WLAN与移动通信网络的融合

1、JIU JIANG UNIVERSITY毕 业 论 文 （设 计）题 目 WLAN与移动通信网络的融合 英文题目 The Compatibility Between Networks and Wireless Local Area Network 院 系 电子工程学院专 业 通信工程 姓 名 王志澎 年 级 二零零四级 指导教师 张 堑 二零零八年四月毕业论文（设计）选题报告院（系）：电子工程学院学 生 姓 名王志澎指 导 教 师张堑老师论文（设计）题目WLAN与移动通信网络的融合题目来源及意义WLAN是有线局域网很好的延伸和补充，是一种更灵活的数据通信系统。近年来发展十分迅速。而3G网络将是

2、即将要应用的最大的通信网络之一。随着通信技术的发展，人们不再满足于传统蜂窝网络提供的低速率长时间保持连接的服务，所以我们正一步一步迈向下一代移动因特网，即将蜂窝移动网络、WLAN网络等无线网络和有线因特网连接起来为用户提供“永远在线”的网络。它将以尽可能高速的数据速率以及动态的网络接入，融合多种网络来满足用户长时间连接和尽可能获得较高数据传输速率的需要。论文题目研究领域状况市场的需求推动了技术的发展。随着通信技术，无线技术的发展，针对即将大规模推广的3G网络，3GPP组织、IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）、UMA（免执照移动访问）等多

3、个组织先后开展3GPP和WLAN融合的研究。各国也相继提出了WLAN的适用协议标准。全球多家设备制造商如NOKIA、CISCO、ERICSSON等公司都投入了研发力量，并提出了移动通信运营商部署WLAN的方案。我国的WLAN与通信网络融合技术的开发也非常迅速。目前华为，中兴在内的多家设备制造商都已经推出了自己的解决方案。内容提要或实施方案本设计主要研究内容主要在以下几个方面:u 通信网络以及WLAN的发展现状以及未来前景；u 研究了WLAN和移动通信网络融合场景，并对多个场景进行了比较； u 讨论了WLAN和通信网络融合必须涉及的安全认证问题。主要观点或主要技术指标进入信息产业高速发展的时代，

4、各种网络技术发展迅速，为方便大众通信交流成为了网络建立的主要目标，即能够实现任何人在任何时间，任何地点与任何人进行任何种类的通信。无线局域网就是实现这一目标的主要网络之一。无线局域网具有移动性，便捷性，建网迅速，带宽高等特点，较少受到地理条件限制，并且能够提供相当高的数据通信速率，具有现代通信网络不可取代的优势。与现代通信网络的融合，体现通信体制的发展有交叉，有融合，有竞争，也有兼容。立足于应用，通过技术的演化和融合，将是未来通信系统发展的必然趋势。主要参考文献1张平，IEEE80211x原理及其应用.吉林工程技术师范学院学报(工程技术版)，Vol120 No19,2004年9月2柳瑞芸，彭宇

5、，张旭平，基于EAP的WLAN认证技术，电信技术，2004年第2期.3谈振辉.应用于移动环境中的WLAN接入网结构J.中兴通讯技术, 2003,9(2):27-31.4谈振辉.3GPP与WLAN的交互J. 中国通信，2005(4):40-48. 5谈振辉,金晓军.宽带无线接入网中的空时编码技术 J.中兴通讯技术, 2004,10(3):5-8.6谈振辉.UMTS全IP无线网络的移动性管理 J.中兴通讯技术, 2004,10(5):8-11. 摘要随着移动通信技术、无线网络的迅速发展使人们不再满足于传统蜂窝网络提供的低速率长时间保持连接的服务。所以，现在的我们正一步一步迈向下一代移动因特网，即将

6、蜂窝移动网络、WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）网络等无线网络和有线因特网连接起来为用户提供“永远在线”的网络。它将以尽可能高速的数据速率以及动态的网络接入，融合多种网络来满足用户长时间连接和尽可能获得较高数据传输速率的需要。现阶段，对于无线网络融合的研究主要集中在任意两种网络的融合，主要的研究方向是蜂窝网络和WLAN的融合。WLAN 以其高速无线连接和动态的网络结构得到越来越多的关注，而融合多种网络的优点来满足用户长时间连接和尽可能获得较高数据传输速率的需要目前已经成为研究的热点。本文从无线网络的融合入手，介绍了移动通信网络的现状以及WLAN技术发

7、展现状，并就WLAN与移动通信网络的融合的网络结构以及面临的网间路由、切换、鉴权、计费等传统网络问题，以及人们关注的安全问题进行了简单阐述。【关键字】WLAN，移动通信网络，3GPP，网络结构融合AbstractAlong with the fast development of mobile communication technologies and the wireless network, we no longer satisfied with the traditional cellular networks which provide us for keeping a low-ra

