WLAN与2.5/3代移动通信网的结合

1 与移动通信网的结合

　　蜂窝数据网能提供大覆盖范围相对低速的数据服务(可达100 kbit/s每用户)。无线局域网(WLAN)则可在较小的范围内提供高速数据服务(802.11b可达11 Mbit/s，802.11a可达54 Mbit/s)。两者的结合可各自发挥自己的优势，起到互补的作用。由于WLAN与蜂窝移动第2.5代/3代移动通信在数据率与移动性两方面所占区域并不重叠，各有其应用范围，因此具有互补的作用[1]。

　　下面我们介绍几种两网互连与结合的解决方案。

　　2 与GPRS的互连与结合

　　目前己有一些WLAN与蜂窝网互连的建议。欧洲电信标准组织(ETSI)制订的两种网络互连的方法称为松耦合及紧耦合[2]。松耦合时WLAN是作为通用分组无线业务(GPRS)网接入网的补充，WLAN只利用GPRS的用户数据库，与GPRS核心网没有数据接口。WLAN与GPRS的松耦合在Gi参考点进行，WLAN旁路GPRS网，直接将数据接入到外部信包数据网(PDN)。在紧耦合时，WLAN则连接到GPRS的核心网，这时与其他无线接入网的情况相似，例如通用移动通信系统(UMTS)的无线接入网(UTRAN)。此时WLAN的数据流在到达外部PDN前要经过GPRS的核心网，紧耦合在Gb或Iu-ps参考点进行。还有其他一些互连方法，不再赘述。短期来看，将采用松耦合方法，并采用基于用户识别模块(SIM)卡的身份进行认证及计费，但这种方法与紧耦合比较起来其移动性的能力有限。

　　2.1 紧耦合体系结构

　　这里介绍一种基于802.11的WLAN与GPRS网络互连体系结构的解决方案[2]，它采用紧耦合，WLAN连接到Gb参考点。这种解决方案有以下一些优点：

　　(1)无缝的服务连续跨越WLAN与GPRS。

　　(2)可重用通用分组无线业务计费、鉴权、认证。

　　(3)可重用GPRS的体系结构，保护蜂窝运营商的投资。

　　(4)支持合法的无线局域网用户的强插。

　　(5)增加了安全性。

　　(6)可提供公用及商用。

　　(7)可接入核心的GPRS服务，例如短消息业务基于位置的服务。

　　在采取紧耦合进行网络互连时，移动台(MS)是双模的，具有两个无线子系统，一个是用于WLAN接入，另一个则用于GPRS接入。移动台中新增一个连网部件，即WLAN自适应功能(WAF)模块，它提供如下功能：

　　(1)当移动台进入WLAN区域时，给WLAN接口信令加以启动。

　　(2)支持网络互连功能/路由区域身份号(GIF/RAI)发现进程，它是由MS起动去发现GIF的媒体访问控制(MAC)地址及WLAN的路由区域身份号(RAI)。

　　(3)当网关GPRS服务节点(SGSN)需要寻呼MS时，支持在Gb参考点的寻呼进程。

　　(4)从MS到GIF转移上行链路LLC PDU，并从GIF到MS转移下行链路LLC PDU。

　　(5)在GIF及MS中实现传输排序以支持服务质量(QoS)。

　　(6)在WAF字头中传送临时链路身份号及QoS信息。

　　在采取紧耦合进行网络互连时，新增的另一部件为GPRS网络互连功能(GIF)模块，它连接WLAN中的分布系统(DS)经标准的Gb参考点至服务GPRS支持结点(SGSN)。GIF的主要功能是提供到GPRS核心网的标准接口，并虚拟地隐蔽WLAN的特殊性。GIF使SGSN把WLAN看成是典型的GPRS另一路由区域(RA)。

　　GIF/RAI发现进程是MS进到一个WLAN区域后立即进行的关键进程，MS得到相应的接入点(AP)。WAF在MS中起动这一进程:

　　(1)发现GIF的MAC地址。

　　(2)发现相应于WLAN网络的路由区域号。

　　(3)将MS的国际移动用户身份(IMSI)值发送到GIF以支持GPRS寻呼进程。

　　从上述紧耦合系统可以看出，借助于WAF MS能在WLAN与GPRS无线接入间无缝地移动，并运用正规的进程进行移动性管理。

　　2.2 松耦合体系结构

　　前面己经谈到松耦合是另一种在Gi参考点提供GPRS与WLAN互连的方法。WLAN在运营商的IP网上与GPRS耦合。WLAN的数据流并不通过GPRS的核心网，而是直接进入运营商的IP网(和/或Internet)。在这一体系结构中，基于SIM的身份认证将受到GPRS与WLAN的支持，从而获得接入运营商的服务。此体系结构也支持通过公共计费系统进行联合计费。WLAN可为第3方所拥有，也可通过在运营商与WLAN之间特定的连接，或在已有的公用网(例如Internet)上进行漫游/移动。松耦合利用标准的因特网工程任务组(IETF)协议进行身份认证、计费及移动，因而不需要将蜂窝技术引入到WLAN中。漫游可跨越所有类型的WLAN，只要通过漫游协议即可。

