基于IMS的3G和WiMAX业务融合的探讨.doc

基于IMS的3G和WiMAX业务融合的探讨摘 要利用WiMAX技术作为3G有效的接入补充方式，提出了3G和WiMAX业务融合的概念和实现目标，并给出了二者基于IMS的业务融合体系结构。认为实现业务融合的关键技术包括统一的会话管理、统一的用户标识、统一的用户数据及签约信息管理、统一的帐单服务以及统一的业务提供，分析了对应的解决方法。采用IMS作为业务层融合的网络平台，与3G核心网的演进以及基于IMS的固定、移动网络融合的下一代网络演进思路完全一致，对3G网络建设和规划具有很好的参考意义。关键词：3G WiMAX IEEE 802.16 融合引言目前，中国3G的市场发展和网络建设规划到了一个比较关键的时期。虽然，3G的目标是为更广大的移动用户提供高速的语音、数据和多媒体业务，但在相当长的一段时间内，语音和中低速数据业务将仍是3G能提供的主要业务。同时，宽带无线接入技术的发展，以及与现有2G/2.5G系统的互补应用，使它们也成为3G系统的强大竞争对手。因此，对于网络运营商来说，在部署3G的初期选择一种先进的宽带无线接入技术作为3G网络的接入补充，不仅可以为用户提供优质的语音业务，同时能够为用户提供丰富多彩的数据、多媒体及差异化业务，从而大大增强3G运营商的竞争力。 因此，对于3G网络运营商来说，在建设3G网络的初期就应首先考虑在业务层面实现WiMAX和3G的融合，并以此作为3G网络建设及业务推广的切入点，利用WiMAX高速率、高带宽、低成本的优势为3G用户提供高速上网及其它多媒体业务。这对于3G网络运营商在3G开展的初期快速进入和占领电信市场，并在激烈的市场竞争中占据有力地位具有非常重要的意义。 3G和WiMAX业务融合的基本目标是：在网络互通的基础上共享业务系统，通过统一的业务系统为最终用户提供统一的业务体验，使用户通过不同的终端接入不同的网络来访问同样的业务，实现统一账单、统一数据库管理等功能，并尽可能实现业务的统一开发、统一控制。对用户来说，业务融合要以保障现有服务质量为基础，提供更加丰富的业务；对运营商来说，业务融合要以重用现有的网络资源为主，支持向以网络融合、终端融合后的业务移动性和移动环境下的业务无缝切换为最终目标的平滑演进。 1 选题背景1.1 WiMax的发展WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX是IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在IEEE 802.16工作组中开发的无线城域网(WMAN)技术，WiMAX也是IEEE 802.16d/e技术的别称。 20世纪90年代宽带无线接入技术发展迅速，以本地多点分配系统(LMDS)和多信道多点分配为代表的无线技术的市场定位为小型办公室(SOHO)、中/小企业、城市商业中心等用户。但是这一产业并没有像人们预期的那样进一步繁荣壮大，一个重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。 1999年，IEEE成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入技术规范，目标是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。目前IEEE802.16主要提及两个标准：802.16-2004即802.16d固定宽带无线接入标准和802.16e支持移动特性的宽带无线接入标准。IEEE 802.16d标准于2004年10月1日发布，它规范了固定接入下用户终端同基站系统之间的空中接口，主要定义空中接口的物理层和MAC层。802.16e标准的最大特点在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在6GHz适宜于移动性的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动，同时802.16d规定的固定无线接入用户能力并不因此受到影响。 IEEE 802.16工作组主要针对Wireless MAN的物理层和MAC层制定规范和标准。为了形成一个可运营的网络，IEEE 802.16技术必然需要其他部分的支撑，所以WiMAX论坛应运而生。