WLAN与3G融合发展浅析

邱培刚

1 前言

据2011年12月《中国移动互联网发展状况调查报告》统计，中国手机网民规模达到3.56亿，其中智能手机网民规模达到1.9亿，占比53.4%。但手机网民对于无线网络流量的需求不足，平均无线流量包月套餐仅为73.53MB。同时，尽管WLAN已成为主流手机的标配功能，但目前整体手机网民中WLAN使用率仍然偏低，仅有7.6%的手机网民在过去半年内经常使用WLAN上网，即使在智能手机网民中WLAN使用率也仅为14.8%。

笔者认为，限制智能手机用户使用浏览、下载、微博、位置应用类服务等“吃流量”的应用，最主要的原因就是手机上网费用高。大部分用户对手机流量价格较敏感，而目前国内三家电信运营商对于手机上网采用的都是流量计费，一方面造成普通用户因为担心高额流量费而限制了移动数据服务（特别是3G）的应用；另一方面造成移动数据应用市场的发展缓慢，制约了运营商通过服务提供商分成等后向收费机制的形成。而如果完全放开流量计费的限制，采用包时段或包月计费，集中突发的流量、潮汐效应会导致大量用户集中抢占无线信道及核心网分组域传输通道资源，iPhone、Android、Blackberry等高端3G手机及3G高速上网卡对移动网络的要求就难以满足，客户感知就会大大下降，也会给运营商的网络建设和运维造成极大的压力。

那么，有没有两全其美的解决方案，使得用户能以较低的流量费用移动上网，同时运营商的网络投资、建设、维护压力又不大呢？有，那就是WLAN与3G的融合发展。从技术上看，WLAN主要定位于室内或小范围内的热点覆盖，提供宽带无线数据业务；而3G业务在覆盖范围和移动性方面有很大优势。从覆盖范围、传输速率、业务类别、发展方向等方面综合分析，3G与WLAN的融合发展可以达到数据速率和覆盖范围互为补充的效果。因此，笔者认为运营商应大力发展热点地区的WLAN业务，积极促进3G与WLAN的快速融合发展。

2 WLAN与3G融合发展的优势

WLAN与3G融合发展，能够使用户通过简便易用、经济高效的方式，获得更多信息和娱乐服务，并能一直保持最佳的连接状态；也可促进移动数据业务及市场的良性发展，并为运营商创造多种优势。

2.1有利于增加业务附加值及用户粘性

从未来中国3G市场来看，语音业务带来的ARPU值必然呈现下降的趋势。因此，提供更多的数据多媒体业务，有利于移动运营商提高业务附加值、用户忠诚度与网络利用率。3G的客户群和WLAN的客户群具有非常强的同质性，都大量使用移动数据业务。如果一个运营商能够向客户同时提供这两种业务，而又实现统一收费，必将提升用户的体验，增加用户粘性，带动ARPU值提高。

2.2有利于加速技术发展、优势互补

对于移动运营商来说，将3G和WLAN有机地结合起来，可充分利用3G网络的广泛覆盖能力，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，减小对移动分组域的压力，保证用户与网络连接不间断。

同时，由于WLAN是由局域网技术发展而来的，并没有完整的鉴权计费机制；因此，对于移动运营商来说，可以充分利用移动通信网络的认证计费体制，通过WLAN提供灵活广泛的接入服务，真正实现3G和WLAN优势互补、协调发展。

2.3有利于降低建设投入、减少运维成本

3G与WLAN的融合将有利于节省运营商的网络资源和建设投资。WLAN的优势之一在于其网络造价低廉，而3G设备的投资相对较大。因此在移动数据业务集中需求较大的区域，慢速移动条件下的大流量数据业务通过WLAN网络获得服务，可以有效地节省3G网络资源，减小核心网的扩容压力。3G与WLAN的融合还可以实现网络资源共享，特别是与无线系统室内覆盖共建共享，并可以发挥其有线网络的竞争优势，达到投资利益最大化的目标。另外，多网综合运营也降低运营维护人力需求，节省了运营维护的成本。如有些运营商实现了用WLAN回传移动网络质量监控数据，实现两网的有效投资、综合运维。

3 3G与WLAN融合的近期发展阶段

笔者认为3G与WLAN可分为近期和远期两个阶段、五个步骤实现融合与发展。

3.1第一步：认证页面推送方式

目前，三家电信运营商都已在商业热点建设了大量的公共WLAN，采取包月或试用方式，运营商的WLAN一般采用DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）加Portal（门户网站）的方式，即用户通过Web浏览器发起Internet访问请求后，接入控制器可以将该请求强制到Portal服务器，Portal服务器向用户推送符合要求的认证页面。用户输入用户名、密码后，发起认证请求。Portal服务器接收用户认证请求信息后，向AC（接入控制器）及认证服务器发起用户认证过程，WLAN用户认证成功后，由Portal服务器向用户推送门户网站页面。用户上网结束后，可以使用 Portal功能通知接入控制器用户下线；当接入控制器侦测到用户下线或者主动切断用户连接时，也能告知Portal服务器。

图1中，3G和WLAN间无实质性相互工作性能，仅对客户管理系统和计费系统稍加修改，使得客户使用同一套客户服务和计费系统，计费时统一把WLAN的费用记在3G账户，用户得到一个话单。目前，国内三大运营商都已经实现了这种方式，用户感知并不好，每次都要点击多次才能完成上网过程；如果在移动中或WLAN信号不稳定，将会造成反复下线，大大影响用户使用的便利性。

