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[周报全文]WLAN + 3G携手闯未来

2003年08月25日 00:00:00 | 作者:佚名 | 来源:$page.getBroMedia() | 查看本文手机版

摘要:WLAN + 3G携手闯未来

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    WLAN + 3G携手闯未来

    ■ 中兴通讯 万淑娥 许秀莉

    ■ 北电网络 范志峰

    ■ 北京邮电大学 于翠波

    3G与WLAN都属于当前的技术热点,也是业界企盼的热门应用。但很明显,二者身上所承载的这种期望越高,面对的压力与质疑也就越多。直到WLAN与3G互补融合应用的概念提出后,一度处于质疑核心的3G应用模式似乎也在逐渐清晰。

    必然的融合

    无疑,WLAN与3G技术各自的应用前景都令人向往。

    随着无线局域网(WLAN)技术的快速发展和价格急速下降,正在使它逐渐由原来的企业和家庭内部的补充布线方式,发展成为一种越来越重要的公众无线互联(P-WLAN)技术。WLAN目前得到广泛应用的技术是802.11家族,它是IEEE在1997年发表的第一个无线局域网标准,而现在媒体屡屡提及的802.11b是1999年9月被批准,也被称为Wi-Fi,可支持11Mbps的共享接入速率;与此相似的是802.11a技术,采用了5GHz以上的频段,其速率高达54Mbps,并使用了先进的OFDM(正交频分复用)分频技术,但无障碍的接入距离却降到30~50米;今年新发布的802.11g标准其实是一种混合标准,既能兼容802.11b标准,又符合802.11a标准,与802.11a速率也不相上下。据Gartner Dataquest的报告预测,2007年全球的P-WLAN接入用户将由2002年的380万人增长到6700万人,年复合增长率为77.6%,市场收入可达到92亿美元。反观国内,各大运营商也开始了公众热点的大量建设。

    但是,P-WLAN当前流行的纯数据热点建设模式,似乎正在遭受空前强大的赢利压力。

    再看3G,一种能提供多种类型、高质量多媒体业务的全球漫游移动通信网络,能实现静止2Mbps传输速度、中低速384Kbps、高速移动中144Kbps速率的移动通信技术。目前3G的三大主流技术标准WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的焦点,日趋集中在WCDMA(3GPP)和CDMA2000(3GPP2)上。随着3GPP和3GPP2的标准化工作逐渐深入和趋向稳定,ITU还将目光投向能提供更高无线传输速率和全IP网络平台的下一代移动通信标准B3G(即Beyond 3G,包括4G在内的后3G技术)。

    进入2003年,3G的发展势头开始摆脱低速徘徊、转而上升。全球已经拥有了9个实际投入商用的WCDMA网络,而亚太地区的日、韩两国也有CDMA2000 1X的EVDO(Evolution-Data Only,纯数据版)版本推出。但是,总体而言,绝大多数移动用户仍然处于2G和2.5G阶段,对于3G所能带来的高速数据应用体验不足,削弱了其对于未来3G业务的消费信心。

    上述问题的关键在于,WLAN与3G,两者当前在单独应用时都存在着技术与应用短板,并进而影响到应用层面的整体普及。

    原因之一是WLAN和3G的业务特性不同。语音和数据信号在许多重要的方面不同:语音信号可以发生错误但不能容忍时延;数据信号能够允许时延但不能容忍错误。因此,为数据而优化的网络不适合于传送语音信号。反之,为语音而优化的网络也不适于数据信号。尽管如今业界也推出了Voice over WLAN的语音集成应用模式,但WLAN主要用于支持数据信号的本质是难以改变的。

    WLAN当前的技术结构中尚缺乏支持像语音、多媒体内容这类更高水平应用的必需架构,如适应服务质量(QoS)、可伸缩性和计费机制要求的架构。这一矛盾,尤其是在将WLAN的应用水平提高至运营级别(即P-WLAN)时表现更为明显。

    相比之下,3G网络本质上就已被设计用于语音和数据信号的并行支持。由于3G在安全性、移动性和覆盖程度等方面均优于WLAN,而WLAN在建设成本、方便易用等方面又独具优势,所以3G和WLAN之间具有极强的互补性。

    当然,目前这种互补性似乎还仅仅体现在,移动运营商希望以WLAN的热点区域来释放其2.5G业务所面对的数据压力,而WLAN业务也得以借助2.5G移动业务的捆绑,大为提高了使用率与普及率。这种应用的场景很简单,作为3G+WLAN服务用户,您可以在没有WLAN热点覆盖的地区使用2.5G以至于未来的3G接入互联网;在进入WLAN热点区域后,系统会将您的网络接入自动、无缝地转换为WLAN接入方式,在不影响应用持续性的同时,大为提升您可以使用的网络带宽。