8、te copular service. The next generation Internet is changing now. The cellular mobile networks, WLAN networks, and other wired and wireless networks link up to provide on-line forever” work. So it fusion many kinds of networks to satisfy the need of the long time connection and the high data transfe

9、r rate. At this time, the integration of wireless network mainly concentrated in two network integration, the main research direction is the cellular networks and WLAN integration. WLANs high-speed wireless connectivity and dynamic network has been taken attention. The integration of multiple networ

10、ks long connection and higher data transfer rate has become a hot research. In this paper, starting with the integration of wireless networks, introduced a mobile communication network and the status of WLAN technology and mobile telecommunications network .The integration network facing the inter-n

11、etwork routing, switching, authentication, billing, and other traditional network issues, as well as security issues of concern to the people of a simple expounded.【Key words】WLAN ,Mobile communication network,3GPP ,Network architecture fusion目 录摘要IAbstractII第一章 序论11.1 现代移动通信网络的发展现状11.2 3G与WLAN的融合需求

12、21.3 3G与WLAN融合的发展概况及现状31.4本文的选题和研究内容31.5论文的结构安排4第二章 无线局域网的介绍52.1无线局域网的相关概念52.2无线局域网的优势及应用领域52.3 WLAN的标准62.4无线局域网的网络结构与应用方式82.5本章小结9第三章 移动通信系统和WLAN的融合方案及其性能比较103.1 3G网络的介绍103.2 3G网络和WLAN的关系103.3 WLAN与移动通信网融合方案123.4 本章小结22第四章 3G与WLAN网络融合的安全问题234.1网络面临的主要安全问题234.2 3G-WLAN互连中的安全分析234.3 3G-WLAN互连的安全解决方案2

13、44.1本章小结26第五章 全文总结27参 考 文 献28致 谢30第一章 序论本章主要介绍了移动通信网路的发展历程，指出了WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）和移动通信网的融合是未来通信系统发展的必然趋势，并简要介绍了3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信合作伙伴计划)与WLAN融合的发展概况及现状，最后提出了本文研究的内容，组织结构和目标。1.1 现代移动通信网络的发展现状迈入21世纪，我们己经进入到一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时

14、随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流，提高工作效率和经济效益。在过去的十几年里，移动通信技术获得了巨大的进步。从传统的单基站大功率系统到蜂窝移动系统，从本地覆盖到区域、全国覆盖，并实现了国内甚至国际漫游，从提供语音业务到提供低速数据的综合业务，从模拟移动通信系统到数字移动通信系统等。第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统。1978年美国贝尔实验室成功研制出先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝式移动通信系统。这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在70年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网也即小区制，由于实现了频率复用，所以大大提高了系统的容量。模拟蜂窝网虽然取得了

15、很大的成功，但其频谱利用率低，业务种类受限，通话易被窃听，难以满足移动通信系统的发展。为了解决模拟系统中存在的根本性技术缺陷，数字移动技术应运而生，这就是以GSM（Global System for Mobile communication,全球移动通信系统）和IS-95(Interim Standard 95，中期标准 95号)为代表的第二代移动通信系统。到了80年代中期，欧洲受限推出了泛欧GSM数字蜂窝系统，随后美国从扩容并兼容的观点开发了采用TDMA技术的D-AMPS数字蜂窝系统，此后为了进一步扩大容量，又推出了采用CDMA技术的数字蜂窝系统。为了满足迅速增长的移动用户群和多样化的移动业

16、务需求，90年代国际电联(ITU)提出了第三代移动通信系统的概念IMT 2000(International Mobile Telecommunication-2000)。它工作在2GHz频段，提供高质量、高保密性、低成本的话音、分组数据和多媒体业务，综合寻呼、蜂窝、卫星移动通信系统，并具智能化、个人化特点的全球漫游系统。其主要体制有WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA。1.2 3G与WLAN的融合需求3GPP的体系下包含了两代移动通信网络：已经发展成熟并得到大规模应用的第二代移动通信网络-GSM(Global System for Mobile communication,全球移动

17、通信系统)全称说明一次就可以了网络和正在蓬勃发展的第三代移动通信系统-（UMTS Universal Mobile Telecommunication System,通用移动通信系统）网络, 本文中也称3G网络。负责制定和维护的3G网络的标准和文档官方组织，本文中称为3GPP组织。3G网络是目前世界上应用最广泛的移动通信网。根据GSM协会的统计数据，2007年全球GSM用户数已超过23亿，2007年全球WCDMA用户已超过1亿。WLAN技术经过近十年的发展，已经趋于成熟并适宜于大规模部署。近几年，全球多家运营商不约而同的加快了热点（Hot spot）的建设。2005年11月，任天堂公司在英国推

