一種基于軟交換的3G與WLAN互通設計

第三代移動(dòng)通信系統是在第二代移動(dòng)通信技術(shù)的基礎上，引入了通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)技術(shù)及軟交換等重要技術(shù)演進(jìn)而來(lái)的。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，可以支持多媒體業(yè)務(wù)，在不同的陸地無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)有成熟的漫游協(xié)議，可以為不同的用戶(hù)提供連續的業(yè)務(wù)支持。但是它也有缺陷:在數據傳輸蜂值時(shí)，傳輸速率低。而以802.11標準為主的WLAN具有高傳輸帶寬(802.11系列標準能提供1～54Mb/s的數據傳輸速率)性能。不過(guò)它的缺點(diǎn)也很明顯，每個(gè)接入點(diǎn)的覆蓋范圍不大，只能適用于公司、旅館、機場(chǎng)等所謂的“熱點(diǎn)”地區。而且不同WLAN業(yè)務(wù)提供商之間的網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有漫游協(xié)議。本文結合第三代移動(dòng)通信系統和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)互補的特點(diǎn)，提出將兩者互通的方案，使現有的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)資源在未來(lái)能夠發(fā)揮更大的作用，使未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò )更加完善。

基于軟交換技術(shù)的3G核心網(wǎng)

3G網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展是在現有的網(wǎng)絡(luò )向下一代網(wǎng)絡(luò )NGN演進(jìn)的大背景下進(jìn)行的，因此3G網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)應符合NGN的要求。NGN是可以提供語(yǔ)音、數據和多媒體等各種業(yè)務(wù)的綜合開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )架構，有以下特征:采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )架構體系，是業(yè)務(wù)驅動(dòng)和基于分組的網(wǎng)絡(luò )。

軟交換網(wǎng)絡(luò )的主要思想是業(yè)務(wù)、控制、傳送與接入相分離，各實(shí)體間通過(guò)標準的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分為四個(gè)層面:業(yè)務(wù)應用與支撐層、控制層、傳送層與接入層。軟交換網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖1所示。

圖1 軟交換網(wǎng)絡(luò )體系結構

3G核心網(wǎng)實(shí)現方案的基本思想包括以下幾方面。由增強的GPRS網(wǎng)絡(luò )完成對無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的接入并提供IP通道，以使智能用戶(hù)終端直接由控制層的軟交換設備進(jìn)行控制，同時(shí)在GPRS網(wǎng)絡(luò )之上架構一基于軟交換的IP多媒體子系統，完成對IP多媒體通信的控制和業(yè)務(wù)的提供。在核心網(wǎng)內部全部基于IP傳送，采用網(wǎng)關(guān)體系與傳統的PSTN/ISDN/PLMN等非IP網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行互通和轉換。采用基于軟交換的分層網(wǎng)絡(luò )結構體系，使控制與承載分離。本文提出的核心網(wǎng)實(shí)現方案是根據3GPP R5規范，如圖2所示。

圖2 全IP核心網(wǎng)基于軟交換的架構體系

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wireless LAN)是從有線(xiàn)局域網(wǎng)(Wired LAN)延伸出來(lái)的一種靈活的數據傳輸系統。它使用無(wú)線(xiàn)電射頻(RF)技術(shù)來(lái)收發(fā)數據，通常計算機組網(wǎng)的傳輸媒介主要是銅纜或光纜，構成有線(xiàn)局域網(wǎng)。但是有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在某些場(chǎng)合要受到布線(xiàn)的限制。布線(xiàn)、改線(xiàn)工程量大；線(xiàn)路容易損壞；網(wǎng)中的各節點(diǎn)不可移動(dòng)。WLAN就能解決有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )遇到的問(wèn)題。

WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數據，而無(wú)須線(xiàn)纜介質(zhì)。WLAN的數據傳輸速率現在已經(jīng)能夠達到11Mb/s，傳輸距離可遠至20km。它是對有線(xiàn)連網(wǎng)方式的一種補充和擴展，使網(wǎng)上的計算機具有可移性，能快速方便地解決使用有線(xiàn)方式不易實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )連通問(wèn)題。與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，WLAN具有以下優(yōu)點(diǎn):安裝便捷，使用靈活，經(jīng)濟節約，易于擴展。

1997年6月，國際電子與電氣工程師組織（簡(jiǎn)稱(chēng)IEEE）通過(guò)了802.11標準，它是IEEE制定的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準，主要是對網(wǎng)絡(luò )的物理層(PHY )和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)進(jìn)行了規定，其中對MAC層的規定是重點(diǎn)。IEEE 802.11標準的協(xié)議結構如圖3所示。

