（通信与信息系统专业论文）umts和80211+wlan集成网络中qos问题的研究.pdf

直惠出血堂院墅型宜生堂焦监童 垴蔓 摘要 u m t s 的特点是覆盖面积大，支持用户的全球漫游和快速移动。u m t s 可以 为用户业务提供的最高传输速率也只能达到2 m b i t s ，而且部署的成本非常高。 而w l a n 可以提供很高的传输速率( 8 0 2 1 1 b 可以达到1 1 m b i t s ) ，同时w l a n 还具有组网方式灵活、使用开放频段以及网络设备价格低廉等优点，但w l a n 的缺点是覆盖面积比较小，缺乏漫游和移动性支持。由此看出，这两种无线技术 具有很强的互补性。因此，w l a n 和u m t s 的集成网络可以实现这两种技术的 优势互补，为用户提供价格低廉的、快速的、无所不在的移动业务。 3 g p p 已经开展了w l a n 和u m t s 系统互通问题的研究，本文简要介绍了 3 g p p 规范中的w l a n u m t s 互通体系结构，以及结构中使用的功能实体和参 考点。在此基础上，描述了w l a n 和u m t s 集成网络系统结构的参考配置。 w l a n 和u m t s 集成网络中有许多关键问题需要解决，本文主要研究了集成 网络中的q o s 问题。首先，本文分别讨论了u m t s 和8 0 2 1 1w l a n 网络中的 q o s 机制。对u m t s 系统中的端到端的q o s 机制作了详细的介绍，并着重研究 了在w l a n 网络中支持q o s 的8 0 2 1 l e 协议，通过仿真体现了i e e e8 0 2 1 l e 较 i e e e8 0 2 1 i 在q o s 方面性能的提高。 对于在集成网络书为用户提供q o s 的问题，本文主要从q o s 管理和q o s 实 现两个方面进行了研究。在管理方面，弼入基于策略的q o s 管理体系，将i e t f 的基于策略的q o s 管理体系扩展到w l a n 域，并实现u m t s 域和w l a n 域的 策略体系的互通，这样可以在集成网络中提供一致的端到端的q o s 控制。在实 现方面，本文提出了集成网络中端到端的q o s 的分层体系结构，并指出在集成 网络中的实现q o s 的关键问题是在w l a n 网络中为u m t s 业务提供客户所需的 q o s 保障。因此在文章的最后，使用n s 2 仿真工具对u m t s 业务在w l a n 网络 中的传输进行了仿真，分析了不同仿真情况( 不同误码率和分组大小) 下集成网 络的q o s 性能，仿真结果验证了在u m t s 和8 0 21 1 w i 。a n 网络中提供q o s 的可 行性。 扭基挫! b 堂随塑士蛐毪笙堂焦适塞b 曼! 堑! a b s t r a c t u m t sc a l lp r o v i d ed a t as e r v i c eo v e ral a r g ec o v e r a g ea r e a ，i ts u p p o a sw o r l d w i d e r o a ma n dr a p i dm o v e m e n t ，u m t sp r o v i d e sw i r e l e s sd a t as e r v i c e sa ts p e e d su pt o 2 m b i t s ，a n dt h ec o s to fu m t sd e p l o y m e n ti sv e r yh i g h w l a nc a np r o v i d e h i g h s p e e dd a t as e r v i c e ( u pt ol 1m b i t s sw i t h8 0 2 1lb ) a n di th a so t h e ra d v a n t a g e s s u c ha sf l e x i b l en e t w o r kf r a m e w o r k ，l i c e n s e - f l e er a d i os p e c t r u ma n dl o w - c o s t n e t w o r ke q u i p m e n t s b u ti td o n ts u p p o ar o a m i n ga n dm o v e m e n t ，a n di t sc o v e r a g ei s s m a l l s ot h ei n t e g r a t e dw l a na n du m t sc a nc o m b i n et h ea d v a n t a g e so ft h et w o t e c h n o l o g i e s ，a n di tc a np r o v i d et h ec u s t o m e rx v i t hc h e a p ，u b i q u i t o u sw i r e l e s ss e r v i c e s w i t hh i 卧d a t ar a t e s 3 