TD-LTE、LTE-Advanced與WiMAX融合解決方案
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圖5 TD-LTE與WiMAX網(wǎng)絡(luò )之間的網(wǎng)絡(luò )注冊過(guò)程
首先，移動(dòng)終端需要與WiMAX BS進(jìn)行同步并交換基礎能力信息，接著(zhù)觸發(fā)EAP-AKA程序用于終端認證，經(jīng)過(guò)成功認證之后，終端和BS之間將經(jīng)過(guò)3次握手來(lái)交換空口的安全密鑰，接著(zhù)將進(jìn)行注冊，觸發(fā)BS和ASN－GW數據鏈路的建立，這樣，根據認證期間從AAA服務(wù)器中下載的協(xié)議建立服務(wù)流。此時(shí)，層2上的連接已經(jīng)建立起來(lái)。而UE 連接的網(wǎng)絡(luò )將觸發(fā)DHCP過(guò)程獲得IP地址，在交互Proxy Binding Update和Proxy Binding Acknowledge信息之后，鏈路將通過(guò)代理MIP在A(yíng)SN－GW和P－GW之間建立，在此期間，PCRF從ASN－GW和P－GW中得到策略參數。
從上述過(guò)程可以看到，TD-LTE可以讓終端通過(guò)AAA服務(wù)器，WiMAX ASN－GW和P-GW之間的PMIP接口（S2a）接入到核心網(wǎng)中。并且，PCC可以對用戶(hù)業(yè)務(wù)提供動(dòng)態(tài)策略和計費規則。
2.3 TD-LTE與WiMAX的網(wǎng)絡(luò )切換
TD- LTE與WiMAX系統間的切換最重要的一點(diǎn)是提供用戶(hù)的無(wú)縫移動(dòng)體驗，即TD-LTE與WiMAX之間的切換對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的。UE是否進(jìn)行切換可以由UE決定，也可以由網(wǎng)絡(luò )側決定。3GPP R8要求UE決定切換，因為首先，UE可以基于它的無(wú)線(xiàn)測量，用戶(hù)實(shí)現配置的參數選擇，和運營(yíng)商的移動(dòng)策略來(lái)決定切換；其次，UE不需要向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送異系統之間的策略；第三，對TD-LTE網(wǎng)絡(luò )和WiMAX網(wǎng)絡(luò )的影響最小，例如，TD-LTE網(wǎng)絡(luò )不需要接收WiMAX小區的測量報告，不需要決定是否進(jìn)行切換，也不需要跟蹤WiMAX的資源使用情況，對于WiMAX網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)也是如此。下面將以終端從WiMAX網(wǎng)絡(luò )切換到TD-LTE網(wǎng)絡(luò )為例來(lái)討論TD- LTE與WiMAX網(wǎng)絡(luò )之間的切換。
在切換方案中，需要建立新的功能實(shí)體FAF（Forward Attachment Function）[5]，UE可以通過(guò)S14接口與FAF聯(lián)系。從WiMAX網(wǎng)絡(luò )切換到TD-LTE網(wǎng)絡(luò )，終端通過(guò)WiMAX接入網(wǎng)和FAF建立通信，得到與切換相關(guān)的信息，FAF相當于eNB；相反地，從TD-LTE網(wǎng)絡(luò )到WiMAX網(wǎng)絡(luò )，終端通過(guò)TD-LTE接入網(wǎng)和FAF建立通信，得到準備切換相關(guān)的的信息，在這種情況下，FAF的功能相當于WiMAX ASN功能。在切換中假設WiMAX網(wǎng)絡(luò )支持PMIPv6，這樣WiMAX網(wǎng)絡(luò )和P－GW之間可以建立PMIPv6隧道。
圖6 WiMAX到TD-LTE的切換流程
TD- LTE與WiMAX的切換流程如上圖所示。UE通過(guò)ANDSF/FAF得到LTE鄰區信息，以及系統間的移動(dòng)策略。UE接著(zhù)測量LTE鄰區，如果UE決定發(fā)起切換，UE將發(fā)起預先注冊過(guò)程，預先注冊過(guò)程是典型的3GPP attach過(guò)程，雖然UE在WiMAX網(wǎng)絡(luò )中，但是可以通過(guò)UE和FAF之間的IP隧道進(jìn)行。注冊過(guò)程由UE發(fā)送給FAF的Attach Request信息激活，FAF將Attach Request信息通過(guò)普通的Iu-PS接口發(fā)送給SGSN，它將發(fā)出普通的LTE認證過(guò)程，如果認證成功，SGSN將接收attach請求，并發(fā)送 Attach Accept信息，同時(shí)更新UE在HSS中的位置信息。
