前言

為了建立無線都會網路以取代有線的ADSL及cable網路，在以Intel為主的國際大廠推動之下，制訂了IEEE 802.16的國際標準。當廠商們開始製造802.16的相關產品時，為了確保不同廠商之間所開發的設備能夠互通，因此成立了WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）組織來驗證802.16產品的相容性，WiMAX也就成了802.16的代名詞。一般來說，WiMAX網路指的是前端的802.16無線網路與後端的存取網路（Access Network）所構成的完整網路。

原本的IEEE 802.16【1】只支援fixed的通訊裝置；也就是說，使用者可能無法一邊走路一邊透過802.16無線網路來通訊。這樣將會大幅降低WiMAX的潛在商機。為了能夠讓802.16支援行動通訊的功能，IEEE因此制訂了802.16的擴充版本，稱之為802.16e【2】。和802.16相比，802.16e額外支援了省電和換手（handover）的功能。然而，802.16e只定義了行動通訊台（mobile station；MS）與基地台（base station；BS）之間的控制訊息。要讓WiMAX網路支援行動通訊的功能，除了MS與BS，Access Network中的各個元件也必須相互合作來完成此一任務。因應此一需求，WiMAX forum【3】成立了NWG（Network Working Group）來規範Access Network中的各個元件的運作模式。網路中各個元件的運作必須符合802.16以及NWG的規範以支援MS在WiMAX網路間換手的功能。

換手的目的在於確保連線中的通訊不要因為使用者的移動而中斷。如圖一（a）所示，一開始MS透過BS、gateway或router和網路另一端的使用者（corresponding node；CN）正在通訊。如圖一（b）所示，當MS從BS1的涵蓋範圍移動到BS2的涵蓋範圍時，仍然可以和CN繼續保持通訊而不中斷，這就是換手的主要目的。

當MS在WiMAX網路中移動時，行動管理機制是MS能否快速換手的關鍵。換言之，網路中的各個元件必須密切合作來將MS的資料流正確地轉換到新的BS。

在本文中，我們將介紹換手時所需要的管理機制以及各個元件如何相互合作來加快換手的完成。

《圖一　（a）換手之前，MS透過BS1和CN保持連線通訊。（b）換手程序執行完畢之後，MS透過BS2繼續和CN保持連線。》

架構與名詞解釋

WiMAX網路是由許多個不同功能性實體所組成的，如圖二所示，這些功能性實體各負責不同通訊協定和流程的運作。在解釋WiMAX架構前，讀者須對各實體所扮演的角色和功能須有基本的認知與觀念，以利於研讀本文之後的章節。以下為各個實體的基本介紹。

《圖二　WiMAX網路架構實體》

AAA（Authentication,Authorization,Accounting）

是基於IETF通訊協定下的一個架構，這些協定的目的在於制定如何對使用者作認證、授權及計費的流程，而這些流程可以在不同的存取技術架構下正常運作。

ASN（Access Service Network）

為多個網路功能的集合，目的在於提供WiMAX用戶端（Subscriber）的無線訊號存取功能。包含WiMAX Layer 2連接、傳送WiMAX AAA訊息、WiMAX NSP選擇、轉送建立Layer-3連線、無線訊號管理、以及與CSN之間的通道（Tunnel）建立。

ASN-GW（Gateway）

為多個控制功能所組成的，負責控制ASN裡的封包轉送。包括與CSN和其它ASN之間的連結溝通。ASN-GW的建置通常都包含了備援與負載平衡的能力。

ASP（Application Service Provider）

通常是一個營利組織，專門提供網路上的應用服務。

BS（Base Station）

含有WiMAX MAC及PHY的完整功能，提供無線訊號資訊給MS，並管理後端網路與無線網路間的傳輸控制。在WiMAX架構裡，BS可控制上傳和下載資料的封包排程。

CSN（Connectivity Service Network）

為多個網路功能的集合，提供使用者IP網路連結的服務。包括MS IP位址、網路的存取、AAA代理伺服器、決策（Policy）及權限控管、支援ASN和CSN的通道（Tunnel）建立、付費制度、CSN之間的漫遊通道建立、ASN之間的移動管理及WiMAX相關的服務。

