WLAN网络建设策略及其与3G网络融合分析

[摘要]文章分析了WLAN业务定位和发展现状，论述7WLAN的网络建设策略，结合WLAN与3G网络融合方案，对松耦合架构和紧耦合架构进行了对比分析。

[关键词]WLAN 3G　融合架构松耦合　紧耦合全业务运营

1　引言

随着电信业重组的深化，宽带接入业务的竞争越发激烈，同时，智能终端逐渐普及，资费不断下降，多媒体业务日益丰富，用户对移动宽带的需求日益强烈，数据流量剧增。宏网络逐渐成为业务发展的主要瓶颈，而且由于数据业务的不均衡性，热点区域尤为突出。传统方案是通过扩容来加大覆盖，这势必带来成本压力，运营商希望寻找一种低成本接入方式分担流量。

鉴于WLAN技术具有高带宽、成本廉价和应用普及等优势，WLAN可作为固定宽带接入和移动数据业务的有效补充：对于固定宽带接入业务，WLAN可以提供最后100米接入的无线延伸，大大方便了用户的使用，使固定宽带接入移动化；对于移动数据业务，将WLAN和3G融合，终端既能够通过WLAN访问大流量的Internet业务，以减少对3G的带宽压力，又能够通过WLAN访问运营商的PS域业务(例如MMS、手机邮箱、手机下载等)，并可以利用3G的电信级能力补充WLAN功能(例如认证、计费、精细的业务控制)。

因此，发展WLAN业务，对于电信运营商发展宽带战略，在全业务运营环境下确立宽带竞争优势，实现固网和移动业务融合具有重要意义。

2　WLAN业务发展现状

WLAN业务在国外发展得比较早，目前已经得到广泛应用。北美市场是最活跃的WLAN市场，在美国除传统运营商，如Verizon、AT&T等陆续提供WLAN业务之外，众多的ISP，如MobilePro、MetroFi、EarthLink，甚至GoogIe和IBM公司都推出了其WLAN服务。在欧洲，瑞典的Telia于1999年10月最早推出了P-WLAN接入服务Home Run。BT(英国电信)2005年时在全球的热点数量就已达到17000个，还推出了BT FON业务，鼓励用户分享自己家中的无线信道为来访用户提供接入。法国电信则通过公共热点覆盖区与企业解决方案的捆绑，实现了规模覆盖、漫游。

在中国，WLAN业务发展主要有两种形式，即运营商推动的市场和政府主导的无线城市。中国移动的“随e行”是面向商务人士、集团客户推出的无线上网服务，用户可通过笔记本电脑、PDA等终端以GPRS／WLAN接入因特网和企业网。中国电信2007年加速了WLAN网络建设，其全国WLAN漫游产品主要面向“我的e家”和“商务领航”客户，通过该产品填充套餐内涵，提升品牌价值。除在家庭中提供WLAN覆盖外，中国电信也扩大了公共热点地区的覆盖范围。2011年年初，中国联通向后付费手机用户提供了免费WiDi体验活动。

3　WLAN网络建设策略

WLAN的建设方式，可以根据市场情况，遵循有效降低投资风险的原则，采用独立建设或合作建设策略。

3.1独立建设方式

独立建设主要针对客流量大的重点区域，包括机场候机厅、火车站和重要长途客运站的候车厅、会议或会展中心、学校图书馆与宿舍区、公司营业厅等。独立建设的优点是，可进行统一的网络规划，设备选择和运营管理方面具有较大的主动性和灵活性，方便实现用户的统一管理和服务；缺点是投资较大，有一定风险性。

WLAN业务区域分为漫游区域、封闭区域、半封闭区域三种类型。在公众热点地区(如机场、酒店、写字楼、会展中心等)部署WLAN网络，为客户提供可漫游的WLAN业务；同时。选择封闭／半封闭区域(如学校)进行WLAN网络部署，为客户提供区域性WLAN业务。WLAN业务系统需要对不同热点地区区域类型进行标识，识别区域类型可以使用接入设备(BAS设备)的IP、端口号、VLAN lD等信息。

WLAN网络建设需要满足如下要求：

(1)多种计费方式

支持基于时长和流量的多种计费形式，在未来市场环境成熟时，支持基于QoS的计费。

(2)用户漫游、认证和计费

支持固话用户、手机用户、全国预付费卡用户及省内宽带用户在WLAN覆盖范围内的漫游识别、认证和计费。通过支持漫游用户的认证计费报文转发功能，实现用户在不同运营商WLAN覆盖网络之间漫游的功能。

