沈光前

摘要：本文深入探討了cellular和WiFi的無線接入融合，給出了今后融合的主要方式和今后需要解決的問題。

關(guān)鍵詞：無線通信；Cellular；WiFi；融合目前的Cellular和WiFi基本是獨(dú)立存在的2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，兩者沒有太多的關(guān)系。本文給出Cellular和WiFi的融合方案，最大程度的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)cellular和WiFi的無縫切換，從傳輸速率和傳輸時(shí)延方面最大程度的提升用戶的感知。

WiFi基于802.11協(xié)議系列，由于其頻譜不需要授權(quán)以及自由組網(wǎng)的特性，近幾年得到快速發(fā)展。其中802.11ac基于高階MIMO技術(shù)，最高速率可以達(dá)到1Gbps，802.11ad在60GHz頻段獲得了更寬的帶寬，支持802.11ad可實(shí)現(xiàn)多信道并行傳輸，多倍提升速率，802.11e提供基于QoS控制的VoIP和多媒體，802.11i提供robust的安全性，802.11r支持語音的快速漫游，802.11u支持更好的熱點(diǎn)操作。WiFi有著巨大的應(yīng)用前景，主要有2大原因。第1，在2.4GHz和5GHz上有500M帶寬，60GHz更寬，頻譜占有相比目前Cellular優(yōu)勢明顯；第2，頻譜主要用于小范圍的覆蓋，頻譜復(fù)用率可以很高。因此，WiFi和cellular的深度融合，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的立體化協(xié)作，必將為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

目前的WiFi已經(jīng)支持Hotspot2.0技術(shù)，Hotspot2.0基于802.11u協(xié)議，允許終端決定熱點(diǎn)提供什么樣的業(yè)務(wù)，簡化了鑒權(quán)和接入熱點(diǎn)的流程，同時(shí)在空口提供加密，而且可以由網(wǎng)絡(luò)來控制連接的建立，并推出了名為Passpoint的認(rèn)證體系，旨在提升Wi-Fi的使用體驗(yàn)，致力于為移動用戶帶來無縫的Wi-Fi體驗(yàn)及全球漫游。

總體上，WiFi和Cellular的融合有2種大概的形式。一種為松耦合，一種為緊耦合。所謂松耦合指的是WiFi的數(shù)據(jù)流直接連接到Internet，其好處是可以最大程度的減小對cellualr的影響，WiFi不受cellular服務(wù)提供商的控制；所謂緊耦合指的是數(shù)據(jù)流需要通過cellular的核心網(wǎng)連接到internet，這種耦合方式有利于核心網(wǎng)統(tǒng)一控制進(jìn)行數(shù)據(jù)的分流，但是需要對cellular進(jìn)行大的改動。對于緊耦合的形式，特別是對于femeto，pico等基站，完全可以實(shí)現(xiàn)基于Celluar結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一物理機(jī)架的深度融合，蜂窩網(wǎng)也在朝著Smallcell方向發(fā)展以增加容量，各設(shè)備廠商也開始提供Smallcell與Wi-Fi集成的產(chǎn)品以最優(yōu)成本增加網(wǎng)絡(luò)的巨大容量，為非蜂窩終端提供業(yè)務(wù)及覆蓋。

3gpp一直在考慮如何更好的進(jìn)行WiFi的融合，WiFi的很多聯(lián)盟也在考慮如何支持熱點(diǎn)漫游即不同的WiFi提供商之間的漫游，以及和cellular的無縫切換問題。

目前現(xiàn)在看到的應(yīng)用主要是松耦合的形式，cellular和WiFi的漫游只是局限在同一個(gè)服務(wù)提供商，不同服務(wù)提供商之間無法漫游。后續(xù)可能更多的是會考慮緊耦合的形式，Wi-Fi與cellular的融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)朝著將Wi-Fi作為一種無線技術(shù)融入3GPP網(wǎng)絡(luò)，在Heterogeneous/Smallcell場景下，Wi-Fi成為多種無線技術(shù)的一種，與其他蜂窩技術(shù)共用一個(gè)核心網(wǎng)，形成一個(gè)核心網(wǎng)，支持多種接入技術(shù)，支持資源的統(tǒng)一調(diào)配，支持策略統(tǒng)一控制，支持業(yè)務(wù)同一管理的異構(gòu)網(wǎng)。概括起來，實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)主要目標(biāo)：

⑴支持不同服務(wù)提供商的WiFi漫游。

⑵支持cellular和WiFi的無縫切換。

⑶支持不使用用戶名和密碼的自動連接建立機(jī)制，比如通過sim卡進(jìn)行鑒權(quán)。

⑷利用802.11i在空口實(shí)現(xiàn)更加安全的加密。

⑸通過策略控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)對不同WiFi網(wǎng)絡(luò)接入的靈活控制。

⑹物理層可以實(shí)現(xiàn)celluar和WiFi的雙連接的建立，由應(yīng)用層決定采用哪一個(gè)無線連接，見圖2所示。

⑺Cellular和WiFi物理連接切換時(shí)，應(yīng)用層需要保持?jǐn)?shù)據(jù)包的連續(xù)性，保證應(yīng)用層不中斷，減少中斷對用戶感知的影響。

目前3gpp最新凍結(jié)的協(xié)議R11，給出了基于SaMOG(S2a-based Mobility over GTP),信任的WLAN接入網(wǎng)關(guān)的融合方案。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以直接連接到Internet，或者通過核心網(wǎng)穿越到Internet。

實(shí)現(xiàn)Cellular和WiFi的融合，必須要做接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)和選擇，ANDSF功能提供了這樣的一種機(jī)制。通過ANDSF，服務(wù)提供商可以實(shí)現(xiàn)對終端接入WiFi或者celluar的靈活控制。當(dāng)然該控制是可以根據(jù)很多的策略來執(zhí)行，比如網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的負(fù)荷，比如當(dāng)前終端信號的接收電平和接收質(zhì)量，比如終端的業(yè)務(wù)的QoS要求，比如終端電池的容量等等。

目前的ANDSF雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很多功能，但是還不是很完善，比如網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的策略的具體化還未完全定下來，怎么獲取和組合使用這些信息的標(biāo)準(zhǔn)化工作也還沒有完成，ANDSF和用戶信息數(shù)據(jù)庫HSS的接口還沒有標(biāo)準(zhǔn)化等等。因此，實(shí)現(xiàn)WiFi和ANDSF的深度融合未來還有很多的事情需要去研究，很多標(biāo)準(zhǔn)需要確定下來。

對于終端來說，維持高速的cellular和WiFi雙連接，可能會帶來電池耗電的大幅攀升，對于網(wǎng)絡(luò)的智能選擇，終端物理層需要做很多的測量，并進(jìn)行策略的控制，這也必將加大終端的基帶和控制的處理負(fù)荷，這都是在cellular和WiFi融合時(shí)需要進(jìn)一步考慮的問題。