（通信与信息系统专业论文）公众移动通信网嵌入式网关的关键技术研究.pdf

摘要 本学位论文是江苏省高技术研究计划“宽带短距离无线接入技术研究( b g 2 0 0 5 0 0 1 ) ”和江苏省 科技攻关计划。基于多网融合技术的接入设备及其终端产品( b e 2 0 0 4 0 0 8 ) ”等课题的研究内容之 一。论文在对异构网络融合典型的解决方案研究的基础上，根据本谋题要实现的总体目标，提出了 融合公众移动通信网无线个域网( w p a n ，w i r c l e g p e r s o n a l a r e a n e 押o i k ) ，无线局域网( w l 一州， w i r e l e l o c a la r e an e t w o r k ) 和h t e r n e t 的多网融合方案。研制了其中的关键设备嵌入式网关，分 析论证了融合公众移动通信网的关键技术，实现了基于嵌入式网关的异构网络融合实验系统。 全文共分五章。第一章给出了课题的背景以及全文的章节安捧。第二章首先分析了无线通信技 术发展现状以及网络融合的意义，接着讨论了比较成热的公众移动通信网同无线局域网相融合的相 关技术，最后给出了本课题提出的异构网络融合的总体解决方案第三章介绍了通用多网融合嵌入 式网关平台接入公众移动通信网的硬件设计实现，给出了通用分组无线业务( g p r s g e n e r a lp a c k e t r a d i os e r v i a ) 接入模块的内部和外围电路设计，并介绍了实现融合公众移动通信网的硬件接口及 其配置情况第四章首先介绍了系统的整体软件结构，而后说明了基于嵌入式a r m - l m u 操作系 统的网关软件平台的设计配置情况。在介绍实现g p r s 网络连接的p p p 协议软件包的架构和点对点 协议( p p p ，p o 缸t o p o i n tp r o t o c 0 1 ) 原理的基础上，给出了通过g p r s 模块实现i n t e m 武连接的具体 实现，最后说明了实现网关功能的关键技术。第五章首先分析了多链路p p p 协议相对标准p p p 通信 协议改进的性能和其固有的设计缺点，提出了可以改进多链路p p p 协议性能的算法，并分析测试了 改进的性能 关键词：多网融合：公众移动通信网；嵌入式网关；点对点协议 a b s t r a c t t h ep r o j e c t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r es u p p o r t e db yt h ej i a n g s up r o v i n c eh i i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c h p r o g r a m g 2 0 0 5 0 0 l 卜r c a r c ho fs h o r td i s t a n tb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g i e sa n dt h e j i a n g s up r o v i n c es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yb r a i n s t o r mp r o g r a m ( b e 2 0 0 4 0 0 8 ) - - - d e v e l o p m a n to fa c c e s s a n dt e r m i n a lp r o d u c t sb a s e do i lt h ea e r o s s - m u l t i - n e t w o r kt e c h n o l o g yr e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt ot h e r e s e a r c ho ft y p i c a lh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kc o n v e r g e n c es o l u t i o n s ，as c h e m ew h i c hw p a n ( w i r e l e s s p e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) , w l a n ( w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) a n d i n t e r n e t a r e c o n v e r g e d i s p r o p o s e d a ne m b e d d e dg a t e w a ya l s od e s i g n e d t h ew o r k i n gp l a t f o r mt oi m p l e m e n tt h eh e t e r o g e n e o u s n e t w o r kc o n v e r g e n c es o l u t i o ni nt h i sd i s s e r t a t i o n b a s e do nt h ep l a t f o r m , t h ek e yt e c h n o l o g yo f c o n v e r g i n g p u b l i cm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k si sa n a l y z e da n dt h ew h o l ee x p e r i m e n t a lh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k c o n v e r g e n c es y s t e mb a s e d0 1 1e m