LTE-Fi 應(yīng)用及規(guī)劃組網(wǎng)方案研究

馬向辰，薛強(qiáng)

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模和覆蓋范圍的逐步擴(kuò)大，終端普及率短期較低成為制約LTE迅速發(fā)展的重要瓶頸之一。同時(shí)，WLAN網(wǎng)絡(luò)在部分區(qū)域缺乏有效的回傳手段，造成建設(shè)和部署困難。LTE-Fi作為LTE網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的紐帶，可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決LTE終端匱乏和WLAN回傳困難等問題，在一定時(shí)期可有效促進(jìn)各網(wǎng)的良性發(fā)展。

1 LTE-Fi的產(chǎn)品定位及應(yīng)用場(chǎng)景

LTE-Fi設(shè)備同時(shí)具備WLAN接口和LTE接口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對(duì)用戶終端展現(xiàn)AP特征，通過WLAN接口與用戶終端相連；對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)終端特征，通過LTE接口與4G網(wǎng)絡(luò)相連。LTE-Fi作為運(yùn)營級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要用于公眾WLAN熱點(diǎn)的建設(shè)，為用戶提供WLAN接入。

LTE-Fi與常見的Mi-Fi、LTE CPE的定位及區(qū)別如表1所示。

LTE-Fi設(shè)備適用場(chǎng)景一般具有以下3個(gè)要素。

（1）具備TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（2）不具備有線回傳資源或有線資源部署難度很大。

（3）潛在用戶多且存在碎片時(shí)間上網(wǎng)需求。

具備以上特點(diǎn)的WLAN熱點(diǎn)場(chǎng)景主要如下。

（1）移動(dòng)場(chǎng)景：如公交車、城軌等。

表1 Mi-Fi、LTE CPE、LTE-Fi對(duì)比表

圖1 LTE-Fi產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)定位示意圖

（2）室外覆蓋場(chǎng)景：如旅游景點(diǎn)、公共廣場(chǎng)、商業(yè)街區(qū)等。

（3）臨時(shí)部署場(chǎng)景：如臨時(shí)會(huì)議、體育賽事、大型展覽等。

2 LTE-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE-Fi系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

LTE-Fi系統(tǒng)主要由以下主要部分組成。

（1）LTE-Fi設(shè)備：包括用戶終端接入模塊（AP端）和數(shù)據(jù)回傳模塊（LTE端），通過用戶終端接入模塊完成終端的WLAN接入，通過數(shù)據(jù)回傳模塊將用戶數(shù)據(jù)回傳至移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

（2）移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)：TD-LTE網(wǎng)絡(luò)包括eNode B、SGW、PGW等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)包括Node B、RNC、SGSN、GGSN等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（3）接入控制器（AC）：作為控制接入點(diǎn)設(shè)備的控制器，完成對(duì)AP設(shè)備的管理和配置，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，動(dòng)態(tài)信道分配等功能。同時(shí)AC作為接入終端的控制節(jié)點(diǎn)，完成相應(yīng)的認(rèn)證和計(jì)費(fèi)輔助功能。

（4）Portal服務(wù)器：配合接入設(shè)備完成Web方式下用戶的認(rèn)證。

（5）RADIUS認(rèn)證服務(wù)器：接受來自AC的用戶認(rèn)證服務(wù)請(qǐng)求，對(duì)WLAN用戶進(jìn)行認(rèn)證，并將認(rèn)證結(jié)果通知AC。

（6）網(wǎng)管系統(tǒng)：主要完成對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備的配置更新、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)視等功能。

3 LTE-Fi組網(wǎng)方案

根據(jù)AC設(shè)備部署位置、IP地址分配方式的不同，LTE-Fi主要有4種可選組網(wǎng)方案，需要綜合考慮各方案對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的改造要求、配置復(fù)雜度、設(shè)備支持情況等因素，選擇實(shí)施簡單、對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響小的組網(wǎng)方案。

3.1 方案1：AC與PGW同局址，用戶IP地址由AC分配

場(chǎng)景特點(diǎn)：AC與PGW同局址部署，具備直連條件，AC與PGW可通過光纖直連。方案1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖3所示。

網(wǎng)絡(luò)部署配置：

圖2 LTE-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 方案1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

（1）LTE-Fi的IP地址由PGW分配；用戶IP地址由AC分配。分配私網(wǎng)IP地址或公網(wǎng)IP地址均可。

（2）LTE-Fi的用戶終端接入模塊（AP端）與AC之間通過CAPWAP隧道連接；AC負(fù)責(zé)用戶接入、認(rèn)證、控制管理。

3.2 方案2：AC與PGW異局址，用戶IP地址由AC分配

場(chǎng)景特點(diǎn)：AC與PGW不在同一局址部署，不具備直連條件。PGW通過CMNET與AC相連，中間可能經(jīng)過Firewall，CE等設(shè)備。方案2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖4所示。

網(wǎng)絡(luò)部署配置：

（1）LTE-Fi的IP地址由PGW分配；用戶IP地址由AC分配。

（2）分配私網(wǎng)IP地址或公網(wǎng)IP地址均可。

（3）LTE-Fi的用戶終端接入模塊與AC之間通過CAPWAP隧道連接；AC仍負(fù)責(zé)用戶接入、認(rèn)證、控制管理。

（4）AC側(cè)CE與PGW側(cè)Firewall之間建立GRE隧道，以保證LTE-Fi用戶終端接入模塊與AC之間可建立CAPWAP隧道，AC可以有效管理LTE-Fi的用戶終端接入模塊。

