WLAN和移動(dòng)網(wǎng)互通技術(shù)分析

相對3G網(wǎng)絡(luò )和設備完備的用戶(hù)鑒權、數據加密機制，WLAN在安全性方面很薄弱，因此移動(dòng)運營(yíng)商在實(shí)現與WLAN互通時(shí)，增加了IKEv2用于終端的認證和授權，并增加了IPSec用于終端和ePDG間的數據安全，以提高互通時(shí)的業(yè)務(wù)安全性。

如果單是考慮用戶(hù)通過(guò)WLAN接入核心網(wǎng)，不涉及用戶(hù)在WLAN和移動(dòng)網(wǎng)間的業(yè)務(wù)切換，其處理流程并不復雜，與移動(dòng)網(wǎng)接入下的流程區別不大。以支持GTP協(xié)議的S2a接口方式下的附著(zhù)過(guò)程為例來(lái)看(見(jiàn)圖3)，同樣是包括用戶(hù)的鑒權、授權過(guò)程和承載的創(chuàng )建過(guò)程。與移動(dòng)網(wǎng)接入有所不同的是，在WLAN接入情況下，除了建立核心網(wǎng)的承載之外，還需要建立WLAN接入網(wǎng)和PDN GW之間的GTP隧道。

圖3 支持GTP的S2a方式時(shí)的附著(zhù)過(guò)程

現在具有多種接口(如3GPP，WLAN，WiMAX等)的終端設備越來(lái)越多，終端上的業(yè)務(wù)形式也越來(lái)越多樣化，有些業(yè)務(wù)適合在3GPP接入系統上使用，而另一些業(yè)務(wù)則適合在其他接入系統上使用。例如，用戶(hù)在家的時(shí)候，可以通過(guò)WLAN使用FTP業(yè)務(wù)，同時(shí)通過(guò)LTE使用VoIP業(yè)務(wù)。但一旦用戶(hù)離開(kāi)家，很可能與WLAN的連接就中斷了，這個(gè)時(shí)候，FTP業(yè)務(wù)就需要切換到3GPP系統中。這樣對不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行路由區分，既提升了用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗，也緩解了運營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的壓力。

在這種情況下，就要解決UE如何能夠同時(shí)通過(guò)3GPP和非3GPP接入系統，接入同一個(gè)PDN?運營(yíng)商又如何能配置UE在不同接入系統間的IP流路由規則?這些不同的IP流如何實(shí)現在不同的接入系統間動(dòng)態(tài)遷移?UE通過(guò)不同的接入系統連接到了不同的PDN時(shí)，又如何能完成3GPP和非3GPP間的切換等問(wèn)題。

基于以上問(wèn)題的提出，業(yè)界提出了兩種解決方案：基于PDN的粒度進(jìn)行切換的MAPCON (MutipleAccess PDN Connetion)技術(shù)和基于流粒度進(jìn)行的IFOM(IP Flow Mobility)技術(shù)。

MAPCON是指用戶(hù)在不同的接入系統中建立的是不同的PDN連接，即不同的接入系統中的PDN連接必須使用不同的APN。

MAPCON技術(shù)的實(shí)現比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)的附著(zhù)流程基本沒(méi)有改動(dòng)，只需分別在兩個(gè)系統進(jìn)行附著(zhù)。在切換流程中，如果用戶(hù)已經(jīng)在兩個(gè)系統都附著(zhù)了，只需要把一個(gè)系統上要切換的業(yè)務(wù)切換到另一個(gè)系統上，在目標消息中為其建立相應的PDN連接，并釋放源系統中相應的承載即可;

如果用戶(hù)只在源系統進(jìn)行了附著(zhù)，那么在切換前，用戶(hù)需要先在目標系統執行附著(zhù)流程，并能夠提供要切換的PDN連接的APN。此外，MAPCON對HSS和AAA有所增強，主要是要實(shí)現PDN GW信息的動(dòng)態(tài)推送，PDN GW信息原來(lái)是在切換流程中通過(guò)接入認證過(guò)程獲得的。

需要注意的是，實(shí)現MAPCON技術(shù)的關(guān)鍵是用戶(hù)通過(guò)Dual Radio的方式建立了兩個(gè)PDN連接。此時(shí)兩個(gè)PDN連接的PDN GW必須是一樣的。用戶(hù)如果因切換而建立PDN連接時(shí)，其附著(zhù)類(lèi)型應該為“Handover”，用戶(hù)還會(huì )把自己的IP地址或者PDN GW信息傳遞給MME，這樣MME就知道要建立到哪個(gè)PDN GW的連接，保證兩種接入方式下選擇的是同一個(gè)PDN GW。

