一種基于軟交換的3G與WLAN互通設計

作者：時間：2007-10-10 來源：網絡

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第三代移動通信系統(tǒng)是在第二代移動通信技術的基礎上，引入了通用分組無線業(yè)務技術及軟交換等重要技術演進而來的。它具有諸多優(yōu)點，可以支持多媒體業(yè)務，在不同的陸地無線業(yè)務接入網有成熟的漫游協(xié)議，可以為不同的用戶提供連續(xù)的業(yè)務支持。但是它也有缺陷:在數據傳輸蜂值時，傳輸速率低。而以802.11標準為主的WLAN具有高傳輸帶寬(802.11系列標準能提供1～54Mb/s的數據傳輸速率)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)務提供商之間的網絡沒有漫游協(xié)議。本文結合第三代移動通信系統(tǒng)和無線局域網的優(yōu)缺點互補的特點，提出將兩者互通的方案，使現有的無線局域網資源在未來能夠發(fā)揮更大的作用，使未來的通信網絡更加完善。

基于軟交換技術的3G核心網

3G網絡的發(fā)展是在現有的網絡向下一代網絡NGN演進的大背景下進行的，因此3G網絡的演進應符合NGN的要求。NGN是可以提供語音、數據和多媒體等各種業(yè)務的綜合開放的網絡架構，有以下特征:采用開放的網絡架構體系，是業(yè)務驅動和基于分組的網絡。

軟交換網絡的主要思想是業(yè)務、控制、傳送與接入相分離，各實體間通過標準的協(xié)議進行連接和通信，整個網絡分為四個層面:業(yè)務應用與支撐層、控制層、傳送層與接入層。軟交換網絡體系結構如圖1所示。

圖1 軟交換網絡體系結構

3G核心網實現方案的基本思想包括以下幾方面。由增強的GPRS網絡完成對無線接入網的接入并提供IP通道，以使智能用戶終端直接由控制層的軟交換設備進行控制，同時在GPRS網絡之上架構一基于軟交換的IP多媒體子系統(tǒng)，完成對IP多媒體通信的控制和業(yè)務的提供。在核心網內部全部基于IP傳送，采用網關體系與傳統(tǒng)的PSTN/ISDN/PLMN等非IP網絡進行互通和轉換。采用基于軟交換的分層網絡結構體系，使控制與承載分離。本文提出的核心網實現方案是根據3GPP R5規(guī)范，如圖2所示。

圖2 全IP核心網基于軟交換的架構體系

無線局域網

無線局域網(Wireless LAN)是從有線局域網(Wired LAN)延伸出來的一種靈活的數據傳輸系統(tǒng)。它使用無線電射頻(RF)技術來收發(fā)數據，通常計算機組網的傳輸媒介主要是銅纜或光纜，構成有線局域網。但是有線網絡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；網中的各節(jié)點不可移動。WLAN就能解決有線網絡遇到的問題。

WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數據，而無須線纜介質。WLAN的數據傳輸速率現在已經能夠達到11Mb/s，傳輸距離可遠至20km。它是對有線連網方式的一種補充和擴展，使網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的網絡連通問題。與有線網絡相比，WLAN具有以下優(yōu)點:安裝便捷，使用靈活，經濟節(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標準，它是IEEE制定的無線局域網標準，主要是對網絡的物理層(PHY )和媒體訪問控制層(MAC)進行了規(guī)定，其中對MAC層的規(guī)定是重點。IEEE 802.11標準的協(xié)議結構如圖3所示。

圖3 IEEE 802.11標準的協(xié)議結構

3G與WLAN的互通

這是一種將移動語音網絡與WLAN互聯(lián)的方法。利用SIM卡和UIM卡里存有的全球唯一的WLAN用戶標示和認證密鑰，結合移動網絡完善的認證、計費體系，對WLAN用戶實施有效的管理。用戶上網時，可以通過移動運營商現有的認證計費系統(tǒng)進行認證，用戶上網的費用可以對應到其手機的帳單上，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。該體系結構有兩個特點:利用SIM卡或UIM卡的WLAN用戶標識和認證密鑰對WLAN終端進行有效控制；利用了移動語音網絡的數據業(yè)務網絡部分。

圖4為基于軟交換技術的3G與無線局域網的互通原理圖。無線3G分組網絡通過VoIP網絡連接到PSTN或PLMN，SGSN/GGSN通過IP將來自RAN的信令傳遞到多媒體服務器/應用服務器(MMCS/MMAS)，它們提供了與MSC服務器相同的功能。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4 3G與WLAN互通原理圖

局域網仿真技術

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。要實現從面向無連接向面向有連接的過渡，就要采用局域網仿真技術。

為了完成仿真局域網的功能，ATM局域網仿真技術在ATM網絡的適配層與傳統(tǒng)局域網高層協(xié)議之間加入了一層協(xié)議功能，稱為局域網仿真層(LAN Emulation Layer)。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則模擬局域網協(xié)議體系中的媒體訪問(MAC)子層。發(fā)送端的高層發(fā)給MAC子層的數據與控制信息由LE層轉換成可被AAL5識別的格式。通過ATM網絡來透明傳送，接收端的LE層將AAL5收到的數據轉換成MAC服務數據單元的格式交給高層。ATM局域網仿真技術選擇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(包括傳統(tǒng)局域網與ATM局域網)提供統(tǒng)一的MAC服務接口，同時在這一層上局域網間的互連可以由網橋實現，比路由器實現更簡單。ATM局域網仿真的協(xié)議棧如圖5所示。

圖5 ATM局域網仿真協(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。RTP是運行在UDP上的傳輸層協(xié)議，以便利用UDP的多路復用、檢查和服務。然而RTP也可以和其他適當的下層網絡和傳輸層一起使用。RTP本身不能提供任何保證及時提交的機制，也不提供其他服務質量（QoS）的保證，而是依靠下層服務完成這些任務。它既不保證提交，也不防止錯序提交，還不假設下層基礎網絡可靠而且按序提交分組。RTP當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位置，從而不必按序解碼分組。RTP的應用框圖如圖6所示。