GPRS与WLAN网络的融合及其基于ad hoc技术的性能改进(1)

摘要：该文首先介绍了GPRS与WLAN融合的机制和两种不同的解决方案，讨论了两种解决方案的体系结构。然后重点介绍了加入ad hoc技术后对其性能的改进，提出了三种改进的策略。

关键词：GPRS ，WLAN，网络融合，异种网络，ad hoc

 

　　随着无线技术的发展，人们可以通过多种方式随时随地的接入因特网，而且希望这种无线接入服务能够提供高数据速率、大的覆盖范围和低的价位。传统2G移动通信蜂窝网络能够提供高移动性、大覆盖范围，但是传输速率低，只有不到9.6kbps，能较好地区性提供传统的话音业务，但很难提供无线数据服务。为此，3G移动通信系统将能够提供更高的300kbps到2Mbps的传输速率。但是由于3G的高投资等原因，使得很多运营商把目光投向了2.5G蜂窝数据技术如GPRS(General Packet Radio Service)。GPRS能提供大覆盖范围但是相对低速的数据服务(最高达171 kbit/s每用户)，但是它无法满足商务和多媒体应用对数据速率的要求，因此其应用潜力有限，不能够满足市场的需要。所以，人们开始考虑一种能够提供高数据速率的无线接入技术WLAN(wireless local area network),它可在较小的范围内提供高速数据服务(802.11b可达11 Mbit/s，802.11a可达54 Mbit/s)，但是其接入点AP有限，主要应用于酒店等热点地区。因此将二者结合起来的异种网络可以较好地解决大覆盖范围和高数据速率的问题。在第二部分我们将具体介绍该融合方案有效地将二者融合起来。我们将 建立GPRS与WLAN 融合网络的两种耦合结构。

　　通过对GPRS、WLAN两种技术的融合，可使用户随时随地接入Internet。但是，GPRS是个相对低速率的网络，WLAN数据速率较高，所以，当用户由WLAN服务切换到GPRS服务时，会感受到明显的服务质量的下降。在第三部分，将重点介绍一种方法，该方法通过使用ad hoc技术，延长异种网络用户使用高服务质量网络的时间【7】。

　　如前所述，异种网络能够较好结合WLAN和GPRS的优点，为用户在一个广大的范围内提供高速或低速的数据服务。

　　WLAN和蜂窝网络的融合有若干种方案，欧洲电信标准组织（ETSI）制定了两种网络互联的方法：松耦合，紧耦合。

　　在松耦合下，WLAN是作为GPRS网络的一个补充，它只利用GPRS网络的用户数据库，而与GPRS的核心网络没有接口。二者的松耦合在Gi参考点进行。此时WLAN旁路GPRS网络，提供到外部信包数据网（PDN）的数据直接接入。而在紧耦合下，WLAN则直接连接到GPRS的核心网，其类似于通用移动通信系统（UMTS）的无线接入网（UTRAN）或GPRS无线接入网（GPRSRAN）等其他的无线接入网。此时WLAN数据流在到达外部PDN之前先要经过GPRS核心网，其耦合点是Gb或Iu-ps参考点。

　　下面分别介绍两种基于不同耦合体系结构的融合方案。

             图一  GPRS、WLAN紧耦合系统结构【1】

 

    

　　首先介绍紧耦合体系结构。

     图一是相应的紧耦合的系统体系结构。每个WLAN由一个或多个接入点（AP）组成，而这些AP由一个分布式系统（DS）连接。这里，DS是一个遵从IEEE802.3协议的局域网（LAN）。这里WLAN是工作在结构体系模式(infrastructure)下。每个单独的AP及其覆盖范围被称作一个基本服务集(BSS)，所有一个WLAN下的BSS组成一个扩展服务集（ESS），而WLAN就是由很多BSS组成的。

      WLAN通过Gb接口连接到GPRS的核心网作为一种可选择的无线接入网（RAN）。对核心网而言，它并不鉴别接入的网络是采用WLAN技术还是GPRS技术，和其他GPRS路由区域相比，WLAN看上去没什么区别。该系统中的关键部分是GIF(GPRS interworking function)，它的一端链接DS，另一端通过Gb接口连接服务GPRS支持节点(SGSN)，其主要功能是向GPRS核心网提供一个标准接口并隐藏WLAN的特点。此时WLAN重用了GPRS的所有协议，它为这些协议提供了无线传输。

      当移动节点(MS)不在WLAN区域内时，WLAN接口进入被动搜索模式并在特定的频带搜索新标信号，搜索到后将检索到SSID(service set identifier)并与预先设置的SSID信号进行比较。SSID信号提供WLAN的标识。当确认SSID有效时，MS将进行认证和连接，然后将激活WLAN接口，GRPS信令将从此接口传送。

      MS是以无缝的方式同时支持GPRS、WLAN的双模终端。而无缝移动是通过GPRS的核心移动管理过程RA更新（RAU）来实现的，RAU是GPRS的核心管理过程【2】。

从上述叙述可以看出，紧耦合体系结构为GPRS和WLAN提供了一种较紧凑的耦合方式。它重用了GPRS的部分规则和资源，节省了运营商的投资。但是，紧耦合很难支持第三方所拥有的WLAN。对于和WLAN相连接的SGSN的性能和容量也有要求。而且，紧耦合对于不支持GPRS协议的WLAN终端是不支持的。这也是紧耦合的不足。

            图二 GPRS、WLAN松耦合体系结构【1】

 

　　松耦合是GRPS和WLAN融合的另外一种方式，其耦合点是Gi界面。下面我们介绍该结构。如图二是松耦合体系结构图。由图可见，WLAN在运营商的IP网上与GPRS耦合。不同于紧耦合的是，WLAN的数据流不通过GPRS的核心网，而是直接进入运营商的IP网（和/或Internet）。在该体系结构中，WLAN和GPRS都采用了基于SIM卡的身份认证，以接入运营商的服务。此体系结构也支持通过公共计费系统进行联合计费。WLAN可以是第三方拥有，通过特定的WLAN和运营商之间的连接、或通过已有的公用网，如Internet来支持漫游和移动。松耦合利用标准的因特网工程任务组协议(IETF)进行身份的认证、计费以及移动，因此不需要将蜂窝技术引入WLAN。只要通过漫游协议，漫游可以跨越所有类型的WLAN。