(3)安全的数据业务接人

为用户提供安全的WLAN接八方式，保护合法用户的认证和数据信息，防止非法用户的入侵。

(4)热点地区局部无缝切换

支持wLAN业务用户在热点地区不同AP设备间的无缝切换而不中断用户数据连接。

3.2合作建设方式

合作方式包括合建或者连锁加盟。合建是指双方共同提供接入、认证、计费等系统设备及线路、电源等配套设备。此种模式适合于有内部无线局域网需求但尚未建设无线局域网的客户，如写字楼或政府、企业办公楼等场所。内部无线局域网满足其自身办公需求，通过增配运营商WLAN公网网络标识(SSlD)保证在该区域可为用户提供WLAN公网服务。

连锁加盟方式适合已经自建无线局域网且有提供收费业务意向的业主，如酒店、咖啡馆、茶餐厅等休闲场所，运营商以业务置换、租用、合作分成等方式取得业主设备的使用权。对于连锁加盟的区域，为用户提供统一品牌、统一服务的WLAN业务。

合作建设方式有助于降低公司建网成本，降低公共热点区域的进入门槛，迅速扩大网络规模。

4　WLAN与WCDMA融合网络

对于全业务运营商来说，如果能将WLAN和3G网络有机地结合起来，以3G网络的广泛覆盖能力弥补WLAN覆盖范围小的缺陷，在热点区域以WLAN的高速数据业务接入弥补3G网络数据业务接入速率较低的不足，将会达到优势互补的良好效果。

然而WLAN最初是针对公司和家庭网络设计的，缺乏公共环境中的很多特性。WLAN网络中的AP(AccessPoints)可以将有线网络和无线网络连接起来，但目前的WLAN协议只定义了物理层和MAC层，而不涉及上层，这意味着认证过程取决于ISP所采用的具体架构和认证协议，而这在不同的ISP间各不相同；其次，现有的标准没有定义向用户提供的服务的特点，如QoS；现在也没有公认的移动管理机制，使用户可以在不同ISP所提供的WLAN网络间进行无缝漫游。

3G网络中的BS(Base StatiORS)和RNC(RadioNetwork Controllers)负责连接有线和无线网络。在WCDMA中，SGSN(Serving GPRS Service Nodes)和GGSN(Gateway GPRS Service Nodes)将数据包通过运营商的核心网传送到Internet。和WLAN网络不同，3G协议包含MAC以上各层，所以认证过程、服务质量保 证、移动管理等协议都被标准化，用户完全可以在由不同运营商所提供的3G网络间无缝漫游，只要它们之间有漫游协议。但是，它们针对其他无线接入网络(例如WLAN网络)的扩展却存在很多兼容性问题。

3G网络和WLAN的融合有两种不同的方案，分别称为松耦合方式和紧耦合方式，如图1所示：

4.1松耦合方式

松耦合方式需要在WLAN网络中加入WLAN网关，但是松散集成的网关是和Internet相连的(如图1所示)，而不会直接连向GGSN、3G核心网络交换机等3G网络元素。访问WLAN网关的用户不仅包括本地注册用户，还包括来自其他网络的移动用户。wLAN和3G的数据路径完全分离开来，WLAN数据流量不注入3G核心网。在这种方案中，不同的协议和机制分别处理3G和WLAN中的认证、记帐和移动管理。3G网络的AAA服务器位于2G／3G核心网络中，支持从HLR获取认证和签约数据，完成统一认证和WLAN计费功能。

松耦合方式的优势：

(1)对现有网络改动最小，实现两个网络融合的技术要求较低。松耦合方式基于移动IP的原理，允许对WLAN和3G网络进行独立的配置及流量管理，WLAN和3G网络相互独立，互不影响。由于移动IP避免了对底层网络的修改，现有网络无需升级改造，只要添加相应的家乡功能，用户终端也只需实现移动lP协议。

(2)3G运营商不需要额外的资金投入就能从其他提供商的WLAN网络中获益。同时，它们可以继续使用规范的工程技术和方法来部署3G。一方面，同多个合作者的漫游协议能提供对广泛分布的网络的访问。另一方面，注册用户可以在只有一个服务提供商的情况下实现对所有网络的访问。他们不再需要和不同地域的提供商都建立单独的帐目关系，或者是拥有不同的接入技术。由于采用移动lP技术实现WLAN与3G移动通信网的数据互联，所以WLAN和3G移动通信网可以独立地发展，适合多个运营商共同提供无线数据业务的局面。

