3GPP LTE/WLAN無(wú)線融合技術(shù)研究進(jìn)展*

，張伽俐

(西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，西安 710121)

3GPP LTE/WLAN無(wú)線融合技術(shù)研究進(jìn)展*

施苑英**，張伽俐

(西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，西安 710121)

總結(jié)了4種在無(wú)線側(cè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)與無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)相互融合的技術(shù)方案。在分析傳統(tǒng)的核心網(wǎng)融合方案不足之處的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了無(wú)線融合在3GPP R12和R13階段的研究進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)化情況，討論了各方案對(duì)終端、演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B(eNodeB)和WLAN的影響，綜合對(duì)比了每種方案的特征、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景，為運(yùn)營(yíng)商部署LTE/WLAN融合網(wǎng)絡(luò)提供了思路。

長(zhǎng)期演進(jìn)；無(wú)線局域網(wǎng)；無(wú)線融合；互操作；聚合

1 引 言

多種無(wú)線接入技術(shù)的共存與融合，是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。3GPP作為蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定者，從R6階段就開始研究無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)與蜂窩網(wǎng)的融合組網(wǎng)方案。早期的研究思路是在核心網(wǎng)(Core Network，CN)層面進(jìn)行融合，即將WLAN作為蜂窩網(wǎng)的一種無(wú)線接入技術(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口接入分組核心網(wǎng)，由CN提供統(tǒng)一的認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和無(wú)縫服務(wù)[1]。為了實(shí)現(xiàn)用戶終端(User Equipment，UE)在不同接入系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)遷移，3GPP引入接入網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和選擇功能(Access Nerwork Discovery and Selection Function，ANDSF)，由部署在核心網(wǎng)中的ANDSF服務(wù)器向UE推送運(yùn)營(yíng)商選網(wǎng)策略和WLAN相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)UE的智能選網(wǎng)和業(yè)務(wù)分流。

在基于CN的LTE/WLAN融合網(wǎng)絡(luò)中，由UE與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(Packet Data Network GateWay，PGW)配合完成業(yè)務(wù)分流過(guò)程。UE根據(jù)ANDSF策略、用戶偏好等選擇目標(biāo)WLAN并通知PGW，此后UE與PGW之間的部分或者全部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將通過(guò)WLAN和專用網(wǎng)關(guān)傳輸，LTE無(wú)線接入網(wǎng)被旁路。一旦UE檢測(cè)到WLAN網(wǎng)絡(luò)不可用，將通知PGW把分流至WLAN的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重新轉(zhuǎn)移回LTE網(wǎng)絡(luò)。在這種融合架構(gòu)中，PGW作為業(yè)務(wù)錨點(diǎn)，提供用戶在異系統(tǒng)間移動(dòng)時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性。當(dāng)發(fā)生業(yè)務(wù)遷移時(shí)，UE與CN之間需要執(zhí)行復(fù)雜的信令過(guò)程，導(dǎo)致信令開銷和處理時(shí)延較大。同時(shí)，基于ANDSF的選網(wǎng)策略對(duì)無(wú)線信號(hào)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷等動(dòng)態(tài)因素考慮不足，網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的WLAN信息過(guò)少，會(huì)產(chǎn)生用戶體驗(yàn)下降、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡、WLAN利用率低等問(wèn)題[2]。

為了克服傳統(tǒng)融合方案的不足，3GPP在R12階段啟動(dòng)了對(duì)LTE/WLAN無(wú)線側(cè)融合技術(shù)的研究，在不改變?cè)腥诤暇W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的前提下，將無(wú)線鏈路質(zhì)量、無(wú)線接入網(wǎng)的負(fù)荷情況納入終端選網(wǎng)策略中，以提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。在R13階段，3GPP進(jìn)一步提出LTE/WLAN聚合方案，將業(yè)務(wù)錨點(diǎn)由CN轉(zhuǎn)移至無(wú)線接入網(wǎng)(Radio Access Network，RAN)，由演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B(evolved Node B，eNodeB)統(tǒng)一管理和調(diào)度RAN以及WLAN中的資源。正在執(zhí)行的R14階段將繼續(xù)增強(qiáng)和完善LTE/WLAN聚合方案。

