1  引言

 WLAN以其獨特的優(yōu)勢,，比如，熱點覆蓋,、低移動性和高數(shù)據(jù)傳輸速率,，與移動網(wǎng)形成了很好的互補，因而在移動網(wǎng)中的應用越來越廣泛,。從國外運營商到國內(nèi)運營商,，都在不斷擴展、完善移動網(wǎng)和WLAN的互通技術,，目的是快速,、經(jīng)濟地部署WLAN網(wǎng)絡，做到在對現(xiàn)有網(wǎng)絡改動最小的情況,，以簡單實用的技術吸引用戶,，分流目前快速增長的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，緩解移動網(wǎng)絡的資源在忙時忙區(qū)嚴重不足的壓力,，提升網(wǎng)絡服務質(zhì)量,，提高網(wǎng)絡的用戶黏度。

WLAN和移動網(wǎng)互通時,，根據(jù)互通技術實施的難易程度,，可以有多種互通場景。

最基礎,、最簡單的一種模式,，是在互通的初期，兩個系統(tǒng)基本是獨立運營的,，兩個系統(tǒng)的安全機制也完全分開,，WLAN用戶通過WLAN接入網(wǎng)之后就直接接入Internet業(yè)務，不會接入移動核心網(wǎng),。WLAN和移動網(wǎng)絡間只有簡單的賬單信息關聯(lián),，也就是說，這個階段WLAN和移動的互通僅體現(xiàn)在通過BOSS系統(tǒng),，實現(xiàn)用戶的賬單里同時包括移動網(wǎng)和WLAN的費用,。

這種互通模式雖然簡單，但是移動網(wǎng)絡和WLAN無法共享統(tǒng)一的認證方式和鑒權信息,。用戶使用不同的接入方式時,，需要分別鑒權。對用戶來說,，這樣的操作復雜,，與網(wǎng)絡間的消息交互時延長,，因而影響了用戶業(yè)務體驗。所以,，在基礎模式的基礎上,，移動網(wǎng)絡應能逐步實現(xiàn)給通過WLAN接入的用戶提供統(tǒng)一的鑒權方式，簡化鑒權流程,，縮短用戶接入時延,。

隨著移動網(wǎng)絡自營的分組域業(yè)務（如IMS業(yè)務、即時消息業(yè)務,、MBMS業(yè)務等）發(fā)展更加成熟,，對用戶更具吸引力時，互通技術還能滿足用戶通過移動核心網(wǎng),，接入那些移動網(wǎng)獨有的數(shù)據(jù)業(yè)務,。

上面討論的只是用戶如何通過WLAN使用數(shù)據(jù)業(yè)務，不涉及到用戶的業(yè)務在WLAN和移動網(wǎng)間的移動和切換,。但是,，隨著業(yè)務模式和技術的發(fā)展，用戶希望能夠自如地在不同的接入系統(tǒng)間實現(xiàn)業(yè)務切換,。因此,，更進一步的互通技術需要解決的問題是，用戶在移動網(wǎng)和WLAN之間切換時,，如何實現(xiàn)無縫的業(yè)務連續(xù)性,，也就是說，在切換過程中幾乎沒有數(shù)據(jù)的丟失和中斷情況發(fā)生,，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)類似IP" title="VoIP">VoIP業(yè)務的切換,。

本文將介紹WLAN和移動網(wǎng)互通的基本架構，實現(xiàn)業(yè)務連續(xù)性所采用的新技術,，以及互通技術的發(fā)展趨勢,。

2　WLAN與GPRS互通架構

通過上面的場景分析，我們可以看出,，WLAN與移動網(wǎng)互通時的業(yè)務形式有兩種：一種是WLAN直接接入IP業(yè)務,，另一種是WLAN通過3GPP" title="3GPP" target="_blank">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" title="3GPP">3GPP" 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圖1　WLAN與GPRS網(wǎng)絡互通的架構圖

當用戶通過WLAN直接接入IP業(yè)務時,，用戶可以使用Internet業(yè)務。圖中的3GPP AAA Server是為WLAN業(yè)務新增的網(wǎng)元,，它將配合移動網(wǎng)中的HLR完成用戶的鑒權和接入認證功能,。3GPP AAA Server還將配合BOSS系統(tǒng)或者計費網(wǎng)關（CG）完成用戶的計費。這種接入方式能夠保持移動網(wǎng)絡和WLAN的獨立性。對于運營商來說,，這種架構非常簡單,，易于部署。