WiMAX论坛成立于2001年4月，最初该组织旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，通过WiMAX认证的产品会拥有“WiMAX(r) CERTIFIED”标识。随着802.16e技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，不仅要建立一整套基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。 1.2 国内外研究现状、水平与发展趋势1.2.1 发展状况目前，WiMAX在设备制造方面，最为积极的主要有LMDS和MMDS以及一些拥有OFDM知识产权的解决方案提供商。不过传统电信厂家在这个领域并不积极，而Nokia在2004年上半年先退出后加入的举动，也可以看出电信厂家在这个技术上的犹豫不决。虽然摩托罗拉、北电等主要电信厂家2004年下半年纷纷加入WiMAX联盟，但并末投入过多精力进行产品研发。 另外值得一提的是，Intel在WiMAX的发展中起到了非常关键的作用。Intel通过内置WLAN芯片的“迅驰”笔记本芯片获得了巨大成功，但WLAN在技术上存在很多局限性，如覆盖范围、使用开放频段易受干扰等问题。因此，Intel希望通过WiMAX进一步巩固其市场霸主地位，进一步扩大无线接入的影响力。 Intel已经在2004年9月推出了基于802.16d的Rosedale芯片，并计划2006年将802.16e的芯片植入笔记本，实现便携性。Intel预计2008年，内置WLAN的笔记本将超过7000万，而内置WiMAX芯片的笔记本达到5000万。 WiMAX的市场才刚刚起步，各个厂家的设备大部分仍在研发或使用当中，只有少数运营商正在筹划展开基于802.16d的测试和试运营。由于这些大部分运营商手中握有原来的MMDS频率，尤其是3G以下频率资源，因此希望借此机会提供宽带无线业务，甚至切入移动数据市场，与移动运营商竞争。而大多数移动运营商对WiMAX态度冷淡，美国Nextel就对外宣称，WiMAX的移动性能很难达到移动运营商的要求，因此放弃对此技术的进一步试验。1.2.2 应用前景宽带无线接入技术是各种有线接入技术强有力的竞争对手，在高速因特网接入、双向数据通信、私有或公共电话系统、双向多媒体服务和广播视频等领域具有广泛的应用前景。相对于有线网络，宽带无线接入技术具有巨大的优势，如： *无线网络部署快，建设成本低廉 *无线网络具有高度的灵活性，升级方便 *无线网络的维护和升级费用低 WiMax无线网络的技术以及其应用前景介绍 *无线网络可以根据实际使用的需求阶段性地进行投资 WiMax的应用主要可以分成两个部分，一个是固定式无线接入，一个是移动式无线接入。802.16d（IEEE 802.16-2004）属于固定无线接入标准，而802.16e属于移动宽带无线接入标准。INTEL已经宣布开发出符合IEEE 802.16-2004标准的芯片，并且从2006年开始WiMAX技术被逐步引入笔记本电脑中。相信不需要太多时间，WiMax即可得到广泛的应用。其主要的应用范围主要有： *中国幅员辽阔，存在很多经济欠发达地区，在这些地方的信息化建设是非常落后的。应用低成本的WiMax技术则可以给那里架起一座信息高速公路，对当地的经济发展会有很大的促进作用。 *应用WiMax技术可以迅速部署完成一个高速数据通信网络。例如2008年奥运会期间可以在奥运场馆构建WiMax网络。 *可以使用WiMax技术在大学校园内部署高速无线网络。使用WiFi技术的校园无线网络已经十分普遍，但是WiMax要比WiFi先进很多，WiMax使用很少的基站即可达到整个校园的无线信号无缝连接。 同广泛使用的无线网络相比，WiMax技术有着自己独特的优势。WiFi技术可以提供高达54Mbps的无线接入速度，但是它的传输距离十分有限，仅限于半径约为100米的范围。移动电话系统可以提供非常广阔的传输范围，但是它的接入速度却十分缓慢。WiMax的出现刚好弥补了这两个不足。因此，WiFi（无线局域网），WiMax（无线城域网），3G（无线广域网）三者的结合会创造出一个完美的无线网络。随着无线通信技术的不断发展，集成了这三种技术的移动终端能够随时随地提供高速无线连接，借用一句广告语：“未来是无线的”。