張豪，韓慧蓮

（中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山西太原 030051）

0 引言

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G )具有較高的數(shù)據(jù)傳輸能力,可以提供廣域覆蓋和全球性漫游,但部署成本非常高。作為一種有廣闊前景的技術(shù),無(wú)線局域網(wǎng)( WLAN )正越來(lái)越受人關(guān)注,運(yùn)營(yíng)商也正考慮在熱點(diǎn)地區(qū)部署 WLAN ,作為其接入手段的一種補(bǔ)充。WLAN 能以較低的成本提供遠(yuǎn)高于 3G的數(shù)據(jù)速率。3G 與 WLAN 融合可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),既保留 3G 在計(jì)費(fèi)管理、漫游和安全方面的優(yōu)勢(shì),又能以較低的成本實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)地區(qū)覆蓋,兩者融合前景廣闊。

1 3G與WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WLAN是Wireless Local Area Network（無(wú)線局域網(wǎng)）的縮寫(xiě)，指應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)將計(jì)算機(jī)設(shè)備互聯(lián)起來(lái)，客戶可通過(guò)筆記本電腦、PDA等終端以WLAN隨時(shí)隨地接入互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)，獲取信息、娛樂(lè)或進(jìn)行辦公。支持多媒體功能，上傳下載，隨時(shí)欣賞網(wǎng)上影片或音樂(lè)。提供極速而穩(wěn)定的無(wú)線連接。在中國(guó)移動(dòng)WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)，客戶可以通過(guò)筆記本電腦、PDA等移動(dòng)終端，在配備WLAN上網(wǎng)卡時(shí)以無(wú)線方式高速接入互聯(lián)網(wǎng)/企業(yè)網(wǎng)，獲取信息、移動(dòng)辦公或者娛樂(lè)。

無(wú)線局域網(wǎng)因其成本較低，帶寬合理并且使用方便，目前已被廣泛運(yùn)用于辦公室，家庭，以及一些公眾場(chǎng)所，如機(jī)場(chǎng)，賓館等。但是它的不足之處是覆蓋范圍較小。

一個(gè)3G網(wǎng)絡(luò)由核心網(wǎng)(CN)，無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和用戶設(shè)備(UE)組成。3G業(yè)務(wù)可以使用兩套標(biāo)準(zhǔn)：UMTS和CDMA2000。3G核心網(wǎng)的主要功能是為用戶通信進(jìn)行轉(zhuǎn)交和尋址，核心網(wǎng)被分為電路交換域(CS)和分組交換域(PS)。電路交換域的成員包括移動(dòng)服務(wù)中心(MSC)，歸屬位置寄存器(HLR)，以及網(wǎng)關(guān)MSC，它們?cè)赨MTS和CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)中是相同的。而分組交換域的成員在這兩種標(biāo)準(zhǔn)中有所不同。如圖1所示。

GGSN是到達(dá)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，并且執(zhí)行對(duì)用戶的鑒權(quán)和IP地址分配功能；SGSN提供會(huì)話管理功能；PDSN節(jié)點(diǎn)結(jié)合了很多功能，如把分組傳送到IP網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)分配IP地址，以及獲得點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PPP)的會(huì)話；無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)為UE提供接入網(wǎng)絡(luò)的空中接口；PCF主要功能是建立，保持和中止與PDSN間的連接。

圖1 3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)有3G與WLAN相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的各種3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)策略和特性如表1所示。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置簡(jiǎn)單，但是切換時(shí)延較長(zhǎng)，不能支持實(shí)時(shí)服務(wù)；網(wǎng)關(guān)方式支持兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立工作，并且提供兩網(wǎng)間的無(wú)縫漫游；競(jìng)爭(zhēng)方式[1]開(kāi)展困難，因?yàn)檫@需要兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有者間的合作，但是這種方式的切換時(shí)延很短；緊耦合提供較快的切換和較高的安全性，但需要網(wǎng)絡(luò)所有者的合作；松耦合所需的開(kāi)發(fā)成本較低，并且兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立開(kāi)發(fā)，但是切換時(shí)延較長(zhǎng)。

