异构无线网络组网结构及网络选择的探讨
阳旭艳
摘要：为了在将来实现个人通信的目标，必须在开发更多频段的同时，使已开发的频带资源更有效地为用户服务，不同的无线通信系统就必须协同工作形成一个‘畀构无线通信环境”。文章在介绍异构无线网络相关概念的基础上，着重研究了异构无线接入网络的组网结构问题并提出了组网建议。最后，对异构网络的选择问题进行了初步的探讨。
关键词：异构无线网络；松散耦合组网；紧密耦合组网；位置管理；切换管理
1.无线技术研究背景
随着无线应用的快速增长，采用单一的2G或3G无线技术的业务和设备都已不能满足移动用户无缝覆盖下的高速数据分发和Qos支持。下一代无线系统应该被设计成为一种异构的形式，移动用户或设备终端可以同时连接到多个无线网络（例如，WLAN、蜂窝网、WMAN）。异构无线系统就能满足这样的要求，能够实现高效的无线资源利用，无缝的切换，全域漫游，并能在高层面通过业务和应用的紧密结合和负荷均衡来保证Qos。总而言之，在这样的一个异构无线接入网络中，移动用户能够通过无缝方式接入到Internet。从服务提供商的角度来讲，这些无线资源应该被高效管理起来，以期系统容量最大化和获得较高的投资回报。
异构无线接入系统中的协议工程和架构设计是一个比较新的研究领域。负荷均衡和网络选择、资源分配和接纳控制，快速有效的垂直切换机制，基于端到端的Qos保证都是与异构无线接入网络发展相关的研究课题。在本文中，笔者着重对异构无线接入网络的组网结构问题作综述性研究。
2.异构无线接入网结构概览及相关概念
2.1结构概览
异构网络的总体结构都可以如图1所示。在该图中用户设备应装备多种模式的无线接入接口，以应对不同的接入技术。WLAN作为高速数据的接入网络，既可单独存在，也可以同蜂窝网、3G，WiMAX等移动通信网络重合覆盖。在一些实时性要求较高的应用中，用户通过固定带宽的移动通信网接入至Internet，而非实时性的交互数据则可以切换至WLAN接入Internet。WLAN中的无线接入节点为AP，蜂窝/3G网的无线接入节点为NodeB，而wiMAX的无线接入节点为RAS。
2.2相关定义及概念
由于用户设备装备了多种模式的无线接入接口，所以用户可以通过一些策略在各个网络间漫游，这就引出了用户移动性管理的问题。这个问题主要包含两个方面，即位置管理和切换管理。
在异构无线网络的背景下，会发生技术內和技术间两种切换类型。技术内切换其实就是传统意义上的水平切换，其指的是移动终端漫游时采用相同的无线接入技术在两个接入点或基站中进行。与之对应的是技术间换切换，也称之为垂直切换，指的是移动终端漫游时采用不同的无线接入技术在两个接入点或基站中进行。垂直切换和水平切换最主要的区别在于对称性。水平切换是一个对称的切换过程，而垂直切换是一个不对称的切换过程，因为两个网络在切换时的特性不一样。
在多种接入网络都可用的情况下，以较低成本获得更高吞吐量性能的网络我们定义为优选网络。这样，就会有两种场景：移出优选网络和移进优选网络。只要优选网络满足用户应用需求，最好就把优选网络绑定给该用户。这将大大提高接入网络的资源利用率和用户的QoS感知。
3.组网建议
前面已经提到，异构无线网络可分为松散组网和紧密组网两类，其组织结构比较灵活，但不同的组网方式下，就会有不同的资源管理和切换机制，从而影响最终的QoS。目前来讲，虽然有各种不同的WLAN整合3G（或UMTS）网络的组网建议，但根据各网络独立情况，欧洲电信标准组织将其定义为两种基本方法：松散耦合和紧密耦合。
3.1松散耦合组网
松散耦合组网表示各个无线接入网络间基本保持独立，各个网络协同完成用户的业务请求，用户数据可以在各个网络内部进行自主交互和分发。图2表示了一种典型的松散耦合组网的方案。其中，每个网络都有各自的网关，如蜂窝网的SGSN，WiMAX的Gateway，和WLAN中的Gateway。每个网关都支持在各个网络中使用移动IP技术，以实现漫游业务的认证和计费。所有的网关都通过UMTS AAA服务器接入到Internet中，而不再有到达3G/UMTS网络的直连线路。这样，WiMAX和WLAN中的用户数据就不用通过3G/UMTS的核心网，而是直接到达Internet。
3.2紧密耦合组网
在紧密耦合组网方案中，WLAN和WiMAx会作为一种纯粹的接入网连接到3G/UMTS网络当中去，成为一个UMTS的陆地RAN（UTRAN）。WLAN和WiMAX的Gateway都被集成到3G/UMTS的核心网中去，在各自的网络中，都执行统一的3G协议，包括移动性管理、认证管理等等。WLAN或WiMAX中的所有用户数据都将通过3G/UMTS的核心网，再到达Internet。而且网络中的各种信令也会在核心网中完成。这样，WLAN和WiMAX中需要对各自的协议进行调整和修改以支持3G协议的集中化认证、计费和网络管理。
图3中，虚拟GPRS支持节点（VGSN）对信令修改程度较小，它用来连接WLAN，WiMAX和UMTS，主要的功能是交换用户信息和移动性信息，以便在整合的网络中提供分组路由。VGSN使各个网络能够独立处理各自的用户信令，而不需要支持移动IP技术。但最终会把各自的信令转化为3G信令，通过核心网交互。
图4中，将wLAN的Gateway调整为GPRS互联模块（GIF），再与WiMAX网关和RNC一起连接到SGSN中，这样处理的好处是，在进行网络间的切换时，完全依靠SGSN来完成，省去了多个网元间的协同通信，降低了网络的信令开销和传输时延，切换时延较前两者优势明显。
4.结语
从业务应用和用户体验的趋势来看，今后的无线接入网络必然走向融合和异构。异构网络要求各个无线接入网络间能够互联，势必会带来协同合作和QoS保证的诸多问题。本文对异构网发展的背景作了简要的概述，并就其中的关键概念作了介绍，并对松散耦合组网和紧密耦合组网进行了初步分析，尤其对两种方案各自的优缺点作了明确比较。在今后的研究中，还将就组网中的信令流程和网络选择问题作进一步探索。
