宁录游 张中兆
哈尔滨工业大学通信技术研究所
【摘要】WLAN是近几年快速发展的一项无线接入技术，GPRS则是一种高速分组数据交换技术，WLAN和GPRS技术的融合可以到达优势互补。本文介绍了WLAN和GPRS网络相互融合的解决方案，并对其鉴权、计费和漫游模式进行了探讨。
1 WLAN和GPRS融合的益处
无线局域网WLAN是指采用无线传输媒体的计算机局域网，它由无线网卡、无线接入点AP（Access Point）、计算机和有关设备组成。WLAN具有不需物理布线、组网灵活快捷、可移动性强、传输速率高、信号比较稳定等优点，通过部署足够的AP可覆盖一部分区域，用户可以在这些AP间实现无缝漫游。但是WLAN的一个AP的覆盖范围只有几十至一百米，若组建广域网络并没有优势，它最适合在机场、酒店、咖啡厅等热点地区提供无线接入服务。
GPRS作为一种2.5G技术，是从GSM走向3G的一个必经阶段，它的引入使得现有的GSM移动通信系统提供的数据速率从9.6kbps跃至115kbps以上，极大地提高了移动用户的移动数据通信能力。对于GPRS网络来说，其覆盖范围远远高于WLAN，可达几十千米；但它的数据传输速率较低。因此，对于移动运营商来说，如果能够将GPRS和WLAN有机的结合起来，充分利用GPRS网络的广泛覆盖能力，可以在保证用户与网络连接不间断的同时弥补WLAN覆盖范围小的不足；在热点地区则利用WLAN的高数据传输率来弥补GPRS网络数据传输率低的缺点。同时，由于WLAN是由局域网技术发展而来，并没有完整的鉴权计费机制，对于移动运营商来说，要利用WLAN提供广泛的接入服务，可以充分利用移动通信网络的认证计费体制，保护现有投资，真正实现优势互补。
WLAN和GPRS的融合方案有两种：松耦合和紧耦合，它们有各自不同的优缺点，下面分别加以介绍。因为目前在国内应用的WLAN产品绝大多数都是遵循IEEE802..11标准的产品，因此，以下的讨论中WLAN标准均以IEEE802.11为例。
2 松耦合融合方案
松耦合时WLAN不与GPRS核心网CN发生联系，而是直接通过Gi接口接入外部分组数据网，示意图如图1所示。
图1中，SGSN为服务GPRS支持节点，主要面向移动台完成移动性管理、安全功能、接入控制和路由选择功能。GGSN为网关GPRS支持节点，负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，主要完成路由选择、地址分配、网关、协议转换、安全等功能。CG为计费网关，主要完成收集、存储、转送计费信息等功能。BG为边界网关，主要完成PLMN间不同GPRS网络的互通功能。
Gb为SGSN与基站子系统间的接口；Gs为SGSN与MSC/VLR之间的接口，SGSN通过Gs向MSC发送移动用户的位置信息，同时接收MSC的寻呼请求； Gr为SGSN与HLR之间的接口，SGSN通过Gr获取HLR中的用户信息；Gc为GGSN与HLR之间的接口；Gp和Gn都是两个GSN之间的接口，但Gn连接的是两个相同的PLMN，Gp连接的是两个不同的PLMN。Gi为GGSN与外部分组数据网的接口。Um为空中无线接口。
图1 WLAN和GPRS松耦合互通网络
松耦合方案中WLAN作为GPRS接入网的补充，二者的接入控制器完全独立。WLAN可以与GPRS使用同一个用户数据库，但与GPRS核网CN没有数据接口，也就是说，WLAN旁路GPRS网络，直接接到外部分组数据网中。两种网络间的耦合程度极低，彼此互不干扰，一种网络的建设和发展一般不会影响到另一种网络。在松耦合方案中，WLAN上层协议使用的是标准的各种Internet协议，不必对协议栈进行改造。
3 紧耦合融合方案
紧耦合方案中，WLAN和GPRS无线接入网一样，通过Gb接口直接接入GPRS核心网CN，WLAN的数据在到达外部分组数据网之前要经过CN。示意图如图2所示。
图2 WLAN和GPRS紧耦合互通网络
紧耦合方案中的WLAN的接入控制器通过Gb接口与SGSN相连，它为WLAN连入GPRS核心网提供了标准接口，对SGSN屏蔽了WLAN的特性，使得SGSN把WLAN看作是一个单独的基站子系统；也可以将接入控制器合并到SGSN中。紧耦合方案中WLAN和GPRS尽可能地采用相同的固定网络资源，彼此仅在无线接入部分相互独立。也就是说，这种方案中WLAN是作为GPRS网络的一个无线接入网存在的，使用GPRS网络的鉴权、计费和认证，上层协议运行的是GPRS相关协议，因此需要对WLAN协议栈进行改造，增加与GPRS协议栈之间的接口。在紧耦合方案中，用户使用双模终端可以实现在WLAN和GPRS网络间的无缝切换，对于GPRS核心网来说，用户在两个网络间的切换就相当于在两个独立的小区间进行一样。