    此外,WLAN的应用普及的确正在促使更多的移动通信用户,开始潜移默化地感受到无线数据业务的魅力。长远看来,WLAN的普及程度不断提高,有利于无线数据业务的市场空间全面加速增长,进而催生出对信息更大的需求以及更多的服务模式,为3G的成熟和普及奠定基础。

    再者,在3G初期,WLAN作为无线数据业务的补充接入手段,可以有效解决初期3G覆盖范围较小的问题。一旦3G用户数量开始大规模增长,WLAN不但可以在热点地区减轻高速数据对3G无线系统的压力;同时还可以作为3G在企业内的补充,推动移动商务应用的发展,透过更佳的移动性和安全性,将WLAN企业用户逐渐吸引到3G网络。

    国际范围内启动广泛应用

    WLAN与3G融合的思路一经提出,便得到了众多设备厂商的支持,迅即推出了众多针对性的解决方案,全球范围内的运营商也表示出了浓厚的兴趣。

    当前业界已普遍形成共识,WLAN业务的公众运营应该与移动通信运营相结合才会形成明晰的商业模式和赢利可能。在北美和欧洲,一批重要的WLAN独立运营商或被移动运营商收购,或与之结成紧密的战略联盟,普遍实施业务捆绑进行运营,如AT&T Wireless 与Wayport,T-Mobile与Borders等。

    此外,全球多个移动运营商开始启动实质性的业务尝试。日本运营商 KDDI 在2002年5月就启动了无缝3G+WLAN的服务计划,KDDI 在2002年4月开始3G服务,准备于2003财政年度的某个阶段开始并行提供WLAN服务。

    2002年7月,朗讯也宣布提供与HP、杰尔系统公司、iPass公司等5家公司合作,为移动运营商提供相应设备和服务,以满足企业用户能通过WLAN以及3G网络高速和安全接入其企业应用系统的需求。这些产品与服务组合经过了朗讯严格的预测试和整合流程,以保证其互操作性。这项服务已于2002年底正式启动。2003年1月,朗讯再度与T-Mobile 联合进行了3G与WLAN之间的漫游实验。

    在中国,中国移动、中国联通在其商用无线网络上相继进行了融合WLAN的实验。如今,中国联通已经推出CDMA2000 1X+WLAN业务、中国移动也开始提供GPRS+WLAN捆绑服务。

    以中国联通为例,其采用的是基于CDMA2000 1X技术的CDMA2000 1X+WLAN方案。到目前为止,中国联通已部署了上海等地多个CDMA2000 1X+WLAN试验局。CDMA2000 1X网络经过多年研究与实验,已经具备了成熟的鉴权与计费机制,以及广域覆盖的特点。WLAN这种早已被电信网普遍采纳的无线接入技术,一经与 CDMA2000 1X 实现互补性融合,很快显示出其独特的魅力。

    早在2002年4月博鳌亚洲论坛首届年会上,中国联通在当地建设了三个 CDMA2000 1X基站,并采用中兴通讯提供的CDMA2000 1X+WLAN方案,通过向前来采访年会的记者分发近300张无线上网卡,为与会人士提供数据业务。

    作为3G同WLAN融合业务的预演,中国移动以GPRS为基础,也完成了GPRS+WLAN的试验。2002年,中国移动在国内大城市的热点地区开始铺设无线局域网,由此所实现的“高数据传输速率”使其他无线上网方式无法企及。中国移动采用了GPRS、WLAN双管齐下的策略,整合GPRS与WLAN之长,为用户提供更便利的数据解决方案。

    两种耦合技术,谁更好?

    如今,在业界已出现了多种3G与WLAN的融合解决方案。比如,3GPP对3G系统与WLAN互连进行了可行性研究,提出了包括从简单互连到完全无缝互连的系统间操作的6种解决方案。(见下表)