采用了MAPCON技術(shù)，不同業(yè)務(wù)可經(jīng)由不同接入系統進(jìn)行傳輸，不同業(yè)務(wù)優(yōu)先在哪個(gè)接入系統進(jìn)行接入的選擇策略可通過(guò)ANDSF發(fā)送給UE。MAPCON可以實(shí)現WLAN和3GPP間的負荷分擔，比如，運營(yíng)商自有業(yè)務(wù)(IMS)通過(guò)HSPA(或LTE)接入，而視頻(優(yōu)酷)/FTP下載經(jīng)過(guò)WLAN接入。此外，MAPCON還可以支持WLAN和3GPP接入間的切換，當WLAN覆蓋不好時(shí)可將經(jīng)由WLAN傳輸的應用切換到3GPP接入。

相比MAPCON技術(shù)，IFOM技術(shù)更為復雜一些。IFOM研究的是UE同一個(gè)PDN連接下的不同的IP流如何路由到不同的接入系統，并且用戶(hù)在3GPP系統和WLAN之間切換時(shí)，如何保證這些IP流切換的連續性和無(wú)縫的IP流移動(dòng)性。目前比較成熟的IFOM方案是基于DSMIPv6的S2c接入方式，系統能夠保留用戶(hù)的IP地址，用戶(hù)在接入系統間移動(dòng)時(shí)，也能夠保證IP流的移動(dòng)性。

為了實(shí)現系統間的IP流移動(dòng)性，要對S2c和H1接口的DSMIPv6移動(dòng)性信令進(jìn)行擴展，以攜帶路由過(guò)濾器信息。如果UE在不同的接入系統上配置的是不同的IP地址，則可以通過(guò)多個(gè)綁定消息在HA上分別將這些地址注冊為CoA。此外，為了將IP流路由到特定的接入，UE需要在Binding Update消息中包含流標識(FID)參數。

FID定義了路由規則，包含路由過(guò)濾器和路由地址。根據這些路由信息，系統就知道哪些業(yè)務(wù)是從3GPP系統接入的，哪些業(yè)務(wù)是從WLAN系統接入的。一旦發(fā)生了流的移動(dòng)性，UE也會(huì )通過(guò)Binding Update消息更新路由信息，EPC系統收到更新的路由信息后，就會(huì )進(jìn)行相應的承載釋放或者創(chuàng )建，實(shí)現IP流的無(wú)縫切換。

在實(shí)現WLAN和3GPP系統間業(yè)務(wù)連續性和無(wú)縫分流方面，一個(gè)新的網(wǎng)元功能模塊ANDSF(Access Network Discovery and Selection Function)起了舉足輕重的作用。ANDSF具有數據管理和控制功能，能夠響應UE進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò )選擇的請求，提供發(fā)現用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )和進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò )選擇所需的輔助數據。用戶(hù)根據ANDSF提供的這些信息，就能結合當前業(yè)務(wù)的特征，選擇最合適的接入網(wǎng)絡(luò )，從而實(shí)現數據業(yè)務(wù)的有效分流。

ANDSF能夠提供以下3類(lèi)信息用于用戶(hù)選擇合適的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行接入：

●系統間移動(dòng)性策略。該策略規定了是否允許進(jìn)行系統間的移動(dòng)，并為用戶(hù)接入到EPC系統選擇最合適的接入系統。該策略可以提供給UE，ANDSF也可以基于運營(yíng)商策略或者基于UE發(fā)送的網(wǎng)絡(luò )發(fā)現和選擇信息對系統間的移動(dòng)性策略進(jìn)行修改。

●接入網(wǎng)絡(luò )發(fā)現信息。根據UE的請求，ANDSF可以提供UE鄰近區域的所有接入系統的接入網(wǎng)絡(luò )列表。接入網(wǎng)絡(luò )信息可以包括接入技術(shù)類(lèi)型(如WLAN或WiMAX)，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )標識符(WLAN的SSID)。

●系統間路由策略。ANDSF可以給用戶(hù)提供一個(gè)系統間路由策略的列表，包括一些過(guò)濾規則，規定某個(gè)特定的業(yè)務(wù)流或者特定的APN，是否允許接入到某個(gè)接入系統中;并且在用戶(hù)進(jìn)行數據路由時(shí)，根據路由策略定義的接入系統的優(yōu)先級，為業(yè)務(wù)選擇最合適的接入技術(shù)或者APN。

以上我們提到的MAPCON和IFOM都屬于無(wú)縫分流，也就是說(shuō)，用戶(hù)在WLAN接入和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接入間進(jìn)行業(yè)務(wù)切換時(shí)，能夠保證業(yè)務(wù)的連續性，用戶(hù)感覺(jué)不到業(yè)務(wù)的中斷，這類(lèi)似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中的軟切換的概念。