網(wǎng)絡(luò)與WLAN的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1、3G網(wǎng)絡(luò)與WLAN的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案摘要本文回顧了多種3G和WLAN相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在討論了它們的性能后提出兩種新的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)方案，即把UMTS網(wǎng)絡(luò)分別通過(guò)節(jié)點(diǎn) SGSN和GGSN接入 WLAN網(wǎng)絡(luò)。 介紹了利用OPNET對(duì)這兩種 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真的方法，并進(jìn)行性能分析和比較。關(guān)鍵詞3G WLAN SGSN GGSN OPNET 附著過(guò)程移動(dòng)通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正在快速發(fā)展，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。3G無(wú)線系統(tǒng)能提供廣闊的移動(dòng)服務(wù)范圍，但是數(shù)據(jù)速率相對(duì)較低（約為144kbit/s）。而WLAN網(wǎng)絡(luò)能提供很高的數(shù)據(jù)速率（超過(guò)11Mbit/s），但是 服務(wù)范圍相對(duì)較小。因此，將 3G和WLAN結(jié)合起來(lái)形成

2、綜合移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)，就能在提供無(wú)縫連接的同時(shí)， 給用戶提供高速的無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)。1、背景802.11b無(wú)線局域網(wǎng)因其成本較低，帶寬合理并且使用方便，目前已被廣泛運(yùn)用于辦公室，家庭， 以及一些公眾場(chǎng)所，如機(jī)場(chǎng)，賓館等。但是它的不足之處是覆蓋范圍較小。一個(gè)3G網(wǎng)絡(luò)由核心網(wǎng)（CN），無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）和用戶設(shè)備（UE）組成。3G業(yè)務(wù)可以使用兩套標(biāo)準(zhǔn)： UMTS和cdma2000。3G核心網(wǎng)的主要功能是為用戶通信進(jìn)行轉(zhuǎn)交和尋址，核心網(wǎng)被分為電路交換域（CS）和分組交換域（PS）。電路交換域的成員包括移動(dòng)服務(wù)中心（MSC），歸屬位置寄存器（HLR），以及網(wǎng)關(guān)MSC,它們?cè)赨MTS和cdma2000標(biāo)準(zhǔn)中是相

3、同的。而分組交換域的成員在這兩種標(biāo)準(zhǔn)中有所不同。如圖1所示。此主題相關(guān)圖片如下:!1 UMTS圖1 3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GGSN是到達(dá)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，并且執(zhí)行對(duì)用戶的鑒權(quán)和IP地址分配功能；SGSN提供會(huì)話管理功能；PDSN節(jié)點(diǎn)結(jié)合了很多功能，如把分組傳送到IP網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)分配IP地址，以及獲得點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）的會(huì)話；無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）為UE提供接入網(wǎng)絡(luò)的空中接口；PCF主要功能是建立，保持和中止與 PDSN間的連接。2、現(xiàn)有3G與WLAN相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的各種3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)策略和特性如表1所示。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1配置簡(jiǎn)單，但是切換時(shí)延較長(zhǎng)，不能支持實(shí)時(shí)服務(wù)；網(wǎng)關(guān)方式2支持兩個(gè)

4、網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立工作，并且提供兩網(wǎng)間的無(wú)縫漫游；競(jìng)爭(zhēng)方式1開(kāi)展困難，因?yàn)檫@需要兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有者間的合作，但是這種方式的切換時(shí)延很短；緊耦合3提供較快的切換和較高的安全性，但需要網(wǎng)絡(luò)所有者的合作；松耦合3所需的開(kāi)發(fā)成本較低，并且兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立開(kāi)發(fā)，但是切換時(shí)延較長(zhǎng)。表1 各種3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)策略比較組網(wǎng)方式實(shí)施網(wǎng)絡(luò)所有者切換時(shí)延移動(dòng)IP簡(jiǎn)單單獨(dú)長(zhǎng)網(wǎng)關(guān)適中單獨(dú)短競(jìng)爭(zhēng)非常困難合作短緊耦合適中合作短松耦合困難單獨(dú)長(zhǎng)3、兩種新的3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3G網(wǎng)絡(luò)和WLIEEE 802.113G和WALN網(wǎng)絡(luò)分當(dāng)前所有對(duì)3G WLAN綜合網(wǎng)絡(luò)的研究，關(guān)注的都是當(dāng)一個(gè)與公眾網(wǎng)連接的用戶在 AN網(wǎng)絡(luò)之間移

5、動(dòng)時(shí)所需要的切換時(shí)延。與這些不同，本文主要是研究當(dāng)兩個(gè)用戶分別分布在 b和UMTS網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，他們進(jìn)行通信的端到端時(shí)延。這里描述了兩種基本結(jié)構(gòu)，即將 別通過(guò)SGSN和GGSN連接起來(lái)。通過(guò)仿真可以得到不同應(yīng)用類(lèi)型下的端到端時(shí)延。3G和WLAN的結(jié)合如圖2所示。I MIS HAXy.繪過(guò)GGM 的琥挑沌經(jīng)過(guò)SG3X 的啟掘譴此主題相關(guān)圖片如下:UL AP*按點(diǎn) hN稹動(dòng)皆點(diǎn) BS：罷站 FXC；尢斥阿絡(luò)坨制 SGSXf GPRS dk* 七持節(jié);煦 GtSS . GPRSW支持節(jié)點(diǎn)圖2 3G和 WLAN的結(jié)合3.1 UMTS和 WLAN在SGSN上結(jié)合當(dāng)UMTS和WLAN通過(guò)SGSN連接時(shí)，WLA

