การรวม LTE-WLAN
การรวมสัญญาณ LTE-WLAN ( LWA ) เป็นเทคโนโลยีที่กำหนดโดย3GPPใน LWA โทรศัพท์มือถือที่รองรับทั้งLTEและWi-Fiสามารถกำหนดค่าโดยเครือข่ายให้ใช้งานทั้งสองลิงก์พร้อมกันได้ LWA เป็นวิธีการทางเลือกในการใช้LTE ในคลื่นความถี่ที่ไม่ต้องขออนุญาตซึ่งแตกต่างจากLAA/LTE-U ตรง ที่สามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายและอุปกรณ์เคลื่อนที่ ในขณะที่ให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับ LAA แตกต่างจากวิธีการอื่นๆ ในการใช้ LTE และ WLAN พร้อมกัน (เช่นMultipath TCP ) LWA อนุญาตให้ใช้ทั้งสองลิงก์สำหรับกระแสข้อมูลเดียว และโดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากมีการประสานงานในระดับเลเยอร์ของโปรโตคอล ที่ต่ำกว่า
สำหรับผู้ใช้งาน LWA ช่วยให้ใช้งานเครือข่าย LTE และ Wi-Fi ได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมาก สำหรับผู้ให้บริการเครือข่ายมือถือ LWA ช่วยลดความซับซ้อนในการติดตั้ง Wi-Fi ปรับปรุงการใช้ระบบให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และลดต้นทุนการดำเนินงานและการจัดการเครือข่าย LWA สามารถติดตั้งได้ทั้งแบบรวมศูนย์ (collocated) ซึ่ง eNB และ Wi-Fi AP หรือ AC ถูกรวมเข้าไว้ในอุปกรณ์เดียวกัน หรือแบบแยกศูนย์ (non-collocated) ซึ่ง eNB และ Wi-Fi AP หรือ AC เชื่อมต่อกันผ่านอินเทอร์เฟซมาตรฐานที่เรียกว่า Xw ตัวเลือกการติดตั้งแบบหลังนี้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับกรณีที่ต้องการครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ของ Wi-Fi และ/หรือบริการ Wi-Fi นั้นให้บริการโดยบุคคลที่สาม (เช่น มหาวิทยาลัย) แทนที่จะเป็นผู้ให้บริการเครือข่ายมือถือ
LWA ได้รับการกำหนดมาตรฐานโดย 3GPP ใน Release-13 แล้ว Release 14 Enhanced LWA (eLWA) เพิ่มการรองรับ ย่านความถี่ 60 GHz (802.11ad และ 802.11ay หรือที่ รู้จักกันในชื่อ WiGig) ด้วยแบนด์วิดท์ 2.16 GHz การรวมสัญญาณอัปลิงก์ การปรับปรุงด้านการเคลื่อนที่ และการปรับปรุงอื่นๆ
พื้นหลัง
เครือข่ายโทรศัพท์มือถือได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้กับคลื่นความถี่ที่ได้รับอนุญาต อย่างไรก็ตาม เมื่อรูปแบบการใช้งานเปลี่ยนจากเน้นเสียงไปเน้นข้อมูล และปริมาณการใช้งานข้อมูลเพิ่มสูงขึ้น ผู้ให้บริการจึงเริ่มมองหาโอกาสในการใช้คลื่นความถี่ที่ไม่ต้องขออนุญาต การใช้ WLAN ไม่เพียงแต่ช่วยให้ผู้ให้บริการเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลสูงสุดและความจุของระบบเท่านั้น แต่ยังสามารถให้บริการสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่โทรศัพท์มือถือ เช่น แล็ปท็อป ได้อีกด้วย
เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ให้บริการ 3GPP ได้กำหนดวิธีการต่างๆ สำหรับการบูรณาการการเข้าถึง WLAN เข้ากับการใช้งานเครือข่ายของผู้ให้บริการ
โดยพิจารณาจากวิธีการผสานรวมการเข้าถึง WLAN เข้ากับเครือข่ายของผู้ให้บริการ มีสองประเภท ได้แก่ 1) การผสานรวมเครือข่ายหลัก (Core Network integration) ซึ่งการเข้าถึง WLAN เชื่อมต่อกับเครือข่ายหลักของผู้ให้บริการโดยใช้ส่วนต่อประสาน S2a หรือ S2b ซึ่งมีอยู่ในเครือข่าย 3GPP ตั้งแต่เวอร์ชัน 8 และ 2) การผสานรวมแบบ RAN (RAN based integration) ซึ่งการเข้าถึง WLAN เชื่อมต่อโดยตรงกับโหนดการเข้าถึง RAN (เช่น LWA หรือLWIP ) ซึ่งมีอยู่ในเวอร์ชัน 13 วิธีการผสานรวมข้างต้นทั้งหมดนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานว่ามีความต่อเนื่องของบริการในระดับหนึ่ง รวมถึงอุปกรณ์ปลายทางอยู่ภายใต้การครอบคลุมคลื่นความถี่เซลลูลาร์ที่ได้รับอนุญาตเสมอ เมื่อไม่มีสมมติฐานเรื่องความต่อเนื่องของบริการ การเข้าถึง WLAN จะถูกเรียกว่าเป็นการผสานรวมผ่านสิ่งที่เรียกว่า Non-Seamless WLAN Offload (NSWO)
อุปกรณ์ปลายทางอาจเข้าถึงเครือข่ายเซลลูลาร์หรือเครือข่ายไร้สาย (WLAN) หรือทั้งสองอย่าง กระบวนการนี้อาจเริ่มต้นโดยเครือข่ายหรือเริ่มต้นโดยอุปกรณ์ปลายทาง เมื่อเริ่มต้นโดยเครือข่าย อาจอิงตามสัญญาณเครือข่ายหลัก (เช่น NAS ในกรณีของการเคลื่อนที่ของข้อมูล IP บนเครือข่าย) หรือกฎที่อิงตาม RAN ส่วนกระบวนการที่เริ่มต้นโดยอุปกรณ์ปลายทางนั้น อิงตามนโยบายของผู้ให้บริการที่มอบให้แก่อุปกรณ์ปลายทาง (เช่น ผ่าน ANDSF) นโยบาย/การตั้งค่าของผู้ใช้ ฯลฯ นโยบายเหล่านี้อาจพิจารณาสภาพต่างๆ (เช่น เวลา สถานที่ โหลดเครือข่าย โหลดการเข้าถึง สภาพวิทยุ ฯลฯ) ในการกำหนดทั้งการเลือกการเข้าถึงและการสลับการรับส่งข้อมูลจากช่องทางการเข้าถึงหนึ่งไปยังอีกช่องทางหนึ่ง
ในระบบ LTE - WLAN Aggregation (เช่น LWA หรือ LWIP) การเข้าถึง WLAN จะเชื่อมต่อโดยตรงกับโหนดการเข้าถึง RAN และการเลือกการเข้าถึงและการกำหนดทิศทาง/การแบ่งแยกการรับส่งข้อมูลจะดำเนินการทั้งหมดภายใต้การควบคุมของโหนดเครือข่ายการเข้าถึงวิทยุ (เช่น eNB)
LWA ในเชิงลึก
จากมุมมองของเครือข่าย มีสองตัวเลือกที่ให้ความยืดหยุ่นเมื่อพิจารณาการใช้งาน LWA ได้แก่ แบบติดตั้งร่วมกัน (collocated) และแบบติดตั้งแยก (non-collocated) ในแบบแรก จุดเชื่อมต่อ WLAN (AP) หรือตัวควบคุมการเข้าถึง (AC) จะถูกรวมเข้ากับ LTE eNB ทางกายภาพ ในขณะที่ในแบบหลัง เครือข่าย WLAN (เช่น AP และ/หรือ AC) จะเชื่อมต่อกับ LTE eNB ผ่านอินเทอร์เฟซเครือข่ายภายนอก (Xw)
การออกแบบ LWA ส่วนใหญ่เป็นไปตามสถาปัตยกรรม LTE Dual Connectivity (DC) [3] ตามที่กำหนดไว้ใน 3GPP Release 12 ซึ่งอนุญาตให้ UE เชื่อมต่อกับสถานีฐานหลายแห่งพร้อมกัน โดยใช้ WLAN แทน LTE Secondary eNB (SeNB)
