WLAN與3G的融合

1、WLAN與3G的融合摘要在本文中，我們簡(jiǎn)要描述了WLAN的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，指出世界范圍內(nèi)WLAN的廣泛應(yīng)用促使WLAN要與3G相融合，以便發(fā)展出不同的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)乃至4G,以提供熱點(diǎn)地區(qū)的高速數(shù)據(jù)傳輸和其它不同業(yè)務(wù)應(yīng)用，并給出了幾種互連方案。關(guān)鍵詞WLAN3G融合1、WLAN的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的起源可以追溯到50多年前，當(dāng)時(shí)美國(guó)軍隊(duì)中首先開(kāi)始采用無(wú)線信號(hào)傳輸資料，并且采用相當(dāng)高強(qiáng)度的加密技術(shù)。這些技術(shù)讓許多學(xué)者得到了一些靈感，1971年夏威夷大學(xué)的研究員開(kāi)創(chuàng)了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的被稱作ALOHNET的無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)，這可以看作是早期的無(wú)線局域網(wǎng)WLAN。這最早的WLAN包括了7臺(tái)計(jì)算機(jī)，橫

2、跨四座夏威夷的島嶼。從那時(shí)開(kāi)始，無(wú)線局域網(wǎng)可說(shuō)是正式誕生了。目前的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)主要是指無(wú)線局域網(wǎng)WLAN，由于WLAN產(chǎn)品不需要鋪設(shè)通信電纜或通信光纜，可以靈活機(jī)動(dòng)地應(yīng)付各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的設(shè)置變化。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的設(shè)置變化。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，WLAN在許多領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。從家庭應(yīng)用、企業(yè)應(yīng)用、到公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)都有了無(wú)線局域網(wǎng)的身影。WLAN采用射頻技術(shù)構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，是一種便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。由于WLAN技術(shù)的日趨成熟，以及在接入速率和適應(yīng)環(huán)境上與3G的互補(bǔ)性，使得WLAN的應(yīng)用已經(jīng)從單純有線網(wǎng)絡(luò)的延伸拓展開(kāi)來(lái)，成為室內(nèi)微微小區(qū)尤其是熱點(diǎn)地區(qū)重要的高速無(wú)線數(shù)據(jù)接入手段之一，應(yīng)用潛力巨大

3、。無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，如果將其硬劃分為室內(nèi)和室外的話，室內(nèi)應(yīng)用包括大型辦公室、車間、智能倉(cāng)庫(kù)、臨時(shí)辦公室、會(huì)議室、證券市場(chǎng)、體育館、會(huì)展中心、酒店、飛機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、酒吧、咔啡屋等；室外應(yīng)用包括城市建筑群間通信、學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)、工礦企業(yè)廠區(qū)自動(dòng)化控制與管理網(wǎng)絡(luò)、銀行金融證券城區(qū)網(wǎng)、稅務(wù)、礦山、水利、油田、港口、碼頭、江河湖壩區(qū)、野外勘測(cè)實(shí)驗(yàn)、軍事流動(dòng)網(wǎng)、公安流動(dòng)網(wǎng)等。2、WLAN與3G融合的需求世界范圍內(nèi)WLANs(WirelessLocalAreaNetworks)在最近的演化和成功展開(kāi)產(chǎn)生了要把它們與3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，如GSM/GPRS，UMTS，CDMA2000,等融合在一起的需求。這種融合

4、的主要目的是發(fā)展出在熱點(diǎn)地區(qū)能以非常高數(shù)據(jù)速率支持普遍存在的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同種類的移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展這些不同種類的網(wǎng)絡(luò)（或者說(shuō)4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）牽扯到許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，如穿越WLAN和3G的無(wú)縫垂直轉(zhuǎn)移的無(wú)線技術(shù)，安全通用認(rèn)證，聯(lián)合記帳&計(jì)費(fèi)，WLAN共享（依靠一些3G網(wǎng)絡(luò)），連續(xù)的QoS和業(yè)務(wù)提供等。WLAN與3G融合的另一原因還有原來(lái)基于其之上的通信終端需要更多地獲得和分享當(dāng)今移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的好處。也就是說(shuō)，除了WLAN移動(dòng)臺(tái)（MS，MobileStation）外，還有WLAN手機(jī)想和3G手機(jī)一樣。WLAN手機(jī)具有可行動(dòng)、易配置及部署成本相對(duì)較低的特點(diǎn)。今天，WLAN手機(jī)主要部署在一些垂