g p ph a sr e c e n t l yt a k e nt h ei n i t i a t i v et od e v e l o pa3 g p p w l a ni n t e r w o r k i n g a r c h i t e c t u r ea sa l la d d o nt ot h e3 g p pc e l l u l a rs y s t e ms p e c i f i c a t i o n s f i r s tt h et h e s i s b r i e f l yi n t r o d u c e st h e3 g p p w l a ni n t e r w o r k i n ga r c h i t e c t u r e ，t h ef u n c t i o n a le n t i t i e s ， a n dt h er e f e r e n c ep o i n t so fi t o nt h eb a s eo ft h i s ，t h et h e s i si n t r o d u c e sar e f e r e n c e s y s t e mc o n f i g u r a t i o no f t h ei n t e g r a t e du m t sa n dw l a n n e t w o r k t h e r ea r em a n yk e yp r o b l e m so ft or e s e a r c hi nt h ei n t e g r a t e du m t sa n dw l a n ， t h i st h e s i sf o c u s e so nt h eq o so f t h ei n t e g r a t e dn e t w o r k f i r s t l y , t h eq o sm e c h a n i s m s o fu m t sa n d8 0 2 1 1w l a nn e t w o r ka r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y t h ee n dt oe n dq o s m e c h a n i s mo f u m t si si n t r o d u c e di nd e t a i l i nt h et h e s i s t h ei e e e8 0 2 1 l ei ss t u d i e d w h i c h p r o v i d e sq o s f o rc u s t o m e r si nw l a nn e t w o r k ，t h ep e r f o r m a n c e so ft h ei e e e 8 0 2 1 i ea n di e e e8 0 2 1 1a r ec o m p a r e dt h r o u g has i m u l a t i o n i nt h i st h e s i s ，t h e i n t e g r a t e dq o si ss t u d i e df r o mt w os i d e s ：m a n a g e m e n ta n d i m p l e m e n t a t i o n o nt h em a n a g e m e n t ，t h et h e s i ss u g g e s t st ou s et h ep o l i c yb a s e dq o s m a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r et h ep o l i c yb a s e dq o sm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r ei se x t e n d e d t o t h ew l a nd o m a i n a n dt h ei n t e r w o r k i n go ft h em a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e si n w l a na n du m t s ，c a np r o v i d ec o n s i s t e n te n dt oe n dq o sc o n t r 0 1 o nt h ei m p l e m e n t ， t h ek e yp r o b l e mi st op r o v i d eq o sp r o m i s ef o ru m t ss e r v i c e si nw l a nn e t w o r k i n t h e s i m u l a t i o n ，i e e e8 0 2 1leq o si su s e df o ru m t st y p es e r v i c e s ，a n dt h e p e r f o r m a n c eo