3G通信系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)研究

概述

??? 在IST項(xiàng)目BRAIN(BroadbandRadioAccessforIPbasedNetworks)及MIND(Mobile IP-based Network Developments)中為基于全I(xiàn)P的寬帶接入提供了不同的解決方法，其中一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn)就是3G與無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的互聯(lián)互通。以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)為主的WLAN以其低廉的建網(wǎng)價(jià)格及高傳輸帶寬(IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)提供1-54Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率)迅速拓展市場(chǎng)空間。但其缺點(diǎn)也很明顯，每個(gè)接入點(diǎn)的覆蓋范圍不大，只能適用于公司、旅館、機(jī)場(chǎng)等地區(qū)，而且不同WLAN業(yè)務(wù)提供商之間的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有漫游協(xié)議。3G則能彌補(bǔ)WLAN的缺點(diǎn)：可以為用戶提供無(wú)所不在的連接性，在不同的PLMN之間有成熟的漫游協(xié)議。但3G的投資規(guī)模龐大，數(shù)據(jù)峰值傳輸速率也只有2Mbit/s左右[1]。

??? 由于WLAN和3G的互補(bǔ)特性，3G-WLAN的互聯(lián)互通成為設(shè)備制造商、系統(tǒng)集成商、運(yùn)營(yíng)商以及科研機(jī)構(gòu)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。其基本原則是必須盡量減少對(duì)WLAN以及3G現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的影響，即保持WLAN標(biāo)準(zhǔn)不變，對(duì)3G現(xiàn)存規(guī)范的修改最小化。目的是使3G系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商為蜂窩用戶在所有業(yè)務(wù)上提供一套完整的公共無(wú)線局域網(wǎng)的接入體系。

??? 1、3GPP-WLAN互聯(lián)互通體系結(jié)構(gòu)

??? 3GPP-WLAN互聯(lián)互通體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要基于兩系統(tǒng)功能互補(bǔ)和增強(qiáng)。

??? 1.1WLAN體系結(jié)構(gòu)

??? 當(dāng)前WLAN接入網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)沒(méi)有正式的標(biāo)準(zhǔn)，但所有WLAN系統(tǒng)都是建立在ISP的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)范例之上，如圖1所示。

??? 圖1? WLAN體系結(jié)構(gòu)

??? 通過(guò)WLAN系統(tǒng)提供IP連接性以及其他業(yè)務(wù)需要認(rèn)證、鑒權(quán)及計(jì)費(fèi)(AAA)服務(wù)器和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。目前典型的AAA服務(wù)器就是在WLAN系統(tǒng)中為用戶提供認(rèn)證、鑒權(quán)及計(jì)費(fèi)功能的RADIUS服務(wù)器。

??? 1.2WLAN-3GPP體系結(jié)構(gòu)

??? 目前，WLAN與3GPP互聯(lián)互通有兩種模式：緊耦合和松耦合。WLAN可以直接借鑒3G系統(tǒng)的用戶管理和AAA機(jī)制，便于用戶無(wú)縫快捷接入不同模式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖2所示。

??? 圖2? WLAN-3GPP體系結(jié)構(gòu)

??? 2、3GPP-WLAN互聯(lián)互通關(guān)鍵機(jī)制

??? 2.1網(wǎng)絡(luò)選擇機(jī)制

??? 3GPP-WLAN互聯(lián)互通體系中網(wǎng)絡(luò)選擇是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。盡管傳統(tǒng)的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供WLAN接入網(wǎng)，但對(duì)于一個(gè)特定的WLAN接入網(wǎng)來(lái)講可能會(huì)存在多個(gè)可行的漫游路徑。目前3GPP支持與WLAN互聯(lián)互通中的網(wǎng)絡(luò)選擇，當(dāng)存在多個(gè)可行的漫游路徑時(shí)用戶可選擇訪問(wèn)PLMN(VPLMN)。在技術(shù)上以基于網(wǎng)絡(luò)接入標(biāo)識(shí)符(NAI)來(lái)實(shí)現(xiàn)，NAI由用戶名和域名中間以@字符作為分隔組成。與WLAN接入點(diǎn)建立連接后，UE向所屬本地網(wǎng)絡(luò)報(bào)告NAI，若WLAN接入網(wǎng)不能將這一請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至本地網(wǎng)，則此WLAN會(huì)為UE提供一個(gè)可支持的VPLMN的列表，UE從中選擇首選VPLMN，重新制定NAI并將VPLMNID包含在內(nèi)，通過(guò)“新的”ID再次進(jìn)行認(rèn)證，WLAN獲得對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的相關(guān)信息。

??? 2.23GPP-WLAN互聯(lián)互通體系中的認(rèn)證與鑒權(quán)

