無線通信中Cellular和WiFi的融合

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。

關鍵詞：無線通信；Cellular；WiFi；融合目前的Cellular和WiFi基本是獨立存在的2個網絡，兩者沒有太多的關系。本文給出Cellular和WiFi的融合方案，最大程度的實現網絡協作，實現cellular和WiFi的無縫切換，從傳輸速率和傳輸時延方面最大程度的提升用戶的感知。

WiFi基于802.11協議系列，由于其頻譜不需要授權以及自由組網的特性，近幾年得到快速發展。其中802.11ac基于高階MIMO技術，最高速率可以達到1Gbps，802.11ad在60GHz頻段獲得了更寬的帶寬，支持802.11ad可實現多信道并行傳輸，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支持更好的熱點操作。WiFi有著巨大的應用前景，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優勢明顯；第2，頻譜主要用于小范圍的覆蓋，頻譜復用率可以很高。因此，WiFi和cellular的深度融合，實現兩個通信網絡的立體化協作，必將為用戶提供更優質的服務。

目前的WiFi已經支持Hotspot2.0技術，Hotspot2.0基于802.11u協議，允許終端決定熱點提供什么樣的業務，簡化了鑒權和接入熱點的流程，同時在空口提供加密，而且可以由網絡來控制連接的建立，并推出了名為Passpoint的認證體系，旨在提升Wi-Fi的使用體驗，致力于為移動用戶帶來無縫的Wi-Fi體驗及全球漫游。

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的數據流直接連接到Internet，其好處是可以最大程度的減小對cellualr的影響，WiFi不受cellular服務提供商的控制；所謂緊耦合指的是數據流需要通過cellular的核心網連接到internet，這種耦合方式有利于核心網統一控制進行數據的分流，但是需要對cellular進行大的改動。對于緊耦合的形式，特別是對于femeto，pico等基站，完全可以實現基于Celluar結構的統一物理機架的深度融合，蜂窩網也在朝著Smallcell方向發展以增加容量，各設備廠商也開始提供Smallcell與Wi-Fi集成的產品以最優成本增加網絡的巨大容量，為非蜂窩終端提供業務及覆蓋。

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

目前現在看到的應用主要是松耦合的形式，cellular和WiFi的漫游只是局限在同一個服務提供商，不同服務提供商之間無法漫游。后續可能更多的是會考慮緊耦合的形式，Wi-Fi與cellular的融合網絡應朝著將Wi-Fi作為一種無線技術融入3GPP網絡，在Heterogeneous/Smallcell場景下，Wi-Fi成為多種無線技術的一種，與其他蜂窩技術共用一個核心網，形成一個核心網，支持多種接入技術，支持資源的統一調配，支持策略統一控制，支持業務同一管理的異構網。概括起來，實現以下幾個主要目標：

⑴支持不同服務提供商的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制，比如通過sim卡進行鑒權。

⑷利用802.11i在空口實現更加安全的加密。

⑸通過策略控制機制實現對不同WiFi網絡接入的靈活控制。

⑹物理層可以實現celluar和WiFi的雙連接的建立，由應用層決定采用哪一個無線連接，見圖2所示。

⑺Cellular和WiFi物理連接切換時，應用層需要保持數據包的連續性，保證應用層不中斷，減少中斷對用戶感知的影響。

目前3gpp最新凍結的協議R11，給出了基于SaMOG(S2a-based Mobility over GTP),信任的WLAN接入網關的融合方案。數據業務可以直接連接到Internet，或者通過核心網穿越到Internet。

實現Cellular和WiFi的融合，必須要做接入網絡的發現和選擇，ANDSF功能提供了這樣的一種機制。通過ANDSF，服務提供商可以實現對終端接入WiFi或者celluar的靈活控制。當然該控制是可以根據很多的策略來執行，比如網絡當前的負荷，比如當前終端信號的接收電平和接收質量，比如終端的業務的QoS要求，比如終端電池的容量等等。

目前的ANDSF雖然已經實現了很多功能，但是還不是很完善，比如網絡負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準化工作也還沒有完成，ANDSF和用戶信息數據庫HSS的接口還沒有標準化等等。因此，實現WiFi和ANDSF的深度融合未來還有很多的事情需要去研究，很多標準需要確定下來。

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，對于網絡的智能選擇，終端物理層需要做很多的測量，并進行策略的控制，這也必將加大終端的基帶和控制的處理負荷，這都是在cellular和WiFi融合時需要進一步考慮的問題。