鉴权服务器规定的授权参数和本地配置参数等。
另外,需要指出的是,本发明所述的终端是指支持WiMAX和WiFi两种模式的单无线发射终端。
步骤202,终端在发起到WiFi接入网的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的PMK标识(ID)提供给WiFi接入网。
步骤203,WiFi接入网根据接收的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成终端向WiFi接入网的切换。
其中,在终端通过WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册之前,终端首先要成功附着到WiMAX接入网。终端通过WiMAX接入网初始入网时的流程图,如图3所示,主要包括以下步骤:
步骤301,终端连接到WiMAX BS,并建立到WiMAX网络的连接。
步骤302,终端通过PKMv2交换执行到WiMAX连接服务网(CSN,Connectivity Service Network)的EAP鉴权和授权过程。
步骤303,终端通过WiMAX BS执行到802.16e网络的注册。
步骤304~305,WiMAX CSN中的接入服务网关(ASN-GW,Access ServiceNetwork Gateway)发起到WiMAX BS的数据通道注册;WiMAX BS完成到终端初始业务流和/或预置业务流的建立。
步骤306,终端发送DHCP发现消息到ASN-GW,用于发现DHCP服务器以进行主机IP配置。
步骤307,ASN-GW中的移动接入网关(MAG,Mobile Access Gateway)通过代理绑定更新消息触发代理移动IP(PMIP,Proxy Mobile IP)注册过程。代理绑定更新消息中携带的网络接入标识(NAI,Network Access Identifier)需要与EAP接入鉴权过程中使用的NAI保持一致。
步骤308,HA/LMA收到代理绑定更新消息后,为终端申请IP地址,并向AAA服务器发送更新HA/LMA地址消息,以获取为终端申请的IP地址。
步骤309,HA/LMA向WiMAX CSN中的ASN-GW发送代理绑定确认消息,该消息中携带为终端申请的IP地址。
步骤310,HA/LMA和ASN-GW之间建立起PMIP隧道。
步骤311,ASN-GW中的DHCP代理向终端返回DHCP提供消息,该消息中携带为终端申请的IP地址。
步骤312,终端向ASN-GW发送DHCP请求消息,携带从DHCP提供消息中收到的IP地址。
步骤313,ASN-GW向终端返回DHCP确认消息,确认该IP地址的使用并携带其他配置参数(如IP地址的续约周期、重新续约时间和重新绑定时间等)给终端。
此时,终端和WiMAX网络之间连接建立成功,可以通过WiMAX接入网传输上行/下行数据。
根据本发明的切换方法,终端从WiMAX接入网切换到WiFi接入网时的流程图,如图4所示,主要包括以下步骤:
步骤401,终端附着到WiMAX接入网,并与WiMAX网络之间通过WiMAX接入网传输数据(上行/下行传输)。
步骤402,终端决定建立WiFi会话,执行到WiFi网络的预注册。
步骤403,终端通过DHCP或DNS过程发现WiFi SFF实体的IP地址。
步骤404,终端和WiFi SFF实体之间建立起IP隧道。
步骤405,终端通过与WiFi SFF实体之间建立的IP隧道发送基于局域网的扩展认证协议(EAPOL-,EAP Over LAN)开始消息触发到目标WiFi接入网(AN,Access Network)的EAP鉴权过程。
步骤406,终端通过IP隧道进行到目标WiFi AN的EAP鉴权过程。在隧道的端点处,WiFi SFF实体转发EAP鉴权消息到WiFi AN的鉴权器;WiFi AN的鉴权器转发EAP鉴权消息到IWK的AAA服务器;IWK的AAA服务器代表终端进行EAP鉴权。在鉴权过程中,终端和AAA服务器产生主会话密钥(MSK,Master Session Key),AAA服务器在EAP鉴权成功Access-Accept消息中将MSK传递给WiFi AN中的鉴权器。
步骤407,接入鉴权完成后,终端和WiFi AN根据MSK生成并缓存PMK安全联盟(PMKSA,PMK Security Association)信息,该信息包含PMKID、鉴权器MAC地址、PMK、生命期、AKMP参数、鉴权服务器规定的授权参数或本地配置等信息。
步骤408,终端在完成到目标WiFi接入网的预注册后释放IP隧道,但需要继续缓存生成的PMKSA信息。
步骤409,终端决定切换到WiFi接入网。
步骤410,终端与WiFi接入网之间执行关联过程,其中强健安全网络(RSN,Robust Security Network)信息中携带终端与WiFi接入网在预注册过程中建立的PMKSA信息中的PMKID。
步骤411,WiFi接入网根据终端指示的PMKID获取到自身缓存的PMKSA信息,则跳过EAP鉴权过程,直接与终端执行四次握手过程,并在四次握手的第一个消息中返回选择的PMKSA信息中的PMKID。终端和WiFi接入网根据PMK导出成对临时密钥(PTK,Pairwise Transient Key)生成群组临时密钥(GTK,Group Temporal Key)等。
步骤412,802.1x端口解闭塞。
步骤413,终端发送DHCP发现消息到WiFi AN用于发现DHCP服务器以进行主机IP配置,WiFi AN转发DHCP发现消息给IWK。
步骤414,IWK中的MAG通过向CSN/HA发送代理绑定更新消息触发PMIP注册过程。该消息中携带的NAI需要与EAP接入鉴权过程中使用的NAI保持一致。
步骤415,CSN/HA收到代理绑定更新消息后,根据用户NAI将WiMAX连接接入时申请的IP地址分配给终端。CSN/HA向ASN-GW发送代理绑定确认消息,携带终端WiMAX连接时申请的相同的IP地址。
步骤416,CSN/HA和IWK之间建立起PMIP隧道。
步骤417,IWK中的DHCP服务器向终端返回DHCP提供消息,消息中携带为终端申请的IP地址。
步骤418,终端向IWK发送DHCP请求消息,消息中携带从DHCP提供消息中获取的IP地址。
