C114门户论坛百科APPEN| 举报 切换到宽版

亚星游戏官网

 找回密码
 注册

只需一步,快速开始

短信验证,便捷登录

搜索

军衔等级:

亚星游戏官网-yaxin222  下士

注册:2005-5-18
发表于 2011-6-24 10:31:17 |显示全部楼层
本文转自《中国通信》
导读:无线本地网(WLAN)技术和蜂窝数据网互工作的需求推动WLAN蜂窝数据网的发展,本文先容WLAN网和蜂窝数据网两种融合方式,即紧耦合系统和松耦合系统,使其具有鉴权,论证,计费,漫游、终端移动和业务移动性。

一、 引言

  第二代蜂窝系统在话音和低速数据(<9.6Kb/s)业务中具有较高的移动性和类似有线业务质量,它采取基于数字技术如GSM, CDMA - One全球标准和漫游协议。第二代蜂窝系统的低带宽利用率和复杂性促使研究与开发可提供300 Kb/s至2 Mb/s数据速率业务的第三代蜂窝系统。由于第三代蜂窝网络迟迟未面世和在新频谱上大量投资等原因,2.5G蜂窝数据技术,如提供无线数据速率100 Kb/s业务的GPRS就应运而生。目前的局面是2.5G蜂窝数据技术不能有效地满足市场需求,而第三代蜂窝数据技术又不成熟。研究开发的注意力转向无线本地网(WLAN)技术与蜂窝数据网的融合,使其具有鉴权、漫游、终端移动和业务移动性。因此,把WLAN技术开发融合至蜂窝数据网中并解决WLAN网与蜂窝数据网之间的互操作已成为无线数据环境中一个关键课题。

二、WLAN蜂窝数据网

  蜂窝数据网在大覆盖区域可提供相对低数据速率(100 Kb/s)业务,而WLAN网可在小覆盖区提供高数据速率(802.11b的11 Mb/s,802.11a的54 Mb/s)业务。若把上述双方优势综合起来,在一些关键位置间以低速或高速漫游,提供数据速率普遍适用的宽域业务网。

  2.1 漫游

  图1示意WLAN蜂窝数据网漫游,移动用户利用WLAN的高带宽和无缝链接接入获取业务。在多接入网选择结构上有两类:一类是蜂窝运营商管理WLAN,另一类是无线互联网业务提供商(WISP-Wireless Internet Service Provider)拥有WLAN。前一类结构中,鉴权和计费业务由蜂窝运营商提供,蜂窝运营商和WISP间多重漫游协议准许蜂窝用户使用WISP。在后一类结构中,WISP可选择其鉴权和计费机理。

亚星游戏官网-yaxin222
                              图1 WLAN蜂窝数据网漫游
  

  2 2会话移动性

  这里会活是指在终端用户和外部实体间IP分组的流通。在漫游中,会话移动性不同于漫游,不需用户干涉便维持基于IP的会话移动性。当移动终端移出WLAN的覆盖区,能检测WLAN覆盖的失检并无隙缝地转接至GPRS。反之,当移动终端移进WLAN的覆盖区,IP分组会自动转接至WLAN网络。

  2.3标准与互操作结构

  标准的目的是确定互工作标准接口,确保在多种WLAN和多类蜂窝网上无缝隙工作。诸如ETSI, BRAN,IEEE 820.11,IEEE 802.15和MMAC等标准机构已联合成立无线互工作小组(WIG-- Wireless Inter working Group)研究WLAN和蜂窝网之间互工作问题。3GPP也赞同WLAN / GPRS互工作方案。

  目前,归纳有六个互操作方案:

  方案1: 公共计费和用户维护:这是六个互操作方案中最简单的一种,WLAN和GPRS间无实质性互工作性能。

  方案2: 基于3GPP的接入控制和计费,利用GPRS系统的AAA对WLAN用户进行鉴权,认证和记费。WLAN的用户以SIM卡进行类似GPRS环境中的鉴权,以GPRS环境中签名进行认证,而对于GPRS用户通过WLAN提供IP连接。

  方案3:接入获取基于3GPP GPRS业务:此方案目标是允许蜂窝网运营商给WLAN环境的用户提供接入获取基于GPRS业务。蜂窝网运营商设置无线应用协议(WAP-- Wireless Application Protocol)网关,给用户提供WAP业务,WLAN的用户也可获取WAP业务。基于GPRS业务包括: IP多媒体业务,基于位置业务,瞬时消息等。

  方案4:业务连续: 除了保留跨越GPRS和WLAN系统业务连续性外,还允许接入获取基于GPRS业务。从GPRS网中获取WAP业务的用户在移至WLAN覆盖区后也能够连续接入获取WAP业务。

