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WLAN与移动网络的融合技术
作者：朱晓光
来源：《移动通信》2013年第10期
【摘要】介绍了WLAN网络与移动网络的交互融合技术，具体包括WLAN与3GPP中的移动接入网络的几种融合技术和WLAN与3GPP2中的CDMA2000网络的两种融合技术。通过与移动网络融合，使移动运营商能充分利用移动核心网对WLAN的接入进行管理和计费。 【关键词】WLAN 移动网络 EPC 融合技术 1 前言
随着互联网的飞速发展，传统的移动通讯业务，如语音和短信等已经不能满足移动用户的需求，而基于分组数据的移动互联网服务需求正成为主流，为此移动网络技术从电路域向分组域演进，从窄带技术逐步向宽带技术演进，从2G到3G再到LTE，空口的频谱带宽越来越宽、传输效率也得到大幅提升，但这并不能满足用户对移动互联网的迫切需求，尤其在一些热点地区。因此移动运营商为提高用户体验需要引入异构网作为移动网络的有效补充，以分担移动网络的高负荷分组数据业务。目前WLAN作为移动运营商优选的异构网络来部署，一方面是因为移动终端，尤其WLAN已经是智能终端标准配置；另一方面是因为WLAN的频谱免费开放、产业链成熟和部署灵活等优势，所以对于移动运营商来说，在热点地区部署WLAN网络作为移动蜂窝网络的有效补充，不但OPEX（Operating Expense，运营成本）和CAPEX（Capital Expenditure，网络设备、计算机、仪器等一次性支出）较低，而且还提高了网络服务质量和用户满意度。
移动运营商部署WLAN网络，需要运营商对WLAN网络进行有效的综合管理和计费，使WLAN网络可管、可控，详细需求包括：使WLAN网络有最理想的用户体验质量和网络利用率；在移动网络与WLAN网络接入之间保持IP会话的连续性；支持对WLAN网络策略控制和QoS控制；基于运营商控制下的自动接入选择；尽可能不改动现有移动网络，降低对现有移动网络影响。为了实现上述移动运营商对WLAN的综合管理，需要WLAN网络与移动网络的技术融合。本文主要介绍在3GPP和3GPP2中对WLAN与移动网络的交互融合技术，目的是使WLAN与移动网络互通，并以此实现统一的用户标识、统一鉴权认证和计费、统一的QoS管理等。
2 I-WLAN网络架构
I-WLAN网络架构是3GPP在R6版本定义的WLAN与2G/3G融合的互操作网络架构，实现WLAN和3GPP的统一认证和计费管理。如图1所示，此架构主要基于两项新服务，包括WLAN接入到PLMN （Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络），IP服务和基于USIM（Universal Subscriber Identity Module，全球用户识别卡）鉴权和认证的WLAN接入，前
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者分组数据网关终止了3GPP UE和PLMN之间的3GPP VPN，并提供接入PLMN的IP服务；后者基于USIM证书的AAA服务器对WLAN UE进行鉴权，并通过接入网向UE发送认证数据，这种鉴权方式与基于USIM机制的3GPP鉴权相同，不过为了获取安全证书需在AAA服务器与HLR/HSS之间新增接口Wx。
3 基于EPC的WLAN与移动网络融合架构
移动通讯技术的演进包括无线接入技术从2G/3G到LTE的演进，也包括移动核心网从电路域到电路域与分组域、再到分组域EPC（演进分组核心网）的演进，而EPC不仅支持传统的GSM、UMTS和LTE接入，而且也支持非3GPP技术接入，如WLAN、CDMA2000、WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入）等。自3GPP R8版本以后，3GPP定义的WLAN与3GPP接入网络融合技术都是基于EPC的架构。针对非3GPP技术接入，EPC定义了可信和不可信两类非3GPP技术接入网络架构。图2和图3分别表示了3GPP定义的基于EPC的不可信和可信WLAN接入网络架构，WLAN接入网与EPC相关网元都有新增接口，充分利用EPC功能实现WLAN服务的认证、鉴权、资费、策略等。 对于非3GPP技术接入EPC，3GPP支持两种IP移动性管理机制：基于网络移动性，通过S2a与S2b接口实现，这两个接口依赖于终止在接入网络侧移动性管理实体的GTP（GPRS隧道协议）或PMIPv6（代理移动IPv6）协议；基于客户端/主机移动性，通过S2c接口实现，该接口依赖于终止在UE侧的DSMIPv6（双栈移动IPv6）移动性信令，这种移动性管理机制不依赖于接入网或接入技术特征。