无缝互连的6种解决方案
统一计费和用户管理最简单的互连方案。WLAN和3GPP之间的连接是单一的客户关系。对于3GPP和WLAN接入服务,用户只需向移动运营商索取一张话单。WLAN和3GPP系统的安全相互独立。
WLAN接入控制和计费由3GPP系统提供认证、鉴权和计费,确保用户在接入时看不到较大差别。
WLAN接入3GPP标准分组域业务该方案允许通过WLAN接入方式,接入到3GPP系统PS业务,如:IMS业务、LBS业务、即时消息、MBMS以及以上几种业务的组合业务。但是对于3GPP系统和WLAN之间的业务连续性不做要求。
业务一致性和连续性在处理WLAN和3GPP两种接入技术切换时,接入3GPP PS所支持的业务能够保持。该方案不仅提供WLAN和3GPP之间切换,而且提供WLAN子网之间切换时的业务连续性。
无缝的分组域业务切换在两种接入技术之间,对接入3GPP PS支持的业务,提供无缝连续业务,即在不同接入技术之间切换时,数据丢失和中断时长最小化。
WLAN接入3GPP标准电路域业务通过电路交换型WLAN接入方式,允许接入到3GPP CS业务,同时提供CS业务无缝的移动性管理。

    当前,国内外主要的设备制造商普遍看好3G+WLAN的市场前景,纷纷推出3G+WLAN的技术方案,这些设备制造商包括:中兴通讯、北电、华为、爱立信以及朗讯等。如今,各大设备厂商均建立有相关的试验局,并很好地解决了统一的认证和计费等WLAN和3G集成中的关键问题,使得一系列业务的实际演示均取得了成功。这些演示项目包括:拨号程序、3G接入与WLAN接入的切换、统一鉴权与计费、WLAN接入与3G接入之间互发多媒体邮件(验证统一业务开展能力)以及在线游戏。

    今年,在全球电信业界著名的SuperComm展会上,提供3G与WLAN融合的设备和解决方案展示的移动通信设备厂商也超过百家。

    下面我们先以中兴通讯的CDMA2000 1X+WLAN网络融合方案为例,简析两网融合技术的基本技术架构。

    图1描述的是中兴通讯WLAN+CDMA2000 1X融合的网络结构图,需要着重介绍的是GDSN节点(General Data Serving Node,即通用数据服务节点),除了具备PDSN的功能外,它还具有WLAN用户的分组接入服务功能,此外,GDSN同时还具备CDMA2000 1X和WLAN两种网络的接入服务器功能。

    下面我们站在WLAN用户的角度,对各个网络节点的功能进行简要描述:

    无线终端

    各种具备WLAN和CDMA2000 1X接入的手机、PDA或是其他具有WLAN接入功能的无线终端均包括在内。作为CDMA2000 1X的终端接入时(+微信关注网络世界),采用标准的PPP拨号方式,当作为WLAN终端接入时,则采用PPPoE的拨号方式。

    AP接入点

    它是用于WLAN终端接入固定分组网的连接设备,可以为用户提供无线数据接入功能。AP包括无线处理模块以及与以太网的接口模块,它完成简单的对无线用户的管理和对无线信道的动态分配,并负责802.1b协议与802.3协议的转换工作。

    APGW无线接入点网关

    它将无线终端的媒体流按用户进行隧道封装(通常采用GRE隧道封装),使媒体流能够穿越IP网络到达GDSN。APGW的功能类似于CDMA2000 1X网络的PCF,转发无线终端与GDSN之间的数据包;并收集无线侧(WLAN)的计费信息,将计费信息通过APGW和GDSN之间的接口传送给GDSN,再由GDSN汇集并送给AAA进行计费处理。

    GDSN通用数据服务节点

    该节点集成WLAN的PDSN,除了拥有CDMA2000 1X网络的功能外,还需要实现WLAN的接入功能。

    HA

    该节点在移动IP接入时维护移动台IP地址和转交地址(PDSN的IP地址)的绑定关系,负责将目的地址为MS IP地址的数据包通过隧道转发到转交地址。

    AAA

    即鉴权、授权与计费服务器,提供WLAN 终端和CDMA2000 1X终端的鉴权、授权和计费,其中Visited AAA为拜访AAA、Broke AAA为中间AAA、Home AAA为归属AAA。

    事实上,按照与移动通信相融合的紧密程度,所有的解决方案基本可分为松耦合和紧耦合两大类。

    松耦合一般仅提供后台的账单合并等功能,有些则采用一些转换设备提供与HLR的非标准接口,提供SIM卡认证。但是,由于松耦合方式下,在计费和业务方面,WLAN仍然和移动通信是“两张皮”,WLAN不过成为了“无绳以太网”,根本上很难发挥其无线移动的价值。

    以CDMA2000 1X为例,采用松耦合的方案,除去在HA上做到了融合统一以外,其他方面基本上没有实现真正的融合。因而采用松耦合方案,存在的主要关键问题将是如何实现WLAN与CDMA2000 1X用户接入的统一,以及如何实现WLAN用户的鉴权、计费和漫游。