表1 各種3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)策略比較

當(dāng)前所有對(duì)3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的研究，關(guān)注的都是當(dāng)一個(gè)與公眾網(wǎng)連接的用戶在3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)所需要的切換時(shí)延。與這些不同，本文主要是研究當(dāng)兩個(gè)用戶分別分布在IEEE 802.11b和UMTS網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，他們進(jìn)行通信的端到端時(shí)延。這里描述了兩種基本結(jié)構(gòu)，即將3G和WALN網(wǎng)絡(luò)分別通過(guò)SGSN和GGSN連接起來(lái)。通過(guò)仿真可以得到不同應(yīng)用類型下的端到端時(shí)延。3G和WLAN的結(jié)合如圖2所示。

當(dāng)UMTS和WLAN通過(guò)SGSN連接時(shí)，WLAN網(wǎng)絡(luò)對(duì)于UMTS核心網(wǎng)來(lái)說(shuō)是另一個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)，而不再是一個(gè)外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。WLAN的接入點(diǎn)(AP)此時(shí)需要能夠處理UMTS送來(lái)的消息。因此，當(dāng)WLAN的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)想要和UMTS中的用戶設(shè)備(UE)交換數(shù)據(jù)時(shí)，首先需要經(jīng)歷附著過(guò)程，把通信節(jié)點(diǎn)的位置通知給SGSN，并且建立一個(gè)包交換信令連接。WLAN的接入點(diǎn)(AP)負(fù)責(zé)向SGSN發(fā)送這樣的請(qǐng)求消息。附著過(guò)程在MN、SGSN和RNC三者之間進(jìn)行，附著之后MN就通過(guò)了UMTS網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)。

圖2 3G和WLAN的結(jié)合

3 仿真方案

以上介紹的網(wǎng)絡(luò)仿真模型可用OPNET10.0A]建立。OPNET是一個(gè)離散事件仿真器，它擁有強(qiáng)大的軟件包，能夠支持對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的仿真和評(píng)估。 仿真中將UMTS和WLAN連接起來(lái)，UMTS網(wǎng)包括RAN和一個(gè)帶有SGSN和GGSN的核心網(wǎng)，WLAN內(nèi)包含802.11b無(wú)線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(MN)。在通過(guò)GGSN連接的方式中，WLAN采用普通的接入節(jié)點(diǎn)。在通過(guò)SGSN連接的方式中，WLAN要采用能夠處理UMTS消息的特殊接入節(jié)點(diǎn)。仿真的目的是統(tǒng)計(jì)在這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，用戶數(shù)據(jù)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間傳遞所用的時(shí)延，從而比較兩種組網(wǎng)方式的性能。在仿真中可用4種不同類型的應(yīng)用來(lái)表示不同的傳輸方式，這4種類型包括了VoIP、FTP和HTTP，它們的各項(xiàng)參數(shù)如表2所示。

表2 仿真測(cè)試的各種應(yīng)用類型

從仿真結(jié)果可以看出來(lái)通過(guò)節(jié)點(diǎn)SGSN把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)有一些優(yōu)點(diǎn)，比如可以使用UMTS的鑒權(quán)、認(rèn)證、統(tǒng)計(jì)(AAA)機(jī)制，并且擁有更強(qiáng)大的安全性，另外當(dāng)用戶在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，將擁有連續(xù)的數(shù)據(jù)流，這是因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中，WLAN的AP對(duì)于SGSN來(lái)說(shuō)相當(dāng)于另一個(gè)RNC，用戶在UMTS和WLAN之間的切換類似于UMTS網(wǎng)內(nèi)的切換。而當(dāng)通過(guò)GGSN連接時(shí)，WLAN作為一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)，需要不同的計(jì)費(fèi)和安全機(jī)制，在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間切換時(shí)可能會(huì)引起服務(wù)中斷。

4 結(jié)論

WLAN市場(chǎng)是一個(gè)有潛力和前景的市場(chǎng)，WLAN技術(shù)是一個(gè)有前途的技術(shù)。隨著市場(chǎng)的逐步成熟和技術(shù)的不斷完善，WLAN對(duì)運(yùn)營(yíng)商和終端用戶來(lái)說(shuō)，只能是對(duì)3G之外的一個(gè)補(bǔ)充選擇，特別是熱點(diǎn)地區(qū)的補(bǔ)充，而并非作為3G技術(shù)的一種代替。我們相信，隨著WLAN和3G標(biāo)準(zhǔn)化的不斷完善，隨著市場(chǎng)和業(yè)務(wù)的不斷成熟，必將形成兩者不斷融合互補(bǔ)發(fā)展的趨勢(shì)。

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