WLAN与3GPP无线互操作研究进展与展望*



WLAN与3GPP无线互操作研究进展与展望*

鲁娜，谢伟良，杨峰义，毕奇

（中国电信股份有限公司，北京 100031）

摘 要终端如何在3GPP与WLAN中选择最优网络接入并进行业务分流是WLAN与3GPP互操作中需要解决的重要问题。传统3GPP与WLAN互操作主要集中在核心网层面，无法考虑无线网络负载，容易造成网络负荷不均，用户体验降低。3GPP R12阶段在RAN2开展了WLAN与3GPP无线互操作研究，定义了一系列无线接入网辅助参数和无线接入网规则以增强WLAN与3GPP在无线的接入网选择和业务分流方案，有效提高了用户体验以及运营商对于WLAN的控制能力，为WLAN与3GPP网络深入融合提供解决方案。

关键词3GPP网络；WLAN；ANDSF；无线互操作；接入网选择；业务分流

终端如何在3GPP与WLAN中选择最优网络接入并进行业务分流是WLAN与3GPP互操作中需要解决的重要问题。3GPP在R8引入了ANDSF，对终端智能选网和业务分流起到了举足轻重的作用。ANDSF能够响应终端接入网络选择的请求，根据终端上报的位置及用户选网偏好等信息，为终端制定最优的网络选择策略，协助终端发现周围可用的接入网，并辅助终端进行接入网络选择，从而实现数据业务的有效分流。然而ANDSF的选网策略未考虑无线网络的信道质量和负载情况，容易导致网络负载不均衡，用户业务体验降低。为了改善用户业务体验，充分利用运营商已经部署的WLAN，更好的进行无线网络负载均衡，3GPP RAN（Radio Access Network）在R12启动了WLAN 与3GPP无线网络互操作的研究，RAN2先后成立了WLAN/3GPP 无线互操作 SI（Study Item）和WI

（Work Item）进行相关研究工作。

1　研究进展

1.1 概述

WLAN/3GPP无线互操作SI立项在RAN#58次会议通过[1]，报告人英特尔，并在RAN2 #81次会议上正式开始研究，RAN2#84次会议完成讨论，形成研究报告TR37.840[2]，提交给RAN#62次全会通过，并成立新的WI[3]继续进行标准化工作，在2014年9月RAN#65全会结束。

WLAN与3GPP无线互操作研究前提是终端的选网偏好优先级高于网络侧策略，研究依赖于现有的WLAN功能，避免对IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）和WFA（Wi-Fi Alliance）规范的修改，并与现有核心网侧WLAN分流相关功能匹配。研究的主要目标是明确RAN对WLAN/3GPP互操作的需求及应用场景，研究能够增强运营商对WLAN控制的方案，包括WLAN不过载时提高WLAN的利用率，考虑终端无线链路质量、负载等因素的影响，进行蜂窝网络和WLAN之间的网络选择和双向负载均衡方法，并评估对现有标准机制的影响。

1.2 场景

WLAN与3GPP无线互操作研究场景聚焦于运营商部署WLAN，如图1所示。非运营商部署的WLAN不在研究范围内。

场景A：终端在3GPP覆盖范围内，正在使用3GPP，然后进入WLAN 覆盖范围。

场景B：终端在3GPP和WLAN覆盖范围内，正在使用WLAN，然后离开WLAN覆盖范围。

场景C：终端在3GPP和WLAN覆盖范围内，正在使用WLAN，一部分或者全部业务应该被分流到3GPP网络。

场景D：终端在3GPP 和WLAN覆盖范围内，正在使用3GPP，一部分或者全部业务应该被分流到WLAN。

场景E：终端在3GPP 和WLAN覆盖范围内，正在同时使用3GPP和WLAN，终端应该只连接到一种接入技术，或者将一部分业务分流到另外一种接入技术。

1.3 候选方案

WLAN/3GPP无线互操作SI阶段经过各方讨论，最终给出了3种候选解决方案[2]。

方案1：RAN通过公共或者专用信道下发辅助信息给UE，UE根据RAN信息、UE测量到的WLAN网络信息，以及从ANDSF或是预定义或是从网管中获取的策略进行判断，选择切换到3GPP或WLAN。方案适用于E-UTRAN的RRC IDLE态和RRC CONNECTED态，UTRAN中UE IDLE态、CELL_ DCH、CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH态，如图2所示。

