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)絡提出的，其含義是用戶的業(yè)務流數(shù)據(jù)直接從家庭基站進行接入，不經(jīng)過運營商的核心網(wǎng)絡，相對于運營商的核心網(wǎng)絡來說，這部分業(yè)務是直接從H(e)NB 就分流出去了，從而減輕了核心網(wǎng)絡的負荷和傳輸成本。

　　如果通信系統(tǒng)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(yè)務外，還可以與家庭網(wǎng)絡中的其他節(jié)點進行聯(lián)系，以共享家庭網(wǎng)絡中的資源， 并能與家庭網(wǎng)絡中的拜訪用戶進行通信。如果引入LIPA 技術(shù)，用戶與家庭網(wǎng)絡中其他節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳遞完全可以直接通過H(e)NB 實現(xiàn)，而無需再傳遞到核心網(wǎng)節(jié)點， 這樣既能減少數(shù)據(jù)傳遞時延，也能減少核心網(wǎng)元的信令負荷，降低核心網(wǎng)吞吐量和傳輸成本，并且運營商可將核心網(wǎng)資源最大化利用，為有價值的業(yè)務提供更好服務，提高用戶體驗。

　　LIPA 技術(shù)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(yè)內(nèi)部的IP 資源。這為運營商基于H(e)NB，開發(fā)更多的家庭/ 企業(yè)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。同時， 這種本地IP 訪問和Wi-Fi 等的聯(lián)合使用，通過一些新型的流移動性技術(shù)，可以提升用戶的體驗。

　　隨著無線接入技術(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核心網(wǎng)絡的網(wǎng)元性能提出了更高要求?；贖(e)NB 的LIPA 技術(shù)討論成果， 運營商對分流IP 業(yè)務的興趣和需求越來越強烈。業(yè)界認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)絡來實現(xiàn)，即把特定的IP 業(yè)務從無線側(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)包都路由到相對集中的核心網(wǎng)節(jié)點（如以省為單位的集中部署GGSN）相比，在宏網(wǎng)絡中采用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)關設備，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)點進行路由。一方面避免了IP 流量迅速增加后，對核心網(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Internet 的數(shù)據(jù)包）的路由效率。

2 技術(shù)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(yè)務可以是家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的業(yè)務，也可以是Internet 網(wǎng)業(yè)務。但是明確了對宏網(wǎng)絡中的Internet 業(yè)務進行分流的需求以后，SIPTO 概念隨之提出。鑒于這兩個概念可能出現(xiàn)的重疊性，3GPP在SA#46 會(2009 年12 月)上對SIPTO 和LIPA 的應用場景重新進行了定義， 對3GPPTS22.220 中的需求也做了相應修改，明確場景如下：

　　●用于家庭/ 企業(yè)網(wǎng)業(yè)務的LIPA，終端可以通過H(e)NB 直接訪問用戶家庭網(wǎng)絡或企業(yè)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)。

　　●用于宏網(wǎng)絡中的SIPTO，終端可以通過宏基站直接訪問互聯(lián)網(wǎng)。

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

                                                                    圖1 用于家庭基站的LIPA/SIPTO

圖2 用于宏網(wǎng)絡的LIPA/SIPTO

　　雖然LIPA 和SIPTO 有不同的應用場景， 但是從功能和結(jié)構(gòu)方面來看，LIPA/SIPTO 的問題是相似的，網(wǎng)絡架構(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 中對這兩個技術(shù)進行了集中分析和研究。

　　(1) LIPA 技術(shù)的需求

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

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

　　●使用LIPA 的UE 也必須有合法的簽約數(shù)據(jù)，通過了運營商網(wǎng)絡的鑒權(quán)。

　　●UE 能通過漫游協(xié)議在拜訪網(wǎng)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(yè)務。

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

　　●UE 在同一個家庭/ 企業(yè)網(wǎng)內(nèi)的H(e)NB 間移動時，應能夠維持UE到家庭/ 企業(yè)網(wǎng)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(wǎng)絡的安全性。

　　(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)絡的位置， 對特定的業(yè)務進行分流。

　　●運營商可以針對用戶開啟/ 關閉SIPTO 技術(shù)，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(yè)務， 可以只對其中的一部分業(yè)務進行分流，而不影響其他業(yè)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(zhí)行SIPTO。

　　●SIPTO 要支持宏網(wǎng)絡中的移動性，也要支持家庭基站和宏網(wǎng)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(wǎng)絡中進行SIPTO，以及哪些網(wǎng)絡中可以進行SIPTO 等。

　　(3) 用于宏網(wǎng)絡的SIPTO 技術(shù)需求

　　●運營商可以對網(wǎng)絡中特定區(qū)域進行SIPTO 的開啟/ 關閉。

　　●SIPTO 不能減弱所分流出去的業(yè)務的完整性和保密性。

　　(4) LIPA/SIPTO 技術(shù)中需要解決的關鍵問題

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

　　●基于什么的原則對業(yè)務進行分流，即什么樣的業(yè)務需要分流？

　　●分流后的業(yè)務，該怎么實現(xiàn)計費？ 怎么上報計費信息？ 由哪個網(wǎng)元上報？

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

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

　　●執(zhí)行LIPA/SIPTO 時， 是否運營商可以基于系統(tǒng)的配置和負荷，動態(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)的解決方案過程中，需要遵循的網(wǎng)絡架構(gòu)的基本原則有：

