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WLAN助力3G自由飞翔

2011/11/15 13:41:21互联网

  3G腾飞的困境

  “3G”是英文3rd Generation的缩写,指第三代移动通信技术,由国际电讯联盟在1985年提出。当时考虑到该系统可能在2000年左右进入市场,工作频段在2000MHz左右,且最高业务速率为2000kbit/s,故在1996年正式更名为IMT-2000。中国电信市场经过多年的期待,终于在2008年迎来三分天下的3G技术应用许可:中国移动的TD-SCDMA,中国电信的CDMA2000,中国新联通的WCDMA。

  3G的到来给人们带来很大的憧憬,与2G技术相比,移动通讯速率大幅增加了,这种技术进步足以改变人类的生活方式。将来,人们不仅能够享受到随时随地打电话的通讯服务,还可以随时随地上网、下载音乐、玩网上游戏、收看视频、在线聊天等等。总之,目前互联网上的一切都可以移动起来,一个移动互联网的时代已经来临。各大运营商都已加强3G的宣传,3G上网卡、上网本快速推出,3G显现腾飞之势。

  但现实情况却多少略显尴尬。从理论上讲,3G移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务,其传输速率在静止状态下支持2Mb/s,高速移动环境中支持144kb/s,步行慢速移动环境中支持384kb/s。仔细分析,就会发现,3G承载移动多媒体业务压力比较大:首先以上传输速率数据只是理论数据,实际真实的速率要低很多,往往要下降40%左右。第二,这些数据指的是总的传输速率,分摊到每个使用者就可能只有上百k了。第三,支持的数据用户数太少。3G每载频能支持上百语音用户,但却只能支持7个384k的数据用户,而且数据用户与语音用户共享空口带宽,数据用户的过多增加,就会影响语音用户的正常使用。也就是说,当大量的3G数据用户发展起来,就会出现路窄车多的拥堵情况,连传统的语音业务都将受到牵连,更不用提看视频、玩网游之类耗资源的娱乐业务。

  面对困境,运营商加快了4G技术LTE的开发与实验进程,但该技术在中国真正使用起来可能还需要几年的等待。在这种情况下,难道只能依赖限制用户数的发展来被动应对吗?

  WLAN是3G的助力器

  WLAN作为一种相对草根些的局域网无线技术,历经起伏,终于还是不屈不挠的蓬勃发展起来。众里寻她千百度,蓦然回首,恰恰是WLAN这项技术可以助3G一臂之力,成为3G腾飞的助力器。原因如下:

  l WLAN技术有比较高的带宽,弥补了3G速率较低的不足。

  WLAN具有802.11b、802.11g、802.11a、802.11n等一系列标准,其中802.11b理论上只能提供11Mbps的速率,已经逐渐要被淘汰,应用越来越多的是802.11g,它的理论速率是54Mbps,去除无线开销,实际测试最高速率在23Mbps左右。理论速率达300M的802.11n新一代产品也已经面世,实测最高速率可达150Mbps左右。

  2009年2月,无线宽带数据业务咨询机构Novarum为市政无线网建设进行的关于Wi-Fi、蜂窝网和Pre-WiMax性能测试显示,Wi-Fi网络的性能相当于蜂窝网络的3倍,而且极大的优于pre-WiMax网络。同时,在相同覆盖范围下,部署Wi-Fi网络的成本要低于其他两种技术。如果要进行图片、视频、音频或大型文件的上传,Wi-Fi网络显然更有优势。

  l WLAN相对能够支持比较多的数据用户,弥补3G用户容量的不足。

  WLAN是基于IP的技术,天然是为数据用户设计的,每个单射频AP可支持几十个用户同时在线,每个用户实际可获得的速率最高可达1M。

  l 具有WLAN功能的终端设备的普及,使得用户可以很容易的拥有3G与WLAN双模终端,为3G卸载空口压力到WLAN提供了极大的方便。

  在过去的几年中,WLAN市场得到快速增长,笔记本终端越来越多的开始支持WLAN功能,WLAN无线上网已经渗透进了很多人的生活方式中——带着笔记本电脑,去星巴克边喝咖啡边使用免费的WLAN上网,是很多人的休闲选择;在酒店的会议中心,一边开会一边通过WLAN上网发稿,是许多新闻记者普通的工作场景。不仅是在笔记本中,目前WLAN技术已经嵌入到许多手机、相机和游戏机;一些令人眼花缭乱的WLAN奇物的种类也在日益增多,比如带WLAN的电视、电表、相框、收音机、手表乃至于衣服、鞋、自行车等。

