WLAN與3G融合發(fā)展淺析

邱培剛

1 前言

據2011年12月《中國移動互聯網發(fā)展狀況調查報告》統計，中國手機網民規(guī)模達到3.56億，其中智能手機網民規(guī)模達到1.9億，占比53.4%。但手機網民對于無線網絡流量的需求不足，平均無線流量包月套餐僅為73.53MB。同時，盡管WLAN已成為主流手機的標配功能，但目前整體手機網民中WLAN使用率仍然偏低，僅有7.6%的手機網民在過去半年內經常使用WLAN上網，即使在智能手機網民中WLAN使用率也僅為14.8%。

筆者認為，限制智能手機用戶使用瀏覽、下載、微博、位置應用類服務等“吃流量”的應用，最主要的原因就是手機上網費用高。大部分用戶對手機流量價格較敏感，而目前國內三家電信運營商對于手機上網采用的都是流量計費，一方面造成普通用戶因為擔心高額流量費而限制了移動數據服務（特別是3G）的應用；另一方面造成移動數據應用市場的發(fā)展緩慢，制約了運營商通過服務提供商分成等后向收費機制的形成。而如果完全放開流量計費的限制，采用包時段或包月計費，集中突發(fā)的流量、潮汐效應會導致大量用戶集中搶占無線信道及核心網分組域傳輸通道資源，iPhone、Android、Blackberry等高端3G手機及3G高速上網卡對移動網絡的要求就難以滿足，客戶感知就會大大下降，也會給運營商的網絡建設和運維造成極大的壓力。

那么，有沒有兩全其美的解決方案，使得用戶能以較低的流量費用移動上網，同時運營商的網絡投資、建設、維護壓力又不大呢？有，那就是WLAN與3G的融合發(fā)展。從技術上看，WLAN主要定位于室內或小范圍內的熱點覆蓋，提供寬帶無線數據業(yè)務；而3G業(yè)務在覆蓋范圍和移動性方面有很大優(yōu)勢。從覆蓋范圍、傳輸速率、業(yè)務類別、發(fā)展方向等方面綜合分析，3G與WLAN的融合發(fā)展可以達到數據速率和覆蓋范圍互為補充的效果。因此，筆者認為運營商應大力發(fā)展熱點地區(qū)的WLAN業(yè)務，積極促進3G與WLAN的快速融合發(fā)展。

2 WLAN與3G融合發(fā)展的優(yōu)勢

WLAN與3G融合發(fā)展，能夠使用戶通過簡便易用、經濟高效的方式，獲得更多信息和娛樂服務，并能一直保持最佳的連接狀態(tài)；也可促進移動數據業(yè)務及市場的良性發(fā)展，并為運營商創(chuàng)造多種優(yōu)勢。

2.1有利于增加業(yè)務附加值及用戶粘性

從未來中國3G市場來看，語音業(yè)務帶來的ARPU值必然呈現下降的趨勢。因此，提供更多的數據多媒體業(yè)務，有利于移動運營商提高業(yè)務附加值、用戶忠誠度與網絡利用率。3G的客戶群和WLAN的客戶群具有非常強的同質性，都大量使用移動數據業(yè)務。如果一個運營商能夠向客戶同時提供這兩種業(yè)務，而又實現統一收費，必將提升用戶的體驗，增加用戶粘性，帶動ARPU值提高。

2.2有利于加速技術發(fā)展、優(yōu)勢互補

對于移動運營商來說，將3G和WLAN有機地結合起來，可充分利用3G網絡的廣泛覆蓋能力，彌補WLAN覆蓋范圍小的不足；在熱點地區(qū)則利用WLAN的高數據傳輸率，減小對移動分組域的壓力，保證用戶與網絡連接不間斷。

同時，由于WLAN是由局域網技術發(fā)展而來的，并沒有完整的鑒權計費機制；因此，對于移動運營商來說，可以充分利用移動通信網絡的認證計費體制，通過WLAN提供靈活廣泛的接入服務，真正實現3G和WLAN優(yōu)勢互補、協調發(fā)展。