方案2：RAN提供网络选择和业务分流规则，并通过专用或者公共信道提供规则中需要使用的门限。方案适用于E-UTRAN的RRC IDLE态和RRC CONNECTED态，UTRAN中UE IDLE态、CELL_DCH、CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH态，如图3所示。

方案3：UE处于RRC CONNECTED态或CELL_ DCH态时，RAN通过专用信令对UE进行负载均衡，如图4所示。

从以上3种方案来看，方案1和方案2均为网络侧辅助终端主导的方式，方案3为网络侧主导的方式，运营商对于网络控制更强，与方案1相比增加了更多的网络测量功能，实现更复杂但是性能最优。

1.4 标准化

虽然RAN2在SI阶段并未明确给出3种候选方案的选择，但是支持方案1和方案2的公司更多，因此在WI研究阶段工作主要集中在WLAN与3GPP无线网络选择和业务分流机制的标准化，包括选择RAN通过系统广播和/或专用信令下发的接入网选择和业务分流辅助参数，以及ANDSF没有部署或者终端不支持情况下，RAN下发的接入网选择和业务分流规则，RAN下发的辅助的WLAN ID信息、业务分流信息等。

图1　WLAN与3GPP互操作场景用例

图2　方案1示意图

目前标准化工作已经基本完成，对RAN辅助参数、RAN规则、WLAN参数等达成了一致，如表1所示[4～8]，并对无线一系列规范 36.300/36.304/36.306/36.331 /25.300/25.304/25.306/25.331进行修改[9～12]，以支持WLAN与3GPP无线的互操作。RAN辅助参数在WLAN与LTE分流中的示例如图5所示。

2　展望

为了解决移动数据流量爆炸性增长的问题，更好的发挥WLAN数据分流作用，需要WLAN与蜂窝网络在无线网深度融合。虽然R12定义了一系列RAN的接入网选择和业务分流规则以及辅助参数，但这种基于规则的触发分流机制只能做到网络选择和APN（Access Point Name）级别分流，粒度仍较粗。

图3(a)方案2：业务从3GPP切到WLAN 图3(b)方案2：业务从WLAN切到3GPP

图4　方案3示意图

图5　RAN辅助参数在WLAN与LTE分流中的示例

在3GPP 6月召开的RAN#64次全会中，高通、英特尔等厂家提出了WLAN与LTE在无线的深度融合方案[13,14]，包括WLAN与LTE集成设备部署时，将WLAN作为辅助载波，采用载波聚合或者双连接技术与LTE进行深度融合，如图6所示。无线数据承载在LTE基站进行分离，由LTE基站进行分组数据汇聚协议（PDCP，Packet Data Convergence Protocol）层和无线链路控制（RLC，Radio Link Control）层处理，通过LTE基站和WLAN AP MAC层和PHY层进行转发。这种方案的好处是能够将WLAN纳入运营商无线资源管理中，根据实时的无线信道质量和负载对WLAN和LTE进行统一的调度，能够极大的提升用户吞吐量的同时，支持RAN无缝切换，且对核心网不可见，可有效降低运营商WLAN网络部署和维护成本。可以预见在R13阶段，WLAN与LTE无线深度融合方案将是业界的研究重点，包括WLAN与LTE用户面是在RLC层还是PDCP层进行汇聚方案性能评估；无线深度融合带来的控制面问题， 如激活、去激活、安全、移动性；WLAN与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与3GPP无线的互操作标准化进展汇总

3　结束语

WLAN与3GPP无线互操作可以综合考虑WLAN 与3GPP无线网络负载、无线链路质量、WLAN回传速率等因素的影响进行网络选择和业务分流。与单纯采用核心网融合方案相比，可以更加有效的进行WLAN 与3GPP网络的双向负载均衡，对于实现异构网络深度融合，提升用户体验，降低运营商网络部署和维护成本具有重要意义。

图6　LTE与WLAN无线深度融合方案

参考文献

[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

* 基金项目：国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”基金资助项目(No.2015ZX03002004)。

收稿日期：2014-12-26

文章编号1008-5599（2015）02-0042-05

文献标识码A

中图分类号TN929.5