3G與WLAN交互網(wǎng)絡結構-新品速遞

精品文檔-下載后可編輯G與WLAN交互網(wǎng)絡結構-新品速遞

摘要：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)務功能，如先進業(yè)務支持、實時對等IP通信等；通過引進WLAN和蜂窩IP連接不同類型動態(tài)交換；利用多種接入技術和用戶內(nèi)部先進技術來提供不中斷業(yè)務和可靠安全接入。3G/WLAN是邁向新一代無線移動網(wǎng)絡的關鍵，在系統(tǒng)性能上具有巨大的技術優(yōu)勢，同時也將發(fā)揮出巨大的市場潛力。3G通信系統(tǒng)標準組織(3GPP)把3G/WLAN交互系統(tǒng)作為3GPP的附加標準。在移動環(huán)境中，3G/WLAN網(wǎng)絡雙模終端可提供無處不在、帶寬可變、服務質量(QoS)可保證的多種高速率業(yè)務。

蜂窩移動通信系統(tǒng)提供了巨大的公眾無線接入市場。3G網(wǎng)絡采取宏區(qū)、微區(qū)和微微區(qū)的分層結構，每個區(qū)又采用多載頻技術。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，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)務的增長。3G通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)的3GPP組織啟動3GPP/WLAN交互結構作為3GPP的附加標準，給3GPP用戶提供公眾無線局域網(wǎng)(WLAN)接入業(yè)務，3GPP預約，網(wǎng)絡選擇，基于3GPP、鑒權和用戶識別模

塊/通用簽約用戶識別模塊(SIM/USIM)密鑰，數(shù)據(jù)路由和用戶計帳等功能。

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

3G網(wǎng)絡工作在規(guī)定的無線頻率頻段，而WLAN網(wǎng)絡工作在無線頻率非許可頻段，會產(chǎn)生不協(xié)調干擾，進而減少無線接入的覆蓋范圍。WLAN網(wǎng)絡以高性能價格比用于用戶業(yè)務需求猛增的熱點區(qū)，WLAN網(wǎng)絡的小覆蓋區(qū)域能力不能提供3G網(wǎng)絡那樣的廣覆蓋能力，需大量的接入點(AP)來覆蓋[1-4]。

3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡的主要區(qū)別是在終端移動限制條件，3G網(wǎng)絡的移動終端可廣泛地配置，而WLAN網(wǎng)絡受終端位置、移動速度的影響。3G網(wǎng)絡提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，而WLAN網(wǎng)絡主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務?？梢姡?G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡具有互補性，一個網(wǎng)絡的優(yōu)點是另一個網(wǎng)絡的缺點。3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡的一體化可同時綜合雙方的優(yōu)點，減少雙方的缺點[5-7]。

13G/WLAN結構設計

3GPP與WLAN互通結構設計的關鍵技術基于IEEE802.11標準，提供3GPP和WLAN之間的交互功能。

WLAN終端和IP網(wǎng)絡在WLAN的接口層完成IP連接，WLAN系統(tǒng)把基本IP業(yè)務鏈接到應用層IP骨干網(wǎng)。其中，動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)的服務器承擔WLAN終端的IP堆棧配置。域名服務器(DNS)把Internet全保質域名(FQDN)地址轉換為IP地址。網(wǎng)關/端口地址轉換(GW/NAPT)為鏈接外部IP網(wǎng)絡的網(wǎng)關，承擔IP網(wǎng)絡地址和端口變換(NAPT)任務，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。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)服務器給接入用戶提供本地應用層業(yè)務，終端以Web瀏覽器控制接入，把登錄的Web網(wǎng)頁送至WLAN終端。計費系統(tǒng)負責計費，本地業(yè)務服務器提供IP層業(yè)務，如Mail服務、本地Web內(nèi)容、網(wǎng)絡配置和監(jiān)控管理。

WLAN系統(tǒng)設置鑒權、、計費(AAA)服務器和用戶數(shù)據(jù)庫，承擔和鑒權等，提供IP鏈接和其他業(yè)務。對于WLAN系統(tǒng)的用戶，AAA服務器是典型遠程撥號用戶(RADIUS)服務器。AAA服務器通過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。當用戶采用Web瀏覽器進行和鑒權時，首先向WLAN系統(tǒng)的HTTP服務器申請，顯示登錄的Web主頁，輸入登錄名、口令并支付鏈接費用。在IEEE802.1x標準和IEEE802.11i標準中，鑒權部分實施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WLAN系統(tǒng)。

