基于智能终端辅助的LWA聚合技术方案优化探讨

卢斌

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东 广州 510630）

基于智能终端辅助的LWA聚合技术方案优化探讨

卢斌

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东 广州 510630）

为了对LWA（LTE/WLAN）聚合技术方案进行探讨，在阐述双连接技术实现的基础上，分析了3GPP标准组织提出的LWA聚合方案在LTE网络布署中涉及的新增接口、网络结构调整等难点，提出了基于智能终端辅助并在应用层进行数据聚合的LWA优化方案思路，简化了现有LWA方案的应用部署，对双连接技术在不同RAT技术聚合应用有参考意义。

双连接 LWA 数据聚合

1 引言

从3GPP的R10版本开始，提出了载波聚合、异构网、CoMP、双连接等增强技术，从网络容量提升、降低系统干扰等方面进行了优化。其中双连接技术尽管相比载波聚合技术应用不太多，但其方案思路适用性广，在非理想回传、不同RAT技术容量聚合以及5G初期NR和LTE互操作等方面将得到广泛应用，因此本文介绍LTE和WLAN的双连接聚合（LWA）方案，分析该方案在实际网络部署中存在的难点，提出基于智能终端辅助的LTE和WLAN在应用层进行数据聚合的优化方案思路，从而避免了LWA技术对实际网络中设备改造的麻烦。

2 双连接技术和LWA聚合技术方案

针对异构网中的基站间采用xDSL、微波等中继导致传输时延较大，对载波聚合和CoMP的性能影响较大的问题，3GPP在R12版本提出了双连接技术[1]，作为基站间非理想传输条件下的容量提升解决方案。根据该规范，双连接技术分为3C方案（与核心网对接为单节点接入）和1A方案（双节点接入）方案[2-4]两种方案，分别如图1和图2所示：

图1 双连接技术方案3C

图2 双连接技术方案1A

在3GPP R13中有关于LTE和WLAN的聚合技术实现方案，简称为LWA方案[5-8]，它在LTE双连接技术的基础上，对不同RAT技术进行扩展，实现了LTE和WLAN的聚合，有效地提升了终端的上网速率。图3为LWA的示意图：

图3 现有LWA的示意图（以3C方案为例）

图3 中，3GPP规范中LWA方案的WLAN网络部分采取两种方案：1）引入WT（WLAN Termination）新网元；2）利用运营商已部署的AC（Access Control）。WT或AC通过Xw接口和eNB连接，引入的Xw类似LTE网络中eNB基站之间的X2，也是双连接技术中eNB和Wi-Fi AP之间进行信令和数据交互的主要接口。Xw是一个全新的接口，在部署时网络运营商需增加WT或改造原有AC，并增加WT/AC和eNB之间的传输。在数据配置上，要对WT/AC所管理的AP集进行设置，和对应的eNB进行关联，确保UE在同一个Wi-Fi AP集的覆盖范围内移动，LWA的逻辑连接不会发生切换。

图4为现有LWA聚合协议栈示意图。

从上述可以看出，目前基于双连接技术的LWA方案在实际部署中存在以下难点：

（1）现有LWA方案涉及到更改Wi-Fi AP网络结构，主要适用运营商已部署的Wi-Fi网络，设备改造量比较大。对于现有第三方或客户自己部署的的AP无法接入，使LWA聚合方案难以快速落地。

（2）从图4的协议栈可以看出，WT或AC网元必须支持Xw接口功能才能实现LWA聚合，改造工程量大。

（3）增加的WT/AC必须配置参数，关联对应的LTE基站（主要考虑Wi-Fi的覆盖和LTE基站覆盖有重叠的情况），因为LTE基站分布和Wi-Fi AP分布差异很大，造成参数配置非常复杂，而且难以维护。

（4）增加LTE和WT/AC之间的Xw链路，需重新调整现有运营商部署Wi-Fi网络的传输链路，不利于已有的Wi-Fi网络升级改造。

图4 LWA聚合方案协议栈示意图

从上述分析可以看出，现有LWA方案尽管从规范上严谨规定相关接口和新增网元功能，但比较理想化，没有充分结合现网部署的难度和改造工程量。

3 基于终端辅助的LWA聚合技术优化方案

从第2节分析可以看出，目前基于双连接技术的LWA方案在现网部署中存在较多难点，工程量大，不利于快速规模部署。结合考虑到目前在LTE网络中，95%以上的终端都是智能终端，具有iOS或Android操作系统，在硬件方面都支持Wi-Fi功能。因此提出了基于终端辅助的在应用层上的LWA方案，既可以实现LWA聚合功能，同时对现有Wi-Fi网络改造不大，可以根据实际需求进行部署。图5为基于终端辅助的LWA聚合优化方案示意图：

图5 基于智能终端辅助的LWA聚合优化方案

在该优化方案中，主要是在基于1A方案的LWA方案上进行优化，方案省略了WT/AC网元，不需Xw接口。对SGW/MME网元进行软件升级，支持IPsec隧道协议和双连接功能。

前提条件：UE相应的软件升级，支持IPsec隧道协议、Wi-Fi AP测量和发现功能、MutiPath TCP功能，并上报MME/SGW。MME/SGW进行软件升级支持IPsec隧道协议和双连接能力。