Firewall

為保護企業內部網路和外部網路之間的第一道防線，並監視網路之間的封包流動，過濾非法或不允許流入的封包。Firewall可視為一連串的規則和決策制定，用來允許或阻斷封包的流入和流出。

FA（Foreign Agent）

也是Mobile IP裡重要的角色，負責監視及轉送MN所發出的Mobile IP註冊封包。HA會和FA建立一條通道路徑，並經由這條路徑封裝封包至FA，FA收到封包之後會作解封裝的動作，再將封包轉送至MN上。在WiMAX架構裡，FA通常是在ASN GW裡。

HA（Home Agent）

是Mobile IP裡其中一個角色，負責維護MN（Mobile Node）的位置資訊，以及轉送要通往給MN的封包至MN所在的網路區域。在WiMAX架構裡，HA的位置是在CSN裡。

LR（Location Register）

為一個負責儲存Idle mode MS資訊的資料庫。包含了MS Paging（呼叫）的資訊，以及MS服務流資訊。

MS（Mobile Station）

一般指的是可移動的通訊設備，提供在客戶端和基地台之間的連結能力。MS可以是一個主機，或是可支援多主機的能力。

NAP（Network Access Provider）

提供WiMAX無線訊號架構給一個或多個WiMAX網路服務提供者（NSP）使用，一個NAP可包含多個ASN網路。

NMS（Network Management System）

利用通訊協定管理網路上的元件。網管人員須利用NMS管理網路元件的設定，包括效能設定、容錯設定、決策設定、及稽核管理設定等。

NSP（Network Service Provider）

通常為營利組織，依照和使用者所簽署的服務契約，提供IP連結和WiMAX相關服務。NSP通常必須和多個NAP簽署契約，以提供WiMAX無線服務。與其它NSP業者簽訂契約，以提供漫遊服務，以及和外部服務提供者簽訂契約，以提供WiMAX用戶端的應用服務。

Reference Point（簡稱RP）

在WiMAX架構裡，我們使用RP來代表一個兩個功能實體間的連結，這些功能性實體有可能是在CSN中、ASN中、或是MS本身。這些參考點不一定有真實兩個實體介面，除非這些功能性實體是在不同的硬體設備上。在WiMAX裡，我們將RP分類，以表達不同功能性實體間的功能介面，以及所產生的封包轉送路徑。

Reference Point 1（簡稱R1）

指的是在MS和ASN之間的實體空氣介面上的通訊協定和程序。

Reference Point2（簡稱R2）

指的是在MS和CSN之間的通訊協定和程序，用以認証、授權服務和IP設定管理。這個路徑指的是邏輯上的路徑，並不是實體路徑。

Reference Point 3（簡稱R3）

指的是在ASN和CSN之間的控制和流程協定，支援AAA決策實行和移動管理能力。並且包括承載資料平台間的通道建立，用以傳輸在CSN和ASN之間的資料封包。

Reference Point 4（簡稱R4）

包含控制和承載資料協定的流程，負責協調在不同的ASN之間的移動管理。

Reference Point 6（簡稱R6）

包含控制和承載資料協定的流程，負責溝通BS和ASN GW的路徑。藉由相關的通訊協定，根據MS移動觸發的事件，建立、修改和刪除資料路徑。

Reference Point 8（簡稱R8）

指的是在BS之間中，一連串控制訊息的通訊協定和流程，以確保快速並穩定的MS換手程序。並在換手程序中，利用彼此之間的控制協定，可允許BS間資料流暫時的流通。

行動管理機制範疇與所需元件

當MS於WiMAX網路中漫遊時，保持網路服務不中斷是一個相當重要的議題。但由於MS於基地台間換手時，必須要重新建立原有的數據連線以便在目標基地台（Target BS）上繼續接收資料，其中包括建立MS與BS端的連結以及BS與ASN GW端的資料通道。此過程若歷時太長則會造成換手延遲與大量的封包遺失，這對於宣稱支援服務品質的WiMAX網路而言是無法接受的。因此WiMAX網路中的各個元件如何協同管理MS的各種訊息以加快換手速度，達到無接縫換手之目的是行動管理機制的主要目標與範疇。

行動管理機制範疇

在WiMAX的網路環境下，MS換手的原因有兩個：一是因為MS移動而離開Anchored ASN下BS的覆蓋範圍，甚至是離開Anchored ASN的管轄範圍，移動至新的ASN網路；二是因為網路資源最佳化的考量，ASN（或CSN）主動要求MS做handover的動作。根據移動的範圍與程度，MS換手的方式可分為兩種：

