3G與WLAN的網絡融合

張豪，韓慧蓮

（中北大學 電子測試技術國家重點實驗室 山西太原 030051）

0 引言

第三代移動通信系統(3G )具有較高的數據傳輸能力,可以提供廣域覆蓋和全球性漫游,但部署成本非常高。作為一種有廣闊前景的技術,無線局域網( WLAN )正越來越受人關注,運營商也正考慮在熱點地區部署 WLAN ,作為其接入手段的一種補充。WLAN 能以較低的成本提供遠高于 3G的數據速率。3G 與 WLAN 融合可以實現優勢互補,既保留 3G 在計費管理、漫游和安全方面的優勢,又能以較低的成本實現熱點地區覆蓋,兩者融合前景廣闊。

1 3G與WLAN的網絡結構

WLAN是Wireless Local Area Network（無線局域網）的縮寫，指應用無線通信技術將計算機設備互聯起來，客戶可通過筆記本電腦、PDA等終端以WLAN隨時隨地接入互聯網和企業網，獲取信息、娛樂或進行辦公。支持多媒體功能，上傳下載，隨時欣賞網上影片或音樂。提供極速而穩定的無線連接。在中國移動WLAN網絡覆蓋地區，客戶可以通過筆記本電腦、PDA等移動終端，在配備WLAN上網卡時以無線方式高速接入互聯網/企業網，獲取信息、移動辦公或者娛樂。

無線局域網因其成本較低，帶寬合理并且使用方便，目前已被廣泛運用于辦公室，家庭，以及一些公眾場所，如機場，賓館等。但是它的不足之處是覆蓋范圍較小。

一個3G網絡由核心網(CN)，無線接入網(RAN)和用戶設備(UE)組成。3G業務可以使用兩套標準：UMTS和CDMA2000。3G核心網的主要功能是為用戶通信進行轉交和尋址，核心網被分為電路交換域(CS)和分組交換域(PS)。電路交換域的成員包括移動服務中心(MSC)，歸屬位置寄存器(HLR)，以及網關MSC，它們在UMTS和CDMA2000標準中是相同的。而分組交換域的成員在這兩種標準中有所不同。如圖1所示。

GGSN是到達外部數據網的網關，并且執行對用戶的鑒權和IP地址分配功能；SGSN提供會話管理功能；PDSN節點結合了很多功能，如把分組傳送到IP網絡，動態分配IP地址，以及獲得點對點協議(PPP)的會話；無線接入網(RAN)為UE提供接入網絡的空中接口；PCF主要功能是建立，保持和中止與PDSN間的連接。

圖1 3G網絡結構

2 現有3G與WLAN相結合的網絡結構

現有的各種3G WLAN綜合網絡的組網策略和特性如表1所示。移動IP網絡結構配置簡單，但是切換時延較長，不能支持實時服務；網關方式支持兩個網絡各自獨立工作，并且提供兩網間的無縫漫游；競爭方式[1]開展困難，因為這需要兩個網絡所有者間的合作，但是這種方式的切換時延很短；緊耦合提供較快的切換和較高的安全性，但需要網絡所有者的合作；松耦合所需的開發成本較低，并且兩個網絡獨立開發，但是切換時延較長。

表1 各種3G WLAN綜合網絡的組網策略比較

當前所有對3G WLAN綜合網絡的研究，關注的都是當一個與公眾網連接的用戶在3G網絡和WLAN網絡之間移動時所需要的切換時延。與這些不同，本文主要是研究當兩個用戶分別分布在IEEE 802.11b和UMTS網絡中時，他們進行通信的端到端時延。這里描述了兩種基本結構，即將3G和WALN網絡分別通過SGSN和GGSN連接起來。通過仿真可以得到不同應用類型下的端到端時延。3G和WLAN的結合如圖2所示。

當UMTS和WLAN通過SGSN連接時，WLAN網絡對于UMTS核心網來說是另一個無線接入網，而不再是一個外部分組數據網。WLAN的接入點(AP)此時需要能夠處理UMTS送來的消息。因此，當WLAN的移動節點(MN)想要和UMTS中的用戶設備(UE)交換數據時，首先需要經歷附著過程，把通信節點的位置通知給SGSN，并且建立一個包交換信令連接。WLAN的接入點(AP)負責向SGSN發送這樣的請求消息。附著過程在MN、SGSN和RNC三者之間進行，附著之后MN就通過了UMTS網絡的鑒權。

圖2 3G和WLAN的結合

3 仿真方案

以上介紹的網絡仿真模型可用OPNET10.0A]建立。OPNET是一個離散事件仿真器，它擁有強大的軟件包，能夠支持對通信網絡的仿真和評估。 仿真中將UMTS和WLAN連接起來，UMTS網包括RAN和一個帶有SGSN和GGSN的核心網，WLAN內包含802.11b無線移動節點(MN)。在通過GGSN連接的方式中，WLAN采用普通的接入節點。在通過SGSN連接的方式中，WLAN要采用能夠處理UMTS消息的特殊接入節點。仿真的目的是統計在這兩種網絡結構中，用戶數據在兩個網絡之間傳遞所用的時延，從而比較兩種組網方式的性能。在仿真中可用4種不同類型的應用來表示不同的傳輸方式，這4種類型包括了VoIP、FTP和HTTP，它們的各項參數如表2所示。

表2 仿真測試的各種應用類型

從仿真結果可以看出來通過節點SGSN把兩個網絡連接起來有一些優點，比如可以使用UMTS的鑒權、認證、統計(AAA)機制，并且擁有更強大的安全性，另外當用戶在兩個網絡之間移動時，將擁有連續的數據流，這是因為在這種結構中，WLAN的AP對于SGSN來說相當于另一個RNC，用戶在UMTS和WLAN之間的切換類似于UMTS網內的切換。而當通過GGSN連接時，WLAN作為一個外部網絡，需要不同的計費和安全機制，在兩個網絡之間切換時可能會引起服務中斷。

4 結論

WLAN市場是一個有潛力和前景的市場，WLAN技術是一個有前途的技術。隨著市場的逐步成熟和技術的不斷完善，WLAN對運營商和終端用戶來說，只能是對3G之外的一個補充選擇，特別是熱點地區的補充，而并非作為3G技術的一種代替。我們相信，隨著WLAN和3G標準化的不斷完善，隨著市場和業務的不斷成熟，必將形成兩者不斷融合互補發展的趨勢。

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