??? 3GPP-WLAN互聯(lián)互通體系的基本原則要求盡量少的對(duì)WLAN接入網(wǎng)提出新的要求，因此在規(guī)劃中提出使用IEEE802.11i來(lái)實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、解入控制和密鑰確認(rèn)功能。IEEE802.11i對(duì)IEEE802.11協(xié)議在安全性能方面進(jìn)行了擴(kuò)展。認(rèn)證與密鑰確認(rèn)功能可由集中式認(rèn)證服務(wù)器通過(guò)RADIUS(RemoteAuthenticationDial-InUser Service)和可擴(kuò)展的認(rèn)證協(xié)議EAP(Extensible Authentication Protocol)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了重新使用基于USIM/SIM的認(rèn)證算法，對(duì)EAP SIM和EAP AKA(Authentication and Key Agreement)進(jìn)行了規(guī)定。

??? EAPSIM規(guī)定了基于GSMSIM算法的認(rèn)證和密鑰確認(rèn)協(xié)議，包含了對(duì)GSM機(jī)制的重要擴(kuò)展，如共同的認(rèn)證與獲取更長(zhǎng)的密鑰及通過(guò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)或假名隱藏身份，以及快速重新健全功能。EAPAKA在EAP內(nèi)部對(duì)UMTS認(rèn)證和密鑰確認(rèn)進(jìn)行封裝，與EAPSIM同樣擁有隱含標(biāo)識(shí)及快速重新認(rèn)證功能。3GPPAAA服務(wù)器包含EAP服務(wù)器功能，對(duì)訂戶是否被受權(quán)使用WLAN進(jìn)行核實(shí)。在認(rèn)證協(xié)議中所需的鑒權(quán)信息及認(rèn)證矢量存儲(chǔ)(或產(chǎn)生)于HSS中。

??? 2.33GPP-WLAN互聯(lián)互通數(shù)據(jù)路由機(jī)制

??? 一旦用戶認(rèn)證成功且被授權(quán)接入網(wǎng)絡(luò)，WLAN接入網(wǎng)準(zhǔn)許UE接入IP網(wǎng)絡(luò)，在WLAN接入網(wǎng)與3GPP網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)之間通過(guò)建立隧道機(jī)制對(duì)用戶的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)前關(guān)于用戶數(shù)據(jù)路由的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)還沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。但業(yè)界就隧道終端應(yīng)建立于本地運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)成一致，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)PDG(PacketDataGateway)負(fù)責(zé)建立隧道。在訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中需要WLAN接入網(wǎng)關(guān)WAG(WLANAccessGateway)以實(shí)現(xiàn)隧道功能。

IEEE完成四項(xiàng)汽車(chē)環(huán)境中無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)

近日，IEEE批準(zhǔn)通過(guò)了IEEE1609.3“汽車(chē)環(huán)境中無(wú)線存取(WAVE)試用標(biāo)準(zhǔn)-網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”。IEEE1609.3屬于支持車(chē)輛與車(chē)輛以及車(chē)輛與路側(cè)通信系列標(biāo)準(zhǔn)。該系列標(biāo)準(zhǔn)將幫助機(jī)動(dòng)車(chē)與其他車(chē)輛和路側(cè)系統(tǒng)互動(dòng)，進(jìn)而獲得安全和旅行的相關(guān)信息。IEEE1609.3定義了支持該無(wú)線連接的網(wǎng)絡(luò)和傳輸層中的服務(wù)。

??? WAVE技術(shù)(也被稱作專(zhuān)用短距離通信或DSRC)是一種中短距離的無(wú)線連接技術(shù)。它工作在美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)為智能運(yùn)輸系統(tǒng)授權(quán)的5.9GHz頻段上，并通過(guò)提供高速數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)手機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充。

??? IEEE1609標(biāo)準(zhǔn)由IEEE汽車(chē)技術(shù)學(xué)會(huì)智能運(yùn)輸系統(tǒng)委員會(huì)發(fā)起，它主要為支持美國(guó)運(yùn)輸部的汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施活動(dòng)和智能運(yùn)輸系統(tǒng)項(xiàng)目提供無(wú)線通信組件。這些試用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃將根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更新，并于2008或2009年成為正式使用的標(biāo)準(zhǔn)。在IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)中，目前已經(jīng)獲得批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)是：IEEE1609.1“汽車(chē)環(huán)境中無(wú)線存取(WAVE)試用標(biāo)準(zhǔn)-資源管理”，其中規(guī)定了多個(gè)遠(yuǎn)程應(yīng)用和資源管理間的控制互換流程；IEEE1609.2“汽車(chē)環(huán)境中無(wú)線存取(WAVE)試用標(biāo)準(zhǔn)-應(yīng)用和管理信息的安全服務(wù)”，其中包括了WAVE信息安全抵制竊聽(tīng)、電子欺詐和其他襲擊的方法；IEEE1609.4“汽車(chē)環(huán)境中無(wú)線存取(WAVE)試用標(biāo)準(zhǔn)-多渠道運(yùn)行”，其中規(guī)定了通信協(xié)議棧媒體接入控制接口和IEEE802.11p的多渠道運(yùn)行對(duì)單渠道運(yùn)行。第5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)IEEEP1609.0作為一項(xiàng)架構(gòu)文件正在籌備中，其中將對(duì)WAVE系統(tǒng)和其組件及運(yùn)行進(jìn)行整體的介紹。同時(shí)它還能幫助業(yè)內(nèi)人士更好地理解其他WAVE標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.11。