（一）ASN anchored mobility（micro mobility）：MS在同一個anchored FA下移動（更換BS），資料流皆從CSN流至anchored FA，因為FA並沒有變動，CSN並不會察覺到ASN內的資料流路徑改變。以Mobile IP的角度來說，ASN Anchored Mobility指的是MS移動的範圍，不須經過MIP的Care of address更新，便能完成移動的能力。

（二）CSN anchored mobility（macro mobility）：MS移動後，改變至新的anchored FA，新的FA會透過R3與CSN交換訊息，並建立新的Mobile IP資料流通道。

在本文中，我們將介紹ASN Anchor mobility並說明在換手程序中各個網路元件所扮演的角色以及元件之間如何合作來加速換手的完成。

ASN Anchor Mobility所需元件

在WiMAX網路中，要達成ASN Anchored Mobility所需的管理元件主要可以分成以下三種：

資料路徑功能（Data Path）

負責管理資料傳輸路徑的建立及資料的傳輸動作。當MS換手到Target BS時，可以將資料路徑正確地由Serving BS轉換到Target BS。

換手功能（Handoff）

控制和管理所有一切跟換手動作相關的流程及訊息。此元件為行動管理機制中主要的決策單位，負責指揮其他兩個元件以完成換手。

背景資訊交換功能（Context）

為了能設定或取回任何網路實體裡的資訊，所作的必要資訊交換程序。

行動管理機制運作

WiMAX網路的行動管理主要可以分為兩個部份，分別為網路拓墣獲得及實際換手步驟。在網路拓墣獲得的部份，服務基地台（Serving BS）可以經由ASN GW得知鄰近BS的資訊並將這些訊息告知MS，或是由MS自行掃瞄網路上有哪些BS可提供服務。經由這兩種方式，MS可以得知附近有哪些基地台以及每個基地台的頻道資訊及可以提供的服務品質（QoS）等訊息。這些網路拓墣的訊息可作為MS在實際換手步驟時的判斷依據，例如是否要進行換手以及要換手到哪一個基地台。實際換手步驟開始於MS或Serving BS送出換手要求那一刻，並且在換手的過程中所有的網路元件必須相互合作使得MS可以快速地連結到Target BS。另一方面，資料流也必須正確地轉換到Target BS以減少資料封包的遺失。WiMAX連線服務網路中的行動管理機制，就是要讓ASN GW以及BS能夠快速並正確地取得MS的相關訊息來加速換手的完成。在本節中我們將三個子章節來介紹換手前的準備作業以及實際換手時所可能需要的決策及其相關的控制訊息。

網路拓墣獲得

MS獲得網路拓墣資訊的方法主要可以分成兩種。一種方法為BS主動提供所蒐集到的鄰近BS訊息給MS，此方法稱做網路拓墣廣播；另一種方法為MS主動掃瞄附近有哪些BS。以下就兩種方法各別做進一步的說明：

被動取得網路拓墣廣播

如圖三所示，ASN GW會收集定期利用RRM-Radio-Config-Update蒐集其所屬BS的運作參數，並將這些參數利用RRM-NBR-BS-STATUS-UPDATE傳給其他所屬的BS。每個BS會定期的將所蒐集到的鄰近BS訊息利用MOB_NBR-ADV廣播給所屬的MS。MS可以從MOB_NBR-ADV中得到鄰近BS的以下資訊：（1）物理通道參數。（2）所支援的服務流種類。例如UGS、rtPS、nrtPS、BE以及ertPS。（3）換手的相關參數。例如在換手時哪些步驟可以省略以加速換手的完成。

《圖三　網路拓墣廣播範例》

主動掃瞄鄰近網路拓墣

除了被動地從MOB_NBR-ADV獲得鄰近BS的訊息之外，MS也可以主動的掃瞄其所在地的附近有哪些BS適合當做換手的目標基地台（Target BS）。在掃瞄的期間，MS可能會切換到不同的頻率去監聽網路上是否有其他的BS可提供服務，因此MS在掃瞄的期間無法與Serving BS收送資料。所以Serving BS在這段期間必須將要送給MS的資料存在buffer中，在每次掃瞄的間隔中或是MS結束掃瞄程序之後才將buffer裡頭的資料傳送給MS。

