WLAN逐步成為一種公眾無線接入方式，WLAN網(wǎng)絡采用小區(qū)扇形極化和MIMO技術可在室內(nèi)30 m或室外100 m半徑覆蓋區(qū)提供額外信道容量。WLAN網(wǎng)絡的主要優(yōu)點是可以低成本配置，無線接入成本僅占3G基站的很小一部分，將有力地促進無線接入市場的發(fā)展。 3G/WLAN網(wǎng)絡雙模終端可提供無處不在的，帶寬可變的，可保證服務質(zhì)量(QoS)的多種高速率業(yè)務。

3G網(wǎng)絡工作在規(guī)定的無線頻率頻段，而WLAN網(wǎng)絡工作在無線頻率非許可頻段，會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)干擾，進而減少無線接入的覆蓋范圍。WLAN網(wǎng)絡以高性能價格比用于用戶業(yè)務需求猛增的熱點區(qū)，WLAN網(wǎng)絡的小覆蓋區(qū)域能力不能提供3G網(wǎng)絡那樣的廣覆蓋能力，需大量的接入點(AP)來覆蓋[1-4]。

3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡的主要區(qū)別是在終端移動限制條件，3G網(wǎng)絡的移動終端可廣泛地配置，而WLAN網(wǎng)絡受終端位置、移動速度的影響。3G網(wǎng)絡提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，而WLAN網(wǎng)絡主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務。可見，3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡具有互補性，一個網(wǎng)絡的優(yōu)點是另一個網(wǎng)絡的缺點。3G網(wǎng)絡和 WLAN網(wǎng)絡的一體化可同時綜合雙方的優(yōu)點，減少雙方的缺點[5-7]。

1 3G/WLAN結構設計

3GPP與WLAN互通結構設計的關鍵技術基于IEEE 802.11標準，提供3GPP和WLAN之間的交互功能。

WLAN終端和IP網(wǎng)絡在WLAN的接口層完成IP連接，WLAN系統(tǒng)把基本IP業(yè)務鏈接到應用層IP骨干網(wǎng)。其中，動態(tài)主機配置協(xié)議 (DHCP)的服務器承擔WLAN終端的IP堆棧配置。域名服務器(DNS)把Internet全保質(zhì)域名(FQDN)地址轉換為IP地址。網(wǎng)關/端口地址轉換(GW/NAPT)為鏈接外部IP網(wǎng)絡的網(wǎng)關，承擔IP網(wǎng)絡地址和端口變換(NAPT)任務，使WLAN接入網(wǎng)以位于WLAN內(nèi)的專用IP地址獲取外部IP網(wǎng)的業(yè)務。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)服務器給接入用戶提供本地應用層業(yè)務，終端以Web瀏覽器控制接入，把登錄的Web網(wǎng)頁送至WLAN終端。計費系統(tǒng)負責計費，本地業(yè)務服務器提供IP層業(yè)務，如Mail服務、本地Web內(nèi)容、網(wǎng)絡配置和監(jiān)控管理。

WLAN系統(tǒng)設置鑒權、認證、計費(AAA)服務器和用戶數(shù)據(jù)庫，承擔認證和鑒權等，提供IP鏈接和其他業(yè)務。對于WLAN系統(tǒng)的用戶，AAA 服務器是典型遠程撥號用戶認證(RADIUS)服務器。AAA服務器通過IP骨干網(wǎng)采用輕量目錄訪問協(xié)議(LDAP)訪問用戶數(shù)據(jù)庫。當用戶采用Web瀏覽器進行認證和鑒權時，首先向WLAN系統(tǒng)的HTTP服務器申請，顯示登錄的Web主頁，輸入登錄名、口令并支付鏈接費用。在IEEE 802.1x標準和IEEE 802.11i標準中，鑒權部分實施3G/WLAN交互操作，也可建立WLAN系統(tǒng)的漫游，使WLAN系統(tǒng)用戶鏈接到另一個WLAN系統(tǒng)。

2 3G/WLAN交互結構

3G和WLAN交互網(wǎng)絡的基本結構有兩種，即緊交互模式和松交互模式。在緊交互模式中，WLAN網(wǎng)絡作為3G服務通用分組無線業(yè)務(GPRS) 的支持節(jié)點(SGSN)的接入技術，而在松交互模式中，WLAN網(wǎng)絡不作為3G的接入技術和核心網(wǎng)絡的接口。3G和WLAN交互網(wǎng)絡的緊交互模式和松交互模式都支持3G和WLAN網(wǎng)絡的越區(qū)功能。