18、出公众WLAN服务，并设立热点7500个以上。至此，该公司在全球设立的热点数已超过1.75万个。2007年1月，香港电讯盈科宣布在全港设立3000个热点提供全城覆盖。根据JiWire公司的统计，在2006年初全球热点数已经超过10万个，比2005年增长了87%。该公司预测，2009年WLAN市场将超过60亿美元。全球许多运营商都看到了其中的商机，大规模部署了3G和WLAN网络。而这两种网络在功能和业务上有部分重叠。因而需要一种技术将这两种网络融合在一起，使得运营商在提供业务的时候不必关心具体使用哪个网络，以减少投资和运营成本。从用户的角度出发，同时携带着WLAN终端和3G终端是很不方便的。于是

19、出现了同时支持WLAN和3G的双模终端。在热点地区使用WLAN网络，非热点地区使用3G网络。用户希望使用这一终端就可以访问全部3G和WLAN的服务。因此，迫切需要一种技术，使得用户在热点地区通过WLAN接入时，也能访问3G的业务。从技术上看，WLAN主要定位于室内或小范围内的热点覆盖，提供宽带无线数据业务；而对于3G业务而言，大部分数据业务是在低速移动环境下实现的，带宽较低，在高速移动情况下，则以语音业务为主。虽然WLAN在室内无线数据业务方面优势明显，但也有着覆盖范围小，移动性差等弱点。而3G不仅可以提供语音业务还可以提供数据业务，并且在覆盖范围和移动性方面有很大的优势。3G技术更为完善，产

20、业链更为成熟，在市场竞争中已经占据了有利地位。因此，WLAN与3G融合还可以达到数据速率和覆盖范围互为补充的效果。1.3 3G与WLAN融合的发展概况及现状市场的需求带动了技术的发展。3GPP组织、IETF(Internet Engineering Task Force,互联网工作工程组)、UMA(Unlicensed Mobile Access,免执照移动访问)的等多个组织先后展开了3G与WLAN融合的研究。3GPP组织也开始了WLAN与CDMA2000互连操作的研究。3GPP组织在2002年发表了3G与WLAN融合的可行性研究报告，开始了3G与WLAN融合的研究之路。3GPP组织的研究方向

21、主要是网络结构、功能、需求等方面。IETF的研究主要集中在通信协议上。UMA是由Motorola、Nokia、Nortel等多家设备制造商于2004年联合成立的组织。该组织的目的是研究一套方案，使得GSM/GPRS和Bluetooth、IEEE802.11彼此之间能相互漫游。UMA技术规范在2004年9月提出，并递交给3GPP组织，成为“A/Gb接口的通用接入”工作项目的一部分。2005年4月，3GPP组织通过了此规范的Release 6版本。UMA协会的使命完成，于是停止了相关的运作，并将所有技术转移到3GPP组织。除非营利组织外，全球多家设备制造商如NOKIA、CISCO、ERICSSON

22、等公司都投入了研发力量。一方面积极参与标准的起草和制定工作，一方面迅速推出自己的解决方案和设备抢占市场。早在2001年，NOKIA公司就已经提出了移动通信运营商部署的WLAN的方案 15。我国的3G与WLAN融合研究和开发也非常的迅速，国内的各大设备制造商也纷纷投入资金和研发力量，进行预研和设备研发。目前包括华为、中兴在内的多家设备制造商已经推出了自己的解决方案。1.4本文的选题和研究内容进入信息产业高速发展的时代，各种网络技术发展迅速，为方便大众通信交流成为了网络建立的主要目标。它能够实现任何人在任何时间，任何地点与任何人进行任何种类的通信。无线局域网就是实现这一目标的主要网络之一。无线局域

23、网具有移动性，便捷性，建网迅速，带宽高等特点，较少受到地理条件限制，并且能够提供相当高的数据通信速率,具有现代通信网络不可取代的优势。与现代移动通信网络的融合，体现通信体制的发展有交叉，有融合，有竞争，也有兼容。立足于应用，通过技术的演化和融合，将是未来通信系统发展的必然趋势,并且在今后很长一段时间内成为信息通信行业发展面临的主题。本论文的任务是研究WLAN与移动通信网络的融合技术，包括第三代移动通信WCDMA系统，WLAN与3G通信网络融合模型以及特点比较，分析了几种常用的融合方法，并提出了一些改进方案，比较了这些方案的性能。1.5论文的结构安排本文内容按照移动通信发展的背景、现状提出WLA