當MS決定要對網路進行掃瞄後，就會發出MOB_SCN-REQ向Serving BS要求一段時間來執行鄰近基地台的掃瞄。其要求的內容主要有：（1）想進行掃瞄的BS、（2）總共掃瞄的次數、（3）每次掃瞄的間隔、（4）每次掃瞄的時間、（5）對每個被掃瞄的BS所想要進行的掃瞄型態。

當Serving BS收到MS傳來的掃描要求後，會透過ASN GW向候選的基地台（Candidate BS）協商可支援的掃描模式以及傳輸該掃描模式所需要的運作參數，MS的掃瞄模式可根據是否要進行association分為四種。在這裡association就是初始調整的別名，其目的主要是為了獲得調整參數及可獲得服務訊息，以便將來選擇適合的Target BS及加速換手。以下就四種掃瞄的模式分別作進一步的說明：

Scanning without association

只進行掃瞄的動作而不與被掃瞄的BS（candidate BS）做初始調整（ranging）的動作。MS只監聽candidate BS所廣播的控制訊息以作為未來換手時的參考數據。

Scanning with association level 0

除了進行掃瞄並自行利用競爭的方式與candidate BS作調整的動作。在掃瞄階段執行調整的目的是要獲得物理通道的特徵以及服務流的服務等級預測以評估某個candidate BS是否適合作為Target BS。

Scanning with association level 1

除了進行掃瞄並協同candidate BS進行非競爭方式的調整。其方法是由candidate BS提供一個專用的CDMA code以及專用的傳送區間，讓MS進行非競爭式的調整動作以便加速調整。

Scanning with association level 2

除了進行掃瞄及非競爭方式的調整之外，Serving BS還會居中協調association的運作。在調整的期間MS只須傳送一次RNG-REQ給candidate BS，不須要等候RNG-RSP的回傳。而這些被掃瞄的BS會將RNG-RSP傳給Serving BS，再由Serving BS將收集到的調整結果（例如：時間、功率、頻率以及調整成功與否）彙整成報告，並使用MOB_ASC_REPORT將此一報告傳送給MS。

當Serving BS收MS提出的掃瞄要求MOB_SCN-REQ時，會利用HO_ASSO_REQ與candidate BS協商掃描模式與運作參數，並將結果透過MOB_SCN-RSP回傳給MS。若Serving BS不同意MS進行掃描，則會在MOB_SCN-RSP裡頭將可掃瞄時間為設定0；若BS同意MS進行掃瞄，則MOB_SCN-RSP裡頭會攜帶以下訊息：（1）MS可掃瞄的BS list、可執行哪種型態的掃瞄以及association level的相關參數。例如：被掃瞄的BS所分配專屬於該MS的非競爭時段（non-contention ranging period）所在的frame（rendezvous time），以及啟始時間（transmission opportunity offset）（2）掃瞄啟始時間、（3）每次掃瞄的時間。也就是說，BS會分配一段大於或等於MS所要求的時間給該MS（4）總共掃瞄的次數、（5）掃瞄完成後是否要回報掃瞄的結果給Serving BS。MS在掃瞄完畢後，可以利用MOB_SCN-REP將被搜尋BS的訊號強度回傳給Serving BS，此資料可以作為將來在換手過程中Serving BS推薦Target BS的參考依據。

圖四示範了MS如何執行網路掃瞄，MS一開始先傳送MOB_SCN-REQ給Serving BS要求進行網路掃瞄，Serving BS收到該訊息後會透過ASN GW傳送HO_ASSOC_REQ給candidate BS。在此兩個BS所交換的訊息主要是candidate BS是否有專用的時間以及CDMA code給MS、是否能滿足該MS的QoS需求以及所支援HO最佳化程度。接著Serving BS會將這些訊息經由MOB_SCN-RSP傳給MS。當MS在收到MOB_SCN-RSP後，就會依照其所攜帶的訊息在Serving BS規定的時間（start time）進行掃瞄並在所分配到的non-contention ranging period（Rendezvous time＋transmission opportunity offset）開始與candidate BS進行調整。掃瞄完成後MS會將掃瞄的結果回傳給Serving BS。