5、直細(xì)分市場(chǎng)，如醫(yī)院、大型商場(chǎng)及校園等。WLAN手機(jī)（又稱Wi-Fi手機(jī)）市場(chǎng)發(fā)展前景還是很看好的。據(jù)In-StatMDR預(yù)計(jì)，全球WiFi手機(jī)的出貨量將從2003年的6萬(wàn)部成長(zhǎng)到2007年的350萬(wàn)部，到2008年將達(dá)550萬(wàn)部。當(dāng)然和3G手機(jī)相比較，WLAN手機(jī)在設(shè)計(jì)上也存在著相同或相近的問(wèn)題，主要在于三個(gè)方面，首先是功耗問(wèn)題，目前市場(chǎng)上大多數(shù)IEEE802.11組件并不能滿足手機(jī)的長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間要求；安全是另一個(gè)需要關(guān)切的問(wèn)題，盡管目前WLAN領(lǐng)域中已有多種安全方案，但并不是全部都能支持；最后一個(gè)重要問(wèn)題是QoS，盡管已有眾多的標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)規(guī)格，但它仍是一個(gè)需要特別關(guān)注的棘手問(wèn)題。3、WLAN與

6、3G之間的關(guān)系WLAN與3G之間的關(guān)系見(jiàn)表1。表13GWLAN頻帶（費(fèi)用）需要許可（在歐洲累計(jì)近1100億美元）無(wú)需許可，但功率10mw以上需要報(bào)批適用范圍國(guó)家級(jí)50T50米帶寬最高達(dá)2Mbpsll-54Mbps業(yè)務(wù)能力話音/數(shù)據(jù)主要為數(shù)據(jù)系統(tǒng)費(fèi)用極高較低渠道直接向運(yùn)營(yíng)商銷售OEM產(chǎn)品價(jià)格基于使用，統(tǒng)一費(fèi)率ISP統(tǒng)一費(fèi)率移動(dòng)性/便攜性移動(dòng)便攜頻率技術(shù)碼分FH跳頻/DSSS直序擴(kuò)頻設(shè)備以電信運(yùn)營(yíng)為中心以數(shù)據(jù)/PC為中心4、WLAN與3G的互連高層WLAN/3G的互連模型見(jiàn)圖1。cornwlN-l貨L2】就円-職-4.Ct圖1高層WLAN/3G的互連模型4.1互連模型和要求在圖1中說(shuō)明了假定的通用

7、WLAN/3G互連環(huán)境，為了避免使用抽象的例子以及強(qiáng)化它的簡(jiǎn)潔性，我們進(jìn)一步假定每個(gè)3GPLMN(PublicLandMobileNetwork)基于UMTS技術(shù)以及每個(gè)WLAN基于IEEE802.11技術(shù)。然而，下面所描述的大多數(shù)技巧和結(jié)構(gòu)同樣地可應(yīng)用于任何其它種類的3G和WLAN技術(shù)。每個(gè)WLAN都在廣播一個(gè)業(yè)務(wù)組標(biāo)識(shí)SSID(ServiceSetIdentifier)，這本質(zhì)上是一個(gè)WLAN的標(biāo)識(shí)。注意多類SSIDs可以被一個(gè)IEEE802.11WLAN所支持，但僅有一個(gè)是廣播的。圖1中的箭頭表示漫游協(xié)議。例如，WLAN-2與3GPLMN-1和3GPLMN-2有一個(gè)直接的漫游協(xié)議，同時(shí)W