  方案5:无隙缝业务: 在GPRS和WLAN间提供无隙缝业务。

  方案6:接入3GPP电路交换业务:准许蜂窝运营商接入获取来自WLAN电路交换业务,还可获取无隙缝移动性。

  WLAN和蜂窝网的互工作结构有多个方案,欧洲电信标准协会(ETSI)提出两种通用方案,即:松耦合和紧耦合结构。在松耦合方案中,WLAN作为GPRS的辅助接入网,WLAN利用在GPRS网中用户数据库,而与GPRS核心网间并没有直接数据接口。在图2示意的简化GPRS参考模型中,可以认为WLAN和GPRS间松耦合主要在Gi参考点,WLAN旁路GPRS网络,数据直接接入到分组数据网(PPN -- Packet Data Network)。而在紧耦合中, WLAN数据流量通过Gb或Iu-PS参考点连接到GPRS核心网再送至外部PPN,详见图2。


亚星游戏官网-yaxin222
      图2 WLAN数据流量通过参考点连接到GPRS核心网再送至外部PPN


三、紧耦合系统结构

  紧耦合结构一般具备上述方案1至4的要求。若依靠WLAN技术支撑类似GPRS Release 1999 QoS 性能,紧耦合结构还需满足方案5的要求。图3示意802.11 WLAN和GPRS网络的互工作紧耦合结构。
亚星游戏官网-yaxin222
                图3 802.11 WLAN和GPRS网络的互工作紧耦合结构


  802.11 WLAN连接到Gb接口,该结构具有下述特点:

  * 跨越WLAN和GPRS网的无缝隙业务连续性,当业务在WLAN和GPRS覆盖区来回移动时,能够保持无隙缝业务连续性;

  * 复用GPRS AAA;

  * 复用GPRS核心网资源,用户数据库,计费系统;

  * 安全性;

  * 接入获取核心GPRS业务。如:短消息业务(SMS),基于位置业务,多媒体消息业务(MMS)。

  3.1 系统

  WLAN网络具有多个接入点(AP -- Access Point),多个接入点连接成分布式系统(DS -- Distribution System),在图3中DS为IEEE 802.3的 LAN,AP作为基站,单个AP的覆盖区称之基本业务集(BSS -- Basic Service Set),移动站仅与AP交换数据,每个WLAN由若干个BSS组成并构成扩展业务集(ESS -- Extended Service Set)。

  WLAN网络可作为备用RAN网络,以标准Gb接口与GPRS核心网相联。WLAN作为系统中GPRS路由区(RA -- Routing Area),GPRS核心网不区分WLAN无线路由区和GPRS无线路由区。系统关键功能单元是GPRS互工作功能(GIF-- GPRS Inter working Function),它以Gb接口与SGSN相联,给GPRS核心网提供标准接口。 现有GPRS协议,如逻辑链接控制(LLC -- Logical Link Control),与子网相关收敛协议(SNDCP -- Sub network Dependent Convergence Protocol), GPRS移动性管理(GMM -- GPRS Mobility Management)和会话管理(SM -- Session Management)均用于GPRS和WLAN覆盖区,WLAN仅给GPRS协议提供新的无线传输途径。

  当MS位于WLAN覆盖区之外,WLAN接口处于被动扫描状态。检验业务识别器(SSID -- Service Set Identifier)作为WLAN的识别器帮助MS接入WLAN。一旦,在指定频段搜索接受到信标信号,就检验SSID并与已识别SSID进行比较。当MS检测到SSID时,运行鉴权算法,并传输GPRS信令。

  双模MS可以无隙缝地同时支撑接入GPRS 和WLAN,采用RA更新(RAU -- RA Update)过程承担GPRS核心网的无隙缝移动性管理。当MS进人WLAN覆盖区,启动RAU过程,在WLAN接口中传输子序列GPRS信令和用户数据。GPRS核心网把GPRS 和WLAN间的越区切换视为两个单独小区的越区切换。

  在802.11 WLAN中,MS把IEEE 802地址作为介质接入控制(MAC)地址和DS地址。如图3示意,WLAN中MS把上行GPRS流量送至GIF的MAC地址,下行GPRS流量从GIF送至MS的MAC的地址。
亚星游戏官网-yaxin222
                              图4示意在Gb接口上紧耦合结构的参考图


  图4示意在Gb接口上紧耦合结构的参考图。其中,MS有两个无线子系统,一个用于GPRS接入,另一个用于WLAN接入。当MS具备有效AP时,WLAN适配功能(WAF -- WLAN Adaptation Function)通知LLC层,把信令和数据送至WLAN。

