林良書

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司，上海 200060）

1 四網(wǎng)協(xié)同組網(wǎng)場景

WLAN網(wǎng)絡(luò)是一種具有競爭力的，單位流量成本最低的無線接入網(wǎng)絡(luò)。目前，運(yùn)營商的WLAN網(wǎng)絡(luò)采用與2G/3G核心網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)的方式進(jìn)行承建。

從運(yùn)營商的角度來看，為了能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，且在發(fā)揮WLAN網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低成本優(yōu)勢的同時(shí)，還要進(jìn)一步提高WLAN網(wǎng)絡(luò)可控、可管、可運(yùn)營的能力，因此，3GPP規(guī)范也提出了I-WLAN架構(gòu)，旨在形成統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)架構(gòu)，面向2G/3G/WLAN的多接入，由移動(dòng)核心網(wǎng)統(tǒng)一完成WLAN用戶的鑒權(quán)認(rèn)證、業(yè)務(wù)觸發(fā)、計(jì)費(fèi)及QoS策略管控，使WLAN網(wǎng)絡(luò)成為電信級的運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)。

圖1 TTG+GGSN方案架構(gòu)

在2G/3G與WLAN核心網(wǎng)融合方面，主流的方案有TTG+GGSN方案與PDG方案，圖1所示為基于TTG+GGSN的2G/3G與WLAN融合組網(wǎng)方案，其通過引入隧道終結(jié)網(wǎng)關(guān)（Tunnel Termination Gateway，TTG） 將WLAN用戶接入移動(dòng)PS核心網(wǎng)進(jìn)行控制，其作用與現(xiàn)網(wǎng)PS域的SGSN相類似，具備部分SGSN功能，其還負(fù)責(zé)與終端之間協(xié)商完成IPSEC隧道的建立，實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的保護(hù)，采用該方案能夠重用現(xiàn)網(wǎng)GGSN設(shè)備，實(shí)現(xiàn)PS核心網(wǎng)對WLAN用戶的業(yè)務(wù)控制、PDP上下文管理、QoS管控、計(jì)費(fèi)管理等功能。

圖2 PDG方案架構(gòu)

圖2所示為基于PDG的2G/3G與WLAN融合組網(wǎng)方案, 在該方案中，通過引入分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（Packet Data Gateway，PDG）設(shè)備實(shí)現(xiàn)對WLAN用戶的接入控制、業(yè)務(wù)激活、PDP上下文管理、QoS管控與計(jì)費(fèi)管理等功能，該設(shè)備具有TTG與GGSN的邏輯功能組合，且能夠與終端協(xié)商完成IPSEC隧道的建立，實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的隧道保護(hù)。

當(dāng)無線LTE網(wǎng)絡(luò)引入時(shí)，相應(yīng)的GPRS核心網(wǎng)將向SAE（System Architecture Evolution）架構(gòu)演進(jìn)，其實(shí)現(xiàn)了全I(xiàn)P，多接入，高數(shù)據(jù)速率的分組網(wǎng)絡(luò)，是核心網(wǎng)PS域的下一步演進(jìn)方向。

2 WLAN與2G/3G的互操作方案

在TTG＋GGSN的互操作方案中，將TTG視為提供WLAN接入方式的SGSN，終端在WLAN和TD-SCDMA/GPRS間的切換視為同一GGSN下的不同SGSN間的切換。

如圖3所示，正常情況下，終端在WLAN網(wǎng)絡(luò)下到TTG的注冊是自動(dòng)進(jìn)行。一旦終端探測到WLAN信號后，自動(dòng)發(fā)起到TTG的注冊。終端通過SIP方法建立到切入側(cè)（TTG）的業(yè)務(wù)連接。在WLAN網(wǎng)絡(luò)成功建立空口信道和GGSN與TTG間的GTP-U隧道資源后，終端成功接入到WLAN網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)GGSN釋放原有的空口鏈路和GTP-U承載資源，其大致過程如下：（1）切入側(cè)隧道建立；（2）向原SGSN請求上下文；（3）上下文更新，切換鏈路；（4）HLR通知原SGSN釋放承載鏈路資源；（5）切入側(cè)鏈路成功建立，切換成功。相似地，在PDG組網(wǎng)場景下用戶從2G/3G切換到WLAN的方案為在切換前，終端已附著在2G/3G網(wǎng)絡(luò)上，且與GGSN之間建立了PDP上下文連接，基于GTP隧道傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

