WLAN和移動(dòng)網(wǎng)互通技術(shù)分析

1 引言

WLAN以其獨特的優(yōu)勢，比如，熱點(diǎn)覆蓋、低移動(dòng)性和高數據傳輸速率，與移動(dòng)網(wǎng)形成了很好的互補，因而在移動(dòng)網(wǎng)中的應用越來(lái)越廣泛。

從國外運營(yíng)商到國內運營(yíng)商，都在不斷擴展、完善移動(dòng)網(wǎng)和WLAN的互通技術(shù)，目的是快速、經(jīng)濟地部署WLAN網(wǎng)絡(luò )，做到在對現有網(wǎng)絡(luò )改動(dòng)最小的情況，以簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)吸引用戶(hù)，分流目前快速增長(cháng)的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)，緩解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的資源在忙時(shí)忙區嚴重不足的壓力，提升網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)黏度。

WLAN和移動(dòng)網(wǎng)互通時(shí)，根據互通技術(shù)實(shí)施的難易程度，可以有多種互通場(chǎng)景。

最基礎、最簡(jiǎn)單的一種模式，是在互通的初期，兩個(gè)系統基本是獨立運營(yíng)的，兩個(gè)系統的安全機制也完全分開(kāi)，WLAN用戶(hù)通過(guò)WLAN接入網(wǎng)之后就直接接入Internet業(yè)務(wù)，不會(huì )接入移動(dòng)核心網(wǎng)。

WLAN和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )間只有簡(jiǎn)單的賬單信息關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)，這個(gè)階段WLAN和移動(dòng)的互通僅體現在通過(guò)BOSS系統，實(shí)現用戶(hù)的賬單里同時(shí)包括移動(dòng)網(wǎng)和WLAN的費用。

這種互通模式雖然簡(jiǎn)單，但是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和WLAN無(wú)法共享統一的認證方式和鑒權信息。用戶(hù)使用不同的接入方式時(shí)，需要分別鑒權。對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這樣的操作復雜，與網(wǎng)絡(luò )間的消息交互時(shí)延長(cháng)，因而影響了用戶(hù)業(yè)務(wù)體驗。所以，在基礎模式的基礎上，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )應能逐步實(shí)現給通過(guò)WLAN接入的用戶(hù)提供統一的鑒權方式，簡(jiǎn)化鑒權流程，縮短用戶(hù)接入時(shí)延。

隨著(zhù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )自營(yíng)的分組域業(yè)務(wù)(如IMS業(yè)務(wù)、即時(shí)消息業(yè)務(wù)、MBMS業(yè)務(wù)等)發(fā)展更加成熟，對用戶(hù)更具吸引力時(shí)，互通技術(shù)還能滿(mǎn)足用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)核心網(wǎng)，接入那些移動(dòng)網(wǎng)獨有的數據業(yè)務(wù)。

上面討論的只是用戶(hù)如何通過(guò)WLAN使用數據業(yè)務(wù)，不涉及到用戶(hù)的業(yè)務(wù)在WLAN和移動(dòng)網(wǎng)間的移動(dòng)和切換。但是，隨著(zhù)業(yè)務(wù)模式和技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)希望能夠自如地在不同的接入系統間實(shí)現業(yè)務(wù)切換。因此，更進(jìn)一步的互通技術(shù)需要解決的問(wèn)題是，用戶(hù)在移動(dòng)網(wǎng)和WLAN之間切換時(shí)，如何實(shí)現無(wú)縫的業(yè)務(wù)連續性，也就是說(shuō)，在切換過(guò)程中幾乎沒(méi)有數據的丟失和中斷情況發(fā)生，甚至能夠實(shí)現類(lèi)似VoIP業(yè)務(wù)的切換。

本文將介紹WLAN和移動(dòng)網(wǎng)互通的基本架構，實(shí)現業(yè)務(wù)連續性所采用的新技術(shù)，以及互通技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2　WLAN與GPRS互通架構

通過(guò)上面的場(chǎng)景分析，我們可以看出，WLAN與移動(dòng)網(wǎng)互通時(shí)的業(yè)務(wù)形式有兩種：一種是WLAN直接接入IP業(yè)務(wù)，另一種是WLAN通過(guò)3GPP網(wǎng)絡(luò )接入IP業(yè)務(wù)。圖1表示了WLAN用戶(hù)的兩種業(yè)務(wù)模式。

圖1 WLAN與GPRS網(wǎng)絡(luò )互通的架構圖

當用戶(hù)通過(guò)WLAN直接接入IP業(yè)務(wù)時(shí)，用戶(hù)可以使用Internet業(yè)務(wù)。圖中的3GPP AAA Server是為WLAN業(yè)務(wù)新增的網(wǎng)元，它將配合移動(dòng)網(wǎng)中的HLR完成用戶(hù)的鑒權和接入認證功能。3GPP AAA Server還將配合BOSS系統或者計費網(wǎng)關(guān)(CG)完成用戶(hù)的計費。這種接入方式能夠保持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和WLAN的獨立性。對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這種架構非常簡(jiǎn)單，易于部署。

