WLAN和移动网互通技术分析方案

1 引言

以其独特的优势，比如，热点覆盖、低移动性和高数据传输速率，与移动网形成了很好的互补，因而在移动网中的应用越来越广泛。从国外运营商到国内运营商，都在不断扩展、完善移动网和WLAN的互通技术，目的是快速、经济地部署WLAN网络，做到在对现有网络改动最小的情况，以简单实用的技术吸引用户，分流目前快速增长的移动数据业务，缓解移动网络的资源在忙时忙区严重不足的压力，提升网络服务质量，提高网络的用户黏度。

WLAN和移动网互通时，根据互通技术实施的难易程度，可以有多种互通场景。

最基础、最简单的一种模式，是在互通的初期，两个系统基本是独立运营的，两个系统的安全机制也完全分开，WLAN用户通过WLAN接入网之后就直接接入Internet业务，不会接入移动核心网。WLAN和移动网络间只有简单的账单信息关联，也就是说，这个阶段WLAN和移动的互通仅体现在通过BOSS系统，实现用户的账单里同时包括移动网和WLAN的费用。

这种互通模式虽然简单，但是移动网络和WLAN无法共享统一的认证方式和鉴权信息。用户使用不同的接入方式时，需要分别鉴权。对用户来说，这样的操作复杂，与网络间的消息交互时延长，因而影响了用户业务体验。所以，在基础模式的基础上，移动网络应能逐步实现给通过WLAN接入的用户提供统一的鉴权方式，简化鉴权流程，缩短用户接入时延。

随着移动网络自营的分组域业务（如IMS业务、即时消息业务、MBMS业务等）发展更加成熟，对用户更具吸引力时，互通技术还能满足用户通过移动核心网，接入那些移动网独有的数据业务。

上面讨论的只是用户如何通过WLAN使用数据业务，不涉及到用户的业务在WLAN和移动网间的移动和切换。但是，随着业务模式和技术的发展，用户希望能够自如地在不同的接入系统间实现业务切换。因此，更进一步的互通技术需要解决的问题是，用户在移动网和WLAN之间切换时，如何实现无缝的业务连续性，也就是说，在切换过程中几乎没有数据的丢失和中断情况发生，甚至能够实现类似VoIP业务的切换。

本文将介绍WLAN和移动网互通的基本架构，实现业务连续性所采用的新技术，以及互通技术的发展趋势。

2　WLAN与GPRS互通架构

通过上面的场景分析，我们可以看出，WLAN与移动网互通时的业务形式有两种：一种是WLAN直接接入IP业务，另一种是WLAN通过3GPP网络接入IP业务。图1表示了WLAN用户的两种业务模式。

图1　WLAN与GPRS网络互通的架构图

当用户通过WLAN直接接入IP业务时，用户可以使用Internet业务。图中的3GPP AAA Server是为WLAN业务新增的网元，它将配合移动网中的HLR完成用户的鉴权和接入认证功能。3GPP AAA Server还将配合BOSS系统或者计费网关（CG）完成用户的计费。这种接入方式能够保持移动网络和WLAN的独立性。对于运营商来说，这种架构非常简单，易于部署。

当用户通过3GPP网络接入IP业务时，移动网络除了提供鉴权和接入认证外，还需要提供接入3GPP网络的隧道管理、基于隧道的计费功能、接入策略控制等功能。这种接入方式下的技术要点是实现用户的统一认证和用户使用移动网络的IP业务。

用户如要通过WLAN访问运营商的分组域业务，需要对核心网设备进行升级或改造，通常有TTG和PDG两种建设模式可以实现这一目标。

TTG模式是在不改变现有移动网络和WLAN网络架构的前提下，通过引入TTG，使得终端能够通过WLAN接入网、TTG和GGSN访问数据业务。TTG的功能，包括TTG到GGSN之间的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模式则是把TTG功能加上GGSN原有功能和增强功能，共同完成PDG的功能。相比TTG模式，PDG能够直接分流WLAN业务，减少了对现有移动分组域的影响。但是PDG功能实现复杂，需要和现网的计费设备进行集成，实现起来比较困难些。

3　WLAN与EPC互通架构和关键技术

支持多种无线接入技术，是演进的移动分组网（EPC）在网络设计之初就定义的基本目标之一。WLAN接入EPC的互通架构按照WLAN与EPC核心网之间的信任关系以及采用的移动性管理协议（GTP，PMIP和DSMIP），可以分为S2a，S2b和S2c三种场景。图2为WLAN与EPC互通架构图。

