WiMAX与3GPP分组交换网络在互通中实现优势互补
时间：09-21
来源：C114(中国通信网)
点击：
WiMAX是一项新兴的无线通信技术，基于IEEE802.16系列标准，为用户提供无线宽带接入，实现面向IP的高速无线连接。但目前WiMAX主要应用为固定、便携或者低速移动接入，在网络建设初期和中期并不支持高速移动下的无缝切换，由于技术的成熟与商用的进程需要一个较长周期，初期的WiMAX建设可能仅限于热点覆盖和企业接入等。而2G/3G移动通信系统具有支持快速切换以及全网覆盖的语音/数据业务的优点。两种网络的互通和融合将有助于两个网络的优势互补，让移动用户在不同的无线接入网络环境中既能利用两个网络各自不同的特性，又能获得一致的业务访问。
3GPP为规范WLAN接入与3GPP网络系统的互通，定义了不同层次的互通需求，这些不同的层次被区分为6个场景,每个场景对WLAN接入与3GPP系统之间的关联有着不同的需求。由于WiMAX和目前的3GPP接入，如GERAN、UTRAN等在速率上的差异，很难实现WiMAX与3GPP系统之间的无缝业务，因此本文主要关注于WiMAX对3GPP PS业务的访问以及业务连续性，即场景3和场景4。虽然目前3GPP所定义的一些架构能够为从WLAN接入的3GPP用户实现上述需求，但毕竟是针对WLAN制定的，真正推广到其他IP接入方式仍然需要通过适当的修改以适应具体的接入方式。因此，WiMAX与3GPP分组交换网络的互通方案需要在此基础之上进行具体分析。在主要针对核心网，并假定用户使用能够支持3GPP接入和WiMAX接入的双模终端，且在接入网侧支持两种接入方式之间的切换的前提下，WiMAX与3GPP分组交换网络的互通主要有四种方式。
GAN方式 GAN（普通接入网络）重用了包括电路交换域和分组交换域在内的移动核心网。接入网采用WLAN或蓝牙技术，并以IP作为接续技术，可以在公共无线网络中提供GSM/GPRS业务并能和蜂窝网实现无缝切换和漫游。在GAN架构下，当使用WiMAX作为3GPP网络的无线接入方式时，WiMAX提供空中接口和基于IP的接入，而核心网则可以重用GSM/GPRS的核心网设备，包括MSC、SGSN、GGSN、HLR等，因此3GPP用户可以利用WiMAX接入来访问各种3GPP CS、PS业务，从而可以实现WiMAX与3GPP系统的互通场景3和4。
GAN的不足之处在于对终端的要求过高。一般的WiMAX终端是IP终端，为了使用GSM/GPRS业务，需要在终端上增加对GSM无线接入网第三层协议和GPRS协议的支持，另外，还需要增加对GAN特定协议的支持。
3GPP所定义的GAN架构中，UE和GANC之间需要建立IPsec隧道，用于承载各种信令和用户数据，这种机制是基于WLAN接入不为3GPP核心网所信任的假设。由于WiMAX本身采用了比较完备的认证机制和空口安全机制，因此当WiMAX接入网与3GPP核心网为同一运营商所部署或部署这两个网络的两个运营商之间有信任关系时，可以认为WiMAX接入网对于3GPP核心网是可信的，在这种情况下可以通过省略IPsec隧道来简化终端上的协议栈结构。I-WLANI-WLAN能够将3GPP的业务和功能延伸到WLAN的接入环境中，从而3GPP用户可以在WLAN的覆盖中通过WLAN来访问基于PS的业务。I-WLAN的架构也能够应用于WiMAX接入3GPP系统。
在基于WiMAX的I-WLAN架构中，WiMAX CSN（连接业务网）实现WiMAX与3GPP之间的互通功能，包括IP连接管理、R3接口与Wa、Wn接口的桥接以及NAT(网络地址翻译)等。3GPP的AAA Server用于实现用户认证，而WiMAX CSN中的AAA Server则可以用于实现设备认证以及移动IP中的密钥分发等。WAG、PDG等网元的功能仍然依据3GPP所定义的功能。
