盧斌

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

基于智能終端輔助的LWA聚合技術(shù)方案優(yōu)化探討

盧斌

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

為了對LWA（LTE/WLAN）聚合技術(shù)方案進行探討，在闡述雙連接技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了3GPP標準組織提出的LWA聚合方案在LTE網(wǎng)絡(luò)布署中涉及的新增接口、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整等難點，提出了基于智能終端輔助并在應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)聚合的LWA優(yōu)化方案思路，簡化了現(xiàn)有LWA方案的應(yīng)用部署，對雙連接技術(shù)在不同RAT技術(shù)聚合應(yīng)用有參考意義。

雙連接 LWA 數(shù)據(jù)聚合

1 引言

從3GPP的R10版本開始，提出了載波聚合、異構(gòu)網(wǎng)、CoMP、雙連接等增強技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)容量提升、降低系統(tǒng)干擾等方面進行了優(yōu)化。其中雙連接技術(shù)盡管相比載波聚合技術(shù)應(yīng)用不太多，但其方案思路適用性廣，在非理想回傳、不同RAT技術(shù)容量聚合以及5G初期NR和LTE互操作等方面將得到廣泛應(yīng)用，因此本文介紹LTE和WLAN的雙連接聚合（LWA）方案，分析該方案在實際網(wǎng)絡(luò)部署中存在的難點，提出基于智能終端輔助的LTE和WLAN在應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)聚合的優(yōu)化方案思路，從而避免了LWA技術(shù)對實際網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備改造的麻煩。

2 雙連接技術(shù)和LWA聚合技術(shù)方案

針對異構(gòu)網(wǎng)中的基站間采用xDSL、微波等中繼導致傳輸時延較大，對載波聚合和CoMP的性能影響較大的問題，3GPP在R12版本提出了雙連接技術(shù)[1]，作為基站間非理想傳輸條件下的容量提升解決方案。根據(jù)該規(guī)范，雙連接技術(shù)分為3C方案（與核心網(wǎng)對接為單節(jié)點接入）和1A方案（雙節(jié)點接入）方案[2-4]兩種方案，分別如圖1和圖2所示：

圖1 雙連接技術(shù)方案3C

圖2 雙連接技術(shù)方案1A

在3GPP R13中有關(guān)于LTE和WLAN的聚合技術(shù)實現(xiàn)方案，簡稱為LWA方案[5-8]，它在LTE雙連接技術(shù)的基礎(chǔ)上，對不同RAT技術(shù)進行擴展，實現(xiàn)了LTE和WLAN的聚合，有效地提升了終端的上網(wǎng)速率。圖3為LWA的示意圖：

圖3 現(xiàn)有LWA的示意圖（以3C方案為例）

圖3 中，3GPP規(guī)范中LWA方案的WLAN網(wǎng)絡(luò)部分采取兩種方案：1）引入WT（WLAN Termination）新網(wǎng)元；2）利用運營商已部署的AC（Access Control）。WT或AC通過Xw接口和eNB連接，引入的Xw類似LTE網(wǎng)絡(luò)中eNB基站之間的X2，也是雙連接技術(shù)中eNB和Wi-Fi AP之間進行信令和數(shù)據(jù)交互的主要接口。Xw是一個全新的接口，在部署時網(wǎng)絡(luò)運營商需增加WT或改造原有AC，并增加WT/AC和eNB之間的傳輸。在數(shù)據(jù)配置上，要對WT/AC所管理的AP集進行設(shè)置，和對應(yīng)的eNB進行關(guān)聯(lián)，確保UE在同一個Wi-Fi AP集的覆蓋范圍內(nèi)移動，LWA的邏輯連接不會發(fā)生切換。

圖4為現(xiàn)有LWA聚合協(xié)議棧示意圖。

從上述可以看出，目前基于雙連接技術(shù)的LWA方案在實際部署中存在以下難點：

（1）現(xiàn)有LWA方案涉及到更改Wi-Fi AP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要適用運營商已部署的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備改造量比較大。對于現(xiàn)有第三方或客戶自己部署的的AP無法接入，使LWA聚合方案難以快速落地。

（2）從圖4的協(xié)議?？梢钥闯?，WT或AC網(wǎng)元必須支持Xw接口功能才能實現(xiàn)LWA聚合，改造工程量大。

（3）增加的WT/AC必須配置參數(shù)，關(guān)聯(lián)對應(yīng)的LTE基站（主要考慮Wi-Fi的覆蓋和LTE基站覆蓋有重疊的情況），因為LTE基站分布和Wi-Fi AP分布差異很大，造成參數(shù)配置非常復雜，而且難以維護。

