WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)在互通中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

WiMAX是一項(xiàng)新興的無(wú)線通信技術(shù)，基于IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供無(wú)線寬帶接入，實(shí)現(xiàn)面向IP的高速無(wú)線連接。但目前WiMAX主要應(yīng)用為固定、便攜或者低速移動(dòng)接入，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期和中期并不支持高速移動(dòng)下的無(wú)縫切換，由于技術(shù)的成熟與商用的進(jìn)程需要一個(gè)較長(zhǎng)周期，初期的WiMAX建設(shè)可能僅限于熱點(diǎn)覆蓋和企業(yè)接入等。而2G/3G移動(dòng)通信系統(tǒng)具有支持快速切換以及全網(wǎng)覆蓋的語(yǔ)音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。兩種網(wǎng)絡(luò)的互通和融合將有助于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，讓移動(dòng)用戶在不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中既能利用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)各自不同的特性，又能獲得一致的業(yè)務(wù)訪問(wèn)。

3GPP為規(guī)范WLAN接入與3GPP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互通，定義了不同層次的互通需求，這些不同的層次被區(qū)分為6個(gè)場(chǎng)景,每個(gè)場(chǎng)景對(duì)WLAN接入與3GPP系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)有著不同的需求。由于WiMAX和目前的3GPP接入，如GERAN、UTRAN等在速率上的差異，很難實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的無(wú)縫業(yè)務(wù)，因此本文主要關(guān)注于WiMAX對(duì)3GPP PS業(yè)務(wù)的訪問(wèn)以及業(yè)務(wù)連續(xù)性，即場(chǎng)景3和場(chǎng)景4。雖然目前3GPP所定義的一些架構(gòu)能夠?yàn)閺腤LAN接入的3GPP用戶實(shí)現(xiàn)上述需求，但畢竟是針對(duì)WLAN制定的，真正推廣到其他IP接入方式仍然需要通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷囊赃m應(yīng)具體的接入方式。因此，WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)的互通方案需要在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行具體分析。在主要針對(duì)核心網(wǎng)，并假定用戶使用能夠支持3GPP接入和WiMAX接入的雙模終端，且在接入網(wǎng)側(cè)支持兩種接入方式之間的切換的前提下，WiMAX與3GPP分組交換網(wǎng)絡(luò)的互通主要有四種方式。

GAN方式? GAN（普通接入網(wǎng)絡(luò)）重用了包括電路交換域和分組交換域在內(nèi)的移動(dòng)核心網(wǎng)。接入網(wǎng)采用WLAN或藍(lán)牙技術(shù)，并以IP作為接續(xù)技術(shù)，可以在公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中提供GSM/GPRS業(yè)務(wù)并能和蜂窩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換和漫游。在GAN架構(gòu)下，當(dāng)使用WiMAX作為3GPP網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入方式時(shí)，WiMAX提供空中接口和基于IP的接入，而核心網(wǎng)則可以重用GSM/GPRS的核心網(wǎng)設(shè)備，包括MSC、SGSN、GGSN、HLR等，因此3GPP用戶可以利用WiMAX接入來(lái)訪問(wèn)各種3GPP CS、PS業(yè)務(wù)，從而可以實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場(chǎng)景3和4。

GAN的不足之處在于對(duì)終端的要求過(guò)高。一般的WiMAX終端是IP終端，為了使用GSM/GPRS業(yè)務(wù)，需要在終端上增加對(duì)GSM無(wú)線接入網(wǎng)第三層協(xié)議和GPRS協(xié)議的支持，另外，還需要增加對(duì)GAN特定協(xié)議的支持。

3GPP所定義的GAN架構(gòu)中，UE和GANC之間需要建立IPsec隧道，用于承載各種信令和用戶數(shù)據(jù)，這種機(jī)制是基于WLAN接入不為3GPP核心網(wǎng)所信任的假設(shè)。由于WiMAX本身采用了比較完備的認(rèn)證機(jī)制和空口安全機(jī)制，因此當(dāng)WiMAX接入網(wǎng)與3GPP核心網(wǎng)為同一運(yùn)營(yíng)商所部署或部署這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商之間有信任關(guān)系時(shí)，可以認(rèn)為WiMAX接入網(wǎng)對(duì)于3GPP核心網(wǎng)是可信的，在這種情況下可以通過(guò)省略IPsec隧道來(lái)簡(jiǎn)化終端上的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。I-WLANI-WLAN能夠?qū)?GPP的業(yè)務(wù)和功能延伸到WLAN的接入環(huán)境中，從而3GPP用戶可以在WLAN的覆蓋中通過(guò)WLAN來(lái)訪問(wèn)基于PS的業(yè)務(wù)。I-WLAN的架構(gòu)也能夠應(yīng)用于WiMAX接入3GPP系統(tǒng)。

