一种多手段随遇接入组网控制技术

程亮亮 胡智炜

摘  要：隨遇接入组网控制技术是为了解决通信不同接入子网接入骨干网时，对不同用户接入控制服务进行差异性管理。文章给出了一种多手段随遇接入组网控制技术方案和实现方式，通过分析民用移动通信接入NAS协议，结合战术窄带通信网络现有相关特征，设计出一种多手段随遇接入技术，来满足战术窄带通信网络中一些典型场景下用户的使用需求。该技术已实现并应用。

关键词：接入网;骨干网;NAS;随遇接入;组网控制

中图分类号：TP393         文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）22-0051-03

Abstract： Random access networking control technology is to solve the problem of differential management of access control services for different users when different access subnets of communication access the backbone network. This paper gives a multi-means random access networking control technology scheme and implementation approach， through analyzing civil mobile communication access NAS protocol， combined with the related feature of tactical narrowband communication network， this paper designs a multi-means random access technology to satisfy the user’s using requirements in tactical narrowband communication network under some typical scenarios. The technology has been implemented and applied.

Keywords： access network; backbone network; NAS; random access; networking control

0  引  言

在战术窄带通信网络中，业务传输速率均较低，一般物理传输能力最大为1 Mbps，接入网模式作为用户主要使用模式。在接入网络设计中，接入技术包含接入波形和接入组网控制。通过在链路上设计的一种传输接入波形，由通信网络控制器内部集成接入基站控制器功能，通过动态分配管理信道资源，为用户业务提供“面向连接”的服务，同时通信网络控制器通过组网控制协议实现跨网之间的数据、话音传输。

在现有的战术窄带通信网络中，为有效利用宝贵的带宽资源，设计的接入方式是与所直连的通信网络控制器紧密耦合，通过控制信令和业务不分离，实现接入机制和实际的接入信道融合设计、绑定紧密。在目前战术窄带通信网络接入组网设计中，其用户需求和设计理论均由五至十年前提出，考虑当时用户使用场景单一、组网需求规模范围较小，面对新型战术窄带通信网络系统内存在多种网络使用厂家、多种通信体制手段混搭，如新增超短波等其他无线通信体制时，现存的网络组网控制协议已无法满足多手段的随遇接入能力需求。

为解决不同特性、不同场景的窄带无线通信手段与网络控制控制器紧耦合，通信组网控制器迫切需要设计一种多手段随遇接入控制协议，可满足网络中多接入手段的灵活扩展，为此本文设计了一种多手段随遇接入控制协议。

1  NAS协议研究

民用移动通信组网控制技术对比战术通信组网控制技术发展迅猛，在新时期战术通信相关组网技术运用方面，文章中通过对民用相关技术进行深入研究，吸收先进的接入组网控制技术，结合自身战术通信特点，设计出符合战术窄带通信接入组网控制技术。在民用移动通信系统中，比如4G、Wi-Fi等系统应用时，普遍存在随遇接入控制的需求。针对接入管理这块，目前民用接入系统中主要是采用NAS协议来实现。NAS协议是用于接入用户与接入控制服务之间的移动性管理策略。NAS协议是由接入用户通过基站的透传实现接入用户与接入控制服务之间的通信。

NAS接入协议有如下几个特点：（1）接入协议的主体是接入用户和接入控制服务，接入基站负责信息的透传和通信信道的建立。（2）在通信主体之间创建了一条虚拟通信通道，负责接入信息的管理。

基于民用通信系统较大的通信带宽，NAS协议可发挥出良好的实用性，但是同时通过研究发现，NAS协议的实用性也掩盖了其协议的一些缺点，文中具体总结出几点如下：（1）NAS协议完成的接入是扁平式的接入方式，接入用户直接和接入控制信令交互，没有把交换设备的多级接入关系体现出来，由于民用接入设备与交换设备分离，在原理设计上不是很贴合战术无线通信系统的需要。（2）在接入用户与接入控制服务之间创建了虚拟的通信通道，对接入用户有通信协议的要求。在链路上创建的虚拟通道对传输带宽有资源消耗，对比民用通信几千兆传输带宽，虚拟通道一些占有往往可以忽略不计。目前在战术窄带通信系统中，传输带宽往往仅有几兆，在已有固化的接入网上，协议修改的牵涉面和难度都比较大，靠简单的创建虚拟传输通道消耗本身较窄的通信网络资源实际也不可行。（3）民用接入地址大多使用私网地址，不能在全网通信，需要使用通用地址替换或隧道封装的方式进行通信，就是在一个接入控制内部也是使用建立虚拟通道实现通信，管理效率较低。

通过研究NAS协议，结合新时期战术窄带通信接入组网需求论证，本文设计了一种战术多手段随遇接入组网控制技术，方案并已经实现并运用。

2  多手段接入控制

2.1  同一接入控制技术设计

战术特定用户使用环境要求接入点，具备接入手段同时接入的情况，由于战术接入手段的通信体制、链路带宽及链路的接入机制千差万别，统一接入机制不太现实。如果在各接入机制上再统一承载一套接入协议，这样的接入效率对带宽很低的链路来说接入效率太大。