b e d d e dg a t e w a yi sr e a l i z e d t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t of i v ec h a p t e r sa sf o l l o w s i nc h a p t e r1 ，t h er e s e a r c hb 缸k g r o m di sd e s c r i b e da n dt h ea r c h i t e c t u r eo ft h ed i s s e r t a t i o ni s i n t r o d u c e d t h es t a t u so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n ta n ds i g n i f i c a n c eo fn e t w o r kc o n v e r g e n c em a n a l y z e di nc h a p t e r2 t h e nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kc o n v e r g e n c et e c h n o l o g yt h a ti sm a t u r e r m p a r a t i v e l yi sd i s c u s s e d ，w h i c hc o n v e r g e sp u b l i cm o b i l ec o m m t l i c a t i o t ln e t w o r ka n dw l a n i nt h e e n d , t h et o t a ls o l u t i o no f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r kc o n v e r g e n c ei nt h i sd i s s e r t a t i o ni si l l u s t r a t e d hc 蛔, t e r3 t h eh a r d w a r ed e s i g no ft h eu m v e r s a lh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kc o n v e f f g a n e , ee m b e d d e d g a t e w a ya c c e s s i n gp u b l i cm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki sp r o p o s e d , t h ec i r c u i td e s i g ni n s i d ea n d s m r o n n d i n gg p r sm o d u l ei sg i v e n ，a n dt h e nt h eh a r d w a r ei n t e r f a c ef o rc e n v e r g e s i n gp u b f i cm o b i l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ka n di t sc o n f i g u r a t i o nm e t h o da r cd e s c r i b e d t h eo v e r a l ls o f t w a r ea r c h i t e c t u r ei sf i r s t l yi n t r o d u c e di n 咖t c r4 ，a n dt h e nt h es o f t w a r ep l a t f o r m s d e s i g na n dc o n f i g u r a t i o nm e t h o db a s e do na r m - l i n u xo p e r a t i o ns y s t e ma r ep r e s e n t e d b a s e do nt h e a n a l y s i so f p p p ( p o m t - t o - p o m tp m t e c 0 1 ) w h i c hr e a l i z e st h eg p r s n e t w o r kc o n n e c t i o n ，t h ei n t e r n c t c e f d $ s o l u t i o nv i ag p r sm o d u l ei sp r o p o s e d a tl a s tt h ek e yi m p l e m e n t a t i o no f t h eg a t e w a yi si l l u m i n a t e d h it h el a s tc h a p t e r , t h ed i s a d v a n t a g e sa n dt h ep a f o r n m c ei m p r o v e m e n t so ft h em u l t l l i n kp p p p r o t o c o lc o r r t p a n n gt ot h es t a n d a r dp p pp r o t o c o la l ef t r s ta n a l y z e d t h e n t h ea l g o r i t h m sa r ep r o p o s e dt o i m p r o v et h ei z a - r o r m a n c eo f t h em u l t i l i n kp p pp r o t o c o la n dt h et e s tr e s u l t sa r cg i v e n k e y w o r d s ：m u l t i - n