3.2第二步：客户端认证方式

目前中国移动等已经在智能手机上推广使用WLAN客户端的方式（见图2），无需通过浏览器访问门户登录页面进行复杂的操作，只需简单点击“自动登录”按钮，手机客户端软件会自动判断运营商WLAN开通状态及客户信息，并协助智能登录，简便快捷；同时还支持登录成功后实时查询WLAN套餐剩余信息、流量触发和热点自启动、查询热点地区等功能。

这种方式中组网并没太大变化，在客户端用户/口令认证方式中，AAA（Authentication Authorization Accounting，身份验证、授权和统计）服务器接受来自AC的用户认证服务请求，对WLAN用户进行认证，并将认证结果通知AC，从而通过手机终端的客户端软件实现自动连接等。同时，客户端可以结合移动流量管控，使用话单/时长统计、流量查询、门户及应用推送、业务办理等更多的应用。

3.3第三步：SIM卡认证方式

这一方式中，用户将通过SIM卡的信息自动实现登录，且能实现WLAN与3G数据应用的自动转换。在第二步，用户虽然可以通过客户端实现自动登录，但还是存在安装客户端及手机型号和版本的匹配等问题。第三步中网络改造并不大，WLAN用户与3G网络的互通仅在AAA信令的交互方面需要与3G网络共同完成，通过3G网络使用的加密算法来获得更安全可靠的用户信息保护，并进行统一计费。在用户数据传输方面各自通过原有WLAN网络接入Internet。在3G与WLAN网络之间只需使用AAA服务器来完成所有的AAA信令交互。在业务层面，没有对WLAN用户提出更高要求。在一个WLAN中的3G用户的AAA需要由所在的3G网络完成。认证通过后，WLAN用户设备通过WLAN原网络连入Internet，而3G用户设备的数据路由则通过原有的3G核心网完成分组交换。

该方式需新增一个关键设备——3G AAA代理服务器，它是专门为3G与WLAN互通而设置的。3G AAA代理服务器终结所有从WLAN传来的信息，同时它还与其他3G设备进行交互，如归属用户服务器（HSS）、归属位置寄存器（HLR）、计费网关、呼叫控制功能和计费营帐等。HSS和HLR是本地注册用户信息的数据库，3G AAA代理服务器用来查询已注册了这种互通服务的WLAN用户信息。该方案中普遍采用基于IEEE 802.1x的认证流程。EAP-AKA（Extensible Authentication Protocol-Authentication and Key Agreement，扩展鉴权协议-鉴权和密钥协商）是3G与WLAN互连的认证和密钥分配协议，是保证其安全的基础。

目前芬兰和英国的部分电信运营商已经逐步在欧洲提供了SIM卡认证的无线因特网接入业务。用户通过SIM卡作为接入鉴权手段，可以在GPRS广域覆盖和WLAN热点覆盖之间切换，所有的费用将汇总到电话账单中，从而为最终用户带来极大的便利。中国移动也开始向高端客户提供类似的组合服务，这些最终都将提高用户的整体满意度。

4 3G与WLAN融合的远期发展阶段

市场的需求带动了技术的发展，多个国际标准化组织先后展开了3G与WLAN融合的研究。3GPP组织早在2002年就发表了3G与WLAN融合的可行性研究报告，开始了3G与WLAN融合的研究之路。3GPP在R6中将3G系统和WLAN的互通问题作为一项单独的工作项进行研究并制订标准，主要目的是为了让3G将WLAN作为其整体业务的一个重要部分提供给蜂窝签约用户，其研究方向主要包括网络架构、功能、需求等方面。这些国际标准化组织也提出WLAN与3G融合的后续规划，因此，未来阶段实现两者在PS（Packet Switch，分组交换）域和CS（Circuit Switch，电路交换）域的无缝切换成为发展趋势。

4.1第四步：PS域无缝切换

第四步的目标是实现3G和WLAN的业务自由切换。比如，一个在3G上开始的WAP会议在移到WLAN上后应当能够继续这次会议，反过来也一样，即能够保持会话不间断。

如图4所示，由于涉及到在WLAN环境下获得3G网络中的分组交换服务，所以除AAA服务器外，还增加了PDG（Packet Data Gateway，分组数据网关）和WAG（Wireless Access Gateway，无线接入网关）等设备，从而可在两个不同的网络之间传输数据。

相比而言，第四步有更加广泛意义上的网络融合，它可以使WLAN用户在进行数据业务的同时获得3G网络分组交换域的相关服务，如IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）业务、定位业务、即时消息等，不但能满足3G与WLAN网络融合互通的基本需求，而且具有极大的市场前景。它能使3G用户通过IP技术在人口密集区域获得数据高传输率的同时，通过若干无线接入技术获得3G网络分组交换域的服务。这种集不同网络技术于一体的服务可以为用户提供更加广泛的应用，并可延伸至每一个普通用户。因此第四步可以为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，是一个较好的系统架构选择。

4.2第五步：CS域无缝切换

这一方式在第四步的基础上又进一步，允许从WLAN系统接入基于3G电路交换业务（即一般的语音呼叫），其目标是在3G和WLAN无线接入技术上提供无缝业务连贯性，使用户感觉不到任何明显的不同。

5 结束语

3G与WLAN两网融合，一方面能充分发挥WLAN本身固有的特性，在WLAN覆盖的范围内，为用户提供比3G更高的带宽；另一方面3G网络的覆盖范围广，将填充以往WLAN覆盖范围内3G业务的发展，也可促进WLAN业务的推广，使二者互为补充、协调发展，为用户带来更好的移动互联网服务。