ＷＬＡＮ與２．５／３代移動通信網(wǎng)的結(jié)合

摘要：

文章探討了無線局域網(wǎng)與蜂窩移動數(shù)據(jù)網(wǎng)互連與結(jié)合的機制，介紹了無線局域網(wǎng)與GPRS、cdma20001x、WCDMA等幾種網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連與結(jié)合的解決方案。

關(guān)鍵詞：

無線局域網(wǎng)；通用分組無線業(yè)務(wù)；碼分多址

Abstract:

ThemechanismoftheinterconnectionandconvergenceofWLANandthecellularmobiledatanetworkisdiscussed，andsolutionstotheinterconnectionandconvergenceofWLANwithGPRS，cdma20001xandWCDMAnetworksareintroducedandanalyzed.

Keywords:

WLAN;GPRS;CDMA

1、與移動通信網(wǎng)的結(jié)合

蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)能提供大覆蓋范圍相對低速的數(shù)據(jù)服務(wù)(可達100kbit/s每用戶)。無線局域網(wǎng)(WLAN)則可在較小的范圍內(nèi)提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)(802.11b可達11Mbit/s，802.11a可達54Mbit/s)。兩者的結(jié)合可各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，起到互補的作用。由于WLAN與蜂窩移動第2.5代/3代移動通信在數(shù)據(jù)率與移動性兩方面所占區(qū)域并不重疊，各有其應(yīng)用范圍，因此具有互補的作用^[1]。

下面我們介紹幾種兩網(wǎng)互連與結(jié)合的解決方案。

2、與GPRS的互連與結(jié)合

目前己有一些WLAN與蜂窩網(wǎng)互連的建議。歐洲電信標準組織(ETSI)制訂的兩種網(wǎng)絡(luò)互連的方法稱為松耦合及緊耦合^[2]。松耦合時WLAN是作為通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)網(wǎng)接入網(wǎng)的補充，WLAN只利用GPRS的用戶數(shù)據(jù)庫，與GPRS核心網(wǎng)沒有數(shù)據(jù)接口。WLAN與GPRS的松耦合在Gi參考點進行，WLAN旁路GPRS網(wǎng)，直接將數(shù)據(jù)接入到外部信包數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)。在緊耦合時，WLAN則連接到GPRS的核心網(wǎng)，這時與其他無線接入網(wǎng)的情況相似，例如通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)的無線接入網(wǎng)(UTRAN)。此時WLAN的數(shù)據(jù)流在到達外部PDN前要經(jīng)過GPRS的核心網(wǎng)，緊耦合在Gb或Iu-ps參考點進行。還有其他一些互連方法，不再贅述。短期來看，將采用松耦合方法，并采用基于用戶識別模塊(SIM)卡的身份進行認證及計費，但這種方法與緊耦合比較起來其移動性的能力有限。

2.1、緊耦合體系結(jié)構(gòu)

這里介紹一種基于802.11的WLAN與GPRS網(wǎng)絡(luò)互連體系結(jié)構(gòu)的解決方案^[2]，它采用緊耦合，WLAN連接到Gb參考點。這種解決方案有以下一些優(yōu)點：

(1)無縫的服務(wù)連續(xù)跨越WLAN與GPRS。

(2)可重用通用分組無線業(yè)務(wù)計費、鑒權(quán)、認證。

(3)可重用GPRS的體系結(jié)構(gòu)，保護蜂窩運營商的投資。

(4)支持合法的無線局域網(wǎng)用戶的強插。

(5)增加了安全性。

(6)可提供公用及商用。

(7)可接入核心的GPRS服務(wù)，例如短消息業(yè)務(wù)基于位置的服務(wù)。

在采取緊耦合進行網(wǎng)絡(luò)互連時，移動臺(MS)是雙模的，具有兩個無線子系統(tǒng)，一個是用于WLAN接入，另一個則用于GPRS接入。移動臺中新增一個連網(wǎng)部件，即WLAN自適應(yīng)功能(WAF)模塊，它提供如下功能：

(1)當(dāng)移動臺進入WLAN區(qū)域時，給WLAN接口信令加以啟動。

(2)支持網(wǎng)絡(luò)互連功能/路由區(qū)域身份號(GIF/RAI)發(fā)現(xiàn)進程，它是由MS起動去發(fā)現(xiàn)GIF的媒體訪問控制(MAC)地址及WLAN的路由區(qū)域身份號(RAI)。

