LTE-WLANアグリゲーション - 百科事典

LTE-WLANアグリゲーション（LWA）は、3GPPによって定義された技術です。LWAでは、LTEとWi-Fiの両方をサポートする携帯電話がネットワークによって設定され、同時に両方のリンクを使用することができます。LAA/LTE-Uとは異なり、ネットワークインフラ機器や携帯電話にハードウェアの変更を加えることなく、LAAに似たパフォーマンスを提供する、無許可の周波数帯でのLTEを使用する代替方法を提供します。他のLTEとWLANを同時に使用する方法（例：Multipath TCP）とは異なり、LWAは単一のトラフィックフローに対して両方のリンクを使用し、プロトコルスタックの低いレベルでの調整により一般的に効率的です。

ユーザーにとって、LWAはLTEとWi-Fiの両方のネットワークの無断でシームレスな使用を提供し、大幅なパフォーマンスの向上をもたらします。携帯電話オペレーターにとって、LWAはWi-Fiの展開を簡略化し、システムの利用を向上させ、ネットワークの運用と管理コストを削減します。LWAは、eNBとWi-Fi APまたはACが同じ物理デバイスに統合されているコロケーション型または、eNBとWi-Fi APまたはACがXwと呼ばれる標準化されたインターフェースを通じて接続されるノンコロケーション型の両方で実装できます。後者は、Wi-Fiが広いエリアをカバーする必要がある場合や、Wi-Fiサービスがセルラー運営者ではなく第3者（例：大学キャンパス）によって提供される場合に特に適しています。

LWAは、3GPPのRelease-13で標準化されました。Release 14の拡張LWA（eLWA）は、2.16 GHzの帯域幅で60 GHz帯（802.11adおよび802.11ay、WiGigとしても知られています）をサポートし、アップリンクアグリゲーション、移動性の向上、その他の機能強化を追加しました。

背景
セルラーネットワークは許可された周波数帯に設計されています。しかし、利用パターンが音声中心からデータ中心に変わり、データの使用が急増したため、オペレーターは無許可の周波数帯の機会を探し始めました。WLANを使用することで、オペレーターはピークデータレートとシステム容量を増やすだけでなく、ラップトップなどのセルラー非対応デバイスに対するサービスを提供することもできます。

オペレーターの需要に応じて、3GPPはWLANアクセスをオペレーターのネットワーク展開に統合するためのさまざまな方法を定義しました。

オペレーターのネットワークにWLANアクセスが統合される方法に応じて、2つのカテゴリーがあります：1）コアネットワーク統合、WLANアクセスがS2aまたはS2bインターフェースを使用してオペレーターのコアネットワークに接続される場合（3GPPネットワークでRelease 8から利用可能）および2）RANベースの統合、WLANアクセスがLWAやLWIPなどのRANアクセスノードに直接接続される場合（Release 13から利用可能）。上記のすべての統合方法は、サービスの継続性の一定のレベルを前提とし、端末デバイスが常に許可された周波数帯のセルラーカバー下にあると仮定しています。サービスの継続性が仮定されない場合、WLANアクセスは「非シームレスWLANオフロード（NSWO）」と呼ばれる方法で統合されています。

端末デバイスは、セルラーまたはWLANアクセス、または両方にアクセスできます。このプロセスは、ネットワーク発信または端末発信のいずれかで実行されます。ネットワーク発信の場合、コアネットワークシグナリング（例：ネットワークベースのIPフローモビリティの場合のNAS）またはRANベースのルールに基づいています。端末ベースの発信プロセスは、オペレーターが端末に提供するポリシー（例：ANDSFを通じて）やユーザーベースのポリシー/好みなどに基づいています。これらのポリシーは、アクセス選択やアクセス間のトラフィック切り替えを決定する際に、さまざまな条件（例：時間、場所、ネットワーク負荷、アクセス負荷、無線条件など）を考慮します。

LTE-WLANアグリゲーション（例：LWAまたはLWIP）では、WLANアクセスが直接RANアクセスノードに接続され、アクセス選択やトラフィックステアリング/スプリットは完全にラジオアクセスネットワークノード（例：eNB）によって制御されます。

LWAの詳細
ネットワークの視点から見ると、LWAを展開する際に柔軟性を提供する2つのオプションがあります - コロケーション型およびノンコロケーション型。前者では、WLANアクセスポイント（AP）またはアクセスコントローラ（AC）が物理的にLTE eNBに統合されています。後者では、WLANネットワーク（APおよび/またはAC）がLTE eNBに外部ネットワークインターフェース（Xw）を通じて接続されています。