當用戶通過3GPP網(wǎng)絡接入IP業(yè)務時,，移動網(wǎng)絡除了提供鑒權和接入認證外,，還需要提供接入3GPP網(wǎng)絡的隧道管理、基于隧道的計費功能,、接入策略控制等功能。這種接入方式下的技術要點是實現(xiàn)用戶的統(tǒng)一認證和用戶使用移動網(wǎng)絡的IP業(yè)務,。

用戶如要通過WLAN訪問運營商的分組域業(yè)務,，需要對核心網(wǎng)設備進行升級或改造，通常有TTG和PDG兩種建設模式可以實現(xiàn)這一目標,。

TTG模式是在不改變現(xiàn)有移動網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡架構的前提下,，通過引入TTG，使得終端能夠通過WLAN接入網(wǎng),、TTG和GGSN訪問數(shù)據(jù)業(yè)務,。TTG的功能，包括TTG到GGSN之間的GTP隧道管理功能,、W-APN解析,、提供位置信息、支持漫游限制,、NSAPI分配等,。

PDG模式則是把TTG功能加上GGSN原有功能和增強功能，共同完成PDG的功能,。相比TTG模式,，PDG能夠直接分流WLAN業(yè)務，減少了對現(xiàn)有移動分組域的影響,。但是PDG功能實現(xiàn)復雜,，需要和現(xiàn)網(wǎng)的計費設備進行集成，實現(xiàn)起來比較困難些,。

3　WLAN與EPC互通架構和關鍵技術

支持多種無線接入技術,，是演進的移動分組網(wǎng)（EPC）在網(wǎng)絡設計之初就定義的基本目標之一。WLAN接入EPC的互通架構按照WLAN與EPC核心網(wǎng)之間的信任關系以及采用的移動性管理協(xié)議（GTP,，PMIP和DSMIP）,，可以分為S2a，S2b和S2c三種場景,。圖2為WLAN與EPC互通架構圖,。

圖2　WLAN與EPC互通架構圖

如果EPC網(wǎng)絡將WLAN接入視為可信任接入，比如，WLAN網(wǎng)絡是移動運營商自建的網(wǎng)絡,，那么UE不需要建立終端與網(wǎng)絡間的IPSec,，直接通過PDN GW就能接入到移動核心網(wǎng)；如果EPC網(wǎng)絡將WLAN接入視為不可信任接入,，則必須通過ePDG接入EPC,，UE和ePDG之間采用IPSec隧道承載數(shù)據(jù)，使得不可信網(wǎng)絡的網(wǎng)元無法感知數(shù)據(jù)傳輸,，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。WLAN接入網(wǎng)是否可信是與其本身的特性無關，是HPLMN綜合各種安全因素來決定的,。

在此,，我們可以比較一下三種WLAN接入方式的特點：

（1）S2a接口應用于可信固定網(wǎng)絡和EPC互通，采用GTP/PMIP協(xié)議,。為了支持互通,，需要對現(xiàn)有固網(wǎng)進行較大的改動，例如,，需要對固網(wǎng)設備（BRAS/BNG）進行增強改造,，使之支持移動性要求。但這種接入方式符合國內(nèi)運營商的運營環(huán)境,，對終端影響小,，能避開高通大量的專利，因此運營商研究意愿還是很強烈的,，特別是采用GTP協(xié)議的S2a接口,。

（2）S2b接口應用于非信任固定網(wǎng)絡和EPC互通,，采用GTP/PMIP協(xié)議,。固網(wǎng)通過ePDG接入PDN GW,，通過增強ePDG以實現(xiàn)非信任固網(wǎng)和EPC的互通,，對固網(wǎng)改造較小。但S2b方式要求終端和ePDG之間建立IPSec,，額外開銷比較大。

（3）S2c接口采用DSMIPv6協(xié)議,，提供UE和PDN GW之間的DSMIP隧道連接,，這樣UE和EPC網(wǎng)絡交互的數(shù)據(jù)在固網(wǎng)可以實現(xiàn)透傳,，因此采用S2c方式對固網(wǎng)的影響也較小,。應該說有關S2c的技術方案得力于高通的推動，技術完善,、成熟，但該技術要求終端支持DSMIPv6,，這樣運營商會受制于高通專利,。

相對3G網(wǎng)絡和設備完備的用戶鑒權、數(shù)據(jù)加密機制,，WLAN在安全性方面很薄弱,，因此移動運營商在實現(xiàn)與WLAN互通時，增加了IKEv2用于終端的認證和授權,，并增加了IPSec用于終端和ePDG間的數(shù)據(jù)安全，以提高互通時的業(yè)務安全性,。