注冊之后，當UE決定需要向TD-LTE切換的時(shí)候，UE可以自主的或者被動(dòng)的選擇一個(gè)LTE小區，在被動(dòng)選擇模式中，UE發(fā)送Handover Required信息給源WiMAX ASN，其中包括候選LTE小區，源WiMAX ASN向UE發(fā)送包括切換目標LTE小區的Handover Request Response信息。目標小區選定之后，UE發(fā)送包含目標小區的Handover Request信息給FAF，FAF使用正常的Relocation過(guò)程在目標小區中準備合適的無(wú)線(xiàn)資源，并且向UE發(fā)送Handover Command信息，其中包括目標小區的信息。此時(shí)，UE離開(kāi)WiMAX網(wǎng)絡(luò )，按照3GPP正常的切換程序接入到目標小區中，即發(fā)送Handover Complete信息，并完成Relocation過(guò)程。之后，UE創(chuàng )建一個(gè)合適的PDP context，并繼續數據傳輸。
需要注意的是，在 PDP context創(chuàng )建之后，UE維持和同一個(gè)P-GW的連接，因此保持原來(lái)的IP地址。另外，TD-LTE和WiMAX切換還需要保持業(yè)務(wù)的QoS。這需要考慮QoS映射，資源分配等情況。WiMAX允許多條業(yè)務(wù)流具有不同的QoS，這與3GPP PDP內容激活程序類(lèi)似，另外，業(yè)務(wù)分類(lèi)也是需要考慮的部分。WiMAX與3GPP之間的QoS保持主要是通過(guò)PCC來(lái)提供。
從以上分析可以看出，通過(guò)無(wú)縫切換，TD-LTE和WiMAX可以順利的實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互通，數據互相傳輸。
2.4 小結
TD- LTE與WiMAX的融合只能通過(guò)松耦合的方式進(jìn)行，采用雙模協(xié)議棧，獨立的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，統一的對外業(yè)務(wù)出口，這種融合方式可以在TD-LTE和WiMAX系統之間實(shí)現無(wú)縫傳輸，并且通過(guò)交換QoS參數可以保證業(yè)務(wù)在不同網(wǎng)絡(luò )之間傳輸，而且這種融合方式采用3GPP的SAE架構進(jìn)行實(shí)現，通過(guò)S2a接口進(jìn)行 WiMAX網(wǎng)絡(luò )與TD-LTE網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸，通過(guò)Gxa接口與PCRF實(shí)體溝通，實(shí)現業(yè)務(wù)QoS的保持，通過(guò)STa實(shí)現用戶(hù)AAA認證，是比較簡(jiǎn)單，對現網(wǎng)改造較少的融合方式。
3 LTE-Advanced和WiMAX融合分析
LTE- Advanced是LTE的演進(jìn)版本，需要支持更高的峰值速率，更高的頻譜效率，還有更高的用戶(hù)吞吐量和用戶(hù)數目，還需要進(jìn)一步提高小區邊緣用戶(hù)的體驗。從技術(shù)的角度看，LTE-Advanced和WiMAX物理層都采用了相似的先進(jìn)技術(shù)，如OFDM、MIMO、自適應鏈路層技術(shù)以及分等級的多種QoS 保證機制。兩者都是設計為基于全IP 核心網(wǎng)的蜂窩式網(wǎng)絡(luò )結構，在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )（RAN）的結構方面都弱化基站控制器設備實(shí)體，采用公共無(wú)線(xiàn)資源管理控制基站等概念，這些都為網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)及融合機制的研究及設計提供了良好的條件，如負載均衡、動(dòng)態(tài)頻譜分配、系統間無(wú)損切換等。
一般來(lái)說(shuō)，在研究LTE-Advanced和WiMAX互聯(lián)結構時(shí)，需要考慮如下問(wèn)題：
●提供網(wǎng)絡(luò )間相互協(xié)作的同時(shí)，要折中考慮網(wǎng)絡(luò )之間的公平性。
●合理定義結構實(shí)體，使LTE-Advanced和WiMAX之間以一種性能耗費比更優(yōu)的方式通信。
●定義總的容量、指標和每個(gè)網(wǎng)間架構實(shí)體的功能。
●互聯(lián)架構應當是靈活的，能夠在不引入太多新節點(diǎn)和接口的條件下支持其他新型網(wǎng)絡(luò )的協(xié)作。
