1 引言

本地IP 接入（Local IPAccess，LIPA）和IP 數據分流（Selected IP Traffic Offload，SIPTO）技術最初是基于家庭基站（Home （enhanced）Node B， H（e）NB） 網絡提出的，其含義是用戶的業務流數據直接從家庭基站進行接入，不經過運營商的核心網絡，相對于運營商的核心網絡來說。

IP是英文Internet Protocol（網絡之間互連的協議）的縮寫，中文簡稱為“網協”，也就是為計算機網絡相互連接進行通信而設計的協議。在因特網中，它是能使連接到網上的所有計算機網絡實現相互通信的一套規則，規定了計算機在因特網上進行通信時應當遵守的規則。任何廠家生產的計算機系統，只要遵守 IP協議就可以與因特網互連互通。IP地址具有唯一性，根據用戶性質的不同，可以分為5類。另外，IP還有進入防護，知識產權，指針寄存器等含義。IP是怎樣實現網絡互連的？各個廠家生產的網絡系統和設備，如以太網、分組交換網等，它們相互之間不能互通，不能互通的主要原因是因為它們所傳送數據的基本單元（技術上稱之為“幀”）的格式不同。IP協議實際上是一套由軟件程序組成的協議軟件，它把各種不同“幀”統一轉換成“IP數據包”格式，這種轉換是因特網的一個最重要的特點，使所有各種計算機都能在因特網上實現互通，即具有“開放性”的特點。

如果通信系統中部署了H（e）NB，對于H（e）NB 的用戶來說，除了可以使用公眾的Internet 業務外，還可以與家庭網絡中的其他節點進行聯系，以共享家庭網絡中的資源， 并能與家庭網絡中的拜訪用戶進行通信。如果引入LIPA 技術，用戶與家庭網絡中其他節點間的數據傳遞完全可以直接通過H（e）NB 實現，而無需再傳遞到核心網節點。

LIPA 技術是對H（e）NB 功能的增強，允許終端通過H（e）NB 訪問家庭/ 企業內部的IP 資源。這為運營商基于H（e）NB，開發更多的家庭/ 企業特色的應用提供了可能。對于沒有Wi-Fi 能力的終端可以做到類似本地Wi-Fi 訪問的效果。

隨著無線接入技術的發展，數據傳輸以更高的速率傳遞，用戶數量的增加和用戶數據傳輸速率的提高都對核心網絡的網元性能提出了更高要求。無線接入技術RIT（radio interface technologies） 無線接入技術（也稱空中接口）是無線通信的關鍵問題。它是指通過無線介質將用戶終端與網絡節點連接起來，以實現用戶與網絡間的信息傳遞。無線信道傳輸的信號應遵循一定的協議，這些協議即構成無線接入技術的主要內容。無線接入技術與有線接入技術的一個重要區別在于可以向用戶提供移動接入業務。無線接入網是指部分或全部采用無線電波這一傳輸媒質連接用戶與交換中心的一種接入技術。在通信網中，無線接入系統的定位：是本地通信網的一部分，是本地有線通信網的延伸、補充和臨時應急系統。典型的無線接入系統主要由控制器、操作維護中心、基站、固定用戶單元和移動終端等幾個部分組成。

與所有的IP 數據包都路由到相對集中的核心網節點（如以省為單位的集中部署GGSN）相比，在宏網絡中采用SIPTO，可以允許在靠近用戶的位置（如市、區等）、以分布的方式部署網關設備，如GGSN，從而允許用戶的數據能夠從地理/ 邏輯更近的節點進行路由。

2 技術需求分析

在3GPP標準制定過程中，最初的H（e）NB 需求文稿（3GPP TS 22.220）中只有LIPA 的概念，應用場景是基于H（e）NB 用戶，其業務可以是家庭/ 企業網的業務，也可以是Internet 網業務。但是明確了對宏網絡中的Internet 業務進行分流的需求以后，SIPTO 概念隨之提出。明確場景如下：

●用于家庭/ 企業網業務的LIPA，終端可以通過H（e）NB 直接訪問用戶家庭網絡或企業網中其他具備IP 能力的設備。

●用于H（e）NB 中的SIPTO，終端可以通過H（e）NB 直接訪問互聯網。

●用于宏網絡中的SIPTO，終端可以通過宏基站直接訪問互聯網。

分類可從兩個層面來理解：首先，從業務的形式來看，LIPA 用于H（e）NB 內的業務，而SIPTO 用于公網的業務；其次，從網絡架構來說，LIPA 用于H（e）NB，而SIPTO 可用于H（e）NB， 也可用于宏網絡。LIPA/SIPTO 的架構如圖1 和圖2 所示，圖1 描述的是H（e）NB 的應用場景，圖2 描述的是3G/LTE 宏網絡的應用場景。

