Agregacja LTE-WLAN

Agregacja LTE-WLAN ( LWA ) to technologia zdefiniowana przez 3GPP . W LWA telefon komórkowy obsługujący zarówno LTE , jak i Wi-Fi może być skonfigurowany przez sieć do jednoczesnego korzystania z obu łączy. Zapewnia alternatywną metodę wykorzystania LTE w nielicencjonowanym paśmie , które w przeciwieństwie do LAA/LTE-U można wdrożyć bez zmian sprzętowych w sprzęcie infrastruktury sieciowej i urządzeniach mobilnych, zapewniając jednocześnie wydajność podobną do LAA. W przeciwieństwie do innych metod jednoczesnego korzystania z LTE i WLAN (np. Multipath TCP ), LWA pozwala na użycie obu łączy dla pojedynczego przepływu ruchu i jest generalnie bardziej wydajny dzięki koordynacji w niższych warstwach stosu protokołów.

Dla użytkownika LWA oferuje bezproblemowe korzystanie zarówno z sieci LTE, jak i Wi-Fi oraz znacznie zwiększoną wydajność. Dla operatora telefonii komórkowej LWA upraszcza wdrażanie sieci Wi-Fi, poprawia wykorzystanie systemu oraz zmniejsza koszty eksploatacji i zarządzania siecią. LWA można wdrożyć w sposób kolokacyjny, w którym eNB i Wi-Fi AP lub AC są zintegrowane w tym samym urządzeniu fizycznym lub w sposób nie kolokowany, w którym eNB i Wi-Fi AP lub AC są podłączone do ruchu internetowego a informacje przesyłane wraz z informacjami i ochroną danych przez nadawcę nie przyjmują odpowiedzialności odbiorcy za zapewnienie, że otrzymałeś tę wiadomość zgodnie z prawem o wyłączeniu odpowiedzialności i prywatności, aby powiadomić nadawcę za pośrednictwem standardowego interfejsu zwanego Xw. Ta ostatnia opcja wdrożenia jest szczególnie odpowiednia w przypadku, gdy Wi-Fi musi obejmować duże obszary i/lub usługi Wi-Fi są świadczone przez stronę trzecią (np. kampus uniwersytecki), a nie przez operatora komórkowego.

LWA został znormalizowany przez 3GPP w wydaniu 13. Wersja 14 Enhanced LWA (eLWA) dodaje obsługę pasma 60 GHz (802.11ad i 802.11ay aka WiGig) z przepustowością 2,16 GHz, agregacją łącza w górę, ulepszeniami mobilności i innymi ulepszeniami.

Tło

Sieci komórkowe zostały zaprojektowane dla licencjonowanego widma. Jednak gdy wzorce użytkowania zmieniły się z głosowych na skoncentrowane na danych, a wykorzystanie danych gwałtownie wzrosło, operatorzy zaczęli szukać możliwości wykorzystania nielicencjonowanego widma. Korzystanie z sieci WLAN umożliwia operatorom nie tylko zwiększenie szczytowej szybkości transmisji danych i wydajności systemu, ale także oferowanie usług dla urządzeń innych niż komórkowe, takich jak laptopy.

Aby zaspokoić zapotrzebowanie operatorów, 3GPP zdefiniowało różne metody integracji dostępu WLAN do wdrożeń sieciowych operatorów.

W zależności od tego, w jaki sposób dostęp WLAN jest zintegrowany z siecią operatora, istnieją dwie kategorie: 1) Integracja z siecią rdzeniową, w której dostęp WLAN jest połączony z siecią rdzeniową operatora za pomocą interfejsów S2a lub S2b) dostępnych w sieciach 3GPP od wersji 8 i 2) Integracja oparta na RAN, w której dostęp WLAN jest bezpośrednio połączony z węzłami dostępowymi RAN (np. LWA lub LWIP) dostępnymi od wersji 13. Wszystkie powyższe metody integracji zakładają pewien poziom ciągłości usług oraz zawsze w ramach licencjonowanego zasięgu sieci komórkowej. Gdy nie zakłada się ciągłości usług, dostęp do sieci WLAN jest integrowany przez tak zwane Non-Seamless WLAN Offload (NSWO).

Urządzenie końcowe może uzyskiwać dostęp do sieci komórkowej, sieci WLAN lub obu. Ta procedura może być zainicjowana przez sieć lub przez terminal. Gdy jest inicjowany przez sieć, może opierać się albo na sygnalizacji sieci rdzeniowej (np. NAS w przypadku mobilności przepływu IP opartej na sieci) albo na regułach opartych na RAN. Procedury inicjowane w oparciu o terminal są oparte na politykach operatora dostarczonych do terminali (np. przez ANDSF), politykach/preferencjach opartych na użytkownikach itp. Zasady te mogą uwzględniać różne warunki (np. czas, lokalizacja, obciążenie sieci, obciążenie dostępem, warunki radiowe itp.) w określaniu zarówno wyboru dostępu, jak i przełączania ruchu z jednego dostępu do drugiego.

W LTE - WLAN Aggregation (np. LWA lub LWIP) dostęp WLAN jest bezpośrednio podłączony do węzłów dostępowych RAN, a wybór dostępu i sterowanie/podział ruchu odbywa się całkowicie pod kontrolą węzła sieci dostępu radiowego (np. eNB).