本文根據(jù)融合深度和技術(shù)復(fù)雜度的不同，對(duì)3GPP提出的LTE/WLAN無(wú)線融合方案進(jìn)行分類研究，重點(diǎn)討論每種方案的主要技術(shù)特征、優(yōu)缺點(diǎn)和對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響，總結(jié)各方案的適用場(chǎng)合，最后展望該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的未來(lái)研究方向。

2 LTE/WLAN無(wú)線融合技術(shù)

3GPP于2012年12月在RAN 58次會(huì)議上立項(xiàng)，正式啟動(dòng)LTE/WLAN無(wú)線側(cè)融合技術(shù)的研究[3]。研究分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段在保持傳統(tǒng)融合架構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)控制面的融合。這需要eNodeB參與接入網(wǎng)選擇和業(yè)務(wù)路由處理過(guò)程，并與終端和/或WLAN接入點(diǎn)(Access Point，AP)交換狀態(tài)信息，業(yè)務(wù)錨點(diǎn)仍然位于PGW。這類技術(shù)屬于LTE和WLAN之間的淺度融合，3GPP稱之為無(wú)線互操作，相關(guān)研究成果在TR37.834[4]中輸出。第二階段的研究重點(diǎn)是用戶面的業(yè)務(wù)融合，這需要改變基于CN的融合架構(gòu)，將業(yè)務(wù)控制和移動(dòng)性錨點(diǎn)從PGW轉(zhuǎn)移至eNodeB，WLAN與CN之間的專用網(wǎng)關(guān)和接口被取消，運(yùn)營(yíng)商能夠統(tǒng)一地控制和管理LTE及WLAN。這類技術(shù)屬于LTE和WLAN之間的深度融合，3GPP稱之為無(wú)線聚合。

根據(jù)eNodeB對(duì)UE控制力度強(qiáng)弱的不同，3GPP進(jìn)一步將無(wú)線互操作技術(shù)分為RAN輔助互操作方案和RAN控制互操作方案兩種類型，分別在R12和R13階段加以標(biāo)準(zhǔn)化。

2.1RAN輔助互操作方案

RAN輔助互操作(RAN Assisted WLAN Interworking，RAWI)方案旨在增強(qiáng)傳統(tǒng)融合方案的選網(wǎng)策略，選網(wǎng)過(guò)程仍然遵循“網(wǎng)絡(luò)輔助，終端決策”的模式，但是需要eNodeB向UE提供用于決策的RAN輔助參數(shù)。

3GPP在TS36.304[5]標(biāo)準(zhǔn)中定義了RAN輔助參數(shù)，主要包括LTE小區(qū)參考信號(hào)接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、LTE小區(qū)參考信號(hào)接收質(zhì)量(Reference Signal Received Quality，RSRQ)、WLAN信道利用率、WLAN回傳速率、WLAN接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)等。標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了基于RAN參數(shù)的選網(wǎng)準(zhǔn)則，具體方法是：每個(gè)參數(shù)設(shè)置一對(duì)門限值，分別作為從LTE向WLAN分流和從WLAN向LTE分流的判決依據(jù)。eNodeB根據(jù)LTE小區(qū)和WLAN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷狀態(tài)調(diào)整參數(shù)門限值，并通過(guò)系統(tǒng)廣播消息或者RRC專用信令通知UE。UE將參數(shù)門限值與實(shí)際測(cè)量值加以比較，根據(jù)比較結(jié)果作出選網(wǎng)決策，具體處理流程如圖1所示。

圖1 RAWI方案的選網(wǎng)過(guò)程Fig.1 The procedure of network selection in RAWI

在圖1中，ANDSF服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)的可選配置，如果已部署，UE應(yīng)先從ANDSF服務(wù)器獲取選網(wǎng)策略信息，判決時(shí)必須綜合考慮ANDSF策略和RAN選網(wǎng)準(zhǔn)則；否則，只需要遵循RAN準(zhǔn)則。門限值調(diào)整方法由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商自行規(guī)定，文獻(xiàn)[6-9]提出了幾種依據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整RSRP和/或RSSI門限值的算法。