23G/WLAN交互結構

3G和WLAN交互網(wǎng)絡的基本結構有兩種，即緊交互模式和松交互模式。在緊交互模式中，WLAN網(wǎng)絡作為3G服務通用分組無線業(yè)務(GPRS)的支持節(jié)點(SGSN)的接入技術，而在松交互模式中，WLAN網(wǎng)絡不作為3G的接入技術和網(wǎng)絡的接口。3G和WLAN交互網(wǎng)絡的緊交互模式和松交互模式都支持3G和WLAN網(wǎng)絡的越區(qū)功能。

圖1為3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡，WLAN網(wǎng)絡作為3G網(wǎng)絡的接入技術，類似于3G網(wǎng)絡的Iu接口，通用無線接入(UTRA)中WLAN網(wǎng)絡Iu接口鏈接到3G網(wǎng)絡。緊交互網(wǎng)絡結構可移植3G網(wǎng)絡的移動性、QoS和安全性。WLAN網(wǎng)絡的AP通過WLAN網(wǎng)絡的Iub接口鏈接到交互單元(IWU)、網(wǎng)關GPRS支持網(wǎng)關通用分組無線業(yè)務支持節(jié)點(GGSN)，把網(wǎng)絡鏈接到Internet。

3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡中，3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡的運營商不是同一實體。3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡有6個交互單元，分別為：

公共計費；

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

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

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

無隙縫業(yè)務，跨越WLAN和3G網(wǎng)絡透明業(yè)務；

提供基于電路交換(CS)業(yè)務的接入3GPP系統(tǒng)。

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

入網(wǎng)絡控制。

3GPP標準考慮了3G/WLAN交互網(wǎng)絡的實現(xiàn)可行性，其中3GPPR6標準采納3G/WLAN松交互網(wǎng)絡，提供了系統(tǒng)靈活性和升級性，WLAN網(wǎng)絡無需支持復雜的Iu接口。

漫游參考結構和無漫游參考結構分別提供經(jīng)過本地或來訪3G網(wǎng)絡的3GPP分組交換業(yè)務。其中，Wn接口鏈接WLAN接入網(wǎng)絡和WLAN接入網(wǎng)關(WAG)，Wa為WLAN接入網(wǎng)絡和3GPPAAA服務器/代理之間的接口。Wi為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關和外部IP網(wǎng)絡之間的接口，Wp為WAG和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(PDG)之間的接口，Wu為WLAN網(wǎng)絡用戶設備(UE)和PDG之間的接口，Wd為3GPPAAA代理和3GPPAAA服務器之間的接口。其他接口如Wx、D’/Gr’、Wf、Wo、Wm、Dw和Wg分別負責歸屬用戶服務器(HSS)、歸屬位置寄存器(HLR)、計費網(wǎng)關/計費功能(CGw/CCF)、在線計費系統(tǒng)、PDG、用戶位置功能(SLF)、WAG到AAA服務器及跨越接口的相關協(xié)議。

33G/WLAN接入鑒權和

在本地運行網(wǎng)絡之外，3G網(wǎng)絡的用戶具有選擇被訪問網(wǎng)絡的漫游功能。在人工選擇模式，用戶以基于本地網(wǎng)廣播的公眾陸地移動網(wǎng)絡標識(PLMNID)從現(xiàn)有網(wǎng)絡表中選擇網(wǎng)絡，而在自動網(wǎng)絡模式，用戶利用存儲在SIM/USIM中的PLMNID來選擇網(wǎng)絡。

在3G/WLAN交互結構中，選擇網(wǎng)絡和從WLAN接入網(wǎng)漫游到本地網(wǎng)的路由是關鍵。在與WLAN交互中，3G網(wǎng)絡具有選擇被訪問網(wǎng)絡的功能，在現(xiàn)存漫游路由中構成移動網(wǎng)絡。解決路由的方案是基于網(wǎng)絡接入識別器(NAI)的WLAN用戶表格。WLAN接入網(wǎng)不給本地網(wǎng)申請安排路由，在WLAN接入網(wǎng)中給用戶提供訪問區(qū)公眾陸地移動網(wǎng)(VPLMN)表。用戶從中選擇可靠的VPLMN，重新格式含有VPLMNID的NAI，以新的標識(ID)WLAN接入網(wǎng)。