《圖四　MS主動掃瞄網路上鄰近BS的訊息》

換手決策和初始

MS在換手程序的一開始必須和Target BS同步以獲得Target BS的物理通道參數（例如：DCD/UCD、DL-MAP、UL-MAP）以便進一步做調整的動作。若MS在換手前已經利用網路拓墣獲得的方法來取得Target BS的物理通道參數，則此步驟可以省略。

當MS準備將Serving BS上的所有連線轉移到Target BS時，換手的動作就已經開始了。標準規格書中並沒有明確定義換手的決策標準，MS或是Serving BS皆可以啟始換手的動作，分別說明如下：

由MS所起始的換手程序

當MS決定要進行換手時會傳送MOB_MSHO-REQ告知BS，在該訊息中MS利用之前所獲得的網路拓墣資訊，選擇一個或多個Neighbor BS作為Target BS，並且回報該BS傳輸品質的相關參數給Serving BS。Serving BS在收到該訊息後會回傳MOB-BSHO-RSP給MS並提供一組BS給MS，MS會在Serving BS所提供的BS set中選擇一個BS做為Target BS。詳細的訊息交換步驟如圖五：

《圖五　由MS所起始的換手程序【4】》

由Serving BS所起始的換手程序

當Serving BS決定要觸發某個MS進行換手時，會在Neighbor BS中選擇一個或多個BS當作recommended Target BS，並利用MOB_BSHO-REQ觸發MS進行換手的動作並告知recommended Target BS。Neighbor BS的資訊可能來自於MS的掃描回報訊息（MOB_SCN_REP）或是經由骨幹網路交換取得。選擇recommended Target BS的標準並不在規格書的規範之中，可以考慮根據該BS的channel品質或是該BS是否能滿足MS的QoS要求作為判斷。詳細訊息交換步驟如圖六：

《圖六　由Serving BS所起始的換手程序【4】》

不論是由MS或是Serving BS所發起的換手，當Serving BS向MS推薦Target BS list後，MS有權決定要不要進行換手以及要換手到哪一個Target BS，並利用MOB_HO-IND告知Serving BS自己的決定。若MS不進行換手，則雙方回到正常模式繼續運作；若MS要進行換手，則Serving BS會啟動Resource Retain Timer在一段時間內保留該MS的相關資訊（例如：資料路徑或是MAC層的CID），以確保換手失敗時MS可以馬上與Serving BS聯繫回到正常模式運作；另一方面Serving BS會經由骨幹網路通知可能的Target BS關於MS即將執行換手的消息，並且傳送MS的相關訊息給該BS，以減少MS在該BS上做網路重新進入（Network Re-entry）的步驟。

換手機制運作

依照MS移動時的不同行為，可以分為可預測的Fully Controlled HO以及無法預測的Uncontrolled HO。Fully Controlled HO意指MS在移動的過程中提前向Serving BS提出即將換手的訊息，以便Serving BS能做出相對應的換手訊息傳遞。Uncontrolled HO正好相反，亦即在移動過程中並沒有提前通知Serving BS，在無預警的情形下直接移動至Target BS下，同時並非發出初始網路登入的請求，而是發出換手的請求。在這一小節將根據兩個不同的換手機制，從底層的WiMAX訊息到上層的後端網路處理作介紹。

Fully Controlled HO

由於MS進行Fully Controlled HO的流程較為繁雜，本文將MS在Serving BS以及Target BS進行Fully Controlled HO的流程分開討論為圖七和圖八。

MS在Serving BS下進行Fully Controlled HO的流程可大致分為準備步驟（Preparation Phase）和行動步驟（Action Phase）如圖七。準備步驟主要是將MS的基本資料和安全認證相關資訊（AK Context）帶給Target BS，並建立相關的資料路徑（Data Path），以便在MS移動到Target BS的時候，能夠快速的提供MS網路服務，避免不必要的延遲。行動步驟則是通知Serving BS告知即將換手的訊息，讓Target BS設定一個等待時間直到MS成功在Target BS下進行網路重新登入（Network Re-entry）。下面針對兩個步驟分別說明如下：

