基于軟交換的3G與WLAN互通設(shè)計

第三代移動通信系統(tǒng)是在第二代移動通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了通用分組無線業(yè)務(wù)技術(shù)及軟交換等重要技術(shù)演進(jìn)而來的。它具有諸多優(yōu)點，可以支持多媒體業(yè)務(wù)，在不同的陸地?zé)o線業(yè)務(wù)接入網(wǎng)有成熟的漫游協(xié)議，可以為不同的用戶提供連續(xù)的業(yè)務(wù)支持。但是它也有缺陷:在數(shù)據(jù)傳輸蜂值時，傳輸速率低。而以802.11標(biāo)準(zhǔn)為主的WLAN具有高傳輸帶寬(802.11系列標(biāo)準(zhǔn)能提供1～54Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率)性能。不過它的缺點也很明顯，每個接入點的覆蓋范圍不大，只能適用于公司、旅館、機場等所謂的“熱點”地區(qū)。而且不同WLAN業(yè)務(wù)提供商之間的網(wǎng)絡(luò)沒有漫游協(xié)議。本文結(jié)合第三代移動通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)的優(yōu)缺點互補的特點，提出將兩者互通的方案，使現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)資源在未來能夠發(fā)揮更大的作用，使未來的通信網(wǎng)絡(luò)更加完善。

　　基于軟交換技術(shù)的3G核心網(wǎng)

　　3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)NGN演進(jìn)的大背景下進(jìn)行的，因此3G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)應(yīng)符合NGN的要求。NGN是可以提供語音、數(shù)據(jù)和多媒體等各種業(yè)務(wù)的綜合開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有以下特征:采用開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，是業(yè)務(wù)驅(qū)動和基于分組的網(wǎng)絡(luò)。

　　軟交換網(wǎng)絡(luò)的主要思想是業(yè)務(wù)、控制、傳送與接入相分離，各實體間通過標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信，整個網(wǎng)絡(luò)分為四個層面:業(yè)務(wù)應(yīng)用與支撐層、控制層、傳送層與接入層。軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1軟交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　3G核心網(wǎng)實現(xiàn)方案的基本思想包括以下幾方面。由增強的GPRS網(wǎng)絡(luò)完成對無線接入網(wǎng)的接入并提供IP通道，以使智能用戶終端直接由控制層的軟交換設(shè)備進(jìn)行控制，同時在GPRS網(wǎng)絡(luò)之上架構(gòu)一基于軟交換的IP多媒體子系統(tǒng)，完成對IP多媒體通信的控制和業(yè)務(wù)的提供。在核心網(wǎng)內(nèi)部全部基于IP傳送，采用網(wǎng)關(guān)體系與傳統(tǒng)的PSTN/ISDN/PLMN等非IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通和轉(zhuǎn)換。采用基于軟交換的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，使控制與承載分離。本文提出的核心網(wǎng)實現(xiàn)方案是根據(jù)3GPPR5規(guī)范，如圖2所示。

　　圖2全I(xiàn)P核心網(wǎng)基于軟交換的架構(gòu)體系

　　無線局域網(wǎng)

　　無線局域網(wǎng)(WirelessLAN)是從有線局域網(wǎng)(WiredLAN)延伸出來的一種靈活的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它使用無線電射頻(RF)技術(shù)來收發(fā)數(shù)據(jù)，通常計算機組網(wǎng)的傳輸媒介主要是銅纜或光纜，構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但是有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合要受到布線的限制。布線、改線工程量大;線路容易損壞;網(wǎng)中的各節(jié)點不可移動。WLAN就能解決有線網(wǎng)絡(luò)遇到的問題。

　　WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而無須線纜介質(zhì)。WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到11Mb/s，傳輸距離可遠(yuǎn)至20km。它是對有線連網(wǎng)方式的一種補充和擴展，使網(wǎng)上的計算機具有可移性，能快速方便地解決使用有線方式不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連通問題。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN具有以下優(yōu)點:安裝便捷，使用靈活，經(jīng)濟節(jié)約，易于擴展。

　　1997年6月，國際電子與電氣工程師組織(簡稱IEEE)通過了802.11標(biāo)準(zhǔn)，它是IEEE制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要是對網(wǎng)絡(luò)的物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)進(jìn)行了規(guī)定，其中對MAC層的規(guī)定是重點。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　3G與WLAN的互通

