TD-LTE、LTE-Advanced與WiMAX融合解決方案
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圖5 TD-LTE與WiMAX網絡之間的網絡注冊過程
首先，移動終端需要與WiMAX BS進行同步并交換基礎能力信息，接著觸發EAP-AKA程序用于終端認證，經過成功認證之后，終端和BS之間將經過3次握手來交換空口的安全密鑰，接著將進行注冊，觸發BS和ASN－GW數據鏈路的建立，這樣，根據認證期間從AAA服務器中下載的協議建立服務流。此時，層2上的連接已經建立起來。而UE 連接的網絡將觸發DHCP過程獲得IP地址，在交互Proxy Binding Update和Proxy Binding Acknowledge信息之后，鏈路將通過代理MIP在ASN－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。
從上述過程可以看到，TD-LTE可以讓終端通過AAA服務器，WiMAX ASN－GW和P-GW之間的PMIP接口（S2a）接入到核心網中。并且，PCC可以對用戶業務提供動態策略和計費規則。
2.3 TD-LTE與WiMAX的網絡切換
TD- LTE與WiMAX系統間的切換最重要的一點是提供用戶的無縫移動體驗，即TD-LTE與WiMAX之間的切換對用戶來說是透明的。UE是否進行切換可以由UE決定，也可以由網絡側決定。3GPP R8要求UE決定切換，因為首先，UE可以基于它的無線測量，用戶實現配置的參數選擇，和運營商的移動策略來決定切換；其次，UE不需要向網絡發送異系統之間的策略；第三，對TD-LTE網絡和WiMAX網絡的影響最小，例如，TD-LTE網絡不需要接收WiMAX小區的測量報告，不需要決定是否進行切換，也不需要跟蹤WiMAX的資源使用情況，對于WiMAX網絡來說也是如此。下面將以終端從WiMAX網絡切換到TD-LTE網絡為例來討論TD- LTE與WiMAX網絡之間的切換。
在切換方案中，需要建立新的功能實體FAF（Forward Attachment Function）[5]，UE可以通過S14接口與FAF聯系。從WiMAX網絡切換到TD-LTE網絡，終端通過WiMAX接入網和FAF建立通信，得到與切換相關的信息，FAF相當于eNB；相反地，從TD-LTE網絡到WiMAX網絡，終端通過TD-LTE接入網和FAF建立通信，得到準備切換相關的的信息，在這種情況下，FAF的功能相當于WiMAX ASN功能。在切換中假設WiMAX網絡支持PMIPv6，這樣WiMAX網絡和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ANDSF/FAF得到LTE鄰區信息，以及系統間的移動策略。UE接著測量LTE鄰區，如果UE決定發起切換，UE將發起預先注冊過程，預先注冊過程是典型的3GPP attach過程，雖然UE在WiMAX網絡中，但是可以通過UE和FAF之間的IP隧道進行。注冊過程由UE發送給FAF的Attach Request信息激活，FAF將Attach Request信息通過普通的Iu-PS接口發送給SGSN，它將發出普通的LTE認證過程，如果認證成功，SGSN將接收attach請求，并發送 Attach Accept信息，同時更新UE在HSS中的位置信息。
注冊之后，當UE決定需要向TD-LTE切換的時候，UE可以自主的或者被動的選擇一個LTE小區，在被動選擇模式中，UE發送Handover Required信息給源WiMAX ASN，其中包括候選LTE小區，源WiMAX ASN向UE發送包括切換目標LTE小區的Handover Request Response信息。目標小區選定之后，UE發送包含目標小區的Handover Request信息給FAF，FAF使用正常的Relocation過程在目標小區中準備合適的無線資源，并且向UE發送Handover Command信息，其中包括目標小區的信息。此時，UE離開WiMAX網絡，按照3GPP正常的切換程序接入到目標小區中，即發送Handover Complete信息，并完成Relocation過程。之后，UE創建一個合適的PDP context，并繼續數據傳輸。
需要注意的是，在 PDP context創建之后，UE維持和同一個P-GW的連接，因此保持原來的IP地址。另外，TD-LTE和WiMAX切換還需要保持業務的QoS。這需要考慮QoS映射，資源分配等情況。WiMAX允許多條業務流具有不同的QoS，這與3GPP PDP內容激活程序類似，另外，業務分類也是需要考慮的部分。WiMAX與3GPP之間的QoS保持主要是通過PCC來提供。
從以上分析可以看出，通過無縫切換，TD-LTE和WiMAX可以順利的實現網絡互通，數據互相傳輸。
2.4 小結