準備步驟：

MS決定好要換手的Target BS之後會透過MOB_MSHO-REQ的R1訊息通知Serving BS，在這裡MS可以選擇一個或一個以上的Target BS作為可能的換手目標。當Serving BS收到訊息後，會利用後端的網路和Target BS與相關的ASN-GW預先作好換手的預備動作，主要需要完成三件事情：第一是和Target BS完成基本資料交換，第二是和認證單位（Authenticator）取得安全認證，第三是Target BS向ASN-GW預先建立資料路徑減少MS移動後換手訊息傳遞所需的時間，其中第二與第三是可以根據使用者需求選擇性的提前執行，下面將分為這三個部分作說明。

基本資料交換是完成Fully Controlled HO流程所必須，由Serving BS發起，透過R6的HO-Request、HO-Response兩個訊息和Target BS溝通MS相關的必要資訊，例如SBC/PKM/SF/Authentication Policy/HO Optimization等資訊。在兩個訊息之間，可以依使用者需求決定是否需要執行取得安全認證以及預先建立DP等步驟，一旦收到由ASN-GW傳來的HO-Response訊息，Serving BS便會透過R1訊息MOB_BSHO-RSP通知MS準備步驟已完成。

取得安全認證是由Target BS發起，透過R6的Context-Request、Context-Response向認證單位取得MS相關的安全認證資訊，此一步驟可以依據使用者需求選擇在行動步驟時才執行，但最晚在行動步驟時就一定要執行，主要原因是當MS進入Target BS下進行網路重新登入時，Target BS就需要MS身份認證的資訊，如果沒有則Target BS會改為從後端網路向Serving取得，換手流程將改為Uncontrolled HO。

預先建立資料路徑的步驟則是由Target BS向ASN-GW發起，預先建立MS在Target BS下的R6後端傳輸路徑，主要是經由R6的Path Pre-Registration Request、Path Pre-Registration Response、Path Pre-Registration Acknowledgement的3-way訊息交換來完成。此一步驟和取得安全認證的步驟相同，一樣可以根據使用者需求決定是否在準備步驟時執行，亦可在行動步驟時再完成，但和取得安全認證的步驟差別在於，即便使用者完全沒有開啟預先建立Data Path的功能也不影響Fully Controlled HO的流程，主因是當MS移動至Target BS並做完網路重新登入之後，自然會在Target BS 和ASN-GW間建立Data Path，但預先建立的動作可以省去換手過程中造成的延遲及資料流失。

行動步驟（Action Phase）：

在此階段MS從建議的BS列表中，選出最適當的BS之後，發出R1的MOB_HO-IND訊息通知Serving BS，此時Serving BS才真正確定MS的選擇對象，之後MS將不會再等待Serving BS的回應自行在Target BS底下登入網路。Serving BS收到MS的R1訊息後，會發出R6的HO-Confirm訊息通知Target BS，告知MS將會立即移動到服務範圍內的資訊，並針對先前已預先建立資料路徑，但確定不會移動至該BS下的所有BS，取消資料路徑的建立。Target BS收到HO-Confirm的訊息之後，會開啟Resource Retain Timer在一定時間內等待MS進入服務範圍內，如果在時效內MS依然沒有進行網路重新登入的動作，則會刪除所有MS的相關資訊以及預先建立的資料路徑。

《圖七　MS在Serving BS下Fully Controlled HO運作機制》

當MS成功的在Serving BS下做完Fully Controlled HO所有必須執行的動作之後，MS會在選定的Target BS服務範圍內進行網路重新登入如圖八。MS收到R1廣播出來的MAP訊息之後，會以競爭的方式發出CDMA Ranging Code，其中帶有HO Ranging的資訊。Target BS收到這個資訊後會透過Ranging-Response和MS確認是否需要重送，並在MAP訊息裡分配頻寬提供MS發出Ranging-Request的請求，其中包含了MS希望擁有的最佳化支援（Optimization）。這時Target BS可以根據目前擁有的MS相關資訊決定應該提供MS哪些訊息的最佳化，由於先前已透過Fully Controlled HO的機制取得了MS相關的基本資訊以及安全認證，因此MS可以省去原本網路連線所需的SBC/PKM/REG等R1訊息交換，直接進入要求頻寬傳輸的步驟。在這裡最佳化步驟是可以根據使用者需求來決定是否重傳特定R1訊息，圖中則是以完全最佳化（Full Optimization）來說明。

