用于公共无线接入的无线局域网

吴军力 滕勇 尹长川 乐光新

　　摘要：随着数据业务的不断增长，人们对无线数据业务的要求越来越高，从市场和技术的角度看，速率高、部署方便且价格低廉的无线局域网（WLAN）公共无线数据接入服务正当其时。首先介绍了用WLAN提供公共无线接入可采用的三种运营模式，讨论了安全性、鉴权与计费、移动性、网络管理、服务质量等提供公共WLAN服务需要进一步考虑的技术问题，分析了移动运营商的实现方法，最后以诺基亚公司的OWLAN技术方案为例分析了网络的结构和组成。

　　关键词：无线局域网，公共无线接入，紧耦合，松耦合，OWLAN方案

　　随着数据业务的不断增长，人们对无线数据业务的要求越来越高，目前对公共无线宽带接入的要求已经超过了蜂窝系统所能提供的容量。人们希望通过公共无线接入得到与有线环境相当的数据速率，但是目前的蜂窝公共系统尚无法提供如此高的速率。此外，蜂窝通信在室内的覆盖并不是最佳的。但是另一方面，在绝大多数情况下，人们只有在静止、准静止的状态下，在机场、车站、酒店、旅馆、会议场所等热点地区（hot spots）才会使用无线宽带数据业务。无线局域网恰恰可以提供这样的服务，其速率大大高于蜂窝网，而且无线局域网不需要频率批准，部署方便，也可以满足室内静止、准静止条件下的应用。此外，WLAN网卡价格一路下降，WLAN终端（包括笔记本电脑和PDA）的发展也十分迅速。

　　从市场和技术角度来看，基于WLAN的公共无线数据接入服务正当其时。近年来，国内外已有很多运营商用WLAN来提供公共无线宽带接入服务。虽然这项业务目前还处于发展初期，但是业内人士纷纷看好。

一、运营模式

公共WLAN服务可以采用以下三种运营模式。

（1）完全拥有所有网络并进行运营

　　这是目前最为普遍的模式，采用这种模式的一般是传统的固定和移动运营商。这些运营商具有很大的优势，如覆盖范围广泛的主干网络，可以重用已有的鉴权、计费、漫游等功能，具有丰富的经营经验，大量用户对其品牌的认知等，公共WLAN服务可以作为他们已有电信服务的补充。虽然一度有人认为WLAN将成为3G的竞争对手，但是事实上公共WLAN服务可以作为3G业务的补充和延伸，为移动运营商赢得时间，减轻部分用户要求迅速推出3G的压力。WLAN在一些热点地区提供高速（几个Mbit/s）的数据业务，蜂窝数据网则在大的覆盖范围内提供相对低速（几百kbit/s）的数据业务。

（2）利用已有WLAN获得特许经营权

　　目前，很多酒店、写字楼都敷设了专有的WLAN，运营商可以与其签订合同，获得特许经营权，并提供软件和管理等来开展服务。对于运营商来说，这样既可以节省投资，又能迅速扩展覆盖范围。

（3）虚拟运营

　　这种服务模式是指与前两种WLAN运营商合作，租用其网络进行“虚拟”运营。采用这一种模式的运营商可以通过与多个运营商结盟，构成大范围的网络。同时，也可以把主要精力集中在业务上，为用户提供个性化业务。

二、需要进一步考虑的技术问题

　　因为WLAN最初主要用于家庭和公司内部，要将它扩展到公共场所用于公共接入、提供电信级的业务，还有一些问题需要进一步考虑。

（1）安全性

　　WLAN的安全性是用户最关心、也是首先需要解决的问题。目前WLAN中使用的有线等效保密（WEP）加密标准只能达到相当于有线条件的保密水平，并不能满足公共业务的要求。有两种方法可以解决该问题。一种是增强WEP，保护从接入点（AP）到用户终端的空中链路。这包括两个方面的努力：新的加密方法（如WEP2标准、高级加密标准（AES））和接入控制（利用802.1x标准的接入控制，通过中央鉴权来控制用户接入）。另一种解决办法是虚拟专用网（VPN）技术，即不管WLAN是否安全，都提供一个单独的安全机制。VPN通常使用IPSec隧道，运行在无线链路之上，从用户终端一直延伸到AP之后的VPN网关。