ft h eu m t ss e r v i c ew h i c hi st r a n s m i t t e di nw l a n n e t w o r ki sa n a l y z e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo fp r o v i d i n gq o si nt h ei n t e g r a t e du m t s a n dw l a nn e t w o r k 南京邮电学院学位论文独创性声明 7 6 5 2 5 8 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：j k 粤埤一日期：鱼堕盟 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：尘刍生l 导师签名； 匝塞唑出堂瞳趔：丛盔生堂僮丝塞 簋= 童缝j 幺 第一章绪论 1 1w l a n 和3 g 网络的集成 随着数据业务的不断增长，人们对无线数据业务的要求越来越高，目前对公 共无线宽带接入的要求已经超过了蜂窝系统所能提供的容量。人们希望通过公共 无线接入得到与有线环境相当的数据速率，但是目前的蜂窝公共系统尚无法提供 如此高的速率。此外，蜂窝通信在室内的覆盖并不是最佳的。但是另一方面，在 绝大多数情况下，人们只有在静止、准静止的状态下，在机场、车站、酒店、旅 馆、会议场所等热点地区( h o ts p o t s ) 才会使用无线宽带数据业务。无线局域网 恰恰可以提供这样的服务，其速率大大高于蜂窝网，而且无线局域网不需要频率 批准，部署方便，业务可以满足室内静止、准静止条件下的应用。此外，w l a n 网卡和w l a n 终端的发展也十分迅速 2 】【3 】。 从市场和技术角度来看，基于w l a n 的公共无线数据接入服务正当其时。 3 g 广域无线网络和基于8 0 2 1 1 标准的无线局域网络( w u 心：w i r e l e s sl a n ) 是提供无线通信的两项重要的技术。而且，这两种技术具有很好的互补性。 8 0 2 1 1 标准可以实现经济的无线局域网，它根据到基站的距离不等，可以支 持1 m b p s 到5 4 m b p s 的之间数据速率。然而，8 0 2 1 1 接入点a p ( a c e e s sp o i n t ) 只能够覆盖几千平方米的区域，这样它只能适用于企业网和公共热点地区的局域 网( 如旅馆和飞机场等) 。 与之相反，使用3 g 标准的无线网络，要求大量的资金投入，只能支持峰值 速率为6 4 k b p s 到2 m b p s 之间的速率，但是它可以提供很大的覆盖范围，可以达 到无所不在的连接性。 因此，可以将8 0 2 1 1w l a n 和3 g 网络进行集成，实现它们的互通，可以 同时为运营商和用户带来利益。通过提供集成的8 0 2 1 1 3 g 业务，3 g 运营商和 无线i n t e m e t 业务提供商( w i s p ：w i r e l e s si n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 可以只投资 自己的网络，就可以为广大的用户提供高速的、无所不在的无线数据。用户可以 以更低的花费得到性能更好的联合业务【l 】。 1 2w l a n 和u m t s 集成网络中的关键问题 因为w l a n 最初主要用于家庭和公司内部，要将它扩展到公共场所用于公 直立鲣虫堂睦亟班壅生堂擅途塞 噩二重缝监 共接入、提供电信级的服务，还有很多问题需要进一步考虑。 ( 1 ) 安全性 w l a n 的安全性是用户最关心、也是首先要解决的问题。目前w l a n 中使 用的有线等效保密协议( w e p ) 加密标准只能达到相当于有线条件的保密水平， 并不能达到公共业务的要求。有两种方法可以解决这个问题。一种是增强w e p ， 保护从接入点( a p ) 到用户终端的空中链路。这包括两个方面的努力：新的加 密方法( 如w e p 2 标准、高级加密标准( a e s ) 和接入控制( 利用8 0 2 1 x 标准 的接入控制，通过中央鉴权来控制用户接入) 。另一种解决办法是虚拟专用网 ( v p n ) 技术。另一种解决办法是虚拟专用网技术，即不管w l a n 是否安全， 都提供一个单独的安全机制。v p n 通常使用i p s e c 隧道，运行在无线链路之上， 从用户终端一直延伸到a p 之后的v p n 网关【5 】。 ( 2 ) 鉴权与计费 鉴权与计费对于电信业务十分重要。移动运营商可以重用已有的3 g 系统的 鉴权和计费机制。鉴权主要有两种方式：基于s i m u i m 卡的鉴权方式和基于用 户名密码的鉴权方式【5 】。 ( 3 ) 移动性 w l a n 提供公共服务的关键问题之一是漫游，因为用户要求服务是随时随 地的。要达到移动性，在最低的层面上首先要求设备级( 网卡与a p ) 的多厂商互 相兼容。目前，这方面基本不存在问题，因为i e e e8 0 2 1 l b 已经十分成熟，特别 是w i f i 得到了绝大多数厂商的支持。