2.3有利于降低建設投入、減少運維成本

3G與WLAN的融合將有利于節(jié)省運營商的網絡資源和建設投資。WLAN的優(yōu)勢之一在于其網絡造價低廉，而3G設備的投資相對較大。因此在移動數據業(yè)務集中需求較大的區(qū)域，慢速移動條件下的大流量數據業(yè)務通過WLAN網絡獲得服務，可以有效地節(jié)省3G網絡資源，減小核心網的擴容壓力。3G與WLAN的融合還可以實現網絡資源共享，特別是與無線系統室內覆蓋共建共享，并可以發(fā)揮其有線網絡的競爭優(yōu)勢，達到投資利益最大化的目標。另外，多網綜合運營也降低運營維護人力需求，節(jié)省了運營維護的成本。如有些運營商實現了用WLAN回傳移動網絡質量監(jiān)控數據，實現兩網的有效投資、綜合運維。

3 3G與WLAN融合的近期發(fā)展階段

筆者認為3G與WLAN可分為近期和遠期兩個階段、五個步驟實現融合與發(fā)展。

3.1第一步：認證頁面推送方式

目前，三家電信運營商都已在商業(yè)熱點建設了大量的公共WLAN，采取包月或試用方式，運營商的WLAN一般采用DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態(tài)主機設置協議）加Portal（門戶網站）的方式，即用戶通過Web瀏覽器發(fā)起Internet訪問請求后，接入控制器可以將該請求強制到Portal服務器，Portal服務器向用戶推送符合要求的認證頁面。用戶輸入用戶名、密碼后，發(fā)起認證請求。Portal服務器接收用戶認證請求信息后，向AC（接入控制器）及認證服務器發(fā)起用戶認證過程，WLAN用戶認證成功后，由Portal服務器向用戶推送門戶網站頁面。用戶上網結束后，可以使用 Portal功能通知接入控制器用戶下線；當接入控制器偵測到用戶下線或者主動切斷用戶連接時，也能告知Portal服務器。

圖1中，3G和WLAN間無實質性相互工作性能，僅對客戶管理系統和計費系統稍加修改，使得客戶使用同一套客戶服務和計費系統，計費時統一把WLAN的費用記在3G賬戶，用戶得到一個話單。目前，國內三大運營商都已經實現了這種方式，用戶感知并不好，每次都要點擊多次才能完成上網過程；如果在移動中或WLAN信號不穩(wěn)定，將會造成反復下線，大大影響用戶使用的便利性。

3.2第二步：客戶端認證方式

目前中國移動等已經在智能手機上推廣使用WLAN客戶端的方式（見圖2），無需通過瀏覽器訪問門戶登錄頁面進行復雜的操作，只需簡單點擊“自動登錄”按鈕，手機客戶端軟件會自動判斷運營商WLAN開通狀態(tài)及客戶信息，并協助智能登錄，簡便快捷；同時還支持登錄成功后實時查詢WLAN套餐剩余信息、流量觸發(fā)和熱點自啟動、查詢熱點地區(qū)等功能。

這種方式中組網并沒太大變化，在客戶端用戶/口令認證方式中，AAA（Authentication Authorization Accounting，身份驗證、授權和統計）服務器接受來自AC的用戶認證服務請求，對WLAN用戶進行認證，并將認證結果通知AC，從而通過手機終端的客戶端軟件實現自動連接等。同時，客戶端可以結合移動流量管控，使用話單/時長統計、流量查詢、門戶及應用推送、業(yè)務辦理等更多的應用。

3.3第三步：SIM卡認證方式

這一方式中，用戶將通過SIM卡的信息自動實現登錄，且能實現WLAN與3G數據應用的自動轉換。在第二步，用戶雖然可以通過客戶端實現自動登錄，但還是存在安裝客戶端及手機型號和版本的匹配等問題。第三步中網絡改造并不大，WLAN用戶與3G網絡的互通僅在AAA信令的交互方面需要與3G網絡共同完成，通過3G網絡使用的加密算法來獲得更安全可靠的用戶信息保護，并進行統一計費。在用戶數據傳輸方面各自通過原有WLAN網絡接入Internet。在3G與WLAN網絡之間只需使用AAA服務器來完成所有的AAA信令交互。在業(yè)務層面，沒有對WLAN用戶提出更高要求。在一個WLAN中的3G用戶的AAA需要由所在的3G網絡完成。認證通過后，WLAN用戶設備通過WLAN原網絡連入Internet，而3G用戶設備的數據路由則通過原有的3G核心網完成分組交換。