由于LTE-Advanced和WiMAX的網(wǎng)絡(luò )結構相對簡(jiǎn)單，并且LTE-Advanced的網(wǎng)絡(luò )架構還沒(méi)有最后確定，因此，LTE-Advanced與 WiMAX有可能在空口進(jìn)行緊密融合。如果LTE-Advanced沿用LTE的網(wǎng)絡(luò )架構，那么，在LTE-Advanced和WiMAX系統之間實(shí)現異構互聯(lián)的架構，需要增加必要的節點(diǎn)和接口。因此，一個(gè)非常重要的概念及功能體被引入來(lái)完成網(wǎng)絡(luò )間協(xié)作：通用鏈路層（GLL）[6]。在此融合網(wǎng)絡(luò )架構中，LTE-Advanced與WiMAX接入網(wǎng)互為補充進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )覆蓋，GLL 被引入到數據承載節點(diǎn)中，如多模終端，承載網(wǎng)關(guān)等，以在原有鏈路層機制上增加協(xié)作功能，如分組隊列、高層數據頭壓縮、分割和重傳功能等。同時(shí)，協(xié)調無(wú)線(xiàn)資源管理功能體被引入到原有的無(wú)線(xiàn)資源控制層（LTE-Advanced）及MAC（WiMAX）中，以保證網(wǎng)絡(luò )融合后整體的無(wú)線(xiàn)資源能更有效地利用。
3.1 通用鏈路層技術(shù)GLL
GLL 可被看作在原有協(xié)議層上增加的一個(gè)新的通信層，用來(lái)為不同的無(wú)線(xiàn)接入機制提供統一的鏈路層數據處理功能。GLL 的設計可與MAC 層進(jìn)行不同程度的耦合，一般來(lái)說(shuō)，耦合程度越高，系統互聯(lián)的復雜度越高，但能帶來(lái)更高的多接入增益，GLL 的功能主要包括：
●作為不同接入技術(shù)的匯聚層，為上面的各種高層協(xié)議（如網(wǎng)絡(luò )層）提供統一的接口，達到屏蔽不同無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)差異的目的。
●對不同接入技術(shù)的RLC（無(wú)線(xiàn)鏈路控制）/MAC 功能進(jìn)行控制及補充，達到資源的有效利用以及最大化發(fā)揮應用層性能。
●保持網(wǎng)絡(luò )協(xié)議層的模塊化結構，以支持不同的接入技術(shù)的融合。
●提供對用戶(hù)數據包在不同網(wǎng)絡(luò )間調度，以利于網(wǎng)絡(luò )分集增益。
●提供鏈路層狀態(tài)信息給上層，以支持有效的接入網(wǎng)絡(luò )間的移動(dòng)性管理。
下圖給出了采用GLL后的WiMAX與LTE－Advanced網(wǎng)絡(luò )融合參考協(xié)議架構。其中：PDCP表示分組匯聚協(xié)議；BMC表示廣播、多播控制協(xié)議；CS表示匯聚子層；CPS表示通用部分子層；SS表示加密子層。該協(xié)議架構是基于一種緊耦合的方式，GLL放在原有協(xié)議的層2之上，但在層3之下。由于在LTE中，控制與數據層面已經(jīng)分離，GLL分別定義了控制平面（GLL-C）和用戶(hù)平面（GLL-U）。在用戶(hù)平面，基于不同網(wǎng)絡(luò )的不同格式MAC數據通過(guò)GLL-U層處理，提供給上層一個(gè)統一格式定義的數據流。在控制層面，GLL-C將各網(wǎng)絡(luò )的下層反饋信息收集，并傳遞到協(xié)同資源管理單元，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的資源管理。
圖7 基于GLL 的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議架構
可以看出，LTE-Advanced與WiMAX的融合可以達到緊密融合的要求，即兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以共用核心網(wǎng)和空口，只是在無(wú)線(xiàn)傳輸側有所區別，在這種程度上的融合，才是WiMAX和3GPP系列網(wǎng)絡(luò )的真正融合。
4． 總結
本文依據標準協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò )架構分析，分析和探討了TD-LTE，LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò )與WiMAX網(wǎng)絡(luò )融合方案：基于SAE架構，提出了TD- LTE和WiMAX松耦合的融合方案以及合適的接入點(diǎn)，并探討了在網(wǎng)絡(luò )融合中最重要的網(wǎng)絡(luò )選擇和網(wǎng)絡(luò )切換問(wèn)題，并給出了解決方案；對于LTE- Advanced與WiMAX方案，則給出了緊耦合的融合方案，以及緊耦合的協(xié)議棧。從分析可以看出，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，3GPP系列網(wǎng)絡(luò )與WiMAX網(wǎng)絡(luò )的融合越來(lái)越緊密，相信在不遠的將來(lái)，3GPP系列網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現與WiMAX的全面融合，共同發(fā)展。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155435.htm
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