要实现漫游，还需要业务级的大范围漫 游。运营商内部的漫游可以使用类似移动通信的漫游机制。不同运营商之间的漫 游，目前主要有无线以太网兼容联盟( w e c a ) 制定的无线互联网服务提供商漫 游( w i s p ：w i r e l e s si n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 网络标准，该方案负责协调w l a n i s p 之间的交互服务，提供统一的认证、授权、计费( a a a ) 处理机制。同时， 关于w l a n 和3 g 之间的漫游的讨论也在进行中。 再高一个层次的移动性则是永远在线的移动性，即实现“合上移动，打开继 续”这对用户具有相当大的吸引力。在这种移动性的解决方案中，目前最具代表 性的就是移动i p 。它可以设立中央移动管理器作为归属代理( h a ：h o m e a g e n t ) 来跟踪用户和进行i p 路由，而在各个子网实现外地代理( f a ：f o r e i g na g e n t ) 来处理用户区域的连接细节【4 】。 2 直立| ! ! 巨电空院亟监基生堂焦造塞差= 室缝监 ( 4 ) 网络管理 网络管理是网络运营必不可少的因素。对于公共w l a n 的网管，除了通常 的设备和流量负荷监控外，很重要的便是其空中链路的管理。而且，这不同于蜂 窝网中的空中链路管理，因为w l a n 使用的频段和其它应用公用，因此干扰是 一个较大的问题。此外，一般蜂窝网可以在建网时进行很好的规划设计，而w l a n 是在已有的网络上进行构建的，因此难度很大【2 】。 ( 5 ) q o s q o s 也是公共服务需要解决的问题之一。因为w l a n 最初是为专有领域而 设计的，所以对此没有很多考虑，但公共服务必须考虑这个问题，8 0 2 1 l e 针对 w l a n 的q o s 问题对8 0 2 1 1 的标准进行了改进。w l a n 与蜂窝网的不同之处就 是其a p 提供的是共享的无线接口，用户越多，每个用户的数据速率越低。因此 必须提供相应的q o s 政策来保证用户的需要，在技术方案中也要考虑对用户优 先级的区分，对不同优先级的用户提供有区别的q o s ，确保高优先级用户的服务 质量【2 。 在本篇论文中，以u m t s 为例，研究了w l a n 和u m t s 的集成问题。同时 主要研究上面提出的主要技术问题( 5 ) 也就是集成网络的q o s 进行了研究。 1 3q o s 的由来、发展及一般模型 q o s 是英文q u a l i t yo f s e r v i c e 的缩写，即服务质量的意思。从名字就可以看 出，q o s 与“服务”联系在一起，不同的服务需要不同的q o s 。 i t u - t 的e 8 0 0 建议认为：服务质量( q o s ) 是业务性能的集中体现，这些业 务性能决定了用户对业务的满意程度；网络性能是网络的一部分在用户之间提供 通信的能力，网络性能对业务性能的完整性有重要影响。简言之用户对每种服 务都有最低的q o s 要求，与之对应，网络就要满足这些q o s 要求。q o s ( 服务质 量) 的概念用于定量和定性描述服务的提供者与接受者之间协商的服务性能。 在传统的通信网中，没有提出q o s 的概念，这是因为传统的网络都是与专 项业务相关的，例如电话由公用电话网传送，计算机数据用基于x 2 5 的数据网 传送。为某种业务服务的网是针对该业务的要求而设计的，例如，一路电话占有 固定的带宽( 或时隙) ，当终端进行呼叫时，网络不需要再询问终端对带宽的要求； 而且一旦网络将此呼叫接通，再整个会话过程中，终端一直占有这个带宽，q o s 直塞蟠虫生瞳蜓盟宜生堂焦遮塞 簋= 童堑途 也就自然是恒定地得到保障的。 2 0 世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 异军突起，发展非常迅猛，已经成为当代信息 革命的主力军。目前i n t e r n e t 采用的i p 协议族提供“b e s t e f f o r t ”( 尽力而为) 的数据 传输方式，不保证分组传输的及时性、也不保证分组时间的序列特性，基本上无 任何质量( 时延特性) 保证。虽然这不影响对时延要求不敏感的数据业务应用( 如电 子邮件、文件传输、w e b 应用) ，但有实时要求的应用( 如传送多媒体信息) 及大多 数双向通信( 如电话) 带来了问题。由于i n t e m e t 的巨大成功，人们希望它能够无 所不能，在提供非实时数据业务同时，提供话音及多媒体业务，这就需要通过在 i n t e m e t 网络中实现q o s 协议来保证这类业务的应用。 鉴于i p 协议的主导地位，“三网融合”成为目前信息产业中的前瞻性概念， 具体是指电信网、计算机网络、有线电视网络三大网络通过技术改造，能够提供 包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。为了实现这个目标，更需要深 入地研究q o s 。