24、N和移动通信网融合的现实需求，紧接着介绍了无线局域网，3G的相关知识，然后提出了WLAN与3G融合各类方法，并简要描述了交互网络的安全问题，最后进行全文总结的顺序将全文分为五章。各章主要内容安排如下:第一章：引言。介绍了移动通信网络与WLAN的发展状况以及发展前景，总结得出3G和WLAN融合的现实需求。第二章：无线局域网的介绍。主要介绍了WLAN的结构组成以及目前针对WLAN技术所采用的主要标准，为以后的工作下了基础。第三章：移动通信网和WLAN的融合方案及其性能比较。主要介绍了WLAN与移动通信网络融合的各类方法，并进行了比较，指出各种融合方案的优缺点。第四章：移动通信网与WLAN网络融合的

25、安全问题。概述了WLAN与移动通信网络融合的安全问题。第五章：全文总结。总结了全文的工作，指出遗留的问题和未来的研究方向。第二章 无线局域网的介绍无线局域网是无线网络的重要应用。本章主要介绍了无线局域网的组成及优势，无线局域网的构成和应用方式，无线局域网的标准。2.1无线局域网的相关概念无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）：一种通过无线介质发送和接收数据的网络访问形式。无线局域网简单的组成结构主要是由无线网卡（Network Interface Card, NIC）、无线接入点(Access Point ,AP)、计算机和相关设备这几个部分组成的。在

26、每台计算机终端(STA)上配置了无线网卡，终端便可以通过无线网卡直接相互访问，这样一些终端的集合称作基本服务集(Basic Service Set, BSS)。AP也是一种 STA，不过它具有更多的功能，它是一个 BSS 通往其他网络的接口。如果每个BSS 中配置一个AP， AP 再通过分布式系统(Distribution System, DS)连接起来，那么这些BSS组成一个更大的网络，称为扩展服务集(Extended Service Set, ESS)。在标准中还定义了一种设备Portal，作为DS和与其他网络的接口。可见在同时具有有线和无线网络的情况下，AP通过Ethernet电缆与传统

27、的有线网络相连，成为无线网络和有线网络的连接桥梁。 2.2无线局域网的优势及应用领域2.2.1对比传统的有线网络无线局域网的显著优点1、安装方便：在有线网络建设中，网络布线施工周期长，对周边环境影响大，而WLAN只要安装一个或多个接入点（AP）设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网，在机场、码头等难于布线的地方更具有优势。2、使用灵活：有线网络中，网络的安放位置受网络信心点位置的限制，而WLAN一旦建成后，在无线网络信号覆盖的范围内的任何一个位置都可以接入网络，使用手机电脑和PDA（Personal Digital Assistant,即个人数码助理）的用户在移动中也能实时地使用网络资源。3

28、、维护简单：有线网络的重建必须重新布线，费时费力更费钱，而WLAN不仅网络构架时间短，网络重组时也只需要移动PC机，就能实现网络的重新“布线”。4、容易扩展：WLAN有多种配置方式，能够根据需要选择，这样就能上任从只有几个用户的小型局域网到有上千用户的大型网络，并且能够提供“漫游（Roaming）”等有线网络所无法提供的服务，间接提高工作效率。由于WLAN的使用，使得移动办公成为可能，即使在旅途的火车、汽车上也能通过WLAN开展工作。5、投资不大：尽管无线局域网硬件的初始投资要比有线硬件高，但一方面，无线网络减少了布线的费用，另一方面在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网的投资更有回报。

29、2.2.2 WLAN可应用的领域希望在企业内部获得传统有线网络之外的移动功能的IT专业人士或高级商业管理人员；需要能够在整个站点内或选定的区域内灵活而频繁地改变LAN布线的业主所有者和IT董事；任何其地点因建筑物或预算的限制（如建筑物是老旧的、格式空间是租赁性的或地点是临时性的）而不适于使用LAN布线的公司；任何需要灵活地且节约成本地来达到视野内建筑物到建筑物桥接设备联接的公司，这些公司可以通过无线LAN避免昂贵的挖沟布线、线路租赁或走线问题。 目前，无线局域网络的典型应用包括医院、学校、金融服务、制造业、服务业、公司应用、公共访问等。据Gartner对全球无线局域网设备的预测，2006年全球

30、无线局域网设备的市场销售额将达到103亿美金12。2.3 WLAN的标准在宽带IP网中实现移动计算主要有两种基本形式：一是以现在的2.5代(如GPRS等)或3代(如WCDMA、TD-SCDMA等)的蜂窝移动通信系统为基础向全IP网过渡，称为广域方案；二是WLAN+Internet构成全IP网络，称为局域方案。在局域方案中，无线局域网本身就是支持IP机制的有线局域网的扩展和替代，在此演化过程中体现的是由“无线”到“互连”，这是传输方式的变化，是在互联网的基础上利用宽带无线IP技术直接实现的，简单快捷。在3G商用化进程步伐放慢的同时，无线局域网作为一种实现宽带无线IP接入的典型形式，由于其具有支持