在3GPP的网络中，I-WLAN是一个与PS平行的架构，I-WLAN的PDG是连接到外部数据网的网管，能够实现APN的解析功能，其位置相当于GGSN，功能也和GGSN很类似。WiMAX接入网中的用户可以通过PDG来访问各种PS业务平台。基于I-WLAN能够实现WiMAX与3GPP系统的互通场景3。
I-WLAN架构中，UE和PDG之间使用IPsec来实现数据隧道，用于封装UE与外部数据网络之间的IP分组。由于WiMAX本身的安全性较高，IPsec对于WiMAX组网不是必需的，不采用IPsec能够降低系统的复杂性并提高性能。另外，可以把隧道端点从UE移到WiMAX与I-WLAN的互通网元上，从而进一步降低对终端复杂性的要求。在WiMAX与I-WLAN适配时，WiMAX IP是WiMAX网络内部所使用的IP，可以由CSN中的DHCP分配。WiMAX IP和Remote IP也可以使用同一个IP地址。
松耦合方式 松耦合方式是指WiMAX网络和3GPP网络独立建设和部署，WiMAX对基于PS的业务的访问直接基于IP访问。
WiMAX通过与3GPP之间的松耦合方式能够实现快速部署，无需增加新的核心网网元，不影响现有网络，能够实现3GPP用户基于WiMAX接入来访问PS业务，但松耦合方式不能实现统一的认证、访问控制和计费。因此，即使在松耦合的方式下，也应尽量打开WiMAX AAA Proxy/Server与3GPP AAA Server或HLR/HSS之间的接口，以实现用户签约数据的共用以及统一的认证、授权等。
SAESAE是3GPP PS的未来演进架构，主要思想是简化现有PS网络架构，通过网元整合和功能的重新划分，减少业务处理的中间环节，实现网络架构的扁平化。SAE的规范中包含了关于非3GPP定义的其它IP接入方式接入到演进的PS核心网的内容。
在非漫游场景下，SAE使用PDN SAE Gateway来作为3GPP系统与非3GPP系统之间的锚定，实现移动性管理和PS会话的切换。Serving SAE Gateway在非漫游场景下，用于3GPP系统的移动性锚定；漫游场景下，当WiMAX接入到拜访PLMN时，Serving SAE Gateay也用于WiMAX接入的锚定。
基于SAE架构，可以实现WiMAX接入对3GPP PS业务的访问，WiMAX与3GPP系统之间的业务连续性可以通过系统之间的移动性锚定来实现。因此基于SAE架构可以实现WiMAX与3GPP系统互通场景3和场景4。但目前，SAE架构还处于相关技术和标准制订中，商用还有待时日。
3GPP为规范WLAN接入与3GPP网络系统的互通，定义了不同层次的互通需求，这些不同的层次被区分为6个场景,每个场景对WLAN接入与3GPP系统之间的关联有着不同的需求。由于WiMAX和目前的3GPP接入，如GERAN、UTRAN等在速率上的差异，很难实现WiMAX与3GPP系统之间的无缝业务，因此本文主要关注于WiMAX对3GPP PS业务的访问以及业务连续性，即场景3和场景4。虽然目前3GPP所定义的一些架构能够为从WLAN接入的3GPP用户实现上述需求，但毕竟是针对WLAN制定的，真正推广到其他IP接入方式仍然需要通过适当的修改以适应具体的接入方式。因此，WiMAX与3GPP分组交换网络的互通方案需要在此基础之上进行具体分析。在主要针对核心网，并假定用户使用能够支持3GPP接入和WiMAX接入的双模终端，且在接入网侧支持两种接入方式之间的切换的前提下，WiMAX与3GPP分组交换网络的互通主要有四种方式。
GAN方式 GAN（普通接入网络）重用了包括电路交换域和分组交换域在内的移动核心网。接入网采用WLAN或蓝牙技术，并以IP作为接续技术，可以在公共无线网络中提供GSM/GPRS业务并能和蜂窝网实现无缝切换和漫游。在GAN架构下，当使用WiMAX作为3GPP网络的无线接入方式时，WiMAX提供空中接口和基于IP的接入，而核心网则可以重用GSM/GPRS的核心网设备，包括MSC、SGSN、GGSN、HLR等，因此3GPP用户可以利用WiMAX接入来访问各种3GPP CS、PS业务，从而可以实现WiMAX与3GPP系统的互通场景3和4。