优化方案流程示意如图6所示，主要流程描述如下：

（1）UE通过eNB连接到核心网（SGW和PGW），建立LTE网络中的互联网业务承载，按常规流程接入AS业务服务器。

（2）当UE进入Wi-Fi信号覆盖区域，获取对应Wi-Fi AP的WAN口IP地址、端口等参数，该IP地址为公网IP地址，EPC核心网的网元都可以直接访问。

（3）UE向MME上报相应的Wi-Fi信号强度、对应Wi-Fi AP的IP地址和端口。

（4）MME和SGW交互信息，根据上报的Wi-Fi AP地址，通过互联网和对应的Wi-Fi AP，和UE建立IPsec通道，为建立Wi-Fi承载进行配置。

（5）SGW分别通过LTE承载、Wi-Fi承载建立双连接通道，发起相关的上网连接需求，从而实现在应用层进行数据聚合的LWA功能。

图6 基于终端辅助的LWA聚合优化方案流程

该优化方案有以下优点：

（1）充分发挥智能终端在应用层基于MultiPath TCP的并发多Internet连接的功能。该功能只需在应用层面上进行软件升级，不需对底层的软件硬件进行改造。

（2）充分利用现有已部署的Wi-Fi AP（包括基础电信运营商、第三方商家和用户自己部署），不需增加调整和增加Wi-Fi AP的回传链路，便于快速规模部署。

（3）在运营商逐步退出包月不限流量的营销套餐后，超过一定的流量门限后会通过降速（LTE承载进行降速）。如果此时能采用优化后的LWA方案，可以通过Wi-Fi的承载进行数据聚合，有效地保持用户使用感知。

（4）本方案可以借助LTE的信令信道，给智能终端下达定期监测Wi-Fi信号和上报测量结果，网络侧根据测量情况，确定是否启动LWA数据聚合，从而可以实现在所有AP覆盖范围内进行无缝漫游。

该优化方案主要的技术要点是充分利用智能终端的辅助，实现IPsec隧道建立、Wi-Fi AP测量和发现功能。

目前智能终端对本方案支持的可行性分析如下：

（1）硬件上，LTE智能终端都具备Wi-Fi功能，每个智能终端都具备两个硬件Modem（连接），一个是LTE模式，一个是Wi-Fi模式，可以获取两个不同的IP地址，并通过软件实现两个Modem同时激活。

（2）软件上，IETF标准组织对MultiPath TCP技术已经发布了技术标准，见RFC 6824。图7为MultiPath TCP的协议栈示意图，在两个不同的IP上分别形成TCP LTE子流和TCP Wi-Fi子流，通过MultiPath TCP协议层向上层提供服务[9]。

图7 MultiPath TCP协议栈示意图

通过上面分析，可以看出基于智能终端辅助和在应用层实现的LWA方案具有良好的可操作性。

本文在充分阐述双连接技术实现的基础上，对3GPP发布的LWA聚合方案在现网部署中存在的难点、相关问题进行深入分析，在此基础上提出基于智能终端辅助的LWA在应用层进行数据聚合的优化方案，对应用双连接技术在不同RAT技术聚合方面提出新的思路，并对智能终端上软硬件对优化方案支持的可行性进行分析。后续可考虑对基于Android和iOS操作系统的智能终端，分别开发相应的客户端软件，实现IPsec隧道、Wi-Fi AP测量和发现功能、MutiPath TCP的功

4 结论

能，在核心网的MME/SGW软件升级以支持LWA后，对优化方案开展端对端的测试。

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[6] R3-151637. LTE-WLAN Aggregation Architecture[R].2015.

[7] RP-151114. LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement[R]. 2015.

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[9] IETF RFC 6824. CP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses[R]. 2013.

[10] 谭丹. 双连接架构与关键技术分析[J]. 通信技术,2017,50(1): 74-77.

[11] 马玥,范斌. 双连接技术与应用浅析[J]. 邮电设计技术,2016(12): 50-53.

[12] R2-152922. Agreements on LTE-WLAN Radio Level Integration and Interworking Enhancement[R]. 2015.★

Discussion on Optimization of Smart Terminal Aided LWA Aggregation

LU Bin
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

In order to discuss LWA aggregation technique, the realization of dual connection was elaborated. The dif fi culties of newly added interface and network structure revolved of LWA aggregation technique proposed by 3GPP in LTE network deployment were expounded. A smart terminal aided LWA optimization solution which aggregates data on the application layer was proposed. The proposed solution simpli fi es the application deployment of the existing LWA technique and has the referential signi fi cance to dual connection technique in the different applications of RAT technique aggregation.

dual connectivity LWA data aggregation

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.21.006

TN929

A

1006-1010(2017)21-0026-04

卢斌. 基于智能终端辅助的LWA聚合技术方案优化探讨[J]. 移动通信, 2017,41(21): 26-29.

2017-05-26

黄耿东 huanggengdong@mbcom.cn

卢斌：高级工程师，工学博士毕业于华南理工大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为无线通信网络演进及物联网技术。