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摘要 随着无线局域网(WLAN)研究工作的广泛开展，特别是结合最近WLAN的研究成果，WLAN必将在4G移动数据网络中发挥越来越重要的作用。在这种背景下，需要将WLAN和3G移动数据网络融合起来，同时发展无处不在的高速率移动数据业务。文章根据这种需求提出了能够融合WLAN和3G网络的新颖的架构方案，这种架构可以使3G用户在热点地区享受高速全IP业务的好处，同时能够在不同无线接入技术之间切换。
关键词 WLAN 3G 网络融合 IMS
1、网络融合的背景和需求
目前，中国的电信网络已形成多个相对独立的网络，包括固定电话网、移动网、有线电视网、H.323网、Internet网等，这些网络格局纵向独立，每种不同网络有其特定的网络资源组成方式，并基于这些网络资源提供特定的功能和业务。这种“一种业务，一种网络”的网络格局已逐渐暴露其固有的弊端：多种复杂的协议、复杂的网络共存；网络管理和维护成本很高；不利于网络资源尤其是传输资源的共享；不便于跨网络多功能综合业务的提供。
从业务需求角度看，固定话音业务逐渐萎缩，移动和数据业务快速增长，用户对个性化、多样化业务需求不断增强。从未来发展角度看，多种网络融合后，用户可使用任一终端(移动台、PDA、PC等)通过任一方式接入网络(WLAN、DSL、GPRS等)，而且号码可唯一、帐单可唯一，非常方便灵活；对于网络运营商或业务提供商来说，可以提供丰富、统一的业务，便于市场细分，扩大客户群和提高客户忠诚度，降低建设和运维成本；对于设备提供商来说，优化其研发进程、便于软、硬件的重用，能够提供更好、更丰富的通用的产品。
2、网络融合的趋势
目前网络融合有3种趋势：
a)支持高速移动的第三代移动通信网与宽带无线局域网技术(UWB、WiMax)的融合；
b)IP网络与有限电视网的融合；
c)有线网络与无线网络的融合。
3、融合方案
以3G与WLAN互通融合方案为例：3GPP对3G与WLAN的互通可行性进行了研究，提出了从简单互通到完全无缝的系统间操作共6种解决方案，以下是对这6种方案的简要介绍。
a)统一计费和用户管理
这是最简单的互连方案，WLAN与3G之间的连接是单一的客户关系。对于3G和WLAN接入服务，用户只需从移动运营商那里收到一张话单。WLAN和3G系统的安全级别相互独立，对3GPP规范不会有任何新的要求。
b)WLAN接入控制和计费
这种方案由3G系统提供认证、鉴权和计费(AAA)，确保用户在接入时感觉不到较大的差别。
c)WLAN接入3G网络分组域业务
该方案允许通过WLAN接入方式接入到3GPP系统的分组交换(PS)业务，例如IP多媒体子系统(IMS)业务、基于位置服务(LABS)业务、即时消息、多媒体广播/多播业务(MBMS)以及以上几种业务的组合业务。但是，对于3G系统和WLAN之间的业务连续性不做要求。
d)业务一致性和连续性
在处理WLAN与3G两种接入技术切换时，能够保持3G分组交换域所支持的业务。该方案不仅提供WLAN与3G之间的切换，而且提供WLAN子网之间切换时的业务连续性。
e)无缝的分组域业务切换
在两种接入技术之间提供无缝连续业务，即在不同接入技术之间切换时，使数据丢失和中断时长最小。
f)WLAN接入3G网络电路域业务
通过电路交换(CS)型WLAN接入方式，允许接入到3G电路交换业务，同时提供无缝的电路交换移动性管理。
4、方案分析和互通模型
分析以上6种互通方案，目前看来只有方案a、b、c是切实可行的。其中方案b将是最常见的，目前3GPP R6也主要集中在方案b和方案c。
4.1 方案a
此种情况下，3GPP规范无需任何改动，只需客户使用同一套客户服务和计费系统，计费时统一把WLAN的费用记在3G账户中，对客户管理系统和计费系统稍加修改，就可支持这种互通方案。
4.2 方案b
此种方案在业务、接入、安全、漫游、命名地址规划和计费方面对3G系统提出了要求。