2 WiMAX与Wi-Fi技术的区别为了对WiMAX与WiFi技术进行对比分析，这里从两者的传输范围、传输速度、网络安全性以及标准竞争方面进行分析。 2.1、传输范围分析WiMAX的设计可以在需要执照的无线频段，或是公用的无线频段进行网络运作。只要系统企业拥有该无线频段的执照，而让WiMAX在授权频段运作时，WiMAX便可以用更多频宽、更多时段与更强的功率进行发送。一般来说，只有无线IS7企业才会使用授权频宽的WiMAX技术。至于WiFi的设计则只在公用频段中的24 GHz到5 GHZ之间工作。美国的联邦通讯委员会(FCC)规定WiFi一般的传输功率要在1毫瓦到100毫瓦之间。一般的WiMAX的传输功率大约100千瓦，所以WiFi的功率大约是WiMAX的一百万分之一。使用Wi Fi基地台一百万倍传输功率的WiMAX基地台，会有比WiFi终端更大的传输距离，这也是显而易见的了。 虽然WiMAX显然有较长的传输范围，在使用WiMAX基地台时必须注意，要有一个授权的无线电频段才能使用。而如果WiMAX跟WiFi一样都使用未授权的工作频段，则它的传输优势就消失了。WiMAX跟WiFi都是基于无线频段传输的技术，所以受同样的物理定律限制。反之，如果在同样的条件下，让WiFi使用授权频带，WiFi同样也可以跟WiMAX一样有较大的传输范围。另外，虽然WiMAX可以利用较新的多径处理技术，目前新推出的preNMIMO(多天线双向传输)技术WiFi产品也使用了该技术。 2.2、传输速度分析WiMAX的技术优势大多数人都看好是传输速度的优势。虽然WiMAX声称最高速度每秒70mbyte，然而最新的WiFiMIMO理论上也有每秒108 mbyte的最高速度，而实际环境下也有45 mbps的速度，已经是经过实验验证确认其速度约为45mbps。而WiMAX 的商用产品目前很少。而WiMAX技术也会受技术问题与物理定律所限制。无线ISP企业在组建WiMAX网络的时候，同样会遇到现今其他无线企业会遇到的频宽竞争的难题。授权频段的WiMAX系统涵盖范围极大，约数十公里，其组建的困难可说是一把两刃剑。这是因为无线覆盖范围非常大，里面会有极多的使用者同时竞争同样的频宽。即使无线ISP企业使用多个独立的频道来运作，在同一个频道中，还是会有数倍于WiFi的使用人数。一般来说，一家无线ISP企业，不管是无线微波企业、3 G行动企业，到卫星电话企业，同样都会遇到频宽竞争与QoS(服务品质)管控的问题。如果网络的延迟在大约200到2000毫秒间，这种网络很难使用VoIP、视讯会议、网络游戏，或任何其他的即时应用。理论上可以在WiMAX加上QoS机制，以供VoIP使用，知识目前仍然没有商用的产品出现。而在WiFi技术方面，Spectralink上的QoS运作效果已被证实，同时8021le的无线QoS标准也将要推出。无线ISP企业的WiMAX组建一般会比非授权的WiMAX或WiFi基地台组建要慢一些，因为对无线ISP企业不太可能会去让少数用户使用整个频段。使用公用频段的WiMAX基地台，与WiFi基地台的设置两者哪一个速率更快，在实际应用上取决于商用产品的推出。由于理论上他们的传输功率与频段大致相同，而市场上已经有大量而且成熟的WiFi产品。WiFi在非授权频段这一边已经领先一大步，因此WiMAX多是往无线ISP企业的方向来推动发展。 2.3、安全性分析WiMAX与WiFi从安全性的角度来说，实际上WiMAX使用的是与WiFi的WPA2标准相似的认证与加密方法。其中的微小区别在于WiMAX的安全机制使用3DES或AES加密，然后再加上EAP，这种方法叫PKMEAP而另一方面WiFi的WPA2则是用典型的PEAP认证与AES加密。两者的安全性都是可以保证的，因此在实际中网络的安全性一般取决于实际组建方式的正确合理性。 WiMAX技术与80216标准是十分重要的，因为他是无线ISP企业未来合理的演进方向。但它不是无线网络技术的终极解决方案。WiMAX或其他的无线网络技术将会是互补的，同时这些无线技术也不可能取代有线技术的需求。无线的连线方式必定更有行动力、更方便。而有线的连线方式，一般传输速度更快，更可靠。 2.4、移动性分析从移动业务能力上看，WiMAX标准之一80216 e提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端和80216 e终端持有者。