如果單是考慮用戶通過WLAN接入核心網(wǎng),，不涉及用戶在WLAN和移動網(wǎng)間的業(yè)務切換，其處理流程并不復雜,，與移動網(wǎng)接入下的流程區(qū)別不大,。以支持GTP協(xié)議的S2a接口方式下的附著過程為例來看（見圖3）,，同樣是包括用戶的鑒權,、授權過程和承載的創(chuàng)建過程,。與移動網(wǎng)接入有所不同的是，在WLAN接入情況下,，除了建立核心網(wǎng)的承載之外，還需要建立WLAN接入網(wǎng)和PDN GW之間的GTP隧道,。

圖3　支持GTP的S2a方式時的附著過程

現(xiàn)在具有多種接口（如3GPP，WLAN,，WiMAX等）的終端設備越來越多，終端上的業(yè)務形式也越來越多樣化,，有些業(yè)務適合在3GPP接入系統(tǒng)上使用,，而另一些業(yè)務則適合在其他接入系統(tǒng)上使用,。例如,，用戶在家的時候,，可以通過WLAN使用FTP業(yè)務，同時通過LTE使用VoIP業(yè)務,。但一旦用戶離開家,，很可能與WLAN的連接就中斷了,，這個時候,，F(xiàn)TP業(yè)務就需要切換到3GPP系統(tǒng)中。這樣對不同的業(yè)務進行路由區(qū)分,，既提升了用戶的業(yè)務體驗,，也緩解了運營商移動網(wǎng)絡的壓力,。

在這種情況下,，就要解決UE如何能夠同時通過3GPP和非3GPP接入系統(tǒng),，接入同一個PDN,？運營商又如何能配置UE在不同接入系統(tǒng)間的IP流路由規(guī)則,？這些不同的IP流如何實現(xiàn)在不同的接入系統(tǒng)間動態(tài)遷移,？UE通過不同的接入系統(tǒng)連接到了不同的PDN時，又如何能完成3GPP和非3GPP間的切換等問題,。

基于以上問題的提出,，業(yè)界提出了兩種解決方案：基于PDN的粒度進行切換的MAPCON （Mutiple Access PDN Connetion）技術和基于流粒度進行的IFOM（IP Flow Mobility）技術,。

MAPCON是指用戶在不同的接入系統(tǒng)中建立的是不同的PDN連接,，即不同的接入系統(tǒng)中的PDN連接必須使用不同的APN,。

MAPCON技術的實現(xiàn)比較簡單,，用戶的附著流程基本沒有改動,，只需分別在兩個系統(tǒng)進行附著。在切換流程中,，如果用戶已經(jīng)在兩個系統(tǒng)都附著了,，只需要把一個系統(tǒng)上要切換的業(yè)務切換到另一個系統(tǒng)上，在目標消息中為其建立相應的PDN連接,，并釋放源系統(tǒng)中相應的承載即可,；如果用戶只在源系統(tǒng)進行了附著，那么在切換前,，用戶需要先在目標系統(tǒng)執(zhí)行附著流程,，并能夠提供要切換的PDN連接的APN,。此外，MAPCON對HSS和AAA有所增強,，主要是要實現(xiàn)PDN GW信息的動態(tài)推送,，PDN GW信息原來是在切換流程中通過接入認證過程獲得的。

需要注意的是,，實現(xiàn)MAPCON技術的關鍵是用戶通過Dual Radio的方式建立了兩個PDN連接,。此時兩個PDN連接的PDN GW必須是一樣的,。用戶如果因切換而建立PDN連接時，其附著類型應該為“Handover”,，用戶還會把自己的IP地址或者PDN GW信息傳遞給MME，這樣MME就知道要建立到哪個PDN GW的連接,，保證兩種接入方式下選擇的是同一個PDN GW,。

采用了MAPCON技術,，不同業(yè)務可經(jīng)由不同接入系統(tǒng)進行傳輸,，不同業(yè)務優(yōu)先在哪個接入系統(tǒng)進行接入的選擇策略可通過ANDSF發(fā)送給UE。MAPCON可以實現(xiàn)WLAN和3GPP間的負荷分擔,，比如,，運營商自有業(yè)務（IMS）通過HSPA（或LTE）接入,，而視頻（優(yōu)酷）/FTP下載經(jīng)過WLAN接入,。此外,，MAPCON還可以支持WLAN和3GPP接入間的切換,，當WLAN覆蓋不好時可將經(jīng)由WLAN傳輸?shù)膽们袚Q到3GPP接入,。