圖1 用于家庭基站的LIPA/SIPTO

圖2 用于宏網絡的LIPA/SIPTO

雖然LIPA 和SIPTO 有不同的應用場景， 但是從功能和結構方面來看，LIPA/SIPTO 的問題是相似的，網絡架構也是基本相同的。因此，為了保持解決方案的一致性，3GPP 在TR 23.829 中對這兩個技術進行了集中分析和研究。

（1） LIPA 技術的需求

●應能支持UE 接入到移動運營商的核心網，同時通過LIPA 方式接入到家庭/ 企業IP 網絡。

●LIPA 僅用于在UE，H（e）NB 和家庭/ 企業網間進行業務路由。

●使用LIPA 的UE 也必須有合法的簽約數據，通過了運營商網絡的鑒權。

●UE 能通過漫游協議在拜訪網絡中使用LIPA。

●UE 漫游到特定VPLMN 的時候，HPLMN 能夠關閉LIPA。

●LIPA 的使用， 不應該影響UE其他并行的業務。

●如果家庭/ 企業網能夠提供LIPA 技術，應能通知UE。

●UE 在同一個家庭/ 企業網內的H（e）NB 間移動時，應能夠維持UE到家庭/ 企業網的IP 連接性。

●運營商可以針對H（e）NB 和UE 關閉/ 開啟LIPA。

●LIPA 的使用不能減弱運營商網絡的安全性。

（2） 用于H（e）NB 的SIPTO 技術需求

●可以在靠近UE 附著到接入網絡的位置， 對特定的業務進行分流。

●運營商可以針對用戶開啟/ 關閉SIPTO 技術，例如可以基于用戶的費用或者簽約信息等。

●對于同一個UE 進行的多個業務， 可以只對其中的一部分業務進行分流，而不影響其他業務的使用。

●SIPTO 的使用不應減弱移動運營商的安全性。

●無須用戶的參與，就能執行SIPTO。

●SIPTO 要支持宏網絡中的移動性，也要支持家庭基站和宏網絡之間以及家庭基站間的移動性。

●HPLMN 可以給VPLMN 提供用戶的SIPTO 信息，如是否允許在拜訪網絡中進行SIPTO，以及哪些網絡中可以進行SIPTO 等。

（3） 用于宏網絡的SIPTO 技術需求

●運營商可以對網絡中特定區域進行SIPTO 的開啟/ 關閉。

●SIPTO 不能減弱所分流出去的業務的完整性和保密性。

（4） LIPA/SIPTO 技術中需要解決的關鍵問題

●業務分流點或者說業務的中斷點的位置在哪里，是由哪個網元來決定進行業務中斷的？

●基于什么的原則對業務進行分流，即什么樣的業務需要分流？

●分流后的業務，該怎么實現計費？ 怎么上報計費信息？ 由哪個網元上報？

●是否需要支持合法監聽？ 如果要支持，其合法監聽點在什么位置？

●執行LIPA/SIPTO 時，由于家庭基站沒有Gx 接口，是否只能基于靜態策略進行QoS 控制？

●執行LIPA/SIPTO 時， 是否運營商可以基于系統的配置和負荷，動態發生？ 還是基于配置數據，靜態發生的？

在討論和研究LIPA/SIPTO 技術的解決方案過程中，需要遵循的網絡架構的基本原則有：

——對于要通過運營商核心網的業務，S-GW/SGSN 用戶平面功能在運營商核心網內。

——移動性管理信令由運營商核心網處理。

——進行LIPA/SIPTO 時， 其會話管理信令以及要通過核心網傳遞的業務是在核心網終結的。

——業務分流點應該是盡量靠近用戶的，這個分流點可以在空閑模式的移動性程序中進行重選。

3 解決方案

針對以上關鍵問題和基本架構原則，3GPP 提出了6 種解決方案。下面分別對這6 種方案進行簡單的描述。

（1） 方案1

該方案適用于H（e）NB 的業務分流。方案的原則是，本地網關（LocalGateWay，L-GW）與H（e）NB 合設，用一個專用的APN 來標識需要進行業務分流的PDN，運營商核心網中的業務則用與該PDN 不同的PDN 連接進行傳遞，L-PGW （本地P-GW） 和L-GGSN（本地GGSN） 的位置是在家庭/ 企業網的， 比如在H（e）NB 中。