（2） 鉴权与计费

　　鉴权和计费对于电信业务十分重要。移动运营商可以重用已有的GSM/GPRS或IS－95蜂窝系统的鉴权和计费机制。鉴权主要有两种方式：基于SIM/UIM卡的鉴权方式和基于用户名/密码的鉴权方式。

（3） 移动性

　　WLAN提供公共服务的关键问题之一是漫游，因为用户要求服务是随时随地的。要达到移动性，在最低的层面上首先要求设备级（网卡与AP）的多厂商互相兼容。目前，这方面基本上不存在问题，因为IEEE 802.11b已经十分成熟，特别是Wi-Fi得到了绝大多数厂商的支持。要实现漫游，还需要业务级的大范围漫游。运营商内部的漫游可以使用类似移动通信的漫游机制。不同运营商之间的漫游，目前主要有无线以太网兼容联盟（WECA）制定的无线互联网服务提供商漫游（WISPr:Wireless Internet Service Provider roaming）网络标准，该方案负责协调WLAN ISP之间的交互服务，提供统一的认证、授权、计费（AAA）处理机制。同时，关于WLAN和GSM/GPRS之间漫游的研究也在进行中。

　　再高一个层次的移动性则是永远在线的移动性，即实现“合上移动，打开继续”，这对用户具有相当大的吸引力。在这种移动性的解决方案中，目前最具代表性的就是移动IP。它可以设立中央移动管理器作为归属代理（HA）来跟踪用户和进行IP路由，而在各个子网实现外地代理（FA）来处理用户区域的连接细节。

（4） 网络管理

　　网络管理是网络运营必不可少的因素。对于公共WLAN的网管，除了通常的设备和流量负荷监控外，很重要的便是其空中链路的管理。而且，这不同于蜂窝网中的空中链路管理，因为WLAN使用的频段和其他应用共用，因此干扰是一个较大的问题。此外，一般蜂窝网可以在建网时进行很好的规划设计，而WLAN是在已有的网络上叠加构建的，因此难度更大。

（5）QoS

　　QoS也是公共服务需要解决的问题之一。因为WLAN最初是为专有领域而设计的，所以对此没有很多考虑，但公共服务必须考虑这个问题，目前，802.11e工作组正在对此进行研究。WLAN与蜂窝网的不同之处就是其AP提供的是共享的无线接口，用户越多，每个用户的数据速率越低。因此必须提供相应的QoS政策来保证用户的需要，在技术方案中也要考虑对不同的用户根据不同的计费政策提供不同的QoS。

三、典型技术方案介绍

　　目前，针对公共接入WLAN的不同情况，各大厂商都提出了不同的技术方案，如诺基亚、爱立信、inter－WAVE Communication和华为分别提出了针对移动运营商的Operator WLAN、Ericssion Mobile Operator WLAN、802.WAVE和华为WLAN解决方案；微软和一些研究机构针对普通运营商开发了CHOICE方案；NEC USA开发了可以用于虚拟运营商的PamLAN，等等。

　　移动运营商开展公共接入WLAN最有优势，其技术方案也具有一定的代表性。对于移动运营商的技术方案，关键是把现有GSM/GPRS的用户鉴权和计费机制应用到WLAN接入技术中，更进一步则是将WLAN和GSM/GPRS无缝集成。二者的集成机制可以分为紧耦合和松耦合两类。

　　在紧耦合中，WLAN通过标准化接口（Gb或Iu－ps）或者一个特别用于优化WLAN性能的新接口连接到GPRS服务节点（SGSN），用户IP数据和鉴权计费等信令都要通过SGSN进入GPRS核心网，即对WLAN网络与原有的无线接入部分同等对待。这种方式的耦合度较高，对GPRS的改动很小，两个域间的移动性可以完全基于GPRS的移动性管理协议，并且可以很方便地重用GPRS提供的AAA。但这种方式具有以下缺点：

