5G與Wi-Fi融合組網需求分析及關鍵技術研究

龍 光

（湖南省郵電規劃設計院有限公司，長沙 410000）

1 引言

2020年的5G時代將會是不同技術相輔相成的時代。5G技術和其他技術的融合組網成為一種不可逆轉的趨勢。作為運營商通常選用的異構網絡，Wi-Fi總是最先被采用。對于今日的智能設備來說，Wi-Fi早已成為其中的標準配置。所以運營商首先考慮到的自然而然是5G和Wi-Fi的融合組網，能夠使得蜂窩移動網絡不至于負擔過重，為用戶營造良好的網絡體驗環境。

2 5G和Wi-Fi概念探究

2.1 5G移動通信網絡

5G移動通信網絡，指的是第五代移動通信技術，也可以說是繼承和延伸了4G技術，但是和傳統2、3G的直接接入無線網絡的技術有較大差別。5G的最大效益是可以把多種無線通信技術相互結合，充分發揮它的便捷性和高效性。5G使移動通信技術的改進和創新，真正實現了網絡融合，把各種事物利用安全的網絡連接關聯在了一起，為人們提供更好的用戶體驗；同時5G技術還能給運營商帶來更高的經濟效益，給人類帶來全新的體驗。

2.2 Wi-Fi網絡概念

Wi-Fi是一種短程無線傳輸技術，能夠傳輸一定范圍內的網絡信號。Wi-Fi可以通過和連接網絡的計算機相連的路由器，傳輸給各式各樣的無線設備，比如人們常用的手機、筆記本電腦等等。在一開始，Wi-Fi只用于大型的公司等，但是隨著科技的發展，在智能設備上使用網絡的人群數量擴張，人們對網絡的需求越來越大，所以公眾場所也開始普及Wi-Fi網絡。這不但可以節省移動網絡產生的高額費用，還可以使得人們的上網需求得到隨時隨地的滿足。

2.3 二者融合組網技術上可行

Wi-Fi網絡的組建十分方便，和有線網絡比較，對軟硬件的要求都十分低。同時市面上支持Wi-Fi的移動終端設備越來越多，不同終端的AP和運營商網絡接口之間是可以相互聯通的，這也就表明了Wi-Fi和移動通信網絡的融合組網在技術上可行。另外，Wi-Fi和現有以太網絡結構一模一樣，也就是說Wi-Fi可以在現有的寬帶網絡上得到很好的集成，這樣就可以實現兩種業務的互相操作。對于新時代研發出來的第五代移動通信技術5G，也是可以利用其有線接入資源，在Wi-Fi網絡上對5G業務實施部署的，由此實現兩者之間的融合組網。雖然目前5G和Wi-Fi的融合組網技術尚處于實驗狀態，技術上沒有真正突破，但是二者的融合組網是具有很強的可操作性的。

3 融合組網的需求探索

3.1 融合組網應用場景

5G和Wi-Fi的融合組網的主要業務就是移動互聯網業務以及物聯網業務。其中移動互聯網業務包括流量類業務等等，用戶的體驗要求非常之高，這是5G和Wi-Fi融合組網需要解決的一個難題。在此同時，交互類業務發展勢頭也很迅速，蘋果應用商店的APP下載量在逐年創造新高，快速的響應能力是交互類業務需要攻克的問題，要求達到用戶肉眼不可見的時間延遲效果。

物聯網采集類業務也是5G時代有巨大需求的方面之一。各個節點之間的連接數量在不斷增長，成為無線通信技術面臨的直接挑戰。同時，物聯網采集類業務還需要保證在數據傳輸時不能出差錯，安全性能要求也很嚴苛。

融合組網的應用場景將會在原來無線通信技術運用場景的基礎上進行拓展，不僅僅局限于大型公共建筑設施比如火車站、飛機場等，還會在密集的街區、住宅公寓樓、體育場、公共交通工具上面進行相應布局。此外，融合組網還可以運用在對吞吐量需求比較高的地方，比如超高清視頻、遠程醫療和外科手術等等。

3.2 融合組網技術路線

5G和Wi-Fi的融合組網技術路線需了解市場需求、產業發展和遵循相關政策法規。形成核心網的多種接入模式，保證資源能夠得到統一調配，策略能夠集中控制，業務能夠集中處理。圖1顯示了融合網絡組網技術路線四方面：