圖1為3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡，WLAN網(wǎng)絡作為3G網(wǎng)絡的接入技術，類似于3G網(wǎng)絡的Iu接口，通用無線接入(UTRA)中WLAN網(wǎng)絡 Iu接口鏈接到3G核心網(wǎng)絡。緊交互網(wǎng)絡結構可移植3G核心網(wǎng)絡的移動性、QoS和安全性。WLAN網(wǎng)絡的AP通過WLAN網(wǎng)絡的Iub接口鏈接到交互單元(IWU)、網(wǎng)關GPRS支持網(wǎng)關通用分組無線業(yè)務支持節(jié)點(GGSN)，把網(wǎng)絡鏈接到Internet。

3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡中，3G網(wǎng)絡和WLAN網(wǎng)絡的運營商不是同一實體。3G/WLAN緊交互網(wǎng)絡有6個交互單元，分別為：

公共計費；

基于3GPP系統(tǒng)的接入控制，3GPP用戶以WLAN網(wǎng)絡的IP接入；

基于分組交換(PS)業(yè)務的接入，如來自交互WLAN網(wǎng)絡的短消息業(yè)務(SMS)、無線接入?yún)f(xié)議(WAP)、多媒體消息業(yè)務(MMS)；

連續(xù)業(yè)務，保持跨越WLAN和3G網(wǎng)絡不透明業(yè)務；

無隙縫業(yè)務，跨越WLAN和3G網(wǎng)絡透明業(yè)務；

提供基于電路交換(CS)業(yè)務的接入3GPP系統(tǒng)。

圖2為3G/WLAN松交互網(wǎng)絡，利用用戶數(shù)據(jù)庫，把WLAN網(wǎng)絡作為3G接入網(wǎng)絡的補充，不用用戶平面Iu接口，避免GSM/GPRS網(wǎng)絡的 SGSN和GGSN。同一用戶數(shù)據(jù)庫用于3G/WLAN網(wǎng)絡，IP業(yè)務仍需要跨越接入網(wǎng)絡的支持，其中AAA功能直接由接

3GPP標準考慮了3G/WLAN交互網(wǎng)絡的實現(xiàn)可行性，其中3GPP R6標準采納3G/WLAN松交互網(wǎng)絡，提供了系統(tǒng)靈活性和升級性，WLAN網(wǎng)絡無需支持復雜的Iu接口。

漫游參考結構和無漫游參考結構分別提供經(jīng)過本地或來訪3G網(wǎng)絡的3GPP分組交換業(yè)務。其中，Wn接口鏈接WLAN接入網(wǎng)絡和WLAN接入網(wǎng)關 (WAG)，Wa為WLAN接入網(wǎng)絡和3GPP AAA服務器/代理之間的接口。Wi為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關和外部IP網(wǎng)絡之間的接口，Wp為WAG和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(PDG)之間的接口，Wu為WLAN網(wǎng)絡用戶設備(UE)和PDG之間的接口，Wd為3GPP AAA代理和3GPP AAA服務器之間的接口。其他接口如Wx、D’/Gr’、Wf、Wo、Wm、Dw和Wg分別負責歸屬用戶服務器(HSS)、歸屬位置寄存器(HLR)、計費網(wǎng)關/計費功能(CGw/CCF)、在線計費系統(tǒng)、PDG、用戶位置功能(SLF)、WAG到AAA服務器及跨越接口的相關協(xié)議。

3 3G/WLAN接入鑒權和認證

在本地運行網(wǎng)絡之外，3G網(wǎng)絡的用戶具有選擇被訪問網(wǎng)絡的漫游功能。在人工選擇模式，用戶以基于本地網(wǎng)廣播的公眾陸地移動網(wǎng)絡標識(PLMN ID)從現(xiàn)有網(wǎng)絡表中選擇網(wǎng)絡，而在自動網(wǎng)絡模式，用戶利用存儲在SIM/USIM中的PLMN ID來選擇網(wǎng)絡。

在3G/WLAN交互結構中，選擇網(wǎng)絡和從WLAN接入網(wǎng)漫游到本地網(wǎng)的路由是關鍵。在與WLAN交互中，3G網(wǎng)絡具有選擇被訪問網(wǎng)絡的功能，在現(xiàn)存漫游路由中構成移動網(wǎng)絡。解決路由的方案是基于網(wǎng)絡接入識別器(NAI)的WLAN用戶表格。WLAN接入網(wǎng)不給本地網(wǎng)申請安排路由，在WLAN接入網(wǎng)中給用戶提供訪問區(qū)公眾陸地移動網(wǎng)(VPLMN)表。用戶從中選擇可靠的VPLMN，重新格式含有VPLMN ID的NAI，以新的標識(ID)認證WLAN接入網(wǎng)。