8、LAN-3僅與3GPLMN-3有一個(gè)直接的漫游協(xié)議。附帶著說(shuō)，3GPLMN-1和3GPLMN-2彼此之間有直接的漫游協(xié)議。另外，不過(guò)，也可以說(shuō)，它與WLAN-2之間有一個(gè)間接的漫游協(xié)定。在圖1中說(shuō)明的移動(dòng)臺(tái)MS是一個(gè)WLAN設(shè)備。它與3GPLMN之間有一個(gè)預(yù)約，以作為它的歸屬PLMN。因此，該MS被裝備有一個(gè)接口卡（一般地稱作用戶業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)模塊USIM）,該卡主要用于安全密鑰的證實(shí)和產(chǎn)生，在圖例中，MS同時(shí)從各個(gè)WLANs接收信號(hào)，即WLAN-1,WLAN-2,WLAN-3和WLAN-4。密鑰需求是MS將要使用WLAN以獲得無(wú)線IP連接以及通過(guò)使用USIM證書(shū)和算法被3G歸屬PLMN所證實(shí)。為了

9、滿足這樣的需求，需要處理一些挑戰(zhàn)。例如，MS需要選擇一個(gè)能夠與3G互連的WLAN并且另外與3G歸屬PLMN有直接或間接的漫游協(xié)議。假定圖1中MS的3G歸屬PLMN是3GPLMN-1。很清楚MS必須選擇WLAN-2，因?yàn)樗俏ㄒ坏囊粋€(gè)與3GPLMN-1有漫游協(xié)議的WLAN。從另一方面，如果MS的歸屬PLMN是3GPLMN-3，那么WLAN-4應(yīng)該被選擇。最后，如果MS的歸屬PLMN是3GPLMN-4，那么必須選擇WLAN-2，因?yàn)樗ㄟ^(guò)3GPLMN-2與3GPLMN-4提供了一個(gè)間接的互連。在圖1中的WLANs可以被下列運(yùn)營(yíng)商或?qū)嶓w所擁有：一個(gè)3GPLMN運(yùn)營(yíng)商；一個(gè)公眾網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（即一個(gè)公眾W

10、LAN運(yùn)營(yíng)商）但非3GPLMN運(yùn)營(yíng)商；一個(gè)在局域提供WLAN的商業(yè)組織并希望允許互連，及供可能的來(lái)訪者使用。一個(gè)WLAN可能支持幾種接入控制，例如開(kāi)放接入，通用接入機(jī)制(UAM),IEEE802.1X等。開(kāi)放接入對(duì)一些種類的免費(fèi)業(yè)務(wù)的接入是有用的。例如廣告，本地信息等開(kāi)放接入使用IEEE802.11開(kāi)放證實(shí),而這個(gè)證實(shí)基本上是個(gè)無(wú)用證實(shí)。今天大多數(shù)IEEE802.11WLANS在802.11MAC(MediumAccessControl)層支持開(kāi)放證實(shí)以允許接入免費(fèi)業(yè)務(wù)。接入收費(fèi)業(yè)務(wù)被一個(gè)所謂的IEEE802.11的“On-Top，控制流程所控制，例如UAM,利用UAM,MS與AP(Acces

11、sPoint)聯(lián)系起來(lái)并通過(guò)DHCP被分配一個(gè)IP地址。接入收費(fèi)業(yè)務(wù)被一個(gè)網(wǎng)關(guān)所阻隔,該網(wǎng)關(guān)被稱作公眾接入控制(PAC,PublicAccessControl)網(wǎng)關(guān)。一個(gè)能夠與3G系統(tǒng)互連的WLAN必須支持802.1X接入控制。4.2網(wǎng)絡(luò)選擇在圖1顯示的環(huán)境中，MS必須采取下列選擇程式：選擇一個(gè)支持與3GPLMNs互連的WLAN，并且該WLAN至少與一個(gè)這樣的PLMN有一個(gè)直接的漫游協(xié)議。例如，圖1中的MS并不能選擇WLAN-1，因?yàn)樗恢С峙c3G網(wǎng)絡(luò)的互連。除選擇一個(gè)合適的WLAN，MS不得不選擇與WLAN互連的PLMNs中的一個(gè)。例如，若MS在圖1中喜歡選擇的PLMN是3GPLMN-2，接