80216 e接入IP核心网，也可以提供VoIP业务。但是从覆盖范围上看，80216 e为了获得较高的数据接入带宽(30 Mbits)，必然要牺牲覆盖和移动性，因此80216 e在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性，主要应用会集中在游牧或低速移动状态下的数据接人。在移动性方面WiFi技术也是支持的，但是不支持两个WiFi基地台之间的终端的切换。当在两个WiFi基地台之间移动时是一个重新接入的过程。 2.5、网络对比分析WiMAX在整合与标准化无线微波ISP市场的过程中，将会有自己的发展空间，但它并不会直接与大多数的WiFi组建竞争。WiMAX将会聚焦于授权频段的无线ISP市场，而WiFi将会继续主导私用的无照无线市场，如公司或家用的无线网络。 WiMAX与 Wi一Fi唯一会重叠的地方，就是收费的WiFi存取点。由于WiMAX连线的涵盖面积较大，以数十公里计，而WiFi存取点是由数十米的小片面积所组成，所以WiMAX在全球涵盖上会占有优势。但是因为目前的市场占有率较高，以及因为小范围、同时竞争的用户人数较少，造成 Wi一Fi较快、延迟较小的特性，WiFi的收费存取点仍可能持续流行。因此，WiMAX竞争的关键因素将是WiMAX的QoS机制良好地运作，以及解决过多使用者的问题。3 WiMAX技术的优、劣势3.1、WiMax五大优势WiMax之所以能掀起大风大浪，显然是有自身的许多优势。而各厂商也正是看到了WiMax的优势所可能引发的强大市场需求才对其抱有浓厚的兴趣。 优势之一，实现更远的传输距离。WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。 优势之二，提供更高速的宽带接入。据悉，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。 优势之三，提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将WiFi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。 优势之四，提供多媒体通信服务。由于WiMax较之WiFi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。 优势之五, 从产业链来讲，Wimax有商用数据上网卡有商用手机(HTC Max 4G)，并且还存在终端一致性测试的问题。所以，WiMAX的产业链还需要经过像TD-SCDMA产业链的规模试验过程。 3.2、WiMax三大劣势第一，从标准来讲WiMax技术是不能支持用户在移动过程中无缝切换。其速度只有50公里，而且如果高速移动，WiMAX达不到无缝切换的要求，跟3G的三个主流标准比，其性能相差是很远的。 第二，WiMAX严格意义讲不是一个移动通信系统的标准，还是一个无线城域网的技术。另外，我国政府也组织了相关专家对此做了充分分析与评估，得出的结论是类似的。 第三，WiMAX要到802.16m才成成为具有无缝切换功能的移动通信系统。WiMAX阵营把解决这个问题的希望寄托于未来的16m标准上，而16m的进展情况还存在不确定因素。4 3G与WiMAX、WLAN等无线技术融合是大势所趋2007年10月，WiMAX被ITU正式纳为新的3G标准，对已有的三大主流3G标准构成了挑战。WiMAX可能成为固网运营商与移动通信运营商进行竞争的有力武器，可以改善企业与服务供应商的认知度。但由于技术成熟度、运营牌照发放等原因，当前国内各通信运营商对WiMAX的态度主要以跟踪或试验为主。4.1 标准层面的融合 IEEE802.16系列标准，又称为IEEEWirelessMAN标准，它对工作于不同频带的无线接入系统空中接口的一致性和共存问题进行了规范。由于它所规定的无线系统覆盖范围在千米量级，因而802.16系统主要应用于城域网。 802.16系列标准为运营商带来可运营、可管理网络的一个重要特点是QoS保证。 为了确保设备的兼容性和互操作性能，WiMAX论坛在802.16标准中对设备性能要求和选项进行了明确的规范和选择，对不同的选项按照技术发展和市场要求定义为必选或可选。论坛制定相关的测试标准，并基于此对设备进行认证。运营商和用户可以自由选择、放心使用通过认证的产品。