1 引言
WLAN以其獨特的優勢，比如，熱點覆蓋、低移動性和高數據傳輸速率，與移動網形成了很好的互補，因而在移動網中的應用越來越廣泛。從國外運營商到國內運營商，都在不斷擴展、完善移動網和WLAN的互通技術，目的是快速、經濟地部署WLAN網絡，做到在對現有網絡改動最小的情況，以簡單實用的技術吸引用戶，分流目前快速增長的移動數據業務，緩解移動網絡的資源在忙時忙區嚴重不足的壓力，提升網絡服務質量，提高網絡的用戶黏度。
WLAN和移動網互通時，根據互通技術實施的難易程度，可以有多種互通場景。
最基礎、最簡單的一種模式，是在互通的初期，兩個系統基本是獨立運營的，兩個系統的安全機制也完全分開，WLAN用戶通過WLAN接入網之后就直接接入Internet業務，不會接入移動核心網。WLAN和移動網絡間只有簡單的賬單信息關聯，也就是說，這個階段WLAN和移動的互通僅體現在通過BOSS系統，實現用戶的賬單里同時包括移動網和WLAN的費用。
這種互通模式雖然簡單，但是移動網絡和WLAN無法共享統一的認證方式和鑒權信息。用戶使用不同的接入方式時，需要分別鑒權。對用戶來說，這樣的操作復雜，與網絡間的消息交互時延長，因而影響了用戶業務體驗。所以，在基礎模式的基礎上，移動網絡應能逐步實現給通過WLAN接入的用戶提供統一的鑒權方式，簡化鑒權流程，縮短用戶接入時延。
隨著移動網絡自營的分組域業務（如IMS業務、即時消息業務、MBMS業務等）發展更加成熟，對用戶更具吸引力時，互通技術還能滿足用戶通過移動核心網，接入那些移動網獨有的數據業務。
上面討論的只是用戶如何通過WLAN使用數據業務，不涉及到用戶的業務在WLAN和移動網間的移動和切換。但是，隨著業務模式和技術的發展，用戶希望能夠自如地在不同的接入系統間實現業務切換。因此，更進一步的互通技術需要解決的問題是，用戶在移動網和WLAN之間切換時，如何實現無縫的業務連續性，也就是說，在切換過程中幾乎沒有數據的丟失和中斷情況發生，甚至能夠實現類似VoIP業務的切換。
本文將介紹WLAN和移動網互通的基本架構，實現業務連續性所采用的新技術，以及互通技術的發展趨勢。
2 WLAN與GPRS互通架構
通過上面的場景分析，我們可以看出，WLAN與移動網互通時的業務形式有兩種：一種是WLAN直接接入IP業務，另一種是WLAN通過3GPP網絡接入IP業務。圖1表示了WLAN用戶的兩種業務模式。
圖1 WLAN與GPRS網絡互通的架構圖
當用戶通過WLAN直接接入IP業務時，用戶可以使用Internet業務。圖中的3GPP AAA Server是為WLAN業務新增的網元，它將配合移動網中的HLR完成用戶的鑒權和接入認證功能。3GPP AAA Server還將配合BOSS系統或者計費網關（CG）完成用戶的計費。這種接入方式能夠保持移動網絡和WLAN的獨立性。對于運營商來說，這種架構非常簡單，易于部署。
當用戶通過3GPP網絡接入IP業務時，移動網絡除了提供鑒權和接入認證外，還需要提供接入3GPP網絡的隧道管理、基于隧道的計費功能、接入策略控制等功能。這種接入方式下的技術要點是實現用戶的統一認證和用戶使用移動網絡的IP業務。
用戶如要通過WLAN訪問運營商的分組域業務，需要對核心網設備進行升級或改造，通常有TTG和PDG兩種建設模式可以實現這一目標。
TTG模式是在不改變現有移動網絡和WLAN網絡架構的前提下，通過引入TTG，使得終端能夠通過WLAN接入網、TTG和GGSN訪問數據業務。TTG的功能，包括TTG到GGSN之間的GTP隧道管理功能、W-APN解析、提供位置信息、支持漫游限制、NSAPI分配等。
PDG模式則是把TTG功能加上GGSN原有功能和增強功能，共同完成PDG的功能。相比TTG模式，PDG能夠直接分流WLAN業務，減少了對現有移動分組域的影響。但是PDG功能實現復雜，需要和現網的計費設備進行集成，實現起來比較困難些。
3 WLAN與EPC互通架構和關鍵技術
支持多種無線接入技術，是演進的移動分組網（EPC）在網絡設計之初就定義的基本目標之一。WLAN接入EPC的互通架構按照WLAN與EPC核心網之間的信任關系以及采用的移動性管理協議（GTP，PMIP和DSMIP），可以分為S2a，S2b和S2c三種場景。圖2為WLAN與EPC互通架構圖。
