一种基于软交换的3G与WLAN互通设计

第三代移动通信系统是在第二代移动通信技术的基础上，引入了通用分组无线业务技术及软交换等重要技术演进而来的。它具有诸多优点，可以支持多媒体业务，在不同的陆地无线业务接入网有成熟的漫游协议，可以为不同的用户提供连续的业务支持。但是它也有缺陷:在数据传输蜂值时，传输速率低。而以802.11标准为主的WLAN具有高传输带宽(802.11系列标准能提供1～54Mb/s的数据传输速率)性能。不过它的缺点也很明显，每个接入点的覆盖范围不大，只能适用于公司、旅馆、机场等所谓的“热点”地区。而且不同WLAN业务提供商之间的网络没有漫游协议。本文结合第三代移动通信系统和无线局域网的优缺点互补的特点，提出将两者互通的方案，使现有的无线局域网资源在未来能够发挥更大的作用，使未来的通信网络更加完善。

基于软交换技术的3G核心网

3G网络的发展是在现有的网络向下一代网络NGN演进的大背景下进行的，因此3G网络的演进应符合NGN的要求。NGN是可以提供语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络架构，有以下特征:采用开放的网络架构体系，是业务驱动和基于分组的网络。

软交换网络的主要思想是业务、控制、传送与接入相分离，各实体间通过标准的协议进行连接和通信，整个网络分为四个层面:业务应用与支撑层、控制层、传送层与接入层。软交换网络体系结构如图1所示。

图1 软交换网络体系结构

3G核心网实现方案的基本思想包括以下几方面。由增强的GPRS网络完成对无线接入网的接入并提供IP通道，以使智能用户终端直接由控制层的软交换设备进行控制，同时在GPRS网络之上架构一基于软交换的IP多媒体子系统，完成对IP多媒体通信的控制和业务的提供。在核心网内部全部基于IP传送，采用网关体系与传统的PSTN/ISDN/PLMN等非IP网络进行互通和转换。采用基于软交换的分层网络结构体系，使控制与承载分离。本文提出的核心网实现方案是根据3GPP R5规范，如图2所示。

图2 全IP核心网基于软交换的架构体系

无线局域网

无线局域网(Wireless LAN)是从有线局域网(Wired LAN)延伸出来的一种灵活的数据传输系统。它使用无线电射频(RF)技术来收发数据，通常计算机组网的传输媒介主要是铜缆或光缆，构成有线局域网。但是有线网络在某些场合要受到布线的限制。布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。WLAN就能解决有线网络遇到的问题。

WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无须线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mb/s，传输距离可远至20km。它是对有线连网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。与有线网络相比，WLAN具有以下优点:安装便捷，使用灵活，经济节约，易于扩展。

1997年6月，国际电子与电气工程师组织（简称IEEE）通过了802.11标准，它是IEEE制定的无线局域网标准，主要是对网络的物理层(PHY )和媒体访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。IEEE 802.11标准的协议结构如图3所示。

图3 IEEE 802.11标准的协议结构

3G与WLAN的互通

这是一种将移动语音网络与WLAN互联的方法。利用SIM卡和UIM卡里存有的全球唯一的WLAN用户标示和认证密钥，结合移动网络完善的认证、计费体系，对WLAN用户实施有效的管理。用户上网时，可以通过移动运营商现有的认证计费系统进行认证，用户上网的费用可以对应到其手机的帐单上，并且在有语音呼入时，会在WLAN终端上有相应的提示，用户可以有由WLAN终端接听该语音呼叫或拒绝等多种选择。该体系结构有两个特点:利用SIM卡或UIM卡的WLAN用户标识和认证密钥对WLAN终端进行有效控制；利用了移动语音网络的数据业务网络部分。

图4为基于软交换技术的3G与无线局域网的互通原理图。无线3G分组网络通过VoIP网络连接到PSTN或PLMN，SGSN/GGSN通过IP将来自RAN的信令传递到多媒体服务器/应用服务器(MMCS/MMAS)，它们提供了与MSC服务器相同的功能。

MGS执行通过SG与PSTN或传统PLMN的信令。来自RAN的媒体以RTP包的形式通过SGSN/GGSN传递到MG。

图4 3G与WLAN互通原理图

局域网仿真技术

因为在WLAN与3G的融合方案中，ATM是面向有连接的，而UDP是面向无连接的。要实现从面向无连接向面向有连接的过渡，就要采用局域网仿真技术。

为了完成仿真局域网的功能，ATM局域网仿真技术在ATM网络的适配层与传统局域网高层协议之间加入了一层协议功能，称为局域网仿真层(LAN Emulation Layer)。这一层向下利用第5类ATM适配层(AAL5)的功能，而向上所提供的服务则模拟局域网协议体系中的媒体访问(MAC)子层。发送端的高层发给MAC子层的数据与控制信息由LE层转换成可被AAL5识别的格式。通过ATM网络来透明传送，接收端的LE层将AAL5收到的数据转换成MAC服务数据单元的格式交给高层。ATM局域网仿真技术选择MAC子层界面作为LE层仿真的接口，是因为这样可以为各种局域网(包括传统局域网与ATM局域网)提供统一的MAC服务接口，同时在这一层上局域网间的互连可以由网桥实现，比路由器实现更简单。ATM局域网仿真的协议栈如图5所示。

图5 ATM局域网仿真协议栈

实时传输协议

RTP是针对实时多点多媒体会议而设计的实时传输协议，它提供了端到端的实时媒体(交互式音频和视频)传输服务。RTP是运行在UDP上的传输层协议，以便利用UDP的多路复用、检查和服务。然而RTP也可以和其他适当的下层网络和传输层一起使用。RTP本身不能提供任何保证及时提交的机制，也不提供其他服务质量（QoS）的保证，而是依靠下层服务完成这些任务。它既不保证提交，也不防止错序提交，还不假设下层基础网络可靠而且按序提交分组。RTP当中包含的顺序号允许接收方重建发送方分组序列，但是，在视频解码中，顺序号也可能用于确定分组的适当位置，从而不必按序解码分组。RTP的应用框图如图6所示。

图6 RTP应用框图

结束语

本文提出了一种结合3G和无线局域网的功能特征，将两者互通起来的方案。这样可使二者优缺点实现互补，既解决了3G传输速率低的问题，又解决了无线局域网覆盖面积小的问题，可使现有的无线局域网络在将来发挥更大的作用。