免除了运营商系统测试和试商用时间成本和风险。用户也不受限制地选择终端。 近年来，国内各设备厂商、研究机构也积极参与802.16/WiMAX的国际标准化活动，中国通信标准化协会(CCSA)与802.16工作组建立联络关系。另外，在CCSA内部各成员也在积极开展研究工作。目前，基于802.16d的一系列行业标准正在制定阶段，同时基于802.16e的行业标准的制定工作也已开始。 WiMAX的下一步演进将是迈向IMT-Advanced，与其他B3G技术相融合，成为IMT-Advanced家族成员之一。这一步演进，就是通过制定IEEE802.16m新标准来实现的。 要使从WiMAX技术演进而来的802.16m能成为IMT-Advanced标准之一，则必须首先考虑演进后的802.16m能否满足这个最基本的要求。为了满足人们对传输速率日益增长的需求和高速移动性的要求，IEEE802.16委员会设立了802.16m项目，并于2006年12月批准了802.16m的立项申请，正式启动了IEEE802.16m标准的制定工作。 IEEE802.16m项目的主要目标有两个：一是满足IMT-Advanced的技术要求；二是保证与802.16e兼容。为了满足IMT-Advanced所提出的技术要求，IEEE802.16m下行峰值速率应该实现低速移动、热点覆盖场景下传输速率达到1Gbit/s以上，高速移动、广域覆盖场景下传输速率达到100Mbit/s。为了兼容802.16e标准，IEEE802.16m考虑在IEEE802.16WMAN OFDMA的基础上进行修改来实现。通过对IEEE 802.16WMANOFDMA进行增补，进一步提高系统吞吐量和传输速率。 目前，基于IEEE802.16e的移动WiMAX技术物理层采用了MIMO/波束赋形以及OFDMA等先进技术，可以提供较好的移动宽带无线接入。由于采用了MIMO/OFDM等4G的核心技术，移动WiMAX在某些方面已经具有了4G的特征，因而IEEE802.16m完全可以在移动WiMAX技术的基础上进行修改而得来。4.2产业层面的融合 在WiMAX论坛的推动下，基于IEEE802.16标准的WiMAX产品将很快进入市场。 未来WiMAX的应用会给最终上网用户带来新的网络生活体验。采用WiMAX宽带无线接入方式，每个家庭可以享受到25Mbit/s以上的宽带应用服务。同时，随着技术及标准的发展与成熟，在未来的无线通信产业上，WiMAX也有很大的发展空间。 就3G与WiMAX、WLAN等宽带无线技术而言，它们之间虽然存在着局部竞争，但融合已是大势所趋。应当看到，当前已经得到规模化商用的3G网络，不仅在产业化和规模化方面拥有其他无线技术无法比拟的优势，而且它还具有广域覆盖、全球漫游、电信级安全性等优势，这使得3G当仁不让地成为多元融合的公共无线通信平台。WiMAX由于具有超高的数据传输速率，可以构建一个完全覆盖城域的宽带无线网络，WLAN则在局域网领域大有用武之地。尤其值得关注的是，在多元融合的大趋势下，3G与WiMAX等各种无线技术正在演进和发展中互相借鉴和靠近，这加快了MIMO和OFDM等新技术的引入。与此同时，以3G为代表的公众移动通信网络在向B3G/4G演进的过程中，网络带宽将得到全面扩展；而WiMAX则在技术演进的过程中，致力于全面增强移动性和安全性。可以预见，将来在无线城市、电子政务、企业应用以及教育等领域，3G与WiMAX、WLAN的融合(移动宽带)，将使得人们在不同的网络环境中，享受到更加灵活的、更加丰富多彩的应用服务。 中国早已进行了WiMAX可行性测试。2006年，上海贝尔阿尔卡特获得了广东网通WiMAX网络大单，该工程是迄今为止亚太地区最大规模的WiMAX项目。随着时间的推移，企业为移动WiMAX设计的移动电话也在进行中，WiMAX的手机芯片价格最终将是目前3G芯片的1/10，因而将来价格很有竞争优势。我国政府对WiMAX的关注已在实施中，WiMAX频率配置事关重大，目前其已被无线电管理委员会列入“十一五规划”；中国通信标准化协会也成立了频率工作组，将WiMAX频率研究列入计划。由此看来，WiMAX频率配置方案的确定尚需时日。 WiMAX本质上也是3G及3G演进过程中出现的一种无线城域网、多点基站互联和回程的重要支持手段。在与3G技术的结合上，中国的3G标准TD-SCDMA是WiMAX最好的选择，因为双方都是建立在低成本语音的基础上，同时具备高性能的数据。