圖1 融合網絡組網技術路線

3.2.1 融合網絡架構

對于現有的LTE網絡，接下來的技術革新可以是把EPC（分組核心演進）通過S2a/S2b/S2c接口接入，以此為搭建5G和Wi-Fi的融合網絡架構。

3.2.2 融合機制

接入認證融合是第一步，融合組網后的Wi-Fi認證機制免去了用戶繁瑣的認證操作步驟，帶給用戶便捷快速的操作體驗。同時Wi-Fi和蜂窩網的深度融合，便于對Wi-Fi和small cell統一管理，實現對不同類型的業務進行分門別類的匯總。

3.2.3 產業環境和商業化推進

5G和Wi-Fi融合組網的目標就是使得這項技術能夠商業化和產業化，需要研發人員調查國內外專利標準和相關產業的發展情況，滿足產業鏈各方的需求，還要在運營模式、政策措施等多方面都提出相應的可行性方案。

4 融合組網關鍵技術研究

4.1 無感知認證技術

無感知認證技術是一種由終端自動認證的技術，可以免去用戶反復輸入Wi-Fi密碼帶來的不便。目前該技術的一些指令還不完善，處于初期階段。但是未來預測無感知認證技術應用范圍將會非常廣泛，未來的用戶需要更加高效便捷的網絡服務，減少不必要的反復操作，就是無感知技術未來大展身手的時候。

當今業界比較成熟的三種無感知認證方式分別式PEAPEAPSIM/AKA和MAC地址認證方式，隨著智能終端的發展普及，大部分的終端都可以通過上述三種無感知認證方式進行認證，同時接入Wi-Fi網絡，這使得用戶連接Wi-Fi的效率變高，用戶體驗滿意度得到提升。

4.1.1 PEAP認證技術

PEAP認證系統主要由Wi-Fi終端、路由器和AAA服務器構成。該技術主要采用EAP認證協議框架，在用戶使用Wi-Fi時對用戶名和證書進行實時確認，并且接入認證授權。聯通網絡和終端之后，對網絡側身份進行認證，之后通過建立的TLS協議通道，發送用戶名和密碼進行用戶身份核實，認證之后用戶的移動終端就會介入控制器分配得IP地址，由此可以訪問網絡。

4.1.2 EAP-SIM認證技術

和PEAP認證技術大體相同，EAP-SIM認證技術也采用EAP認證協議框架，但是其介入認證鑒權是通過SIM卡的認證密鑰來實現。移動終端第一次接入Wi-Fi時SIM卡的信息就被AAA服務器獲取，之后在AAA服務器中進行SIM卡信息的認證和核實，對HLR進行鑒權。這樣以后用戶終端再次接入該網絡時，就能夠免去繁瑣的驗證步驟，通過網絡分配的偽標識能夠直接接入互聯網。

4.1.3 MAC地址認證技術

該技術同樣采用EAP認證協議框架，接入方式是通過對MAC的地址、用戶名和密碼同時驗證來實現。用戶首次通過Web進行認證之后，網絡側會對終端網卡MAC地址和手機號進行綁定，當用戶下次希望連入此Wi-Fi時就不用再次驗證，而是認證服務器根據保存的信息，讓用戶自動連入Wi-Fi，同時可以給預留手機短信提示。

4.2 組網安全性

網絡的快速普及，很多網絡安全問題也隨之出現，使得5G和Wi-Fi融合組網之后安全性能得到保障，就必須在前期研究時著重提高網絡的抗干擾能力，避免黑客等網絡不安全因素的惡意干擾，保證網絡環境的穩定性和可靠性。可以把網絡信息和各種數據之間建立聯系，保證網絡的安全可靠，用高科技的手段進行合理保護，避免危險分子進行病毒傳播等危害網絡安全的行為產生。

4.3 綠色通信

在蜂窩網絡設備當中，基站產生的能耗量最大。從耗電的角度來看，基站產生的電費占據了運營商運營成本中的很大一部分。所以對于基站進行節能控制是綠色通信需要解決的一大問題。在5G和Wi-Fi的融合組網過程中，實現綠色通信是大勢所趨，所以降低基站的能源消耗成為重中之重。采用靈活多樣的基站形態、發展智能基站、做到基站的功放關斷等，都是在5G和Wi-Fi的融合組網過程中可以采取的綠色節能方案。

5 結束語

目前的4G技術雖然已經很成熟，但是普及率仍然不高。5G網絡和Wi-Fi技術一直處于實驗狀態，技術上還沒有真正的突破，但是兩者的融合組網不是空談，具有很強的可行性和可操作性。為了滿足人們不斷增長的網絡需求，達到二者融合組網可以大規模投放到市場中的目的，就要求相關程序員不斷探索和改進，把二者的優點最大程度上的結合。本文分析了融合組網的技術要點和實施策略等，把二者各自存在問題找出，盡量相互補充，希望早日順利完成二者的組網融合，滿足用戶需求。