3G與WLAN系統(tǒng)的交互網(wǎng)絡(luò)

3G/WLAN系統(tǒng)的交互，通過無線局域網(wǎng)(WLAN)接入控制功能增加新業(yè)務(wù)功能，如先進(jìn)業(yè)務(wù)支持、實(shí)時(shí)對(duì)等IP通信等;通過引進(jìn)WLAN和蜂窩IP連接不同類型動(dòng)態(tài)交換;利用多種接入技術(shù)和用戶內(nèi)部先進(jìn)技術(shù)來提供不中斷業(yè)務(wù)和可靠安全接入。3G/WLAN是邁向新一代無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，在系統(tǒng)性能上具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也將發(fā)揮出巨大的市場潛力。3G通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)組織(3GPP)把3G/WLAN交互系統(tǒng)作為3GPP的附加標(biāo)準(zhǔn)。在移動(dòng)環(huán)境中，3G/WLAN網(wǎng)絡(luò)雙模終端可提供無處不在、帶寬可變、服務(wù)質(zhì)量(QoS)可保證的多種高速率業(yè)務(wù)。

Abstract:The interworking of 3G networks and Wireless Local Area Network (WLAN) systems, taking advantage of WLAN control functions, can be enhanced by new functionalities such as advanced services support, real-time peer-to-peer IP communications. It ensures continuity and security of services through the dynamic handover, multi-access technologies, and advanced security technologies. 3G/WLAN integration plays a critical role in next-generation wireless mobile networks as it provides great technological advantages in terms of system performance, thus introducing a huge market potential. The Third Generation Partnership Project (3GPP) has extended 3GPP standards to include 3G/WLAN interworking. In a mobile environment, 3G/WLAN dual-mode terminals can provide a wide range of services at high rate with variable bandwidth and Quality of Service (QoS) assurance.

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)提供了巨大的公眾無線接入市場。3G網(wǎng)絡(luò)采取宏區(qū)、微區(qū)和微微區(qū)的分層結(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)又采用多載頻技術(shù)。微區(qū)和微微區(qū)的基站采用小區(qū)扇形極化和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)，可在較小覆蓋區(qū)提供額外信道容量，解決用戶高速率視頻流業(yè)務(wù)的增長。3G通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)的3GPP組織啟動(dòng)3GPP/WLAN交互結(jié)構(gòu)作為3GPP的附加標(biāo)準(zhǔn)，給3GPP用戶提供公眾無線局域網(wǎng)(WLAN)接入業(yè)務(wù)，3GPP預(yù)約，網(wǎng)絡(luò)選擇，基于3GPP認(rèn)證、鑒權(quán)和用戶識(shí)別模塊/通用簽約用戶識(shí)別模塊(SIM/USIM)密鑰，數(shù)據(jù)路由和用戶計(jì)帳等功能。

WLAN逐步成為一種公眾無線接入方式，WLAN網(wǎng)絡(luò)采用小區(qū)扇形極化和MIMO技術(shù)可在室內(nèi)30 m或室外100 m半徑覆蓋區(qū)提供額外信道容量。WLAN網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以低成本配置，無線接入成本僅占3G基站的很小一部分，將有力地促進(jìn)無線接入市場的發(fā)展。3G/WLAN網(wǎng)絡(luò)雙模終端可提供無處不在的，帶寬可變的，可保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)的多種高速率業(yè)務(wù)。

3G網(wǎng)絡(luò)工作在規(guī)定的無線頻率頻段，而WLAN網(wǎng)絡(luò)工作在無線頻率非許可頻段，會(huì)產(chǎn)生不協(xié)調(diào)干擾，進(jìn)而減少無線接入的覆蓋范圍。WLAN網(wǎng)絡(luò)以高性能價(jià)格比用于用戶業(yè)務(wù)需求猛增的熱點(diǎn)區(qū)，WLAN網(wǎng)絡(luò)的小覆蓋區(qū)域能力不能提供3G網(wǎng)絡(luò)那樣的廣覆蓋能力，需大量的接入點(diǎn)(AP)來覆蓋[1-4]。

3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別是在終端移動(dòng)限制條件，3G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端可廣泛地配置，而WLAN網(wǎng)絡(luò)受終端位置、移動(dòng)速度的影響。3G網(wǎng)絡(luò)提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而WLAN網(wǎng)絡(luò)主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)�？梢�，3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)具有互補(bǔ)性，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的一體化可同時(shí)綜合雙方的優(yōu)點(diǎn)，減少雙方的缺點(diǎn).

1 3G/WLAN結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3GPP與WLAN互通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，提供3GPP和WLAN之間的交互功能。

WLAN終端和IP網(wǎng)絡(luò)在WLAN的接口層完成IP連接，WLAN系統(tǒng)把基本IP業(yè)務(wù)鏈接到應(yīng)用層IP骨干網(wǎng)。其中，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)的服務(wù)器承擔(dān)WLAN終端的IP堆棧配置。域名服務(wù)器(DNS)把Internet全保質(zhì)域名(FQDN)地址轉(zhuǎn)換為IP地址。網(wǎng)關(guān)/端口地址轉(zhuǎn)換(GW/NAPT)為鏈接外部IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，承擔(dān)IP網(wǎng)絡(luò)地址和端口變換(NAPT)任務(wù)，使WLAN接入網(wǎng)以位于WLAN內(nèi)的專用IP地址獲取外部IP網(wǎng)的業(yè)務(wù)。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)服務(wù)器給接入用戶提供本地應(yīng)用層業(yè)務(wù)，終端以Web瀏覽器控制接入，把登錄的Web網(wǎng)頁送至WLAN終端。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)費(fèi)，本地業(yè)務(wù)服務(wù)器提供IP層業(yè)務(wù)，如Mail服務(wù)、本地Web內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)配置和監(jiān)控管理。