e t w o r kc o n v e r g e n c e ，p u b l i cm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，e m b e d d e d g a t e w a y ，p o i n t - t o - p o i n tp r o t o c 0 1 l i 缩略语 ( 以正文中出现的先后为序) 全球移动通信系统( g s m ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o r r u n u n i c a t i o n ) 无线个域网( w p a n ，w x r e l e s sp e r s o n a la r e a n e t w o r k ) 无线局域网( w l a n ，w i r c l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) 通用分组无线业务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 点对点协议( p p p ，p o i n tt op o i n tp r o t o c 0 1 ) 第一代移动通信系统( i g ，1 s tg e n e r a t i o n ) 第二代移动通信系统( 2 g ，2 n dg e n e r a t i o n ) 第三代数字移动通信系统( 3 g ，3 r dg e n e r a t i o n ) 公共电话交换网( p s t n ，p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 无线传感器网络( w s n ，w i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k ) b 3 g ( b e y o n d3 g ) 下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) s i m ( s u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e ) 口多媒体子系统( i m s i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 第三代合作伙伴计划( 3 g p p ，3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 会话初始协议( s 口，s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 呼叫会话控制功能( c s c f ，c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 代理呼叫会话控制功能( p - c s c f ，p r o x yc a l ls e s s i o nc u n t r o lf u n c t i o n ) 策略判决功能( p d f ，p o l i c yd e c i s i o nf m m i o n ) 查询呼叫会话控制功能( i - c s c f ，i n t e r r o g a t i o nc a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 归属地用户服务器( h s s ，h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ) 服务呼叫会话控制功能( s - c s c f s e r v i n gc a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 服务g p r s 支持节点( s g s n ，s e r v i n gg p r ss 叩p o n i n g n o d e ) g p r s 网关支持节点( g g s n ，g p r s g a t e w a y s u p p o r t i n g n o d e ) 无线应用网关( w a g ，w t m l e s s a p p l i c a t i o n g a t e w a y ) 分组数据网关( p d g ，p a c k e t d a t a g a t e w a y ) 无线网络控制器( i 州c ，r a d i on e t w o r k c o n t r o l l e r ) 在线计费系统( o c s ，o n l i n ec h a r g i n gs y s t e m ) 计费网关( c g w ，c h a r g i n gg a t e w a y ) 计费采集功能( c c f 。c h a r g i n gc o l l e c t i o nf u n c t i o n ) 多跳蜂窝网( m c n ，m u l t i - h o pc e l l u l a r n e t w o r k ) 支持a d h o c 网络的蜂窝网( c a m a c e l l u l a r a i d e d m o b i l e a d h o e n e t w o r k ) 蜂窝网和a d h o c 网络集成的中继系统( i c a r ，i n t e g r a t e d c e l l u l a r a n d a d h o e r e l a y i n g s y s t e m ) a dh o e 中继站( a r s ，a dh o cr e l a ys t a t i o n ) 移动主机( m h ，m 曲i l eh o s t ) 基站( b s ，b a s es t a t i o n ) 收发信基站( b t s ，b a s et r a n s c e i v e rs t a t i o n ) 精简指令集计算机( r i s c r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ) i l l 复杂指令集计算机( c i s c c o m p l e xl m t x u e t i o ns e tc o m p u t e r ) 片上系统( s o c ，s y s t e m0 1 1c h i p ) 外部总线接口( e b i ，e x t e r n a lb u si n t e r f a c e ) 数据装置准备好( d s r ，d a t as e tr e a d y ) 数据终端准备好( d t r ，d a t at e r m i n a lr e a d y ) 请求发送( r t s 。