基于EPC的WLAN与移动网络融合架构中，3GPP与WLAN接入之间的移动性通常由UE发起，当UE在两种网络覆盖区内移动时，可以发起相关切换请求，以确保分组数据网网关作为局域移动锚并且保留会话IP地址，因此这种移动性可以不中断已有的会话。 基于USIM证书的AAA服务器对UE进行鉴权并通过SWx接口接入到本地用户服务器HSS来获得用户信息和安全证书。通过EAP-AKA鉴权，授权数据包括分组数据网网关服务。S6b接口是所选的分组数据网网关与AAA服务器之间的接口，当UE移动到3GPP接入网时可重用该网关。而UE对3GPP和WLAN的接入优先权选择可以通过ANDSF（接入网发现和选择功能）规则控制。
4 基于多接入分组数据网连接的网络融
针对多接入分组数据网连接的网络架构，对来自不同网络的接入选择不同的分组数据网连接，但共用相同的分组数据网网关，UE可以只传送源接入到目标接入的一个激活分组数据网连接子集，确保了3GPP到WLAN的移动性，因此，UE要管理多个分组数据网连接并且有多个IP地址。
5 基于IP流移动性的网络融合架构
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基于IP流移动性的网络融合架构使3GPP终端通过WLAN接入到分组数据网，而同时维持通过3GPP接入到相同分组数据网的IP连接。这种融合架构可以通过不同的接入方式路由数据流到同一个分组数据网，例如，尽力而为业务可以通过WLAN网络路由，而QoS敏感业务可以通过3GPP网络路由。3GPP R10版本中定义的基于流移动性的网络融合架构，要求UE支持DSMIPv6协议栈。
6 非无缝WLAN卸载分流融合网络架构
非无缝WLAN卸载分流融合网络方案要求UE除了支持3GPP接入外，还要支持WLAN接入。UE不经过EPC而直接通过WLAN网络接入路由特定的IP流，一方面卸载3GPP无线接入负荷；另一方面更降低了EPC负荷。这些IP流通过用户参数标识，并通过运营商在UE侧静态预设置或通过运营商采用ANDSF规则动态来设置。UE需要WLAN接入网分配局域IP地址并在WLAN和3GPP接入之间不保留IP地址。此方案UE也无需连接演进分组数据网网关，是一种较松的融合方案。另外，如果WLAN接入连接到EPC，那么UE既支持一些IP流的无缝WLAN卸载分流，也同时支持另一些IP流的非无缝WLAN卸载分流。 7 WLAN与CDMA2000网络融合架构
在3GPP2标准中，也定义了WLAN与CDMA2000网络的交互融合架构，如图6所示。其中服务CDMA2000网络是向用户提供IP服务的CDMA2000网络，可以是CDMA2000本地网络也可是拜访CDMA2000网络；PDIF（Packet Data Interworking Function，分组数据交互功能）在服务CDMA2000网络中，对未认证的接入，PDIF作为安全网关保护资源和分组数据服务；代理AAA可以有也可以没有。
当然，WLAN也可以直接利用CDMA2000网络的AAA服务器和HLR（归属位置寄存器）功能对UE通过WLAN接入互联网进行控制和计费。
随着CDMA2000技术向LTE演进，CDMA2000作为可信的非3GPP技术接入到演进分组核心网EPC，因此到LTE阶段，对于WLAN与CDMA2000网络交互融合方案，WLAN既可以接入到CDMA2000核心网，也可以接入到演进分组核心网。 8 结束语
WLAN与移动蜂窝网络融合，无论是3GPP还是3GPP2，融合仅仅限制在移动核心网侧和用户终端侧，利用移动网络成熟的鉴权、认证和计费机制，对通过可信或不可信WLAN接入的用户进行安全管理和计费，也使WLAN的部署和接入对现有移动网络影响最小。为了提高用户体验，WLAN与移动网络的融合尽可能是无缝移动性，这需要UE自动网络选择、自动鉴权过程和会话移动性等技术的不断改进。移动运营商在实际运营部署过程中，具体选择哪种网络融合架构，取决于运营商的策略和现有移动网络实际情况。总之，WLAN作为移动网络的
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