網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)方案探討

摘要　隨著無線局域網(wǎng)(WLAN)研究工作的廣泛開展，特別是結(jié)合最近WLAN的研究成果，WLAN必將在4G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重要的作用。在這種背景下，需要將WLAN和3G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)融合起來，同時發(fā)展無處不在的高速率移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。文章根據(jù)這種需求提出了能夠融合WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)的新穎的架構(gòu)方案，這種架構(gòu)可以使3G用戶在熱點地區(qū)享受高速全IP業(yè)務(wù)的好處，同時能夠在不同無線接入技術(shù)之間切換。

關(guān)鍵詞　WLAN　3G　網(wǎng)絡(luò)融合　IMS

1、網(wǎng)絡(luò)融合的背景和需求

目前，中國的電信網(wǎng)絡(luò)已形成多個相對獨立的網(wǎng)絡(luò)，包括固定電話網(wǎng)、移動網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、H.323網(wǎng)、Internet網(wǎng)等，這些網(wǎng)絡(luò)格局縱向獨立，每種不同網(wǎng)絡(luò)有其特定的網(wǎng)絡(luò)資源組成方式，并基于這些網(wǎng)絡(luò)資源提供特定的功能和業(yè)務(wù)。這種“一種業(yè)務(wù)，一種網(wǎng)絡(luò)”的網(wǎng)絡(luò)格局已逐漸暴露其固有的弊端：多種復雜的協(xié)議、復雜的網(wǎng)絡(luò)共存；網(wǎng)絡(luò)管理和維護成本很高；不利于網(wǎng)絡(luò)資源尤其是傳輸資源的共享；不便于跨網(wǎng)絡(luò)多功能綜合業(yè)務(wù)的提供。

從業(yè)務(wù)需求角度看，固定話音業(yè)務(wù)逐漸萎縮，移動和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長，用戶對個性化、多樣化業(yè)務(wù)需求不斷增強。從未來發(fā)展角度看，多種網(wǎng)絡(luò)融合后，用戶可使用任一終端(移動臺、PDA、PC等)通過任一方式接入網(wǎng)絡(luò)(WLAN、DSL、GPRS等)，而且號碼可唯一、帳單可唯一，非常方便靈活；對于網(wǎng)絡(luò)運營商或業(yè)務(wù)提供商來說，可以提供豐富、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)，便于市場細分，擴大客戶群和提高客戶忠誠度，降低建設(shè)和運維成本；對于設(shè)備提供商來說，優(yōu)化其研發(fā)進程、便于軟、硬件的重用，能夠提供更好、更豐富的通用的產(chǎn)品。

2、網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢

目前網(wǎng)絡(luò)融合有3種趨勢：

a)支持高速移動的第三代移動通信網(wǎng)與寬帶無線局域網(wǎng)技術(shù)(UWB、WiMax)的融合；

b)IP網(wǎng)絡(luò)與有限電視網(wǎng)的融合；

c)有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的融合。

3、融合方案

以3G與WLAN互通融合方案為例：3GPP對3G與WLAN的互通可行性進行了研究，提出了從簡單互通到完全無縫的系統(tǒng)間操作共6種解決方案，以下是對這6種方案的簡要介紹。

a)統(tǒng)一計費和用戶管理

這是最簡單的互連方案，WLAN與3G之間的連接是單一的客戶關(guān)系。對于3G和WLAN接入服務(wù)，用戶只需從移動運營商那里收到一張話單。WLAN和3G系統(tǒng)的安全級別相互獨立，對3GPP規(guī)范不會有任何新的要求。

b)WLAN接入控制和計費

這種方案由3G系統(tǒng)提供認證、鑒權(quán)和計費(AAA)，確保用戶在接入時感覺不到較大的差別。

c)WLAN接入3G網(wǎng)絡(luò)分組域業(yè)務(wù)

