浅谈5G与WLAN的融合组网及关键技术

宋庶忠

浙江舟山浙江大学海洋学院 316000

摘 要：在5G时代，多无线接入技术的网络并存将是必然趋势，WLAN做为普及广泛的无线通信网络在对5G网络进行流量分担，提升网络体验有着重要的作用。本文通过分别介绍两种通信技术的特点，对两者融合组网的需求和关键技术进行探讨，为今后5G与WLAN融合组网提供参考依据。

关键词：5G；WLAN；融合组网

1 5G

5G，即第五代移动通信网络（5th Generation Mobile Networks）的简称,是移动通信技术发展的第五个阶段。每一代通信技术的变革都深刻影响着人类的工作、生活方式以及各行各业的发展趋势，从简单的模拟语音业务扩展到图像、视频流传输以及互联网浏览等移动互联网业务，直至以LTE为技术标准的4G网络全球化部署，支撑快速传输数据、高质量音频、视频和图像等综合业务，极大地促进了移动互联网和物联网的快速发展，以及多种多样的新型业务和琳琅满目的终端涌现。

在技术架构上，为提供更高数据流量和用户体验，将利用先进的无线传输技术、更多的无线频谱以及更密集的小区部署等方向进行规划设计；为了能够应对物联网新型业务在工业控制、智能交通、环境监测等领域应用带来的毫秒级时延要求，需要从空口、硬件、协议栈、骨干传输、回传链路以及架构模式等多角度联合考虑；为获得更低成本投入，需要简化基站功能，利用云计算、SDN等技术实现多个小区的集中处理，提升设备生命周期，开放平台，支持多RAT（Radio Access Technology无线接入技术）融合，降低总体成本。

2 WLAN

WLAN (WirelessLocalAreaNetworks，无线局域网络) 是一种利用射频技术进行数据传输的无线通信技术，其最初设计目的是解决计算机网络在用户侧的无线延伸。WLAN使用非授权频段频率资源，成本低廉且组网灵活度高，可以根据用户的需求完全针对有业务需求的热点区域进行部署，其无线网络接入速度在无干扰时业务速率可以达到百兆以上，峰值速率甚至优于LTE网络。

3 融合组网的需求

在众多分流方案中，WLAN以其高带宽、低成本、灵活性等技术优势，成为运营商优先选择的分流手段。蜂窝网和WLAN网络具有天然的融合特性：首先，在频谱资源日益匮乏的情况下，WLAN能够充分利用非授权频段，并且提供了远超过蜂窝传输速率的超高带宽。其次，多数用户终端都具备WLAN的接入能力，可以实现蜂窝网络和WLAN网络两条链路同时收发数据和智慧无缝切换，对于未来5G流量分担可以提供关键技术支持。

4 融合组网的关键技术

在5G标准制定中，3GPP已经推出了一系列的相应规范来促进非3GPP接入技术和3GPP接入技术的融合。例如，在3GPP R15规范中，支持5G核心网通过3GPP接入网接入，也支持通过非3GPP的网络接入。在最新的R16规范中，进一步明确增强WLAN与5G融合的功能，包括可信WLAN支持、流量操作、切换等。

4.1 核心网的融合架构

5G网络要和WLAN融合组网，首先需要解决接口开放的问题。移动网络与WLAN核心网侧耦合主要是解决WLAN如何接入演进的分组核心（EPC）网的互通架构问题，用户端可以通过EPC开放的多种标准接口接入EPC。

对于5G网络，接入的WLAN网络可分为非可信和可信两种接入方式，一般认为运营商部署或认可的WLAN归为可信非3GPP，但在R11之前WLAN被认为是不可信非3GPP网络接入，只能通过S2b或S2c-ePDG接口。随着WLAN本身发展，3GPP考虑对定义为可信非3GPP的WLAN采用与移动网络同样的可信接入方式，通过S2a接口接入5G网络核心层。

4.2 分流策略

在实现WLAN和5G网络业务连续性和无缝分流方面，3GPP在R8中引入了“接入网发现和选择功能”（access network discovery selection function，ANDSF）网元模块的定义，并一直发展到R12。ANDSF具有数据管理和控制功能，能够响应中断接入网络选择的请求，根据中断终端上报的位置及用户选网偏好等信息，为终端制定最优的网络选择策略，协助终端发现周围可以用的接入网，并辅助终端进行接入网络选择，从而实现数据业务的有效分流。

图1 ANDSF的无线接入间的切换流程

根据策略实际情况，基于 ANDSF 的选网分流机制可分为两个阶段：

第一阶段：ADNSF信息下发

UE基于移动终端的地理位置信息通过3GPP或非3GPP连接向ANDSF发出查询请求，要求获得ANDSF的接入网络信息。当UE与ADNSF建立安全通信连接后，提供并下发一组UE周边有效的接入网络列表，该列表包含各种接入网络技术。有效的网络技术信息包括接入技术类型和无线接入网络标识符，以及其他技术的具体信息、约束条件等。UE保留和使用这些ADNSF提供的接入网络信息直到下一次的更新。

第二阶段：网络探测、切换

在某个时间点，当UE探测到外部网络环境发生变化，根据运营商预先定义的系统间移动性策略，ADNSF向UE下发网络切换策略信息，UE根据获取的接入网信息对本地网络自动扫描，以获得可用信息，由扫描算法和网络链路状态最终选择最佳网络方案实施切换。

基于以上过程的分析可以发现，由于ANDSF数据库中存储的接入网络信息没有动态更新，在有些情况下，如某个接入点发生故障关闭，或因为接入用户过多、负载过大，不再适合新的用户继续接入，这些接入点的信息即为不可用信息，所以UE端获取信息后必须对接入网进行全量扫描以确定网络的可用性，这样既增加延迟，又增加UE端的功耗，因此有必要对ANDSF数据库中的信息进行动态更新，增强信息的有效性。

基于上述分析，在以上两个阶段的过程中增加ANDSF数据动态更新流程，根据获取的探测信息对接入网的可用性进行反馈，再由ANDSF对接入网进行评级更新，具体流程如下：

1）对某一接入网信息设定周期，当有效周期即将过期时，ANDSF向当前接入网覆盖范围内的UE发出接入网信息查询请求，UE收到请求后根据接入网的类型、物理接口进行扫描，获取该接入网当前的可用信息，如接入状态、负载状态等；

2）UE将扫描后的接入网可用性信息通过开放接口返回给ANDSF，ANDSF根据这些信息对该接入网进行可用性评级，并开始新一次周期及时。

5 结束语

5G时代的多网融合组网技术或许给一个商业WLAN的运营商带来参与5G建设和运营的新机遇，为其拓展创新业务提供一个切入点。其次，考虑到未来5G商用中高额的投资，若能够充分利用、盘活各类已有的基础设施，并达到5G商用KPI的效果，确实可以为业界节约大量的投资，采用WLAN的流量分担业务探索也因此具有重大意义。

参考文献

[1] 5G总体白皮书2.0，https://max.book118.com/html/2019/0318/8001101041002013.shtm，2015

[2]杨峰义，谢伟良，张建敏. 5G无线接入网架构及关键技术.人民邮电出版社，2019.

[3]高依依. 5G与WiFi融合组网中的WiFi分流策略的研究.重庆邮电大学，2017.

作者简介：宋庶忠，男（1984.11-）汉族，福建政和人，本科学历，网络工程师（中级），主要研究方向：计算机网络.