TD- LTE與WiMAX的融合只能通過松耦合的方式進行，采用雙模協議棧，獨立的無線網，統一的對外業務出口，這種融合方式可以在TD-LTE和WiMAX系統之間實現無縫傳輸，并且通過交換QoS參數可以保證業務在不同網絡之間傳輸，而且這種融合方式采用3GPP的SAE架構進行實現，通過S2a接口進行 WiMAX網絡與TD-LTE網絡的數據傳輸，通過Gxa接口與PCRF實體溝通，實現業務QoS的保持，通過STa實現用戶AAA認證，是比較簡單，對現網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，還有更高的用戶吞吐量和用戶數目，還需要進一步提高小區邊緣用戶的體驗。從技術的角度看，LTE-Advanced和WiMAX物理層都采用了相似的先進技術，如OFDM、MIMO、自適應鏈路層技術以及分等級的多種QoS 保證機制。兩者都是設計為基于全IP 核心網的蜂窩式網絡結構，在無線接入網絡（RAN）的結構方面都弱化基站控制器設備實體，采用公共無線資源管理控制基站等概念，這些都為網絡的互聯及融合機制的研究及設計提供了良好的條件，如負載均衡、動態頻譜分配、系統間無損切換等。
一般來說，在研究LTE-Advanced和WiMAX互聯結構時，需要考慮如下問題：
●提供網絡間相互協作的同時，要折中考慮網絡之間的公平性。
●合理定義結構實體，使LTE-Advanced和WiMAX之間以一種性能耗費比更優的方式通信。
●定義總的容量、指標和每個網間架構實體的功能。
●互聯架構應當是靈活的，能夠在不引入太多新節點和接口的條件下支持其他新型網絡的協作。
由于LTE-Advanced和WiMAX的網絡結構相對簡單，并且LTE-Advanced的網絡架構還沒有最后確定，因此，LTE-Advanced與 WiMAX有可能在空口進行緊密融合。如果LTE-Advanced沿用LTE的網絡架構，那么，在LTE-Advanced和WiMAX系統之間實現異構互聯的架構，需要增加必要的節點和接口。因此，一個非常重要的概念及功能體被引入來完成網絡間協作：通用鏈路層（GLL）[6]。在此融合網絡架構中，LTE-Advanced與WiMAX接入網互為補充進行網絡覆蓋，GLL 被引入到數據承載節點中，如多模終端，承載網關等，以在原有鏈路層機制上增加協作功能，如分組隊列、高層數據頭壓縮、分割和重傳功能等。同時，協調無線資源管理功能體被引入到原有的無線資源控制層（LTE-Advanced）及MAC（WiMAX）中，以保證網絡融合后整體的無線資源能更有效地利用。
3.1 通用鏈路層技術GLL
GLL 可被看作在原有協議層上增加的一個新的通信層，用來為不同的無線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 層進行不同程度的耦合，一般來說，耦合程度越高，系統互聯的復雜度越高，但能帶來更高的多接入增益，GLL 的功能主要包括：
●作為不同接入技術的匯聚層，為上面的各種高層協議（如網絡層）提供統一的接口，達到屏蔽不同無線接入技術差異的目的。
●對不同接入技術的RLC（無線鏈路控制）/MAC 功能進行控制及補充，達到資源的有效利用以及最大化發揮應用層性能。
●保持網絡協議層的模塊化結構，以支持不同的接入技術的融合。
●提供對用戶數據包在不同網絡間調度，以利于網絡分集增益。
●提供鏈路層狀態信息給上層，以支持有效的接入網絡間的移動性管理。
下圖給出了采用GLL后的WiMAX與LTE－Advanced網絡融合參考協議架構。其中：PDCP表示分組匯聚協議；BMC表示廣播、多播控制協議；CS表示匯聚子層；CPS表示通用部分子層；SS表示加密子層。該協議架構是基于一種緊耦合的方式，GLL放在原有協議的層2之上，但在層3之下。由于在LTE中，控制與數據層面已經分離，GLL分別定義了控制平面（GLL-C）和用戶平面（GLL-U）。在用戶平面，基于不同網絡的不同格式MAC數據通過GLL-U層處理，提供給上層一個統一格式定義的數據流。在控制層面，GLL-C將各網絡的下層反饋信息收集，并傳遞到協同資源管理單元，以進行動態的資源管理。
圖7 基于GLL 的互聯網絡協議架構
可以看出，LTE-Advanced與WiMAX的融合可以達到緊密融合的要求，即兩個網絡可以共用核心網和空口，只是在無線傳輸側有所區別，在這種程度上的融合，才是WiMAX和3GPP系列網絡的真正融合。
4． 總結
本文依據標準協議棧和網絡架構分析，分析和探討了TD-LTE，LTE-Advanced網絡與WiMAX網絡融合方案：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，并探討了在網絡融合中最重要的網絡選擇和網絡切換問題，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，以及緊耦合的協議棧。從分析可以看出，隨著技術的發展，3GPP系列網絡與WiMAX網絡的融合越來越緊密，相信在不遠的將來，3GPP系列網絡可以實現與WiMAX的全面融合，共同發展。本文引用地址：http://www.104case.com/article/155435.htm
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