該方案允許通過WLAN接入方式接入到3GPP系統(tǒng)的分組交換(PS)業(yè)務(wù)，例如IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)業(yè)務(wù)、基于位置服務(wù)(LABS)業(yè)務(wù)、即時消息、多媒體廣播/多播業(yè)務(wù)(MBMS)以及以上幾種業(yè)務(wù)的組合業(yè)務(wù)。但是，對于3G系統(tǒng)和WLAN之間的業(yè)務(wù)連續(xù)性不做要求。

d)業(yè)務(wù)一致性和連續(xù)性

在處理WLAN與3G兩種接入技術(shù)切換時，能夠保持3G分組交換域所支持的業(yè)務(wù)。該方案不僅提供WLAN與3G之間的切換，而且提供WLAN子網(wǎng)之間切換時的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

e)無縫的分組域業(yè)務(wù)切換

在兩種接入技術(shù)之間提供無縫連續(xù)業(yè)務(wù)，即在不同接入技術(shù)之間切換時，使數(shù)據(jù)丟失和中斷時長最小。

f)WLAN接入3G網(wǎng)絡(luò)電路域業(yè)務(wù)

通過電路交換(CS)型WLAN接入方式，允許接入到3G電路交換業(yè)務(wù)，同時提供無縫的電路交換移動性管理。

4、方案分析和互通模型

分析以上6種互通方案，目前看來只有方案a、b、c是切實可行的。其中方案b將是最常見的，目前3GPP R6也主要集中在方案b和方案c。

4.1　方案a

此種情況下，3GPP規(guī)范無需任何改動，只需客戶使用同一套客戶服務(wù)和計費系統(tǒng)，計費時統(tǒng)一把WLAN的費用記在3G賬戶中，對客戶管理系統(tǒng)和計費系統(tǒng)稍加修改，就可支持這種互通方案。

4.2　方案b

此種方案在業(yè)務(wù)、接入、安全、漫游、命名地址規(guī)劃和計費方面對3G系統(tǒng)提出了要求。

3G歸屬公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)既支持典型的UMTS陸地無線接入網(wǎng)(UTRAN)接入用戶設(shè)備，同時也支持WLAN的用戶設(shè)備。由于用戶數(shù)據(jù)在UTRAN和WLAN中的路由方式是截然不同的，WLAN用戶設(shè)備通過WLAN自身固有的裝置連入Internet，而UTRAN用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)路由則通過3G核心網(wǎng)的分組交換，經(jīng)由服務(wù)GPRS支持節(jié)點(SGSN)、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(CGSN)來實現(xiàn)到Internet的接入，并獲得3G分組交換的用戶服務(wù)，例如無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)、多媒體短消息服務(wù)(MMS)等。因此在方案b的實現(xiàn)中，只需要AAA信號在WLAN和3G歸屬PLMN中通過3G訪問PLMN來進行兩者之間的互通。在WLAN側(cè)需支持的互通功能包括WLAN接入控制、接入鑒權(quán)、計費、移動性管理，而在3GPP系統(tǒng)側(cè)需支持的互通功能則包括接入鑒權(quán)、計費、加密、移動性管理。

方案b中一個新增的關(guān)鍵設(shè)備就是3G AAA服務(wù)器，它是專門為3G與WLAN互通而設(shè)置的。3G AAA服務(wù)器終結(jié)所有從WLAN傳來的信息，同時它還與其他3G設(shè)備進行交互，例如歸屬用戶服務(wù)器(HSS)、歸屬位置寄存器(HLR)、計費網(wǎng)關(guān)/呼叫控制功能(CGW/CCF)和在線計費系統(tǒng)(OCS)等。HSS和HLR是本地注冊用戶信息的數(shù)據(jù)庫，3G AAA服務(wù)器用來查詢已注冊了這種互通服務(wù)的WLAN用戶信息。一般情況下，如果HSS可用，則無需使用HLR。而CGW/CCF和OCS則分別用來進行離線計費和在線計費。