ในระดับผู้ใช้ (User Plane) เครือข่าย LTE และ WLAN จะถูกรวมเข้าด้วยกันที่ระดับโปรโตคอล Packet Data Convergence Protocol (PDCP) ในส่วนดาวน์ลิงก์ (Downlink) สถานีฐาน (eNB) อาจกำหนดตารางเวลาสำหรับ PDCP PDU ของ Bearer เดียวกัน เพื่อส่งไปยังอุปกรณ์ผู้ใช้ (UE) ผ่านทาง LTE หรือ WLAN ก็ได้ ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากเลเยอร์ PDCP สามารถจัดลำดับแพ็กเก็ตที่ได้รับจากทั้งลิงก์ LTE และ WLAN ใหม่ได้ ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างมาก เพื่อให้การกำหนดตารางเวลามีประสิทธิภาพและจัดสรรแพ็กเก็ตไปยังลิงก์ LTE และ WLAN อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด สถานีฐาน (eNB) สามารถรับข้อมูลวิทยุเกี่ยวกับทั้งสองลิงก์ รวมถึงการบ่งชี้การควบคุมการไหล (Flow Control Indication) เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลง MAC ของ WLAN เครือข่าย LWA จะใช้EtherTypeที่จัดสรรไว้สำหรับวัตถุประสงค์นี้โดยเฉพาะ เพื่อให้การรับส่งข้อมูล LWA โปร่งใสต่อ AP ของ WLAN
ในส่วนควบคุม (Control Plane ) Evolved Node B (eNB) มีหน้าที่รับผิดชอบในการเปิดใช้งานและปิดใช้งาน LWA รวมถึงการตัดสินใจว่าจะส่งการรับส่งข้อมูลใดไปยัง WLAN โดยใช้ข้อมูลการวัดค่า WLAN ที่รายงานโดย UE เมื่อ LWA ถูกเปิดใช้งานแล้ว eNB จะกำหนดค่า UE ด้วยรายการตัวระบุ WLAN (เรียกว่า WLAN Mobility Set) ซึ่ง UE สามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องแจ้งให้เครือข่ายทราบ นี่เป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างการเคลื่อนที่ที่ควบคุมโดยเครือข่ายอย่างสมบูรณ์และการเคลื่อนที่ที่ควบคุมโดย UE อย่างสมบูรณ์
แม้ว่าการใช้งาน WLAN ใน LWA จะถูกควบคุมโดยเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ แต่ UE ก็มีตัวเลือกที่จะ "ยกเลิก" เพื่อใช้ WLAN ที่บ้าน (ในกรณีที่ UE ไม่รองรับการใช้งาน WLAN พร้อมกัน) โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบพยายามสร้างสมดุลระหว่างเทคโนโลยี LTE ซึ่งโดยปกติแล้วจะถูกควบคุมโดยเครือข่าย และเทคโนโลยี WLAN ซึ่งโดยปกติแล้วจะอนุญาตให้เทอร์มินัลมีอิสระมาก (เช่น ในแง่ของการเลือกเครือข่ายและการจัดการทราฟฟิก) ด้วยการออกแบบ LWA การตัดสินใจระดับสูง (เช่น การเปิดใช้งาน LWA) จะดำเนินการโดยเครือข่าย แต่ UE ก็ยังมีอิสระและความยืดหยุ่นในระดับที่เพียงพอ (ภายในขอบเขตที่กำหนดโดยเครือข่าย)
LWA เวอร์ชันแรกที่กำหนดไว้ใน Release-14 รองรับเฉพาะการรวมข้อมูลดาวน์ลิงก์เท่านั้น แต่ใน Release-15 ได้มีการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยเพิ่มการรวมข้อมูลอัปลิงก์และรองรับ ย่านความถี่ 60 GHz (หรือที่เรียกว่าWiGig )