相比MAPCON技術,，IFOM技術更為復雜一些。IFOM研究的是UE同一個PDN連接下的不同的IP流如何路由到不同的接入系統(tǒng),，并且用戶在3GPP系統(tǒng)和WLAN之間切換時，如何保證這些IP流切換的連續(xù)性和無縫的IP流移動性,。目前比較成熟的IFOM方案是基于DSMIPv6的S2c接入方式，系統(tǒng)能夠保留用戶的IP地址,，用戶在接入系統(tǒng)間移動時，也能夠保證IP流的移動性,。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)間的IP流移動性,，要對S2c和H1接口的DSMIPv6移動性信令進行擴展,，以攜帶路由過濾器信息,。如果UE在不同的接入系統(tǒng)上配置的是不同的IP地址,，則可以通過多個綁定消息在HA上分別將這些地址注冊為CoA,。此外,，為了將IP流路由到特定的接入,，UE需要在Binding Update消息中包含流標識（FID）參數(shù)。FID定義了路由規(guī)則,，包含路由過濾器和路由地址,。根據(jù)這些路由信息,，系統(tǒng)就知道哪些業(yè)務是從3GPP系統(tǒng)接入的,，哪些業(yè)務是從WLAN系統(tǒng)接入的。一旦發(fā)生了流的移動性,，UE也會通過Binding Update消息更新路由信息，EPC系統(tǒng)收到更新的路由信息后,，就會進行相應的承載釋放或者創(chuàng)建，實現(xiàn)IP流的無縫切換,。

在實現(xiàn)WLAN和3GPP系統(tǒng)間業(yè)務連續(xù)性和無縫分流方面,，一個新的網(wǎng)元功能模塊ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function）起了舉足輕重的作用。ANDSF具有數(shù)據(jù)管理和控制功能,，能夠響應UE進行接入網(wǎng)絡選擇的請求,，提供發(fā)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)絡和進行接入網(wǎng)絡選擇所需的輔助數(shù)據(jù)。用戶根據(jù)ANDSF提供的這些信息，就能結合當前業(yè)務的特征,，選擇最合適的接入網(wǎng)絡,，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的有效分流。

ANDSF能夠提供以下3類信息用于用戶選擇合適的網(wǎng)絡進行接入：

●系統(tǒng)間移動性策略,。該策略規(guī)定了是否允許進行系統(tǒng)間的移動,，并為用戶接入到EPC系統(tǒng)選擇最合適的接入系統(tǒng)。該策略可以提供給UE,，ANDSF也可以基于運營商策略或者基于UE發(fā)送的網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)和選擇信息對系統(tǒng)間的移動性策略進行修改,。

●接入網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)信息。根據(jù)UE的請求,，ANDSF可以提供UE鄰近區(qū)域的所有接入系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡列表,。接入網(wǎng)絡信息可以包括接入技術類型（如WLAN或WiMAX），無線接入網(wǎng)絡標識符（WLAN的SSID）,。

●系統(tǒng)間路由策略,。ANDSF可以給用戶提供一個系統(tǒng)間路由策略的列表，包括一些過濾規(guī)則,，規(guī)定某個特定的業(yè)務流或者特定的APN,，是否允許接入到某個接入系統(tǒng)中；并且在用戶進行數(shù)據(jù)路由時,，根據(jù)路由策略定義的接入系統(tǒng)的優(yōu)先級,，為業(yè)務選擇最合適的接入技術或者APN。

以上我們提到的MAPCON和IFOM都屬于無縫分流,，也就是說,，用戶在WLAN接入和移動網(wǎng)絡接入間進行業(yè)務切換時，能夠保證業(yè)務的連續(xù)性,，用戶感覺不到業(yè)務的中斷,，這類似移動網(wǎng)絡中的軟切換的概念。

WLAN和演進的移動分組網(wǎng)互通時,，還能提供非無縫（Non-Seamless）的分流形式,。這個指的是用戶在WLAN接入和移動網(wǎng)絡接入間進行業(yè)務切換時，無須保證業(yè)務的連續(xù)性,，業(yè)務允許中斷,，這類似移動網(wǎng)絡中的硬切換的概念。在非無縫分流方式下,，用戶在接入到WLAN網(wǎng)絡后,，能將特定的IP流通過WLAN接入直接進行分流，而無須穿越EPC網(wǎng)絡,。非無縫分流方式適合在LTE/EPC網(wǎng)絡部署的初期使用,。