WLAN提高了WLAN空中接口的安全層次，IEEE 802.11i標準增強安全，升級認證，控制接入，定義IEEE 802.1x協(xié)議框架。其中，認證和關鍵協(xié)議功能采用RADIUS和含有擴展認證協(xié)議(EAP)的集中認證服務器，利用擴展認證協(xié)議和RADIUS安全分布密鑰構成新的分組安全法算法。

擴展認證協(xié)議本身并不具備認證和關鍵協(xié)議互認，但它提供用于多路由傳輸?shù)恼J證協(xié)議框架。作為終端到終端的擴展認證協(xié)議，接入點或其他中介元素并不需要知道每個認證和關鍵協(xié)議互認細節(jié)，AAA服務器和用戶足以運行擴展認證協(xié)議。

3G移動網(wǎng)的智能卡承擔用戶接入網(wǎng)絡控制的認證、無線鏈路加密和綜合安全密鑰認可。在GSM和GPRS系統(tǒng)中，認證和密鑰互認功能由SIM卡的挑戰(zhàn)/響應算法承擔。在UMTS系統(tǒng)中，還含有USIM智能卡，承擔認證和密鑰互認功能。

隨著3G/WLAN互連層在WLAN接入網(wǎng)上新需求的增加，采用IEEE 802.11i標準可實現(xiàn)認證、接入控制和密鑰互認功能。基于USIM/SIM認證算法的3G/WLAN交互結構有兩類擴展認證協(xié)議：SIM的擴展認證協(xié)議和認證與密鑰協(xié)商(AKA)的擴展認證協(xié)議。SIM的擴展認證協(xié)議基于GSM SIM的認證和密鑰互認協(xié)議，源于GSM認證協(xié)議，但包括若干重要加強措施，如交互認證、身份隱藏、假名和快速重新認證。AKA的擴展認證協(xié)議在擴展認證協(xié)議中包裝UMTS認證和密鑰互認合同，UMTS的AKA支持互認證和較強密鑰算法，AKA的擴展認證協(xié)議把UMTS機理融合到EAP中。

3GPP AAA服務器恢復來自HSS交換所需的鑒權信息，3GPP AAA服務器包括擴展認證協(xié)議服務器，用于網(wǎng)絡側SIM的擴展認證協(xié)議和AKA的擴展認證協(xié)議的功能，驗證用戶是否有權使用WLAN。

4 用戶數(shù)據(jù)路由和接入

用戶經(jīng)過認證和鑒權成功地接入網(wǎng)絡，WLAN網(wǎng)絡會確保用戶終端接入IP網(wǎng)絡。在Internet作為IP網(wǎng)時，用戶數(shù)據(jù)可直接從WLAN接入網(wǎng)至Internet。建立在WLAN接入網(wǎng)和3G之間的地址到地址的匯聚隧道，提供IP網(wǎng)中的多媒體消息業(yè)務(MMS)、無線應用協(xié)議(WAP)、IP 多媒體子系統(tǒng)(IMS)業(yè)務等。

遠程連接IP網(wǎng)和經(jīng)過確定接口進行流量路由需求分析需要采用分組數(shù)據(jù)隧道技術，即在隧道一側端點組裝指向隧道另一側新的分組數(shù)據(jù)，在隧道另一側端點拆包并把數(shù)據(jù)傳送到指定地址。

IP網(wǎng)絡選擇采用類似GPRS中接入名稱(APN)參數(shù)的WLAN接入點名稱(WAPN)參數(shù)，用戶終端指向WAPN所需的IP網(wǎng)。WAPN進行鑒權申請，驗證用戶是否有權使用WAPN，也可以按用戶指定方式選擇IP網(wǎng)。在WAPN選擇IP網(wǎng)后，依靠建立的隧道把用戶數(shù)據(jù)送至所選擇的IP網(wǎng)中。

本地網(wǎng)運行的終止由隧道的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(PDG)的網(wǎng)絡元素承擔。對被選擇

5 3G/WLAN終端與業(yè)務

3G/WLAN交互網(wǎng)絡的終端類型有具有多種無線接口和備用PC卡模塊的多模式終端，如具有3G/WLAN模塊的個人數(shù)字助理(PDA)把3G 和WLAN模塊綜合在一起。位于單個終端主動模式之間的驅(qū)動器具有不同無線接口的選擇分離功能，如WLAN網(wǎng)絡的3G電話或接入WLAN網(wǎng)絡的PDA，可在第三方接口上具有3G/WLAN網(wǎng)絡交互通信能力。