31、移动计算、架构灵活快捷、维护所需费用较低和扩展性好等优点，应用日益广泛，国内外相关产业也逐步成熟，成为IT产业的亮点之一。国际标准ISO/IEC 802.11-1999和IEEE规范IEEE 802.11a/b等的颁布作为无线局域网协议族中最成熟的标准为无线局域网的迅猛发展提供了基础2。它主要是工作在2.4GHz频段，频段范围为2.4到2.483GHz，物理层的调制方式为CCK（补码键控）的DSSS（直接序列扩频技术）。802.11b规定的是动态速率，允许数据速率根据噪音状况进行自动调整。这就意味着802. 11b设备在噪声的条件下将以比正常速率11Mbps更低的速率，如1Mbps、2Mbps

32、、5.5Mbps等多种速率进行传输。多速率机制的MAC（介质接入控制）确保当工作站之间距离过长、干扰太大或信噪比低于某个门限时，传输速率能够从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。回顾无线局域网10多年的演进过程，可以看到，传输速率、QoS、安全、移动漫游、管理等一直是其发展的几个主线。在这期间，3个802.11标准的发布，使得传输速率不断提高，标准之间的兼容性则在另一个方面加速了WLAN的普及与发展： 802.11是IEEE在1997年为无线局域网(Wireless LAN)定义的一个无线网络通信的工业标准。此后这一标准又不断得到补充和完善

33、，形成802.11x的标准系列。802.11x标准是现在无限局域网的主流标准，也是Wi-Fi的技术基础。目前，WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列与HiperLANx（欧洲无线局域网）系列两种标准。 在以上标准中，平时应用最多的是802.11a/b/g三个标准，均已得到相当广泛的应用；最新讨论中的标准是802.11n，在传输速度上有了一个大的飞跃。从严格意义上讲，802.16和HiperLAN2提供的解决方案已经不仅仅局限于无线局域网环境，而是超强的无线连接技术，但它们都脱胎于WLAN，并始终与WLAN有着千丝万缕的联系。目前，ETSI（欧洲电信标准协会）的BRAN（宽带无线接入网络

34、）项目组还在开发新的HiperLAN标准，如：用于无线ATM远程接入骨干网的HiperLAN3（后更名为HiperAccess），速率超过20Mbps；用于无线ATM互联的HiperLAN4（后更名为HiperLink），工作于17GHz，速率最高可达150Mbps13。无线由于其不可替代的优点，将会迅速地应用于需要在移动中连网和在网间漫游的场合，并在不易布线的地方和远距离的数据处理节点提供强大的网络支持。在国内，WLAN的技术和产品在实际应用领域虽然还是比较新的。但全球多家设备制造商如NOKIA、CISCO、ERICSSON等公司都投入了研发力量，并提出了移动通信运营商部署WLAN的方案15

35、。2.4无线局域网的网络结构与应用方式2.4.1WLAN的网络结构 802.11 components STA1STA4STA3STA2SSBSS2DSSDSSDSSSSAPAPBSS1Portal802.XLANMACYPHYMACYPHYESS 图2-1 802.11定义的WLAN体系结构 WLAN的网络结构如图2-1，其中包含以下组件：(1)工作站（STA）：STA是可以漫游于不同的BSS之间，实现移动通信的活动终端。STA必须在通信前/后与对方进行/解除身份认证，并且还需要在信息发送之前将其加密，以防窃听。最后STA还要进行MAC层业务数据单元的传送。(2)基本服务集（Basic Se

36、rvice Set，BSS）：BSS是802.11WLAN的基本组成部分，它提供了一个覆盖区域，使得其内部的STA保持充分连接。BSS有三种组成方式：集中控制方式，每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信。分布对等式，BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。集中控制式与分布对等式想结合的方式。独立的BSS构成自组织（ad-hoc）网，其中的STA可以互通信息。(3)分布系统（Distribution System，DS）：DS用来连接多个BSS。不同BSS内的STA之间的通信必须通过DS，它要执行发送（Distribution）业务将信息传送给目的STA所在

37、的BSS的AP；若目的STA位于网外，DS则启动集成业务，将信息通过Portal传给目的站；不同的STA通过DS传输信息时，DS的发送业务需要确定正确的AP，这一任务通过联合和再联合来完成；当已存在的联合终止时，DS执行分离业务。(4) 网络访问接入点（Access Point，AP）：AP兼具STA和DS功能。数据和控制信息通过AP在BSS和DS之间传诵，它还兼具网管的功能。(5)扩展服务组(Extended Service Set, ESS):ESS通过AP和DS把多个BSS连接起来，从而实现了不同BSS内的STA的相互通信。这种配置是多区WLAN (Infrastructure)的一种应