該方案可以基于S5 接口實現， 即空閑狀態下的下行分組數據存放在S-GW 中， 并通過S-GW 和L-GW 間的S5 接口進行前轉； 也可以基于S4/S11 接口來實現， 此時L-GW 與MME/SGSN 間會有S11/S4接口， 其功能是S11/S4 接口功能的子集， 主要完成LIPA 業務的會話管理。

（2） 方案2

該方案可用于H（e）NB，但不能用于宏網絡。其思路是通過H（e）NB 中的NAT 實現LIAP/SIPTO， 由H（e）NB 根據運營商的策略來實現業務流的分拆和插入，并由H（e）NB 子系統中的NAT 來實現業務流的路由。終端僅采用一個PDN 連接在家用基站子系統中增加NAT 和路由策略的功能以實現數據分流。

（3） 方案3

該方案可用于3G 網絡。其原則是，在無線基站上部署本地網關，由無線側網元上報適合分流的本地網關地址； 核心網通過用戶的簽約判斷是否允許SIPTO建立并進行本地網關的選擇；SGSN 需要為LIPA/SIPTO連接建立直接隧道。SGSN 可以基于運營商策略，根據分流點的位置不同，選擇合適的GGSN，進行業務疏導或分流。

（4） 方案4

該方案僅適用于3G 網絡。方案的原則是基于NAT，在Iu-PS 執行業務分流。架構中增加了一個新的網元，即業務分流功能（TOF，TrafficOffload Function）。TOF 位于Iu-PS 接口，可以獨設或與RNC/HNBGW 合設。TOF 能夠決定分流策略，進行業務的分流和插入，提供標準的Iu-PS 接口到RNC 和SGSN，并可以基于運營商策略，通過NAT 和SPI/DPI 功能為運營商提供不同等級的SIPTO 應用。

（5） 方案5

該方案適用于對Internet 業務進行分流， 但不適用于家庭基站內的業務。方案是基于本地P-GW 選擇來實現業務分流的。MME/SGSN 在進行GW 選擇的時候，要考慮用戶的位置，選擇一個靠近用戶的網關，可以使用基于DNS 機制來執行網關選擇。另外，方案將用戶面網元下移至無線側，對于GPRS 系統，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，即電動助力轉向系統。電動助力轉向系統是汽車轉向系統的發展方向。該系統由電動助力機直接提供轉向助力，省去了液壓動力轉向系統所必需的動力轉向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發動機上的皮帶輪，既節省能量，又保護了環境。另外，還具有調整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉向助力的特點。正是有了這些優點，電動助力轉向系統作為一種新的轉向技術，將挑戰大家都非常熟知的、已具有50多年歷史的液壓轉向系統。

（6） 方案6

該方案適用于業務分流的所有場景。方案是基于本地網關的架構實現業務分流， 增加了L-GW 支持LIPA/SIPTO， 在L-GW 和P-GW/GGSN 之間， 配置了直接的擴展隧道， 便于空閑態下用戶的LIPA/SIPTO下行數據的傳輸及連接狀態下的數據轉發。L-GW 的功能可以在無線側，也可以在核心網側。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 結束語

3GPP的SA2 工作組目前進行的是R10 階段的LIPA/SIPTO 技術討論，眾多的通信廠商和運營商提出了一些有競爭力的解決方案。基于宏網絡的SIPTO 解決方案在2010 年3 月SA2 78 次會議上已經選定，最后確定將采納方案5 和方案4 為宏網絡的SIPTO 架構的進一步討論的基礎。3GPP的目標是實現由2G網絡到3G網絡的平滑過渡，保證未來技術的后向兼容性，支持輕松建網及系統間的漫游和兼容性。 其職能： 3GPP主要是制訂以GSM核心網為基礎，UTRA（FDD為W-CDMA技術，TDD為TD-CDMA技術）為無線接口的第三代技術規范。

3GPPCT 組剛剛通過該項目的立項，計劃2010 年底完成項目相關的STAGE3 工作。

從移動互聯網的發展來看， 未來的移動通信網將具有更明顯的Internet 特征， 即具備Internet 網的扁平化、自運營的特性，為用戶提供更加方便、快捷的連接和更有競爭力的服務。同時，固定網絡與移動網絡融合作為產業發展的趨勢， 家庭基站將在其中發揮重要作用，而采用LIPA/SIPTO 技術將使部署了家庭基站架構的移動系統具有更優的性能。LIPA/SIPTO 技術同時也反映了網絡扁平化的趨勢，值得業界進行深入研究。