WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)在互通中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

WiMAX是一項(xiàng)新興的無線通信技術(shù),基于IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn),為用戶提供無線寬帶接入,實(shí)現(xiàn)面向IP的高速無線連接。但目前WiMAX主要應(yīng)用為固定、便攜或者低速移動(dòng)接入,在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期和中期并不支持高速移動(dòng)下的無縫切換,由于技術(shù)的成熟與商用的進(jìn)程需要一個(gè)較長周期,初期的WiMAX建設(shè)可能僅限于熱點(diǎn)覆蓋和企業(yè)接入等。而2G/3G移動(dòng)通信系統(tǒng)具有支持快速切換以及全網(wǎng)覆蓋的語音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。兩種網(wǎng)絡(luò)的互通和融合將有助于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),讓移動(dòng)用戶在不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中既能利用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)各自不同的特性,又能獲得一致的業(yè)務(wù)訪問。

3GPP為規(guī)范WLAN接入與3GPP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互通,定義了不同層次的互通需求,這些不同的層次被區(qū)分為6個(gè)場(chǎng)景,每個(gè)場(chǎng)景對(duì)WLAN接入與3GPP系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)有著不同的需求。由于WiMAX和目前的3GPP接入,如GERAN、UTRAN等在速率上的差異,很難實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的無縫業(yè)務(wù),因此本文主要關(guān)注于WiMAX對(duì)3GPP PS業(yè)務(wù)的訪問以及業(yè)務(wù)連續(xù)性,即場(chǎng)景3和場(chǎng)景4。雖然目前3GPP所定義的一些架構(gòu)能夠?yàn)閺腤LAN接入的3GPP用戶實(shí)現(xiàn)上述需求,但畢竟是針對(duì)WLAN制定的,真正推廣到其他IP接入方式仍然需要通過適當(dāng)?shù)男薷囊赃m應(yīng)具體的接入方式。因此,WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)的互通方案需要在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行具體分析。在主要針對(duì)核心網(wǎng),并假定用戶使用能夠支持3GPP接入和WiMAX接入的雙模終端,且在接入網(wǎng)側(cè)支持兩種接入方式之間的切換的前提下,WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)的互通主要有四種方式。

GAN方式  GAN(普通接入網(wǎng)絡(luò))重用了包括電路交換域和分組交換域在內(nèi)的移動(dòng)核心網(wǎng)。接入網(wǎng)采用WLAN或藍(lán)牙技術(shù),并以IP作為接續(xù)技術(shù),可以在公共無線網(wǎng)絡(luò)中提供GSM/GPRS業(yè)務(wù)并能和蜂窩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫切換和漫游。在GAN架構(gòu)下,當(dāng)使用WiMAX作為3GPP網(wǎng)絡(luò)的無線接入方式時(shí),WiMAX提供空中接口和基于IP的接入,而核心網(wǎng)則可以重用GSM/GPRS的核心網(wǎng)設(shè)備,包括MSC、SGSN、GGSN、HLR等,因此3GPP用戶可以利用WiMAX接入來訪問各種3GPP CS、PS業(yè)務(wù),從而可以實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場(chǎng)景3和4。

GAN的不足之處在于對(duì)終端的要求過高。一般的WiMAX終端是IP終端,為了使用GSM/GPRS業(yè)務(wù),需要在終端上增加對(duì)GSM無線接入網(wǎng)第三層協(xié)議和GPRS協(xié)議的支持,另外,還需要增加對(duì)GAN特定協(xié)議的支持。

3GPP所定義的GAN架構(gòu)中,UE和GANC之間需要建立IPsec隧道,用于承載各種信令和用戶數(shù)據(jù),這種機(jī)制是基于WLAN接入不為3GPP核心網(wǎng)所信任的假設(shè)。由于WiMAX本身采用了比較完備的認(rèn)證機(jī)制和空口安全機(jī)制,因此當(dāng)WiMAX接入網(wǎng)與3GPP核心網(wǎng)為同一運(yùn)營商所部署或部署這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)運(yùn)營商之間有信任關(guān)系時(shí),可以認(rèn)為WiMAX接入網(wǎng)對(duì)于3GPP核心網(wǎng)是可信的,在這種情況下可以通過省略IPsec隧道來簡化終端上的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。I-WLANI-WLAN能夠?qū)?GPP的業(yè)務(wù)和功能延伸到WLAN的接入環(huán)境中,從而3GPP用戶可以在WLAN的覆蓋中通過WLAN來訪問基于PS的業(yè)務(wù)。I-WLAN的架構(gòu)也能夠應(yīng)用于WiMAX接入3GPP系統(tǒng)。

