WLAN與3GPP無線互操作研究進(jìn)展與展望*

?

WLAN與3GPP無線互操作研究進(jìn)展與展望*

魯娜，謝偉良，楊峰義，畢奇

（中國電信股份有限公司，北京 100031）

摘 要終端如何在3GPP與WLAN中選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)接入并進(jìn)行業(yè)務(wù)分流是WLAN與3GPP互操作中需要解決的重要問題。傳統(tǒng)3GPP與WLAN互操作主要集中在核心網(wǎng)層面，無法考慮無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，容易造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不均，用戶體驗(yàn)降低。3GPP R12階段在RAN2開展了WLAN與3GPP無線互操作研究，定義了一系列無線接入網(wǎng)輔助參數(shù)和無線接入網(wǎng)規(guī)則以增強(qiáng)WLAN與3GPP在無線的接入網(wǎng)選擇和業(yè)務(wù)分流方案，有效提高了用戶體驗(yàn)以及運(yùn)營商對于WLAN的控制能力，為WLAN與3GPP網(wǎng)絡(luò)深入融合提供解決方案。

關(guān)鍵詞3GPP網(wǎng)絡(luò)；WLAN；ANDSF；無線互操作；接入網(wǎng)選擇；業(yè)務(wù)分流

終端如何在3GPP與WLAN中選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)接入并進(jìn)行業(yè)務(wù)分流是WLAN與3GPP互操作中需要解決的重要問題。3GPP在R8引入了ANDSF，對終端智能選網(wǎng)和業(yè)務(wù)分流起到了舉足輕重的作用。ANDSF能夠響應(yīng)終端接入網(wǎng)絡(luò)選擇的請求，根據(jù)終端上報(bào)的位置及用戶選網(wǎng)偏好等信息，為終端制定最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)選擇策略，協(xié)助終端發(fā)現(xiàn)周圍可用的接入網(wǎng)，并輔助終端進(jìn)行接入網(wǎng)絡(luò)選擇，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有效分流。然而ANDSF的選網(wǎng)策略未考慮無線網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和負(fù)載情況，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡，用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)降低。為了改善用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，充分利用運(yùn)營商已經(jīng)部署的WLAN，更好的進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，3GPP RAN（Radio Access Network）在R12啟動(dòng)了WLAN 與3GPP無線網(wǎng)絡(luò)互操作的研究，RAN2先后成立了WLAN/3GPP 無線互操作 SI（Study Item）和WI

（Work Item）進(jìn)行相關(guān)研究工作。

1　研究進(jìn)展

1.1 概述

WLAN/3GPP無線互操作SI立項(xiàng)在RAN#58次會(huì)議通過[1]，報(bào)告人英特爾，并在RAN2 #81次會(huì)議上正式開始研究，RAN2#84次會(huì)議完成討論，形成研究報(bào)告TR37.840[2]，提交給RAN#62次全會(huì)通過，并成立新的WI[3]繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，在2014年9月RAN#65全會(huì)結(jié)束。

WLAN與3GPP無線互操作研究前提是終端的選網(wǎng)偏好優(yōu)先級高于網(wǎng)絡(luò)側(cè)策略，研究依賴于現(xiàn)有的WLAN功能，避免對IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）和WFA（Wi-Fi Alliance）規(guī)范的修改，并與現(xiàn)有核心網(wǎng)側(cè)WLAN分流相關(guān)功能匹配。研究的主要目標(biāo)是明確RAN對WLAN/3GPP互操作的需求及應(yīng)用場景，研究能夠增強(qiáng)運(yùn)營商對WLAN控制的方案，包括WLAN不過載時(shí)提高WLAN的利用率，考慮終端無線鏈路質(zhì)量、負(fù)載等因素的影響，進(jìn)行蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WLAN之間的網(wǎng)絡(luò)選擇和雙向負(fù)載均衡方法，并評估對現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制的影響。

1.2 場景

WLAN與3GPP無線互操作研究場景聚焦于運(yùn)營商部署WLAN，如圖1所示。非運(yùn)營商部署的WLAN不在研究范圍內(nèi)。

場景A：終端在3GPP覆蓋范圍內(nèi)，正在使用3GPP，然后進(jìn)入WLAN 覆蓋范圍。

場景B：終端在3GPP和WLAN覆蓋范圍內(nèi)，正在使用WLAN，然后離開WLAN覆蓋范圍。

場景C：終端在3GPP和WLAN覆蓋范圍內(nèi)，正在使用WLAN，一部分或者全部業(yè)務(wù)應(yīng)該被分流到3GPP網(wǎng)絡(luò)。