WiMAX的信道非常宽，在WiMAX宽带移动连接基础上，可以顺利实现TD-SCDMA的低成本和高性能数据。5 基于IMS的3G和WiMAX业务融合的探讨3G和WiMAX业务融合的基本目标是：在网络互通的基础上共享业务系统，通过统一的业务系统为最终用户提供统一的业务体验，使用户通过不同的终端接入不同的网络来访问同样的业务，实现统一账单、统一数据库管理等功能，并尽可能实现业务的统一开发、统一控制。对用户来说，业务融合要以保障现有服务质量为基础，提供更加丰富的业务；对运营商来说，业务融合要以重用现有的网络资源为主，支持向以网络融合、终端融合后的业务移动性和移动环境下的业务无缝切换为最终目标的平滑演进。5.1 业务融合体系结构 在网络控制层面，IP多媒体子系统（IMS）为下一代固定和移动网络的融合定义了一个良好的业务平台3，4，5，7，也是移动核心网络发展的目标，在标准和产品开发方面都已经成熟。在无线接入网络和移动通信网络互通方面，3GPP定义了WLAN网络与3G系统的互通体系结构8，9。同时，3GPP SA2工作组正在进行的一个工作是扩展WLAN网络与3G系统互通体系结构的范围，以支持更多的无线接入网络，目的是制定一个适用于任何无线接入网络与3GPP系统互通的体系结构。因此，遵循3GPP的这种思想，本文提出基于IMS的3G和WiMAX业务融合的网络体系结构，如图1所示。图1基于IMS的3G和WiMAX业务融合体系结构该体系结构不仅能支持简单的互连互通，实现统一的计费和客户服务，还能够支持3GPP系统对WiMAX接入的鉴权、控制以及计费，并且允许用户通过WiMAX接入网络访问到3GPP基于分组交换（PS）域和IMS域的服务，以及与电路交换（CS）域的互通。 以下对3G和WiMAX业务融合体系结构的主要功能实体进行简单的描述。 5.1.1 鉴权、授权、计费代理/服务器（AAA Proxy/AAA Server） AAA服务器位于3GPP归属网络内，主要用于对接入3GPP网络的WiMAX用户进行接入控制。AAA服务器的基本功能有：从归属用户服务器（HSS）中获取用户设备的鉴权信息和业务签约配置；根据鉴权信息对WiMAX用户进行鉴权；和WiMAX CSN及GGSN交互鉴权信息；在HSS中登记接入3GPP网络的WiMAX用户的地址和名字；产生WiMAX接入的计费信息，上报给在线或离线计费系统。AAA代理主要是用户漫游时，在拜访网络中传递鉴权信息，并产生拜访网络中的计费。在3GPP系统中，可建设一套AAA代理服务器，为通过不同无线接入方式使用3GPP服务的用户提供鉴权和接入控制。 5.1.2 WiMAX接入网关（WAG） WiMAX用户必须通过WAG才能接到3GPP系统中，实现与3G网络的互通。在漫游的情况下，WAG位于拜访网络中；在非漫游的情况下，WAG位于归属网络。WAG的主要功能包括：对通过WAG的分组数据进行过滤，防止未授权的数据包到达3G网络；确保所有来自授权WiMAX用户设备的数据包被路由到3GPP系统合适的GGSN中；基于隧道的标识在拜访网络或归属网络中产生计费信息。WAG是为了实现WiMAX网络和3G网络业务融合而新增加的一个功能实体。 5.1.3 网关GPRS支持节点（GGSN） GGSN是3G核心网络PS域的网关功能节点，在3G和WiMAX业务融合的体系结构中，需要对GGSN的功能进行增强，以支持WiMAX用户的接入。主要增强的功能包括：包含到WiMAX用户设备的路由信息；转发WiMAX用户的数据包；分配WiMAX用户设备远端IP地址，并进行WiMAX本地IP地址和远端IP地址的绑定；产生WiMAX用户访问3G业务的计费信息并上报给计费系统。 5.1.4 归属用户服务器（HSS） HSS位于归属网络中，包含用户访问WiMAX/3G融合业务所需的鉴权和签约信息。融合网络结构下用户的所有信息应该由HSS统一管理，要求HSS既能存储用户在3G网络的数据及签约信息，又能存储用户在WiMAX网络中的数据及签约信息。为支持WiMAX接入3GPP系统，HSS中要包括WiMAX接入的用户认证信息和融合业务签约信息。HSS也要为其他实体提供关于WiMAX接入相关的信息，如把用户的鉴权信息和签约清单传送给AAA服务器，供AAA服务器进行WiMAX接入控制。 5.2 关键技术分析 本文认为，为了实现业务融合，需要解决以下几个关键技术问题。 