WLAN提高了WLAN空中接口的安全層次，IEEE802.11i標準增強安全，升級，控制接入，定義IEEE802.1x協(xié)議框架。其中，和關鍵協(xié)議功能采用RADIUS和含有擴展協(xié)議(EAP)的集中服務器，利用擴展協(xié)議和RADIUS安全分布密鑰構成新的分組安全法算法。

擴展協(xié)議本身并不具備和關鍵協(xié)議互認，但它提供用于多路由傳輸?shù)膮f(xié)議框架。作為終端到終端的擴展協(xié)議，接入點或其他中介元素并不需要知道每個和關鍵協(xié)議互認細節(jié)，AAA服務器和用戶足以運行擴展協(xié)議。

3G移動網(wǎng)的智能卡承擔用戶接入網(wǎng)絡控制的、無線鏈路加密和綜合安全密鑰認可。在GSM和GPRS系統(tǒng)中，和密鑰互認功能由SIM卡的挑戰(zhàn)/響應算法承擔。在UMTS系統(tǒng)中，還含有USIM智能卡，承擔和密鑰互認功能。

隨著3G/WLAN互連層在WLAN接入網(wǎng)上新需求的增加，采用IEEE802.11i標準可實現(xiàn)、接入控制和密鑰互認功能?；赨SIM/SIM算法的3G/WLAN交互結構有兩類擴展協(xié)議：SIM的擴展協(xié)議和與密鑰協(xié)商(AKA)的擴展協(xié)議。SIM的擴展協(xié)議基于GSMSIM的和密鑰互認協(xié)議，源于GSM協(xié)議，但包括若干重要加強措施，如交互、身份隱藏、假名和快速重新。AKA的擴展協(xié)議在擴展協(xié)議中包裝UMTS和密鑰互認合同，UMTS的AKA支持互和較強密鑰算法，AKA的擴展協(xié)議把UMTS機理融合到EAP中。3GPPAAA服務器恢復來自HSS交換所需的鑒權信息，3GPPAAA服務器包括擴展協(xié)議服務器，用于網(wǎng)絡側SIM的擴展協(xié)議和AKA的擴展協(xié)議的功能，驗證用戶是否有權使用WLAN。

4用戶數(shù)據(jù)路由和接入

用戶經(jīng)過和鑒權成功地接入網(wǎng)絡，WLAN網(wǎng)絡會確保用戶終端接入IP網(wǎng)絡。在Internet作為IP網(wǎng)時，用戶數(shù)據(jù)可直接從WLAN接入網(wǎng)至Internet。建立在WLAN接入網(wǎng)和3G之間的地址到地址的匯聚隧道，提供IP網(wǎng)中的多媒體消息業(yè)務(MMS)、無線應用協(xié)議(WAP)、IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)業(yè)務等。

遠程連接IP網(wǎng)和經(jīng)過確定接口進行流量路由需求分析需要采用分組數(shù)據(jù)隧道技術，即在隧道一側端點組裝指向隧道另一側新的分組數(shù)據(jù)，在隧道另一側端點拆包并把數(shù)據(jù)傳送到指定地址。

IP網(wǎng)絡選擇采用類似GPRS中接入名稱(APN)參數(shù)的WLAN接入點名稱(WAPN)參數(shù)，用戶終端指向WAPN所需的IP網(wǎng)。WAPN進行鑒權申請，驗證用戶是否有權使用WAPN，也可以按用戶指定方式選擇IP網(wǎng)。在WAPN選擇IP網(wǎng)后，依靠建立的隧道把用戶數(shù)據(jù)送至所選擇的IP網(wǎng)中。

本地網(wǎng)運行的終止由隧道的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(PDG)的網(wǎng)絡元素承擔。對被選擇

的遠程IP網(wǎng)而言，PDG終止隧道后還承擔網(wǎng)關作用，類似于GPRS中網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點(GGSN)。PDG和遠程IP網(wǎng)之間的Wi接口類似于GPRS中GGSN和遠程IP網(wǎng)之間的Gi接口，Gi接口也是3GPPIP網(wǎng)和外部IP網(wǎng)之間的連接點。被訪網(wǎng)中網(wǎng)絡元素的WLAN接入網(wǎng)關(WAG)也可用來實施隧道功能。

53G/WLAN終端與業(yè)務

3G/WLAN交互網(wǎng)絡的終端類型有具有多種無線接口和備用PC卡模塊的多模式終端，如具有3G/WLAN模塊的個人數(shù)字助理(PDA)把3G和WLAN模塊綜合在一起。位于單個終端主動模式之間的驅動器具有不同無線接口的選擇分離功能，如WLAN網(wǎng)絡的3G電話或接入WLAN網(wǎng)絡的PDA，可在第三方接口上具有3G/WLAN網(wǎng)絡交互通信能力。

