WLAN和移動(dòng)網(wǎng)互通技術(shù)分析

相對3G網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備完備的用戶鑒權(quán)、數(shù)據(jù)加密機(jī)制，WLAN在安全性方面很薄弱，因此移動(dòng)運(yùn)營商在實(shí)現(xiàn)與WLAN互通時(shí)，增加了IKEv2用于終端的認(rèn)證和授權(quán)，并增加了IPSec用于終端和ePDG間的數(shù)據(jù)安全，以提高互通時(shí)的業(yè)務(wù)安全性。

如果單是考慮用戶通過WLAN接入核心網(wǎng)，不涉及用戶在WLAN和移動(dòng)網(wǎng)間的業(yè)務(wù)切換，其處理流程并不復(fù)雜，與移動(dòng)網(wǎng)接入下的流程區(qū)別不大。以支持GTP協(xié)議的S2a接口方式下的附著過程為例來看(見圖3)，同樣是包括用戶的鑒權(quán)、授權(quán)過程和承載的創(chuàng)建過程。與移動(dòng)網(wǎng)接入有所不同的是，在WLAN接入情況下，除了建立核心網(wǎng)的承載之外，還需要建立WLAN接入網(wǎng)和PDN GW之間的GTP隧道。

圖3 支持GTP的S2a方式時(shí)的附著過程

現(xiàn)在具有多種接口(如3GPP，WLAN，WiMAX等)的終端設(shè)備越來越多，終端上的業(yè)務(wù)形式也越來越多樣化，有些業(yè)務(wù)適合在3GPP接入系統(tǒng)上使用，而另一些業(yè)務(wù)則適合在其他接入系統(tǒng)上使用。例如，用戶在家的時(shí)候，可以通過WLAN使用FTP業(yè)務(wù)，同時(shí)通過LTE使用VoIP業(yè)務(wù)。但一旦用戶離開家，很可能與WLAN的連接就中斷了，這個(gè)時(shí)候，F(xiàn)TP業(yè)務(wù)就需要切換到3GPP系統(tǒng)中。這樣對不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行路由區(qū)分，既提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，也緩解了運(yùn)營商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的壓力。

在這種情況下，就要解決UE如何能夠同時(shí)通過3GPP和非3GPP接入系統(tǒng)，接入同一個(gè)PDN?運(yùn)營商又如何能配置UE在不同接入系統(tǒng)間的IP流路由規(guī)則?這些不同的IP流如何實(shí)現(xiàn)在不同的接入系統(tǒng)間動(dòng)態(tài)遷移?UE通過不同的接入系統(tǒng)連接到了不同的PDN時(shí)，又如何能完成3GPP和非3GPP間的切換等問題。

基于以上問題的提出，業(yè)界提出了兩種解決方案：基于PDN的粒度進(jìn)行切換的MAPCON (MutipleAccess PDN Connetion)技術(shù)和基于流粒度進(jìn)行的IFOM(IP Flow Mobility)技術(shù)。

MAPCON是指用戶在不同的接入系統(tǒng)中建立的是不同的PDN連接，即不同的接入系統(tǒng)中的PDN連接必須使用不同的APN。

MAPCON技術(shù)的實(shí)現(xiàn)比較簡單，用戶的附著流程基本沒有改動(dòng)，只需分別在兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行附著。在切換流程中，如果用戶已經(jīng)在兩個(gè)系統(tǒng)都附著了，只需要把一個(gè)系統(tǒng)上要切換的業(yè)務(wù)切換到另一個(gè)系統(tǒng)上，在目標(biāo)消息中為其建立相應(yīng)的PDN連接，并釋放源系統(tǒng)中相應(yīng)的承載即可;

如果用戶只在源系統(tǒng)進(jìn)行了附著，那么在切換前，用戶需要先在目標(biāo)系統(tǒng)執(zhí)行附著流程，并能夠提供要切換的PDN連接的APN。此外，MAPCON對HSS和AAA有所增強(qiáng)，主要是要實(shí)現(xiàn)PDN GW信息的動(dòng)態(tài)推送，PDN GW信息原來是在切換流程中通過接入認(rèn)證過程獲得的。

需要注意的是，實(shí)現(xiàn)MAPCON技術(shù)的關(guān)鍵是用戶通過Dual Radio的方式建立了兩個(gè)PDN連接。此時(shí)兩個(gè)PDN連接的PDN GW必須是一樣的。用戶如果因切換而建立PDN連接時(shí)，其附著類型應(yīng)該為“Handover”，用戶還會(huì)把自己的IP地址或者PDN GW信息傳遞給MME，這樣MME就知道要建立到哪個(gè)PDN GW的連接，保證兩種接入方式下選擇的是同一個(gè)PDN GW。