(3)WLAN作为3G网络的补充形式与移动网络相结合。WLAN只是与3G网络分享对AAA的使用，避免了两种不同的接入技术所带来的数据流量到3G核心网络节点的混合。分享AAA的架构，使3G运营商在3G和WLAN混合的网络环境中可以使用一致的用户鉴权机制，实现统一认证和统一账单。

尽管松散集成有其自身优势，但是它也存在着较大的缺陷：

1)当用户采用双模终端时，必须采用移动IP的方式才能实现移动终端在两个网络间的切换，需要对移动终端进行大量的修改；

2)两个网络问仅共用一个鉴权服务器，融合程度较低；

3)不同业务区间无法相互分担负荷；

4)由于网络建设的独立性，众多WLAN无法成片覆盖，产生“孤岛”效应。

4.2紧耦合方式

紧耦合方式是让WLAN网络对3G核心网络来说，如同另外一个3G接入网络。WLAN网络模拟3G接入网的功能，通过增加WLAN网关对3G核心网隐藏了WLAN网络的细节。数据通道通过新建的WAG(WLAN AccessGateway)和PDG(Packet Data Gateway)实现PS业务的接入，实现wLAN和3G的统一接入。为实现wLAN与3G网络间的漫游和无缝切换的功能，一种方案是使用移动IP，另一种方案是将PDG拆分成TTG(TunnelTermination Gateway)与GGSN的方式，TTG完成用户隧道到GTP隧道的映射功能，GGSN部分与PS域GGSN功能一致，其中AAA服务器、WAG、TTG功能可以考虑合入一个物理实体，使之具备Gn接口功能，与PS域SGSN GGSN做到互联互通，实现漫游和无缝切换功能。

紧耦合方式的优势：

(1)紧耦合的互联方案把wLAN看作移动网络的无线接入部分，通过已有的接口相连接。这种方式非常适合移动运营商扩充自己的网络能力。

(2)WLAN网络采用和3G相同的方式与3G的核心网相连，这一方式充分利用了3G核心网络已有的移动、鉴权、记帐和安全等方面的功能，保护3G运营商的投资。

(3)可以采用统一的接入服务器为两个网络提供接入服务，能方便地把新业务推广到两种网络中。基于3GPP分组域的所有业务均可在WLAN环境下得到支持，且基本能够具有相同的QoS保障(需要完成3GPP和WLAN无线资源的映射)。

(4)不同业务区间可以相互分担负荷。

(5)可以在WLAN加密的基础上，在上层使用3G的鉴权和加密机制，从而增强WLAN的安全性。

现有的紧耦合架构存在如下挑战：

(1)实现技术难度大，需要升级和改造现有的网络设备。3G移动网络和wLAN相比，具有非常不同的移动模式和业务流量特性，对3G骨干传送网提出了新要求。

(2)所有的信令消息和数据最终都要通过3GPP网络传送，加重了3GPP核心网络的负担。尤其是大量频繁的数据交换业务(如视频)，容易在3GPP网络中形成瓶颈，同时对SGSN、GGSN的容量也提出了挑战。

(3)应用面有限。WLAN在二者关系中处于从属地位，一般归属于3GPP网络运营商，较适合于WLAN为3G运营商所拥有的情况，不适宜在其它场景中应用。

(4)客户端设备的代价非常大。紧耦合对移动终端有特殊要求，一般采用双模终端，不支持普通的WLAN终端。为了直接与3G核心网络相连，需要重新修改和定制已有的WLAN产品，并且支持3G的WLAN设备也是不同的。用户设备需要支持双工网络接口，WLAN网关也需要实现必要的3GPP协议栈，其中涉及软硬件的较大修改，实现复杂度高。必须在WLAN的认证中使用3G特有的基于通用SIM卡的认证机制。

5　结束语

对于电信运营商来说，全业务运营是大势所趋，是继移动和宽带大发展后的第三次大发展浪潮。全业务运营必然要求从业务、终端、网络到运维等各个方面的全方位融合，而网络融合则是实现全业务运营的基础。运营商通过WLAN的部署及与3G网络融合，可以有效地促进固移融合业务的发展，提升用户体验，增强企业竞争力。