当然，三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不 意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业 务应用的融合。 对网络提供者来说，在保证服务质量前提下，还要尽可能提高、优化网络效 率，以提供灵活的、具有竞争性的价格。由于分组交换能够提高网络资源的使用 效率，成为新一代网络的首选技术。 对于给定的网络和所用的q o s 技术，质量与效率的乘积是一固定值 1 7 】，使 用复杂的q o s 技术( 包括间接的q o s 技术，如网络性能优化) 可以提高这个乘积， 代价是技术的复杂性及管理开销。所以说保证q o s 与提高网络资源使用效率是 一对内在的矛盾，实际中需要在两者之间作出权衡。 可以说，正是由于网络提供业务的多样性、多媒体化以及网络交换的分组化 才导致q o s 概念出现及其相关技术的研究，如何在网络中实现多种服务质量是 全世界通信领域竞相研究的重点课题。 q o s 的一般模式是这样：在用户连接呼叫建立时，网络的连接受理功能要同 用户进行协商，用户向网络描述所申请连接的网络业务q o s 。网络则根据用户所 要求的网络q o s 决定是否接纳该连接。一旦网络接纳了该连接，用户有义务遵 守自身所要求的q o s ，而网络有责任保证该连接所要求的网络性能目标得以实 现。 4 亩基唑虫堂隧题鲤至t 生堂丝迨塞 簋= 童绪迨 q o s 参考模型是一个端到端加层次的概念。端到端之间可能包括个或多个 中介网络，每个网络具有多个节点。各个中介网络的q o s 是由中介网络协议栈 垂直方向的各个协议层的协作实现的，如m a c 层、数据链路层和网络层提供的 q o s 保障机制的综合。各个中介网络的q o s 的综合实现端到端q o s 。理论上， 用户不必考虑中介网络数量极其特性，只关心端到端的q o s 能否保证【2 5 】。 1 4 集成网络中的q o s 特点 w l a n 和u m t s 的集成网络也就是w l a n 和u m t s 网络之间的互通的过 程。因此，研究集成网络的q o s ，首先要分别研究w l a n 和u m t s 系统中的 q o s 机制。 u m t s 网络一般可以分为核心网和无线接入网两部分，其q o s 的实现也是 这两部分的综合。核心网由于业务及互通性上的联系，具有固定网络( a t m 网络 或t c p i p 网络) 需要研究解决的q o s 问题，以及与其他移动固定网络的互联互 通问题( q o s 映射与适配) 等。而无线接a n 有受移动环境影响而导致的特殊问题： 空中接口上无线资源的天然有限性、高误码率和突发差错，移动性要求等，其 q o s 需要特定的无线传输技术的具体机制来保障。因此移动通信网的q o s 是与 特定的移动通信技术密切相关。在本文的第三章，我们主要讨论了u m t s 系统 中的q o s 机制。 在传统的w l a n 网络中，由于标准本身的局限性，原来的8 0 2 1 1w l a n 不 能支持q o s 。因此，i e e e8 0 2 1 1 工作组针对q o s 问题对8 0 2 1 l 协议进行了改进， 也就是现在的8 0 2 1 1 e 协议。在第四章中我们将详细介绍在w l a n 中如何支持 q o s 。 在本篇论文中主要从两个方面研究了集成网络中的q o s 。一是基于策略的 q o s 管理体系，二是m a c 层的q o s 机制的实现。 1 5 论文的主要安排 本文首先介绍了w l a n 网络和移动蜂窝网集成的优势，并分别介绍了 w l a n 和3 g 网络各自的优势，并指出了它们之间的优势互补的特点：在第二章 中主要讨论了w l a n 和u m t s 集成的体系结构以及集成网络中使用的网元、协 议等：第三章介绍了u m t s 系统中的q o s 机制；第四章介绍了w l a n 中的q o s 直豆螋里堂堕亟主监嚣生堂焦迨羔箍二重绩监 机制：第五章讨论了集成网络中基于策略的q o s 管理结构：第六章讨论了w l a n 和u m t s 集成网络中的q o s 在m a c 层的实现，并做了相应的仿真，验证了 w l a n 和u m t s 网络集成的可行性；第七章对论文中尚需进一步研究的地方进 行了简要的小结。 直g 嵝! 丛堂瞳趔龇筮生兰丝地窑彗三童型坚! s ：型l 型堑通丝囊结扭 第二章u m t s w l a n 互通体系结构 2 1 概述 正如在第一章中所介绍的，w l a n 和蜂窝广域网具有互补的特性，w l a n 和u m t s 的集成可以为用户提供花费更低、服务质量更好的、无所不在的高速 服务。下面简要的说明了3 g p p w l a n 集成系统的功能。 3 g p p w l a n 集成系统中，可以将w l a n 系统作为一个接入系统。w l a n 系统可以为用户提供w l a n 网络中的业务，或者和w l a n 相连的3 g p p 网络中 的业务。 在3 g p p w l a n 集成系统中，3 g p p 系统可以通过w l a n 接入系统为用户 提供服务，也可以作为w l a n 接入系统的并行接入系统。 