3G与WLAN交互网络结构

蜂窝移动通信系统提供了巨大的公众无线接入市场。3G网络采取宏区、微区和微微区的分层结构，每个区又采用多载频技术。微区和微微区的基站采用小区扇形极化和多输入多输出(MIMO)技术，可在较小覆盖区提供额外信道容量，解决用户高速率视频流业务的增长。3G通用移动通信系统(UMTS)的3GPP组织启动3GPP/WLAN交互结构作为3GPP的附加标准，给3GPP用户提供公众无线局域网(WLAN)接入业务，3GPP预约，网络选择，基于3GPP认证、鉴权和用户识别模块/通用签约用户识别模块(SIM/USIM)密钥，数据路由和用户计帐等功能。

WLAN逐步成为一种公众无线接入方式，WLAN网络采用小区扇形极化和MIMO技术可在室内30 m或室外100 m半径覆盖区提供额外信道容量。WLAN网络的主要优点是可以低成本配置，无线接入成本仅占3G基站的很小一部分，将有力地促进无线接入市场的发展。3G/WLAN网络双模终端可提供无处不在的，带宽可变的，可保证服务质量(QoS)的多种高速率业务。

3G网络工作在规定的无线频率频段，而WLAN网络工作在无线频率非许可频段，会产生不协调干扰，进而减少无线接入的覆盖范围。WLAN网络以高性能价格比用于用户业务需求猛增的热点区，WLAN网络的小覆盖区域能力不能提供3G网络那样的广覆盖能力，需大量的接入点(AP)来覆盖[1-4]。

3G网络和WLAN网络的主要区别是在终端移动限制条件，3G网络的移动终端可广泛地配置，而WLAN网络受终端位置、移动速度的影响。3G网络提供话音和数据业务，而WLAN网络主要提供数据业务。可见，3G网络和WLAN网络具有互补性，一个网络的优点是另一个网络的缺点。3G网络和WLAN网络的一体化可同时综合双方的优点，减少双方的缺点[5-7]。

1 3G/WLAN结构设计

3GPP与WLAN互通结构设计的关键技术基于IEEE 802.11标准，提供3GPP和WLAN之间的交互功能。

WLAN终端和IP网络在WLAN的接口层完成IP连接，WLAN系统把基本IP业务链接到应用层IP骨干网。其中，动态主机配置协议(DHCP)的服务器承担WLAN终端的IP堆栈配置。域名服务器(DNS)把Internet全保质域名(FQDN)地址转换为IP地址。网关/端口地址转换(GW/NAPT)为链接外部IP网络的网关，承担IP网络地址和端口变换(NAPT)任务，使WLAN接入网以位于WLAN内的专用IP地址获取外部IP网的业务。超文本传输协议(HTTP)服务器给接入用户提供本地应用层业务，终端以Web浏览器控制接入，把登录的Web网页送至WLAN终端。计费系统负责计费，本地业务服务器提供IP层业务，如Mail服务、本地Web内容、网络配置和监控管理。

WLAN系统设置鉴权、认证、计费(AAA)服务器和用户数据库，承担认证和鉴权等，提供IP链接和其他业务。对于WLAN系统的用户，AAA服务器是典型远程拨号用户认证(RADIUS)服务器。AAA服务器通过IP骨干网采用轻量目录访问协议(LDAP)访问用户数据库。当用户采用Web浏览器进行认证和鉴权时，首先向WLAN系统的HTTP服务器申请，显示登录的Web主页，输入登录名、口令并支付链接费用。在IEEE 802.1x标准和IEEE 802.11i标准中，鉴权部分实施3G/WLAN交互操作，也可建立WLAN系统的漫游，使WLAN系统用户链接到另一个WLAN系统。

2 3G/WLAN交互结构

3G和WLAN交互网络的基本结构有两种，即紧交互模式和松交互模式。在紧交互模式中，WLAN网络作为3G服务通用分组无线业务(GPRS)的支持节点(SGSN)的接入技术，而在松交互模式中，WLAN网络不作为3G的接入技术和核心网络的接口。3G和WLAN交互网络的紧交互模式和松交互模式都支持3G和WLAN网络的越区功能。

图1为3G/WLAN紧交互网络，WLAN网络作为3G网络的接入技术，类似于3G网络的Iu接口，通用无线接入(UTRA)中WLAN网络Iu接口链接到3G核心网络。紧交互网络结构可移植3G核心网络的移动性、QoS和安全性。WLAN网络的AP通过WLAN网络的Iub接口链接到交互单元(IWU)、网关GPRS支持网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)，把网络链接到Internet。

3G/WLAN紧交互网络中，3G网络和WLAN网络的运营商不是同一实体。3G/WLAN紧交互网络有6个交互单元，分别为：

公共计费；

基于3GPP系统的接入控制，3GPP用户以WLAN网络的IP接入；

基于分组交换(PS)业务的接入，如来自交互WLAN网络的短消息业务(SMS)、无线接入协议(WAP)、多媒体消息业务(MMS)；

连续业务，保持跨越WLAN和3G网络不透明业务；

无隙缝业务，跨越WLAN和3G网络透明业务；

提供基于电路交换(CS)业务的接入3GPP系统。

图2为3G/WLAN松交互网络，利用用户数据库，把WLAN网络作为3G接入网络的补充，不用用户平面Iu接口，避免GSM/GPRS网络的