3.3 方案3：AC與PGW異局址，用戶地址由LTE-Fi分配

場(chǎng)景特點(diǎn)：AC透過CMNET與PGW相連，中間可能經(jīng)過Firewall，CE等設(shè)備。方案3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖5所示。

網(wǎng)絡(luò)部署配置：

圖4 方案2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

圖5 方案3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

（1）PGW為LTE-Fi分配私網(wǎng)IP地址；LTE-Fi設(shè)備為用戶分配分配私網(wǎng)IP地址。（2）LTE-Fi設(shè)備需定制開發(fā)DHCP、NAT等功能。（3）需對(duì)AC設(shè)備升級(jí)改造，支撐支持兩私網(wǎng)地址（用戶地址、LTE-Fi地址）的綁定控制功能。

3.4 方案4：AC與PGW異局址，LTE-Fi設(shè)備配置兩個(gè)IP地址

場(chǎng)景特點(diǎn)：AC透過CMNET與PGW相連，中間可能經(jīng)過Firewall，CE等設(shè)備。方案4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D與圖5相同。

網(wǎng)絡(luò)部署配置：

（1）PGW為LTE-Fi網(wǎng) 絡(luò) 側(cè)IP地 址，AC為LTE-Fi用戶側(cè)分配IP地址。

（2）AC與PGW網(wǎng)段往往不同，需要在兩網(wǎng)之間做負(fù)責(zé)的NAT轉(zhuǎn)換。

各組網(wǎng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 各組網(wǎng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

綜合以上優(yōu)劣勢(shì)分析，建議在局房條件允許的情況下，主要采用方案1進(jìn)行組網(wǎng)建設(shè)；在局房條件不具備的情況下，采用方案2進(jìn)行組網(wǎng)建設(shè)。

另外，以上方案均基于AC集中轉(zhuǎn)發(fā)方案，對(duì)于本地轉(zhuǎn)發(fā)方案，需對(duì)LTE-Fi設(shè)備進(jìn)行改造，使LTE-Fi支持對(duì)用戶的認(rèn)證和NAT轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)改造難度大，實(shí)現(xiàn)成本高。由于LTE-Fi總數(shù)據(jù)量不大，因此，不建議采用本地轉(zhuǎn)發(fā)模式，建議統(tǒng)一采用集中轉(zhuǎn)發(fā)模式。

4 LTE-Fi設(shè)備特殊要求

基于LTE-Fi的應(yīng)用場(chǎng)景和使用環(huán)境，LTE-Fi應(yīng)具備與普通LTE終端或WLAN AP設(shè)備不同的一些特殊要求：

（1）支持TD-LTE/TD-SCDMA接入切換：在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，有可能會(huì)出現(xiàn)LTE覆蓋不連續(xù)的區(qū)域，為了保證實(shí)現(xiàn)LTE-Fi的無縫接入，LTE-Fi需要具備TD-LTE/TD-SCDMA切換功能，在無LTE覆蓋區(qū)域切換到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，保障設(shè)備在線和用戶體驗(yàn)。

（2）SIM卡防盜：LTE-Fi主要安裝在公眾熱點(diǎn)區(qū)域，需要考慮設(shè)備及SIM卡的防盜功能，避免SIM卡被盜后，盜用者無償使用網(wǎng)絡(luò)資源。

（3）供電方式：LTE-Fi的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景是公交車等公共交通工具，因此LTE-Fi除具備通常的220V供電外，對(duì)于車載型LTE-Fi，應(yīng)支持從機(jī)動(dòng)車電瓶處直接取電。

（4）斷電自動(dòng)下線：針對(duì)車載型LTE-Fi的供電特殊性，需具備檢測(cè)公交車鑰匙控制開關(guān)ACC信號(hào)電路，檢測(cè)公交車是否熄火功能。并能夠在檢測(cè)到車輛熄火后，啟動(dòng)拆鏈工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下線。

（5）抗震能力：車載LTE-Fi需提升抗震能力的要求，應(yīng)對(duì)車輛運(yùn)行期間的頻繁顛簸。

5 總結(jié)

LTE-Fi作為LTE網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的紐帶，在一定時(shí)期對(duì)促進(jìn)兩網(wǎng)的良性發(fā)展有著積極的作用。

（1）LTE-Fi主要應(yīng)用在具備TD-LTE/TDSCDMA覆蓋、不具備有線回傳資源或有線資源敷設(shè)難度大、用戶存在WLAN上網(wǎng)需求的場(chǎng)景，為公眾提供公共WLAN接入服務(wù)。

（2）LTE-Fi組網(wǎng)建議采用集中轉(zhuǎn)發(fā)模式，在AC與PGW、GGSN同局址情況下，AC與PGW、GGSN直連；如不具備同局址條件，AC透過CMNET與PGW、GGSN相連，AC與PGW、GGSN之間需建立GRE隧道。

（3）根據(jù)LTE-Fi的使用環(huán)境，LTE-Fi應(yīng)具備支持TD-LTE/TD-SCDMA接入切換、SIM卡防盜、抗震等特殊功能。

[1]中國移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 中國移動(dòng)LTE-Fi設(shè)備規(guī)范[S].