用户通过w l a n 接入系统为用户提供服务时，3 g p p 和w l a n 的互通应该 包括以下两个方面： 一通过w l a n 接入系统实现移动终端和3 g p p 功能实体之间的通信( 如s i p 呼叫) ； - 利用3 g p p 的系统功能实体补充w l a n 接入网的功能( 如提供计费) 。 将w l a n 接入系统作为3 g p p 系统的一个并行接入系统时，3 g p p 和w l a n 的集成系统应该完成以下功能： 一建立w l a n 和3 g p p 系统之间选择和切换机制。 实现上面两种功能，都必须对3 g p p 系统和w l a n 系统作相应的修改以及 增加额外的功能，在接下来的章节中将详细介绍相关的内容。 2 23 g p p w l a n 互通的原则及场景 3 g p p 也在进行3 g p p w l a n 的互通的研究，并已确定了互联的基本原则： 3 g p p w l a n 互通必须尽量减少对w l a n 以及3 g p p 标准的影响；即保持w l a n 标准不变，与此同时要使得对3 g p p 现存规范的修改达到最小化。 为了使3 g p p w l a n 互通的实现更加灵活、通用、可扩展，3 g p p 提出了六 个互通场景【8 】，每个场景都兼容前一个场景，并比之更进一步。 场景1 ：联合计费和客户服务 这是最简单的互通方式。这种场景下，w l a n 与3 g p p 的客户关系是统一的。 亩斑l 坐! 丛堂随趔鲥红生生也坌皇 箍三童型丛i 墨：型l 丛亘迪缝丕结曲 用户只收到一张移动运营商的帐单，包含了3 g p p 和w l a n 业务的使用。而联 合的客户服务提供变得更加简单方便。这个场景对其他方面不作要求，3 g p p 和 w l a n 的安全体系是相互独立的。 场景2 ：基于3 g p p 中系统的接入控制和计费 这个场景下，3 g p p 系统用来实现a a a ( 鉴权，授权和计费) 功能，w l a n 的 安全级别可以达到3 g p p 系统的安全级别，在业务层面不作要求。 场景3 ：接入3 g p p 系统分组域的业务 这个场景要求运营商可以通过w l a n 接入为用户提供3 g p p 系统的分组数 据业务。这些业务包括a p n 、i m s 、定位业务、p r e s e n c eb a s e ds e r v i c e si n s t a n t m e s s a g e 、m b m s 等，但是对系统互联的业务连续性没有提出要求。 场景4 ：业务连续性 在场景3 的基础上尽量保证业务的连续性。切换时的业务质量要受到影响， 但是用户不用重建这个业务。对于一些3 g p p 和w l a n 不能同时支持的业务， 切换的时候是要断掉的。 场景5 ：无缝业务 在场景3 的基础上保证无缝，保证用户在切换的时候，数据丢失率和中断时 间最小化。 场景6 ：接入3 g p p 电路域业务 允许通过w l a n 接入3 g p p 电路交换核心网提供的业务。 2 33 g p p w l a n 互通体系结构 为了逐步实现以上介绍的六个u m 7 f s w l a n 互通场景，3 g p p 提出了 3 g p p w l a n 网络互通体系的模型1 9 】。 2 3 1 非漫游情况下的u m t s w l a n 互通模型 非漫游情况下的3 g p p w l a n 互通模型如图2 1 所示，可以看到图中包括 s l f ( s u b s c r i p t i o nl o c a t o rf u n c t i o n ) 、h s s ( h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ) 、h l r ( h o m e l o c a t i o nr e g i s t e r ) 、c g w c c f ( c h a r g i n gg a t e w a y c h a r g i n gc o l l e c t i o nf u n c t i o n ) 、 o c s ( o n l i n ec h a r g i n gs y s t e m ) 、w a g ( w l a na c c e s sg a t e w a y ) 、p d g ( p a c k e td a t a g a t e w a y ) 等功能实体，下面将简要叙述这些功能实体的作用。 直宝g l 壁生隧避型 基生主僮熊 要三童型丛! s ：型l 丝亘塑佳垂整圭玺 在集成系统中，为了实现和3 g p p 的互通，3 g p p 用户可以通过使用 u i c c ( u m t si cc a r d ) 的w l a nu e 接入w l a na n ，w l a n u e 支持w l a n 和 3 g p p 的双模接入。3 g p pa a a 服务器为用户提供鉴权、授权、记帐服务；h l r h s s 为接入w l a n 交互业务的3 g p p 用户提供鉴权和预约需要的数据；s l f 执行寻 址功能，为3 g p pa a a 服务器寻找h s s 的地址：c g w c c f 为用户提供计费功能， 而o c s 提供在线计费功能。