r e q u e s t t os e n d ) 允许发送( c t s 。c l e a r t os e n d ) 接收线信号检测( r l s d ，r e c e i v e dl i n es i g n a ld e t e c t i o n ) 振铃指示( r 1 ，r i n g i n gl n d i e a t o t ) 发送数据( t x d 。t r a n s m i t t e x ld a m ) 接收数据( r x d r e c e i v e dd a t a ) 存储管理单元( m m u ，m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t ) 虚拟文件系统( v f s ，v i s u a lf i l es y s t e m ) 在线仿真器( i c e ，i n - c i r c u i t e m u l a t o r ) 公共许可证( g p l ，g e n e r a lp u b l i c “s c c e ) 网络文件系统( n f s ，n e t w o r kf i l es y s t e m ) 简单文件传输协议( 邢，啊v i a i f i l e t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 主引导记录( m b r ，m a s t c r b o o t r e c o r d ) 电路交换数据( c s d ，c i r 面t - s w i t c h e dd a m ) 终端设备( t e ，t m i n n a le q m p m e n t ) 数据终端设备( d t e ，d a t a t e r m i n a le q u i p m e n t ) 终端适配器( t a ，t e r m i n a la d a p t ) 数据电路终端设备( d c e ，d a t a c i r c u t t e r m i n a l e q u i p m e n t ) 移动台( m s ，m o b i l es t a t i o n ) 串行线路网络协议( s l i p ，s e r i a l l i n e i n t e r a c t p r o t e c 0 1 ) 高级数据链路控制协议( h d l c ，h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) 帧校验序列( f c s ，f r a m ec h e c ks e q u e n c e ) 循环冗余校验( c r c ，c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ) 链路控制协议( “了，l i n kc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 网络控制协议( n c p ，n e t w o r kc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 口令验证协议r 谨( p a s s w o r d a u t h e n t i c a t i o i lp r o t e c 0 1 ) 挑战握手验证协议c h a p ( c h a l l e n g e - h a n d s h a k e a u t h e n t i c a t i o n p r o t o c 0 1 ) 网络地址转换技术( n a t ，n e t w o r k a d d r e s st r a n s l a t i o n ) 源n a t ( s n a t 。s o u r c en a t ) 目标n a t ( d n a t ，d e s t i n a t i o nn ) 动态主机配置协议( d h c p ，功m a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c 0 1 ) 多链路p p p 协议( m l p ，m u l t i l i n kp p p ) 最大传输单元( m t u m a x i m u mt m n s a n i s s i o nu n i t ) 最大接收重组单元( m r r u 。m a x i l n mr e c e i v er e c o n s t r u c t e du n i t ) w 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研触躲蜂日期：蝉冯胡b 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅。可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：幽导师签名：研究生签名：隍塾! 