LWA dogłębnie

Z perspektywy sieci istnieją dwie opcje, które zapewniają elastyczność przy wdrażaniu LWA — z kolokacją i bez kolokacji. W pierwszym przypadku punkt dostępowy WLAN (AP) lub kontroler dostępu (AC) jest fizycznie zintegrowany z eNB LTE, podczas gdy w drugim przypadku sieć WLAN (tj. AP i/lub AC) jest połączona z eNB LTE za pośrednictwem sieci zewnętrznej interfejs (Xw).

Projekt LWA opiera się przede wszystkim na architekturze LTE Dual Connectivity (DC) [3] zdefiniowanej w 3GPP Release 12, która umożliwia UE łączenie się z wieloma stacjami bazowymi jednocześnie, przy użyciu WLAN zamiast LTE Secondary eNB (SeNB).

Na płaszczyźnie użytkownika LTE i WLAN są agregowane na poziomie Packet Data Convergence Protocol (PDCP). W łączu w dół eNB może zaplanować dostarczenie jednostek PDCP PDU tego samego nośnika do UE przez LTE lub WLAN. Jest to możliwe, ponieważ warstwa PDCP może zmieniać kolejność pakietów odbieranych zarówno z łączy LTE, jak i WLAN, co z kolei skutkuje znacznym wzrostem wydajności. W celu efektywnego planowania i przydzielania pakietów do łączy LTE i WLAN w najbardziej efektywny sposób, eNB może odbierać informacje radiowe o obu łączach, w tym wskazania kontroli przepływu. Aby uniknąć zmian w MAC sieci WLAN, LWA używa przydzielonego do tego celu EtherType, dzięki czemu ruch LWA jest przezroczysty dla punktu dostępowego WLAN.

Na płaszczyźnie sterowania Evolved Node B (eNB) jest odpowiedzialny za aktywację, dezaktywację LWA i decyzję, które nośniki zostaną przeniesione do sieci WLAN. Czyni to za pomocą informacji pomiarowych WLAN zgłaszanych przez UE. Po aktywowaniu LWA, eNB konfiguruje UE z listą identyfikatorów WLAN (określanych jako zestaw mobilności WLAN), w obrębie których UE może się poruszać bez powiadamiania sieci. Jest to kompromis między mobilnością w pełni kontrolowaną przez sieć a mobilnością w pełni kontrolowaną przez UE.

Mimo że korzystanie z WLAN w LWA jest kontrolowane przez sieć komórkową, UE ma możliwość „zrezygnowania” z domowej sieci WLAN (w przypadku, gdy UE nie obsługuje równoczesnej pracy WLAN). Ogólnie rzecz biorąc, projekt stara się zachować równowagę między technologią LTE, która jest tradycyjnie kontrolowana przez sieć, a technologią WLAN, która zwykle zapewnia terminalowi dużą swobodę (np. w zakresie wyboru sieci i sterowania ruchem). W przypadku projektu LWA decyzja wysokiego poziomu (np. aktywacja LWA) jest wykonywana przez sieć, ale istnieje wystarczający poziom swobody i elastyczności UE (w granicach określonych przez sieć).

Pierwsza wersja LWA zdefiniowana w wydaniu 14 obsługiwała tylko agregację łącza w dół. Zostało to dodatkowo ulepszone w wydaniu 15 dzięki agregacji łącza w górę i obsłudze pasma 60 GHz (aka WiGig ).

Wydajność LWA

Niektóre artykuły wykorzystują symulacje wdrożeń małych komórek obsługujących zarówno zasięg komórkowy, jak i WLAN za pomocą LWA. Pokazuje, że dzięki zastosowaniu LWA z podziałem nośnika poprawia się średnia przepustowość postrzegana przez użytkownika, jak również krawędź komórki dla wszystkich małych użytkowników komórek w systemie w porównaniu ze schematami współpracy radiowej Rel-12/Rel-13. W tych schematach sieć WLAN jest połączona przez sieć rdzeniową operatora zamiast zakotwiczenia w dostępie radiowym, a ruch może być przełączany z jednego dostępu do drugiego w oparciu o warunki radiowe dostępu, w tym obciążenie dostępu. Nie jest jednak jasne, jak wiele ulepszeń może przynieść LWA w porównaniu z innymi rozwiązaniami agregacji LTE-WLAN opartymi na RAN (np. LWIP).

Wdrożenia

W dniu 19 sierpnia 2016 r. M1 w Singapurze ogłosił pierwsze komercyjne wdrożenie HetNet (sieci heterogenicznej) w Singapurze, w tym LWA. Dzięki najnowocześniejszej technologii LTE-WiFi Aggregation (LWA), M1 spodziewa się osiągnąć szczytowe prędkości pobierania przekraczające 1 Gbit/s do 2017 roku.

Chunghwa Telecom (CHT) otworzy 23 lutego komercyjną sieć LTE/Wi-Fi Aggregation (LWA), dzięki czemu będzie pierwszym na świecie operatorem telekomunikacyjnym, który uruchomi LWA, według CHT. Standardy technologii LWA zostały zatwierdzone przez 3GPP w czerwcu 2016 r.

Dalsza lektura

Intel, „ Agregacja LTE-WLAN (LWA): korzyści i uwagi dotyczące wdrażania ”
5G Americas, „ Agregacja LTE i widmo bez licencji ”
The Ruckus Room, „ Zaręczyny: zakochanie w LTE i Wi-Fi ”
Qualcomm, „ Poprawa integracji LTE i Wi-Fi z agregacją PDCP ”

Linki zewnętrzne