以上的这些功能实体是3 g p p 系统中本身具有的， 而w a g ( w l a na c c e s sg a t e w a y ) 和p d g ( p a c k e td a t ag a t e w a y ) 是新增加的 功能实体。w a g 位于w l a n 接入网和p l m n 之间，为w l a n 用户提供3 gp s 业务的路由功能；p d g 用于为用户提供3 gp s 业务的接入功能，执行业务的授 权、业务的选择和预约数据的确认等，决定是否为用户提供所需的业务。 2 3 2 漫游情况下的互通模型 漫游情况下的互通模型如图2 2 所示。在这个模型中，家乡网络负责接入控 制，在访问3 g p p 网络或家乡3 g p p 网络中产生计费帐单。w x 和w o 参考点是 同一运营商网络内部的参考点。家乡3 g p p 网络通过运营商之间的w d 参考点接 入到其它的3 g p p 网络。 通过w d 参考点，3 g p pa a a 代理将接入控制信令和记帐信息转发给家乡 3 g p pa a a 服务器。 如果有需要，它也可以将计费记录转发到访问网络的c g w c c f ( c h a r g i n g g a t e w a y c h a r g i n gc o l l e c t i o nf u n c t i o n ) 。通过w a 参考点，3 g p p 网络将会连接到 w l a n 接入网。 直宝i 业包坐瞳亟型窒生生焦熊塞塑三童堕m i 墨：理l 丝互适佳丞缝担 圈圈回 w l a na c c e s sn e t w o r k _ 塑 一 静! 赢迸蘸 w u 骥。溉势躐磐i 懋粼黼黧黪隧瓣7 一 n o t e ：t h es | i a a e da r l “ar e f e r s l o w l a n3 g p p i p a c c e s sh l n c lj o n a l i t y 图2 一l 非漫游情况下的w l a n - - 3 g p p 互通参考模型 n o t e t h e 甜1 a d e da r e ar o f e r s 幻w m n3 g p pl pa c c e s sm n c t i o n a l i t y 图2 2 a 漫游参考模型一通过3 g p p 家乡网络提供3 g p pp s 业务 1 0 壶宝【业丛堂瞳亟：l 班红生堂僮适塞笙三童堕丛! s ：堕l 丛堑适经丕丝拉 n o t e ：t h es h a d e da r e ar e f e r s 幻w l n3 g p pl pa c c e s s | u n c t l o n a l l t y 图2 2 b 漫游参考模型一通过3 g p p 访问网络提供3 g p pp s 业务 2 4 主要网络实体的功能描述 2 4 13 g p pa a as e r v e r 3 g p pa a as e r v e r 位于3 g p p 网络中，其主要功能如下： 从3 g p p 用户的3 g p p 家乡网络的h l r h s s 获取鉴权信息和用户的业务描 述( 包括用户的授权信息1 ： 根据从h l r h s s 获取的鉴权信息对3 g p p 用户进行鉴权，鉴权信令可以通 过a a ap r o x i e s 传送； 向w l a n 发送授权信息： 对于每个通过了鉴权和授权的3 g p p 用户，将其3 g p pa a as e r v e r 的地址 或名称注册到h l r h s s ： 也可执行a a ap r o x y 的功能： 维护每个w l a n 用户和w l a n 相关联的状态： 生成每个用户的计费信息，并向h p l m n 中的c c f i c g w 报告； 用于w l a n3 g p pi p 接入时的功能： 直塞i ! 世出生瞳鲍土班毪生生焦量塞噩三重型丛i s ：型l 盥堑通馇丕结扭 与p d g 交互业务授权信息( 如已经授权的w a p n ，隧道建立和用户数据业 务中必要的重要信息) ，如果通过v p l m - n 中的p d g 传送业务时，这个功能由 a a a 代理完成： 为a a a 代理提供合适的策略执行信息； 在h p l m n 中，为w a g 提供合适的策略执行信息； 一也可以向w l a na n 提供合适的路由执行信息。 2 4 2w l a na c c e s sg a t e w a y ( w a g ：w l a n 接入网关) w a g 是应用于2 2 节中所述的场景3 中的网关，即用于w l a n3 g p pi p 接 入系统中。它在w l a n 接入网与p l m n 之间路由、转发数据，为场景3 中的 w l a nu e 提供3 g p p 分组域业务。如果是漫游情况下，用户通过v p l m n 中的 w a g 进行相关的通信，否则通过h p l m n 中的w a g 进行相关的通信。