5G与Wi-Fi融合组网需求分析及关键技术研究

龙 光

（湖南省邮电规划设计院有限公司，长沙 410000）

1 引言

2020年的5G时代将会是不同技术相辅相成的时代。5G技术和其他技术的融合组网成为一种不可逆转的趋势。作为运营商通常选用的异构网络，Wi-Fi总是最先被采用。对于今日的智能设备来说，Wi-Fi早已成为其中的标准配置。所以运营商首先考虑到的自然而然是5G和Wi-Fi的融合组网，能够使得蜂窝移动网络不至于负担过重，为用户营造良好的网络体验环境。

2 5G和Wi-Fi概念探究

2.1 5G移动通信网络

5G移动通信网络，指的是第五代移动通信技术，也可以说是继承和延伸了4G技术，但是和传统2、3G的直接接入无线网络的技术有较大差别。5G的最大效益是可以把多种无线通信技术相互结合，充分发挥它的便捷性和高效性。5G使移动通信技术的改进和创新，真正实现了网络融合，把各种事物利用安全的网络连接关联在了一起，为人们提供更好的用户体验；同时5G技术还能给运营商带来更高的经济效益，给人类带来全新的体验。

2.2 Wi-Fi网络概念

Wi-Fi是一种短程无线传输技术，能够传输一定范围内的网络信号。Wi-Fi可以通过和连接网络的计算机相连的路由器，传输给各式各样的无线设备，比如人们常用的手机、笔记本电脑等等。在一开始，Wi-Fi只用于大型的公司等，但是随着科技的发展，在智能设备上使用网络的人群数量扩张，人们对网络的需求越来越大，所以公众场所也开始普及Wi-Fi网络。这不但可以节省移动网络产生的高额费用，还可以使得人们的上网需求得到随时随地的满足。

2.3 二者融合组网技术上可行

Wi-Fi网络的组建十分方便，和有线网络比较，对软硬件的要求都十分低。同时市面上支持Wi-Fi的移动终端设备越来越多，不同终端的AP和运营商网络接口之间是可以相互联通的，这也就表明了Wi-Fi和移动通信网络的融合组网在技术上可行。另外，Wi-Fi和现有以太网络结构一模一样，也就是说Wi-Fi可以在现有的宽带网络上得到很好的集成，这样就可以实现两种业务的互相操作。对于新时代研发出来的第五代移动通信技术5G，也是可以利用其有线接入资源，在Wi-Fi网络上对5G业务实施部署的，由此实现两者之间的融合组网。虽然目前5G和Wi-Fi的融合组网技术尚处于实验状态，技术上没有真正突破，但是二者的融合组网是具有很强的可操作性的。

3 融合组网的需求探索

3.1 融合组网应用场景

5G和Wi-Fi的融合组网的主要业务就是移动互联网业务以及物联网业务。其中移动互联网业务包括流量类业务等等，用户的体验要求非常之高，这是5G和Wi-Fi融合组网需要解决的一个难题。在此同时，交互类业务发展势头也很迅速，苹果应用商店的APP下载量在逐年创造新高，快速的响应能力是交互类业务需要攻克的问题，要求达到用户肉眼不可见的时间延迟效果。

物联网采集类业务也是5G时代有巨大需求的方面之一。各个节点之间的连接数量在不断增长，成为无线通信技术面临的直接挑战。同时，物联网采集类业务还需要保证在数据传输时不能出差错，安全性能要求也很严苛。

融合组网的应用场景将会在原来无线通信技术运用场景的基础上进行拓展，不仅仅局限于大型公共建筑设施比如火车站、飞机场等，还会在密集的街区、住宅公寓楼、体育场、公共交通工具上面进行相应布局。此外，融合组网还可以运用在对吞吐量需求比较高的地方，比如超高清视频、远程医疗和外科手术等等。

3.2 融合组网技术路线

5G和Wi-Fi的融合组网技术路线需了解市场需求、产业发展和遵循相关政策法规。形成核心网的多种接入模式，保证资源能够得到统一调配，策略能够集中控制，业务能够集中处理。图1显示了融合网络组网技术路线四方面：

图1 融合网络组网技术路线

3.2.1 融合网络架构

对于现有的LTE网络，接下来的技术革新可以是把EPC（分组核心演进）通过S2a/S2b/S2c接口接入，以此为搭建5G和Wi-Fi的融合网络架构。

3.2.2 融合机制

接入认证融合是第一步，融合组网后的Wi-Fi认证机制免去了用户繁琐的认证操作步骤，带给用户便捷快速的操作体验。同时Wi-Fi和蜂窝网的深度融合，便于对Wi-Fi和small cell统一管理，实现对不同类型的业务进行分门别类的汇总。