3G AAA服務(wù)器同時可作為路由裝置接收或發(fā)送AAA信號到另一個3G PLMN，起著一個代理的角色。3G訪問PLMN中的AAA服務(wù)器相當于一個3G AAA代理，為發(fā)送到或來自3G歸屬服務(wù)器的AAA信號提供路由。3G AAA代理利用移動臺(MS)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)接入標識(NAI)來識別3G AAA服務(wù)器的IP地址。在WLAN側(cè)同樣也有WLAN AAA代理，根據(jù)MS發(fā)送的NAI來對3G AAA服務(wù)器或代理發(fā)送的AAA信號提供相應(yīng)的路由。

4.3　方案c

為了較好地滿足方案c的特征需求(例如使WLAN用戶獲得3G系統(tǒng)分組交換域的相關(guān)服務(wù))，用戶數(shù)據(jù)必須能夠路由到3G歸屬/訪問PLMN。通過與方案b中的架構(gòu)相比較可以看到，盡管AAA路由仍然不變，但用戶數(shù)據(jù)是在經(jīng)過歸屬PLMN后到達一個新的網(wǎng)絡(luò)單元——分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(PDG)，此外，當用戶處于漫游情況下時數(shù)據(jù)同時也經(jīng)過另一個網(wǎng)關(guān)——無線接入網(wǎng)關(guān)(WAG)，WAG一般置于訪問PLMN內(nèi)。在3GPP會議中，已經(jīng)明確PDG所起的作用類似于在3G核心網(wǎng)分組交換域中的網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點，它負責在WLAN用戶設(shè)備與提供3G服務(wù)的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)之間進行用戶數(shù)據(jù)的路由選擇。WLAN用戶通過AAA信令中的WLAN接入名(APN)來識別3G系統(tǒng)所提供的不同業(yè)務(wù)。此外，PDG還具有地址翻譯、記錄收費信息等功能。WAG主要具有路由選擇決策的功能，負責將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到合適的PDG上，功能類似于3G核心網(wǎng)分組交換域中的服務(wù)GPRS支持節(jié)點。

5、方案比較

從上述組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析可以看出，在方案b中WLAN用戶與3G網(wǎng)絡(luò)的互通僅在AAA信令的交互方面需要與3G網(wǎng)絡(luò)共同完成，即通過3G網(wǎng)絡(luò)使用的加密算法來獲得更安全可靠的用戶信息保護，并進行統(tǒng)一計費，但在用戶數(shù)據(jù)傳輸方面仍然各自通過自身網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)接入Internet，在業(yè)務(wù)層面，沒有對WLAN用戶提出更高要求，因此在WLAN與3G網(wǎng)絡(luò)之間只需使用AAA服務(wù)器來完成所有的AAA信令交互。在方案c中，由于涉及到在WLAN環(huán)境下獲得3G網(wǎng)絡(luò)中的分組交換服務(wù)，所以除AAA服務(wù)器外，還增加了PDG和WAG等裝置以在兩個不同的網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)。相比而言，方案c比方案b具有更加廣泛意義上的網(wǎng)絡(luò)互通，它可以使WLAN用戶在進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時獲得3G網(wǎng)絡(luò)分組交換域的相關(guān)服務(wù)，例如IMS業(yè)務(wù)、定位業(yè)務(wù)、即時消息等。

通過對兩種架構(gòu)的分析和比較我們可以看出，這些結(jié)構(gòu)滿足WLAN與3G網(wǎng)絡(luò)互通的基本需求，并且極具市場前景，它們能使3G用戶通過IP技術(shù)在人口密集區(qū)域獲得數(shù)據(jù)高傳輸率的同時，通過若干無線接入技術(shù)獲得3G網(wǎng)絡(luò)分組交換域的服務(wù)，這種集不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的服務(wù)必定會得到更加廣泛的應(yīng)用，并延伸至每一個普通用戶。當然在具體的互通技術(shù)方面還有許多問題有待研究，例如如何在3G與WLAN網(wǎng)絡(luò)之間切換時保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，切換后如何保持業(yè)務(wù)的QoS等，都還有待進一步研究。