［呂振華］

1 引言

固移融合是5G網(wǎng)絡(luò)的重要特征，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的日益成熟和應(yīng)用部署的逐步擴(kuò)大，5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐步聚焦于以下三個(gè)場(chǎng)景：第一大場(chǎng)景是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB），需要實(shí)現(xiàn)10 Gbit/s的傳輸速率，為用戶提供超高清視頻、VR/AR等身臨其境的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；第二大場(chǎng)景是大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC），需要以每平方公里百萬設(shè)備連接技術(shù)，支撐智慧城市、智能樓宇為代表的海量設(shè)備接入與互聯(lián)；第三大場(chǎng)景是超高可靠超低時(shí)延通信（uRLLC），5G憑借超低時(shí)延超高可靠性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深入到車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應(yīng)用，并大大提升行業(yè)運(yùn)營(yíng)效率。與此同時(shí)，我們也看到，傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)，特別是固定的無線接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展也呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，逐漸向以4K/8K/AR/VR/3D視頻、工業(yè)控制等業(yè)務(wù)方向?yàn)橥黄?，正朝著大帶寬、低時(shí)延和海量連接演進(jìn)。固定、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的共同目標(biāo)和應(yīng)用訴求，對(duì)固移融合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和基于融合業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、業(yè)務(wù)分流能力提出了更多的需求。

2 固移融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述

3GPP在TS23.501和23.316中定義了5G網(wǎng)絡(luò)支持固移融合的基本架構(gòu)，5G的固移融合主要包含四個(gè)方面的內(nèi)容：固定無線接入、非3GPP接入、混合（固定無線和非3GPP混合）接入和對(duì)于IPTV業(yè)務(wù)的支持。其中非3GPP接入則包括可信非3GPP接、非可信非3GPP接入和有線接入，終端可以通過這三種技術(shù)接入5G網(wǎng)絡(luò)。由于WIFI網(wǎng)絡(luò)的廣泛部署和普遍應(yīng)用，以WIFI接入為代表的非可信非3GPP接入已經(jīng)成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要的配套接入基礎(chǔ)設(shè)施，能夠幫助移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)爆炸式網(wǎng)絡(luò)流量的增長(zhǎng)，因此也成為目前固移融合重點(diǎn)考慮的問題。3GPP定義基于非可信非3GPP接入的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 非可信3GPP接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

圖1中，用戶終端可以通過3GPP接入技術(shù)和非GPP接入技術(shù)接入5G網(wǎng)絡(luò)，N3IWF是運(yùn)營(yíng)商部署的非可信非3GPP接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它支持與5G核心網(wǎng)之間的N2和N3接口，并能夠中轉(zhuǎn)UE和AMF（接入和移動(dòng)性管理功能）之間的NAS信令。

非3GPP的固移融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使終端同時(shí)通過WIFI網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)接入成為可能，也使5G用戶根據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)情況和業(yè)務(wù)需求靈活選擇網(wǎng)絡(luò)成為可能。而3GPP在R16定義的ATSSS技術(shù)則恰恰滿足了這種要求。

ATSSS即Access Traffic Steering，Switching，Splitting，又稱接入流量控制、交換和分流，是一種網(wǎng)絡(luò)級(jí)的流量聚合技術(shù)，通過使用對(duì)用戶透明的、平衡移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和非3GPP接入之間數(shù)據(jù)流量的方法，以減少移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)擁塞為目的，不僅可以通過將流量從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)到非3GPP接入，而且還可以在兩種類型的訪問之間切換或拆分流量，運(yùn)營(yíng)商可以通過使用5G核心網(wǎng)絡(luò)，在3GPP和非3GPP接入之間進(jìn)行統(tǒng)一的流量處理，提供最佳的客戶體驗(yàn)。

3 ATSSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 總體框架

3GPP TS23.501中描述了基于非3GPP接入的ATSSS架構(gòu)，基于此架構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)支持一個(gè)流可以在多個(gè)接入上分流并行傳送及在不同接入通道間相互切換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在WIFI和5G通路上的靈活傳送和路徑選擇。

如2圖所示，為了支持ATSSS功能，需要對(duì)原有的5G系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，并對(duì)UE及5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)網(wǎng)元功能提出新的要求，具體如下：

（1）UE應(yīng)支持一個(gè)或多個(gè)接入分流功能，例如MPTCP（Multi-Path TCP Protocol支持多路分流）功能和/或ATSSS-LL（ATSSS Low-Layer支持基于以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)分流）功能。UE中的每個(gè)接入分流功能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供的ATSSS規(guī)則，實(shí)現(xiàn)跨3GPP接入和非3GPP接入的業(yè)務(wù)控制、交換和分流。

（2）UPF設(shè)備也應(yīng)支持MPTCP Proxy（代理）功能，在UE和應(yīng)用服務(wù)器間執(zhí)行MPTCP到TCP的協(xié)議轉(zhuǎn)換；

