| 1 引言 智能手机、平板电脑和其他移动设备使得事实上能够从任何地方方便地访问互联网，因为蜂窝通信网络能够在诸如HSPA+和LTE这样的宽带链路上传递丰富的内容，而HSPA+和LTE的速率类似家庭或办公室内的有线网络速率。 然而，当许多移动用户正在享受音乐和视频，或正在发送附有大容量附件的电子邮件时，此累加的数据流量能够很容易达到蜂窝通信网络基础设施的容限。已经出现许多案例，在那里，请求的容量已经超过可用的容量，结果导致网站下载速率变慢，视频几乎不能观看。 市场研究表明，全世界范围将会有更多的智能手机和平板电脑被售出并投入使用。在移动链路上的网页浏览、电子邮件、音乐和视频的百分比也将增加，预计在几年之内视频将超过所有其他数据流量。 虽然有某些数据密集型应用是真正“on-the-go”移动应用，但大多数移动用户当他们观看视频、监听音乐或浏览网页时是静止不动的。此外，最高流量密度场所—热点—被发现是在市区的室内，那里用户倾向静止上网，并且不一定必须依赖蜂窝通信网络，因为有其他宽带技术可以利用。 2 智能数据分流和基础架构 为了应对密集区域迅速增加的数据流量，移动网络运营商（MNO）可以增加更多的小区或安装更先进的基站。这两种策略都需要繁琐的规划和大笔资金。部署会引起高昂的资本开支（CAPEX），运行补充的基站也会增加运营成本（OPEX）。 然而，这些成本可以尽量减小，因为所有智能手机和平板电脑除了含有蜂窝芯片组外，都集成了Wi-Fi。由于相对高的数据速率和可以在家庭、咖啡馆、酒店、机场和其他公共场所使用，人们倾向经常使用Wi-Fi。事实上，按照Mobidia in January 2012的研究，全球源于智能手机的流量的大约70%已经通过Wi-Fi传送。因为消费高数据量的用户通常享有不受限制的数据套餐（或“统一费率计划”），运营商能够从被动分流中获得极大好处。 WLAN有诸如用于家庭和热点的小蜂窝的优点。它与宏蜂窝使用的频段不发生冲突。5GHz频段有500~800MHz可用于WLAN的带宽。因此，运营商看出对于他们的蜂窝通信网络，WLAN是经济上有吸引力补充，而不是竞争技术。因此，作为区域覆盖部署LTE网络的同时，在高流量区域用WLAN网络满足容量需求。 智能（数据/流量）分流是从蜂窝通信网络到Wi-Fi（如果可能，也在相反方向上）的受控数据流量分流。它应当无缝发生，以便用户不需要搜索适当的网络，不需要输入用户证明，如口令。并且在理想情况下，移动网络运营商能够动态和有选择地，例如基于位置、每天的时间、网络负荷、用户的签约和其他因素控制数据分流。对于实际分流，已经具备所有需要的技术并将在下面各节讨论。 图1为数据分流场景举例。当智能手机从住宅或办公室移动穿过城市时，智能手机自动将数据流量切换给可使用的Wi-Fi热点。 图1 数据分流场景举例 2.1 3GPP架构 作为在开发系统架构演进（SAE）期间完成的研究成果，添加了对非3GPP接入系统（如WiMAX TM和WLAN）的支持，定义了这些系统间互通的接口。 对于非3GPP接入，区别对待信任的和不被信任的连接请求。图2显示信任接入（如果WLAN网络使用安全传输）的主要网络实体。不被信任的接入被从数据包网络网关（PDN GW），经S2b接口，路由到演进的分组数据网关（ePDG），ePDG担当滤波器和防火墙，接着，经SWn接口到WLAN。在此情况，要求WLAN上连接的设备建立通向该ePDG的IPsec隧道。 图2 信任的非3GPP接入到EPC 2.2 IEEE 802.11u和Wi-Fi Hotspot 2.0 连接WLAN接入点（AP）通常需要用户和设备选择希望的AP，并提供适当的身份认证证明。IEEE 802.11标准组在2011年颁布了修正案（IEEE 802.11u），该修正案包括一些媒介访问控制（MAC）增强技术，这些增强技术自动化和加速了入网处理。它基本上是扩展APs广播信标，添加了诸如接入网查询协议（ANQP），下面将讨论ANQP协议。 Wi-Fi联盟根据IEEE 802.11 WLAN标准和它的修正案定义了一组功能，这组功能保证Wi-Fi Certified?产品顺利工作。在2012年，该联盟也颁布了Wi-Fi Hotspot 2.0规范，该规范定义APs，移动设备，以及运营商和服务提供者应当具有的能力。 3 功能 无缝数据流量分流需要几个协议和一些功能。这些内容涉及从控制实际分流到认证的安全链路的可能性，到针对会话连续性的IP流移动性。 3.1 接入网发现和选择功能 今天的移动电话典型装有多模芯片组，它们支持多种无线接入技术，诸如GSM和WCDMA。不久，许多移动电话也将装有LTE，WLAN，或许还装有TD-SCDMA。所有这些技术的控制和使用必须被智能和高效处理。接入网发现和选择功能（ANDSF）向用户设备（UE）提供系统间移动性和路由策略，在接入网发现中提供协助。