(3)當(dāng)網(wǎng)關(guān)GPRS服務(wù)節(jié)點(SGSN)需要尋呼MS時，支持在Gb參考點的尋呼進程。

(4)從MS到GIF轉(zhuǎn)移上行鏈路LLCPDU，并從GIF到MS轉(zhuǎn)移下行鏈路LLCPDU。

(5)在GIF及MS中實現(xiàn)傳輸排序以支持服務(wù)質(zhì)量(QoS)。

(6)在WAF字頭中傳送臨時鏈路身份號及QoS信息。

在采取緊耦合進行網(wǎng)絡(luò)互連時，新增的另一部件為GPRS網(wǎng)絡(luò)互連功能(GIF)模塊，它連接WLAN中的分布系統(tǒng)(DS)經(jīng)標準的Gb參考點至服務(wù)GPRS支持結(jié)點(SGSN)。GIF的主要功能是提供到GPRS核心網(wǎng)的標準接口，并虛擬地隱蔽WLAN的特殊性。GIF使SGSN把WLAN看成是典型的GPRS另一路由區(qū)域(RA)。

GIF/RAI發(fā)現(xiàn)進程是MS進到一個WLAN區(qū)域后立即進行的關(guān)鍵進程，MS得到相應(yīng)的接入點(AP)。WAF在MS中起動這一進程:

(1)發(fā)現(xiàn)GIF的MAC地址。

(2)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)于WLAN網(wǎng)絡(luò)的路由區(qū)域號。

(3)將MS的國際移動用戶身份(IMSI)值發(fā)送到GIF以支持GPRS尋呼進程。

從上述緊耦合系統(tǒng)可以看出，借助于WAFMS能在WLAN與GPRS無線接入間無縫地移動，并運用正規(guī)的進程進行移動性管理。

2.2、松耦合體系結(jié)構(gòu)

前面己經(jīng)談到松耦合是另一種在Gi參考點提供GPRS與WLAN互連的方法。WLAN在運營商的IP網(wǎng)上與GPRS耦合。WLAN的數(shù)據(jù)流并不通過GPRS的核心網(wǎng)，而是直接進入運營商的IP網(wǎng)(和/或Internet)。在這一體系結(jié)構(gòu)中，基于SIM的身份認證將受到GPRS與WLAN的支持，從而獲得接入運營商的服務(wù)。此體系結(jié)構(gòu)也支持通過公共計費系統(tǒng)進行聯(lián)合計費。WLAN可為第3方所擁有，也可通過在運營商與WLAN之間特定的連接，或在已有的公用網(wǎng)(例如Internet)上進行漫游/移動。松耦合利用標準的因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)協(xié)議進行身份認證、計費及移動，因而不需要將蜂窩技術(shù)引入到WLAN中。漫游可跨越所有類型的WLAN，只要通過漫游協(xié)議即可。

WLAN系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)技術(shù)上的演進與成功的布署培育了它與蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連的需求。我們簡要地介紹了兩種通用的互連的方法，即緊耦合與松耦合，并對它們的優(yōu)缺點作了論述。一般說來，選擇最佳的網(wǎng)絡(luò)互連的體系結(jié)構(gòu)決定于許多因素。如果無線網(wǎng)絡(luò)包含大量的WLAN與蜂窩網(wǎng)運營商，則松耦合是最好的選擇。但是，當(dāng)WLAN為蜂窩網(wǎng)運營商所專有，則緊耦合更具吸引力。除了體系結(jié)構(gòu)的選擇外，WLAN技術(shù)在熱點地區(qū)能作為廣域數(shù)據(jù)網(wǎng)的補充以及能提供IP多媒體服務(wù)，并發(fā)揮重要的作用。

3、與cdma20001x的互連與結(jié)合

cdma20001x為2.5G技術(shù)，目前已在中國進行大規(guī)模商用布署。中國聯(lián)通與中興通訊均報道了WLAN與cdma20001x相結(jié)合的解決方案^[3，4]。cdma20001x是3G無線接口標準cdma2000的第一階段，它采用碼片速率為1.2288Mbit/s的單載波直接序列擴頻方式，便于與IS-95系統(tǒng)反向兼容，前向鏈路數(shù)據(jù)速率可以達到144kbit/s，容量是IS-95的兩倍。

