LTE-Fi 应用及规划组网方案研究

马向辰，薛强

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

随着LTE网络建设规模和覆盖范围的逐步扩大，终端普及率短期较低成为制约LTE迅速发展的重要瓶颈之一。同时，WLAN网络在部分区域缺乏有效的回传手段，造成建设和部署困难。LTE-Fi作为LTE网络和WLAN网络的纽带，可以充分发挥网络协同优势，同时解决LTE终端匮乏和WLAN回传困难等问题，在一定时期可有效促进各网的良性发展。

1 LTE-Fi的产品定位及应用场景

LTE-Fi设备同时具备WLAN接口和LTE接口网络设备，对用户终端展现AP特征，通过WLAN接口与用户终端相连；对于LTE网络展现终端特征，通过LTE接口与4G网络相连。LTE-Fi作为运营级网络设备，主要用于公众WLAN热点的建设，为用户提供WLAN接入。

LTE-Fi与常见的Mi-Fi、LTE CPE的定位及区别如表1所示。

LTE-Fi设备适用场景一般具有以下3个要素。

（1）具备TD-LTE网络覆盖。

（2）不具备有线回传资源或有线资源部署难度很大。

（3）潜在用户多且存在碎片时间上网需求。

具备以上特点的WLAN热点场景主要如下。

（1）移动场景：如公交车、城轨等。

表1 Mi-Fi、LTE CPE、LTE-Fi对比表

图1 LTE-Fi产品网络定位示意图

（2）室外覆盖场景：如旅游景点、公共广场、商业街区等。

（3）临时部署场景：如临时会议、体育赛事、大型展览等。

2 LTE-Fi网络结构

LTE-Fi系统的网络结构图如图2所示。

LTE-Fi系统主要由以下主要部分组成。

（1）LTE-Fi设备：包括用户终端接入模块（AP端）和数据回传模块（LTE端），通过用户终端接入模块完成终端的WLAN接入，通过数据回传模块将用户数据回传至移动通信网络。

（2）移动通信网络：TD-LTE网络包括eNode B、SGW、PGW等网络设备；TD-SCDMA网络包括Node B、RNC、SGSN、GGSN等网络设备。

（3）接入控制器（AC）：作为控制接入点设备的控制器，完成对AP设备的管理和配置，实现负载均衡，动态信道分配等功能。同时AC作为接入终端的控制节点，完成相应的认证和计费辅助功能。

（4）Portal服务器：配合接入设备完成Web方式下用户的认证。

（5）RADIUS认证服务器：接受来自AC的用户认证服务请求，对WLAN用户进行认证，并将认证结果通知AC。

（6）网管系统：主要完成对远端设备的配置更新、网络管理、故障诊断、状态监视等功能。

3 LTE-Fi组网方案

根据AC设备部署位置、IP地址分配方式的不同，LTE-Fi主要有4种可选组网方案，需要综合考虑各方案对现网的改造要求、配置复杂度、设备支持情况等因素，选择实施简单、对现网影响小的组网方案。

3.1 方案1：AC与PGW同局址，用户IP地址由AC分配

场景特点：AC与PGW同局址部署，具备直连条件，AC与PGW可通过光纤直连。方案1网络拓扑示意图如图3所示。

网络部署配置：

图2 LTE-Fi网络结构示意图

图3 方案1网络拓扑示意图

（1）LTE-Fi的IP地址由PGW分配；用户IP地址由AC分配。分配私网IP地址或公网IP地址均可。

（2）LTE-Fi的用户终端接入模块（AP端）与AC之间通过CAPWAP隧道连接；AC负责用户接入、认证、控制管理。

3.2 方案2：AC与PGW异局址，用户IP地址由AC分配

场景特点：AC与PGW不在同一局址部署，不具备直连条件。PGW通过CMNET与AC相连，中间可能经过Firewall，CE等设备。方案2网络拓扑示意图如图4所示。

网络部署配置：

（1）LTE-Fi的IP地址由PGW分配；用户IP地址由AC分配。

（2）分配私网IP地址或公网IP地址均可。

（3）LTE-Fi的用户终端接入模块与AC之间通过CAPWAP隧道连接；AC仍负责用户接入、认证、控制管理。

（4）AC侧CE与PGW侧Firewall之间建立GRE隧道，以保证LTE-Fi用户终端接入模块与AC之间可建立CAPWAP隧道，AC可以有效管理LTE-Fi的用户终端接入模块。