2.2RAN控制互操作方案

RAN控制互操作(RAN Controlled LTE-WLAN Interworking，RCLWI)方案以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)終端行為的控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)優(yōu)化為目標(biāo)，采取“網(wǎng)絡(luò)決策，終端輔助”的模式，由eNodeB根據(jù)UE所處的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷狀況，為UE做出選網(wǎng)決策。顯然，及時(shí)準(zhǔn)確地獲得UE周邊WLAN的相關(guān)信息，是保證eNodeB決策有效性的重要前提。目前，3GPP建議了兩種方式。

第一種方式是命令UE執(zhí)行WLAN測(cè)量并將結(jié)果報(bào)告給eNodeB，如圖2所示。eNodeB首先通過(guò)無(wú)線資源控制(Radio Resource Control，RRC)消息RRCConnectionReconfiguration配置測(cè)量對(duì)象、測(cè)量事件等參數(shù)。測(cè)量對(duì)象是UE需要掃描的目標(biāo)WLAN AP列表(3GPP標(biāo)準(zhǔn)中稱為WLAN移動(dòng)集合)，包括WLAN的標(biāo)識(shí)符、信道號(hào)和工作頻段等信息；測(cè)量事件有W1、W2和W3共3種類型[10]，含義分別是：

(1)W1——WLAN信號(hào)強(qiáng)度高于指定門限；

(2)W2——WLAN移動(dòng)集合中所有WLAN的信號(hào)強(qiáng)度均低于指定門限1，同時(shí)集合外存在某個(gè)WLAN的信號(hào)強(qiáng)度高于指定門限2；

(3)W3——WLAN移動(dòng)集合中所有WLAN的信號(hào)強(qiáng)度均低于指定門限。

圖2 WLAN測(cè)量過(guò)程Fig.2 The procedure of WLAN measurement

UE發(fā)送RRCConnectionReconfigurationComplete消息進(jìn)行測(cè)量配置的確認(rèn)，然后啟動(dòng)對(duì)WLAN移動(dòng)集合中各網(wǎng)絡(luò)的掃描。掃描分主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式，前者是UE主動(dòng)向指定WLAN AP發(fā)送探測(cè)(Probe)幀，后者是UE被動(dòng)偵聽(tīng)AP定期發(fā)送的信標(biāo)(Beacon)幀。當(dāng)UE檢測(cè)到測(cè)量事件的觸發(fā)條件滿足時(shí)，就向eNodeB發(fā)送WLAN測(cè)量報(bào)告，其中包含RSSI測(cè)量值、信道利用率、站點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)絡(luò)接納能力和回傳速率等信息。

第二種方式是在eNodeB和WLAN之間引入標(biāo)準(zhǔn)化接口，直接交換信息。對(duì)于共站部署場(chǎng)景，兩者之間的接口屬于設(shè)備內(nèi)部接口，由設(shè)備制造商定義；對(duì)于非共站部署場(chǎng)景，3GPP定義了標(biāo)準(zhǔn)化接口Xw，如圖3所示。圖中，WT是3GPP定義的一種在邏輯上代表WLAN系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，用于終止WLAN側(cè)的Xw接口，物理上可以位于AP或者接入控制器(Access Controller，AC)。由于在RCLWI方案中，業(yè)務(wù)錨點(diǎn)位于核心網(wǎng)，eNodeB和WLAN之間不存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸通道，因此Xw接口只有控制平面(稱為Xw-C)的處理。圖3同時(shí)展示了Xw-C的協(xié)議結(jié)構(gòu)，它參考X2接口的設(shè)計(jì)思想[11]，也是基于流控傳輸協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(Stream Control Transmission Protocol/Internet Protocol，SCTP/IP)棧，不同之處在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層用新定義的Xw應(yīng)用協(xié)議(Xw Application Protocol，XwAP)[12]代替了X2應(yīng)用協(xié)議[13]。

