WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡在互通中實現(xiàn)優(yōu)勢互補

WiMAX是一項新興的無線通信技術，基于IEEE802.16系列標準，為用戶提供無線寬帶接入，實現(xiàn)面向IP的高速無線連接。但目前WiMAX主要應用為固定、便攜或者低速移動接入，在網(wǎng)絡建設初期和中期并不支持高速移動下的無縫切換，由于技術的成熟與商用的進程需要一個較長周期，初期的WiMAX建設可能僅限于熱點覆蓋和企業(yè)接入等。而2G/3G移動通信系統(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)務的優(yōu)點。兩種網(wǎng)絡的互通和融合將有助于兩個網(wǎng)絡的優(yōu)勢互補，讓移動用戶在不同的無線接入網(wǎng)絡環(huán)境中既能利用兩個網(wǎng)絡各自不同的特性，又能獲得一致的業(yè)務訪問。

3GPP為規(guī)范WLAN接入與3GPP網(wǎng)絡系統(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個場景,每個場景對WLAN接入與3GPP系統(tǒng)之間的關聯(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，很難實現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的無縫業(yè)務，因此本文主要關注于WiMAX對3GPP PS業(yè)務的訪問以及業(yè)務連續(xù)性，即場景3和場景4。雖然目前3GPP所定義的一些架構能夠為從WLAN接入的3GPP用戶實現(xiàn)上述需求，但畢竟是針對WLAN制定的，真正推廣到其他IP接入方式仍然需要通過適當?shù)男薷囊赃m應具體的接入方式。因此，WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡的互通方案需要在此基礎之上進行具體分析。在主要針對核心網(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)絡的互通主要有四種方式。

GAN方式  GAN（普通接入網(wǎng)絡）重用了包括電路交換域和分組交換域在內的移動核心網(wǎng)。接入網(wǎng)采用WLAN或藍牙技術，并以IP作為接續(xù)技術，可以在公共無線網(wǎng)絡中提供GSM/GPRS業(yè)務并能和蜂窩網(wǎng)實現(xiàn)無縫切換和漫游。在GAN架構下，當使用WiMAX作為3GPP網(wǎng)絡的無線接入方式時，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，從而可以實現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場景3和4。

GAN的不足之處在于對終端的要求過高。一般的WiMAX終端是IP終端，為了使用GSM/GPRS業(yè)務，需要在終端上增加對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GAN特定協(xié)議的支持。

3GPP所定義的GAN架構中，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)，這種機制是基于WLAN接入不為3GPP核心網(wǎng)所信任的假設。由于WiMAX本身采用了比較完備的認證機制和空口安全機制，因此當WiMAX接入網(wǎng)與3GPP核心網(wǎng)為同一運營商所部署或部署這兩個網(wǎng)絡的兩個運營商之間有信任關系時，可以認為WiMAX接入網(wǎng)對于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)議棧結構。I-WLANI-WLAN能夠將3GPP的業(yè)務和功能延伸到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。I-WLAN的架構也能夠應用于WiMAX接入3GPP系統(tǒng)。

在基于WiMAX的I-WLAN架構中，WiMAX CSN（連接業(yè)務網(wǎng)）實現(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)絡地址翻譯)等。3GPP的AAA Server用于實現(xiàn)用戶認證，而WiMAX CSN中的AAA Server則可以用于實現(xiàn)設備認證以及移動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)絡中，I-WLAN是一個與PS平行的架構，I-WLAN的PDG是連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)管，能夠實現(xiàn)APN的解析功能，其位置相當于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)務平臺。基于I-WLAN能夠實現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場景3。

I-WLAN架構中，UE和PDG之間使用IPsec來實現(xiàn)數(shù)據(jù)隧道，用于封裝UE與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間的IP分組。由于WiMAX本身的安全性較高，IPsec對于WiMAX組網(wǎng)不是必需的，不采用IPsec能夠降低系統(tǒng)的復雜性并提高性能。另外，可以把隧道端點從UE移到WiMAX與I-WLAN的互通網(wǎng)元上，從而進一步降低對終端復雜性的要求。在WiMAX與I-WLAN適配時，WiMAX  IP是WiMAX網(wǎng)絡內部所使用的IP，可以由CSN中的DHCP分配。WiMAX IP和Remote IP也可以使用同一個IP地址。

松耦合方式 松耦合方式是指WiMAX網(wǎng)絡和3GPP網(wǎng)絡獨立建設和部署，WiMAX對基于PS的業(yè)務的訪問直接基于IP訪問。

WiMAX通過與3GPP之間的松耦合方式能夠實現(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，能夠實現(xiàn)3GPP用戶基于WiMAX接入來訪問PS業(yè)務，但松耦合方式不能實現(xiàn)統(tǒng)一的認證、訪問控制和計費。因此，即使在松耦合的方式下，也應盡量打開WiMAX AAA Proxy/Server與3GPP AAA Server或HLR/HSS之間的接口，以實現(xiàn)用戶簽約數(shù)據(jù)的共用以及統(tǒng)一的認證、授權等。

SAESAE是3GPP PS的未來演進架構，主要思想是簡化現(xiàn)有PS網(wǎng)絡架構，通過網(wǎng)元整合和功能的重新劃分，減少業(yè)務處理的中間環(huán)節(jié)，實現(xiàn)網(wǎng)絡架構的扁平化。SAE的規(guī)范中包含了關于非3GPP定義的其它IP接入方式接入到演進的PS核心網(wǎng)的內容。

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

基于SAE架構，可以實現(xiàn)WiMAX接入對3GPP PS業(yè)務的訪問，WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的業(yè)務連續(xù)性可以通過系統(tǒng)之間的移動性錨定來實現(xiàn)。因此基于SAE架構可以實現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)互通場景3和場景4。但目前，SAE架構還處于相關技術和標準制訂中，商用還有待時日。