38、用模式，加入DS和AP，就可任意扩展网络的复杂程度。(6)逻辑接入点(Portal):信息通过Portal从一个非WLAN协议系统进入WLAN扩展网络的分布系统中，从而实现WLAN与非WLAN的结合。2.4.2 IEEE 802.11定义的两种工作模式IEEE 802.11定义的两种工作模式：adhoc(对等)模式和infrastructure（架构)模式。adhoc模式中，至少需要包含两个STA，每两个STA之间直接相连实现资源共享，不需要AP和DS，由此构成的无线局域网就是独立基本服务集。在infrastructure模式中，各无线站点STA通过AP与现有的骨干网相连接。在此模式下，终端之

39、间不能够直接相互通信，所有的移动终端之间以及移动终端与有线网节点之间的数据传输都要经过AP转发。AP的两个主要功能就是无线局域网数据包转发以及构成无线局域网同有线局域网之间的桥接。也就是前面说的ESS。在一个基本服务集BSS中，各STA在MAC层管理模块协调控制下可以采用以下三种方式进行通信：1、分布式协调方式（DCF）:BSS中所有STA通过侦听多址接入冲突避免（CSMA/CD）方式竞争使用信道，无需AP转接，这是最基本的方式。2、点协调式（PCF）：每个BSS由一个AP转接，其中每个STA在该AP的轮询控制下与其它的终端通信，这是一种可选方式。3、DCF,PCF相结合方式。2.5本章小结

40、无线局域网的技术已经日趋成熟，但是无线局域网尽管有很多优点，但是它同样存在很多缺点，如覆盖范围、电波信号的干扰、安全性以及互操作性等问题。无线局域网和移动通信网的融合将很好的解决这一问题。第三章 移动通信系统和WLAN的融合方案及其性能比较3G网络是最大的通信网络之一，3G网络和WLAN网络的主要区别是在终端移动限制条件，3G网络的移动终端可广泛地配置，而WLAN网络受终端位置、移动速度的影响。3G网络提供话音和数据业务，而WLAN网络主要提供数据业务。可见，3G网络和WLAN网络具有互补性，一个网络的优点是另一个网络的缺点。3G网络和WLAN网络的一体化可同时综合双方的优点，减少双方的缺点。

41、鉴于上述原因，本章介绍了WLAN和3G融合的六种场景模型，并进行了比较，最后提出了普遍适用的两种互连模型，并简要介绍了当前研究的互联网关模型。3.1 3G网络的介绍1998年，由于GSM在全球取得了很大的成功，国际电信联盟（ITU）开始在全球征集新一代移动通信，也叫做第三代通信（IMT-2000）无线传输技术（RTT）提案，希望以此来解决制式统一、国际漫游等问题。对于采用频分双工（FDD）和时分双工（TDD）的IMT-2000移动通信系统，要求能够达到的数据传输能力达到以下的标注：1）高速移动环境（对FDD：500km/h对TDD：120km/h）：144kbps； 2）室外或室内，手持机环境

42、（30km/h）：384kbps；3）室内环境（3km/h）：2Mbps。1999年底召开的ITU TG8/1最后一次会议上，通过IMT-2000的无线技术接口技术规范，其中的主流技术为TD-SCDMA,WCDMA,CDMA2000等三种制式。3.2 3G网络和WLAN的关系 蜂窝移动通信系统提供了巨大的公众无线接入市场。其中3G网络作为未来通信最大的网络之一，采取宏区、微区和微微区的分层结构，每个区又采用多载频技术。微区和微微区的基站采用小区扇形极化和多输入多输出(MIMO)技术，可在较小覆盖区提供额外信道容量，解决用户高速率视频流业务的增长。3G通用移动通信系统(UMTS)的3GPP组织启

43、动3G/WLAN交互结构作为3G的附加标准，给3G用户提供公众无线局域网(WLAN)接入业务，3GPP预约，网络选择，基于3GPP认证、鉴权和用户识别模块/通用签约用户识别模块(SIM/USIM)密钥，数据路由和用户计帐等功能。 WLAN逐步成为一种公众无线接入方式，WLAN网络采用小区扇形极化和MIMO技术可在室内30 m或室外100 m半径覆盖区提供额外信道容量。WLAN网络的主要优点是可以低成本配置，无线接入成本仅占3G基站的很小一部分，将有力地促进无线接入市场的发展。3G/WLAN网络双模终端可提供无处不在的，带宽可变的，可保证服务质量(QoS)的多种高速率业务。3GPP中的3G网络工

44、作在规定的无线频率频段，而WLAN网络工作在无线频率非许可频段，会产生不协调干扰，进而减少无线接入的覆盖范围。WLAN网络以高性能价格比用于用户业务需求猛增的热点区，WLAN网络的小覆盖区域能力不能提供3G网络那样的广覆盖能力，需大量的接入点(AP)来覆盖4。3G网络和WLAN网络的主要区别是在终端移动限制条件，3G网络的移动终端可广泛地配置，而WLAN网络受终端位置、移动速度的影响。3G网络提供话音和数据业务，而WLAN网络主要提供数据业务。可见，3G网络和WLAN网络具有互补性，一个网络的优点是另一个网络的缺点。3G网络和WLAN网络的一体化可同时综合双方的优点，减少双方的缺点。从表3-1

