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WLAN讓3G自由飛翔

2009/09/09

3G騰飛的困境

　　“3G”是英文3rd Generation的縮寫，指第三代移動通信技術，由國際電訊聯(lián)盟在1985年提出。當時考慮到該系統(tǒng)可能在2000年左右進入市場，工作頻段在2000MHz左右，且最高業(yè)務速率為2000kbit/s，故在1996年正式更名為IMT-2000。中國電信市場經過多年的期待，終于在2008年迎來三分天下的3G技術應用許可：中國移動的TD-SCDMA，中國電信的CDMA2000，中國新聯(lián)通的WCDMA。

　　3G的到來給人們帶來很大的憧憬，與2G技術相比，移動通訊速率大幅增加了，這種技術進步足以改變人類的生活方式。將來，人們不僅能夠享受到隨時隨地打電話的通訊服務，還可以隨時隨地上網、下載音樂、玩網上游戲、收看視頻、在線聊天等等。總之，目前互聯(lián)網上的一切都可以移動起來，一個移動互聯(lián)網的時代已經來臨。各大運營商都已加強3G的宣傳，3G上網卡、上網本快速推出，3G顯現(xiàn)騰飛之勢。

　　但現(xiàn)實情況卻多少略顯尷尬。從理論上講，3G移動通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務，其傳輸速率在靜止狀態(tài)下支持2Mb/s，高速移動環(huán)境中支持144kb/s，步行慢速移動環(huán)境中支持384kb/s。仔細分析，就會發(fā)現(xiàn)，3G承載移動多媒體業(yè)務壓力比較大：首先以上傳輸速率數(shù)據只是理論數(shù)據，實際真實的速率要低很多，往往要下降40%左右。第二，這些數(shù)據指的是總的傳輸速率，分攤到每個使用者就可能只有上百k了。第三，支持的數(shù)據用戶數(shù)太少。3G每載頻能支持上百語音用戶，但卻只能支持7個384k的數(shù)據用戶，而且數(shù)據用戶與語音用戶共享空口帶寬，數(shù)據用戶的過多增加，就會影響語音用戶的正常使用。也就是說，當大量的3G數(shù)據用戶發(fā)展起來，就會出現(xiàn)路窄車多的擁堵情況，連傳統(tǒng)的語音業(yè)務都將受到牽連，更不用提看視頻、玩網游之類耗資源的娛樂業(yè)務。

　　面對困境，運營商加快了4G技術LTE的開發(fā)與實驗進程，但該技術在中國真正使用起來可能還需要幾年的等待。在這種情況下，難道只能依賴限制用戶數(shù)的發(fā)展來被動應對嗎?

WLAN是3G的助力器

　　WLAN作為一種相對草根些的局域網無線技術，歷經起伏，終于還是不屈不撓的蓬勃發(fā)展起來。眾里尋她千百度，驀然回首，恰恰是WLAN這項技術可以助3G一臂之力，成為3G騰飛的助力器。原因如下：

　　WLAN技術有比較高的帶寬，彌補了3G速率較低的不足。

　　WLAN具有802.11b、802.11g、802.11a、802.11n等一系列標準，其中802.11b理論上只能提供11Mbps的速率，已經逐漸要被淘汰，應用越來越多的是802.11g，它的理論速率是54Mbps，去除無線開銷，實際測試最高速率在23Mbps左右。理論速率達300M的802.11n新一代產品也已經面世，實測最高速率可達150Mbps左右。

　　2009年2月，無線寬帶數(shù)據業(yè)務咨詢機構Novarum為市政無線網建設進行的關于Wi-Fi、蜂窩網和Pre-WiMax性能測試顯示，Wi-Fi網絡的性能相當于蜂窩網絡的3倍，而且極大的優(yōu)于pre-WiMax網絡。同時，在相同覆蓋范圍下，部署Wi-Fi網絡的成本要低于其他兩種技術。如果要進行圖片、視頻、音頻或大型文件的上傳，Wi-Fi網絡顯然更有優(yōu)勢。

　　WLAN相對能夠支持比較多的數(shù)據用戶，彌補3G用戶容量的不足。

　　WLAN是基于IP的技術，天然是為數(shù)據用戶設計的，每個單射頻AP可支持幾十個用戶同時在線，每個用戶實際可獲得的速率最高可達1M。

　　具有WLAN功能的終端設備的普及，使得用戶可以很容易的擁有3G與WLAN雙模終端，為3G卸載空口壓力到WLAN提供了極大的方便。

　　在過去的幾年中，WLAN市場得到快速增長，筆記本終端越來越多的開始支持WLAN功能，WLAN無線上網已經滲透進了很多人的生活方式中——帶著筆記本電腦，去星巴克邊喝咖啡邊使用免費的WLAN上網，是很多人的休閑選擇;在酒店的會議中心，一邊開會一邊通過WLAN上網發(fā)稿，是許多新聞記者普通的工作場景。不僅是在筆記本中，目前WLAN技術已經嵌入到許多手機、相機和游戲機;一些令人眼花繚亂的WLAN奇物的種類也在日益增多，比如帶WLAN的電視、電表、相框、收音機、手表乃至于衣服、鞋、自行車等。