圖3 RCLWI非共站部署場(chǎng)景Fig.3 Non-collocated RCLWI scenario

作為Xw接口的信令協(xié)議，XwAP主要負(fù)責(zé)接口的管理，包括接口的初始化、復(fù)位和WT配置數(shù)據(jù)的更新。此外，XwAP接口還需要傳送WLAN狀態(tài)報(bào)告，其中包含WLAN標(biāo)識(shí)符、AP負(fù)荷、回傳速率、回程鏈路負(fù)荷等信息。

第二種方式引入了新接口，部署時(shí)需要升級(jí)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但是，它能夠保證eNodeB更加及時(shí)準(zhǔn)確地獲得WLAN狀態(tài)信息，還可以有效減少空中接口的信令量和UE電池功耗，因此是eNodeB獲取WLAN信息的主要方式。WLAN測(cè)量則作為輔助方式，供eNodeB了解RSSI等無(wú)法由WLAN直接提供的信息。

2.3LTE/WLAN聚合技術(shù)

LTE/WLAN聚合(LTE/WLAN Aggregation，LWA)技術(shù)的目標(biāo)是更加充分地利用非授權(quán)頻段的資源，提升系統(tǒng)容量，改善用戶體驗(yàn)質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制力。相比于其他技術(shù)，LWA最重要的特點(diǎn)是引入了IP流聚合功能，使得一個(gè)數(shù)據(jù)連接中的分組可以同時(shí)經(jīng)由LTE和WLAN傳輸，從而更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，提升用戶的峰值速率。

LWA吸收了載波聚合和雙連接技術(shù)的設(shè)計(jì)思想，將WLAN作為輔助載波，由eNodeB控制使用。LWA有共站部署和非共站部署兩種形態(tài)，前者類似于載波聚合，后者類似于雙連接。在非共站部署時(shí)，eNodeB和WLAN之間需要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化接口，如圖4所示。

圖4 基于LWA的融合系統(tǒng)架構(gòu)Fig.4 The architecture of LWA-based system

LWA沿用RCLWI已定義的Xw接口和WT等概念，并且新增Xw接口用戶平面(稱為Xw-U)處理功能，使eNodeB將來(lái)自因特網(wǎng)、IP多媒體子系統(tǒng)等分組網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS隧道協(xié)議(GPRS Tunneling Protocol，GTP)封裝，然后經(jīng)隧道分流至WLAN[14]。LWA還擴(kuò)展了Xw-C的功能，使eNodeB能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和用戶狀態(tài)的變化，動(dòng)態(tài)地添加、修改和釋放WLAN鏈路。

LWA支持兩種分流方式：基于承載的方式和基于分組的方式。前者類似于雙連接中的承載轉(zhuǎn)移，是將一個(gè)演進(jìn)的分組系統(tǒng)(Evolved Packet System，EPS)承載中的全部分組轉(zhuǎn)移到WLAN，如圖4中的EPS承載1；后者對(duì)應(yīng)于雙連接中的承載分離[15]，可實(shí)現(xiàn)IP流聚合功能，如圖4中的EPS承載2。

LWA在分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的分割與聚合，如圖5所示。圖中僅描述LWA下行數(shù)據(jù)處理過(guò)程，原因是目前LWA技術(shù)只支持下行傳輸，上行數(shù)據(jù)全部由LTE網(wǎng)絡(luò)傳輸。LWA適配協(xié)議(LWA Adaptation Protocol，LWAAP)[16]是新增加的適配層，它作為PDCP層與WLAN 媒體接入控制(Medium Access Control，MAC)層之間的接口，為每個(gè)即將通過(guò)WLAN傳輸?shù)腜DCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元添加數(shù)據(jù)無(wú)線承載(Data Radio Bearer，DRB)標(biāo)識(shí)符。當(dāng)UE有多個(gè)承載的數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)WLAN傳輸時(shí)，可以通過(guò)DRB標(biāo)識(shí)符區(qū)分各PDCP實(shí)體。UE的PDCP層收到來(lái)自LWAAP層和無(wú)線鏈路控制(Radio Link Control，RLC)層的下行數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)PDCP報(bào)頭中的序號(hào)字段進(jìn)行重排序處理，以確保向高層順序地遞交數(shù)據(jù)分組。