3.2.3 产业环境和商业化推进

5G和Wi-Fi融合组网的目标就是使得这项技术能够商业化和产业化，需要研发人员调查国内外专利标准和相关产业的发展情况，满足产业链各方的需求，还要在运营模式、政策措施等多方面都提出相应的可行性方案。

4 融合组网关键技术研究

4.1 无感知认证技术

无感知认证技术是一种由终端自动认证的技术，可以免去用户反复输入Wi-Fi密码带来的不便。目前该技术的一些指令还不完善，处于初期阶段。但是未来预测无感知认证技术应用范围将会非常广泛，未来的用户需要更加高效便捷的网络服务，减少不必要的反复操作，就是无感知技术未来大展身手的时候。

当今业界比较成熟的三种无感知认证方式分别式PEAPEAPSIM/AKA和MAC地址认证方式，随着智能终端的发展普及，大部分的终端都可以通过上述三种无感知认证方式进行认证，同时接入Wi-Fi网络，这使得用户连接Wi-Fi的效率变高，用户体验满意度得到提升。

4.1.1 PEAP认证技术

PEAP认证系统主要由Wi-Fi终端、路由器和AAA服务器构成。该技术主要采用EAP认证协议框架，在用户使用Wi-Fi时对用户名和证书进行实时确认，并且接入认证授权。联通网络和终端之后，对网络侧身份进行认证，之后通过建立的TLS协议通道，发送用户名和密码进行用户身份核实，认证之后用户的移动终端就会介入控制器分配得IP地址，由此可以访问网络。

4.1.2 EAP-SIM认证技术

和PEAP认证技术大体相同，EAP-SIM认证技术也采用EAP认证协议框架，但是其介入认证鉴权是通过SIM卡的认证密钥来实现。移动终端第一次接入Wi-Fi时SIM卡的信息就被AAA服务器获取，之后在AAA服务器中进行SIM卡信息的认证和核实，对HLR进行鉴权。这样以后用户终端再次接入该网络时，就能够免去繁琐的验证步骤，通过网络分配的伪标识能够直接接入互联网。

4.1.3 MAC地址认证技术

该技术同样采用EAP认证协议框架，接入方式是通过对MAC的地址、用户名和密码同时验证来实现。用户首次通过Web进行认证之后，网络侧会对终端网卡MAC地址和手机号进行绑定，当用户下次希望连入此Wi-Fi时就不用再次验证，而是认证服务器根据保存的信息，让用户自动连入Wi-Fi，同时可以给预留手机短信提示。

4.2 组网安全性

网络的快速普及，很多网络安全问题也随之出现，使得5G和Wi-Fi融合组网之后安全性能得到保障，就必须在前期研究时着重提高网络的抗干扰能力，避免黑客等网络不安全因素的恶意干扰，保证网络环境的稳定性和可靠性。可以把网络信息和各种数据之间建立联系，保证网络的安全可靠，用高科技的手段进行合理保护，避免危险分子进行病毒传播等危害网络安全的行为产生。

4.3 绿色通信

在蜂窝网络设备当中，基站产生的能耗量最大。从耗电的角度来看，基站产生的电费占据了运营商运营成本中的很大一部分。所以对于基站进行节能控制是绿色通信需要解决的一大问题。在5G和Wi-Fi的融合组网过程中，实现绿色通信是大势所趋，所以降低基站的能源消耗成为重中之重。采用灵活多样的基站形态、发展智能基站、做到基站的功放关断等，都是在5G和Wi-Fi的融合组网过程中可以采取的绿色节能方案。

5 结束语

目前的4G技术虽然已经很成熟，但是普及率仍然不高。5G网络和Wi-Fi技术一直处于实验状态，技术上还没有真正的突破，但是两者的融合组网不是空谈，具有很强的可行性和可操作性。为了满足人们不断增长的网络需求，达到二者融合组网可以大规模投放到市场中的目的，就要求相关程序员不断探索和改进，把二者的优点最大程度上的结合。本文分析了融合组网的技术要点和实施策略等，把二者各自存在问题找出，尽量相互补充，希望早日顺利完成二者的组网融合，满足用户需求。