　　WLAN系统在世界范围内技术上的演进与成功的布署培育了它与蜂窝数据网络互连的需求。我们简要地介绍了两种通用的互连的方法，即紧耦合与松耦合，并对它们的优缺点作了论述。一般说来，选择最佳的网络互连的体系结构决定于许多因素。如果无线网络包含大量的 WLAN与蜂窝网运营商，则松耦合是最好的选择。但是，当WLAN为蜂窝网运营商所专有，则紧耦合更具吸引力。除了体系结构的选择外，WLAN技术在热点地区能作为广域数据网的补充以及能提供IP多媒体服务，并发挥重要的作用。

　　3 与cdma 2000 1x的互连与结合

　　cdma 2000 1x 为2.5G技术，目前已在中国进行大规模商用布署。中国联通与中兴通讯均报道了WLAN与cdma 2000 1x 相结合的解决方案[3,4]。cdma 2000 1x 是3G 无线接口标准cdma 2000的第一阶段，它采用码片速率为1.2288 Mbit/s的单载波直接序列扩频方式，便于与IS-95系统反向兼容，前向链路数据速率可以达到144 kbit/s，容量是IS-95的两倍。

　　(1)中国联通的解决方案

　　图1所示为中国联通的WLAN与cdma 2000 1x互连的网络结构图。图中cdma 2000 1x系统占了大部分，引入了分组交换，可支持简单IP、移动IP以及远程认证拨入用户服务器(RADIUS)。WLAN仅由接入点经接入控制器连接到cdma 2000 1x所管理的IP网。WLAN用户与移动用户均可采用统一的帐户进行计费。用户终端如有支持两个网络的双模卡，则可同时识别两套网络，并可选择进入哪一网络。支持WLAN及cdma 2000 1x 的双模卡国外已有产品，国内厂家也在研制中。

　　(2)中兴通讯的解决方案

　　图2所示为中兴通讯的WLAN与cdma 2000 1x互连的网络结构图。其中WLAN中的AP为无线接入点，为用户提供无线接入功能，可提供话音和数据的接入服务。它同时完成对无线用户的管理及无线信道的动态分配，完成802.11与802.3协议的转换。WLAN中的APGW是接入点网关，它将以太网数据包封装成IP包，并经IP网发到分组数据业务节点(PDSN)中去。一般情况下WLAN与分组数据业务节点距离较远。APGW的功能是将接入点转换出的二层数据包穿越三层网络以达到分组数据业务节点。此方案的优点也在于实现了两网用户的统一鉴权与计费，两网优势互补，并利用cdma 2000 1x网络的现有设备与技术实现两网用户的统一管理，实现两网的有机结合。

　　4 与WCDMA的互连与结合

　　关于WLAN与3G的结合，3GPP提出了从简单互连到完全无缝互连的6种解决方案[5]，即公共计费和客户、基于3GPP系统的接入控制和计费、接入3GPP分组域业务、业务连续、无缝业务，以及接入3GPP电路域业务。

　　朗讯针对移动营运商提出了WLAN与CDMA及WLAN与WCDMA的解决方案[6]，其中CDMA代表cdma 2000 1x及 cdma 2000 1xEV，WCDMA 代表了2.5G的GPRS及3G的WCDMA。朗讯提出的解决方案能提供简单IP和移动IP，解决方案主要在现有移动网络的基础上增加WLAN相关的设备。在朗讯方案中WLAN接入点设备安装在热点覆盖地区，通过以太网与接入控制服务器(AS)相连，在移动IP结构中它是一个外区代理(FA)。在朗讯方案中AS直接与IP骨干网相连，AS是一台在热点地区可以对用户进行鉴权的通用接入服务器，并用过滤所有来往于WLAN接入网络的数据包来控制用户的接入服务。AS的主要功能由以下几部分组成：业务控制、鉴权、统计与帐目、客户管理及计费、应用程序接口及无线局域网网络管理。朗讯WLAN与WCDMA及WLAN与CDMA的解决方案非常相似，不再介绍。

　　5 结束语

　　WLAN与蜂窝移动2.5G/3G的结合为应用提供了新的服务，也为商家提供了新的商机，从而受到广泛的关注。目前也有人认为WLAN的进一步发展有可能取代3G/4G。本文对一些基本情况的讨论已充分说明两网的结合更为实际，这将在今后的实践中得到验证。

　　参考文献：

　　[1] Nonkasalo H. WCDMA and WLAN for 3G and Beyond [J]. IEEE Wireless Communications, 2002,9(2):14—18.
　　[2] Salkintzis A K. WLAN-GPRS Integration for Next-Generation Mobile Date Networks [J]. IEEE Wireless Communications, 2002,9(5):112—124.
　　[3] 裴小燕,齐力焕.WLAN 与 CDMA 1X 结合的解决方案 [J].中国通信,2002,(10):55—57.
　　[4] 许秀莉. cdma 2000 1x与无线局域网的结合 [N]. 通信世界报, 2002-11-11(B3).
　　[5] 刘建业, 蔡彤军. WLAN与WCDMA融合的解决方案 [J]. 中兴通讯技术, 2002, 8(S0):41—44.

[摘要] 文章探讨了无线局域网与蜂窝移动数据网互连与结合的机制，介绍了无线局域网与GPRS、cdma 2000 1x、WCDMA等几种网络实现互连与结合的解决方案。

[关键词] 无线局域网；通用分组无线业务；码分多址

[Abstract] The mechanism of the interconnection and convergence of WLAN and the cellular mobile data network is discussed, and solutions to the interconnection and convergence of WLAN with GPRS, cdma 2000 1x and WCDMA networks are introduced and analyzed.

[Keywords] WLAN; GPRS; CDMA