場景D：終端在3GPP 和WLAN覆蓋范圍內(nèi)，正在使用3GPP，一部分或者全部業(yè)務(wù)應(yīng)該被分流到WLAN。

場景E：終端在3GPP 和WLAN覆蓋范圍內(nèi)，正在同時(shí)使用3GPP和WLAN，終端應(yīng)該只連接到一種接入技術(shù)，或者將一部分業(yè)務(wù)分流到另外一種接入技術(shù)。

1.3 候選方案

WLAN/3GPP無線互操作SI階段經(jīng)過各方討論，最終給出了3種候選解決方案[2]。

方案1：RAN通過公共或者專用信道下發(fā)輔助信息給UE，UE根據(jù)RAN信息、UE測量到的WLAN網(wǎng)絡(luò)信息，以及從ANDSF或是預(yù)定義或是從網(wǎng)管中獲取的策略進(jìn)行判斷，選擇切換到3GPP或WLAN。方案適用于E-UTRAN的RRC IDLE態(tài)和RRC CONNECTED態(tài)，UTRAN中UE IDLE態(tài)、CELL_ DCH、CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH態(tài)，如圖2所示。

方案2：RAN提供網(wǎng)絡(luò)選擇和業(yè)務(wù)分流規(guī)則，并通過專用或者公共信道提供規(guī)則中需要使用的門限。方案適用于E-UTRAN的RRC IDLE態(tài)和RRC CONNECTED態(tài)，UTRAN中UE IDLE態(tài)、CELL_DCH、CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH態(tài)，如圖3所示。

方案3：UE處于RRC CONNECTED態(tài)或CELL_ DCH態(tài)時(shí)，RAN通過專用信令對UE進(jìn)行負(fù)載均衡，如圖4所示。

從以上3種方案來看，方案1和方案2均為網(wǎng)絡(luò)側(cè)輔助終端主導(dǎo)的方式，方案3為網(wǎng)絡(luò)側(cè)主導(dǎo)的方式，運(yùn)營商對于網(wǎng)絡(luò)控制更強(qiáng)，與方案1相比增加了更多的網(wǎng)絡(luò)測量功能，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜但是性能最優(yōu)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)化

雖然RAN2在SI階段并未明確給出3種候選方案的選擇，但是支持方案1和方案2的公司更多，因此在WI研究階段工作主要集中在WLAN與3GPP無線網(wǎng)絡(luò)選擇和業(yè)務(wù)分流機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)化，包括選擇RAN通過系統(tǒng)廣播和/或?qū)Ｓ眯帕钕掳l(fā)的接入網(wǎng)選擇和業(yè)務(wù)分流輔助參數(shù)，以及ANDSF沒有部署或者終端不支持情況下，RAN下發(fā)的接入網(wǎng)選擇和業(yè)務(wù)分流規(guī)則，RAN下發(fā)的輔助的WLAN ID信息、業(yè)務(wù)分流信息等。

圖1　WLAN與3GPP互操作場景用例

圖2　方案1示意圖

目前標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)基本完成，對RAN輔助參數(shù)、RAN規(guī)則、WLAN參數(shù)等達(dá)成了一致，如表1所示[4～8]，并對無線一系列規(guī)范 36.300/36.304/36.306/36.331 /25.300/25.304/25.306/25.331進(jìn)行修改[9～12]，以支持WLAN與3GPP無線的互操作。RAN輔助參數(shù)在WLAN與LTE分流中的示例如圖5所示。

2　展望

為了解決移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆炸性增長的問題，更好的發(fā)揮WLAN數(shù)據(jù)分流作用，需要WLAN與蜂窩網(wǎng)絡(luò)在無線網(wǎng)深度融合。雖然R12定義了一系列RAN的接入網(wǎng)選擇和業(yè)務(wù)分流規(guī)則以及輔助參數(shù)，但這種基于規(guī)則的觸發(fā)分流機(jī)制只能做到網(wǎng)絡(luò)選擇和APN（Access Point Name）級別分流，粒度仍較粗。