·只适用于蜂窝运营商的WLAN，不容易支持第三方的WLAN；

·WLAN连接SGSN存在容量和费用问题，SGSN的吞吐量可以支持数千个低速的GPRS终端，但要支持高速的WLAN却很困难，同时对原有
蜂窝网业务有较大的影响；

·要求终端支持GPRS协议，需要在终端新增WLAN自适应功能（WAF）模块，在WLAN网络增加GPRS互操作功能（GIF）模块。

　　而在松耦合中，WLAN的用户数据是通过Gi接口连接到运营商的IP网，没有经过GPRS核心网，只有鉴权、计费信令从GPRS网关节点（GGSN）或专门的设备进入GPRS核心网。这种方式主要基于IETF协议，对WLAN没有很高的要求，蜂窝网的主要作用是AAA。同时，松耦合方式可以使用移动IP支持网间的移动性，因此得到业界的普遍认同。

　　诺基亚的Operator WLAN（ＯWLAN）方案就是典型的松耦合方式，下面就以此为例对具体的技术方案做以简单介绍。

　　OWLAN系统主要由公共WLAN接入网和移动运营中心组成，二者通过专线或IP核心网连接。其中主要的物理实体有：带SIM卡的移动终端（MT）、AP、接入控制器（AC）和鉴权服务器（AS），从功能上可分别与GPRS网络中的移动台、基站收发系统、GGSN、SGSN相对应。

　　MT为用户提供基本的无线接入。由于采用基于SIM卡的鉴权计费方式，因此需要一个SIM读取装置和SIM鉴权软件模块。当用户终端到达一个区域，检测到AP周期性发出的信号时，就与预置的网络分布列表（由运营商发布，可能存储在SIM卡中；或由Web下载）相比较，进入正确的漫游WLAN网络，然后发起鉴权过程，向网络发送鉴权请求（其中包含SIM中的国际移动用户识别（IMSI）码）。
AC作为无线接入网到固定IP网的网关，其功能主要包括：

·为MT分配IP地址，维护已鉴权的终端IP地址列表，并利用IP地址和媒体访问控制（ＭAC）地址的对应关系区分MT；

·监视进/出IP包，将非鉴权的终端IP丢弃；

·将来自MT的鉴权请求中继到AS；

·收集计费信息。

　　AS是ＯWLAN用户管理的主要控制点。一个AS可以支持多个AC，提供不同接入地区成千上万个用户的鉴权和计费。AS和AC之间使用目前IP领域事实上的AAA协议——RADIUS鉴权协议。AS到归属位置寄存器（HLR）的鉴权查询采用标准的GSM鉴权信令，并通过七号信令网相连接。当用户断开时，AS接收来自AC的计费信息，转化为GPRS的计费格式，并发送给移动蜂窝网的计费中心。此外，AS还为网管系统提供网管信息。

ＯWLAN方案具有如下几个优点：

·用户的IP数据流在AC就转发到目的IP网，没有经过蜂窝核心网，因此对原有的蜂窝业务没有很大影响；

·从AP到AC再到AS的信令采用IP传输，与WLAN标准独立，因此可以支持各种WLAN标准；

·AP和AC的功能划分降低了核心网的复杂度，对计算要求较高的包过滤和路由则由分布在接入网的AC完成，因此提高了系统的可扩展
性和健壮性；

·除了原有的蜂窝核心网外，其他网络都是基于IP的，如进一步结合移动IP，则可以作为向全IP网络演进的开始。

四、结 语

　　将WLAN作为公共宽带无线数据接入的手段，既是市场的需求，也是技术发展的结果。移动运营商提供此业务时，通过重用鉴权、计费和漫游协议，以及已有的客户群基础等，可以在竞争中占有优势。未来移动运营商的网络将是多种无线通信技术的结合，WLAN是对传统蜂窝网的补充和延伸，也是公共无线服务中的重要组成部分。

摘自　现代电信科技