3G通信系统和无线局域网互联技术研究

3G通信系统和无线局域网互联技术研究

概述

    在IST项目BRAIN(BroadbandRadioAccessforIPbasedNetworks)及MIND(Mobile IP-based Network Developments)中为基于全IP的宽带接入提供了不同的解决方法，其中一项重要的挑战就是3G与无线局域网(WLAN)的互联互通。以IEEE802.11标准为主的WLAN以其低廉的建网价格及高传输带宽(IEEE 802.11系列标准提供1-54Mbit/s的数据传输速率)迅速拓展市场空间。但其缺点也很明显，每个接入点的覆盖范围不大，只能适用于公司、旅馆、机场等地区，而且不同WLAN业务提供商之间的网络没有漫游协议。3G则能弥补WLAN的缺点：可以为用户提供无所不在的连接性，在不同的PLMN之间有成熟的漫游协议。但3G的投资规模庞大，数据峰值传输速率也只有2Mbit/s左右[1]。

    由于WLAN和3G的互补特性，3G-WLAN的互联互通成为设备制造商、系统集成商、运营商以及科研机构的热点问题之一。其基本原则是必须尽量减少对WLAN以及3G现有标准和系统的影响，即保持WLAN标准不变，对3G现存规范的修改最小化。目的是使3G系统运营商为蜂窝用户在所有业务上提供一套完整的公共无线局域网的接入体系。

    1、3GPP-WLAN互联互通体系结构

    3GPP-WLAN互联互通体系结构的设计主要基于两系统功能互补和增强。

    1.1WLAN体系结构

    当前WLAN接入网络体系结构没有正式的标准，但所有WLAN系统都是建立在ISP的实际标准范例之上，如图1所示。

    图1  WLAN体系结构

    通过WLAN系统提供IP连接性以及其他业务需要认证、鉴权及计费(AAA)服务器和用户数据库。目前典型的AAA服务器就是在WLAN系统中为用户提供认证、鉴权及计费功能的RADIUS服务器。

    1.2WLAN-3GPP体系结构

    目前，WLAN与3GPP互联互通有两种模式：紧耦合和松耦合。WLAN可以直接借鉴3G系统的用户管理和AAA机制，便于用户无缝快捷接入不同模式的无线网络。见图2所示。

    图2  WLAN-3GPP体系结构

    2、3GPP-WLAN互联互通关键机制

    2.1网络选择机制

    3GPP-WLAN互联互通体系中网络选择是一个非常复杂的问题。尽管传统的移动运营商提供WLAN接入网，但对于一个特定的WLAN接入网来讲可能会存在多个可行的漫游路径。目前3GPP支持与WLAN互联互通中的网络选择，当存在多个可行的漫游路径时用户可选择访问PLMN(VPLMN)。在技术上以基于网络接入标识符(NAI)来实现，NAI由用户名和域名中间以@字符作为分隔组成。与WLAN接入点建立连接后，UE向所属本地网络报告NAI，若WLAN接入网不能将这一请求转发至本地网，则此WLAN会为UE提供一个可支持的VPLMN的列表，UE从中选择首选VPLMN，重新制定NAI并将VPLMNID包含在内，通过“新的”ID再次进行认证，WLAN获得对请求进行转发的相关信息。

    2.23GPP-WLAN互联互通体系中的认证与鉴权

    3GPP-WLAN互联互通体系的基本原则要求尽量少的对WLAN接入网提出新的要求，因此在规划中提出使用IEEE802.11i来实现认证、解入控制和密钥确认功能。IEEE802.11i对IEEE802.11协议在安全性能方面进行了扩展。认证与密钥确认功能可由集中式认证服务器通过RADIUS(RemoteAuthenticationDial-InUser Service)和可扩展的认证协议EAP(Extensible Authentication Protocol)来实现。为了重新使用基于USIM/SIM的认证算法，对EAP SIM和EAP AKA(Authentication and Key Agreement)进行了规定。

    EAPSIM规定了基于GSMSIM算法的认证和密钥确认协议，包含了对GSM机制的重要扩展，如共同的认证与获取更长的密钥及通过临时标识或假名隐藏身份，以及快速重新健全功能。EAPAKA在EAP内部对UMTS认证和密钥确认进行封装，与EAPSIM同样拥有隐含标识及快速重新认证功能。3GPPAAA服务器包含EAP服务器功能，对订户是否被受权使用WLAN进行核实。在认证协议中所需的鉴权信息及认证矢量存储(或产生)于HSS中。

    2.33GPP-WLAN互联互通数据路由机制

    一旦用户认证成功且被授权接入网络，WLAN接入网准许UE接入IP网络，在WLAN接入网与3GPP网络的站点之间通过建立隧道机制对用户的全部数据进行转发。当前关于用户数据路由的技术体系结构还没有达成统一意见。但业界就隧道终端应建立于本地运营网络达成一致，分组数据网关PDG(PacketDataGateway)负责建立隧道。在访问网络中需要WLAN接入网关WAG(WLANAccessGateway)以实现隧道功能。

IEEE完成四项汽车环境中无线通信标准

近日，IEEE批准通过了IEEE1609.3“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-网络服务”。IEEE1609.3属于支持车辆与车辆以及车辆与路侧通信系列标准。该系列标准将帮助机动车与其他车辆和路侧系统互动，进而获得安全和旅行的相关信息。IEEE1609.3定义了支持该无线连接的网络和传输层中的服务。

    WAVE技术(也被称作专用短距离通信或DSRC)是一种中短距离的无线连接技术。它工作在美国联邦通信委员会为智能运输系统授权的5.9GHz频段上，并通过提供高速数据传输速率对手机进行补充。

    IEEE1609标准由IEEE汽车技术学会智能运输系统委员会发起，它主要为支持美国运输部的汽车基础设施活动和智能运输系统项目提供无线通信组件。这些试用标准计划将根据实验结果进行更新，并于2008或2009年成为正式使用的标准。在IEEE1609系列标准中，目前已经获得批准的标准是：IEEE1609.1“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-资源管理”，其中规定了多个远程应用和资源管理间的控制互换流程；IEEE1609.2“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-应用和管理信息的安全服务”，其中包括了WAVE信息安全抵制窃听、电子欺诈和其他袭击的方法；IEEE1609.4“汽车环境中无线存取(WAVE)试用标准-多渠道运行”，其中规定了通信协议栈媒体接入控制接口和IEEE802.11p的多渠道运行对单渠道运行。第5项标准IEEEP1609.0作为一项架构文件正在筹备中，其中将对WAVE系统和其组件及运行进行整体的介绍。同时它还能帮助业内人士更好地理解其他WAVE标准和IEEE802.11。