  3.2 协议结构
亚星游戏官网-yaxin222
                       图5为在Gb 接口上紧耦合系统协议结构。

  图5为在Gb 接口上紧耦合系统协议结构。其中,两个无线子系统支撑传输GPRS信令和用户数据。第一个无线子系统由GPRS指定的无线链接控制(RLC) /MAC物理层组成,而第二个无线子系统由802.11指定的MAC和物理层组成,两个子系统提供交替传输LLC分组数据单元(PDU—Packet Data Unit)。在 WAF帮助下,当MS位于WLAN区域之外,LLC PDU在GPRS接口Um上传输,而当MS位于WLAN区域内,LLC PDU在WLAN接口上传输。

  在移动模式的LLC和802.11 MAG互工作时,或在GIF模式的802.3 MAC和基站子系统GPRS协议(BSSGP)互工作时,MS和GIF的WAF均提供适配功能。

  GIF实行Gb接口的GPRS协议,AP实行802.11 和802.3协议。

  3.3 WLAN适配功能

  紧耦合系统的主要单元是WLAN适配功能(WAF),位于双模MS 和GIF中,WAF支撑互工作功能。在WAF帮助下,可在802 .11 WLAN上传输GPRS信令和用户数据。

  WAF提供下述功能:

  * 当MS进入WLAN区域内,WAF激发WLAN接口。当MS进入WLAN区域内并与AP建立联系时,WAF启动RA转换至GMM。

  * 支撑GIF/RAI发现过程,即MS启动寻找GIF的MAC地址和WLAN的RAI。

  * 当SGSN寻呼MA时,WAF支撑在Gb接口的寻呼过程并给MS发出信令。

  * 以802.11 MAC提供的传输业务把来自MS的上行LLC PDU送至GIF,把来自GIF的下行LLC PDU送至MS。

  * 以GIF 和MS的传输调度支撑QoS。

  * 变换WAF分组头中临时逻辑链路识别(TLLI -- Temporary Logical Link Identities)和QoS信息。
亚星游戏官网-yaxin222
                         图6 上行链路分组头和WAF PDU格式


  上行链路分组头和WAF PDU格式示图6,每个LLC PDU组装成WAF PDU格式,分组头中含有TLLI和QoS。为支撑寻呼过程,GIF利用TLLI更新内部映射表,利用802 MAC地址纠正与IMSI 的相关性。利用TLLI和802 MAC把来自GIF的下行LLC PDU送至Gb接口并纠正WLAN的移动性。在上行链路用于MS和GIF的QoS中,含有峰值吞吐量,无线优先权和RLC模式等信息。而在下行链路,不需给MS传输QoS信息。

  3.4 GIF / RAI发现过程

  在MS进入WLAN区域内与AP联系后,GIF / RAII发现过程是马上实行的关键过程。MS的WAF启动下述过程:

  * 发现GIF的MAC地址,把上行链路的LLC PDU送至MAC地址。

  * 发现WLAN网络的RAI。

  * 给GIF发出MS的IMSI, GIF运用IMSI支撑GPRS寻呼过程。一旦有MS的IMSI,GIF把来自SGSN的寻呼信息发出。
亚星游戏官网-yaxin222
                      图7 在GIF / RAI发现过程的信令流程


  图7说明MS获取AP后,在GIF / RAI发现过程中,启动信令流程。MS中WAF向MAC请求发射MS MAC的源地址(SA -- Source Address)和终地址,包含地址Addr1,addr2,Addr3的PDU。PDU是GIF / RAI发现过程中包含MS IMSI的

  请求信息,PDU指向包含BSSID 的AP,AP把此信息广播至DS并被GIF接收。GIF中WAF以GIF / RAI发现过程响应,MS接收该响应并存储GIF地址。GMM启动GPRS RAU过程,在WLAN上运行GPRS信令和用户数据。在紧耦合系统的WAF支撑下,MS可无隙缝地在WLAN和GPRS间接入移动,运用GPRS可进行移动性管理。
亚星游戏官网-yaxin222
                 图8 WLAN 与GPRS在IP网上的松耦合系统结构


四,松耦合系统结构

  图8示意WLAN 与GPRS在IP网上的松耦合系统结构。与紧耦合系统比较,WLAN数据流没有通过GPRS核心网,而直接链接到IP网上。基于SIM的鉴权可同时支撑接入WLAN和GPRS获取业务。松耦合系统结构采用标准IETF协议用于鉴权,计费和移动性管理,不必把蜂窝网技术引到WLAN网上,漫游可跨越各种类型WLAN。