翌导师签名： 日期： 丝目够身 第1 章绪论 1 1 课题的背景及意义 第1 章绪论 计算机和通信技术的发展产生了多种多样的通信技术，其中无线通信技术发展十分迅猛，如全 球移动通信系统( g s m ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 、无线局域网( w l a n ，w i r e l e s s l o c a l a j e a n e t w o r k ) 、无线个域网( w p a n w i r e l e s s p e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) 等。无线网络在很多 实际应用场合代替了有线网络成为互联网接入的最后一跳。这些无线网络和因特网连接就是一种异 构网络，可以为用户提供尽可能高速率的数据接入和尽可能健壮的网络接入 通信技术飞速发展，它在人们的社会生活中占有越来越重要的地位。通信的最终目标是实现任 何时间、任何地点和任何人进行任何形式的信息交换，即所谓全球个人通信l l 】。虽然目前还没有哪 种通信系统能满足人们的这种通信要求，但用户和市场的需求激励着研究人员去探讨实现这种通信 要求的可能性使之从现有的通信网络出发根据它们不同的业务能力和适用范围，考虑它们融合 的可能性，设计满足多样化需求的无线通信系统，为解决人们的通信需求提供一条较好的路径事 实上。移动通信己经历了模拟制的第一代移动通信系统( i g ，1 s tg e n e r a t i o n ) 和数字制的第二代移 动通信系统( 2 g ，2 r i dg e n e r a t i o n ) ，以多媒体为主要特色的第三代数字移动通信系统( 3 g ，3 r d g e n e r a t i o n ) 目前正在走向商用，其主要的国际标准有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 和w i m a x 等， 。围绕可移动设备如何接入异构网络以及部分固定设备如何实现海量无线数据通信这些基本问 题。叭们提出了多种无线接入技术标准。目前国际上已提出的中短距离无线接入标准主要有：以i e e e 8 0 2 1 1 系列为代表的无线局域网技术，以i e e e8 0 2 1 5 和蓝牙( b l u e t o o t h ) 为代表的无线个域网技 术等。 作为一种有广阔应用前景的技术。无线局域网正越来越受人关注。目前已经在市场上取得成功 的无线局域网有i e e e 的8 0 2 1 l x 和e t s i 的h i p e r l a n 。这两种标准的w l a n 最初主要是面向数据 的无线局域网，它们的数据业务能力强，工作于免许可证的频段，建网成本低，布网简单。但是， w l a n 的覆盖范围较小，只能提供较短距离的覆盖( 例如1 0 0 米左右) 。以2 g 和3 g 为代表的公 众蜂窝移动通信和w i _ a n 都有自己的适用范围，不可替代如果可以将它们之间实现互通与融合 就可以实现优势互补，将可以实现满足多样化通信要求的无线网络覆盖口】1 w 【4 j ，为用户提供较为理想 的通信环境，前景非常乐观。既保留公众移动通信系统在计费管理、漫游和安全方面的优势，又能 以较低的成本实现热点地区覆盖，公众移动通信系统与w l a n 互连是当前研究的一个热点 基于以上背景，提供一种可以实现多个接入网络有机融合的通用平台，在该平台上可以有机融 合公众移动通信网，是一种很好满足当前用户需求并且实现了公众移动通信网的融合的解决方案。 作为网络融合通用解决方案的嵌入式网关平台的设计和研制涉及3 a r l a n 无线接入技术、公众移动 网、公共电话交换网( p s t n ，p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n e n e t w o r k ) 、无线传感器网络( w s n ，w i r e l e s s s e n s o rn e t w o r k ) 等众多通信技术，本文将重点研究异构网络融合的关键技术和通用多网融合嵌入 式网关平台接入公众移动通信网的关键技术。 东南大学硕士学位论文 1 2 论文的主要内容和各章节安排 本学位论文在分析当今无线通信技术发展概况的基础上重点研究分析了多网融合关键技术，包 括公众移动通信网与w l a n 的融合，公众移动通信网同w s n 以及a dh o e 网络的融合等在理论 分析研究的基础上，提出了以a t m e la t 9 1 r m 9 2 0 0 为核心处理器的通用多网融合嵌入式网关平台的 硬件解决方案，以及以嵌入式a r m l i n u x 操作系统和点对点协议( p p p p o i n tt op o i n tp r o t o c 0 1 ) 软 件包为核心的软件解决方案。整体的技术解决方案使得该通用多网融合嵌入式网关平台能够接入公 众移动通信网、无线传感器网络、无线个域网等无线通信网络和以太网、公共电话交换网等有线网 络。 本论文的章节安排如下： 第l 章：绪论。介绍了本学位论文的背景知识，明确了论文研究的目标和方向，对全文的章节 安排加以说明 第2 章：无线通信技术发展以及多网融合技术研究在阐明无线通信技术发展现状以及网络融 合意义的基础上，指出了网络融合的必要性和可行性，讨论了公众移动通信网同w l a n 网络融合。 公众移动通信网同a dh o e 网络的网络融合等多网融合方案。 第3 章：通用多网融合嵌入式网关接入公众移动通信网的硬件解决方案和实现。在提出通用多 网融合嵌入式网关硬件设计方案的基础上。介绍了嵌入式处理器的性能和配各的资源，存储空间的 配置情况以及f l a s h 同s d r a m 地址空间的对应关系。而后着重介绍了实现公众移动通信网接入的 通用分组无线业务( g p r s ，g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 通信模块的内部电路设计和外围接口设 计，最后介绍了融合其他网络用到的u s b 接口的硬件技术解决方案。 第4 章：通用多网融合嵌入式网关接入公众移动通信网的软件解决方案和实现。