ประสิทธิภาพของ LWA
งานวิจัยบางส่วน[ 1 ]ใช้การจำลองการใช้งานเซลล์ขนาดเล็กที่รองรับทั้งการครอบคลุมเซลลูลาร์และ WLAN โดยใช้ LWA แสดงให้เห็นว่าการใช้ LWA แบบแยก Bearer Split ช่วยปรับปรุงปริมาณการรับส่งข้อมูลเฉลี่ยและที่ผู้ใช้รับรู้บริเวณขอบเซลล์สำหรับผู้ใช้เซลล์ขนาดเล็กทั้งหมดในระบบ เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบการทำงานร่วมกันของวิทยุ Rel-12/Rel-13 ในรูปแบบดังกล่าว WLAN จะเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายหลักของผู้ให้บริการแทนที่จะยึดติดอยู่กับการเข้าถึงวิทยุ และการรับส่งข้อมูลอาจถูกสลับจากการเข้าถึงหนึ่งไปยังอีกการเข้าถึงหนึ่งโดยขึ้นอยู่กับสภาพวิทยุของการเข้าถึง รวมถึงภาระงานของการเข้าถึง อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่า LWA จะนำมาซึ่งการปรับปรุงมากน้อยเพียงใดเมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันการรวม LTE-WLAN ที่ใช้ RAN อื่นๆ (เช่น LWIP)
การปรับใช้
เมื่อวันที่ 19 สิงหาคม 2559 M1 ของสิงคโปร์ประกาศ[ 2 ] การเปิดตัว HetNet ( เครือข่ายแบบผสมผสาน ) เชิงพาณิชย์ครั้งแรกของสิงคโปร์ ซึ่งรวมถึง LWA ด้วยเทคโนโลยี LTE-WiFi Aggregation (LWA) ที่ล้ำสมัย M1 คาดว่าจะสามารถส่งมอบความเร็วในการดาวน์โหลดสูงสุดมากกว่า 1 Gbit/s ภายในปี 2560
Chunghwa Telecom (CHT) จะเปิดเครือข่าย LTE/Wi-Fi Aggregation (LWA) เชิงพาณิชย์ในวันที่ 23 กุมภาพันธ์[ 3 ]ทำให้เป็นผู้ให้บริการโทรคมนาคมรายแรกของโลกที่เปิดตัว LWA ตามที่ CHT ระบุ มาตรฐานเทคโนโลยี LWA ได้รับการอนุมัติจาก 3GPP ในเดือนมิถุนายน 2016
อ่านเพิ่มเติม
- Intel, " การรวมสัญญาณ LTE-WLAN (LWA): ประโยชน์และข้อควรพิจารณาในการใช้งาน "
- 5G อเมริกา, " การรวม LTE และคลื่นความถี่ที่ไม่ได้รับอนุญาต "
- The Ruckus Room, " การเริ่มต้นความสัมพันธ์: LTE และ Wi-Fi ตกหลุมรักกัน " เก็บถาวรเมื่อ 2016-09-07 ที่Wayback Machine
- Qualcomm, " การปรับปรุงการทำงานร่วมกันของ LTE และ Wi-Fi ด้วยการรวม PDCP "
ลิงก์ภายนอก
- มาตรา 22A ในระบบการเข้าถึงวิทยุภาคพื้นดินสากลขั้นสูง (E-UTRA) และเครือข่ายการเข้าถึงวิทยุภาคพื้นดินสากลขั้นสูง (E-UTRAN); คำอธิบายโดยรวม; ขั้นตอนที่ 2
- เครือข่ายการเข้าถึงวิทยุภาคพื้นดินสากลที่พัฒนาแล้ว (E-UTRAN) และเครือข่าย LAN ไร้สาย (WLAN); โปรโตคอลแอปพลิเคชัน Xw (XwAP)
- เครือข่ายการเข้าถึงวิทยุภาคพื้นดินสากลที่พัฒนาแล้ว (E-UTRAN) และเครือข่าย LAN ไร้สาย (WLAN); การขนส่งข้อมูล Xw
- เครือข่ายการเข้าถึงวิทยุภาคพื้นดินสากลที่พัฒนาแล้ว (E-UTRAN) และเครือข่าย LAN ไร้สาย (WLAN); โปรโตคอลระนาบผู้ใช้ของอินเทอร์เฟซ Xw