WLAN系統(tǒng)設(shè)置鑒權(quán)、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)(AAA)服務(wù)器和用戶數(shù)據(jù)庫，承擔(dān)認(rèn)證和鑒權(quán)等，提供IP鏈接和其他業(yè)務(wù)。對(duì)于WLAN系統(tǒng)的用戶，AAA服務(wù)器是典型遠(yuǎn)程撥號(hào)用戶認(rèn)證(RADIUS)服務(wù)器。AAA服務(wù)器通過IP骨干網(wǎng)采用輕量目錄訪問協(xié)議(LDAP)訪問用戶數(shù)據(jù)庫。當(dāng)用戶采用Web瀏覽器進(jìn)行認(rèn)證和鑒權(quán)時(shí)，首先向WLAN系統(tǒng)的HTTP服務(wù)器申請(qǐng)，顯示登錄的Web主頁，輸入登錄名、口令并支付鏈接費(fèi)用。在IEEE 802.1x標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 802.11i標(biāo)準(zhǔn)中，鑒權(quán)部分實(shí)施3G/WLAN交互操作，也可建立WLAN系統(tǒng)的漫游，使WLAN系統(tǒng)用戶鏈接到另一個(gè)WLAN系統(tǒng)。

2 3G/WLAN交互結(jié)構(gòu)

3G和WLAN交互網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)有兩種，即緊交互模式和松交互模式。在緊交互模式中，WLAN網(wǎng)絡(luò)作為3G服務(wù)通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)的接入技術(shù)，而在松交互模式中，WLAN網(wǎng)絡(luò)不作為3G的接入技術(shù)和核心網(wǎng)絡(luò)的接口。3G和WLAN交互網(wǎng)絡(luò)的緊交互模式和松交互模式都支持3G和WLAN網(wǎng)絡(luò)的越區(qū)功能。

圖1為3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡(luò)，WLAN網(wǎng)絡(luò)作為3G網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)，類似于3G網(wǎng)絡(luò)的Iu接口，通用無線接入(UTRA)中WLAN網(wǎng)絡(luò)Iu接口鏈接到3G核心網(wǎng)絡(luò)。緊交互網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可移植3G核心網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、QoS和安全性。WLAN網(wǎng)絡(luò)的AP通過WLAN網(wǎng)絡(luò)的Iub接口鏈接到交互單元(IWU)、網(wǎng)關(guān)GPRS支持網(wǎng)關(guān)通用分組無線業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)，把網(wǎng)絡(luò)鏈接到Internet。

3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡(luò)中，3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商不是同一實(shí)體。3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡(luò)有6個(gè)交互單元，分別為：

公共計(jì)費(fèi);

基于3GPP系統(tǒng)的接入控制，3GPP用戶以WLAN網(wǎng)絡(luò)的IP接入;

基于分組交換(PS)業(yè)務(wù)的接入，如來自交互WLAN網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)(SMS)、無線接入?yún)f(xié)議(WAP)、多媒體消息業(yè)務(wù)(MMS);

連續(xù)業(yè)務(wù)，保持跨越WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)不透明業(yè)務(wù);

無隙縫業(yè)務(wù)，跨越WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)透明業(yè)務(wù);

提供基于電路交換(CS)業(yè)務(wù)的接入3GPP系統(tǒng)。

圖2為3G/WLAN松交互網(wǎng)絡(luò)，利用用戶數(shù)據(jù)庫，把WLAN網(wǎng)絡(luò)作為3G接入網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，不用用戶平面Iu接口，避免GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的SGSN和GGSN。同一用戶數(shù)據(jù)庫用于3G/WLAN網(wǎng)絡(luò)，IP業(yè)務(wù)仍需要跨越接入網(wǎng)絡(luò)的支持，其中AAA功能直接由接入核心網(wǎng)絡(luò)控制。

3GPP標(biāo)準(zhǔn)考慮了3G/WLAN交互網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)可行性，其中3GPP R6標(biāo)準(zhǔn)采納3G/WLAN松交互網(wǎng)絡(luò)，提供了系統(tǒng)靈活性和升級(jí)性，WLAN網(wǎng)絡(luò)無需支持復(fù)雜的Iu接口。

漫游參考結(jié)構(gòu)和無漫游參考結(jié)構(gòu)分別提供經(jīng)過本地或來訪3G網(wǎng)絡(luò)的3GPP分組交換業(yè)務(wù)。其中，Wn接口鏈接WLAN接入網(wǎng)絡(luò)和WLAN接入網(wǎng)關(guān)(WAG)，Wa為WLAN接入網(wǎng)絡(luò)和3GPP AAA服務(wù)器/代理之間的接口。Wi為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和外部IP網(wǎng)絡(luò)之間的接口，Wp為WAG和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(PDG)之間的接口，Wu為WLAN網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備(UE)和PDG之間的接口，Wd為3GPP AAA代理和3GPP AAA服務(wù)器之間的接口。其他接口如Wx、D’/Gr’、Wf、Wo、Wm、Dw和Wg分別負(fù)責(zé)歸屬用戶服務(wù)器(HSS)、歸屬位置寄存器(HLR)、計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)/計(jì)費(fèi)功能(CGw/CCF)、在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、PDG、用戶位置功能(SLF)、WAG到AAA服務(wù)器及跨越接口的相關(guān)協(xié)議。