1 引言

本地IP 接入（Local IPAccess，LIPA）和IP 數(shù)據(jù)分流（Selected IP Traffic Offload，SIPTO）技術(shù)最初是基于家庭基站（Home （enhanced）Node B， H（e）NB） 網(wǎng)絡(luò)提出的，其含義是用戶的業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)直接從家庭基站進(jìn)行接入，不經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)。

IP是英文Internet Protocol（網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議）的縮寫，中文簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)協(xié)”，也就是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。在因特網(wǎng)中，它是能使連接到網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計(jì)算機(jī)在因特網(wǎng)上進(jìn)行通信時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只要遵守 IP協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。IP地址具有唯一性，根據(jù)用戶性質(zhì)的不同，可以分為5類。另外，IP還有進(jìn)入防護(hù)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)，指針寄存器等含義。IP是怎樣實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的？各個(gè)廠家生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和設(shè)備，如以太網(wǎng)、分組交換網(wǎng)等，它們相互之間不能互通，不能互通的主要原因是因?yàn)樗鼈兯鶄魉蛿?shù)據(jù)的基本單元（技術(shù)上稱之為“幀”）的格式不同。IP協(xié)議實(shí)際上是一套由軟件程序組成的協(xié)議軟件，它把各種不同“幀”統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成“IP數(shù)據(jù)包”格式，這種轉(zhuǎn)換是因特網(wǎng)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)，使所有各種計(jì)算機(jī)都能在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通，即具有“開(kāi)放性”的特點(diǎn)。

如果通信系統(tǒng)中部署了H（e）NB，對(duì)于H（e）NB 的用戶來(lái)說(shuō)，除了可以使用公眾的Internet 業(yè)務(wù)外，還可以與家庭網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，以共享家庭網(wǎng)絡(luò)中的資源， 并能與家庭網(wǎng)絡(luò)中的拜訪用戶進(jìn)行通信。如果引入LIPA 技術(shù)，用戶與家庭網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳遞完全可以直接通過(guò)H（e）NB 實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需再傳遞到核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

LIPA 技術(shù)是對(duì)H（e）NB 功能的增強(qiáng)，允許終端通過(guò)H（e）NB 訪問(wèn)家庭/ 企業(yè)內(nèi)部的IP 資源。這為運(yùn)營(yíng)商基于H（e）NB，開(kāi)發(fā)更多的家庭/ 企業(yè)特色的應(yīng)用提供了可能。對(duì)于沒(méi)有Wi-Fi 能力的終端可以做到類似本地Wi-Fi 訪問(wèn)的效果。

隨著無(wú)線接入技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸以更高的速率傳遞，用戶數(shù)量的增加和用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的提高都對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元性能提出了更高要求。無(wú)線接入技術(shù)RIT（radio interface technologies） 無(wú)線接入技術(shù)（也稱空中接口）是無(wú)線通信的關(guān)鍵問(wèn)題。它是指通過(guò)無(wú)線介質(zhì)將用戶終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)用戶與網(wǎng)絡(luò)間的信息傳遞。無(wú)線信道傳輸?shù)?a target="_blank">信號(hào)應(yīng)遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議即構(gòu)成無(wú)線接入技術(shù)的主要內(nèi)容。無(wú)線接入技術(shù)與有線接入技術(shù)的一個(gè)重要區(qū)別在于可以向用戶提供移動(dòng)接入業(yè)務(wù)。無(wú)線接入網(wǎng)是指部分或全部采用無(wú)線電波這一傳輸媒質(zhì)連接用戶與交換中心的一種接入技術(shù)。在通信網(wǎng)中，無(wú)線接入系統(tǒng)的定位：是本地通信網(wǎng)的一部分，是本地有線通信網(wǎng)的延伸、補(bǔ)充和臨時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)。典型的無(wú)線接入系統(tǒng)主要由控制器、操作維護(hù)中心、基站、固定用戶單元和移動(dòng)終端等幾個(gè)部分組成。

與所有的IP 數(shù)據(jù)包都路由到相對(duì)集中的核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（如以省為單位的集中部署GGSN）相比，在宏網(wǎng)絡(luò)中采用SIPTO，可以允許在靠近用戶的位置（如市、區(qū)等）、以分布的方式部署網(wǎng)關(guān)設(shè)備，如GGSN，從而允許用戶的數(shù)據(jù)能夠從地理/ 邏輯更近的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。