图2　WLAN与EPC互通架构图

如果EPC网络将WLAN接入视为可信任接入，比如，WLAN网络是移动运营商自建的网络，那么UE不需要建立终端与网络间的IPSec，直接通过PDN GW就能接入到移动核心网；如果EPC网络将WLAN接入视为不可信任接入，则必须通过ePDG接入EPC，UE和ePDG之间采用IPSec隧道承载数据，使得不可信网络的网元无法感知数据传输，从而保证数据传输的安全性。WLAN接入网是否可信是与其本身的特性无关，是HPLMN综合各种安全因素来决定的。

在此，我们可以比较一下三种WLAN接入方式的特点：

（1）S2a接口应用于可信固定网络和EPC互通，采用GTP/PMIP协议。为了支持互通，需要对现有固网进行较大的改动，例如，需要对固网设备（BRAS/BNG）进行增强改造，使之支持移动性要求。但这种接入方式符合国内运营商的运营环境，对终端影响小，能避开高通大量的专利，因此运营商研究意愿还是很强烈的，特别是采用GTP协议的S2a接口。

（2）S2b接口应用于非信任固定网络和EPC互通，采用GTP/PMIP协议。固网通过ePDG接入PDN GW，通过增强ePDG以实现非信任固网和EPC的互通，对固网改造较小。但S2b方式要求终端和ePDG之间建立IPSec，额外开销比较大。

（3）S2c接口采用DSMIPv6协议，提供UE和PDN GW之间的DSMIP隧道连接，这样UE和EPC网络交互的数据在固网可以实现透传，因此采用S2c方式对固网的影响也较小。应该说有关S2c的技术方案得力于高通的推动，技术完善、成熟，但该技术要求终端支持DSMIPv6，这样运营商会受制于高通专利。

相对3G网络和设备完备的用户鉴权、数据加密机制，WLAN在安全性方面很薄弱，因此移动运营商在实现与WLAN互通时，增加了IKEv2用于终端的认证和授权，并增加了IPSec用于终端和ePDG间的数据安全，以提高互通时的业务安全性。

如果单是考虑用户通过WLAN接入核心网，不涉及用户在WLAN和移动网间的业务切换，其处理流程并不复杂，与移动网接入下的流程区别不大。以支持GTP协议的S2a接口方式下的附着过程为例来看（见图3），同样是包括用户的鉴权、授权过程和承载的创建过程。与移动网接入有所不同的是，在WLAN接入情况下，除了建立核心网的承载之外，还需要建立WLAN接入网和PDN GW之间的GTP隧道。

（6）TR 23.852，SaMOG（GTP-S2a and WLAN Access to EPC）课题的研究报告。该课题研究的是基于S2a GTP协议的接入方式，国内运营商对该课题有很高的研究热情。因为在国内，WLAN是运营商自己部署的，完全可以作为信任域接入，一方面不要求终端支持DSMIPv6，产品容易实现，另一方面，核心设备因为支持GTP协议，没有革命性的变化，利于运营商网络的平滑演进。目前该课题已完成了对终端没有影响的方案研究，对终端有影响的方案将在3GPP R12进行研究。

（7）TR 23.855，DIDA（Data identification in ANDSF）研究课题。研究的是如何对ANDSF功能进行增强，使得运营商对网络中的每个应用或IP流的使用都能进行资源控制。

（8）TR 23.853，OPPIIS（Operator Policies for IP Interface Selection）课题。基于APN的粒度，对ANDSF功能进行增强。

（9）LOBSTER（LOcation-Based Selection of gaTEways for WLAN）课题，目前尚未分配报告号。研究的是在S2b和S2c的WLAN接入的情况下，如何基于UE的位置，选择合适的ePDG和PDN GW，以保证数据路由的最优化。

国际标准方面对WLAN和演进的移动分组网互通的研究情况如表1所示。

表1　WLAN与EPC互通场景列表及研究进展

从目前的实际网络部署来看，WLAN和移动GPRS网互通的应用方式还是比较简单，WLAN用户只是通过直接接入方式接入Internet业务，实现两种接入方式下的账单关联，但不能使用移动网自营业务，也不能实现业务切换。运营商当前的主要工作是改造、扩容网络，进行鉴权方式的改进，通过统一的、简化的WLAN用户的鉴权流程，吸引更多用户使用WLAN接入，充分利用WLAN网络的资源进行移动网分流。

随着LTE/EPC网络的逐渐商用，相信新型的终端和网络产品对WLAN互通技术的支持力度会更大，因此，WLAN和移动网预计将有更深入的互通和融合可能性，WLAN用户分享移动分组域业务以及不同接入系统间的业务切换都将有可能实施，灵活的业务形式将会吸引更多移动用户使用WLAN业务。