圖5 LWA用戶平面協(xié)議結(jié)構(gòu)Fig.5 LWA user plane protocol stack

LWA技術(shù)的引入，使得移動(dòng)性管理過(guò)程更加復(fù)雜，不僅需要考慮跨小區(qū)、跨eNodeB的切換，還必須考慮跨AP的切換。為了避免AP間的頻繁切換導(dǎo)致LTE空中接口和Xw接口的信令負(fù)荷增加，eNodeB為每個(gè)UE配置唯一的WLAN移動(dòng)集合，集合內(nèi)所有AP共享同一個(gè)WT。當(dāng)UE在集合內(nèi)的不同AP間切換時(shí)，不需要eNodeB控制，直接遵循現(xiàn)有的WLAN移動(dòng)性管理機(jī)制，如IEEE 802.11r快速切換協(xié)議[17]。UE在WLAN移動(dòng)集合間的切換需要eNodeB控制完成。

eNodeB進(jìn)行移動(dòng)性管理時(shí)，需要準(zhǔn)確了解UE周圍的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及UE與WLAN之間的連接狀態(tài)，為此LWA采用WLAN測(cè)量和WLAN連接狀態(tài)報(bào)告處理機(jī)制，使eNodeB可以根據(jù)UE提供的測(cè)量報(bào)告，適時(shí)地為其增加/刪除WT、更新WLAN移動(dòng)集合等。當(dāng)UE與WLAN之間的連接建立失敗或者連接中斷時(shí)，eNodeB還可以根據(jù)UE發(fā)送的WLAN連接狀態(tài)報(bào)告，及時(shí)地調(diào)整LWA分流方案。

2.4LWIP技術(shù)

在R13階段，3GPP還提出一種基于IP安全(IP Security，IPSec)隧道的LTE/WLAN無(wú)線融合方案(LTE/WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel，LWIP)，它采用與LWA相類似的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但是不支持業(yè)務(wù)聚合。

LWIP技術(shù)的基本思想是在UE與eNodeB之間建立一條經(jīng)過(guò)WLAN AP的IPSec隧道(稱為L(zhǎng)WIP隧道)，用于傳輸屬于一個(gè)或者多個(gè)DRB的IP數(shù)據(jù)包。每個(gè)DRB單獨(dú)配置，根據(jù)需要可以設(shè)置為在LWIP隧道上進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，僅下行方向傳輸或者僅上行方向傳輸。

LWIP系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示，在eNodeB和WLAN之間需要引入一個(gè)新的網(wǎng)元LWIP-SeGW，用于與UE建立LWIP隧道。eNodeB與LWIP-SeGW采用私有IP地址進(jìn)行通信，兩者之間僅傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，不存在控制平面的處理。

圖6 LWIP系統(tǒng)架構(gòu)Fig.6 LWIP architecture

LWIP在IP層實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流，如圖7所示。在下行方向上，eNodeB的IP層將數(shù)據(jù)分組用傳輸協(xié)議封裝后直接發(fā)送到LWIP-SeGW，后者將數(shù)據(jù)通過(guò)IPSec隧道傳送至UE。在上行方向上，UE產(chǎn)生的IP數(shù)據(jù)包必須經(jīng)過(guò)LWIP封裝協(xié)議(LWIP Encapsulation Protocol，LWIPEP)[18]層處理，添加相應(yīng)DRB標(biāo)識(shí)后，才能送到隧道中傳輸。

圖7 LWIP隧道的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)Fig.7 LWIP tunnel protocol stack

在LWIP中，eNodeB與WLAN之間無(wú)信令交互，終端測(cè)量報(bào)告是eNodeB獲取WLAN狀態(tài)信息的主要途徑。LWIP重用了LWA中的移動(dòng)性管理機(jī)制，盡管此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有WT，eNodeB仍然會(huì)為UE指定WLAN移動(dòng)集合，當(dāng)UE在該集合內(nèi)的AP間切換時(shí)，不需要通知eNodeB。