5.2.1 统一的会话管理 在用户设备通过3G或WiMAX接入到3GPP系统之后，如果想要使用IMS提供的服务，还需要做一系列初始化工作。对于IMS服务来说，无论用户设备是通过3G，还是WiMAX或者是其他无线接入技术，只要接入到3GPP系统，就是为IMS服务建立了一个IP连接承载，IMS并不关心这些承载是如何实现的。所以，IMS提供的会话管理对于3G和WiMAX接入应该是一致的。在IP连接承载建立完成后，用户设备（包括3G和WiMAX用户设备）使用IMS服务还需要包括以下几个步骤：IMS入口点（通过代理呼叫会话控制功能，即P-CSCF）发现过程；用户设备注册到IMS；端到端会话建立；会话释放。 对于3G用户设备，可以采取两种方法获得为用户设备服务的当前P-CSCF的IP地址，包括通过（DHCP）和（DNS），获得以及通过GPRS的PDP上下文激活请求获得；对于WiMAX用户设备，可以采取通用的方法，即通过DHCP和DNS获得为用户设备服务的当前P-CSCF的IP地址。获得到IMS的第一个联系点后，用户设备就可以发起向IMS的注册。注册的目的包括：判断用户设备是否可以在当前网络进行注册；请求归属网络为用户设备分配一个合适的服务呼叫会话控制功能（S-CSCF）；把当前获得的IP地址和用户公共标识进行绑定并进行注册；S-CSCF从HSS下载用户的业务逻辑，如果需要，可能还会发起到应用服务器的注册；如果用户首次注册或由于各种原因而重新注册，则还要进行用户和网络的双向鉴权认证，在此过程中传递IMS安全接入的加密密钥和完整性密钥，P-CSCF和用户设备据此建立安全的IPsec安全联盟。一旦注册成功，用户设备就可以发起端到端会话建立请求，在这个过程中要尽量提供统一的端到端策略管理和服务质量控制。会话过程中任何一方都可以结束会话，IMS在处理会话结束时要释放所建立起来的承载资源。当然，融合网络结构也应该能够处理特殊情况下由网络发起的会话释放。5.2.2 统一的用户标识 在3G和WiMAX网络中，用户分别有自己特定的标识，并存储在不同的网络单元中。3G中由移动用户国际号码和客户识别码来标识，主要存储在HSS中，3G用户在发起呼叫时，都要通过查询HSS来验证用户能否使用某项业务，并发现被叫的位置，把呼叫路由到被叫端。在WiMAX网络中，用户由SI来标识，在WiMAX CSN网络中有相应的用户数据库存储WiMAX用户的标识及相关信息。而在IMS层次上，用户统一由SIP URI或tel URL格式的IMS用户身份来标识。所以，只要能够解决这两个网络中特定的用户标识与IMS身份标识的绑定和关联就可以了，用户所感受到的只是统一的IMS身份标识。 在成功进行首次注册和认证之后，用户或用户设备可以发起一个用户标识注册状态定购请求，收到该定购请求后，S-CSCF把该用户所有相关标识的当前注册状态信息发布给请求的用户设备。因此，WiMAX用户设备和3G用户设备使用相同的公共标识分别发起用户标识注册状态定购请求，网络就可以把与该公共标识相关的所有其他公共标识及其注册状态发布给WiMAX用户设备或3G用户设备，而不管这些公共标识是在3G网络中注册还是在WiMAX网络中注册。也就是说，WiMAX用户设备和3G用户设备可以共享相同的公共用户标识，并使用该标识获得一致的IMS服务。 5.2.3 统一的用户数据及签约信息管理 在3GPP定义的基于IMS的网络中，用户的数据及签约信息都是存储在HSS中，主要包括：用户标识、注册信息、接入信息和业务触发信息，这些信息由HSS统一管理。HSS中存储的信息不仅包括用户IMS层次的信息，还包括CS域及PS域层次的相关信息，目的是采用统一的HSS管理用户的所有数据及签约信息。因此，遵循这种思想，融合网络结构下用户的所有信息也应该由HSS统一管理。这样就要求HSS应该既能存储用户在3G网络的数据及签约信息，又能存储用户在WiMAX网络中的数据及签约信息；HSS要能够对WiMAX和3G网络中不同的用户特征及行为进行统一管理。业务融合下HSS的功能结构如图2所示。 图2融合结构下的HSS5.2.4 统一的账单服务 统一账单服务就是要为用户在两个网络中使用的所有业务提供一张账单。通过统一的账单服务，不仅可以为用户带来方便和良好的业务体验，运营商也可以综合分析比较用户在两个网络中不同的使用行为，为其下一步运营规划提供一