（4）增加LTE和WT/AC之間的Xw鏈路，需重新調(diào)整現(xiàn)有運營商部署Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路，不利于已有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)升級改造。

圖4 LWA聚合方案協(xié)議棧示意圖

從上述分析可以看出，現(xiàn)有LWA方案盡管從規(guī)范上嚴謹規(guī)定相關(guān)接口和新增網(wǎng)元功能，但比較理想化，沒有充分結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)部署的難度和改造工程量。

3 基于終端輔助的LWA聚合技術(shù)優(yōu)化方案

從第2節(jié)分析可以看出，目前基于雙連接技術(shù)的LWA方案在現(xiàn)網(wǎng)部署中存在較多難點，工程量大，不利于快速規(guī)模部署。結(jié)合考慮到目前在LTE網(wǎng)絡(luò)中，95%以上的終端都是智能終端，具有iOS或Android操作系統(tǒng)，在硬件方面都支持Wi-Fi功能。因此提出了基于終端輔助的在應(yīng)用層上的LWA方案，既可以實現(xiàn)LWA聚合功能，同時對現(xiàn)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)改造不大，可以根據(jù)實際需求進行部署。圖5為基于終端輔助的LWA聚合優(yōu)化方案示意圖：

圖5 基于智能終端輔助的LWA聚合優(yōu)化方案

在該優(yōu)化方案中，主要是在基于1A方案的LWA方案上進行優(yōu)化，方案省略了WT/AC網(wǎng)元，不需Xw接口。對SGW/MME網(wǎng)元進行軟件升級，支持IPsec隧道協(xié)議和雙連接功能。

前提條件：UE相應(yīng)的軟件升級，支持IPsec隧道協(xié)議、Wi-Fi AP測量和發(fā)現(xiàn)功能、MutiPath TCP功能，并上報MME/SGW。MME/SGW進行軟件升級支持IPsec隧道協(xié)議和雙連接能力。

優(yōu)化方案流程示意如圖6所示，主要流程描述如下：

（1）UE通過eNB連接到核心網(wǎng)（SGW和PGW），建立LTE網(wǎng)絡(luò)中的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載，按常規(guī)流程接入AS業(yè)務(wù)服務(wù)器。

（2）當UE進入Wi-Fi信號覆蓋區(qū)域，獲取對應(yīng)Wi-Fi AP的WAN口IP地址、端口等參數(shù)，該IP地址為公網(wǎng)IP地址，EPC核心網(wǎng)的網(wǎng)元都可以直接訪問。

（3）UE向MME上報相應(yīng)的Wi-Fi信號強度、對應(yīng)Wi-Fi AP的IP地址和端口。

（4）MME和SGW交互信息，根據(jù)上報的Wi-Fi AP地址，通過互聯(lián)網(wǎng)和對應(yīng)的Wi-Fi AP，和UE建立IPsec通道，為建立Wi-Fi承載進行配置。

（5）SGW分別通過LTE承載、Wi-Fi承載建立雙連接通道，發(fā)起相關(guān)的上網(wǎng)連接需求，從而實現(xiàn)在應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)聚合的LWA功能。

圖6 基于終端輔助的LWA聚合優(yōu)化方案流程

該優(yōu)化方案有以下優(yōu)點：

（1）充分發(fā)揮智能終端在應(yīng)用層基于MultiPath TCP的并發(fā)多Internet連接的功能。該功能只需在應(yīng)用層面上進行軟件升級，不需對底層的軟件硬件進行改造。

（2）充分利用現(xiàn)有已部署的Wi-Fi AP（包括基礎(chǔ)電信運營商、第三方商家和用戶自己部署），不需增加調(diào)整和增加Wi-Fi AP的回傳鏈路，便于快速規(guī)模部署。

（3）在運營商逐步退出包月不限流量的營銷套餐后，超過一定的流量門限后會通過降速（LTE承載進行降速）。如果此時能采用優(yōu)化后的LWA方案，可以通過Wi-Fi的承載進行數(shù)據(jù)聚合，有效地保持用戶使用感知。

（4）本方案可以借助LTE的信令信道，給智能終端下達定期監(jiān)測Wi-Fi信號和上報測量結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)測量情況，確定是否啟動LWA數(shù)據(jù)聚合，從而可以實現(xiàn)在所有AP覆蓋范圍內(nèi)進行無縫漫游。