12、著在與WLAN-2連接上后，該MS必須說(shuō)明它更喜歡使用3GPLMN-1。這里假定MS在其接口卡中保存著一個(gè)喜好的PLMNs列表。為了處理上面網(wǎng)絡(luò)中的選擇問(wèn)題，一些解決方案應(yīng)當(dāng)被考慮進(jìn)來(lái)。例如，與3GPLMNs互連的WLANs能夠以適當(dāng)?shù)母袷綇V播SSID。從這個(gè)SSID，MS知道該WLAN在這一區(qū)域用移動(dòng)區(qū)域碼(MCC，MobileCountryCode)提供了與3GPLMNs的互連。一個(gè)兩者擇一的和較有希望的解決方法有可能是MS用發(fā)出搜索請(qǐng)求，該請(qǐng)求包括一個(gè)預(yù)定義的“Well-Known”(3G特有的)SSID,來(lái)確認(rèn)是否一個(gè)WLAN是可以與3G互連的，而SSID將可能被所有支持與3GPLMN

13、s互連的所有WLANs所支持。當(dāng)一個(gè)MS證實(shí)一個(gè)WLAN支持這一3G特有的SSID，它與這個(gè)SSID展開(kāi)連接，這導(dǎo)致一個(gè)802.1x接入控制程序被啟動(dòng)。5、融合方案從圖1出發(fā)，可以形成以下幾種3G/WLAN融合方案。方案一通用計(jì)費(fèi)和客戶關(guān)心：這是一種最簡(jiǎn)單的融合方案，它僅給用戶提供了通用計(jì)費(fèi)和客戶關(guān)心。但在WLAN和3GPLMN之間另外的互連(或融合)則未真正實(shí)現(xiàn)。方案二基于3G的接入控制和收費(fèi)：這一方案牽涉到三個(gè)概念：證實(shí)(Authentication)，授權(quán)(Authorization)和統(tǒng)計(jì)(Accounting),稱為AAA。在一個(gè)WLAN中的3G用戶的AAA需要由它們的3G歸屬PLM

14、N來(lái)做。例如，在一個(gè)WLAN中的用戶可以使用他的USIM來(lái)證實(shí)，就像他在3G環(huán)境中正式做的那樣。同樣，授權(quán)由基于3G簽約用戶的3G歸屬PLMN來(lái)提供。這一方案基本上使得3G簽約用戶“通過(guò)WLAN的IP連接”成為可能。用另外的話說(shuō)，用戶僅僅通過(guò)WLAN被提供與Internet或一個(gè)Intranet的IP連接，斷開(kāi)這種IP連接不需要特定種類的業(yè)務(wù)組。方案三接入3G包交換業(yè)務(wù)：這一方案的目的是拓展接入基于3G包交換的業(yè)務(wù)給在一個(gè)WLAN環(huán)境里的簽約用戶。例如，如果一個(gè)運(yùn)營(yíng)商保持無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(WAP，WirelessApplicationProtocol)網(wǎng)關(guān)以便為他的簽約用戶提供WAP和MMS業(yè)務(wù)，

15、在融合方案3之下，這些WAP和MMS業(yè)務(wù)對(duì)在WLAN環(huán)境下的簽約用戶同樣也是可接入的。就像后面的例子，為了增加對(duì)基于3GPS業(yè)務(wù)的接入，在WLAN和3GPLMN之間的用戶數(shù)據(jù)流動(dòng)就像開(kāi)了條隧道一樣。另外，使用了IP業(yè)務(wù)選擇流程以選擇PS域業(yè)務(wù)連接?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)方案3,用戶能夠接入像IP多媒體，位置定位業(yè)務(wù)，立即消息，基于出現(xiàn)的業(yè)務(wù)，MMS等。然而，盡管用戶被提供了幾種接入技術(shù)接入同一基于PS域的業(yè)務(wù)（即3G和WLAN的無(wú)線接入），通過(guò)這些接入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)并不需要連貫性。方案四以業(yè)務(wù)連貫性接入3G基于包交換的業(yè)務(wù)：這一方案的目標(biāo)是允許方案中要求的基于PS域的業(yè)務(wù)接入并另外保持通過(guò)3G和WLAN的業(yè)務(wù)連貫性的無(wú)線接入技術(shù)。例如，一個(gè)從3G無(wú)線接入技術(shù)開(kāi)始一個(gè)WAP會(huì)議的用戶在移到WLAN上后應(yīng)當(dāng)能夠繼續(xù)這次會(huì)議，反過(guò)來(lái)也一樣。盡管要求業(yè)務(wù)連貫性，但并非很嚴(yán)格，這意味著一些