采用了MAPCON技術(shù)，不同業(yè)務(wù)可經(jīng)由不同接入系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，不同業(yè)務(wù)優(yōu)先在哪個(gè)接入系統(tǒng)進(jìn)行接入的選擇策略可通過ANDSF發(fā)送給UE。MAPCON可以實(shí)現(xiàn)WLAN和3GPP間的負(fù)荷分擔(dān)，比如，運(yùn)營商自有業(yè)務(wù)(IMS)通過HSPA(或LTE)接入，而視頻(優(yōu)酷)/FTP下載經(jīng)過WLAN接入。此外，MAPCON還可以支持WLAN和3GPP接入間的切換，當(dāng)WLAN覆蓋不好時(shí)可將經(jīng)由WLAN傳輸?shù)膽?yīng)用切換到3GPP接入。

相比MAPCON技術(shù)，IFOM技術(shù)更為復(fù)雜一些。IFOM研究的是UE同一個(gè)PDN連接下的不同的IP流如何路由到不同的接入系統(tǒng)，并且用戶在3GPP系統(tǒng)和WLAN之間切換時(shí)，如何保證這些IP流切換的連續(xù)性和無縫的IP流移動(dòng)性。目前比較成熟的IFOM方案是基于DSMIPv6的S2c接入方式，系統(tǒng)能夠保留用戶的IP地址，用戶在接入系統(tǒng)間移動(dòng)時(shí)，也能夠保證IP流的移動(dòng)性。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的IP流移動(dòng)性，要對S2c和H1接口的DSMIPv6移動(dòng)性信令進(jìn)行擴(kuò)展，以攜帶路由過濾器信息。如果UE在不同的接入系統(tǒng)上配置的是不同的IP地址，則可以通過多個(gè)綁定消息在HA上分別將這些地址注冊為CoA。此外，為了將IP流路由到特定的接入，UE需要在Binding Update消息中包含流標(biāo)識(FID)參數(shù)。

FID定義了路由規(guī)則，包含路由過濾器和路由地址。根據(jù)這些路由信息，系統(tǒng)就知道哪些業(yè)務(wù)是從3GPP系統(tǒng)接入的，哪些業(yè)務(wù)是從WLAN系統(tǒng)接入的。一旦發(fā)生了流的移動(dòng)性，UE也會(huì)通過Binding Update消息更新路由信息，EPC系統(tǒng)收到更新的路由信息后，就會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的承載釋放或者創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)IP流的無縫切換。

在實(shí)現(xiàn)WLAN和3GPP系統(tǒng)間業(yè)務(wù)連續(xù)性和無縫分流方面，一個(gè)新的網(wǎng)元功能模塊ANDSF(Access Network Discovery and Selection Function)起了舉足輕重的作用。ANDSF具有數(shù)據(jù)管理和控制功能，能夠響應(yīng)UE進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò)選擇的請求，提供發(fā)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò)選擇所需的輔助數(shù)據(jù)。用戶根據(jù)ANDSF提供的這些信息，就能結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)的特征，選擇最合適的接入網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效分流。

ANDSF能夠提供以下3類信息用于用戶選擇合適的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入：

●系統(tǒng)間移動(dòng)性策略。該策略規(guī)定了是否允許進(jìn)行系統(tǒng)間的移動(dòng)，并為用戶接入到EPC系統(tǒng)選擇最合適的接入系統(tǒng)。該策略可以提供給UE，ANDSF也可以基于運(yùn)營商策略或者基于UE發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇信息對系統(tǒng)間的移動(dòng)性策略進(jìn)行修改。

●接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)信息。根據(jù)UE的請求，ANDSF可以提供UE鄰近區(qū)域的所有接入系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)列表。接入網(wǎng)絡(luò)信息可以包括接入技術(shù)類型(如WLAN或WiMAX)，無線接入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符(WLAN的SSID)。

●系統(tǒng)間路由策略。ANDSF可以給用戶提供一個(gè)系統(tǒng)間路由策略的列表，包括一些過濾規(guī)則，規(guī)定某個(gè)特定的業(yè)務(wù)流或者特定的APN，是否允許接入到某個(gè)接入系統(tǒng)中;并且在用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)路由時(shí)，根據(jù)路由策略定義的接入系統(tǒng)的優(yōu)先級，為業(yè)務(wù)選擇最合適的接入技術(shù)或者APN。

以上我們提到的MAPCON和IFOM都屬于無縫分流，也就是說，用戶在WLAN接入和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入間進(jìn)行業(yè)務(wù)切換時(shí)，能夠保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，用戶感覺不到業(yè)務(wù)的中斷，這類似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的軟切換的概念。