該方式需新增一個關鍵設備——3G AAA代理服務器，它是專門為3G與WLAN互通而設置的。3G AAA代理服務器終結所有從WLAN傳來的信息，同時它還與其他3G設備進行交互，如歸屬用戶服務器（HSS）、歸屬位置寄存器（HLR）、計費網關、呼叫控制功能和計費營帳等。HSS和HLR是本地注冊用戶信息的數據庫，3G AAA代理服務器用來查詢已注冊了這種互通服務的WLAN用戶信息。該方案中普遍采用基于IEEE 802.1x的認證流程。EAP-AKA（Extensible Authentication Protocol-Authentication and Key Agreement，擴展鑒權協議-鑒權和密鑰協商）是3G與WLAN互連的認證和密鑰分配協議，是保證其安全的基礎。

目前芬蘭和英國的部分電信運營商已經逐步在歐洲提供了SIM卡認證的無線因特網接入業(yè)務。用戶通過SIM卡作為接入鑒權手段，可以在GPRS廣域覆蓋和WLAN熱點覆蓋之間切換，所有的費用將匯總到電話賬單中，從而為最終用戶帶來極大的便利。中國移動也開始向高端客戶提供類似的組合服務，這些最終都將提高用戶的整體滿意度。

4 3G與WLAN融合的遠期發(fā)展階段

市場的需求帶動了技術的發(fā)展，多個國際標準化組織先后展開了3G與WLAN融合的研究。3GPP組織早在2002年就發(fā)表了3G與WLAN融合的可行性研究報告，開始了3G與WLAN融合的研究之路。3GPP在R6中將3G系統和WLAN的互通問題作為一項單獨的工作項進行研究并制訂標準，主要目的是為了讓3G將WLAN作為其整體業(yè)務的一個重要部分提供給蜂窩簽約用戶，其研究方向主要包括網絡架構、功能、需求等方面。這些國際標準化組織也提出WLAN與3G融合的后續(xù)規(guī)劃，因此，未來階段實現兩者在PS（Packet Switch，分組交換）域和CS（Circuit Switch，電路交換）域的無縫切換成為發(fā)展趨勢。

4.1第四步：PS域無縫切換

第四步的目標是實現3G和WLAN的業(yè)務自由切換。比如，一個在3G上開始的WAP會議在移到WLAN上后應當能夠繼續(xù)這次會議，反過來也一樣，即能夠保持會話不間斷。

如圖4所示，由于涉及到在WLAN環(huán)境下獲得3G網絡中的分組交換服務，所以除AAA服務器外，還增加了PDG（Packet Data Gateway，分組數據網關）和WAG（Wireless Access Gateway，無線接入網關）等設備，從而可在兩個不同的網絡之間傳輸數據。

相比而言，第四步有更加廣泛意義上的網絡融合，它可以使WLAN用戶在進行數據業(yè)務的同時獲得3G網絡分組交換域的相關服務，如IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）業(yè)務、定位業(yè)務、即時消息等，不但能滿足3G與WLAN網絡融合互通的基本需求，而且具有極大的市場前景。它能使3G用戶通過IP技術在人口密集區(qū)域獲得數據高傳輸率的同時，通過若干無線接入技術獲得3G網絡分組交換域的服務。這種集不同網絡技術于一體的服務可以為用戶提供更加廣泛的應用，并可延伸至每一個普通用戶。因此第四步可以為未來的多媒體應用提供一個通用的業(yè)務平臺，是一個較好的系統架構選擇。

4.2第五步：CS域無縫切換

這一方式在第四步的基礎上又進一步，允許從WLAN系統接入基于3G電路交換業(yè)務（即一般的語音呼叫），其目標是在3G和WLAN無線接入技術上提供無縫業(yè)務連貫性，使用戶感覺不到任何明顯的不同。

5 結束語

3G與WLAN兩網融合，一方面能充分發(fā)揮WLAN本身固有的特性，在WLAN覆蓋的范圍內，為用戶提供比3G更高的帶寬；另一方面3G網絡的覆蓋范圍廣，將填充以往WLAN覆蓋范圍內3G業(yè)務的發(fā)展，也可促進WLAN業(yè)務的推廣，使二者互為補充、協調發(fā)展，為用戶帶來更好的移動互聯網服務。