該優(yōu)化方案主要的技術(shù)要點是充分利用智能終端的輔助，實現(xiàn)IPsec隧道建立、Wi-Fi AP測量和發(fā)現(xiàn)功能。

目前智能終端對本方案支持的可行性分析如下：

（1）硬件上，LTE智能終端都具備Wi-Fi功能，每個智能終端都具備兩個硬件Modem（連接），一個是LTE模式，一個是Wi-Fi模式，可以獲取兩個不同的IP地址，并通過軟件實現(xiàn)兩個Modem同時激活。

（2）軟件上，IETF標準組織對MultiPath TCP技術(shù)已經(jīng)發(fā)布了技術(shù)標準，見RFC 6824。圖7為MultiPath TCP的協(xié)議棧示意圖，在兩個不同的IP上分別形成TCP LTE子流和TCP Wi-Fi子流，通過MultiPath TCP協(xié)議層向上層提供服務(wù)[9]。

圖7 MultiPath TCP協(xié)議棧示意圖

通過上面分析，可以看出基于智能終端輔助和在應(yīng)用層實現(xiàn)的LWA方案具有良好的可操作性。

本文在充分闡述雙連接技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，對3GPP發(fā)布的LWA聚合方案在現(xiàn)網(wǎng)部署中存在的難點、相關(guān)問題進行深入分析，在此基礎(chǔ)上提出基于智能終端輔助的LWA在應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)聚合的優(yōu)化方案，對應(yīng)用雙連接技術(shù)在不同RAT技術(shù)聚合方面提出新的思路，并對智能終端上軟硬件對優(yōu)化方案支持的可行性進行分析。后續(xù)可考慮對基于Android和iOS操作系統(tǒng)的智能終端，分別開發(fā)相應(yīng)的客戶端軟件，實現(xiàn)IPsec隧道、Wi-Fi AP測量和發(fā)現(xiàn)功能、MutiPath TCP的功

4 結(jié)論

能，在核心網(wǎng)的MME/SGW軟件升級以支持LWA后，對優(yōu)化方案開展端對端的測試。

[1] RP-132069. New Work Item Description：Dual Connectivity for LTE[R]. 2014.

[2] H Wang, C Rosa, KI Pedersen. Dual connectivity for LTE-advanced heterogeneous networks[J]. Wireless Networks,2016,22(4): 1315-1328.

[3] 孟穎濤. 5G與LTE雙連接技術(shù)架構(gòu)選擇[J]. 移動通信,2017,41(2): 27-31.

[4] 3GPP TR 36.842 V1.2.0. Study on Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRA Higher Layer Aspests[S]. 2014.

[5] Intel. LTE-WLAN Aggregation(LWA): Benefits and Deployment Considerations[Z]. 2016.

[6] R3-151637. LTE-WLAN Aggregation Architecture[R].2015.

[7] RP-151114. LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement[R]. 2015.

[8] 3GPP TR 37.870 V2.0.0. Study on Multi-RAT joint coordination[S]. 2015.

[9] IETF RFC 6824. CP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses[R]. 2013.

[10] 譚丹. 雙連接架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 通信技術(shù),2017,50(1): 74-77.

[11] 馬玥,范斌. 雙連接技術(shù)與應(yīng)用淺析[J]. 郵電設(shè)計技術(shù),2016(12): 50-53.

[12] R2-152922. Agreements on LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement[R]. 2015.★

Discussion on Optimization of Smart Terminal Aided LWA Aggregation

LU Bin
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

In order to discuss LWA aggregation technique, the realization of dual connection was elaborated. The dif fi culties of newly added interface and network structure revolved of LWA aggregation technique proposed by 3GPP in LTE network deployment were expounded. A smart terminal aided LWA optimization solution which aggregates data on the application layer was proposed. The proposed solution simpli fi es the application deployment of the existing LWA technique and has the referential signi fi cance to dual connection technique in the different applications of RAT technique aggregation.

dual connectivity LWA data aggregation

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.21.006

TN929

A

1006-1010(2017)21-0026-04

盧斌. 基于智能終端輔助的LWA聚合技術(shù)方案優(yōu)化探討[J]. 移動通信, 2017,41(21): 26-29.

2017-05-26

黃耿東 huanggengdong@mbcom.cn

盧斌：高級工程師，工學博士畢業(yè)于華南理工大學，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為無線通信網(wǎng)絡(luò)演進及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。