2 技術(shù)需求分析

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，最初的H（e）NB 需求文稿（3GPP TS 22.220）中只有LIPA 的概念，應(yīng)用場(chǎng)景是基于H（e）NB 用戶，其業(yè)務(wù)可以是家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的業(yè)務(wù)，也可以是Internet 網(wǎng)業(yè)務(wù)。但是明確了對(duì)宏網(wǎng)絡(luò)中的Internet 業(yè)務(wù)進(jìn)行分流的需求以后，SIPTO 概念隨之提出。明確場(chǎng)景如下：

●用于家庭/ 企業(yè)網(wǎng)業(yè)務(wù)的LIPA，終端可以通過(guò)H（e）NB 直接訪問(wèn)用戶家庭網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)網(wǎng)中其他具備IP 能力的設(shè)備。

●用于H（e）NB 中的SIPTO，終端可以通過(guò)H（e）NB 直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

●用于宏網(wǎng)絡(luò)中的SIPTO，終端可以通過(guò)宏基站直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

分類可從兩個(gè)層面來(lái)理解：首先，從業(yè)務(wù)的形式來(lái)看，LIPA 用于H（e）NB 內(nèi)的業(yè)務(wù)，而SIPTO 用于公網(wǎng)的業(yè)務(wù)；其次，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)說(shuō)，LIPA 用于H（e）NB，而SIPTO 可用于H（e）NB， 也可用于宏網(wǎng)絡(luò)。LIPA/SIPTO 的架構(gòu)如圖1 和圖2 所示，圖1 描述的是H（e）NB 的應(yīng)用場(chǎng)景，圖2 描述的是3G/LTE 宏網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1 用于家庭基站的LIPA/SIPTO

圖2 用于宏網(wǎng)絡(luò)的LIPA/SIPTO

雖然LIPA 和SIPTO 有不同的應(yīng)用場(chǎng)景， 但是從功能和結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，LIPA/SIPTO 的問(wèn)題是相似的，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是基本相同的。因此，為了保持解決方案的一致性，3GPP 在TR 23.829 中對(duì)這兩個(gè)技術(shù)進(jìn)行了集中分析和研究。

（1） LIPA 技術(shù)的需求

●應(yīng)能支持UE 接入到移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)，同時(shí)通過(guò)LIPA 方式接入到家庭/ 企業(yè)IP 網(wǎng)絡(luò)。

●LIPA 僅用于在UE，H（e）NB 和家庭/ 企業(yè)網(wǎng)間進(jìn)行業(yè)務(wù)路由。

●使用LIPA 的UE 也必須有合法的簽約數(shù)據(jù)，通過(guò)了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)。

●UE 能通過(guò)漫游協(xié)議在拜訪網(wǎng)絡(luò)中使用LIPA。

●UE 漫游到特定VPLMN 的時(shí)候，HPLMN 能夠關(guān)閉LIPA。

●LIPA 的使用， 不應(yīng)該影響UE其他并行的業(yè)務(wù)。

●如果家庭/ 企業(yè)網(wǎng)能夠提供LIPA 技術(shù)，應(yīng)能通知UE。

●UE 在同一個(gè)家庭/ 企業(yè)網(wǎng)內(nèi)的H（e）NB 間移動(dòng)時(shí)，應(yīng)能夠維持UE到家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的IP 連接性。

●運(yùn)營(yíng)商可以針對(duì)H（e）NB 和UE 關(guān)閉/ 開(kāi)啟LIPA。

●LIPA 的使用不能減弱運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（2） 用于H（e）NB 的SIPTO 技術(shù)需求

●可以在靠近UE 附著到接入網(wǎng)絡(luò)的位置， 對(duì)特定的業(yè)務(wù)進(jìn)行分流。

●運(yùn)營(yíng)商可以針對(duì)用戶開(kāi)啟/ 關(guān)閉SIPTO 技術(shù)，例如可以基于用戶的費(fèi)用或者簽約信息等。

●對(duì)于同一個(gè)UE 進(jìn)行的多個(gè)業(yè)務(wù)， 可以只對(duì)其中的一部分業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，而不影響其他業(yè)務(wù)的使用。

●SIPTO 的使用不應(yīng)減弱移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的安全性。

●無(wú)須用戶的參與，就能執(zhí)行SIPTO。

●SIPTO 要支持宏網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性，也要支持家庭基站和宏網(wǎng)絡(luò)之間以及家庭基站間的移動(dòng)性。

●HPLMN 可以給VPLMN 提供用戶的SIPTO 信息，如是否允許在拜訪網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行SIPTO，以及哪些網(wǎng)絡(luò)中可以進(jìn)行SIPTO 等。