在基于WiMAX的I-WLAN架構(gòu)中,WiMAX CSN(連接業(yè)務(wù)網(wǎng))實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP之間的互通功能,包括IP連接管理、R3接口與Wa、Wn接口的橋接以及NAT(網(wǎng)絡(luò)地址翻譯)等。3GPP的AAA Server用于實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證,而WiMAX CSN中的AAA Server則可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備認(rèn)證以及移動(dòng)IP中的密鑰分發(fā)等。WAG、PDG等網(wǎng)元的功能仍然依據(jù)3GPP所定義的功能。

在3GPP的網(wǎng)絡(luò)中,I-WLAN是一個(gè)與PS平行的架構(gòu),I-WLAN的PDG是連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)管,能夠?qū)崿F(xiàn)APN的解析功能,其位置相當(dāng)于GGSN,功能也和GGSN很類似。WiMAX接入網(wǎng)中的用戶可以通過PDG來訪問各種PS業(yè)務(wù)平臺(tái);贗-WLAN能夠?qū)崿F(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場(chǎng)景3。

I-WLAN架構(gòu)中,UE和PDG之間使用IPsec來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隧道,用于封裝UE與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的IP分組。由于WiMAX本身的安全性較高,IPsec對(duì)于WiMAX組網(wǎng)不是必需的,不采用IPsec能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜性并提高性能。另外,可以把隧道端點(diǎn)從UE移到WiMAX與I-WLAN的互通網(wǎng)元上,從而進(jìn)一步降低對(duì)終端復(fù)雜性的要求。在WiMAX與I-WLAN適配時(shí),WiMAX  IP是WiMAX網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所使用的IP,可以由CSN中的DHCP分配。WiMAX IP和Remote IP也可以使用同一個(gè)IP地址。

松耦合方式 松耦合方式是指WiMAX網(wǎng)絡(luò)和3GPP網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)和部署,WiMAX對(duì)基于PS的業(yè)務(wù)的訪問直接基于IP訪問。

WiMAX通過與3GPP之間的松耦合方式能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署,無需增加新的核心網(wǎng)網(wǎng)元,不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),能夠?qū)崿F(xiàn)3GPP用戶基于WiMAX接入來訪問PS業(yè)務(wù),但松耦合方式不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的認(rèn)證、訪問控制和計(jì)費(fèi)。因此,即使在松耦合的方式下,也應(yīng)盡量打開WiMAX AAA Proxy/Server與3GPP AAA Server或HLR/HSS之間的接口,以實(shí)現(xiàn)用戶簽約數(shù)據(jù)的共用以及統(tǒng)一的認(rèn)證、授權(quán)等。

SAESAE是3GPP PS的未來演進(jìn)架構(gòu),主要思想是簡化現(xiàn)有PS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),通過網(wǎng)元整合和功能的重新劃分,減少業(yè)務(wù)處理的中間環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化。SAE的規(guī)范中包含了關(guān)于非3GPP定義的其它IP接入方式接入到演進(jìn)的PS核心網(wǎng)的內(nèi)容。

在非漫游場(chǎng)景下,SAE使用PDN SAE Gateway來作為3GPP系統(tǒng)與非3GPP系統(tǒng)之間的錨定,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和PS會(huì)話的切換。Serving SAE Gateway在非漫游場(chǎng)景下,用于3GPP系統(tǒng)的移動(dòng)性錨定;漫游場(chǎng)景下,當(dāng)WiMAX接入到拜訪PLMN時(shí),Serving SAE Gateay也用于WiMAX接入的錨定。

基于SAE架構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)WiMAX接入對(duì)3GPP PS業(yè)務(wù)的訪問,WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)連續(xù)性可以通過系統(tǒng)之間的移動(dòng)性錨定來實(shí)現(xiàn)。因此基于SAE架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)互通場(chǎng)景3和場(chǎng)景4。但目前,SAE架構(gòu)還處于相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)制訂中,商用還有待時(shí)日。


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