　　這是一種將移動語音網(wǎng)絡(luò)與WLAN互聯(lián)的方法。利用SIM卡和UIM卡里存有的全球唯一的WLAN用戶標(biāo)示和認(rèn)證密鑰，結(jié)合移動網(wǎng)絡(luò)完善的認(rèn)證、計費體系，對WLAN用戶實施有效的管理。用戶上網(wǎng)時，可以通過移動運營商現(xiàn)有的認(rèn)證計費系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證，用戶上網(wǎng)的費用可以對應(yīng)到其手機的帳單上，并且在有語音呼入時，會在WLAN終端上有相應(yīng)的提示，用戶可以有由WLAN終端接聽該語音呼叫或拒絕等多種選擇。該體系結(jié)構(gòu)有兩個特點:利用SIM卡或UIM卡的WLAN用戶標(biāo)識和認(rèn)證密鑰對WLAN終端進(jìn)行有效控制;利用了移動語音網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)部分。

　　圖4為基于軟交換技術(shù)的3G與無線局域網(wǎng)的互通原理圖。無線3G分組網(wǎng)絡(luò)通過VoIP網(wǎng)絡(luò)連接到PSTN或PLMN，SGSN/GGSN通過IP將來自RAN的信令傳遞到多媒體服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器(MMCS/MMAS)，它們提供了與MSC服務(wù)器相同的功能。MGS執(zhí)行通過SG與PSTN或傳統(tǒng)PLMN的信令。來自RAN的媒體以RTP包的形式通過SGSN/GGSN傳遞到MG。

　　圖43G與WLAN互通原理圖

　　局域網(wǎng)仿真技術(shù)

　　因為在WLAN與3G的融合方案中，ATM是面向有連接的，而UDP是面向無連接的。要實現(xiàn)從面向無連接向面向有連接的過渡，就要采用局域網(wǎng)仿真技術(shù)。

　　為了完成仿真局域網(wǎng)的功能，ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)在ATM網(wǎng)絡(luò)的適配層與傳統(tǒng)局域網(wǎng)高層協(xié)議之間加入了一層協(xié)議功能，稱為局域網(wǎng)仿真層(LANEmulationLayer)。這一層向下利用第5類ATM適配層(AAL5)的功能，而向上所提供的服務(wù)則模擬局域網(wǎng)協(xié)議體系中的媒體訪問(MAC)子層。發(fā)送端的高層發(fā)給MAC子層的數(shù)據(jù)與控制信息由LE層轉(zhuǎn)換成可被AAL5識別的格式。通過ATM網(wǎng)絡(luò)來透明傳送，接收端的LE層將AAL5收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元的格式交給高層。ATM局域網(wǎng)仿真技術(shù)選擇MAC子層界面作為LE層仿真的接口，是因為這樣可以為各種局域網(wǎng)(包括傳統(tǒng)局域網(wǎng)與ATM局域網(wǎng))提供統(tǒng)一的MAC服務(wù)接口，同時在這一層上局域網(wǎng)間的互連可以由網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)，比路由器實現(xiàn)更簡單。ATM局域網(wǎng)仿真的協(xié)議棧如圖5所示。

　　圖5ATM局域網(wǎng)仿真協(xié)議棧

　　實時傳輸協(xié)議

　　RTP是針對實時多點多媒體會議而設(shè)計的實時傳輸協(xié)議，它提供了端到端的實時媒體(交互式音頻和視頻)傳輸服務(wù)。RTP是運行在UDP上的傳輸層協(xié)議，以便利用UDP的多路復(fù)用、檢查和服務(wù)。然而RTP也可以和其他適當(dāng)?shù)南聦泳W(wǎng)絡(luò)和傳輸層一起使用。RTP本身不能提供任何保證及時提交的機制，也不提供其他服務(wù)質(zhì)量(QoS)的保證，而是依靠下層服務(wù)完成這些任務(wù)。它既不保證提交，也不防止錯序提交，還不假設(shè)下層基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可靠而且按序提交分組。RTP當(dāng)中包含的順序號允許接收方重建發(fā)送方分組序列，但是，在視頻解碼中，順序號也可能用于確定分組的適當(dāng)位置，從而不必按序解碼分組。RTP的應(yīng)用框圖如圖6所示。

　　圖6RTP應(yīng)用框圖

　　結(jié)束語

　　本文提出了一種結(jié)合3G和無線局域網(wǎng)的功能特征，將兩者互通起來的方案。這樣可使二者優(yōu)缺點實現(xiàn)互補，既解決了3G傳輸速率低的問題，又解決了無線局域網(wǎng)覆蓋面積小的問題，可使現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)絡(luò)在將來發(fā)揮更大的作用。