6、N網(wǎng)絡(luò)對(duì)于UMTS核心網(wǎng)來(lái)說(shuō)是另一個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)，而不再是一個(gè)外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。WLAN的接入點(diǎn)（AP）此時(shí)需要能夠處理 UMTS送來(lái)的消息。因此，當(dāng) WLAN的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（MN）想要和UMTS中的用戶設(shè)備（UE）交換數(shù)據(jù)時(shí)，首先需要經(jīng)歷附著過(guò)程，把通信節(jié)點(diǎn)的位 置通知給SGSN，并且建立一個(gè)包交換信令連接。WLAN的接入點(diǎn)（AP）負(fù)責(zé)向SGSN發(fā)送這樣的請(qǐng)求消息。附著過(guò)程在MN、SGSN和RNC三者之間進(jìn)行，附著之后 MN就通過(guò)了 UMTS網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)。3.2 UMTS和 WLAN在GGSN上結(jié)合在這種情況下， WLAN中的MN無(wú)論何時(shí)要與 UMTS網(wǎng)絡(luò)中的UE通信，都要經(jīng)過(guò) GGSN。UMTS 中

7、的UE首先要激活分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）文本，以通知GGSN和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，這里的外部數(shù)據(jù)網(wǎng)就是 WLANo 用戶數(shù)據(jù)在UE和WLAN之間傳送是通過(guò)封裝和管道傳輸?shù)姆椒?，?fù)責(zé)處理這種方法的協(xié)議是GPRS管道傳輸協(xié)議（GTP）。在這種情況下， WLAN的AP只是作為普通的802.11b接入節(jié)點(diǎn)，并不需要處理 UMTS送 來(lái)的消息。3.3 仿真方案以上介紹的兩種網(wǎng)絡(luò)仿真模型可用OPNET10.0A3建立。OPNET是一個(gè)離散事件仿真器，它擁有強(qiáng)大的軟件包，能夠支持對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的仿真和評(píng)估。仿真中將UMTS和 WLAN連接起來(lái)，UMTS網(wǎng)包括RAN和一個(gè)帶有 SGSN和GGSN的核心網(wǎng)，W LAN內(nèi)包含8

8、02.11b無(wú)線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（MN）。在通過(guò)GGSN連接的方式中， WLAN采用普通的接入節(jié)點(diǎn)。在通 過(guò)SGSN連接的方式中， WLAN要采用能夠處理 UMTS消息的特殊接入節(jié)點(diǎn)。仿真的目的是統(tǒng)計(jì)在這兩種 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，用戶數(shù)據(jù)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間傳遞所用的時(shí)延，從而比較兩種組網(wǎng)方式的性能。在仿真中可用4種不同類(lèi)型的應(yīng)用來(lái)表示不同的傳輸方式，這4種類(lèi)型包括了 VoIP、FTP和HTTP，它們的各項(xiàng)參數(shù)如表2所示。表2仿真測(cè)試的各種應(yīng)用類(lèi)型應(yīng)用統(tǒng)計(jì)量（s）尺寸協(xié)議FTP文件下載時(shí)間100 1000kbyteTCPFTP文件上傳時(shí)間100 1000kbyteTCPGSM編碼語(yǔ)音端到端時(shí)延33byteUDPGS

9、M編碼語(yǔ)音抖動(dòng)33byteUDPHTTP網(wǎng)頁(yè)瀏覽響應(yīng)時(shí)間3000byteTCP4、結(jié)論根據(jù)文獻(xiàn)5的仿真結(jié)果可以看岀，當(dāng)通過(guò) GGSN連接的時(shí)候，文件下載，數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)頁(yè)瀏覽的 時(shí)延都小于通過(guò)SGSN連接的情況。當(dāng)UMTS網(wǎng)絡(luò)和 WLAN通過(guò)SGSN連接的時(shí)候，WLAN的接入節(jié)點(diǎn)（AP）將執(zhí)行與RNC相同的功能， 要對(duì)WLAN的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 UMTS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鑒權(quán)。而當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò) GGSN連接的時(shí)候，WLAN的AP只 是作為一個(gè)普通的接入節(jié)點(diǎn)，不需要具備處理 UMTS消息的能力，數(shù)據(jù)分組被封裝之后，利用 GPRS管道傳輸協(xié)議在UE和WLAN網(wǎng)絡(luò)之間傳輸。這種沒(méi)有額外的UMTS初始化的方式減少了包

10、傳送的時(shí)延，因此將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò) GGSN連接比通過(guò)SGSN連接的響應(yīng)時(shí)間要少，即時(shí)延小。但是通過(guò)節(jié)點(diǎn)SGSN把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)也有一些優(yōu)點(diǎn)，比如可以使用UMTS的鑒權(quán)、認(rèn)證、統(tǒng)計(jì)(AAA)機(jī)制，并且擁有更強(qiáng)大的安全性，另外當(dāng)用戶在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，將擁有連續(xù)的數(shù)據(jù)流，這是 因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中， WLAN的AP對(duì)于SGSN來(lái)說(shuō)相當(dāng)于另一個(gè) RNC，用戶在UMTS和WLAN之間的切換 類(lèi)似于UMTS網(wǎng)內(nèi)的切換。而當(dāng)通過(guò) GGSN連接時(shí)，WLAN作為一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)，需要不同的計(jì)費(fèi)和安全機(jī) 制，在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間切換時(shí)可能會(huì)引起服務(wù)中斷。參考文獻(xiàn)2 Tsao S. Lin C. VSGN： A Gateway approach to interconnect UMTS/WLAN networks . The 13th IEEE International Symposium on Personal . Indoor and Mobi1e Radio3 Salkintzis A, et al. WLAN-GPRS integration for next