3G/WLAN交互網(wǎng)絡的業(yè)務受到終端能力、用戶移動性和系統(tǒng)交互能力的限制。終端能力直接影響業(yè)務類型，有些3G網(wǎng)絡終端不能支持所有3G業(yè)務模式，如高數(shù)據(jù)速率、下行高數(shù)據(jù)/上行分組接入(HSDPA/HSUPA)等。用戶移動性會影響系統(tǒng)容量、吞吐量、覆蓋和負載平衡，在熱點地區(qū)的高數(shù)據(jù)速率業(yè)務的WLAN用戶如接入3G網(wǎng)絡會降低其高數(shù)據(jù)速率業(yè)務質量。

3G/WLAN交互網(wǎng)絡支持的業(yè)務主要有：

(1)個人通信

與其他個人通信相比有一對一通信或一對多個人通信，通信業(yè)務是指話音、視頻通話、MMS、SMS、移動Email和信使。從QoS看，話音和視頻通話屬于實時業(yè)務會話類，而其他屬于基本類。

(2)移動娛樂

移動娛樂可分成下述類型：按需視頻/語音流(流類)，此類業(yè)務包括視頻/語音文本，并存儲在終端；游戲(基本分類/在線游戲交互)，以Java為基礎的Web瀏覽器用于在線游戲；聊天(交互/基本分類)，Internet中繼聊天(IRC)和移動聊天；E-Book(基本分類)，在顯示屏閱讀電子書籍，或購買。

(3)移動信息

由交互分類的InternetWeb瀏覽器提供新聞、財經(jīng)、體育、指南、氣候和交通信息等移動信息，用戶僅承擔網(wǎng)絡接入費用。個性化信息送至指定用戶終端，并不通過群通信分布傳播。如旅行者在不熟悉地區(qū)駕駛時，指南業(yè)務隨著位置信息加入而強化，可獲得加油站的位置信息，并指引加油站位置和地圖。

(4)基于位置業(yè)務

基于位置業(yè)務屬于交互分類，包括與位置有關信息和公共業(yè)務，提供與用戶有關的信息。

(5)移動交易

移動交易包括移動財政，如銀行存款、股票經(jīng)紀、支付現(xiàn)金等。還包括移動消費(如零售、訂票、拍賣、預定、移動廣告)和移動娛樂(游戲、音樂、視頻、賭注)。另外，移動商業(yè)為在移動網(wǎng)絡上進行貨幣交易，使移動終端成為電子錢包。移動交易的安全性由HTTPWeb安全瀏覽功能承擔。

(6)商業(yè)業(yè)務

業(yè)務的交互分類或基本分類取決于業(yè)務的應用，協(xié)調型業(yè)務給商業(yè)用戶提供瞬變信息的數(shù)據(jù)變換，信息經(jīng)過虛擬專用網(wǎng)(VPN)安全地鏈接到Internet。

3G/WLAN交互系統(tǒng)采用諸如：3GPP預約、網(wǎng)絡選擇，基于3GPP系統(tǒng)的AAA利用SIM/USIM數(shù)據(jù)實現(xiàn)路由，業(yè)務接入和終端用戶付費等復用技術，可以給3GPP的用戶提供公共WLAN接入業(yè)務功能。業(yè)務功能的獲取并沒有在WLAN接入系統(tǒng)上增設3GPP特定要求，而是依靠基于IEEE802.11標準的典型WLAN接入網(wǎng)的現(xiàn)有性能。

3GPP系統(tǒng)演進趨勢的一方面是通過3G/WLAN交互系統(tǒng)通過WLAN接入控制功能增加新功能，如先進業(yè)務支持，實時對等IP通信等；另一方面是3G/WLAN交互系統(tǒng)引進WLAN和蜂窩IP連接之間不同類型動態(tài)交換，提供不中斷業(yè)務?？傊?，3G/WLAN系統(tǒng)演進趨勢是利用多種接入技術和用戶內(nèi)部先進技術來提供可靠安全接入和基于IP的業(yè)務，3G/WLAN是邁向新一代無線網(wǎng)絡的關鍵的一步，在系統(tǒng)性能上具有巨大的技術優(yōu)勢，同時也具有巨大的市場潛力。

6參考文獻

[1]AH