GAN的不足之处在于对终端的要求过高。一般的WiMAX终端是IP终端，为了使用GSM/GPRS业务，需要在终端上增加对GSM无线接入网第三层协议和GPRS协议的支持，另外，还需要增加对GAN特定协议的支持。
3GPP所定义的GAN架构中，UE和GANC之间需要建立IPsec隧道，用于承载各种信令和用户数据，这种机制是基于WLAN接入不为3GPP核心网所信任的假设。由于WiMAX本身采用了比较完备的认证机制和空口安全机制，因此当WiMAX接入网与3GPP核心网为同一运营商所部署或部署这两个网络的两个运营商之间有信任关系时，可以认为WiMAX接入网对于3GPP核心网是可信的，在这种情况下可以通过省略IPsec隧道来简化终端上的协议栈结构。I-WLANI-WLAN能够将3GPP的业务和功能延伸到WLAN的接入环境中，从而3GPP用户可以在WLAN的覆盖中通过WLAN来访问基于PS的业务。I-WLAN的架构也能够应用于WiMAX接入3GPP系统。
在基于WiMAX的I-WLAN架构中，WiMAX CSN（连接业务网）实现WiMAX与3GPP之间的互通功能，包括IP连接管理、R3接口与Wa、Wn接口的桥接以及NAT(网络地址翻译)等。3GPP的AAA Server用于实现用户认证，而WiMAX CSN中的AAA Server则可以用于实现设备认证以及移动IP中的密钥分发等。WAG、PDG等网元的功能仍然依据3GPP所定义的功能。
在3GPP的网络中，I-WLAN是一个与PS平行的架构，I-WLAN的PDG是连接到外部数据网的网管，能够实现APN的解析功能，其位置相当于GGSN，功能也和GGSN很类似。WiMAX接入网中的用户可以通过PDG来访问各种PS业务平台。基于I-WLAN能够实现WiMAX与3GPP系统的互通场景3。
I-WLAN架构中，UE和PDG之间使用IPsec来实现数据隧道，用于封装UE与外部数据网络之间的IP分组。由于WiMAX本身的安全性较高，IPsec对于WiMAX组网不是必需的，不采用IPsec能够降低系统的复杂性并提高性能。另外，可以把隧道端点从UE移到WiMAX与I-WLAN的互通网元上，从而进一步降低对终端复杂性的要求。在WiMAX与I-WLAN适配时，WiMAX IP是WiMAX网络内部所使用的IP，可以由CSN中的DHCP分配。WiMAX IP和Remote IP也可以使用同一个IP地址。
松耦合方式 松耦合方式是指WiMAX网络和3GPP网络独立建设和部署，WiMAX对基于PS的业务的访问直接基于IP访问。
WiMAX通过与3GPP之间的松耦合方式能够实现快速部署，无需增加新的核心网网元，不影响现有网络，能够实现3GPP用户基于WiMAX接入来访问PS业务，但松耦合方式不能实现统一的认证、访问控制和计费。因此，即使在松耦合的方式下，也应尽量打开WiMAX AAA Proxy/Server与3GPP AAA Server或HLR/HSS之间的接口，以实现用户签约数据的共用以及统一的认证、授权等。
SAESAE是3GPP PS的未来演进架构，主要思想是简化现有PS网络架构，通过网元整合和功能的重新划分，减少业务处理的中间环节，实现网络架构的扁平化。SAE的规范中包含了关于非3GPP定义的其它IP接入方式接入到演进的PS核心网的内容。
在非漫游场景下，SAE使用PDN SAE Gateway来作为3GPP系统与非3GPP系统之间的锚定，实现移动性管理和PS会话的切换。Serving SAE Gateway在非漫游场景下，用于3GPP系统的移动性锚定；漫游场景下，当WiMAX接入到拜访PLMN时，Serving SAE Gateay也用于WiMAX接入的锚定。
基于SAE架构，可以实现WiMAX接入对3GPP PS业务的访问，WiMAX与3GPP系统之间的业务连续性可以通过系统之间的移动性锚定来实现。因此基于SAE架构可以实现WiMAX与3GPP系统互通场景3和场景4。但目前，SAE架构还处于相关技术和标准制订中，商用还有待时日。