3G归属公用陆地移动网(PLMN)既支持典型的UMTS陆地无线接入网(UTRAN)接入用户设备，同时也支持WLAN的用户设备。由于用户数据在UTRAN和WLAN中的路由方式是截然不同的，WLAN用户设备通过WLAN自身固有的装置连入Internet，而UTRAN用户设备的数据路由则通过3G核心网的分组交换，经由服务GPRS支持节点(SGSN)、网关GPRS支持节点(CGSN)来实现到Internet的接入，并获得3G分组交换的用户服务，例如无线应用协议(WAP)、多媒体短消息服务(MMS)等。因此在方案b的实现中，只需要AAA信号在WLAN和3G归属PLMN中通过3G访问PLMN来进行两者之间的互通。在WLAN侧需支持的互通功能包括WLAN接入控制、接入鉴权、计费、移动性管理，而在3GPP系统侧需支持的互通功能则包括接入鉴权、计费、加密、移动性管理。
方案b中一个新增的关键设备就是3G AAA服务器，它是专门为3G与WLAN互通而设置的。3G AAA服务器终结所有从WLAN传来的信息，同时它还与其他3G设备进行交互，例如归属用户服务器(HSS)、归属位置寄存器(HLR)、计费网关/呼叫控制功能(CGW/CCF)和在线计费系统(OCS)等。HSS和HLR是本地注册用户信息的数据库，3G AAA服务器用来查询已注册了这种互通服务的WLAN用户信息。一般情况下，如果HSS可用，则无需使用HLR。而CGW/CCF和OCS则分别用来进行离线计费和在线计费。
3G AAA服务器同时可作为路由装置接收或发送AAA信号到另一个3G PLMN，起着一个代理的角色。3G访问PLMN中的AAA服务器相当于一个3G AAA代理，为发送到或来自3G归属服务器的AAA信号提供路由。3G AAA代理利用移动台(MS)发送的网络接入标识(NAI)来识别3G AAA服务器的IP地址。在WLAN侧同样也有WLAN AAA代理，根据MS发送的NAI来对3G AAA服务器或代理发送的AAA信号提供相应的路由。
4.3 方案c
为了较好地满足方案c的特征需求(例如使WLAN用户获得3G系统分组交换域的相关服务)，用户数据必须能够路由到3G归属/访问PLMN。通过与方案b中的架构相比较可以看到，尽管AAA路由仍然不变，但用户数据是在经过归属PLMN后到达一个新的网络单元——分组数据网关(PDG)，此外，当用户处于漫游情况下时数据同时也经过另一个网关——无线接入网关(WAG)，WAG一般置于访问PLMN内。在3GPP会议中，已经明确PDG所起的作用类似于在3G核心网分组交换域中的网关GPRS支持节点，它负责在WLAN用户设备与提供3G服务的数据交换网络之间进行用户数据的路由选择。WLAN用户通过AAA信令中的WLAN接入名(APN)来识别3G系统所提供的不同业务。此外，PDG还具有地址翻译、记录收费信息等功能。WAG主要具有路由选择决策的功能，负责将用户数据发送到合适的PDG上，功能类似于3G核心网分组交换域中的服务GPRS支持节点。
5、方案比较
从上述组网结构的分析可以看出，在方案b中WLAN用户与3G网络的互通仅在AAA信令的交互方面需要与3G网络共同完成，即通过3G网络使用的加密算法来获得更安全可靠的用户信息保护，并进行统一计费，但在用户数据传输方面仍然各自通过自身网络接入技术接入Internet，在业务层面，没有对WLAN用户提出更高要求，因此在WLAN与3G网络之间只需使用AAA服务器来完成所有的AAA信令交互。在方案c中，由于涉及到在WLAN环境下获得3G网络中的分组交换服务，所以除AAA服务器外，还增加了PDG和WAG等装置以在两个不同的网络之间传输数据。相比而言，方案c比方案b具有更加广泛意义上的网络互通，它可以使WLAN用户在进行数据业务的同时获得3G网络分组交换域的相关服务，例如IMS业务、定位业务、即时消息等。
通过对两种架构的分析和比较我们可以看出，这些结构满足WLAN与3G网络互通的基本需求，并且极具市场前景，它们能使3G用户通过IP技术在人口密集区域获得数据高传输率的同时，通过若干无线接入技术获得3G网络分组交换域的服务，这种集不同网络技术为一体的服务必定会得到更加广泛的应用，并延伸至每一个普通用户。当然在具体的互通技术方面还有许多问题有待研究，例如如何在3G与WLAN网络之间切换时保持业务的连续性，切换后如何保持业务的QoS等，都还有待进一步研究。
