曹磊;王波;董斌;邵震;沈骁
【摘 要】微波烧结随着数据业务的爆发式增长,移动网络与WLAN有机协同成为运营商管道智能化的重要手段.对多种协同方案和互通架构进行了分析,选择现网改造小、终端要求低的SaMoG方案,针对方案实现中的关键问题进行了深入分析,并提出了解决方案.
【期刊名称】《电信科学》
【年(卷),期】2013(029)005
【总页数】6页(P131-136)
【关键词】移动互联网;移动网络;WLAN;网络协同;SaMOG
【作 者】曹磊;王波;董斌;邵震;沈骁
载客电动三轮车【作者单位】中国电信集团公司 北京 100032;中国电信集团公司 北京 100032;中国电信股份
有限公司上海研究院 上海 200122;中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122;中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122
【正文语种】中 文
1 引言
移动互联网高速发展，数据业务需求呈爆发式增长。激增的移动互联网用户及不断提升的智能手机占比，使移动网络承载压力加大，某些运营商已出现热点地区经常性拥塞甚至网络瘫痪的情况。移动互联网业务高带宽、流量低值化趋势，迫使运营商通过低成本的WLAN实现热点地区业务的智能化分流，降低投资成本，缩小不断加大的投入与产出不均衡的剪刀差。
WLAN具有低成本、高速率、布设灵活的特点，支持的业务速率相当于3G网络的10倍，可节省约70%的建网成本，适合于热点地区的组网。WLAN几乎已成为智能手机的标准配置，千元以上智能机基本都有WLAN功能，特别是已经广泛部署的WLAN热点，使得移动网络+WLAN成为承载未来海量数据增长的主要手段。
基于不同层次的协同需求，对移动网络和WLAN的协同能力要求不同，表1归纳了实际应用中几种协同场景[1]。
移动网络与WLAN协同受到运营商的极大关注，是移动网络管道智能化的重要手段。但也由于现网的复杂性，还有一些关键问题需要分析解决，包括移动网络以流量计费为主，而WLAN继承了固网的时长计费方式；接入认证、业务分流和切换对现网改造涉及范围广、难度大；终端产业链涉及厂商众多，难以控制。LTE网络设计之初在标准上考虑了非3GPP系统接入方案，是实现标准化移动网络与WLAN协同的契机，从而得到产业链广泛支持。本文通过对多种协同方案的分析，选择现网改造小、终端要求低的SaMoG方案[5]，对现网实现中关键问题进行了深入研究，并提出了解决方案。
表1 移动网络与WLAN协同需求场景场景 耦合度 需求客户关系和账单统一松耦合 移动网络接入和WLAN接入、计费点是分离的，但在IT系统出账单上实现了统一账单，移动用户和WLAN用户客户关系上实现了关联；无需网络支持基于移动网络的统一认证松耦合 WLAN接入通过移动网络HSS实现统一的认证、计费，基于3GPP的SIM/USIM卡的认证方式，但WLAN只提供与Internet的IP连接；需要网络支持统一接入移动分组域网络紧耦合 在接入认
证基于移动网络的基础上，WLAN业务流也接入3GPP分组域，向WLAN用户提供了3GPP业务，进一步可以为WLAN业务流提供移动网络的QoS机制保障服务；需要网络支持接入移动分组域网络，提供（无缝的）业务连续性紧耦合 移动网络与WLAN实现有机协同，在移动网络、WLAN间支持业务的连续性，提供移动网络、WLAN间的无缝切换机制；需要网络支持
2 移动网络与WLAN互通架构
支持场景一“客户关系和账单统一”是移动网络与WLAN互通的最简单的一种架构。在这个需求场景下，两个网络系统基本是独立的，认证、安全机制也完全分开，移动用户通过移动网络接入运营商业务网（私网）和Internet（公网），WLAN用户通过WLAN直接接入Internet。在IT层面，BOSS实现客户关系的关联和账单统一，也就是用户的账单里同时包括移动网和WLAN的费用。这种场景下运营商基于统一的计费模式，除了IT层面的客户关联，网络互通架构进一步可能考虑的关键问题是WLAN对流量计费方式的支持，而不仅是传统的固网时长计费。
网络层面的协同要考虑统一认证、计费以及业务的连续性。3GPP在引入演进的分组核心
网（EPC）之初就将非3GPP网络接入作为目标架构的一部分，WLAN接入3GPP EPC架构可以分为S2a、S2b和S2c 3种场景[2,3]。
WLAN与EPC互通架构[2]如图1所示。
S2a方案基于可信WLAN和EPC互通，采用GTP/PMIP协议的S2a接口（可信非3GPP与PDN网关之间）。这种方案WLAN通过运营商城域网与移动网络的PDNGW相连，因此需要对城域网网关设备BRAS进行改造，以满足移动性的要求。
图1 WLAN与EPC互通架构[2]