（3） 用于宏網(wǎng)絡(luò)的SIPTO 技術(shù)需求

●運(yùn)營(yíng)商可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中特定區(qū)域進(jìn)行SIPTO 的開(kāi)啟/ 關(guān)閉。

●SIPTO 不能減弱所分流出去的業(yè)務(wù)的完整性和保密性。

（4） LIPA/SIPTO 技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

●業(yè)務(wù)分流點(diǎn)或者說(shuō)業(yè)務(wù)的中斷點(diǎn)的位置在哪里，是由哪個(gè)網(wǎng)元來(lái)決定進(jìn)行業(yè)務(wù)中斷的？

●基于什么的原則對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，即什么樣的業(yè)務(wù)需要分流？

●分流后的業(yè)務(wù)，該怎么實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)？ 怎么上報(bào)計(jì)費(fèi)信息？ 由哪個(gè)網(wǎng)元上報(bào)？

●是否需要支持合法監(jiān)聽(tīng)？ 如果要支持，其合法監(jiān)聽(tīng)點(diǎn)在什么位置？

●執(zhí)行LIPA/SIPTO 時(shí)，由于家庭基站沒(méi)有Gx 接口，是否只能基于靜態(tài)策略進(jìn)行QoS 控制？

●執(zhí)行LIPA/SIPTO 時(shí)， 是否運(yùn)營(yíng)商可以基于系統(tǒng)的配置和負(fù)荷，動(dòng)態(tài)發(fā)生？ 還是基于配置數(shù)據(jù)，靜態(tài)發(fā)生的？

在討論和研究LIPA/SIPTO 技術(shù)的解決方案過(guò)程中，需要遵循的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本原則有：

——對(duì)于要通過(guò)運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)，S-GW/SGSN 用戶平面功能在運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)內(nèi)。

——移動(dòng)性管理信令由運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)處理。

——進(jìn)行LIPA/SIPTO 時(shí)， 其會(huì)話管理信令以及要通過(guò)核心網(wǎng)傳遞的業(yè)務(wù)是在核心網(wǎng)終結(jié)的。

——業(yè)務(wù)分流點(diǎn)應(yīng)該是盡量靠近用戶的，這個(gè)分流點(diǎn)可以在空閑模式的移動(dòng)性程序中進(jìn)行重選。

3 解決方案

針對(duì)以上關(guān)鍵問(wèn)題和基本架構(gòu)原則，3GPP 提出了6 種解決方案。下面分別對(duì)這6 種方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。

（1） 方案1

該方案適用于H（e）NB 的業(yè)務(wù)分流。方案的原則是，本地網(wǎng)關(guān)（LocalGateWay，L-GW）與H（e）NB 合設(shè)，用一個(gè)專用的APN 來(lái)標(biāo)識(shí)需要進(jìn)行業(yè)務(wù)分流的PDN，運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)中的業(yè)務(wù)則用與該P(yáng)DN 不同的PDN 連接進(jìn)行傳遞，L-PGW （本地P-GW） 和L-GGSN（本地GGSN） 的位置是在家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的， 比如在H（e）NB 中。

該方案可以基于S5 接口實(shí)現(xiàn)， 即空閑狀態(tài)下的下行分組數(shù)據(jù)存放在S-GW 中， 并通過(guò)S-GW 和L-GW 間的S5 接口進(jìn)行前轉(zhuǎn)； 也可以基于S4/S11 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)， 此時(shí)L-GW 與MME/SGSN 間會(huì)有S11/S4接口， 其功能是S11/S4 接口功能的子集， 主要完成LIPA 業(yè)務(wù)的會(huì)話管理。

（2） 方案2

該方案可用于H（e）NB，但不能用于宏網(wǎng)絡(luò)。其思路是通過(guò)H（e）NB 中的NAT 實(shí)現(xiàn)LIAP/SIPTO， 由H（e）NB 根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流的分拆和插入，并由H（e）NB 子系統(tǒng)中的NAT 來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流的路由。終端僅采用一個(gè)PDN 連接在家用基站子系統(tǒng)中增加NAT 和路由策略的功能以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流。

（3） 方案3

該方案可用于3G 網(wǎng)絡(luò)。其原則是，在無(wú)線基站上部署本地網(wǎng)關(guān)，由無(wú)線側(cè)網(wǎng)元上報(bào)適合分流的本地網(wǎng)關(guān)地址； 核心網(wǎng)通過(guò)用戶的簽約判斷是否允許SIPTO建立并進(jìn)行本地網(wǎng)關(guān)的選擇；SGSN 需要為L(zhǎng)IPA/SIPTO連接建立直接隧道。SGSN 可以基于運(yùn)營(yíng)商策略，根據(jù)分流點(diǎn)的位置不同，選擇合適的GGSN，進(jìn)行業(yè)務(wù)疏導(dǎo)或分流。

