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),，這部分業(yè)務(wù)是直接從H(e)NB 就分流出去了，從而減輕了核心網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷和傳輸成本,。

　　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),， 這樣既能減少數(shù)據(jù)傳遞時(shí)延,，也能減少核心網(wǎng)元的信令負(fù)荷，降低核心網(wǎng)吞吐量和傳輸成本,，并且運(yùn)營(yíng)商可將核心網(wǎng)資源最大化利用,，為有價(jià)值的業(yè)務(wù)提供更好服務(wù),，提高用戶體驗(yàn)。

　　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,。同時(shí)， 這種本地IP 訪問(wèn)和Wi-Fi 等的聯(lián)合使用,，通過(guò)一些新型的流移動(dòng)性技術(shù),，可以提升用戶的體驗(yàn)。

　　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?；贖(e)NB 的LIPA 技術(shù)討論成果,， 運(yùn)營(yíng)商對(duì)分流IP 業(yè)務(wù)的興趣和需求越來(lái)越強(qiáng)烈。業(yè)界認(rèn)為這種分流不僅僅可以用于H(e)NB 系統(tǒng),，也可以在宏網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn),，即把特定的IP 業(yè)務(wù)從無(wú)線側(cè)就分流出去， 以節(jié)省傳輸資源,。由此,，提出了基于宏網(wǎng)絡(luò)的SIPTO 技術(shù)，目的是為IP流量選擇更優(yōu)的路徑,。

　　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,。一方面避免了IP 流量迅速增加后，對(duì)核心網(wǎng)壓力的持續(xù)增加,；另一方面就近為IP 數(shù)據(jù)選擇路由,，提高了IP 數(shù)據(jù)包（如訪問(wèn)Internet 的數(shù)據(jù)包）的路由效率。

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。鑒于這兩個(gè)概念可能出現(xiàn)的重疊性,，3GPP在SA#46 會(huì)(2009 年12 月)上對(duì)SIPTO 和LIPA 的應(yīng)用場(chǎng)景重新進(jìn)行了定義,， 對(duì)3GPPTS22.220 中的需求也做了相應(yīng)修改，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。UE 和網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)性管理信令在核心網(wǎng)中處理,， 會(huì)話管理信息在核心網(wǎng)中終結(jié),，LIPA/SIPTO業(yè)務(wù)的尋呼功能位于核心網(wǎng)中的SGSN/MME。

　　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,， 該方案能夠有效支持單PDN 連接的終端,。

　　(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。中斷點(diǎn)的位置可以在RNC,，HNB-GW 或者HNB,。

　　(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。該方案可以采用一個(gè)PDN連接或一個(gè)PDP 上/ 下文同時(shí)實(shí)現(xiàn)分流類和非分流類的業(yè)務(wù),。

　　(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；對(duì)于EPS 系統(tǒng),，L-GW 部署在基站上或者基站附近,，本地S-GW 和本地P-GW 可合設(shè)， 用戶面數(shù)據(jù)都要通過(guò)S-GW,。

　　(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,。為支持單PDN 連接的終端，本地網(wǎng)關(guān)需要具有NAT 功能,，用戶地址由核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分配,。對(duì)于支持多PDN 連接的終端來(lái)說(shuō)，本地網(wǎng)關(guān)進(jìn)行用戶地址分配,。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方面,，3GPP SA1 工作組目前已經(jīng)確定訪問(wèn)控制， 計(jì)費(fèi),，SIPTO 和LIPA 移動(dòng)性等多項(xiàng)需求,，但對(duì)于家庭基站下的SIPTO 的需求場(chǎng)景仍然不清晰，需要進(jìn)一步明確,。

　　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?；诤昃W(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)。預(yù)計(jì)宏網(wǎng)絡(luò)的SIPTO 方案在2010 年9 月R10 階段完成,。LIPA 的方案在2010 年5月SA2 79 次會(huì)議上也已經(jīng)確定,，要求LIPA 僅關(guān)注合設(shè)網(wǎng)關(guān)的情況，并將采用方案1 中的S5 接口結(jié)構(gòu),。目前,，技術(shù)方案相對(duì)穩(wěn)定，但相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式還需要繼續(xù)討論,， 預(yù)計(jì)LIPA 方案的最終完成可能會(huì)到R11 完成,。SA2 組用于家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的SIPTO 架構(gòu)討論可能會(huì)推遲到R11 完成。

　　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,。