當用戶(hù)通過(guò)3GPP網(wǎng)絡(luò )接入IP業(yè)務(wù)時(shí)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )除了提供鑒權和接入認證外，還需要提供接入3GPP網(wǎng)絡(luò )的隧道管理、基于隧道的計費功能、接入策略控制等功能。這種接入方式下的技術(shù)要點(diǎn)是實(shí)現用戶(hù)的統一認證和用戶(hù)使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的IP業(yè)務(wù)。

用戶(hù)如要通過(guò)WLAN訪(fǎng)問(wèn)運營(yíng)商的分組域業(yè)務(wù)，需要對核心網(wǎng)設備進(jìn)行升級或改造，通常有TTG和PDG兩種建設模式可以實(shí)現這一目標。

TTG模式是在不改變現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和WLAN網(wǎng)絡(luò )架構的前提下，通過(guò)引入TTG，使得終端能夠通過(guò)WLAN接入網(wǎng)、TTG和GGSN訪(fǎng)問(wèn)數據業(yè)務(wù)。TTG的功能，包括TTG到GGSN之間的GTP隧道管理功能、W-APN解析、提供位置信息、支持漫游限制、NSAPI分配等。

PDG模式則是把TTG功能加上GGSN原有功能和增強功能，共同完成PDG的功能。相比TTG模式，PDG能夠直接分流WLAN業(yè)務(wù)，減少了對現有移動(dòng)分組域的影響。但是PDG功能實(shí)現復雜，需要和現網(wǎng)的計費設備進(jìn)行集成，實(shí)現起來(lái)比較困難些。

3　WLAN與EPC互通架構和關(guān)鍵技術(shù)

支持多種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，是演進(jìn)的移動(dòng)分組網(wǎng)(EPC)在網(wǎng)絡(luò )設計之初就定義的基本目標之一。WLAN接入EPC的互通架構按照WLAN與EPC核心網(wǎng)之間的信任關(guān)系以及采用的移動(dòng)性管理協(xié)議(GTP，PMIP和DSMIP)，可以分為S2a，S2b和S2c三種場(chǎng)景。圖2為WLAN與EPC互通架構圖。

圖2 WLAN與EPC互通架構圖

如果EPC網(wǎng)絡(luò )將WLAN接入視為可信任接入，比如，WLAN網(wǎng)絡(luò )是移動(dòng)運營(yíng)商自建的網(wǎng)絡(luò )，那么UE不需要建立終端與網(wǎng)絡(luò )間的IPSec，直接通過(guò)PDN GW就能接入到移動(dòng)核心網(wǎng);如果EPC網(wǎng)絡(luò )將WLAN接入視為不可信任接入，則必須通過(guò)ePDG接入EPC，UE和ePDG之間采用IPSec隧道承載數據，使得不可信網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)元無(wú)法感知數據傳輸，從而保證數據傳輸的安全性。WLAN接入網(wǎng)是否可信是與其本身的特性無(wú)關(guān)，是HPLMN綜合各種安全因素來(lái)決定的。

在此，我們可以比較一下三種WLAN接入方式的特點(diǎn)：

(1)S2a接口應用于可信固定網(wǎng)絡(luò )和EPC互通，采用GTP/PMIP協(xié)議。為了支持互通，需要對現有固網(wǎng)進(jìn)行較大的改動(dòng)，例如，需要對固網(wǎng)設備(BRAS/BNG)進(jìn)行增強改造，使之支持移動(dòng)性要求。但這種接入方式符合國內運營(yíng)商的運營(yíng)環(huán)境，對終端影響小，能避開(kāi)高通大量的專(zhuān)利，因此運營(yíng)商研究意愿還是很強烈的，特別是采用GTP協(xié)議的S2a接口。

(2)S2b接口應用于非信任固定網(wǎng)絡(luò )和EPC互通，采用GTP/PMIP協(xié)議。固網(wǎng)通過(guò)ePDG接入PDN GW，通過(guò)增強ePDG以實(shí)現非信任固網(wǎng)和EPC的互通，對固網(wǎng)改造較小。但S2b方式要求終端和ePDG之間建立IPSec，額外開(kāi)銷(xiāo)比較大。

(3)S2c接口采用DSMIPv6協(xié)議，提供UE和PDN GW之間的DSMIP隧道連接，這樣UE和EPC網(wǎng)絡(luò )交互的數據在固網(wǎng)可以實(shí)現透傳，因此采用S2c方式對固網(wǎng)的影響也較小。應該說(shuō)有關(guān)S2c的技術(shù)方案得力于高通的推動(dòng)，技術(shù)完善、成熟，但該技術(shù)要求終端支持DSMIPv6，這樣運營(yíng)商會(huì )受制于高通專(zhuān)利。