　　據統(tǒng)計，2007年，具備WLAN功能的消費電子設備出貨量為2.94億。有媒體預測，2009年，具備WLAN功能的手機、PDA、照相機等消費電子產品的生產量將達到3.5億個單位。而手持終端市場到2009年的銷售收入將達到37億美元，全球范圍內雙模無線終端(包括蜂窩手機，VoWi-Fi終端)的出貨量預計到2011年將超過30億臺。

　　尤其值得一提的是，2009年6月，中國開始允許支持WAPI功能的WLAN手機進入通訊市場。這一解禁消息意味著WLAN技術將在更廣的范圍內獲得應用。

　　WLAN設備成本低，如果運營商合理規(guī)劃，在部署3G的同時在適當場所加補WLAN，則可以獲得事半功倍的效果。

　　3G作為一種移動通信技術，具有覆蓋范圍廣、支持高速移動性的優(yōu)點，但速率相對較低。而WLAN相對速率高，但覆蓋范圍窄、支持有限的移動性。因此，3G與WLAN是互補性很強的兩種技術。

　　3G適合部署在需要覆蓋范圍廣，但數(shù)據用戶分布稀疏的場合，這樣既滿足了用戶隨時隨地接入的訴求，又不至于給3G系統(tǒng)帶來太大壓力。對于室內熱點，因在這種場所，用戶有條件坐下來，導致逗留時間加長，用戶數(shù)量及數(shù)據應用種類容易多起來，對速率要求高，但對高速移動性要求低，因此更適合部署WLAN技術。運營商應鼓勵具有3G+WLAN雙模終端的用戶在部署WLAN的場所，優(yōu)先使用WLAN接入網絡。

　　WLAN與3G的融合，在國際上已有成功的案例：2007年10月，香港電訊盈科推出“網上行Everywhere”上網服務，筆記本可在Wi-Fi、HSDPA及WCDMA網絡自動切換，為用戶挑選接通最佳的傳輸信號。該業(yè)務連同電訊盈科的其他融合業(yè)務一起使其在競爭激烈的香港市場穩(wěn)步增長。

WLAN與3G融合

　　針對全球運營商紛紛步入全業(yè)務運營行列的情況，業(yè)界也越來越關注融合技術的研究。就WLAN與3G融合來講， FMCA(Fixed-Mobile Convergence Alliance)、3GPP(3rd Generation Partnership Project，制定WCDMA、TD-SCDMA的標準組織)、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2，制定CDMA2000的標準組織)等組織都有針對性的研究。這里，綜合各方的研究成果，闡述如下：

　　WLAN與3G融合是一個系統(tǒng)性工程，涉及終端融合、網絡融合與業(yè)務融合

　　在未進行融合前，WLAN與3G是兩個互相獨立的通訊業(yè)務系統(tǒng)。WLAN只是有線寬帶接入方式的一個很好補充，對用戶來說，它擺脫了線纜的束縛，還提供了一定的移動性，用戶使用的終端具有WLAN功能，可通過WLAN設備接入互聯(lián)網，享用互聯(lián)網上開放花園里的各種應用;3G是2G/2.5G移動通訊系統(tǒng)在無線空口和移動核心網上的一次升級，用戶使用的終端是手機或帶3G數(shù)據卡的智能終端，可通過基站接入移動核心網，享受運營商在語音和數(shù)據域提供的封閉花園里的增值服務，如鈴聲下載、短信、彩信等。

圖1 未融合前垂直獨立的WLAN與3G移動系統(tǒng)

　　由圖1可以看出，從總體上看，每個系統(tǒng)都由終端、網絡、業(yè)務三部分組成。因此，WLAN與3G系統(tǒng)的融合不是單純的某個點的融合，而是一個系統(tǒng)工程，涉及終端融合、網絡融合和業(yè)務融合。

　　終端融合是指終端具有使用多種接入技術的能力。比如，一個筆記本電腦，既具備WLAN功能，可以接入WLAN網絡，又插上了3G SIM/UIM卡，可以通過3G訪問移動網絡，則這個雙模終端就是一個融合終端。

　　網絡融合是指通過新增設備的連接能夠達到兩種網絡的互訪，通過對承載骨干等可共用網絡設備的合一達到節(jié)省成本，提高資源使用效率，逐漸實現(xiàn)統(tǒng)一的基于IP的承載網絡的目的。