(1)中國聯(lián)通的解決方案

圖1所示為中國聯(lián)通的WLAN與cdma20001x互連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖中cdma20001x系統(tǒng)占了大部分，引入了分組交換，可支持簡單IP、移動IP以及遠程認證撥入用戶服務(wù)器(RADIUS)。WLAN僅由接入點經(jīng)接入控制器連接到cdma20001x所管理的IP網(wǎng)。WLAN用戶與移動用戶均可采用統(tǒng)一的帳戶進行計費。用戶終端如有支持兩個網(wǎng)絡(luò)的雙?？?，則可同時識別兩套網(wǎng)絡(luò)，并可選擇進入哪一網(wǎng)絡(luò)。支持WLAN及cdma20001x的雙?？▏庖延挟a(chǎn)品，國內(nèi)廠家也在研制中。

(2)中興通訊的解決方案

圖2所示為中興通訊的WLAN與cdma20001x互連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。其中WLAN中的AP為無線接入點，為用戶提供無線接入功能，可提供話音和數(shù)據(jù)的接入服務(wù)。它同時完成對無線用戶的管理及無線信道的動態(tài)分配，完成802.11與802.3協(xié)議的轉(zhuǎn)換。WLAN中的APGW是接入點網(wǎng)關(guān)，它將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包封裝成IP包，并經(jīng)IP網(wǎng)發(fā)到分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點(PDSN)中去。一般情況下WLAN與分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點距離較遠。APGW的功能是將接入點轉(zhuǎn)換出的二層數(shù)據(jù)包穿越三層網(wǎng)絡(luò)以達到分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)節(jié)點。此方案的優(yōu)點也在于實現(xiàn)了兩網(wǎng)用戶的統(tǒng)一鑒權(quán)與計費，兩網(wǎng)優(yōu)勢互補，并利用cdma20001x網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有設(shè)備與技術(shù)實現(xiàn)兩網(wǎng)用戶的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)兩網(wǎng)的有機結(jié)合。

4、與WCDMA的互連與結(jié)合

關(guān)于WLAN與3G的結(jié)合，3GPP提出了從簡單互連到完全無縫互連的6種解決方案^[5]，即公共計費和客戶、基于3GPP系統(tǒng)的接入控制和計費、接入3GPP分組域業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)連續(xù)、無縫業(yè)務(wù)，以及接入3GPP電路域業(yè)務(wù)。

朗訊針對移動營運商提出了WLAN與CDMA及WLAN與WCDMA的解決方案^[6]，其中CDMA代表cdma20001x及cdma20001xEV，WCDMA代表了2.5G的GPRS及3G的WCDMA。朗訊提出的解決方案能提供簡單IP和移動IP，解決方案主要在現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加WLAN相關(guān)的設(shè)備。在朗訊方案中WLAN接入點設(shè)備安裝在熱點覆蓋地區(qū)，通過以太網(wǎng)與接入控制服務(wù)器(AS)相連，在移動IP結(jié)構(gòu)中它是一個外區(qū)代理(FA)。在朗訊方案中AS直接與IP骨干網(wǎng)相連，AS是一臺在熱點地區(qū)可以對用戶進行鑒權(quán)的通用接入服務(wù)器，并用過濾所有來往于WLAN接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包來控制用戶的接入服務(wù)。AS的主要功能由以下幾部分組成：業(yè)務(wù)控制、鑒權(quán)、統(tǒng)計與帳目、客戶管理及計費、應(yīng)用程序接口及無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理。朗訊WLAN與WCDMA及WLAN與CDMA的解決方案非常相似，不再介紹。

5結(jié)束語

WLAN與蜂窩移動2.5G/3G的結(jié)合為應(yīng)用提供了新的服務(wù)，也為商家提供了新的商機，從而受到廣泛的關(guān)注。目前也有人認為WLAN的進一步發(fā)展有可能取代3G/4G。本文對一些基本情況的討論已充分說明兩網(wǎng)的結(jié)合更為實際，這將在今后的實踐中得到驗證?！?/p>

參考文獻：

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收稿日期：2003-02-14

作者簡介：

李承恕，北方交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任北方交通大學(xué)現(xiàn)代通信研究所名譽所長，兼任中國通信學(xué)會常務(wù)理事、無線通信委員會副主任委員。主持多項國家自然科學(xué)基金、國家“863”計劃等高科技研究項目。