（4） 方案4

該方案僅適用于3G 網(wǎng)絡(luò)。方案的原則是基于NAT，在Iu-PS 執(zhí)行業(yè)務(wù)分流。架構(gòu)中增加了一個(gè)新的網(wǎng)元，即業(yè)務(wù)分流功能（TOF，TrafficOffload Function）。TOF 位于Iu-PS 接口，可以獨(dú)設(shè)或與RNC/HNBGW 合設(shè)。TOF 能夠決定分流策略，進(jìn)行業(yè)務(wù)的分流和插入，提供標(biāo)準(zhǔn)的Iu-PS 接口到RNC 和SGSN，并可以基于運(yùn)營(yíng)商策略，通過(guò)NAT 和SPI/DPI 功能為運(yùn)營(yíng)商提供不同等級(jí)的SIPTO 應(yīng)用。

（5） 方案5

該方案適用于對(duì)Internet 業(yè)務(wù)進(jìn)行分流， 但不適用于家庭基站內(nèi)的業(yè)務(wù)。方案是基于本地P-GW 選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流的。MME/SGSN 在進(jìn)行GW 選擇的時(shí)候，要考慮用戶的位置，選擇一個(gè)靠近用戶的網(wǎng)關(guān)，可以使用基于DNS 機(jī)制來(lái)執(zhí)行網(wǎng)關(guān)選擇。另外，方案將用戶面網(wǎng)元下移至無(wú)線側(cè)，對(duì)于GPRS 系統(tǒng)，本地GGSN 部署在RNC 上或者RNC 附近，采用直接隧道；EPS就是英文Electric Power Steering的縮寫，即電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡(jiǎn)單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

（6） 方案6

該方案適用于業(yè)務(wù)分流的所有場(chǎng)景。方案是基于本地網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流， 增加了L-GW 支持LIPA/SIPTO， 在L-GW 和P-GW/GGSN 之間， 配置了直接的擴(kuò)展隧道， 便于空閑態(tài)下用戶的LIPA/SIPTO下行數(shù)據(jù)的傳輸及連接狀態(tài)下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。L-GW 的功能可以在無(wú)線側(cè)，也可以在核心網(wǎng)側(cè)。L-GW 并不是把P-GW/GGSN 功能遷移到eNB/E-UTRAN， 而只包括其中很少的一部分功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

3GPP的SA2 工作組目前進(jìn)行的是R10 階段的LIPA/SIPTO 技術(shù)討論，眾多的通信廠商和運(yùn)營(yíng)商提出了一些有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。基于宏網(wǎng)絡(luò)的SIPTO 解決方案在2010 年3 月SA2 78 次會(huì)議上已經(jīng)選定，最后確定將采納方案5 和方案4 為宏網(wǎng)絡(luò)的SIPTO 架構(gòu)的進(jìn)一步討論的基礎(chǔ)。3GPP的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)由2G網(wǎng)絡(luò)到3G網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡，保證未來(lái)技術(shù)的后向兼容性，支持輕松建網(wǎng)及系統(tǒng)間的漫游和兼容性。 其職能： 3GPP主要是制訂以GSM核心網(wǎng)為基礎(chǔ)，UTRA（FDD為W-CDMA技術(shù)，TDD為TD-CDMA技術(shù)）為無(wú)線接口的第三代技術(shù)規(guī)范。

3GPPCT 組剛剛通過(guò)該項(xiàng)目的立項(xiàng)，計(jì)劃2010 年底完成項(xiàng)目相關(guān)的STAGE3 工作。

從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展來(lái)看， 未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)將具有更明顯的Internet 特征， 即具備Internet 網(wǎng)的扁平化、自運(yùn)營(yíng)的特性，為用戶提供更加方便、快捷的連接和更有競(jìng)爭(zhēng)力的服務(wù)。同時(shí)，固定網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)， 家庭基站將在其中發(fā)揮重要作用，而采用LIPA/SIPTO 技術(shù)將使部署了家庭基站架構(gòu)的移動(dòng)系統(tǒng)具有更優(yōu)的性能。LIPA/SIPTO 技術(shù)同時(shí)也反映了網(wǎng)絡(luò)扁平化的趨勢(shì)，值得業(yè)界進(jìn)行深入研究。