圖3 IEEE 802.11標準的協(xié)議結構

3G與WLAN的互通

這是一種將移動(dòng)語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )與WLAN互聯(lián)的方法。利用SIM卡和UIM卡里存有的全球唯一的WLAN用戶(hù)標示和認證密鑰，結合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )完善的認證、計費體系，對WLAN用戶(hù)實(shí)施有效的管理。用戶(hù)上網(wǎng)時(shí)，可以通過(guò)移動(dòng)運營(yíng)商現有的認證計費系統進(jìn)行認證，用戶(hù)上網(wǎng)的費用可以對應到其手機的帳單上，并且在有語(yǔ)音呼入時(shí)，會(huì )在WLAN終端上有相應的提示，用戶(hù)可以有由WLAN終端接聽(tīng)該語(yǔ)音呼叫或拒絕等多種選擇。該體系結構有兩個(gè)特點(diǎn):利用SIM卡或UIM卡的WLAN用戶(hù)標識和認證密鑰對WLAN終端進(jìn)行有效控制；利用了移動(dòng)語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )的數據業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )部分。

圖4為基于軟交換技術(shù)的3G與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的互通原理圖。無(wú)線(xiàn)3G分組網(wǎng)絡(luò )通過(guò)VoIP網(wǎng)絡(luò )連接到PSTN或PLMN，SGSN/GGSN通過(guò)IP將來(lái)自RAN的信令傳遞到多媒體服務(wù)器/應用服務(wù)器(MMCS/MMAS)，它們提供了與MSC服務(wù)器相同的功能。MGS執行通過(guò)SG與PSTN或傳統PLMN的信令。來(lái)自RAN的媒體以RTP包的形式通過(guò)SGSN/GGSN傳遞到MG。

圖4 3G與WLAN互通原理圖

局域網(wǎng)仿真技術(shù)

因為在WLAN與3G的融合方案中，ATM是面向有連接的，而UDP是面向無(wú)連接的。要實(shí)現從面向無(wú)連接向面向有連接的過(guò)渡，就要采用局域網(wǎng)仿真技術(shù)。

為了完成仿真局域網(wǎng)的功能，ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)在A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的適配層與傳統局域網(wǎng)高層協(xié)議之間加入了一層協(xié)議功能，稱(chēng)為局域網(wǎng)仿真層(LAN Emulation Layer)。這一層向下利用第5類(lèi)ATM適配層(AAL5)的功能，而向上所提供的服務(wù)則模擬局域網(wǎng)協(xié)議體系中的媒體訪(fǎng)問(wèn)(MAC)子層。發(fā)送端的高層發(fā)給MAC子層的數據與控制信息由LE層轉換成可被AAL5識別的格式。通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò )來(lái)透明傳送，接收端的LE層將AAL5收到的數據轉換成MAC服務(wù)數據單元的格式交給高層。ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)選擇MAC子層界面作為L(cháng)E層仿真的接口，是因為這樣可以為各種局域網(wǎng)(包括傳統局域網(wǎng)與ATM局域網(wǎng))提供統一的MAC服務(wù)接口，同時(shí)在這一層上局域網(wǎng)間的互連可以由網(wǎng)橋實(shí)現，比路由器實(shí)現更簡(jiǎn)單。ATM局域網(wǎng)仿真的協(xié)議棧如圖5所示。

圖5 ATM局域網(wǎng)仿真協(xié)議棧

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

RTP是針對實(shí)時(shí)多點(diǎn)多媒體會(huì )議而設計的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，它提供了端到端的實(shí)時(shí)媒體(交互式音頻和視頻)傳輸服務(wù)。RTP是運行在UDP上的傳輸層協(xié)議，以便利用UDP的多路復用、檢查和服務(wù)。然而RTP也可以和其他適當的下層網(wǎng)絡(luò )和傳輸層一起使用。RTP本身不能提供任何保證及時(shí)提交的機制，也不提供其他服務(wù)質(zhì)量（QoS）的保證，而是依靠下層服務(wù)完成這些任務(wù)。它既不保證提交，也不防止錯序提交，還不假設下層基礎網(wǎng)絡(luò )可靠而且按序提交分組。RTP當中包含的順序號允許接收方重建發(fā)送方分組序列，但是，在視頻解碼中，順序號也可能用于確定分組的適當位置，從而不必按序解碼分組。RTP的應用框圖如圖6所示。

圖6 RTP應用框圖

結束語(yǔ)

本文提出了一種結合3G和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的功能特征，將兩者互通起來(lái)的方案。這樣可使二者優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)現互補，既解決了3G傳輸速率低的問(wèn)題，又解決了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)覆蓋面積小的問(wèn)題，可使現有的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )在將來(lái)發(fā)揮更大的作用。