圖3(a)方案2：業(yè)務(wù)從3GPP切到WLAN 圖3(b)方案2：業(yè)務(wù)從WLAN切到3GPP

圖4　方案3示意圖

圖5　RAN輔助參數(shù)在WLAN與LTE分流中的示例

在3GPP 6月召開的RAN#64次全會(huì)中，高通、英特爾等廠家提出了WLAN與LTE在無線的深度融合方案[13,14]，包括WLAN與LTE集成設(shè)備部署時(shí)，將WLAN作為輔助載波，采用載波聚合或者雙連接技術(shù)與LTE進(jìn)行深度融合，如圖6所示。無線數(shù)據(jù)承載在LTE基站進(jìn)行分離，由LTE基站進(jìn)行分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP，Packet Data Convergence Protocol）層和無線鏈路控制（RLC，Radio Link Control）層處理，通過LTE基站和WLAN AP MAC層和PHY層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這種方案的好處是能夠?qū)LAN納入運(yùn)營商無線資源管理中，根據(jù)實(shí)時(shí)的無線信道質(zhì)量和負(fù)載對WLAN和LTE進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度，能夠極大的提升用戶吞吐量的同時(shí)，支持RAN無縫切換，且對核心網(wǎng)不可見，可有效降低運(yùn)營商WLAN網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本?？梢灶A(yù)見在R13階段，WLAN與LTE無線深度融合方案將是業(yè)界的研究重點(diǎn)，包括WLAN與LTE用戶面是在RLC層還是PDCP層進(jìn)行匯聚方案性能評估；無線深度融合帶來的控制面問題， 如激活、去激活、安全、移動(dòng)性；WLAN與LTE共站部署和非共站部署方案的信令和接口方案等。

表1　WLAN與3GPP無線的互操作標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展匯總

3　結(jié)束語

WLAN與3GPP無線互操作可以綜合考慮WLAN 與3GPP無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、無線鏈路質(zhì)量、WLAN回傳速率等因素的影響進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇和業(yè)務(wù)分流。與單純采用核心網(wǎng)融合方案相比，可以更加有效的進(jìn)行WLAN 與3GPP網(wǎng)絡(luò)的雙向負(fù)載均衡，對于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)深度融合，提升用戶體驗(yàn)，降低運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本具有重要意義。

圖6　LTE與WLAN無線深度融合方案

參考文獻(xiàn)

[1]3GPP RP-122038. WLAN/3GPP Radio Interworking SID[R]. Spain: TSG-RAN#58, 2012.

[2]3GPP TR37.834. Study on Wireless Local Area Network (WLAN)-3GPP radio interworking[R]. 2013.

[3]3GPP RP-132101. WLAN/3GPP Radio Interworking WID[R]. Korea: TSG-RAN#62, 2013.

[4]3GPP R2-140842. Proposed way forward on WLAN/3GPP radio interworking[R]. Czech Republic: TSG-RAN2#85, 2014.

[5]3GPP R2-141854. Report of 3GPP TSG RAN WG2 meeting

#85[R]. Czech Republic: TSG-RAN2#85, 2014.

[6]3GPP R2-142941. Report of 3GPP TSG RAN WG2 meeting #85bis[R]. Spain: TSG-RAN2#85bis, 2014.

[7]3GPP R2-143071. Report of 3GPP TSG RAN WG2 meeting #86[R]. Korea: TSG-RAN2#86, 2014.

[8]3GPP R2-144101. Report of 3GPP TSG RAN WG2 meeting #87[R]. Germany: TSG-RAN2#87, 2014.

[9]3GPP R2-143177. 36300_CR_(Rel-12)[R]. Germany: TSGRAN2#87, 2014.

[10]3GPP R2-144020. 36304_CR_(Rel-12)[R]. Germany: TSGRAN2#87, 2014.

[11]3GPP R2-144021. 36331_CR_(Rel-12)[R]. Germany: TSGRAN2#87, 2014.

[12]3GPP R2-143002. Follow up liaison response to 3GPP R2-141855[R]. Germany: TSG-RAN2#87, 2014.

[13]3GPP RP-140685. Motivation for new SI: Integrated LTE-WLAN RATs[R]. France: TSG-RAN#64, 2014.

[14]3GPP RP-140739. Motivation for LTE-WiFi Aggregation[R]. France: TSG-RAN#64, 2014.

Research and prospection on WLAN and 3GPP radio interworking

LU Na, XIE Wei-liang, YANG Feng-yi, BI Qi

(China Telecom Corporation Limited, Beijing 100031, China)

Abstract It is an important issue for user terminals to perform network selection and thus enable traffi c offl oading for interworking between WLAN and 3GPP networks. Traditional solutions focused on core network without taking into account traffi c load on radio network, and will therefore lead to load unbalance and user experience degradation. To solve this problem, 3GPP launched study item and work item on WLAN and 3GPP radio interworking in R12 phase, defi ning a series of RAN auxiliary parameters and rules to enhance access network selection and traffi c offl oading on radio network side, which can improve user experience and provide more effi cient administration capability of WLAN for operators thus achieving a deep convergence solution for interworking between WLAN and 3GPP.

Keywords 3GPP network; WLAN; ANSDF; radio interworking; access network selection; traffi c offl oading

* 基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”基金資助項(xiàng)目(No.2015ZX03002004)。

收稿日期：2014-12-26

文章編號1008-5599（2015）02-0042-05

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

中圖分類號TN929.5