TD-SCDMA與WLAN網(wǎng)絡(luò)互操作研究

TD-SCDMA與WLAN網(wǎng)絡(luò)互操作研究

隨著各種技術(shù)標準的不斷演進，各種移動通信網(wǎng)絡(luò)之間相互融合逐漸成為了無線通信發(fā)展的趨勢。而寬帶網(wǎng)絡(luò)的移動化和移動網(wǎng)絡(luò)的寬帶化則是邁向未來通信世界的必然趨勢。因此，3G通信網(wǎng)與無線局域網(wǎng)的融合技術(shù)，已經(jīng)成為通信領(lǐng)域的研究熱點之一。這兩者之間的融合可以揚長避短，將劣勢轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

??? TD及WLAN互操作可行性分析

??? TD-SCDMA（以下簡稱TD）標準是由我國制定的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G標準，1998年6月30日由中國原郵電部電信科學技術(shù)研究院（大唐電信）向ITU提出。TD擁有豐富的頻率資源，單載波帶寬為1.6MHz，核心頻段55MHz，有33個核心頻點，補充頻段100MHz，有62個補充頻點。它具有靈活的組網(wǎng)方式，不僅能夠用于宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，尤其適合于城市及近郊區(qū)高密度用戶區(qū)組建微蜂窩或者微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并可與其它移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。

WLAN通常是指以無線電波、激光、紅外線等無線媒介來代替有線局域網(wǎng)中部分或全部傳輸媒介而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于802.11家族。IEEE802.11標準定義了兩類的無線局域網(wǎng)，分為固定設(shè)施模式（infrastructure）和非固定設(shè)施模式(Ad-hoc)。針對與TD體系結(jié)構(gòu)相融合的設(shè)計特點，在WLAN網(wǎng)絡(luò)中采用infrastructure模式。

??? TD技術(shù)存在頻譜利用率高和穿透性能差二大特點。通過結(jié)合高速低成本的WLAN技術(shù)，使用B頻段的TD建網(wǎng)，為WLAN分配TD的A或C頻段中的少許頻點，利用這種結(jié)合方式來異構(gòu)組網(wǎng)可將TD穿透性差、WLAN頻點有限等缺點轉(zhuǎn)化為優(yōu)點，更好地適應(yīng)無線技術(shù)融合的要求，滿足未來移動通信發(fā)展的需求。

??? TD與WLAN兩大互操作模式

??? TD與WLAN網(wǎng)絡(luò)互操作大致可分為緊耦合模式和松耦合模式兩種模式。

??? 緊耦合模式的組網(wǎng)方案如圖1所示。

??? 在緊耦合模式下，考慮到目前3GPP標準中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，TD與WLAN融合點選擇在SGSN上。因為如果選擇融合點在RNC，由于兩個無線接口完全不同，則需要對RNC復雜的無線程序進行大量的修改；另外，若融合點選擇在GGSN的話，在切換到TD時需要重新創(chuàng)建移動狀態(tài)，并重建立PDP會話或RAB上下文，而GGSN中沒有這些信息，切換速率將變得很慢。因此，我們將融合點選擇在SGSN，WLAN的接入網(wǎng)與TD的接入網(wǎng)采用相同的方式接入到TD核心網(wǎng)上。

??? 這樣，對于SGSN而言，WLAN和UTRAN是兩種完全不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)。MN與TD網(wǎng)絡(luò)的連接需要建立明確的信令管理承載路徑，在WLAN網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中的MN保持與WLAN網(wǎng)絡(luò)的連接同時通過不同的接口與TD網(wǎng)絡(luò)連接。這種模式對TD核心網(wǎng)造成較大的沖擊，TD核心網(wǎng)中的SGSN和GGSN網(wǎng)絡(luò)組件必須重新設(shè)計，以支撐增長的業(yè)務(wù)負載和不同的服務(wù)。另一方面，由于TD與WLAN網(wǎng)絡(luò)可能分屬于不同的運營商，對于鑒權(quán)和計費等問題都較難協(xié)調(diào)；而混合網(wǎng)絡(luò)中的移動終端需要在兩種協(xié)議的物理層之間任意轉(zhuǎn)換，難度較高。因此，雖然此模式統(tǒng)一了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)接入和用戶管理，但對核心網(wǎng)和終端等方面的設(shè)計都要求較高。

??? 于是，松耦合模式應(yīng)運而生，其組網(wǎng)方案如圖2所示。

??? 與緊耦合模式相比較，此時WLAN數(shù)據(jù)不直接接入TD核心網(wǎng)，而是通過分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(PDG)網(wǎng)絡(luò)組件來接入公共IP網(wǎng)絡(luò)，這樣對TD核心網(wǎng)的沖擊就比較小了。另外，為了降低終端實現(xiàn)的復雜度，我們假設(shè)MN在網(wǎng)絡(luò)中只能同時與其中一個網(wǎng)絡(luò)進行通信。由于軟切換實現(xiàn)的難度比較大，因此在TD與WLAN切換過程中采用的是硬切換的方式。這種混合組網(wǎng)的模式可以支持終端在TD與WLAN接入網(wǎng)間的移動。

??? 松耦合模式

??? 1．切換問題

??? 為了實現(xiàn)TD與WLAN的網(wǎng)絡(luò)互操作，切換問題是一個重要的技術(shù)考慮點。對于混合網(wǎng)絡(luò)而言，各種通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有所不同，使用的技術(shù)也存在很大的差異，因此現(xiàn)在還沒有一套統(tǒng)一的關(guān)于異構(gòu)網(wǎng)切換的技術(shù)標準，需要根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)的特征采用不同的切換技術(shù)。
??? 與緊耦合模式相比，松耦合模式要求現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變動相對小得多，并有其獨特的優(yōu)勢，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期較為適用。在松耦合模式下，MN在TD與WLAN網(wǎng)絡(luò)之間切換時，主要是根據(jù)MN接收到的WLANAP的服務(wù)集標識符（SSID）來決定是否進行切換的。切換過程可以分為四個不同的階段：切換發(fā)起、鑒權(quán)認證、L2切換和切換完成階段。

