无线通信中Cellular和WiFi的融合

沈光前

摘要：本文深入探讨了cellular和WiFi的无线接入融合，给出了今后融合的主要方式和今后需要解决的问题。

关键词：无线通信；Cellular；WiFi；融合目前的Cellular和WiFi基本是独立存在的2个网络，两者没有太多的关系。本文给出Cellular和WiFi的融合方案，最大程度的实现网络协作，实现cellular和WiFi的无缝切换，从传输速率和传输时延方面最大程度的提升用户的感知。

WiFi基于802.11协议系列，由于其频谱不需要授权以及自由组网的特性，近几年得到快速发展。其中802.11ac基于高阶MIMO技术，最高速率可以达到1Gbps，802.11ad在60GHz频段获得了更宽的带宽，支持802.11ad可实现多信道并行传输，多倍提升速率，802.11e提供基于QoS控制的VoIP和多媒体，802.11i提供robust的安全性，802.11r支持语音的快速漫游，802.11u支持更好的热点操作。WiFi有着巨大的应用前景，主要有2大原因。第1，在2.4GHz和5GHz上有500M带宽，60GHz更宽，频谱占有相比目前Cellular优势明显；第2，频谱主要用于小范围的覆盖，频谱复用率可以很高。因此，WiFi和cellular的深度融合，实现两个通信网络的立体化协作，必将为用户提供更优质的服务。

目前的WiFi已经支持Hotspot2.0技术，Hotspot2.0基于802.11u协议，允许终端决定热点提供什么样的业务，简化了鉴权和接入热点的流程，同时在空口提供加密，而且可以由网络来控制连接的建立，并推出了名为Passpoint的认证体系，旨在提升Wi-Fi的使用体验，致力于为移动用户带来无缝的Wi-Fi体验及全球漫游。

总体上，WiFi和Cellular的融合有2种大概的形式。一种为松耦合，一种为紧耦合。所谓松耦合指的是WiFi的数据流直接连接到Internet，其好处是可以最大程度的减小对cellualr的影响，WiFi不受cellular服务提供商的控制；所谓紧耦合指的是数据流需要通过cellular的核心网连接到internet，这种耦合方式有利于核心网统一控制进行数据的分流，但是需要对cellular進行大的改动。对于紧耦合的形式，特别是对于femeto，pico等基站，完全可以实现基于Celluar结构的统一物理机架的深度融合，蜂窝网也在朝着Smallcell方向发展以增加容量，各设备厂商也开始提供Smallcell与Wi-Fi集成的产品以最优成本增加网络的巨大容量，为非蜂窝终端提供业务及覆盖。

3gpp一直在考虑如何更好的进行WiFi的融合，WiFi的很多联盟也在考虑如何支持热点漫游即不同的WiFi提供商之间的漫游，以及和cellular的无缝切换问题。

目前现在看到的应用主要是松耦合的形式，cellular和WiFi的漫游只是局限在同一个服务提供商，不同服务提供商之间无法漫游。后续可能更多的是会考虑紧耦合的形式，Wi-Fi与cellular的融合网络应朝着将Wi-Fi作为一种无线技术融入3GPP网络，在Heterogeneous/Smallcell场景下，Wi-Fi成为多种无线技术的一种，与其他蜂窝技术共用一个核心网，形成一个核心网，支持多种接入技术，支持资源的统一调配，支持策略统一控制，支持业务同一管理的异构网。概括起来，实现以下几个主要目标：

⑴支持不同服务提供商的WiFi漫游。

⑵支持cellular和WiFi的无缝切换。

⑶支持不使用用户名和密码的自动连接建立机制，比如通过sim卡进行鉴权。

⑷利用802.11i在空口实现更加安全的加密。

⑸通过策略控制机制实现对不同WiFi网络接入的灵活控制。

⑹物理层可以实现celluar和WiFi的双连接的建立，由应用层决定采用哪一个无线连接，见图2所示。

⑺Cellular和WiFi物理连接切换时，应用层需要保持数据包的连续性，保证应用层不中断，减少中断对用户感知的影响。

目前3gpp最新冻结的协议R11，给出了基于SaMOG(S2a-based Mobility over GTP),信任的WLAN接入网关的融合方案。数据业务可以直接连接到Internet，或者通过核心网穿越到Internet。

实现Cellular和WiFi的融合，必须要做接入网络的发现和选择，ANDSF功能提供了这样的一种机制。通过ANDSF，服务提供商可以实现对终端接入WiFi或者celluar的灵活控制。当然该控制是可以根据很多的策略来执行，比如网络当前的负荷，比如当前终端信号的接收电平和接收质量，比如终端的业务的QoS要求，比如终端电池的容量等等。

目前的ANDSF虽然已经实现了很多功能，但是还不是很完善，比如网络负荷的策略的具体化还未完全定下来，怎么获取和组合使用这些信息的标准化工作也还没有完成，ANDSF和用户信息数据库HSS的接口还没有标准化等等。因此，实现WiFi和ANDSF的深度融合未来还有很多的事情需要去研究，很多标准需要确定下来。

对于终端来说，维持高速的cellular和WiFi双连接，可能会带来电池耗电的大幅攀升，对于网络的智能选择，终端物理层需要做很多的测量，并进行策略的控制，这也必将加大终端的基带和控制的处理负荷，这都是在cellular和WiFi融合时需要进一步考虑的问题。