圖2 WLAN與EPC互通架構圖
如果EPC網絡將WLAN接入視為可信任接入，比如，WLAN網絡是移動運營商自建的網絡，那么UE不需要建立終端與網絡間的IPSec，直接通過PDN GW就能接入到移動核心網；如果EPC網絡將WLAN接入視為不可信任接入，則必須通過ePDG接入EPC，UE和ePDG之間采用IPSec隧道承載數據，使得不可信網絡的網元無法感知數據傳輸，從而保證數據傳輸的安全性。WLAN接入網是否可信是與其本身的特性無關，是HPLMN綜合各種安全因素來決定的。
在此，我們可以比較一下三種WLAN接入方式的特點：
（1）S2a接口應用于可信固定網絡和EPC互通，采用GTP/PMIP協議。為了支持互通，需要對現有固網進行較大的改動，例如，需要對固網設備（BRAS/BNG）進行增強改造，使之支持移動性要求。但這種接入方式符合國內運營商的運營環境，對終端影響小，能避開高通大量的專利，因此運營商研究意愿還是很強烈的，特別是采用GTP協議的S2a接口。
（2）S2b接口應用于非信任固定網絡和EPC互通，采用GTP/PMIP協議。固網通過ePDG接入PDN GW，通過增強ePDG以實現非信任固網和EPC的互通，對固網改造較小。但S2b方式要求終端和ePDG之間建立IPSec，額外開銷比較大。
（3）S2c接口采用DSMIPv6協議，提供UE和PDN GW之間的DSMIP隧道連接，這樣UE和EPC網絡交互的數據在固網可以實現透傳，因此采用S2c方式對固網的影響也較小。應該說有關S2c的技術方案得力于高通的推動，技術完善、成熟，但該技術要求終端支持DSMIPv6，這樣運營商會受制于高通專利。
相對3G網絡和設備完備的用戶鑒權、數據加密機制，WLAN在安全性方面很薄弱，因此移動運營商在實現與WLAN互通時，增加了IKEv2用于終端的認證和授權，并增加了IPSec用于終端和ePDG間的數據安全，以提高互通時的業務安全性。
如果單是考慮用戶通過WLAN接入核心網，不涉及用戶在WLAN和移動網間的業務切換，其處理流程并不復雜，與移動網接入下的流程區別不大。以支持GTP協議的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、授權過程和承載的創建過程。與移動網接入有所不同的是，在WLAN接入情況下，除了建立核心網的承載之外，還需要建立WLAN接入網和PDN GW之間的GTP隧道。
圖3 支持GTP的S2a方式時的附著過程
現在具有多種接口（如3GPP，WLAN，WiMAX等）的終端設備越來越多，終端上的業務形式也越來越多樣化，有些業務適合在3GPP接入系統上使用，而另一些業務則適合在其他接入系統上使用。例如，用戶在家的時候，可以通過WLAN使用FTP業務，同時通過LTE使用VoIP業務。但一旦用戶離開家，很可能與WLAN的連接就中斷了，這個時候，FTP業務就需要切換到3GPP系統中。這樣對不同的業務進行路由區分，既提升了用戶的業務體驗，也緩解了運營商移動網絡的壓力。
在這種情況下，就要解決UE如何能夠同時通過3GPP和非3GPP接入系統，接入同一個PDN？運營商又如何能配置UE在不同接入系統間的IP流路由規則？這些不同的IP流如何實現在不同的接入系統間動態遷移？UE通過不同的接入系統連接到了不同的PDN時，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，業界提出了兩種解決方案：基于PDN的粒度進行切換的MAPCON （Mutiple Access PDN Connetion）技術和基于流粒度進行的IFOM（IP Flow Mobility）技術。
MAPCON是指用戶在不同的接入系統中建立的是不同的PDN連接，即不同的接入系統中的PDN連接必須使用不同的APN。
MAPCON技術的實現比較簡單，用戶的附著流程基本沒有改動，只需分別在兩個系統進行附著。在切換流程中，如果用戶已經在兩個系統都附著了，只需要把一個系統上要切換的業務切換到另一個系統上，在目標消息中為其建立相應的PDN連接，并釋放源系統中相應的承載即可；如果用戶只在源系統進行了附著，那么在切換前，用戶需要先在目標系統執行附著流程，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，主要是要實現PDN GW信息的動態推送，PDN GW信息原來是在切換流程中通過接入認證過程獲得的。