  4.1 鉴权

  图9示意在WLAN网中运行的类似GPRS鉴权,也可采取基于SIM的鉴权。
亚星游戏官网-yaxin222
                   图9 在WLAN网中运行的类似GPRS鉴权


  蜂窝接入网关(CAG -- Cellular Access Gateway) 在IP核心网中提供AAA业务,对WLAN用户也起到鉴权功能, CAG和HLR一起可用于MS的鉴权查询和证实响应。WLAN中扩展鉴权协议(EAP -- Extensible Authentication Protocol) 支撑MS 的鉴权,用户识别,基于SIM的鉴权数据和会话密钥。图9中信令遵循802.1X原理和GSM / AKA鉴权。在MS与AP联系后,启动鉴权过程。即:MS发出EAP-Over-WLAN(EAPOW) 初始信息启动802.1X鉴权步骤2和3。以标准EAP申请和响应信息识别MS,发出接入申请信息,AP启动RADIUS和CAG会话,CAG使用IMSI和识别信息来驱动HLR地址。在步骤5和6,CAG从HLR捡索鉴权信息,如UMTS鉴权信息,GSM鉴权信息,鉴权信息中含有随机查询(RAND)或希望查询(XRES)。在步骤7和8,RAND送至MS,在SIM中运行鉴权算法并产生查询响应信息(SRES)。在步骤9和10,SRES传输至CAG并与从HLR接收的XRES比较。在两数值匹配时,步骤11产生RADIUS接入准许并准许AP证实802.1X接口。在步骤12,AP发射标准EAP信息和EAPW关键信息用于MS的密钥。

  图10示意上述鉴权的协议结构,运用GSM AKA和UMTS AKA机理。


亚星游戏官网-yaxin222
                   图10 运用GSM AKA和UMTS AKA鉴权机理


  4.2 加密

  802.11 WLAN标准的加密技术,如有线等效密码(WEP -- Wired Equivalent Privacy)有不足之处。在EAP的帮助下,WEP采取特殊会话密钥可运用到WLAN的用户中。图10 运用GSM AKA和UMTS AKA鉴权机理

  4.3 计费

  在松耦合结构中,以计费调解功能支撑综合计费。WLAN中AP通过AAA向CGA报告综合计费数据,GPRS核心网也报告从属GPRS的计费统计数据,计费系统可以是现有GPRS系统,或者ISP使用的基于IP系统。

  4.4 会话移动性

  紧耦合结构以GPRS移动性管理用于会话移动性,而在松耦合结构中,移动IP (MIP--Mobile IP)提供跨越GPRS和WLAN的会话移动性。MIP框架含有MIP用户,外来代理(FA)和本地代理(HA)。GPRS的FA位于GGSN中,WLAN的FA位于接入路由器中。而HA位于IP网中,当MS从GPRS移至WLAN时,通过WLAN的FA与HA进行MIP注册,把转交地址给MA作为MS的前向地址。FA与转交地址一起作为代理权,MS在移至WLAN时,不改变IP地址。

结束语

  WLAN和蜂窝数据网互工作的需求推动WLAN技术发展,全球相继成立许多标准组织进一步开发WLAN技术并融合至蜂窝数据网中。

  WLAN和蜂窝数据网有两种融合方式,即:紧耦合系统和松耦合系统。在紧耦合系统中,WLAN连接GPRS是通过标准接口Gb, Iu-P或优化WLAN性能的接口。事实上,紧耦合系统提供WLAN和GPRS间坚实耦合,其优越之处是基于GPRS移动性管理协议来增强跨越两网移动性,复用GPRS鉴权,论证,计费,保护GPRS核心网资源,用户数据库和计费系统,支撑SMS,GPRS业务等。尽管如此,紧耦合系统存在不易支撑第三方WLAN的缺点,这是目前采用松耦合系统的原因。松耦合系统主要基于IETE协议,以MIP支撑跨越两个接人网的移动性。

  互工作结构的优化选择是由多种因素决定的。如:网由WLAN和蜂窝网构成的,最佳选择是松耦合系统。而WLAN网是由蜂窝网构成的,则紧耦合系统就具有吸引力。当前的趋势是采取松耦合和基于SIM的鉴权和计费机理,其好处是用户可复用SIM卡或USIM卡在WLAN上接入获取无线数据业务。其缺点是相比紧耦合而言,其会话移动性能力受到限制。

举报本楼

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册 |

手机版|C114 ( 沪ICP备12002291号-1 )|联系大家 |网站地图  

GMT+8, 2024-11-29 09:45 , Processed in 0.273041 second(s), 15 queries , Gzip On.

Copyright © 1999-2023 C114 All Rights Reserved

Discuz Licensed

回顶部
XML 地图 | Sitemap 地图