WLAN和GPRS的融合

2019-11-03 09:13:04

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供稿：網友

寧錄游張中兆

哈爾濱工業大學通信技術研究所

　　【摘要】WLAN是近幾年快速發展的一項無線接入技術，GPRS則是一種高速分組數據交換技術，WLAN和GPRS技術的融合可以到達優勢互補。本文介紹了WLAN和GPRS網絡相互融合的解決方案，并對其鑒權、計費和漫游模式進行了探討。

1 WLAN和GPRS融合的益處

　　無線局域網WLAN是指采用無線傳輸媒體的計算機局域網，它由無線網卡、無線接入點AP（access Point）、計算機和有關設備組成。WLAN具有不需物理布線、組網靈活快捷、可移動性強、傳輸速率高、信號比較穩定等優點，通過部署足夠的AP可覆蓋一部分區域，用戶可以在這些AP間實現無縫漫游。但是WLAN的一個AP的覆蓋范圍只有幾十至一百米，若組建廣域網絡并沒有優勢，它最適合在機場、酒店、咖啡廳等熱點地區提供無線接入服務。

　　GPRS作為一種2.5G技術，是從GSM走向3G的一個必經階段，它的引入使得現有的GSM移動通信系統提供的數據速率從9.6kbps躍至115kbps以上，極大地提高了移動用戶的移動數據通信能力。對于GPRS網絡來說，其覆蓋范圍遠遠高于WLAN，可達幾十千米；但它的數據傳輸速率較低。因此，對于移動運營商來說，如果能夠將GPRS和WLAN有機的結合起來，充分利用GPRS網絡的廣泛覆蓋能力，可以在保證用戶與網絡連接不間斷的同時彌補WLAN覆蓋范圍小的不足；在熱點地區則利用WLAN的高數據傳輸率來彌補GPRS網絡數據傳輸率低的缺點。同時，由于WLAN是由局域網技術發展而來，并沒有完整的鑒權計費機制，對于移動運營商來說，要利用WLAN提供廣泛的接入服務，可以充分利用移動通信網絡的認證計費體制，保護現有投資，真正實現優勢互補。

　　WLAN和GPRS的融合方案有兩種：松耦合和緊耦合，它們有各自不同的優缺點，下面分別加以介紹。因為目前在國內應用的WLAN產品絕大多數都是遵循IEEE802..11標準的產品，因此，以下的討論中WLAN標準均以IEEE802.11為例。

2 松耦合融合方案

　　松耦合時WLAN不與GPRS核心網CN發生聯系，而是直接通過Gi接口接入外部分組數據網，示意圖如圖1所示。圖1中，SGSN為服務GPRS支持節點，主要面向移動臺完成移動性管理、安全功能、接入控制和路由選擇功能。GGSN為網關GPRS支持節點，負責提供GPRS PLMN與外部分組數據網的接口，主要完成路由選擇、地址分配、網關、協議轉換、安全等功能。CG為計費網關，主要完成收集、存儲、轉送計費信息等功能。BG為邊界網關，主要完成PLMN間不同GPRS網絡的互通功能。

　　Gb為SGSN與基站子系統間的接口；Gs為SGSN與MSC/VLR之間的接口，SGSN通過Gs向MSC發送移動用戶的位置信息，同時接收MSC的尋呼請求； Gr為SGSN與HLR之間的接口，SGSN通過Gr獲取HLR中的用戶信息；Gc為GGSN與HLR之間的接口；Gp和Gn都是兩個GSN之間的接口，但Gn連接的是兩個相同的PLMN，Gp連接的是兩個不同的PLMN。Gi為GGSN與外部分組數據網的接口。Um為空中無線接口。

圖1 WLAN和GPRS松耦合互通網絡

　　松耦合方案中WLAN作為GPRS接入網的補充，二者的接入控制器完全獨立。WLAN可以與GPRS使用同一個用戶數據庫，但與GPRS核網CN沒有數據接口，也就是說，WLAN旁路GPRS網絡，直接接到外部分組數據網中。兩種網絡間的耦合程度極低，彼此互不干擾，一種網絡的建設和發展一般不會影響到另一種網絡。在松耦合方案中，WLAN上層協議使用的是標準的各種Internet協議，不必對協議棧進行改造。

3 緊耦合融合方案

　　緊耦合方案中，WLAN和GPRS無線接入網一樣，通過Gb接口直接接入GPRS核心網CN，WLAN的數據在到達外部分組數據網之前要經過CN。示意圖如圖2所示。

圖2 WLAN和GPRS緊耦合互通網絡

　　緊耦合方案中的WLAN的接入控制器通過Gb接口與SGSN相連，它為WLAN連入GPRS核心網提供了標準接口，對SGSN屏蔽了WLAN的特性，使得SGSN把WLAN看作是一個單獨的基站子系統；也可以將接入控制器合并到SGSN中。緊耦合方案中WLAN和GPRS盡可能地采用相同的固定網絡資源，彼此僅在無線接入部分相互獨立。也就是說，這種方案中WLAN是作為GPRS網絡的一個無線接入網存在的，使用GPRS網絡的鑒權、計費和認證，上層協議運行的是GPRS相關協議，因此需要對WLAN協議棧進行改造，增加與GPRS協議棧之間的接口。在緊耦合方案中，用戶使用雙模終端可以實現在WLAN和GPRS網絡間的無縫切換，對于GPRS核心網來說，用戶在兩個網絡間的切換就相當于在兩個獨立的小區間進行一樣。