需要注意的是，實現MAPCON技術的關鍵是用戶通過Dual Radio的方式建立了兩個PDN連接。此時兩個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，其附著類型應該為“Handover”，用戶還會把自己的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PDN GW的連接，保證兩種接入方式下選擇的是同一個PDN GW。
采用了MAPCON技術，不同業務可經由不同接入系統進行傳輸，不同業務優先在哪個接入系統進行接入的選擇策略可通過ANDSF發送給UE。MAPCON可以實現WLAN和3GPP間的負荷分擔，比如，運營商自有業務（IMS）通過HSPA（或LTE）接入，而視頻（優酷）/FTP下載經過WLAN接入。此外，MAPCON還可以支持WLAN和3GPP接入間的切換，當WLAN覆蓋不好時可將經由WLAN傳輸的應用切換到3GPP接入。
相比MAPCON技術，IFOM技術更為復雜一些。IFOM研究的是UE同一個PDN連接下的不同的IP流如何路由到不同的接入系統，并且用戶在3GPP系統和WLAN之間切換時，如何保證這些IP流切換的連續性和無縫的IP流移動性。目前比較成熟的IFOM方案是基于DSMIPv6的S2c接入方式，系統能夠保留用戶的IP地址，用戶在接入系統間移動時，也能夠保證IP流的移動性。
為了實現系統間的IP流移動性，要對S2c和H1接口的DSMIPv6移動性信令進行擴展，以攜帶路由過濾器信息。如果UE在不同的接入系統上配置的是不同的IP地址，則可以通過多個綁定消息在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消息中包含流標識（FID）參數。FID定義了路由規則，包含路由過濾器和路由地址。根據這些路由信息，系統就知道哪些業務是從3GPP系統接入的，哪些業務是從WLAN系統接入的。一旦發生了流的移動性，UE也會通過Binding Update消息更新路由信息，EPC系統收到更新的路由信息后，就會進行相應的承載釋放或者創建，實現IP流的無縫切換。
在實現WLAN和3GPP系統間業務連續性和無縫分流方面，一個新的網元功能模塊ANDSF（Access Network Discovery and Selection Function）起了舉足輕重的作用。ANDSF具有數據管理和控制功能，能夠響應UE進行接入網絡選擇的請求，提供發現用戶接入網絡和進行接入網絡選擇所需的輔助數據。用戶根據ANDSF提供的這些信息，就能結合當前業務的特征，選擇最合適的接入網絡，從而實現數據業務的有效分流。
ANDSF能夠提供以下3類信息用于用戶選擇合適的網絡進行接入：
系統間移動性策略。該策略規定了是否允許進行系統間的移動，并為用戶接入到EPC系統選擇最合適的接入系統。該策略可以提供給UE，ANDSF也可以基于運營商策略或者基于UE發送的網絡發現和選擇信息對系統間的移動性策略進行修改。 接入網絡發現信息。根據UE的請求，ANDSF可以提供UE鄰近區域的所有接入系統的接入網絡列表。接入網絡信息可以包括接入技術類型（如WLAN或WiMAX），無線接入網絡標識符（WLAN的SSID）。 系統間路由策略。ANDSF可以給用戶提供一個系統間路由策略的列表，包括一些過濾規則，規定某個特定的業務流或者特定的APN，是否允許接入到某個接入系統中；并且在用戶進行數據路由時，根據路由策略定義的接入系統的優先級，為業務選擇最合適的接入技術或者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接入和移動網絡接入間進行業務切換時，能夠保證業務的連續性，用戶感覺不到業務的中斷，這類似移動網絡中的軟切換的概念。