ANDSF为运营商提供动态控制和定义优先权的方法，即如何、在哪里、何时以及出于什么考虑某个设备能够使用某种无线接入技术。它可用于不同技术间和同一技术内的接入网选择，但是它不应当影响已经在3GPP中规定的网络选择和重选流程。 ANDSF首先在3GPP版本8（TS 24.312）中引入。ANDSF服务器是演进的数据包核心网（EPC）中的实体，它经S14接口与客户端UE通信（TS 23.402），这在IP层上面实现。通过发送开放移动联盟（OMA）设备管理（DM）消息，UE获得该策略。这些用管理对象（MO）描述，并用XML定义。 3.2 通用广告业务和接入网查询协议 如果Wi-Fi设备发现AP并且被允许（或者甚至是被邀请）连接，它仍然不确定这个具体的AP是可信的。为了发现补充细节信息，引入称为通用广告业务（GAS）的机制。这使得设备能够查询来自该AP的信息。 在图3中，遵循Wi-Fi Hotspot 2.0 的AP通过发送信标（该信标已用更多信息扩展）开始互动。使用接入网查询协议（ANQP），设备发送“GAS初始请求”，“GAS初始请求”查询，例如它属于哪一个漫游联合体，使用哪一个网络身份认证，NAI区域列表，或者甚至本地和WAN尺度。设备将收到带有这些信息元素的“GAS初始响应”，接着能够决定是否连接。如果AP已经非常繁忙，其到互联网的连接速率缓慢，或AP属于费率过高的提供商，设备可以继续寻找另一个AP。当设备决定连接时，它已经知道如何认证。 图3 IEEE 802.11u/Hotspot 2.0接入网查询协议 3.3 认证 Wi-Fi网络被认为是安全的，如果它们使用适当的认证方法。IEEE 802.1X标准描述这样的方法，那里认证者（如AP）用认证服务器（RADIUS）验证请求者的凭证。它使用扩展的认证协议（EAP）。另一个要求是IEEE 802.11i，它确保采用由Wi-Fi 联盟定义的Wi-Fi Protected Access II（WPA2）实现的安全。 如果设备自动发现用户所属移动网络运营商的WLAN热点，设备需要自动认证。对于用户来说，如果他/她不需要输入任何用户名和口令或任何身份证明，这才是无缝。为了此目的，有一些EAP方法，这些方法利用设备中的可用SIM/SUIM。运营商的热点能够用他们的归属地用户服务器（Home Subscriber Server，HSS）验证UE的身份，在EAP-SIM情况，可以使用EAP-AKA或EAP-AKA’。没有SIM/USIM的设备，如果能够提供用户名和口令，将需要或者使用带有证书的EAP-TLS，或着使用带有MSCHAPv2的EAP-TTLS。对于与Wi-Fi Hotspot 2.0兼容的AP，这些EAP方法都是需要的。 3.4 流移动性 当设备改变它的连接时，为了支持无缝切换，必须执行某种IP流移动性。基于客户端的移动性是一种选项。这要求设备运行能够在连接中处理改变的特殊的栈。.移动IPv6双栈（DSMIPv6，IETF RFC 5555）是一个例子，它能够使IPv4分组和IPv6数据包的会话连续。另一方面，有基于网络的移动性，它不要求在设备中改变。.代理移动IPv6（PMIPv6，IETF RFC 5213）是这方面的一个例子。然而，对于跨所有接口的完全流移动性需要进一步扩展。在3GPP方面，一些协议如本地IP接入（LIPA）允许相同小区内的设备间直接路由流量；以及直接路由互联网流量到，例如骨干网的选定的IP流量分流（SIPTO），不必经整个蜂窝通信网络基础设施路由该互联网流量。这些协议在3GPP TS 23.829中标准化。为版本10和以后的版本开发的新协议是IP流移动性（IFOM，3GPP TS 23.261）。它基于DSMIPv6栈，当被同时连接到几个接入网时，它能够汇集各个选定的流到确定的隧道。 4 结束语 移动数据流量的快速增长需要能够传递大量数据同时又比目前的蜂窝移动通信技术成本低廉的基础设施。WLAN是被广泛使用和接受的技术。借助诸如IEEE 802.11u和Wi-Fi Hotspot 2.0的增强技术，以及由3GPP标准化的非3GPP接入技术的帮助，运营商能够使用这些技术相互补充。事实上，许多机制和协议已经存在，一些运营商，诸如Swisscom，KDDI和MetroPCS使用Wi-Fi数据分流已经有相当长时间了。但是为了普遍适用和实现互操作，多种选项必须减少到一种或少数几种选项。将来的网络升级和智能手机换代将继续增加经验。同时，需要执行新的大范围的、复杂的测试，以便确保动态配置和正确的策略说明。罗德与施瓦茨的测试设备支持所有蜂窝标准以及WLAN标准，这使得它们能够很好地适应测试数据分流场景。
转自：http://www.cttl.cn/tecm/dxwjs/201210/t20121022_873001.htm |
