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5G与Wi-Fi 接入的网络融合发展分析.docx
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5G与Wi-Fi 接入的网络融合发展分析.docx
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【摘 要】随着运营商全力加快对 5G 移动网络的部署,5G 在商业楼宇、工业生产或
其他室内应用场景与 Wi-Fi 无线局域网接入融合将成为实现 5G 端到端商业部署的关键
环节。分析了 3GPP Release 15 以及 Release 16 关于 5G 网络与 Wi-Fi 接入融合的标
准演进和关键技术,然后对于网络融合中的技术挑战进行了探讨和评估,最后对 5G 与
Wi-Fi 网络融合的社会应用进行了前景展望。
【关键词】5G;Wi-Fi 6;固定无线网络融合
0 引言
2020 年是移动 5G 在国内进入大规模部署的商用元年,三大运营商纷纷
进行集采招标,5G 网络建设成为新型基础设施建设的热点。但相对于原
来的 4G LTE 工作在 2.4 GHz 左右的频段,中国 5G 主流的 3.5 GHz 频段
的穿透能力较弱,通过墙壁的时候可能有 20 dB 的损耗,使得 5G 信号在
室内的实际覆盖率受到影响,例如参考文献[1]对 5G 室内覆盖规模部署
进行了讨论与研究。从 5G 基站部署的目标来看,5G 基站的信号覆盖范
围将可能从 4G 的数百米减小到数十米,在保证业务顺利畅通的条件下,
这就要求 5G 基站的数量相比 4G 有很大的增加。然而 5G 基站铺设和网络
完善是长期的建设,在短时间内 5G 信号覆盖率在社区、楼宇或家庭的最
后百米内必然有所不足。
目前 Wi-Fi 已经在室内得到广泛的应用,如果在户外通过 5G 连接上网,
到了室内之后自动切换到 Wi-Fi 网络,即使室内 5G 信号薄弱或甚至没有
5G 信号覆盖,但仍然支持 5G 终端在固定网络中被寻址访问和维持原有 5G
下运行的业务,这种情况是固定无线网络融合技术发展的关键场景之一,
核心问题在于如何把 Wi-Fi 设备通过固定网络接入到移动核心网。
从 2004 开始,3GPP 在 R6 版本中就已经着实推动对移动网络与无线局域
网融合架构的定义,允许运营商把移动网络中的流量通过室内的无线局
域网进行传输。紧随 R6 版本其后,3GPP 在以后的版本一直保持着对规
范的演进和增强
[2]
。
然而 3GPP 的 4G 标准对 Wi-Fi 接入的集成并没有得到大规模商业部署,
其主要原因是整体网络方案较为复杂
[8]
,对 4G 核心网和无线接入网络节
点(eNB)存在较大的耦合和依赖,核心网网络单元和无线接入网络节点
需要进行复杂的功能扩展,并且需要开发终端 UE 支持多种网络方案。因
而网络投资的性价比得不到运营商和设备厂商的认可和支持。
本文分析 3GPP R15 以及 R16 关于 5G 网络与 Wi-Fi 接入融合的标准演进
和关键技术,接着对网络融合中的技术挑战进行了探讨和评估,并对最
新的 Wi-Fi 6 技术将给 5G 带来的网络融合演进进行分析,最后对 5G 与
Wi-Fi 网络融合的社会应用进行了前景展望。
1 5G 移动网络的 Wi-Fi 接入的标准和演进
5G 中的 Wi-Fi 网络融合的标准制定过程中借鉴了 4G 系统的经验。
首先 5G 核心网络基于业务模块化架构和网络功能虚拟化技术,做到控制
面和数据面分离、核心网络和接入网络分离。5G 网络架构定义了核心网
和接入网之间的标准接口,支持不同种类接入网络的融合,包括 3GPP 网
络和非 3GPP 网络。
如图 1 所示,对于 Wi-Fi 接入的支持,3GPP R15 定义了不可信非 3GPP 网
络(Untrusted Non-3GPP Access)融合架构
[5]
,3GPP R16 中定义了可
信非 3GPP 网络(Trusted Non-3GPP Access)融合架构
[6]
。
3GPP R15 标准中关于不可信非 3GPP 网络融合的关键定义与技术如下:
(1)网络架构的标准化:在原来的 5G 网络拓扑中增加新的非 3GPP 交互
功能单元(N3IWF, Non-3GPP Interworking Function)。它的作用是处
理来自终端 UE 设备的注册认证请求,建立数据通道来实现 5G 核心网与
Wi-Fi 无线局域网之间的业务转发。
(2)UE 终端设备的兼容性:UE 终端设备的硬件不需要变更,只需软件
升级支持 N3IWF 网络发现与 IPsec 安全通道能力即可支持 3GPP R15 标准
中定义的网络融合业务。
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