四网协同场景下的核心网互操作方案

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《电信工程技术与标准化》期刊2012年07期。

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【作者】 林良书；

【机构】 中国移动通信集团上海有限公司；

【摘要】 本文以四网协同组网场景下的互操作方案为切入点,通过核心网的深度融合,从实际业务连续性保障的需求出发,探讨分析了终端在2G/3G/LTE和WLAN之间的无缝漫游及互操作流程,实现业务连续性体验,往四网协同发展的目标演进。 更多还原

【关键词】 四网协同； 四网融合； 互操作； 业务连续性； WLAN；

1 四网协同组网场景

WLAN网络是一种具有竞争力的，单位流量成本最低的无线接入网络。目前，运营商的WLAN网络采用与2G/3G核心网独立组网的方式进行承建。

从运营商的角度来看，为了能够充分利用网络资源，且在发挥WLAN网络高带宽、低成本优势的同时，还要进一步提高WLAN网络可控、可管、可运营的能力，因此，3GPP规范也提出了I-WLAN架构，旨在形成统一的分组核心网架构，面向2G/3G/WLAN的多接入，由移动核心网统一完成WLAN用户的鉴权认证、业务触发、计费及QoS策略管控，使WLAN网络成为电信级的运营网络。

在2G/3G与WLAN核心网融合方面，主流的方案有TTG+GGSN方案与PDG方案，图1所示为基于TTG+GGSN的2G/3G与WLAN融合组网方案，其通过引入隧道终结网关（Tunnel Termination Gateway，TTG）将WLAN用户接入移动PS核心网进行控制，其作用与现网PS域的SGSN相类似，具备部分SGSN功能，其还负责与终端之间协商完成IPSEC隧道的建立，实现用户业务数据的保护，采用该方案能够重用现网GGSN设备，实现PS核心网对WLAN用户的业务控制、PDP上下文管理、QoS管控、计费管理等功能。

图2所示为基于PDG的2G/3G与WLAN融合组网方案,在该方案中，通过引入分组数据网关（Packet Data Gateway，PDG）设备实现对WLAN用户的接入控制、业务激活、PDP上下文管理、QoS管控与计费管理等功能，该设备具有TTG与GGSN的逻辑功能组合，且能够与终端协商完成IPSEC隧道的建立，实现用户业务数据的隧道保护。

当无线LTE网络引入时，相应的GPRS核心网将向SAE（System Architecture Evolution）架构演进，其实现了全IP，多接入，高数据速率的分组网络，是核心网PS域的下一步演进方向。

2 WLAN与2G/3G的互操作方案

在TTG＋GGSN的互操作方案中，将TTG视为提供WLAN接入方式的SGSN，终端在WLAN和TD-SCDMA/GPRS间的切换视为同一GGSN下的不同SGSN间的切换。如图3所示，正常情况下，终端在WLAN网络下到TTG的注册是自动进行。一旦终端探测WLAN信号后，自动发起到TTG的注册。终端通过SIP方法建立到切入侧（TTG）的业务连接。在WLAN网络成功建立空口信道和GGSN与TTG间的GTP-U隧道资源后，终端成功接入到WLAN网络。同时GGSN释放原有的空口链路和GTP-U承载资源，其大致过程如下：

（1）切入侧隧道建立；（2）向原SGSN请求上下文；（3）上下文更新，切换链路；（4）HLR通知原SGSN释放承载链路资源；（5）切入侧链路成功建立，切换成功。

相似地，在PDG组网场景下用户从2G/3G切换到WLAN的方案为在切换前，终端已附着在2G/3G网络上，且与GGSN之间建立了PDP上下文连接，基于GTP隧道传输业务数据。

当终端探测到WLAN接入网络，并基于终端本地配置的策略，判决发生切换，随即，终端发起到WLAN网络的附着与IPSEC建立流程，并通过IKEv2配置净荷获取HA信息，完成IKEv2/IPSec的安全联盟SA建立流程。随后，终端发送绑定更新消息到HA（Home Agent），将2G/3G网络分配给终端的IP地址作为HoA（Home of Address），将PDG分配给终端的地址作为CoA(Care of Address)。当绑定更新消息交互完成后，UE与HA之间将基于UE到PDG间的IPSec隧道建立一条移动IP隧道，从HA到UE的数据路由是通过UE的CoA在WLAN接入网中完成，至此，切换流程完毕，原有的接入资源将释放。

3 WLAN与LTE的互操作方案

基于SAE架构的2G/3G/LTE/WLAN间的业务连续性是指当用户终端在3GPP接入（如LTE等接入技术）和非3GPP接入（如WLAN等接入技术）之间进行切换时保持业务连续性体验，包括：用户在S1接口和S2a之间的切换、用户在S1接口和S2b之间的切换和用户在S1接口和S2c之间的切换。本文以终端基于S2b口从LTE向WLAN切入方案做分析。如图4所示，切换的流程为：

（1）UE发现WLAN接入网并且决定将当前LTE接入的会话切换到该WLAN接入网。UE将向ePDG发起建立IKEv2隧道流程，进行加密算法协商和身份验证后建立起IKE_SA（该过程中ePDG可获得UE的IP地址）。随后UE和SAE网络通过AAA进行鉴权和授权；

（2）ePDG代表UE向该P-GW通过代理绑定更新流程（Proxy Binding Update）进行注册，注册完成后P-GW成为UE的用户面锚点，即所有发送给UE的数据分组均先路由到P-GW，然后由P-GW通过隧道转发给ePDG，最后由ePDG将数据分组转发给UE；

（3）由于接入网类型改变，因此P-GW会发起一个IP-CAN会话修改流程，通知PCRF修改会话信息；

（4）UE和ePDG之间完成后续IKEv2消息交换，完成建立IPSec隧道。当UE完成本次切换后，承载实际上由UE和
ePDG之间的IPSec隧道以及ePDG与P-GW之间的PMIP隧道组成。

4 结束语

目前运营商的2G/3G/LTE网络与WLAN网络采用独立组网、分开认证的方式进行部署。为了改善其WLAN用户的网络接入操作及业务体验，网络侧正在研究如何能够使有卡（SIM卡或USIM卡）用户提高接入体验、如何能够让用户通过WLAN网络访问到自有业务、以及如何能够在WLAN网络和蜂窝网络之间保障用户的连续性体验。