4 兩種方案的比較

松耦合方案的優點有：

　　WLAN和GPRS網絡相互獨立，互不影響。

　　實現兩個網絡融合的技術要求較低，不需要對現有網絡設備進行大的升級和改造。

　　對移動終端沒有特殊要求，普通的WLAN終端也可接入。

　　應用面寬，既適合于WLAN為GPRS運營商所擁有的情況，也適用于WLAN為第三方運營商所擁有的情況。

松耦合方案的缺點有：

　　當用戶采用雙模終端時，必須采用移動ip的方式才能實現移動終端在兩個網絡間的切換，而且不能保證切換前后會話的連續性，不適合于對QoS要求較高的業務。

　　兩個網絡間僅彼此共用了一個鑒權服務器，融合程度較低。

　　不同業務區間無法相互分擔負荷。

　　網絡管理難度大。

緊耦合的優點是：

　　可以共用GPRS網絡的各種資源（如核心網資源、認證和計費系統等），保護GPRS運營商的投資。

　　可以采用統一的接入服務器為兩個網絡提供接入服務，可以方便地把新業務推廣到兩種網絡中。

　　采用雙模終端時，用戶可以實現在兩個網絡間的無縫切換，保證切換前后會話的連續性，對QoS支持較好。

　　不同業務區間可以分擔負荷。

　　支持GPRS網絡的業務如短信、彩信等。

　　安全性高。

緊耦合的缺點：

　　實現技術難度大，需要升級和改造現有的網絡設備。

　　應用面窄，較適合于WLAN為GPRS運營商所擁有的情況。

　　對移動終端有特殊要求，一般采用雙模終端，不支持普通的WLAN終端，選用哪一種耦合方案是由很多種因素決定的，總的來說，當網中存在許多不同的WLAN運營商和GPRS運營商時，松耦合方案是最好的選擇；當WLAN和GPRS為同一個運營商所有時，緊耦合方案更具吸引力。

5 鑒權、計費與漫游

　　用戶的鑒權和計費模式有兩種：一種是基于SIM卡的鑒權計費模式。這種模式通過GPRS網絡的HLR進行鑒權。移動終端可以采用支持WLAN和GPRS的雙模終端，可同時識別兩套網絡，當兩套網絡同時存在時，可任意選擇進入哪一個網絡。對于沒有采用雙模終端的用戶，當進入所屬的移動運營商布置了WLAN的熱點地區時，如果使用的是普通的WLAN網卡，則需要配置一個專門的讀取SIM卡的套件，這樣就可以得到一個唯一的用戶信息，接入控制器將用戶信息送到AAA服務器，系統會自動檢測該用戶在HLR中存放的用戶信息，檢查該用戶的合法性，合法則可以接入WLAN，同時RADIUS服務器可以提供計費信息。

　　采用基于SIM卡的鑒權計費模式的優點是可以充分發揮SIM卡的鑒權優勢，實時計費。為了解決上網時手機不能通話的矛盾，可以通過電腦安裝相應的軟件，在上網的同時通過電腦通話；或者發給用戶一個專門用于WLAN的SIM卡，與手機同一號碼，專門用于用戶身份識別，不支持手機通話，但對GPRS網絡的HLR要做適當修改。

　　另一種鑒權和計費方式是通過RADIUS進行認證和鑒權，用戶信息存放在RADIUS服務器中，當用戶接入WLAN時，接入控制器將用戶信息送到RADIUS服務器進行鑒權，通過后可以接入WLAN，接入控制器統計用戶流量，將流量信息傳送給交換中心，WLAN上網費用合并在用戶手機帳單上。這種方式對于WLAN終端沒有特殊的要求。

　　WLAN提供公共接入服務的另一個關鍵問題是漫游。當采用基于SIM卡的鑒權計費模式時，其漫游類似于GPRS用戶的漫游。而采用RADIUS的鑒權計費模式時，當用戶漫游到了外地，可以通過漫游地的RADIUS與用戶所屬地的RADIUS協商，最終完成該用戶的認證和鑒權。

6 發展前景

　　將GPRS與WLAN的優勢結合起來，可以實現廣域無線接入和熱點地區高速接入的自由轉換，更加切合經常出差、擁有筆記本電腦或PDA的商旅人士的需求，商旅人士將真正享受到隨時隨地無線上網帶來的方便和快捷，其對數據業務的較高需求將得到最大滿足。移動運營商也可以借此吸引高端用戶、擴大市場份額，提高自身的競爭力。

參考文獻

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----《移動通信在線》