步骤419,IWK向终端返回DHCP确认消息,确认该IP地址的使用并携带其他配置参数给终端。
步骤420,终端成功切换并连接到WiFi接入网,可以通过WiFi接入网传输上行/下行数据。
步骤421,在切换成功后释放WiMAX网络的连接和资源。
为实现上述终端快速切换的方法,本发明还提供了一种终端快速切换的系统,如图5所示,该系统包括:终端10、WiMAX接入网20和WiFi接入网30。终端10,用于在执行从WiMAX接入网20到WiFi接入网30的切换之前,通过WiMAX接入网20执行到WiFi接入网30的预注册,生成PMKSA信息并缓存;在发起到WiFi接入网30的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的PMKID提供给WiFi接入网30。WiFi接入网30,用于执行对终端10的预注册过程,生成PMKSA信息并缓存;并根据终端10发起切换时提供的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成终端10向WiFi接入网的切换。WiMAX接入网20,用于为终端10向WiFi接入网30的预注册提供服务。
终端10进一步用于,在执行到WiFi接入网30的预注册之前,发起向WiMAX接入网20的接入过程;相应的,WiMAX接入网20进一步用于,执行终端10的接入,完成终端10的成功附着。
终端10和WiFi接入网30进一步用于,根据预注册过程中鉴权产生的MSK生成对应的PMKSA信息并缓存。
终端10还用于,在发起到WiFi接入网30的切换时,与WiFi接入网30之间执行关联过程,并通过RSN消息携带预注册过程中生成的PMKID发送给WiFi接入网30。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现终端快速切换的方法,其特征在于,该方法包括:
终端在执行从全球微波接入互操作性WiMAX接入网到无线保真技术WiFi接入网的切换之前,通过所述WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成成对主密钥安全联盟PMKSA信息并缓存;
所述终端在发起到WiFi接入网的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的成对主密钥标识PMKID提供给所述WiFi接入网;
所述WiFi接入网根据接收的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过扩展认证协议EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成所述终端向WiFi接入网的切换。
2.根据权利要求1所述实现终端快速切换的方法,其特征在于,在所述终端执行到WiFi接入网的预注册之前,该方法进一步包括:所述终端发起向WiMAX接入网的接入过程,并成功附着到所述WiMAX接入网。
3.根据权利要求1或2所述实现终端快速切换的方法,其特征在于,所述终端通过WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,具体为:
所述终端与WiFi接入网中的WiFi信令转发功能SFF实体建立IP隧道,并通过所述IP隧道发起到WiFi接入网的EAP鉴权过程;
所述WiFi SFF实体将终端的EAP鉴权消息转发到互通功能节点IWK的认证授权计费AAA服务器;
所述IWK的AAA服务器执行对终端的EAP鉴权,并将鉴权产生的主会话密钥MSK发送给WiFi接入网和终端;
所述终端和WiFi接入网根据接收的MSK生成对应的PMKSA信息并缓存。
4.根据权利要求3所述实现终端快速切换的方法,其特征在于,所述PMKSA信息包括:PMKID、鉴权器媒体接入控制MAC地址、成对主密钥PMK、生命期、鉴权和管理协议AKMP参数、鉴权服务器规定的授权参数和本地配置参数。
5.根据权利要求1或2所述实现终端快速切换的方法,其特征在于,该方法进一步包括:所述终端在发起到WiFi接入网的切换时,与所述WiFi接入网之间执行关联过程,并通过强健安全网络RSN消息携带预注册过程中生成的PMKID发送给所述WiFi接入网。
6.一种实现终端快速切换的系统,其特征在于,该系统包括:终端、WiMAX接入网和WiFi接入网;其中,
所述终端,用于在执行从WiMAX接入网到WiFi接入网的切换之前,通过所述WiMAX接入网执行到WiFi接入网的预注册,生成PMKSA信息并缓存;在发起到WiFi接入网的切换时,将预注册过程中生成的PMKSA信息中的PMKID提供给所述WiFi接入网;
所述WiFi接入网,用于执行对所述终端的预注册过程,生成所述PMKSA信息并缓存;并根据所述终端发起切换时提供的PMKID,在获取到自身缓存的对应PMKSA信息后,跳过EAP鉴权过程,直接执行四次握手过程,完成所述终端向WiFi接入网的切换;
所述WiMAX接入网,用于为终端向WiFi接入网的预注册提供服务。
7.根据权利要求6所述实现终端快速切换的系统,其特征在于,所述终端进一步用于,在执行到WiFi接入网的预注册之前,发起向所述WiMAX接入网的接入过程;
所述WiMAX接入网进一步用于,执行所述终端的接入,完成所述终端的成功附着。
8.根据权利要求6或7所述实现终端快速切换的系统,其特征在于,所述终端和WiFi接入网进一步用于,根据预注册过程中鉴权产生的MSK生成对应的PMKSA信息并缓存。
9.根据权利要求6或7所述实现终端快速切换的系统,其特征在于,所述PMKSA信息包括:PMKID、鉴权器媒体接入控制MAC地址、PMK、生命期、鉴权和管理协议AKMP参数、鉴权服务器规定的授权参数和本地配置参数。
10.根据权利要求6或7所述实现终端快速切换的系统,其特征在于,所述终端进一步用于,在发起到WiFi接入网的切换时,与所述WiFi接入网之间执行关联过程,并通过RSN消息携带预注册过程中生成的PMKID发送给所述WiFi接入网。
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