4 两种方案的比较
松耦合方案的优点有：
WLAN和GPRS网络相互独立，互不影响。
实现两个网络融合的技术要求较低，不需要对现有网络设备进行大的升级和改造。
对移动终端没有特殊要求，普通的WLAN终端也可接入。
应用面宽，既适合于WLAN为GPRS运营商所拥有的情况，也适用于WLAN为第三方运营商所拥有的情况。
松耦合方案的缺点有：
当用户采用双模终端时，必须采用移动IP的方式才能实现移动终端在两个网络间的切换，而且不能保证切换前后会话的连续性，不适合于对QoS要求较高的业务。
两个网络间仅彼此共用了一个鉴权服务器，融合程度较低。
不同业务区间无法相互分担负荷。
网络管理难度大。
紧耦合的优点是：
可以共用GPRS网络的各种资源（如核心网资源、认证和计费系统等），保护GPRS运营商的投资。
可以采用统一的接入服务器为两个网络提供接入服务，可以方便地把新业务推广到两种网络中。
采用双模终端时，用户可以实现在两个网络间的无缝切换，保证切换前后会话的连续性，对QoS支持较好。
不同业务区间可以分担负荷。
支持GPRS网络的业务如短信、彩信等。
安全性高。
紧耦合的缺点：
实现技术难度大，需要升级和改造现有的网络设备。
应用面窄，较适合于WLAN为GPRS运营商所拥有的情况。
对移动终端有特殊要求，一般采用双模终端，不支持普通的WLAN终端，选用哪一种耦合方案是由很多种因素决定的，总的来说，当网中存在许多不同的WLAN运营商和GPRS运营商时，松耦合方案是最好的选择；当WLAN和GPRS为同一个运营商所有时，紧耦合方案更具吸引力。
5 鉴权、计费与漫游
用户的鉴权和计费模式有两种：一种是基于SIM卡的鉴权计费模式。这种模式通过GPRS网络的HLR进行鉴权。移动终端可以采用支持WLAN和GPRS的双模终端，可同时识别两套网络，当两套网络同时存在时，可任意选择进入哪一个网络。对于没有采用双模终端的用户，当进入所属的移动运营商布置了WLAN的热点地区时，如果使用的是普通的WLAN网卡，则需要配置一个专门的读取SIM卡的套件，这样就可以得到一个唯一的用户信息，接入控制器将用户信息送到AAA服务器，系统会自动检测该用户在HLR中存放的用户信息，检查该用户的合法性，合法则可以接入WLAN，同时RADIUS服务器可以提供计费信息。
采用基于SIM卡的鉴权计费模式的优点是可以充分发挥SIM卡的鉴权优势，实时计费。为了解决上网时手机不能通话的矛盾，可以通过电脑安装相应的软件，在上网的同时通过电脑通话；或者发给用户一个专门用于WLAN的SIM卡，与手机同一号码，专门用于用户身份识别，不支持手机通话，但对GPRS网络的HLR要做适当修改。
另一种鉴权和计费方式是通过RADIUS进行认证和鉴权，用户信息存放在RADIUS服务器中，当用户接入WLAN时，接入控制器将用户信息送到RADIUS服务器进行鉴权，通过后可以接入WLAN，接入控制器统计用户流量，将流量信息传送给交换中心，WLAN上网费用合并在用户手机帐单上。这种方式对于WLAN终端没有特殊的要求。
WLAN提供公共接入服务的另一个关键问题是漫游。当采用基于SIM卡的鉴权计费模式时，其漫游类似于GPRS用户的漫游。而采用RADIUS的鉴权计费模式时，当用户漫游到了外地，可以通过漫游地的RADIUS与用户所属地的RADIUS协商，最终完成该用户的认证和鉴权。
6 发展前景
将GPRS与WLAN的优势结合起来，可以实现广域无线接入和热点地区高速接入的自由转换，更加切合经常出差、拥有笔记本电脑或PDA的商旅人士的需求，商旅人士将真正享受到随时随地无线上网带来的方便和快捷，其对数据业务的较高需求将得到最大满足。移动运营商也可以借此吸引高端用户、扩大市场份额，提高自身的竞争力。
参考文献
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----《移动通信在线》
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