　　——對于要通過運營商核心網(wǎng)的業(yè)務，S-GW/SGSN 用戶平面功能在運營商核心網(wǎng)內(nèi)。

　　——移動性管理信令由運營商核心網(wǎng)處理。

　　——進行LIPA/SIPTO 時， 其會話管理信令以及要通過核心網(wǎng)傳遞的業(yè)務是在核心網(wǎng)終結(jié)的。

　　——業(yè)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(gòu)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(yè)務分流。方案的原則是，本地網(wǎng)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(yè)務分流的PDN，運營商核心網(wǎng)中的業(yè)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(yè)網(wǎng)的， 比如在H(e)NB 中。UE 和網(wǎng)絡間的移動性管理信令在核心網(wǎng)中處理， 會話管理信息在核心網(wǎng)中終結(jié)，LIPA/SIPTO業(yè)務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S-GW 和L-GW 間的S5 接口進行前轉(zhuǎn)； 也可以基于S4/S11 接口來實現(xiàn)， 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(yè)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(wǎng)絡。其思路是通過H(e)NB 中的NAT 實現(xiàn)LIAP/SIPTO， 由H(e)NB 根據(jù)運營商的策略來實現(xiàn)業(yè)務流的分拆和插入，并由H(e)NB 子系統(tǒng)中的NAT 來實現(xiàn)業(yè)務流的路由。終端僅采用一個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。其原則是，在無線基站上部署本地網(wǎng)關，由無線側(cè)網(wǎng)元上報適合分流的本地網(wǎng)關地址； 核心網(wǎng)通過用戶的簽約判斷是否允許SIPTO建立并進行本地網(wǎng)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(jù)分流點的位置不同，選擇合適的GGSN，進行業(yè)務疏導或分流。中斷點的位置可以在RNC，HNB-GW 或者HNB。

　　(4) 方案4

　　該方案僅適用于3G 網(wǎng)絡。方案的原則是基于NAT，在Iu-PS 執(zhí)行業(yè)務分流。架構(gòu)中增加了一個新的網(wǎng)元，即業(yè)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(yè)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。該方案可以采用一個PDN連接或一個PDP 上/ 下文同時實現(xiàn)分流類和非分流類的業(yè)務。

　　(5) 方案5

　　該方案適用于對Internet 業(yè)務進行分流， 但不適用于家庭基站內(nèi)的業(yè)務。方案是基于本地P-GW 選擇來實現(xiàn)業(yè)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(wǎng)關，可以使用基于DNS 機制來執(zhí)行網(wǎng)關選擇。另外，方案將用戶面網(wǎng)元下移至無線側(cè)， 對于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， 用戶面數(shù)據(jù)都要通過S-GW。

　　(6) 方案6

　　該方案適用于業(yè)務分流的所有場景。方案是基于本地網(wǎng)關的架構(gòu)實現(xiàn)業(yè)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(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)關需要具有NAT 功能，用戶地址由核心網(wǎng)網(wǎng)關分配。對于支持多PDN 連接的終端來說，本地網(wǎng)關進行用戶地址分配。

4 結(jié)束語

　　國際標準化方面，3GPP SA1 工作組目前已經(jīng)確定訪問控制， 計費，SIPTO 和LIPA 移動性等多項需求，但對于家庭基站下的SIPTO 的需求場景仍然不清晰，需要進一步明確。

　　3GPP 的SA2 工作組目前進行的是R10 階段的LIPA/SIPTO 技術(shù)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?；诤昃W(wǎng)絡的SIPTO 解決方案在2010 年3 月SA2 78 次會議上已經(jīng)選定，最后確定將采納方案5 和方案4 為宏網(wǎng)絡的SIPTO 架構(gòu)的進一步討論的基礎。預計宏網(wǎng)絡的SIPTO 方案在2010 年9 月R10 階段完成。LIPA 的方案在2010 年5月SA2 79 次會議上也已經(jīng)確定，要求LIPA 僅關注合設網(wǎng)關的情況，并將采用方案1 中的S5 接口結(jié)構(gòu)。目前，技術(shù)方案相對穩(wěn)定，但相關的實現(xiàn)方式還需要繼續(xù)討論， 預計LIPA 方案的最終完成可能會到R11 完成。SA2 組用于家庭/ 企業(yè)網(wǎng)的SIPTO 架構(gòu)討論可能會推遲到R11 完成。

　　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(lián)網(wǎng)的發(fā)展來看， 未來的移動通信網(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(wǎng)絡與移動網(wǎng)絡融合作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢， 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)的移動系統(tǒng)具有更優(yōu)的性能。LIPA/SIPTO 技術(shù)同時也反映了網(wǎng)絡扁平化的趨勢，值得業(yè)界進行深入研究。