WCDMA与WLAN融合网络建设研究

WCDMA与WLAN融合网络建设研究

摘要：随着移动数据业务的迅猛发展，高速率WLAN将会发挥出重要的作用。为此，结合目前联通WCDMA的网络情况，对WCDMA与WLAN网络融合建设进行了分析和讨论，通过分析WLAN与WCDMA网络各类网元的接入、认证、路由等关系来确认建设方案的可行性。关键词：WCDMA，WLAN，分组域，3G，认证1WCDMA+WLAN融合网络建设背景和需求2008年国内电信行业重组后，我国电信环境成为三家全业务运营商三足鼎立的局面。随着2009年国内三家运营商3G建设的大规模部署，国内电信市场呈现出新的特点：3G网络在带宽上的优势大大地激发了移动互联网类业务的蓬勃发展，中国电信和中国移动全力发展移动数据业务，力图占据3G的制高点，获得市场竞争优势；同时，终端智能化的日益普及促使用户更加关注业务体验。中国联通作为同时拥有WCDMA/GSM网络和固网的运营商，如何充分发挥移动网络和固网的优势，提供有竞争力的差异化融合业务，是中国联通面临的首要问题之一。WLAN技术作为当前固定宽带网络触角的延伸，已经广泛应用到电信运营商的宽带网络中。目前国内的多个城市选择采用WLAN来建设无线城市，以消除当前的数字鸿沟现象。中国联通作为深耕移动业务多年的运营商，在WLAN建设和覆盖上的优势也最为明显。将WCDMA和WLAN技术相融合提供差异化业务，大力发展移动互联网业务，增强用户的业务体验，提升客户的忠诚度，成为中国联通在全业务运营试点的重要的差异化转型战略之一。从最终用户使用角度来看，WLAN可以比WCDMA网络为用户提供更好的带宽和业务承载能力，用户希望在有WLAN的覆盖情况下，可以无缝地使用WLAN接入，同时还可以使用WCDMA网下的自营业务，包括彩信、流媒体等，并且尽可能地简化用户的操作，屏蔽用户对不同接入技术上的感知。从用户管理角度来看，在完全松耦合的网络架构下，WCDMA网络和WLAN网络用户信息分别处于不同的网络管理，两种接入下的认证鉴权以及计费相关功能相隔离。从便于用户统一管理与用户使用便利性出发，应支持统一的基于(U)SIM卡的认证，用户统一管理在同一网络位置，节约电信网络投资和维护成本。从网络架构层次上来看，完全独立的两种组网方式对未来网络的业务策略控制部署较为不利，统一的可管可控的融合核心网络是未来网络演进的方向。对中国联通来说，WCDMA+WLAN将增强中国联通WCDMA的市场竞争力，节约网络建设和维护成本，同时能够平滑演进到LTE/EPC。图1WCDMA+WLAN融合方案架构2方案架构WCDMA+WLAN融合方案架构如图1所示。3关键流程WCDMA+WLAN融合方案可以分为两个层次：统一认证接入和接入核心网分组域业务。在统一认证接入系统中，网络侧增加3GPPAAAServer，支持从HLR获取用户鉴权向量和签约数据，用户使用WCDMA+WLAN的双模终端，通过定制的统一认证软件，由3GPPAAAServer和HLR配合完成对用户的接入认证。成功认证之后，用户可以使用WLANAN提供的Internet接入服务。在接入分组域系统中，网络侧需要在增加3GPPAAAServer基础上增加pDG设备，用户通过终端定制的客户端软件，使用位于核心网分组域业务，包括MMS、IMS等。3.1统一认证接入流程统一认证接入流程如图2所示。用户使用支持(U)SIM卡认证的终端，在附着到AP之后，发起基于EAP-SIM/AKA认证，AAA和HLR配合实现对接入用户的双向认证，如果认证成功，则授权相应的业务参数给AC。终端认证通过后，发起DHCP流程，获取IP地址，AC上报计费消息给3GPPAAA，开始为用户计费。用户在线期间，终端和AC之间通过Keep-Alive消息检测用户是否正常在线，如果用户异常下线或者主动发起下线，AC会停止对用户计费。3.2接入核心网分组域流程接入核心网分组域流程如图3所示。(1)UE进入WLAN覆盖后，选择合适的SSID，并自动关联到该WLAN。(2)UE如果保存有临时标识，则使用临时标识。否则根据IMSI构造NAI，发起接入WLAN的EAP认证流程，以(U)SIM卡作为凭据，采用EAP-SIM/AKA认证方式。(3)认证成功后，通过DHCP获取WLAN网络分配的IP地址和DNS服务器地址。(4)UE根据预先配置的W-APN进行DNS查询获取PDGIP地址。(5)UE向PDG发起全认证或快速重认证隧道建立请求，可以采用SIP消息或者IKEv2消息(携带用户标识、W-APN和EAP认证信息)，PDG向3GPPAAAServer请求认证和授权，携带用户标识、W-APN和EAP认证信息，3GPPAAAServer根据用户标识从HLR获得鉴权参数和用户签约信息，包括鉴权向量、MSISDN、签约W-APN、计费属性、QoSProfile，并传递给PDG，PDG发起对UE的认证。认证成功后，PDG向UE分配IP地址和建立安全隧道。