3.3 方案3：AC与PGW异局址，用户地址由LTE-Fi分配

场景特点：AC透过CMNET与PGW相连，中间可能经过Firewall，CE等设备。方案3网络拓扑示意图如图5所示。

网络部署配置：

图4 方案2网络拓扑示意图

图5 方案3网络拓扑示意图

（1）PGW为LTE-Fi分配私网IP地址；LTE-Fi设备为用户分配分配私网IP地址。（2）LTE-Fi设备需定制开发DHCP、NAT等功能。（3）需对AC设备升级改造，支撑支持两私网地址（用户地址、LTE-Fi地址）的绑定控制功能。

3.4 方案4：AC与PGW异局址，LTE-Fi设备配置两个IP地址

场景特点：AC透过CMNET与PGW相连，中间可能经过Firewall，CE等设备。方案4网络拓扑示意图与图5相同。

网络部署配置：

（1）PGW为LTE-Fi网 络 侧IP地 址，AC为LTE-Fi用户侧分配IP地址。

（2）AC与PGW网段往往不同，需要在两网之间做负责的NAT转换。

各组网方案的优缺点如表2所示。

表2 各组网方案的优缺点

综合以上优劣势分析，建议在局房条件允许的情况下，主要采用方案1进行组网建设；在局房条件不具备的情况下，采用方案2进行组网建设。

另外，以上方案均基于AC集中转发方案，对于本地转发方案，需对LTE-Fi设备进行改造，使LTE-Fi支持对用户的认证和NAT转换，网络改造难度大，实现成本高。由于LTE-Fi总数据量不大，因此，不建议采用本地转发模式，建议统一采用集中转发模式。

4 LTE-Fi设备特殊要求

基于LTE-Fi的应用场景和使用环境，LTE-Fi应具备与普通LTE终端或WLAN AP设备不同的一些特殊要求：

（1）支持TD-LTE/TD-SCDMA接入切换：在LTE网络建设初期，有可能会出现LTE覆盖不连续的区域，为了保证实现LTE-Fi的无缝接入，LTE-Fi需要具备TD-LTE/TD-SCDMA切换功能，在无LTE覆盖区域切换到TD-SCDMA网络，保障设备在线和用户体验。

（2）SIM卡防盗：LTE-Fi主要安装在公众热点区域，需要考虑设备及SIM卡的防盗功能，避免SIM卡被盗后，盗用者无偿使用网络资源。

（3）供电方式：LTE-Fi的一个典型应用场景是公交车等公共交通工具，因此LTE-Fi除具备通常的220V供电外，对于车载型LTE-Fi，应支持从机动车电瓶处直接取电。

（4）断电自动下线：针对车载型LTE-Fi的供电特殊性，需具备检测公交车钥匙控制开关ACC信号电路，检测公交车是否熄火功能。并能够在检测到车辆熄火后，启动拆链工作，实现自动下线。

（5）抗震能力：车载LTE-Fi需提升抗震能力的要求，应对车辆运行期间的频繁颠簸。

5 总结

LTE-Fi作为LTE网络和WLAN网络的纽带，在一定时期对促进两网的良性发展有着积极的作用。

（1）LTE-Fi主要应用在具备TD-LTE/TDSCDMA覆盖、不具备有线回传资源或有线资源敷设难度大、用户存在WLAN上网需求的场景，为公众提供公共WLAN接入服务。

（2）LTE-Fi组网建议采用集中转发模式，在AC与PGW、GGSN同局址情况下，AC与PGW、GGSN直连；如不具备同局址条件，AC透过CMNET与PGW、GGSN相连，AC与PGW、GGSN之间需建立GRE隧道。

（3）根据LTE-Fi的使用环境，LTE-Fi应具备支持TD-LTE/TD-SCDMA接入切换、SIM卡防盗、抗震等特殊功能。

[1]中国移动通信企业标准. 中国移动LTE-Fi设备规范[S].