45、可以看出，无线局域网和3G从应用上来看，呈现很强的互补性。从用户的角度考虑，数据速率和覆盖范围互为补充；从运营商的角度考虑，投资和费用互为补充。从业务模型上看，通过采用WLAN扩展无线宽带用户，然后将WLAN和3G网络进行融合，不失为扩大3G市场的选择。未来的第4代移动通信系统也越来越清晰地表现为类3G和类WLAN技术的混合体，两者的融合已成必然趋势。 3G网络WLAN覆盖范围广域局域最大速率2Mb/s11-54Mb/s支持业务语音/数据主要为数据系统费用较高较低移动性高低频率技术码分跳频/直扩终端设备多媒体小型化终端数据终端（无线局域网模块独立或内置）频段2000MHZ左右2.4GHZ/5G

46、HZ功耗低高频段费用收费部分收费 表3-1 3G网络与WLAN的关系比较3.3 WLAN与移动通信网融合方案3.3.1 WLAN与cdma 2000 1x的互连与结合cdma 2000 1x 为2.5G技术，目前已在中国进行大规模商用部署。中国联通与中兴通讯均报道了WLAN与cdma 2000 1x 相结合的解决方案3,4。cdma 2000 1x 是3G 无线接口标准cdma 2000的第一阶段，它采用码片速率为1.2288 Mbit/s的单载波直接序列扩频方式，便于与IS-95系统反向兼容，前向链路数据速率可以达到144 Kbit/s，容量是IS-95的两倍。HLR（1） 中国联通的解决方

47、案BTS2BSC2MSCPDSNWLAN接入点汇聚路由交换设备PDSN/FA接入控制器HA网管系统SCS认证计费服务器PADIUS防火墙InternetRP接口BSC1BTS1Managed IP Network图3-1联通 WLAN与cdma 2000 1x融合的网络结构图如图3-1所示为中国联通的WLAN与cdma 2000 1x融合的网络结构图。图中cdma 2000 1x系统占了大部分，引入了分组交换，可支持简单IP、移动IP以及远程认证拨入用户服务器(RADIUS)。WLAN仅由接入点经接入控制器连接到cdma 2000 1x所管理的IP网。WLAN用户与移动用户均可采用统一的账户进

48、行计费。用户终端如有支持两个网络的双模卡，则可同时识别两套网络，并可选择进入哪一网络。支持WLAN及cdma 2000 1x 的双模卡国外已有产品，国内厂家也在研制中。（2）中兴通讯的解决方案BTSBTSBSC/VLRMSC/VLRPDSN/FAVisited AAAHLRBroke AAAHome AAAHAWLAN网络APAPGW7号信令网IP网IP Network图3-2 中兴通讯WLAN与cdma 2000 1x互连的网络结构如图3-2所示为中兴通讯的WLAN和cdma 2000 1x互连的网络结构图。其中WLAN中的AP为无线接入点，为用户提供无线接入功能，可提供话音和数据的接入服务

49、。它同时完成对无线用户的管理及无线信道的动态分配，完成802.11与802.3的协议转换。WALN中的APGW是接入点网关，它将以太网数据包封装成IP包，并经IP网发到分组数据业务节点（PDSN）中去。一般情况下WLAN与分组数据业务节点距离较远。APGW的功能是将接入点转换出的二层数据包穿越三层网络以达到分组数据业务节点。中国联通的方案实现了WLAN用户与移动用户均可采用统一的账户进行计费。而中兴的解决方案的优越点在于实现了两网用户的统一鉴权和计费，两网优势互补，并利用cdma 2000 1x网络的现有设备与技术实现两网用户的统一管理，实现两网的有机结合。3.3.2 WLAN与3G网络的融合

50、3.3.2.1 3G-WLAN的互连结构图3G-WLAN的互连结构图如图3-3。融合的结构设计的关键技术基于IEEE 802.11标准，对3G的核心网进行扩展，已支持对WLAN的接入，并为3G用户提供3G和WLAN之间的融合功能。3G与WLAN融合的最终目的就是使得用户能够使用任何一种接入方式，来访问3G的服务以及接入Internet。3G核心网分为CS域和PS域。CS域由CS-MGW(Media Gateway，媒体网关)、MSC Server、VLR(Visit Location Register，访问位置寄存器)等网络实体组成，提供基于电路交换的业务，如语音业务和SMS业务等。PS域由S