圖3 TTG+GGSN組網(wǎng)場景下用戶從2G/3G切換到WLAN

當(dāng)終端探測到WLAN接入網(wǎng)絡(luò)，并基于終端本地配置的策略，判決發(fā)生切換，隨即，終端發(fā)起到WLAN網(wǎng)絡(luò)的附著與IPSEC建立流程，并通過IKEv2配置凈荷獲取HA信息，完成IKEv2/IPSec的安全聯(lián)盟SA建立流程。隨后，終端發(fā)送綁定更新消息到HA（Home Agent），將2G/3G網(wǎng)絡(luò)分配給終端的IP地址作為HoA（Home of Address），將PDG分配給終端的地址作為CoA(Care of Address)。當(dāng)綁定更新消息交互完成后，UE與HA之間將基于UE到PDG間的IPSec隧道建立一條移動(dòng)IP隧道，從HA到UE的數(shù)據(jù)路由是通過UE的CoA在WLAN接入網(wǎng)中完成，至此，切換流程完畢，原有的接入資源將釋放。

3 WLAN與LTE的互操作方案

基于SAE架構(gòu)的2G/3G/LTE/WLAN間的業(yè)務(wù)連續(xù)性是指當(dāng)用戶終端在3GPP接入（如LTE等接入技術(shù)）和非3GPP接入（如WLAN等接入技術(shù)）之間進(jìn)行切換時(shí)保持業(yè)務(wù)連續(xù)性體驗(yàn)，包括：用戶在S1接口和S2a之間的切換、用戶在S1接口和S2b之間的切換和用戶在S1接口和S2c之間的切換。本文以終端基于S2b口從LTE向WLAN切入方案做分析。如圖4所示，切換的流程為：

（1）UE發(fā)現(xiàn)WLAN接入網(wǎng)并且決定將當(dāng)前LTE接入的會話切換到該WLAN接入網(wǎng)。UE將向ePDG發(fā)起建立IKEv2隧道流程，進(jìn)行加密算法協(xié)商和身份驗(yàn)證后建立起IKE_SA（該過程中ePDG可獲得UE的IP地址）。隨后UE和SAE網(wǎng)絡(luò)通過AAA進(jìn)行鑒權(quán)和授權(quán)；

（2）ePDG代表UE向該P(yáng)-GW通過代理綁定更新流程（Proxy Binding Update）進(jìn)行注冊，注冊完成后P-GW成為UE的用戶面錨點(diǎn)，即所有發(fā)送給UE的數(shù)據(jù)分組均先路由到P-GW，然后由P-GW通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)給ePDG，最后由ePDG將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給UE；

（3）由于接入網(wǎng)類型改變，因此P-GW會發(fā)起一個(gè)IP-CAN會話修改流程，通知PCRF修改會話信息；

圖4 UE基于S2b接口從LTE向WLAN接入切換

（4）UE和ePDG之間完成后續(xù)IKEv2消息交換，完成建立IPSec隧道。

當(dāng)UE完成本次切換后，承載實(shí)際上由UE和ePDG之間的IPSec隧道以及ePDG與P-GW之間的PMIP隧道組成。

4 結(jié)束語

目前運(yùn)營商的2G/3G/LTE網(wǎng)絡(luò)與WLAN網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立組網(wǎng)、分開認(rèn)證的方式進(jìn)行部署。為了改善其WLAN用戶的網(wǎng)絡(luò)接入操作及業(yè)務(wù)體驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)正在研究如何能夠使有卡（SIM卡或USIM卡）用戶提高接入體驗(yàn)、如何能夠讓用戶通過WLAN網(wǎng)絡(luò)訪問到自有業(yè)務(wù)、以及如何能夠在WLAN網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間保障用戶的連續(xù)性體驗(yàn)。