    相反,3G+WLAN紧耦合解决方案多采用了移动通信中的标准化接口,强调在移动性、业务和应用层面上的全面融合,充分体现了3G与WLAN融合的最终目标—业务和应用层面的融合。紧耦合解决方案彻底避免了用户在目前的2.5G/3G与WLAN松耦合解决方案中,只能获得上述六种模式中前两项业务的限制。

    紧耦合解决方案“秀”

    以北电网络推出的3G+WLAN紧耦合解决方案为例,北电网络认为,用户体验的方便性和一致性是融合成功最重要的前提条件。由此,北电网络的紧耦合方案着重实现了可支持无缝分组域业务切换的融合性要求。

    这一紧耦合方案主要具备两大特色。

    首先是实现了接入控制、统一计费和用户管理。

    在WLAN系统中使用SIM卡认证方式,其已经过市场验证的相互认证逻辑和根据每次通信分配不同验证随机数的工作方式,可以很好地延续这种用户接入体验并解决认证过程的安全性问题。

    考虑到用户接入网络后将使用各种移动数据业务,北电网络的解决方案使用了集中的信令和计费管理以及分布式的流量转发的方式,并为WLAN接入网构建了分布式的SGSN功能。在这一架构上,网元通过标准的Gr接口与HLR连接,即可以支持上述的认证过程和用户管理,而对2G、3G HLR无任何特殊要求。在用户端,SIM卡可以内置于支持SIM的WLAN网卡内,也可通过标准的USB读卡器读取,其成本非常低廉。

    计费是用户体验过程的另一个重要环节,也是运营商最关心的问题。按流量和内容计费是业界希望得到的模式。北电网络的紧耦合方案,实现了账单的合并,更重要的是将WLAN计费纳入进2.5G/3G的计费系统,可以直接提供符合3GPP标准的CDR,使两者的计费系统真正统一在同一平台。此外,除支持符合移动通信标准CDR的时长和流量计费以外,其还支持费率切换(按时间段优惠)以及按内容计费,这一功能对于电子商务类应用最显必要。

    其次,WLAN用户可以享受一致和连续的3GPP标准分组域业务。

    北电网络的紧耦合解决方案构建出分布式的SGSN功能,通过标准的Gn接口与GGSN连接获得2.5G/3G标准的移动数据业务。如无线VPN应用、安全性和增值计费等方面。

    APN是GGSN业务的基本实施对象,它将用户分类并与业务关联,北电网络提供的用户终端上就提供了APN的相关配置,可以使用户得到“超宽带”3G业务的感受。由于WLAN高带宽的特点,配合北电领先的IMS系统,可以在当前为用户提供类似3GPP R5版本的SIP互动多媒体服务,使得个人移动多媒体通信迅速成为可能。

    此外,对于最具移动特色的移动位置服务,由于WLAN的AP覆盖范围较小,可以对用户进行较准确的定位,且更具成本优势。这方面的功能,北电网络的紧耦合方案也实现了针对性支持。

    再者,随着双、多模终端技术的发展,通过标准的移动IP技术,可以从根本上解决WLAN与2.5G/3G系统之间的切换问题,为用户提供平滑切换的全覆盖宽带移动数据业务。北电网络已成功实现并演示了移动IP终端在WLAN、UMTS和CDMA2000系统间的切换,达到了无缝的分组域业务之间的切换目标。

    再看中兴通讯基于CDMA2000 1X的紧耦合方案。其采用了GDSN的APM预选机机制,由于CDMA2000 1X用户和WLAN用户在GDSN(通用数据服务节点,同时支持在CDMA2000 1X的接入服务器PDSN和WLAN的接入服务器NAS的功能)上实现了两种方式接入的统一,因而可实现WLAN用户和CDMA2000 1X用户鉴权和计费的统一。同时,统一拨号软件的成功使用,保证WLAN和CDMA2000 1X网络在一个连接中断后,可自动进行另一个连接的拨号,最大限度保证用户可获得不间断的网络服务。

    当然,WLAN的可移动性始终是无法与真正的移动通信技术(如3G)相比的,正因为如此,3G和WLAN之间在移动性方面应当建立更强的联系和互补性,当用户感觉不到接入方式和网络的差异时,才意味着出现了真正的融合。

    总而言之,由于无线数据业务巨大的市场空间,以及3G和WLAN在提供无线数据业务方面极强的互补性,3G+WLAN技术解决方案将展示强大的市场生机。这一点在业界已有的应用案例中,已得到了证明。通过各种领先的3G与WLAN 紧耦合解决方案,运营商可以初步实现WLAN用户对于宽带移动数据业务的提早体验,为3G大规模的商用培育市场。

[责任编辑:程永来 cheng_yonglai@cnw.com.cn]