S2b方案应用于非可信WLAN，WLAN基于ePDG设备接入EPC网络。S2b方式要求终端和ePDG之间建立IPSec协议，ePDG与PDN GW之间的S2b接口采用GTP/PIMP。这种方案可以支持其他运营商或公共WLAN等非可信WLAN接入移动网，但需要终端支持IPSec协议。
S2c方案是一种基于终端的WLAN与EPC互通解决方案，UE和PDN GW之间通过DSMIP隧道连接，这样UE和EPC交互的数据可以在固网城域网实现透传。这种方案要求终端支持D
SMIPv6。
3 种方案的比较见表2。
运营商建设的WLAN可以认为是可信的，S2a方案对终端没有特殊要求，被认为是当前条件下可行的一种方案，受到运营商关注。但由于S2a方案对现网过高的改造要求，难以规模应用。通过将支持移动性的要求由固网城域网网关以外的设备实现，从而降低对现网的改造要求，成为移动网络与WLAN互通架构的研究重点，3GPP标准提出了SaMOG（S2a mobility with GTP for WLAN）方案[4]的研究，如图2所示。TWAP（trusted WLAN AAA proxy）作为WLAN接入移动网的EAP-SIM/AKA认证代理，建立UE IMSI与UE MAC地址绑定关系，Ta承载UE到3GPP网络的认证计费消息；TWAG（trusted WLAN access gateway）负责将WLAN接入的业务流通过基于GTP的S2a接口传送到EPC，Tn是WLAN到TWAG的数据分组传送接口；Tg是TWAP与TWAG间的信息通知接口。无水
表2 移动网络与WLAN互通方案比较方案 网络改造要求 终端要求 方案分析S2a固网BRAS支持移动网的EAPSIM/AKA认证、GTP/PMIP隧道协议及WLAN接入的业务分流控制无特殊要求 对固网改造较大，由于BRAS按区域部署，因此涉及设备、厂商众多，推动难度大
S2b固网无特殊要求，移动网络需引入ePDG网元终端需支持IPSec协议终端支持成为方案的瓶颈，目前主流终端都还不支持IPSec协议，且IPSec协议额外开销比较大，对终端待机时间提出巨大挑战S2c对固网无特殊要求，移动核心网元PDN GW需支持DSMIPv6终端需支持DSMIPv6终端支持成为方案瓶颈，目前还没有支持DSMIPv6的手机芯片，网络也未支持DSMIPv6
目前标准只提出了SaMOG框架性结构，具体解决方案中，TWAP、TWAG网元合为同一个实体，这样可以基于AAA服务器信息对业务流进行更好的控制。从城域网独立出来的TWAP、TWAG承担了S2a方案中由城域网负责的移动性管理工作，包括认证代理、业务流控制、移动性管理等功能，城域网只需承担数据流的传递。该方案对现网改造要求大大降低，提高了协同的灵活性。
3 基于SaMOG互通架构的关键问题及解决方案研究verticalsync
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3.1 WLAN与移动网计费模式统一
移动网络一般基于流量计费，而WLAN秉承了传统固网宽带的包月或时长的计费方式，两
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网融合下，要求用户接入、使用是无感知的，因此需要计费模式统一。另外，随着宽带提速，支持的业务形式更加多样化，用户资源消耗差异加大，如视频P2P业务、网页浏览对网络资源的占用巨大，因此流量计费是一种更公平的计费衡量方式，本方案同样考虑了基于portal认证的WLAN业务接入流量计费需求。
图2 SaMOG互通架构
在移动网络与WLAN协同方案中，为了与移动网流量计费匹配，并且不影响现有基于portal认证的WLAN计费方式，有必要对这两部分的业务流进行区分。这里可以通过配置不同的SSID实现，例如SSID=CHINANET-Mob表示通过移动网认证接入的业务流，SSID=CHINANET表示通过传统portal认证接入的业务流。在协同方案中通过WLAN的业务流有如图3所示的几种场景。
·基于移动网PDN GW接入的业务流：计费点在移动核心网元PDN GW，已支持基于在线、离线的流量计费方式，话单中需要指示通过移动网或WLAN接入的标识以及对应的起止时间、流量和时长等元素。
·
基于TWAG本地分流的业务流：由移动网认证，通过TWAG分流，这部分业务流计费点在TWAG，由TWAG与3GPP AAA服务器配合完成，认证/计费协议接口支持标准的Diameter协议。
·基于portal认证的业务流：传统的固网宽带接入方式，计费点在城域网网关BRAS上，应与固网宽带计费模式保持一致。在需要支持流量计费的情况下，具体实现方式可以在用户下线后，由BRAS向AAA服务器发送accounting stop分组，包含流量、时长信息，固网AAA服务器产生相应含流量的话单。
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