4　結束語

現(xiàn)在,，WLAN網(wǎng)絡已在全球迅速得以推廣，AT&T,，Verizon,，DoCoMo,，T-mobile,，Orange等全球主要蜂窩運營商都積極行動起來，為無線局域網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡融合創(chuàng)造了良好基礎,。在我國,，三大運營商也都將WLAN作為輔助移動網(wǎng)絡的重要手段，紛紛擴建自己的WLAN網(wǎng)絡,，為家庭和企業(yè)用戶提供補充的寬帶無線接入手段,。

在標準技術研究方面，WLAN分流技術在3GPP是討論的重點,，涉及WLAN與移動網(wǎng)互通的標準比較多,，為方便讀者深入了解相關知識，下面對這些標準的主要內(nèi)容進行簡單介紹：

（1）TS 23.234,，最初的WLAN與移動網(wǎng)互通的標準,，描述的是WLAN和GPRS互通技術，包括WLAN用戶如何使用2G/3G的安全認證,，直接通過Wi接口訪問3GPP的PDN網(wǎng)絡,。該標準不涉及WLAN用戶在移動時業(yè)務的連續(xù)性研究。

（2）TS 23.327,，描述的是如何實現(xiàn)WLAN與GPRS之間的業(yè)務連續(xù)性,。這個標準可以看成是對TS 23.234的增強。由于解決方案所采用的是DSMIPv6技術,，因此被運營商采用的可能性并不大,。

（3）TS 23.402，WLAN接入EPC網(wǎng)絡的基本標準,。描述了互通的基本架構以及MAPCON技術,。

（4）TR 23.861，是關于MAPCON和IFOM研究的最初的研究課題,。在這個課題中MAPCON和IFOM被合稱為MAPIM,。進入正式標準階段之后，才分別使用MAPCON和IFOM的稱謂,。其中的研究內(nèi)容分別納入TS23.40（MAPCON）和TS23.261（IFOM）,。

（5）TS 23.261，基于S2c DSMIPv6的IFOM正式的標準,。

（6）TR 23.852,，SaMOG（GTP-S2a and WLAN Access to EPC）課題的研究報告。該課題研究的是基于S2a GTP協(xié)議的接入方式，國內(nèi)運營商對該課題有很高的研究熱情,。因為在國內(nèi),，WLAN是運營商自己部署的，完全可以作為信任域接入,，一方面不要求終端支持DSMIPv6,，產(chǎn)品容易實現(xiàn)，另一方面,，核心設備因為支持GTP協(xié)議,，沒有革命性的變化，利于運營商網(wǎng)絡的平滑演進,。目前該課題已完成了對終端沒有影響的方案研究,，對終端有影響的方案將在3GPP R12進行研究。

（7）TR 23.855,，DIDA（Data identification in ANDSF）研究課題,。研究的是如何對ANDSF功能進行增強，使得運營商對網(wǎng)絡中的每個應用或IP流的使用都能進行資源控制,。

（8）TR 23.853,，OPPIIS（Operator Policies for IP Interface Selection）課題?；贏PN的粒度,，對ANDSF功能進行增強。

（9）LOBSTER（LOcation-Based Selection of gaTEways for WLAN）課題,，目前尚未分配報告號,。研究的是在S2b和S2c的WLAN接入的情況下，如何基于UE的位置,，選擇合適的ePDG和PDN GW,，以保證數(shù)據(jù)路由的最優(yōu)化。

國際標準方面對WLAN和演進的移動分組網(wǎng)互通的研究情況如表1所示,。

表1　WLAN與EPC互通場景列表及研究進展

從目前的實際網(wǎng)絡部署來看,，WLAN和移動GPRS網(wǎng)互通的應用方式還是比較簡單，WLAN用戶只是通過直接接入方式接入Internet業(yè)務,，實現(xiàn)兩種接入方式下的賬單關聯(lián),，但不能使用移動網(wǎng)自營業(yè)務，也不能實現(xiàn)業(yè)務切換,。運營商當前的主要工作是改造,、擴容網(wǎng)絡，進行鑒權方式的改進,，通過統(tǒng)一的,、簡化的WLAN用戶的鑒權流程,，吸引更多用戶使用WLAN接入，充分利用WLAN網(wǎng)絡的資源進行移動網(wǎng)分流,。

隨著LTE/EPC網(wǎng)絡的逐漸商用,，相信新型的終端和網(wǎng)絡產(chǎn)品對WLAN互通技術的支持力度會更大，因此,，WLAN和移動網(wǎng)預計將有更深入的互通和融合可能性,，WLAN用戶分享移動分組域業(yè)務以及不同接入系統(tǒng)間的業(yè)務切換都將有可能實施，靈活的業(yè)務形式將會吸引更多移動用戶使用WLAN業(yè)務,。