3 對(duì)比分析

上述各方案對(duì)終端和網(wǎng)絡(luò)的影響不盡相同，適用場(chǎng)景也有所差異。目前最易于快速部署的是RAWI方案，只要引入新的LTE空口消息，就能在一定程度上改善接入設(shè)備的負(fù)載狀況，提高系統(tǒng)吞吐量。然而，RAWI方案將網(wǎng)絡(luò)選擇的決策權(quán)賦予終端，運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制力度較弱，不能有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。而且，由于RAN與WLAN之間未引入標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此eNodeB無(wú)法直接獲取WLAN狀態(tài)信息，只能通過(guò)操作維護(hù)管理(Operation Administration Maintenance，OAM)、UE報(bào)告等其他途徑得到，難以保證信息的全面性和實(shí)時(shí)性。

RCLWI方案能夠有效克服RAWI的缺點(diǎn)，選網(wǎng)時(shí)以網(wǎng)絡(luò)側(cè)為主導(dǎo)，對(duì)用戶完全透明，同時(shí)由Xw接口提供的WLAN狀態(tài)信息，可幫助終端有針對(duì)性地掃描并快速發(fā)現(xiàn)適用的WLAN網(wǎng)絡(luò)。但是，RCLWI的復(fù)雜度較高，信令開銷也較大，并且與RAWI一樣，不支持LTE和WLAN之間的無(wú)線側(cè)切換，業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)間的遷移由核心網(wǎng)控制完成，處理時(shí)延較大，難以做到用戶無(wú)感知。

LWA方案將業(yè)務(wù)錨點(diǎn)設(shè)在eNodeB處，切換過(guò)程由無(wú)線側(cè)控制，可以有效減少處理時(shí)延，提升用戶體驗(yàn)，同時(shí)還降低了核心網(wǎng)處理的信令量。更為重要的是，LWA是4種方案中唯一支持IP流聚合的技術(shù)，因而可以大幅提升WLAN資源利用率和用戶峰值速率。但是，LWA實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度很高，需要擴(kuò)展LTE空口協(xié)議棧，升級(jí)已部署的WLAN設(shè)備，而且目前LWA技術(shù)尚不成熟，還有一些問(wèn)題留待后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)中解決，如上行數(shù)據(jù)傳輸、安全性等。LWA適用于運(yùn)營(yíng)商部署的WLAN網(wǎng)絡(luò)，這類網(wǎng)絡(luò)具有良好的可靠性、可管理性和安全性，而非運(yùn)營(yíng)商WLAN網(wǎng)絡(luò)卻不具備這些特點(diǎn)，因此無(wú)法應(yīng)用于LWA中。

LWIP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠支持傳統(tǒng)的非運(yùn)營(yíng)商WLAN網(wǎng)絡(luò)，其處理過(guò)程對(duì)WLAN節(jié)點(diǎn)完全透明，部署時(shí)不需要升級(jí)已有WLAN設(shè)備的軟硬件，并且還能通過(guò)IPSec技術(shù)保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)非可信WLAN傳輸時(shí)的安全性。然而，LWIP不具備IP流聚合功能，原因是IP報(bào)頭不含分組序號(hào)，接收端無(wú)法對(duì)經(jīng)由不同路徑傳輸?shù)姆纸M進(jìn)行重新排序。

表1比較了4種融合方案對(duì)終端、eNodeB和WLAN網(wǎng)絡(luò)的影響，表2進(jìn)一步比較了它們?cè)谌诤铣潭?、分流粒度等方面的差異。由于各種方案的特征和適用場(chǎng)合明顯不同，因此部署時(shí)需要綜合考慮運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研發(fā)進(jìn)度、終端支持能力等多方面的因素。

表1 各方案對(duì)終端、eNodeB和WLAN的影響Tab.1 The impact of different methods on UE,eNodeB and WLAN

表2 各方案特征比較Tab.2 Feature comparison among different methods

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，4種LTE/WLAN無(wú)線融合技術(shù)的提出，為運(yùn)營(yíng)商靈活選擇端到端的LTE-WLAN解決方案帶來(lái)了便利。目前,在連接狀態(tài)下LWA方案的性能最優(yōu)，它可以通過(guò)聚合技術(shù)充分利用WLAN系統(tǒng)中的非授權(quán)頻譜資源，還能夠與RAWI方案相配合，在空閑狀態(tài)時(shí)通過(guò)后者實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商電信級(jí)WLAN網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，也為L(zhǎng)WA的商用提供了基礎(chǔ)和動(dòng)力。