  据统计,2007年,具备WLAN功能的消费电子设备出货量为2.94亿。有媒体预测,2009年,具备WLAN功能的手机、PDA、照相机等消费电子产品的生产量将达到3.5亿个单位。而手持终端市场到2009年的销售收入将达到37亿美元,全球范围内双模无线终端(包括蜂窝手机,VoWi-Fi终端)的出货量预计到2011年将超过30亿台。

  尤其值得一提的是,2009年6月,中国开始允许支持WAPI功能的WLAN手机进入通讯市场。这一解禁消息意味着WLAN技术将在更广的范围内获得应用。

  l WLAN设备成本低,如果运营商合理规划,在部署3G的同时在适当场所加补WLAN,则可以获得事半功倍的效果。

  3G作为一种移动通信技术,具有覆盖范围广、支持高速移动性的优点,但速率相对较低。而WLAN相对速率高,但覆盖范围窄、支持有限的移动性。因此,3G与WLAN是互补性很强的两种技术。

  3G适合部署在需要覆盖范围广,但数据用户分布稀疏的场合,这样既满足了用户随时随地接入的诉求,又不至于给3G系统带来太大压力。对于室内热点,因在这种场所,用户有条件坐下来,导致逗留时间加长,用户数量及数据应用种类容易多起来,对速率要求高,但对高速移动性要求低,因此更适合部署WLAN技术。运营商应鼓励具有3G+WLAN双模终端的用户在部署WLAN的场所,优先使用WLAN接入网络。

  WLAN与3G的融合,在国际上已有成功的案例:2007年10月,香港电讯盈科推出“网上行Everywhere”上网服务,笔记本可在Wi-Fi、HSDPA及WCDMA网络自动切换,为用户挑选接通最佳的传输信号。该业务连同电讯盈科的其他融合业务一起使其在竞争激烈的香港市场稳步增长。

  WLAN与3G融合

  针对全球运营商纷纷步入全业务运营行列的情况,业界也越来越关注融合技术的研究。就WLAN与3G融合来讲, FMCA(Fixed-Mobile Convergence Alliance)、3GPP(3rd Generation Partnership Project,制定WCDMA、TD-SCDMA的标准组织)、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2,制定CDMA2000的标准组织)等组织都有针对性的研究。这里,综合各方的研究成果,阐述如下:

  l WLAN与3G融合是一个系统性工程,涉及终端融合、网络融合与业务融合

  在未进行融合前,WLAN与3G是两个互相独立的通讯业务系统。WLAN只是有线宽带接入方式的一个很好补充,对用户来说,它摆脱了线缆的束缚,还提供了一定的移动性,用户使用的终端具有WLAN功能,可通过WLAN设备接入互联网,享用互联网上开放花园里的各种应用;3G是2G/2.5G移动通讯系统在无线空口和移动核心网上的一次升级,用户使用的终端是手机或带3G数据卡的智能终端,可通过基站接入移动核心网,享受运营商在语音和数据域提供的封闭花园里的增值服务,如铃声下载、短信、彩信等。

  

WLAN助力3G自由飞翔

  图1 未融合前垂直独立的WLAN与3G移动系统

  由图1可以看出,从总体上看,每个系统都由终端、网络、业务三部分组成。因此,WLAN与3G系统的融合不是单纯的某个点的融合,而是一个系统工程,涉及终端融合、网络融合和业务融合。

  终端融合是指终端具有使用多种接入技术的能力。比如,一个笔记本电脑,既具备WLAN功能,可以接入WLAN网络,又插上了3G SIM/UIM卡,可以通过3G访问移动网络,则这个双模终端就是一个融合终端。

  网络融合是指通过新增设备的连接能够达到两种网络的互访,通过对承载骨干等可共用网络设备的合一达到节省成本,提高资源使用效率,逐渐实现统一的基于IP的承载网络的目的。