（3）UE和UPF基于控制面下發(fā)的分流策略實(shí)現(xiàn)多接入分流調(diào)度控制，提升帶寬，提高業(yè)務(wù)可靠性。

此外，UE和UPF之間還新增了協(xié)議層，支持鏈路質(zhì)量檢測(cè)，支持UE發(fā)起和UPF發(fā)起的RTT往返時(shí)延測(cè)試，以計(jì)算3GPP和非3GPP的流量時(shí)延，用于后續(xù)業(yè)務(wù)調(diào)度。

同時(shí)，為了支持基于ATSSS的業(yè)務(wù)分流，AMF、SMF和PCF也需要做相應(yīng)的擴(kuò)展，支持ATSSS的多接入模式管理、會(huì)話管理和相關(guān)的策略控制。

圖2 ATSSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能組網(wǎng)架構(gòu)圖

3.2 接入分流功能實(shí)現(xiàn)

3GPP R16定義了支持ATSSS的 UE可以在3GPP接入和非3GPP接入之間引導(dǎo)、切換和分割MA-PDU會(huì)話流量，稱為“接入分流功能”。相關(guān)的架構(gòu)如3圖所示。

圖3中，標(biāo)準(zhǔn)建議的接入分流功能主要分為以下兩種。

（1）在IP層之上運(yùn)行的高層控制功能

該功能適用于MPTCP協(xié)議，稱為“MPTCP功能”。這種控制功能使用MPTCP協(xié)議完成TCP流量的控制和調(diào)度。UE中的MPTCP功能可以通過在3GPP和/或非3GPP用戶平面上使用MPTCP協(xié)議與UPF中的關(guān)聯(lián)MPTCP代理功能進(jìn)行通信。

圖3 終端業(yè)務(wù)接入分流示意圖

（2）低層控制功能，在IP層以下運(yùn)行：

低層轉(zhuǎn)向功能稱為“ATSSS低層功能”，或ATSSS-LL功能。此功能可用于引導(dǎo)、切換和拆分所有類型的流量，包括TCP流量、UDP流量、以太網(wǎng)流量等。ATSSS-LL功能對(duì)于以太網(wǎng)類型的MA PDU會(huì)話是必需的。在網(wǎng)絡(luò)中，MA PDU會(huì)話的數(shù)據(jù)路徑中應(yīng)有一個(gè)支持ATSSS-LL的UPF。

3.3 分流規(guī)則

3GPP R16中針對(duì)ATSSS的業(yè)務(wù)分流功能，定義了如下四種分流模式（steering mode）：

（1）Active-Standby，主備接入方式，此時(shí)業(yè)務(wù)流量將優(yōu)先選擇ATSSS規(guī)則定義的相關(guān)的主用節(jié)點(diǎn)；

（2）Smallest Delay，最小延遲方式，此時(shí)業(yè)務(wù)流量將會(huì)被引導(dǎo)到具有最小延遲的訪問路徑”。為了實(shí)現(xiàn)這一能力，UE需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)接入（3GPP和非3GPP）上的RTT（Round-Trip Time），以確定哪個(gè)接入具有最小的延遲，并優(yōu)選最小RTT的接入方式；

（3）Load-Balancing，負(fù)載均衡方式，此時(shí)業(yè)務(wù)流量按照設(shè)定的比例分流到不同的接入方式；

（4）Priority-based，優(yōu)先級(jí)方式，此時(shí)優(yōu)選高優(yōu)先級(jí)的接入方式，其中優(yōu)先級(jí)可以由網(wǎng)絡(luò)設(shè)定。

以上4種方式中，UE可以應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供的策略（即ATSSS規(guī)則），并考慮當(dāng)?shù)貤l件，以決定如何在兩個(gè)接入網(wǎng)之間分配上行鏈路業(yè)務(wù)。PDU會(huì)話的UPF也可以應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供的策略（即N4規(guī)則）和經(jīng)由用戶平面從UE接收的反饋，決定如何分配下行鏈路業(yè)務(wù)的信息。

需要說明的是，業(yè)務(wù)調(diào)度使用的規(guī)則，均來自于PCC規(guī)則（即PCF預(yù)先設(shè)置或根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上報(bào)測(cè)量情況計(jì)算得出，后續(xù)經(jīng)由SMF下發(fā)至UE或UPF）；未來也可以與3GPP R16定義的NWDAF（網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能）結(jié)合起來，由NWDAF通過對(duì)接入類型、當(dāng)前用戶面分流模式、網(wǎng)絡(luò)性能等多方面的指標(biāo)進(jìn)行分析，輔助網(wǎng)絡(luò)（如：PCF等）做出分流模式的選擇和修改。

4 結(jié)束語

固移融合是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)多接入的靈活調(diào)度將是后續(xù)技術(shù)演進(jìn)及網(wǎng)絡(luò)部署需要考慮的關(guān)鍵問題。ATSSS作為3GPP R16提出的基于固移融合的業(yè)務(wù)分流和調(diào)度技術(shù)，目前相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還在研究和推進(jìn)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端設(shè)備對(duì)業(yè)務(wù)的支持能力還有待完善，但是可以看到，隨著后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)的逐步成熟和應(yīng)用的深入推進(jìn)，固移融合的需求和基于此的業(yè)務(wù)分流、控制調(diào)度將成為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源、提升用戶體驗(yàn)的重要保證。