但是，LWA技術(shù)目前尚不完善，后續(xù)還要進(jìn)行功能增強(qiáng)，應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面：一是研究支持承載分離和承載轉(zhuǎn)移的上行數(shù)據(jù)傳輸方案，重點(diǎn)是解決WLAN分流比例和分流時(shí)機(jī)的選擇、上行流量控制、EPS服務(wù)質(zhì)量與WLAN接入類別的映射等問(wèn)題。二是研究在WT保持不變的條件下，跨小區(qū)和跨eNodeB的切換，重點(diǎn)考慮切換過(guò)程中WT釋放、添加的時(shí)機(jī)，安全密鑰處理，WLAN移動(dòng)集合更新，服務(wù)中斷時(shí)間最小化等問(wèn)題。三是研究對(duì)新一代WLAN標(biāo)準(zhǔn)的支持，包括60 GHz毫米波頻段的測(cè)量，優(yōu)化PDCP層以適應(yīng)10 Gbit/s以上的高速WLAN等。為了更好地適應(yīng)這些新標(biāo)準(zhǔn)，LWA需要擴(kuò)展控制平面和用戶平面的功能。四是研究用于LWA的自動(dòng)鄰居關(guān)系(Automatic Neighbor Relation，ANR)機(jī)制。在現(xiàn)有融合方案中，eNodeB主要依靠WLAN測(cè)量和OAM發(fā)現(xiàn)服務(wù)區(qū)內(nèi)的WLAN AP。LWA ANR將拓展AP的發(fā)現(xiàn)途徑，例如:從與相鄰eNodeB交換的WLAN鄰居信息或者從UE的測(cè)量日志中獲取。當(dāng)eNodeB服務(wù)區(qū)內(nèi)有AP新加入或者更改了WLAN標(biāo)識(shí)符，ANR機(jī)制還能評(píng)估這些變化對(duì)各UE的LWA傳輸產(chǎn)生的影響，并更新WLAN移動(dòng)集合。五是LWA與其他非授權(quán)頻譜應(yīng)用技術(shù)的共存，如雙連接、輔助授權(quán)接入等。

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ResearchProgressofLTE/WLANRadioLevelIntegrationin3GPPStandard

SHI Yuanying，ZHANG Jiali

(School of Telecommunication and Information Engineering，Xi′an University of Posts and Telecommunications，Xi′an 710121，China)

Four mechanisms for realizing radio level integration of long term evolution(LTE)system and wireless local area network(WLAN)are summarized. Based on analysis of the deficiencies of traditional integration at core network level,the standardization process of radio level integration in 3GPP Release 12 and 13 is introduced. The effect of each mechanism on user equipment,evolved Node B(eNodeB)and WLAN is discussed as well as their characteristics,merits and application scenarios,which provides a thought for operators to deploy their integrated LTE/WLAN networks.

long term evolution(LTE)；wireless local area network(WLAN)；radio level integration；interworking；aggregation

date:2017-02-23；Revised date：2017-05-23

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2014ZX03001025-006)；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(14JK1678)

10.3969/j.issn.1001-893x.2017.09.020

施苑英，張伽俐.3GPP LTE/WLAN無(wú)線融合技術(shù)研究進(jìn)展[J].電訊技術(shù)，2017,57(9):1092-1098.[SHI Yuanying，ZHANG Jiali.Research progress of LTE/WLAN radio level integration in 3GPP standard[J].Telecommunication Engineering,2017,57(9):1092-1098.]

TN929.5

：A

：1001-893X(2017)09-1092-07

施苑英(1976—)，女，陜西西安人，2001年于西安電子科技大學(xué)獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為副教授，主要研究方向?yàn)閷拵o(wú)線通信、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合等；

Email：shi_yuanying@163.com

張伽俐(1992—)，男，湖北天門人，2015年于西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為西安郵電大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)閷拵o(wú)線通信。

2017-02-23；

：2017-05-23

**通信作者：shi_yuanying@163.com Corresponding author：shi_yuanying@163.com