  业务融合是指用户可以方便的同时享用两个系统的服务。在业务融合的初期,多表现为营销策略上的业务捆绑,或合并出统一帐单。随着业务的丰富、发展,深度的业务融合将出现,同一个业务种类同时为两种接入方式提供服务。在用户与使用业务的管理上,也将出现用户定制的所有业务统一管理,而不是每种业务有各自独立的用户管理。

  l WLAN与3G融合的不同场景

  根据WLAN与3G融合深度的不同,对于一个能够同时使用WLAN与3G的融合用户来说,运营商可以提供以下不同的使用场景:

  1) 融合用户通过不同方式接入,进行统一记账。

  这是一种最简单的互连方案,只需在计费时统一把WLAN的费用合并记在3G系统帐户中就可以了。对客户管理系统和计费系统稍加修改就可支持这种互通方案。对用户来说,可能接入3G系统仍然直接使用SIM/UIM卡信息认证,接入WLAN仍然通过Portal使用用户名与密码认证,但账单是同一个了。

  2) 融合用户通过WLAN接入,统一通过3G系统进行认证计费。

  这种情况下,用户从WLAN接入,但使用的认证方式却与从3G接入时一样,因为认证服务器等后台系统使用的是一套。这一点可以借助Radius proxy技术,以及EAP-AKA技术得以在现有设备上略加改造实现。所以,即使融合用户从WLAN接入,也仍然可以使用SIM/UIM卡信息认证,不必再输入用户名与密码。

  

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  图2 融合用户WLAN接入,通过3G认证计费

  3) 融合用户通过WLAN接入,可以访问移动网络的数据和语音增值业务,并且保持业务连续性。

  在WLAN与3G没有融合之前,从WLAN接入的用户只能访问互联网上的服务,不能进入移动网络的封闭花园。在这种融合程度下,用户一边可以用WLAN高速上网,一边可以收彩信了。另外,随着融合的深入,可以逐渐做到WLAN和3G两种接入技术的无缝切换,从而保证业务的连续性。

  

WLAN助力3G自由飞翔

  图3 融合用户WLAN接入,访问移动增值业务

  值得一提的是,要达到这种融合程度,需要新增业务网关配合实现。

  l WLAN与3G网络融合的主要方式

  要实现深层次的融合,即用户不仅仅能体验到一张账单及统一认证方式的好处,还要能够在从WLAN接入时访问移动网络中的增值业务,则需要进行深度的网络融合。

  总体来看,网络融合有两种方式,一种是紧耦合方式,一种是松耦合方式。

  

WLAN助力3G自由飞翔

  图4 两种网络融合模式

  紧耦合方式的代表方法是UMA(Unlicensed Mobile Access),UMA网络主要由客户端的Wi-Fi网络接入设备(AP)、支持UMA的双模手机和网络侧的UMA网络控制器(UNC)等组成,其基本原理是模拟移动网络的基站接入,经过UNC的协议转换,使得移动网络的核心设备(SGSN/PDSN、MSC)感觉不到不同无线接入技术的差异。这种方式屏蔽了不同无线接入方式的差异,但需要用户终端与UNC要与原有移动网络的相关协议处理保持一致,并跟随系统的升级而升级,因而对移动网络技术的耦合性很强。

  松耦合方式的代表方法是3GPP、3GPP2规定的WLAN与3G融合的方法。为了达到从WLAN接入也能够访问移动网络增值业务的目的,需要在IP网络和移动核心网之间增加一个业务网关,该网关不会像UNC一样作协议转换的工作,主要作用类似移动网络增值业务的接口人,如果要访问移动网络的增值业务需要经过这里进行业务把关和控制。该设备在3GPP中被称为PDG(Packet Data Gateway),在3GPP2中被称为PDIF(Packet Data Interworking Function)。

  对于国内运营商来说,在确定融合方式时,需要根据自身网络的情况,参考国际标准,选择或定制最符合自身发展的方式。目前,H3C的WLAN方案均能支持运营商的灵活选择。

  总结

  3G技术基于自身的限制在承担大量数据用户的服务时,会面临很大的压力。WLAN技术的高带宽、低成本、低辐射恰恰可以弥补3G技术的不足。运营商通过统筹规划,对WLAN和3G统一建设,花费相对比较小的代价,就有望达到WLAN助力3G腾飞的效果。


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