3G/WLAN交互網(wǎng)絡的業(yè)務受到終端能力、用戶移動性和系統(tǒng)交互能力的限制。終端能力直接影響業(yè)務類型，有些3G網(wǎng)絡終端不能支持所有3G業(yè)務模式，如高數(shù)據(jù)速率、下行高數(shù)據(jù)/上行分組接入(HSDPA/HSUPA)等。用戶移動性會影響系統(tǒng)容量、吞吐量、覆蓋和負載平衡，在熱點地區(qū)的高數(shù)據(jù)速率業(yè)務的WLAN用戶如接入3G網(wǎng)絡會降低其高數(shù)據(jù)速率業(yè)務質(zhì)量。

3G/WLAN交互網(wǎng)絡支持的業(yè)務主要有：

(1)個人通信

與其他個人通信相比有一對一通信或一對多個人通信，通信業(yè)務是指話音、視頻通話、MMS、SMS、移動Email和信使。從QoS看，話音和視頻通話屬于實時業(yè)務會話類，而其他屬于基本類。

(2)移動娛樂

移動娛樂可分成下述類型：按需視頻/語音流(流類)，此類業(yè)務包括視頻/語音文本下載，并存儲在終端；游戲(基本分類/在線游戲交互)，以 Java為基礎的Web瀏覽器用于在線游戲；聊天(交互/基本分類)，Internet中繼聊天(IRC)和移動聊天；E-Book(基本分類)，在顯示屏閱讀電子書籍，下載或購買。

(3)移動信息

由交互分類的Internet Web瀏覽器提供新聞、財經(jīng)、體育、指南、氣候和交通信息等移動信息，用戶僅承擔網(wǎng)絡接入費用。個性化信息送至指定用戶終端，并不通過群通信分布傳播。如旅行者在不熟悉地區(qū)駕駛時，指南下載業(yè)務隨著位置信息加入而強化，可獲得最佳加油站的位置信息，并指引加油站位置和地圖。

(4)基于位置業(yè)務

基于位置業(yè)務屬于交互分類，包括與位置有關信息和公共業(yè)務，提供與用戶有關的信息。

(5)移動交易

移動交易包括移動財政，如銀行存款、股票經(jīng)紀、支付現(xiàn)金等。還包括移動消費(如零售、訂票、拍賣、預定、移動廣告)和移動娛樂(游戲、音樂、視頻、賭注)。另外，移動商業(yè)為在移動網(wǎng)絡上進行貨幣交易，使移動終端成為電子錢包。移動交易的安全性由HTTP Web安全瀏覽功能承擔。

(6)商業(yè)業(yè)務

業(yè)務的交互分類或基本分類取決于業(yè)務的應用，協(xié)調(diào)型業(yè)務給商業(yè)用戶提供瞬變信息的數(shù)據(jù)變換，信息經(jīng)過虛擬專用網(wǎng)(VPN)安全地鏈接到Internet。

3G/WLAN交互系統(tǒng)采用諸如：3GPP預約、網(wǎng)絡選擇，基于3GPP系統(tǒng)的AAA利用SIM/USIM數(shù)據(jù)實現(xiàn)路由，業(yè)務接入和終端用戶付費等復用技術，可以給3GPP的用戶提供公共WLAN接入業(yè)務功能。業(yè)務功能的獲取并沒有在WLAN接入系統(tǒng)上增設3GPP特定要求，而是依靠基于 IEEE 802.11標準的典型WLAN接入網(wǎng)的現(xiàn)有性能。

3GPP系統(tǒng)演進趨勢的一方面是通過3G/WLAN交互系統(tǒng)通過WLAN接入控制功能增加新功能，如先進業(yè)務支持，實時對等IP通信等；另一方面是3G/WLAN交互系統(tǒng)引進WLAN和蜂窩IP連接之間不同類型動態(tài)交換，提供不中斷業(yè)務?？傊?，3G/WLAN系統(tǒng)演進趨勢是利用多種接入技術和用戶內(nèi)部先進技術來提供可靠安全接入和基于IP的業(yè)務，3G/WLAN是邁向新一代無線網(wǎng)絡的關鍵的一步，在系統(tǒng)性能上具有巨大的技術優(yōu)勢，同時也具有巨大的市場潛力。

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