介绍了本设计 使用的整体软件结构以及嵌入式a r m l i n e x 操作系统，详细介绍了实现g p r s 网络连接的p p p 拨 号协议软件包的具体实现和配置方法。最后介绍了实现网关功能需要用到的口伪装等关键技术 第5 章：多链路p p p 协议的算法研究。基于多链路的p p p 协议能提供一个或多个p p p 链路来 绑定成一条虚拟链路，提供更高的带宽进行通信。给出了多链路p p p 协议在选路分发数据包以及数 据包分片大小的算法方面的创新设计并且进行了论证和测试 最后对全文进行了总结。 2 第2 章无线通信技术的发展以及多网融合技术概述 第2 章无线通信技术的发展以及多网融合技术概述 2 1 无线通信技术发展现状以及网络融合的意义 伴随着3 g 、r f i d 、w l a n 、u w b 、蓝牙技术等主流的无线技术的快速发展和成熟。 诸如z i g a e e 、4 ( 3 、m i m o 、o f d m 等多种新的无线技术也呈现百花齐放的局面，这些技术 的出现和发展。给整个无线通信产业注入了勃勃生机。 无线通信将成为下一代通信技术发展的最大推动力。2 g 、3 g 、w l a n 和无线个域网 ( w p a n ，w i r e l e s s p e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) 都有着各自不同的特点和定位互相之间不可替 代。图2 1 是2 g 、3 g 、w l a n 和w p a n 移动性和数据速率传输性能的比较嗍 0 1 图2 12 g 、3 g 、w l a n 和w p a n 移动性和数据速率传输性能比较 由图2 1 可以看出无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的无 线通信技术具有不同的覆盖范围，不同的适用区域，不同的技术特点，不同的接入速率。比 如3 g 和w l a n 等，均可实现互补效应。3 g 可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求， w l a n 可解决中距离的较高速数据接入因此。通过多个无线通信网的多元化接入手段 实现对不同用户群体的需求覆盖，达到市场细分和业务的多元化，可以解决无线通信技术发 展不均衡的问题从大范围公众移动通信来看，3 g 或b 3 g ( b e y o n d3 g ) 技术将是主导， 提供对全球的广泛覆盖；而w l a n 、w i m a x 等宽带接入技术，将结合其自己不同的技术特 点，在不同覆盖范围或应用区域内，与公众移动通信网络形成一个综合的一体化的网络。通 信信息网络将向下一代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 融合，在n g n 概念中，固 定网络将形成一个高带宽，伊化、具有强q o s 保证的信息通信网络平台。在这一平台上， 各种接入手段将向各个应用领域延伸t e l 。而3 g 、宽带固定无线接入、各种无线局域网或城 域网方案等无线通信技术，都将成为n g n 平台的延伸部分，从而形成集固定无线手段于一 体，各种接入方式综合发挥效用，各种业务形成全网络配置的一体化综合网络。无线化和宽 带化融合的结果可以将数据、话音、视频以及多媒体应用传送到商业和家庭用户。而由于无 东南大学硕士学位论文 线通信网络存在的带宽需求和移动网络带宽不足的矛盾，用户地域分布和应用需求不平衡的 矛盾以及多种技术优势和其不足共存的矛盾，决定了发展无线通信网络需要综合运用各种技 术手段，从全局和长远的眼光出发，采取一体化的思路规划和建设网络。发挥不同无线通信 技术的个性，综合布局，解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求。可以达成无 线通信网络的整体优势和综合能力。 为了满足人们对多个通信网络有机融合的内在需求，开发一个通用的多网融合平台，实 现对多个通信网络的访问和数据交互有重要的现实意义 2 2 公众移动通信网同w l a n 的融合 公众移动通信网可以在广阏的覆盖范围内提供服务，但是数据速率不能满足人们的需 求，2 ( 3 移动通信系统的数据传输能力较为有限，在2 5 g 移动通信系统中，通过采用通用分 组无线业务，传输数据的速率最高可以达到1 7 2 k b i ，在3 g 移动通信系统中。数据传输速 率得到了进一步的提高，在室内、室外和行驶的汽车中分别可以达到2 m b p s 、3 8 4 k b p s 、 1 4 4 k b p s ：与2 g 和3 g 通信系统相比，w l a n 能提供更高的数据速率，但是覆盖范围很有 限，一个接入点只能覆盖几十米到几百米。如果可以综合w l a n 提供的高速数据服务和公 众移动通信网广大覆盖范围的优势，将w l a n 接入技术同移动运营商基于s i m ( s u b s c r i b e r l d o n t i t ym o d u l e ) 卡的用户管理功能和漫游设施结合起来，则可以形成一个在广域范围内的 热点地区为用户提供高速数据接入的综合方案【7 】。 随着3 g 相关技术的发展完善，口多媒体子系统( i m s ，i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 从技 术层面上提供了一种在3 g 场景实现多网融合的解决方案。i m s 最先是第三代合作伙伴计划 ( 3 g p p ，3 r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i p p r o j e c t ) 1 1 5 中提出的在口平台上支持丰富的移动多媒体 业务的子系统。由于i m s 具有采用会话初始协议( s 口，s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 进行呼 叫控制、与接入无关和能够灵活提供多种业务等优点，为网络融合奠定了技术基础，已被认 为是实现下一代融合网络的核心技术，3 g p pi m s 的架构如图2 2 所示 图2 23 g p p i m s 架构图 呼叫会话控制功能( c s c f ，c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 是i m s 的核心功能实体，主 要功能是实现i m s 域的呼叫和会话控制。