??? (1)切換發(fā)起

??? 起初，UE與TD網(wǎng)絡(luò)進行通信，這樣就在HA與MN之間通過TD網(wǎng)絡(luò)實體形成一條分組包發(fā)送路由，并且需要HA管理MN所分配的當前轉(zhuǎn)交地址。
??? 當處于TD系統(tǒng)中的MN進人切換區(qū)域中，RNS判斷節(jié)點位置并把位置信息通告給它的鄰居WLANAP的SSID。在MN接收到SSID之后，開始執(zhí)行切換判決。若存在層二觸發(fā)，它可決定接受或者拒絕到WLAN網(wǎng)絡(luò)的切換。

??? (2)鑒權(quán)認證

??? 作出切換決定之后，MN發(fā)送認證請求信息給GGSN，并且GGSN把該信息轉(zhuǎn)發(fā)給WLAN的PDG來請求WLAN認證。PDG接收到一個認證請求信息，就開始在MN、PDG和AAA服務(wù)器之間為WLAN進行認證過程，其中由PDG來轉(zhuǎn)發(fā)MN與AAA服務(wù)器之間的WLAN認證信息。如果認證成功，PDG就分配一個新關(guān)聯(lián)地址(CoA)給MN在WLAN網(wǎng)絡(luò)中使用（所分配的CoA可以是一個外部代理CoA或者是配置CoA）。然后，PDG把相關(guān)的應(yīng)答信息合并在一起發(fā)送給HA。
??? 如果HA接收到“注冊更新請求”消息，則需要來更新MN的IP地址。此時，HA開始緩存發(fā)往MN分組包并發(fā)送“注冊更新響應(yīng)”消息給PDG。如果PDG接收到該信息，就通過GGSN將注冊響應(yīng)信息轉(zhuǎn)發(fā)給MN，來表示MN的鑒權(quán)認證已經(jīng)完成。

??? (3)層二切換

??? 在MN的鑒權(quán)認證完成后，MN就通過基于3GPP標準的L2分離過程從TD網(wǎng)絡(luò)斷開連接，然后再通過使用標準的WLAN關(guān)聯(lián)過程來執(zhí)行WLAN鏈接，也就是執(zhí)行從TD到WLAN的層二切換。在連接的過程中，WLANAR可以從先前接收的認證成功信息中確認認證用戶中的MN。所以，MN能通過WLANAR來通信，而不需要進一步的WLAN認證過程。

??? (4)切換完成

??? 在MN與WLANAR連接建立之后，它給HA發(fā)送“切換完成”消息，此時HA更新地址表。然后，HA終止對數(shù)據(jù)包的緩存并轉(zhuǎn)發(fā)所緩存的數(shù)據(jù)包。

??? 2．鑒權(quán)問題

??? TD運營商可通過SIM／USIM智能卡使用來為網(wǎng)絡(luò)提供安全保證機制，并將用戶的安全等級和業(yè)務(wù)描述等存入到本地服務(wù)器HLR當中。而WLAN網(wǎng)絡(luò)中可以重用TD的安全服務(wù)功能，一方面可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源開銷，另一方面由于TD使用HLR來實現(xiàn)各運營商之間的漫游協(xié)商，可以較容易地組建一個世界范圍的安全系統(tǒng)。
??? WLAN網(wǎng)絡(luò)通過接口與外地TD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的AAA服務(wù)器相聯(lián)，借口用于鑒權(quán)和密鑰管理的信令傳輸。鑒權(quán)過程中需要的信息存儲在HLR中，通過接口AAA服務(wù)器可以從HSS中獲得這些信息。

??? 3.收費問題

??? 經(jīng)過鑒權(quán)后，合法的MN將獲得接入網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)。當用戶接入公共IP網(wǎng)絡(luò)時，用戶可直接通過WLAN接入網(wǎng)路由至Internet，而不經(jīng)過TD核心網(wǎng)。而當用戶需要使用TD網(wǎng)絡(luò)提供的IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時，就需要在WLAN接入網(wǎng)和TD核心網(wǎng)之間建立隧道，以便把WLAN網(wǎng)絡(luò)中所有用戶的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)移到TD核心網(wǎng)進行傳輸，因此需要在TD核心網(wǎng)中新增加網(wǎng)絡(luò)實體PDG。PDG的作用與GPRS網(wǎng)絡(luò)中的GGSN的作用類似，同樣是作為通往遠端IP網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。

??? WLAN與TD網(wǎng)絡(luò)中仍采用預付費和后付費兩種收費模式。使用預付費方式時，對用戶的收費應(yīng)交由在線收費系統(tǒng)OCS控制；而使用后付費方式時，用戶付費信息則由收費網(wǎng)關(guān)CG負責收集并提交給收費系統(tǒng)進一步來處理。

??? 在MN使用WLAN直接接入Internet的情況下，WLAN接入的收費信息由WLAN接入網(wǎng)中的LocalAAA(圖2)負責收集后再交由TD核心網(wǎng)進行處理。而當MN使用TD核心網(wǎng)提供的服務(wù)，所有的相關(guān)IP數(shù)據(jù)流都會通過PDG，因此PDG可以準確地針對這類服務(wù)收集計費信息。PDG將計費信息整理后通過接口交由TD核心網(wǎng)收費系統(tǒng)進行處理。