在基于WiMAX的I-WLAN架構(gòu)中，WiMAX CSN（連接業(yè)務(wù)網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP之間的互通功能，包括IP連接管理、R3接口與Wa、Wn接口的橋接以及NAT(網(wǎng)絡(luò)地址翻譯)等。3GPP的AAA Server用于實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證，而WiMAX CSN中的AAA Server則可以用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備認(rèn)證以及移動(dòng)IP中的密鑰分發(fā)等。WAG、PDG等網(wǎng)元的功能仍然依據(jù)3GPP所定義的功能。

在3GPP的網(wǎng)絡(luò)中，I-WLAN是一個(gè)與PS平行的架構(gòu)，I-WLAN的PDG是連接到外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)管，能夠?qū)崿F(xiàn)APN的解析功能，其位置相當(dāng)于GGSN，功能也和GGSN很類似。WiMAX接入網(wǎng)中的用戶可以通過(guò)PDG來(lái)訪問(wèn)各種PS業(yè)務(wù)平臺(tái)。基于I-WLAN能夠?qū)崿F(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)的互通場(chǎng)景3。

I-WLAN架構(gòu)中，UE和PDG之間使用IPsec來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隧道，用于封裝UE與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的IP分組。由于WiMAX本身的安全性較高，IPsec對(duì)于WiMAX組網(wǎng)不是必需的，不采用IPsec能夠降低系統(tǒng)的復(fù)雜性并提高性能。另外，可以把隧道端點(diǎn)從UE移到WiMAX與I-WLAN的互通網(wǎng)元上，從而進(jìn)一步降低對(duì)終端復(fù)雜性的要求。在WiMAX與I-WLAN適配時(shí)，WiMAX? IP是WiMAX網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所使用的IP，可以由CSN中的DHCP分配。WiMAX IP和Remote IP也可以使用同一個(gè)IP地址。

松耦合方式 松耦合方式是指WiMAX網(wǎng)絡(luò)和3GPP網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)和部署，WiMAX對(duì)基于PS的業(yè)務(wù)的訪問(wèn)直接基于IP訪問(wèn)。

WiMAX通過(guò)與3GPP之間的松耦合方式能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署，無(wú)需增加新的核心網(wǎng)網(wǎng)元，不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)3GPP用戶基于WiMAX接入來(lái)訪問(wèn)PS業(yè)務(wù)，但松耦合方式不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的認(rèn)證、訪問(wèn)控制和計(jì)費(fèi)。因此，即使在松耦合的方式下，也應(yīng)盡量打開WiMAX AAA Proxy/Server與3GPP AAA Server或HLR/HSS之間的接口，以實(shí)現(xiàn)用戶簽約數(shù)據(jù)的共用以及統(tǒng)一的認(rèn)證、授權(quán)等。

SAESAE是3GPP PS的未來(lái)演進(jìn)架構(gòu)，主要思想是簡(jiǎn)化現(xiàn)有PS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)元整合和功能的重新劃分，減少業(yè)務(wù)處理的中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化。SAE的規(guī)范中包含了關(guān)于非3GPP定義的其它IP接入方式接入到演進(jìn)的PS核心網(wǎng)的內(nèi)容。

在非漫游場(chǎng)景下，SAE使用PDN SAE Gateway來(lái)作為3GPP系統(tǒng)與非3GPP系統(tǒng)之間的錨定，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和PS會(huì)話的切換。Serving SAE Gateway在非漫游場(chǎng)景下，用于3GPP系統(tǒng)的移動(dòng)性錨定；漫游場(chǎng)景下，當(dāng)WiMAX接入到拜訪PLMN時(shí)，Serving SAE Gateay也用于WiMAX接入的錨定。

基于SAE架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)WiMAX接入對(duì)3GPP PS業(yè)務(wù)的訪問(wèn)，WiMAX與3GPP系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)連續(xù)性可以通過(guò)系統(tǒng)之間的移動(dòng)性錨定來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此基于SAE架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)WiMAX與3GPP系統(tǒng)互通場(chǎng)景3和場(chǎng)景4。但目前，SAE架構(gòu)還處于相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)制訂中，商用還有待時(shí)日。