51、GSN和GGSN等网络实体组成，提供基于报文交换的业务，主要有基于IMS的业务和MMS业务等。在3GPP的R7版本中7用户端设备从逻辑上分为3G用户设备UE和WLAN用户设备WLAN UE。而这两种逻辑设备可以并存于同一个物理设备中。同时支持3G和WLAN客户端的用户设备被称为双模(dual mode)用户设备。UEUE双模UEWLAN UEBTSNode BBSCRNCPSCSWAGPDGGGSNHSSPSTNIMSInternetSGSNCS-MGWMSC Sever/VLR3GPP AAA Sevrer用户数据控制信令图3-3 3G-WLAN融合的网络结构示意图3.3.2.2 3G与WL

52、AN融合的场景运营商在对现有网络进行改造时，不得不考虑成本以及适用性等问题。3GPP组织根据业务需要的不同，将3G与WLAN的融合划分为六个场景(scenario)。运营商可以根据自己的需要选择适合的场景。关与WLAN和3G的结合，3GPP提出了从简单互连到安全无缝互连的6种解决方案，即共同的账单和客户考虑、基于3G系统的接入控制和记账、访问3G系统的PS业务、服务的连续性、无缝漫游、访问3G系统的CS(Circuit Switch，电路交换)业务。场景一：共同的账单和客户考虑此场景是3G-WLAN互联的最简单的阶段。其主要目的是方便客户付费。WLAN和3G之间的连接是单一的客户关系，其安全级

53、别是相互独立的 ，对3GPP规范不会产生任何新的要求，对3GPP规范无需任何改动。只需让客户使用同一套客户服务和计费系统，计费时统一把WLAN费用记在3G系统账户中就可以了。对客户的管理系统和计费系统稍加修改就可以支持这种互通方案。这样，同时使用3G和WLAN两个网络的客户每个月只会收到一份账单。于是，对客户来说，不需要关心某一项业务是使用3G的服务还是WLAN的服务,只是需要交纳一定的服务费即可，对运营商也是一样。场景二：基于3G系统的接入控制和记账这种场景由3G系统提供认证、鉴权和计费（AAA），应用到WLAN的安全功能是符合3G系统的，确保用户在接入时感觉不到较大的差别，这个也给运营商提

54、供了在两个平台上实现统一接入计费的解决方案。3G系统的运营商可能很方便的让那些3G用户接入WLAN，同时确保用户和运营商都付出最小的代价，另外用户的计费方案也可以简化。下面是对这种方案进行详细的分析，图3-4是一种符合场景二的构架模型。此场景在业务、接入、安全、漫游、命名地址规划和计费方面对3G系统提出了要求。图中，3G归属公共陆地移动网（PLMN）既支持典型的UMTS陆地无线接入网（UTRAN）接入用户设备，同时也支持WLAN的用户设备。由于用户数据在WLAN和UTRAN中的路由方式是截然不同的，WLAN用户设备通过自身固有的装置连入Internet,而UTRAN用户设备的数据路由则通过3G

55、核心网的分组交换经由GPRS支持节点（SGSN）网关GPRS支持节点（GGSN）来实现到Internet的接入并获得3G分组交换的用户业务，如无线应用协议（WAP）、多媒体短消息（MMS）等。因此，在方案二的实现中，只需要AAA信号在WLAN和3G归属PLMN中通过3G访问PLMN来实现两者的互通。在WLAN侧需要支持的功能包括WLAN接入控制、接入鉴权、计费、移动性管理，而在3GPP系统侧需支持的互通功能包括接入鉴权、计费、加密、移动性管理。场景二中一个新增的关键设备就是3G AAA服务器，它是专门为3G系统与WLAN互通而设置的。3G AAA服务器终结所有从WLAN传来的信息，同时它还与其

56、他的3G设备进行交互，如归属地服务器（HSS）、归属地位置寄存器（HLR）、计费网关、呼叫控制功能（CGW/CCF）和在线计费系统（OCS）等。HSS和HLR是本地注册用户的数据库，3G AAA服务器用来查询已注册的这种互通服务的WLAN用户信息。一般情况下，如果HSS可用，则无需使用HLR,而CGW/CCF和OCS则分别用来进行离线计费和在线计费。3G AAA服务器同时可作为路由装置接收或发送AAA信号到另一个3G PLMN,起着一个代理的角色。下图中，3G访问PLMN中的AAA服务器相当于一个3G AAA代理，为发送到或来自3G归属服务器的AAA信号提供路由。3G AAA代理利用移动台（MS）发送的网络接入标志（NAI）来识别3G AAA服务器的IP地址。在WLAN侧也同样有WLAN AAA代理，根据MS发送的NAI来对3G AAA服务器或代理发送的AAA信号提供相应的路由。InternetWLAN AAA代理3G AAA代理3G AAA 服务器GGSN决策服务器3