傳送完R1訊息之後，Target BS也分為三件事情要完成，一是建立與刪除資料路徑，二是向認證單位更新金鑰，三是向Serving BS回覆HO完成的訊息。當MS提出頻寬需求，Target BS會透過R6的Pre-Registration Request、Path Pre-Registration Response、Path Pre-Registration Acknowledgement向ASN-GW發出資料路徑建立的請求，若之前已預先建立資料路徑，則此時建立資料路徑只需要2-way訊息交換確認使用該資料路徑；反之則需進行基本的3-way訊息交換，較為耗時。之後Target BS會使用R6的CMAC-Key-Count-Update向認證單位更新金鑰以便支援爾後傳輸的加密。一旦MS在Target BS完成網路重新登入的流程，Target BS會向Serving BS發出HO-Complete的訊息，通知Serving BS結束HO的流程，同時ASN-GW會透過R6 Path De-Registration Request的訊息主動通知Serving BS刪除先前MS建立的資料路徑，至此整個Fully Controlled HO流程才真正完成。

《圖八　MS在Target BS下Fully Controlled HO運作機制》

Uncontrolled HO

Uncontrolled HO指的是MS未經過HO的準備階段，即無預警的移動到另外一個BS上，同時並非發出初始網路登入的請求，而是發出換手的請求，此種無法預測的換手都可以經由Uncontrolled HO的流程來達到資料的連續。

如圖九，當MS無預警的移動到Target BS下，收到R1廣播出來的MAP訊息之後，會以競爭的方式發出帶有HO Ranging資訊的CDMA Ranging Code。Target BS接著會透過Ranging-Response和MS確認是否需要重送，並在MAP訊息裡分配頻寬提供MS發出Ranging-Request的請求，其中包含了MS希望擁有的最佳化支援。

由於Target BS並沒有任何MS相關的基本資訊以及安全認證，因此會透過R6的Context-Request向Serving BS詢問MS的基本資料，同時也會向認證單位取得MS的相關安全認證資訊，並建立MS的資料路徑，此一部份的動作和Fully Controlled HO的準備步驟相當類似，主要差異點在於HO-Request是提供基本資料給Target BS並透過HO-Response帶回MS與Target BS間需要的安全憑證；而Context-Request則是向Serving BS詢問MS的基本資料，透過Context-Response帶回。同時NWG的規範裡並沒有強制規定MS資料路徑建立的時間點，在取得MS基本資料之後皆可進行資料路徑的建立。

透過R6訊息取得MS相關資訊後，和一般認知較為不同的是，依然可以省去原本網路連線所需的SBC/PKM/REG等R1訊息交換，絕大部分的換手機制在無預警（un-control）的前提下都無法進行所謂的最佳化。在這裡最佳化步驟一樣可以根據使用者需求來決定是否重傳特定R1訊息，圖中則是以完全最佳化（Full Optimization）來說明。接著進行的認證單位金鑰更新以及刪除資料路徑都和MS在Target BS下進行Fully Controlled HO的運作相同，在此不再贅述，唯一的差別在於Uncontrolled HO運作不會包含HO-Complete的訊息，理由是一開始就沒有準備步驟因此不需要額外通知Serving BS結束HO的流程。

《圖九　MS在Target BS下Uncontrolled HO運作機制》

結語

由於支援高速傳輸與行動通訊，因此對於提供都會規模的無線存取服務而言，IEEE 802.16e是一個令人看好的國際標準，搭配上NWG的標準規範，形成了一個完整的網路架構。本文以簡單且具體的方式分三部份來介紹802.16e的換手機制，並搭配範例說明一個MS如何從獲得網路拓墣資訊開始、實際執行換手步驟，到換手完成。同時結合NWG的協定，從底層的R1訊息到後端的R6訊息做了整體性的介紹，相信閱讀完本文之後，讀者便可對WiMAX行動網路的換手技術有一個全面性的初步瞭解。

--作者林靖倫、林鈺翔目前皆任職於資策會網路多媒體研究所副工程師

參考文獻

1.IEEE Standard 802.16, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Oct. 2004.

2.IEEE Standard 802.16e, IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16, Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, Feb. 2006.

3.WiMAX Forum. http://www.wimaxforum.org.

4.WiMAX Forum. WiMAX Forum Network Architecture(Stage 3: Detailed Protocols and Procedures)Release 1.0.0, Mar 2007.