i m s 中定义了3 种c s c f ： 4 第2 章无线通信技术的发展以及多网融合技术概述 ( i ) 代理呼叫会话控制功能( p - c s c f p r o x y c a l l s e s s i o n c o n t r o l f u n c t i o n ) ；位于访 问网络中，是s i p 用户接入i m s 的入口点。主要负责处理s i p 用户接入，s i p 消息的转发、 完整性保护和压缩处理。p - c s c f 中的策略判决功能( p d f ，p o l i c y d e c i s i o n f u n c t i o n ) 模块 负责对多媒体业务的q o s 要求进行策略判决p - c s c f 也可以用来提供紧急业务的本地控制。 ( 2 ) 查询呼叫会话控制功能( i - c s c f ，i n t e r r o g a t i o nc a l ls e s s i o nc o n t r o lf c 6 ) ： 位于归属网络中，是s i p 消息进入归属i m s 网络的入口点。主要负责查询归属地用户服务 器( h s s ，h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ) 来为用户选择s - c s c f ，并将s i p 消息发到该s - c s c f ； 作为外部网络到i m s 归属网络的网关，支持防火墙功能。并具有隐藏归属网络拓扑的功能， 从而允许各运营商i m s 网络保持配置独立安全 ( 3 ) 服务呼叫会话控制功能( s - c s c f 。s e r v i n gc a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) ：位于 归属网络中。根据需要可设置多个主要功能：接受用户注册，从h s s 下载并临时存储用 户相关数据：重定向路由，进行呼叫会话控制；触发用户签约业务，协同业务平台进行业务 支持等。 在研究w l a n 和g p r s 互通时，e t s i 曾建议w l a n 和蜂窝网互通融合的具体架构可 采用两种典型模式：松耦合模式和紧耦合模式4 1 9 1 1 由于松耦合模式是相对更为实用和灵 活的融合方式，所以3 g p p 借鉴了这种架构方式3 g p pr 6 中建议的3 g w l a n 融拿网络架 构如图2 3 所示】 蘸 “4 攀七 躐荽u t r a n i 图2 33 g w l a n 网络融合架构 i m s 网络将独立于接入系统，不仅支持3 g 移动接入，还扩展到支持w l a n 无线接入 采用3 g 移动接入方式时，用户通过服务g p r s 支持节点( s s g n ，s e r v i n g g p r ss u p p o r t i n g n o d e ) 和g p r s 网关支持节点( g g s n ，g p r sg a t e w a ys 唰i n gn o d e ) 接入i m s 网络： 采用w l a n 无线接入方式时，用户通过无线应用网关( w a g ，w i r e l e s sa p p l i c a t i o ng a t e w a y ) 和分组数据网关( p d g ，p a c k e t d a t a g a t e w a y ) 接入i m s 网络，并且统一使用基于3 g p p 系 统的鉴权、计费、和漫游等由3 g p p 规定。 图2 3 中的u t r a n 为3 g 中的接入网络层该层主要包括无线网络控制器( r n c ，r a d i o n e t w o r k c o n t r o l l e r ) 和n o d e b ，为了实现3 g 和w l a n 的融合，3 g p p 新增加的设备主要有： w l a nu e ：带有u s i m s i m 卡的w l a n 用户设备或3 g w l a n 双模终端。 a a as e l v e r 代理：a a a 服务器，负责提供用户鉴权、业务授权和计费功能，做代理时 负责中继a a a 信息。 w a g ：负责为进出w l a n 接入网的分组选路，还有分组过滤和计费信息采集等功能。 5 东南大学硕士学位论文 p d g ：分组数据网关，功能类似3 g 核心网分组域中的g g s n ，负责口地址管理、分 组路由、隧道端点处理、业务选择和授权、策略执行、计费信息采集等 另外下列3 g p p 中已有的设备需增加为w l a nu e 服务的能力： h s s ：归属用户服务器，存储管理用户的鉴权数据和签约信息。 计费功能：在线计费系统( o c s ，o n l i n ec h a r g i n gs y s t e m ) 进行在线计费，计费网关 ( c g w ，c h a r # r i gg a t e w a y ) 结合计费采集功能( c c f c h a r g i n gc o l l e c t i o nf u n c t i o n ) 实现 离线计费。 2 3 公众移动通信网与w s n 以及a dh o c 的融合 在该多网融合通信系统中，除接入以太网，蓝牙终端，公共电话交换网之外。还要接入 无线传感器终端，接入多个无线传感器终端组成的无线传感器网络，其本质是基于a dh o c 技术”的自组织网络，在无线传感器网络的布设区域( 比如野外的高压储气罐群) 没有网 络基础设施，必须通过无线传感器网络节点的自组织来形成一个无线传输网络环境，并且通 过相关数据的汇聚和融合，从而把相应的测试对象的参数传递到监控中心。由于无线传感器 网络其本质是基于a d h o c 的自组织网络，而在此多网融合场景中涉及公众移动