它的主 要功能如下： 对于从w l a na n 漫游接入的用户，允许v p l m n 为用户生成计费信息； 一为来自p d g 的分组进行选路； 收集每个隧道的计费信息，如数据流量、使用时间等，这些信息可以用 于运营商之间的结算； 一根据分组数据中的未加密信息，过滤分组数据。除了w l a nu e 发出的 业务请求、隧道建立等消息之外，现存隧道的消息只被转发。 因为w a g 和w l a nu e 之间没有完全的信任关系，w a g 不能拦截所有的 消息。然而，来自于一个未知i p 地址的消息很可能被丢弃。附加的消息类型的 筛选留给运营商去控制。进一步来说，w l a n 中的网络地址翻译器也可以修改 来自w l a nu e 的i p 分组的源地址。在隧道建立过程中，p d g 可以将修改过的 源地址和w l a nu e 进行可靠的关联，并通过3 g p pa a as e r v e r p r o x y 报告给 w a g 。在此之前，所有的隧道建立分组都应该通过w a g 路由，除了那些不符合 w a g 中的防火墙规则的分组将被丢弃。 注意：当w a g 和p d g 处于同样的网络中的时候( 即图2 1 ，图2 - 2 b ) ，不需 要在w a g 中产生每个隧道的计费。 在隧道建立之前，w a g 可以执行策略强制功能来提高防火墙的性能，这个 功能主要是为了拦截那些通过p l m n 的多余的分组，例如，拦截漫游的w l a n 煎塞唑生堂隆亟婴筮生堂焦丝兰差三重型丛i 墨：世坚丝篁塑缝歪结担 u e 向除了h p l m n 以外的其它的p l m n 发送隧道建立消息j 拦截非鉴权的 w l a nu e 发送的分组。 w a g 应该在隧道建立后执行策略，当隧道建立后，在w a g 将应用如下的 过程： 如果业务是由h p l m n 中的p d g 提供的，w a g 应该： 一确保来自于w l a nu e 的所有的分组选路到h p l m n ； 一确保来自于已授权的w l a nu e 的分组只选路到h p l m n 中正相应的 p d g ，来自于其它源地址的分组只能选路到那些没有和w l a nu e 建立路由的 p d g 。 如果业务是由v p l m n 中的p d g 提供的，w a g 应该： 确保来自w l a nu e 的所有的分组选路到v p l m n ； 一确保来自于已授权的w l a nu e 的分组只选路到v p l m n 中相应的p d g ， 来自于其它源地址的分组只能选路到那些没有和w l a n u e 建立路由的p d g 。 2 4 3p a c k e td a t ag a t e w a y ( p d g ：分组数据网关) 需接入3 g p p 分组域业务都必须通过p d g 来提供。3 g p p 分组域业务可以通 过h p l l v i n 中的p d g 或v p l m n 中的p d g 来提供。p d g 的选择是由授权、业 务选择等过程决定的。p d g 的主要功能如下： 存储w l a n 3 g 连接用户的路由信息： 在w l a n 一3 g 连接用户与p d n ( p a c k e td a t a n e t w o r k ) 之间为分组数据选路； 允许为w l a nu e 分配远程i p 地址( r e m o t ei pa d d r e s s ，w l a nu e 通过p d g 防问外部i p 网络的地址1 ； 注册w l a nu e 的本地i p 地址( l o c a li pa d d r e s s ；w l a nu e 在3 g p p w l a n 互通网络内部的路由识别地址) ，并与远程i p 地址绑定； 解除w l a nu e 的本地i p 地址与远程i p 地址的绑定： 地址( 远程l p 地址和本地i p 地址) 的翻译和映射： 滤除未经过授权的数据分组； 分别为离线计费和在线计费，生成用户的计费信息； 与策略决定功能, ( p o l i c yd e c i s i o nf u n c t i o n ) 交互信息，包括基于业务的本地策 略和q o s 互通信息等。 匝基业生堂喧丝型 宣生生壁丝童丝= 童型丛i 墨：型b 型旦道缝墨结i 蟹 可以复用现存的g g s n 功能实体来实现p d g 的功能。 2 5 参考点 下面介绍3 g p pw l a n 网络互通体系结构中的主要参考点。这里只简要的说 明各个参考点的主要功能，详细内容请参考 0 9 1 。 w a 参考点：w a 参考点位于w l a n 接入网与3 g p pa a a s e r v e r p r o x y 之间， 它的作用是为认证、授权及其相关信息提供安全的传输方式。 w x 参考点：w x 参考点位于3 g p pa a as e r v e r 与h s s 之间，主要用于两者 之间的通信，3 g p pa a a 服务器可以通过这个参考点向h s s 登记或检索相关的 用户信息。 d g r 参考点：d g r 参考点位于3 g p pa a as e r v e r 与h l r 之间，主要用于 两者之间的通信，d g r 参考点的基础是d g r 参考点，它仍然支持h l r 中应用 的