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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