同一接入控制服务的随遇接入是指参与的源基站和目标基站对应的交换设备都属于同一接入控制服务管理类型，由该服务辅助完成移动设备的动态接入，同一接入控制服务使用场景如图1所示。

本文设计的同一接入控制服务随遇接入如图2所示，在接入入网时，移动设备向源基站发起切换请求，基站根据评估结果判断是否发起切换。在决定发起切换时，就需要在源基站和目标基站之间执行切换准备工作，以便在目标基站中预留切换后所需要的资源。一旦源基站接收到目标基站的切换应答后，设计将源基站自身接收到的下行数据直接通过交换设备发送给目标基站，同时给移动设备发起无线资源重配命令。移动设备接入目标基站，并向目标基站发送无线资源重配完成指令。目标基站向接入控制服务发送接入位置更新命令，更新映射数据库，此时移动设备可将上行数据直接发送给目标基站。最后接入控制服务向原基站发送释放资源命令，待接收到源基站回送的应答后，完成这一场景下的随遇接入流程。

2.2  跨网接入控制技术设计

在用户跨网接入应用场景下，接入控制服务指的是网络中存在的源基站和目标基站分別属于不同的两个接入子网和接入服务，该场景下整个随遇接入流程需要多个不同接入控制服务技术完成，典型的跨域接入控制服务技术应用环境如图3所示。

本文设计的跨域不同接入控制服务间随遇接入流程如图4所示，源基站向所属的接入控制服务发起切换请求命令，随后该接入控制服务向目标控制服务发送重定向请求。目标控制服务接收到服务重定向请求后向目标基站发送切换请求，使其分配无线资源，并进行准入认证，目标基站将结果发送给目标接入控制服务，该服务对重定向请求向源接入控制服务进行应答，源接入控制服务接收到应答后向源基站发送切换命令。待移动设备接入到新的基站后由目标基站向目标接入控制服务发送切换通告，新的控制服务更新映射数据库后发送服务重定向完成命令给源控制服务，最后接入控制服务向原基站发送释放资源命令，待接收到源基站回送的应答后完成整个随遇接入流程。

2.3  操作维护

操作维护在设计上提供命令管理功能、软件下载升级和上传功能。通过FTP标准协议实现软件下载升级和上传备份的功能，命令股主要为设备操作人员提供基于命令和网管的人机接口，便于对网络的维护和管理，支持参数配置、路由信息查询显示、设备调试信息控制打印等功能。

3  实现效果

随遇接入控制技术在很多类型的民用接入网（移动4G、Wi-Fi等）中都有成熟的技术体制，但战术的VHF、UHF等接入网的接入机制是与链路传输统一设计实现的，一般没有考虑多异构组网的统一接入需求。为满足越来越复杂的战术通信系统运用需求，本文设计的多手段随遇接入控制技术在借鉴民用成熟、优秀的接入协议前提下，结合已有战术接入控制技术的现状，设计的一种多手段接入控制服务，可满足战术多异构子网的混合接入，该设计具有下述技术优点：

3.1  服务参数不需要重新配置

在接入控制服务随遇接入管理中，当移动设备首次接入网络系统时自身没有IP地址，接入控制服务根据接入协议会自动为该移动设备分配IP地址，并在映射服务器中记录该位置信息。当移动接入子网位置变化时，子网的设备的位置信息根据切换流程会在接入控制服务中的映射表更新，而所有的信令交互用户无须感知，从而使得用户不需要对通信网络参数如：MAC、IP、子网号等进行重新配置，极大提高了用户使用体验性。

3.2  数据不丢失

可实现业务通信过程中，接入控制服务在切换过程中信息（数据、话音）不会丢失，切换过程采用了信息转发的方法。源基站将切换准备过程中缓冲的下行数据或话音信息通过通信组网控制设备直接转发给目标基站，当移动设备移动到目标基站后，该基站经过调度将通过组网控制设备接口收到的源基站转发数据或话音信息先发给移动设备，待转发数据或话音数据发送完后再从业务接口接收的下行数据发送给移动设备。保证接入网中移动设备在转网时信息传输不丢失，可提高用户网络传输稳定性。

4  结  论

本文提出一种战术接入网模式下的多手段随遇接入控制服务技术，研究多应用场景网络运行需求，通过实现漫游切换入、按需服务等关键控制技术，可满足合理、快速地搭建多种通信手段的需求。高效的多手段随遇接入设计，可提高战术窄带通信网络系统的开通便捷性、使用高效性和传输稳定性。

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作者简介：程亮亮（1987—），男，汉族，安徽合肥人，通信工程师，硕士研究生，研究方向：无线通信和组网。