　　業(yè)務融合是指用戶可以方便的同時享用兩個系統(tǒng)的服務。在業(yè)務融合的初期，多表現(xiàn)為營銷策略上的業(yè)務捆綁，或合并出統(tǒng)一帳單。隨著業(yè)務的豐富、發(fā)展，深度的業(yè)務融合將出現(xiàn)，同一個業(yè)務種類同時為兩種接入方式提供服務。在用戶與使用業(yè)務的管理上，也將出現(xiàn)用戶定制的所有業(yè)務統(tǒng)一管理，而不是每種業(yè)務有各自獨立的用戶管理。

　　WLAN與3G融合的不同場景

　　根據WLAN與3G融合深度的不同，對于一個能夠同時使用WLAN與3G的融合用戶來說，運營商可以提供以下不同的使用場景：

1) 融合用戶通過不同方式接入，進行統(tǒng)一記賬。

　　這是一種最簡單的互連方案，只需在計費時統(tǒng)一把WLAN的費用合并記在3G系統(tǒng)帳戶中就可以了。對客戶管理系統(tǒng)和計費系統(tǒng)稍加修改就可支持這種互通方案。對用戶來說，可能接入3G系統(tǒng)仍然直接使用SIM/UIM卡信息認證，接入WLAN仍然通過Portal使用用戶名與密碼認證，但賬單是同一個了。

2) 融合用戶通過WLAN接入，統(tǒng)一通過3G系統(tǒng)進行認證計費。

　　這種情況下，用戶從WLAN接入，但使用的認證方式卻與從3G接入時一樣，因為認證服務器等后臺系統(tǒng)使用的是一套。這一點可以借助Radius proxy技術，以及EAP-AKA技術得以在現(xiàn)有設備上略加改造實現(xiàn)。所以，即使融合用戶從WLAN接入，也仍然可以使用SIM/UIM卡信息認證，不必再輸入用戶名與密碼。

圖2 融合用戶WLAN接入，通過3G認證計費

3) 融合用戶通過WLAN接入，可以訪問移動網絡的數(shù)據和語音增值業(yè)務，并且保持業(yè)務連續(xù)性。

　　在WLAN與3G沒有融合之前，從WLAN接入的用戶只能訪問互聯(lián)網上的服務，不能進入移動網絡的封閉花園。在這種融合程度下，用戶一邊可以用WLAN高速上網，一邊可以收彩信了。另外，隨著融合的深入，可以逐漸做到WLAN和3G兩種接入技術的無縫切換，從而保證業(yè)務的連續(xù)性。

圖3 融合用戶WLAN接入，訪問移動增值業(yè)務

　　值得一提的是，要達到這種融合程度，需要新增業(yè)務網關配合實現(xiàn)。

　　WLAN與3G網絡融合的主要方式

　　要實現(xiàn)深層次的融合，即用戶不僅僅能體驗到一張賬單及統(tǒng)一認證方式的好處，還要能夠在從WLAN接入時訪問移動網絡中的增值業(yè)務，則需要進行深度的網絡融合。

　　總體來看，網絡融合有兩種方式，一種是緊耦合方式，一種是松耦合方式。

圖4 兩種網絡融合模式

　　緊耦合方式的代表方法是UMA(Unlicensed Mobile Access)，UMA網絡主要由客戶端的Wi-Fi網絡接入設備(AP)、支持UMA的雙模手機和網絡側的UMA網絡控制器(UNC)等組成，其基本原理是模擬移動網絡的基站接入，經過UNC的協(xié)議轉換，使得移動網絡的核心設備(SGSN/PDSN、MSC)感覺不到不同無線接入技術的差異。這種方式屏蔽了不同無線接入方式的差異，但需要用戶終端與UNC要與原有移動網絡的相關協(xié)議處理保持一致，并跟隨系統(tǒng)的升級而升級，因而對移動網絡技術的耦合性很強。

　　松耦合方式的代表方法是3GPP、3GPP2規(guī)定的WLAN與3G融合的方法。為了達到從WLAN接入也能夠訪問移動網絡增值業(yè)務的目的，需要在IP網絡和移動核心網之間增加一個業(yè)務網關，該網關不會像UNC一樣作協(xié)議轉換的工作，主要作用類似移動網絡增值業(yè)務的接口人，如果要訪問移動網絡的增值業(yè)務需要經過這里進行業(yè)務把關和控制。該設備在3GPP中被稱為PDG(Packet Data Gateway)，在3GPP2中被稱為PDIF(Packet Data Interworking Function)。

　　對于國內運營商來說，在確定融合方式時，需要根據自身網絡的情況，參考國際標準，選擇或定制最符合自身發(fā)展的方式。目前，H3C的WLAN方案均能支持運營商的靈活選擇。

總結

　　3G技術基于自身的限制在承擔大量數(shù)據用戶的服務時，會面臨很大的壓力。WLAN技術的高帶寬、低成本、低輻射恰恰可以彌補3G技術的不足。運營商通過統(tǒng)籌規(guī)劃，對WLAN和3G統(tǒng)一建設，花費相對比較小的代價，就有望達到WLAN助力3G騰飛的效果。

C114中國通信網


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