WLAN和演進的移動分組網互通時，還能提供非無縫（Non-Seamless）的分流形式。這個指的是用戶在WLAN接入和移動網絡接入間進行業務切換時，無須保證業務的連續性，業務允許中斷，這類似移動網絡中的硬切換的概念。在非無縫分流方式下，用戶在接入到WLAN網絡后，能將特定的IP流通過WLAN接入直接進行分流，而無須穿越EPC網絡。非無縫分流方式適合在LTE/EPC網絡部署的初期使用。
4 結束語
現在，WLAN網絡已在全球迅速得以推廣，AT&T，Verizon，DoCoMo，T-mobile，Orange等全球主要蜂窩運營商都積極行動起來，為無線局域網與蜂窩網在全球范圍內的網絡融合創造了良好基礎。在我國，三大運營商也都將WLAN作為輔助移動網絡的重要手段，紛紛擴建自己的WLAN網絡，為家庭和企業用戶提供補充的寬帶無線接入手段。
在標準技術研究方面，WLAN分流技術在3GPP是討論的重點，涉及WLAN與移動網互通的標準比較多，為方便讀者深入了解相關知識，下面對這些標準的主要內容進行簡單介紹：
（1）TS 23.234，最初的WLAN與移動網互通的標準，描述的是WLAN和GPRS互通技術，包括WLAN用戶如何使用2G/3G的安全認證，直接通過Wi接口訪問3GPP的PDN網絡。該標準不涉及WLAN用戶在移動時業務的連續性研究。
（2）TS 23.327，描述的是如何實現WLAN與GPRS之間的業務連續性。這個標準可以看成是對TS 23.234的增強。由于解決方案所采用的是DSMIPv6技術，因此被運營商采用的可能性并不大。
（3）TS 23.402，WLAN接入EPC網絡的基本標準。描述了互通的基本架構以及MAPCON技術。
（4）TR 23.861，是關于MAPCON和IFOM研究的最初的研究課題。在這個課題中MAPCON和IFOM被合稱為MAPIM。進入正式標準階段之后，才分別使用MAPCON和IFOM的稱謂。其中的研究內容分別納入TS23.40（MAPCON）和TS23.261（IFOM）。
（5）TS 23.261，基于S2c DSMIPv6的IFOM正式的標準。
（6）TR 23.852，SaMOG（GTP-S2a and WLAN Access to EPC）課題的研究報告。該課題研究的是基于S2a GTP協議的接入方式，國內運營商對該課題有很高的研究熱情。因為在國內，WLAN是運營商自己部署的，完全可以作為信任域接入，一方面不要求終端支持DSMIPv6，產品容易實現，另一方面，核心設備因為支持GTP協議，沒有革命性的變化，利于運營商網絡的平滑演進。目前該課題已完成了對終端沒有影響的方案研究，對終端有影響的方案將在3GPP R12進行研究。
（7）TR 23.855，DIDA（Data identification in ANDSF）研究課題。研究的是如何對ANDSF功能進行增強，使得運營商對網絡中的每個應用或IP流的使用都能進行資源控制。
（8）TR 23.853，OPPIIS（Operator Policies for IP Interface Selection）課題。基于APN的粒度，對ANDSF功能進行增強。
（9）LOBSTER（LOcation-Based Selection of gaTEways for WLAN）課題，目前尚未分配報告號。研究的是在S2b和S2c的WLAN接入的情況下，如何基于UE的位置，選擇合適的ePDG和PDN GW，以保證數據路由的最優化。
國際標準方面對WLAN和演進的移動分組網互通的研究情況如表1所示。
表1 WLAN與EPC互通場景列表及研究進展
從目前的實際網絡部署來看，WLAN和移動GPRS網互通的應用方式還是比較簡單，WLAN用戶只是通過直接接入方式接入Internet業務，實現兩種接入方式下的賬單關聯，但不能使用移動網自營業務，也不能實現業務切換。運營商當前的主要工作是改造、擴容網絡，進行鑒權方式的改進，通過統一的、簡化的WLAN用戶的鑒權流程，吸引更多用戶使用WLAN接入，充分利用WLAN網絡的資源進行移動網分流。
隨著LTE/EPC網絡的逐漸商用，相信新型的終端和網絡產品對WLAN互通技術的支持力度會更大，因此，WLAN和移動網預計將有更深入的互通和融合可能性，WLAN用戶分享移動分組域業務以及不同接入系統間的業務切換都將有可能實施，靈活的業務形式將會吸引更多移動用戶使用WLAN業務。