(6)后续UE使用该IP地址通过安全隧道访问分组业务。图2统一认证接入流程图3接入核心网分组域流程4WCDMA+WLAN融合建设原则WCDMA+WLAN融合建设原则如下：(1)基于(U)SIM卡鉴权，实现用户统一管理。(2)不影响现有网络业务开展，尽可能小的改造现网设备，确保设备稳定性。(3)利于快速部署WCDMA+WLAN业务。(4)提供WCDMA+WLAN一致性业务体验。(5)尽可能不改动现有的营帐系统和IT系统。(6)尽可能为WCDMA+WLAN用户提供专用的承载网通道。(7)WCDMA+WLAN融合网络应具备向未来演进的能力，满足未来移动性需求。图4Portal认证和I-WLAN关系图5WCDMA+WLAN网络建设和现网设备关系5.1WCDMA+WLAN和现网分组域设备(GGSN/SGSN)关系目前WCDMA+WLAN融合方案和现网分组域网元采用分开独立建设的方式，WCDMA+WLAN业务对现网分组域没有任何影响。用户数据面报文通过新增加的PDG接入联通自营网络以及Internet网络，从而使I-WLAN业务和分组网关GGSN/SGSN没有连接关系。当用户漫游时，采用漫游用户的业务回归属地的方案，用户数据流通过本地的AC和BAS转发到归属地的PDG。因此，方案完全不影响现网的业务。5.2WCDMA+WLAN和现网HLR设备关系I-WLAN用户鉴权信息以及签约信息统一由HLR进行管理，由新建的3GPPAAAServer通过D’/Gr接口获取用户鉴权向量及用户签约数据，完成对用户的认证和授权。因此在融合建设中，建议采用现网HLR设备，利于快速建设，并方便扩展建设范围。当用户漫游时，由拜访地的AAA通过归属地AAA向归属地HLR获取用户的认证地和授权信息。5.3WCDMA+WLANEAP认证和现网Portal认证系统关系Portal认证和I-WLAN关系如图4所示。现网中，终端经过AC/BAS和AAA以及Portal服务器进行DHCP+Web的认证；引入3GPPAAA后，带有(U)SIM卡或数据卡的用户通过AC和3GPPAAAServer实现EAP-SIM认证。对于目前没有TD上网卡或数据卡的用户，仍然沿用Web认证通过WLANAN接入Internet网。对于目前持有双模终端或上网卡的用户，经过3GPPAAA进行统一认证。5.4融合WLAN接入认证方案融合WLAN接入认证采用如下策略：(1)对Web+Portal认证的用户，由现网的BAS作认证，认证通过后由BAS给用户分地址。(2)对基于(U)SIM卡的用户，由新增的AC进行EAP-SIM/AKA的认证(AC可直接配置3GPPAAA的IP地址，不需要和BAS对接)，从而避免对现网BAS的改造。在认证通过后，由AC给用户分地址。(3)用户接入WLAN的形式，可以采用单SSID或双SSID接入WLAN。6路由机制6.1I-WLANDirect接入认证消息路由WLAN用户采用EAP-SIM/AKA方法，基于(U)SIM卡鉴权，并由WLANAN(AC)和3GPPAAAServer、HLR协同工作完成对WLAN用户的认证。I-WLAN本地接入时鉴权消息流向：MS→本地WLANAN→本地3GPPAAAServer→本地HLR。6.2I-WLANDirect计费消息路由I-WLAN统一认证用户接入网络时，由WLANAC/BAS进行流量时间统计，并上报话单给3GPPAAAServer，由AAAServer生成话单文件，并提供给BOSS系统，生成最终话单。I-WLAN本地接入时计费消息流向：MS→本地WLANAN(AC/BAS)→本地3GPPAAAServer→本地BOSS。6.3I-WLANDirect媒体接入路由I-WLAN统一认证用户由WLANAN提供Internet接入。I-WLAN用户接入网络流向：MS→AP→接入地WLANAN(AC/BAS)→Internet。6.4接入分组域业务鉴权和计费认证消息路由UE向PDG发起全认证或快速重认证隧道建立请求，可以采用SIP消息或者IKEv2消息，PDG向3GPPAAAServer请求认证和授权，3GPPAAAServer根据用户标识从HLR获得鉴权参数和用户签约信息，并传递给PDG，PDG发起对UE的认证。移动网络本地接入时鉴权消息流向：MS→本地WLANAN→本地PDG→本地3GPPAAAServer→本地HLR。6.5接入分组域业务计费消息路由PDG产生话单，提交给CG，经CG发送给计费系统。移动网络本地接入时计费消息流向：PDG→本地CG→本地BOSS。6.6接入分组域业务媒体数据路由WLAN用户通过PDG接入外部数据网络。移动网络本地接入时业务媒体数据流向：MS→本地WLANAN→本地PDG→外部数据网。7结束语研究结果表明，WCDMA+WLAN融合网络建设在现网是可行的。可以简化用户的操作，屏蔽用户对不同接入技术上的感知；基于WCDMA和WLAN技术相融合可以提供差异化业务，增强用