LWAの設計は、3GPPのRelease 12に定義されたLTEデュアルコネクション（DC）アーキテクチャに従っており、UEが複数の基地局に同時に接続できるようにし、WLANがLTEセカンダリeNB（SeNB）に代わり使用されます。

ユーザープラン（UP）では、LTEとWLANがパケットデータ統合プロトコル（PDCP）レベルでアグリゲートされます。ダウンリンクでは、eNBが同じベアラーやPDCP PDUsをUEにLTEまたはWLANを通じて提供するスケジューリングを行います。これが可能なのは、PDCPレベルがLTEおよびWLANの両方からのパケットを受信して再順序化できるためです。これにより、大幅なパフォーマンス向上が達成されます。効率的なスケジューリングと、LTEおよびWLANリンクにパケットを最も効率的に割り当てるために、eNBは両方のリンクに関する無線情報、包括して流量制御指示を受信できます。WLAN MACに変更を加えないために、LWAはこの目的に割り当てられたEtherTypeを使用し、LWAトラフィックがWLAN APに透明になります。

制御平面では、進化したノードB（eNB）がLWAのアクティベーション、デアクティベーションと、どのベアラーやWLANにオフロードするかの決定を行います。これを行うために、UEが報告するWLAN測定情報を使用します。LWAがアクティベーションされた場合、eNBはUEにWLAN識別子リスト（WLANモビリティセットと呼ばれます）を設定し、UEはその範囲内で移動してもネットワークに通知しなくても良いようになります。これは、完全にネットワーク制御されたモビリティと完全にUE制御されたモビリティのトレードオフです。

WLANの使用はセルラーネットワークで制御されていますが、UEは「オプトアウト」オプションを持ち、UEが同時WLAN操作をサポートしていない場合、ホームWLANを使用することができます。一般的に、設計は伝統的にネットワーク制御されたLTE技術と、通常端末に対して多くの自由度を提供するWLAN技術のバランスを取ろうとします。LWAの設計では、高レベルの決定（例：LWAのアクティベーション）はネットワークで実行されますが、UEには十分な自由度と柔軟性（ネットワークが設定する限界内で）があります。

Release-14で定義された最初のLWAバージョンは、ダウンリンクアグリゲーションのみをサポートしていました。これがRelease-15でアップリンクアグリゲーションと60 GHz帯（WiGigとしても知られています）のサポートに拡張されました。

LWAのパフォーマンス
一部の貢献では、LWAを使用してセルラーおよびWLANカバーをサポートする小規模セルの展開をシミュレーションしています。これにより、WLANがラジオアクセス内にアンクリッチされており、トラフィックがアクセスの無線条件（アクセスの負荷を含む）に基づいて別のアクセスに切り替えられるこれらのスキーマと比較して、システム内のすべての小規模セルユーザーに対して、平均およびセルエッジユーザー感知のスループットが向上することが示されています。LWAと比較して、他のRANベースのLTE-WLANアグリゲーションソリューション（例：LWIP）がどれだけの改善をもたらすかは明確ではありません。

展開
2016年8月19日、シンガポールのM1は、LWAを含むシンガポール初の商用HetNet（ハイブリッドネットワーク）の展開を発表しました。最先端のLTE-Wi-Fiアグリゲーション（LWA）技術を通じて、M1は2017年までに1 Gbit/s以上のピークダウンロードスピードを提供することを目指しています。

中華電信（CHT）は、2016年6月に3GPPで標準化されたLWA技術標準を承認され、LWAを世界で初めて商用化するテレコムオペレーターとなりました。LWAは、2月23日に商用LTE/Wi-Fiアグリゲーション（LWA）ネットワークを開始します。

参考文献
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詳細な情報
Intel、『LTE-WLANアグリゲーション（LWA）：利点と展開の考慮点』
5Gアメリカ、『LTEアグリゲーションと無許可の周波数帯』
Ruckus Room、『Engaging: LTEとWi-Fiが愛を深める』（2016-09-07にウェイバックマシンにアーカイブ）
Qualcomm、『PDCPアグリゲーションを使用してLTEとWi-Fiの統合を向上させる』

外部リンク
進化したユニバーサル地上無線アクセス（E-UTRA）および進化したユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）；全体の説明；ステージ2
進化したユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）および無線LAN（WLAN）；Xwアプリケーションプロトコル（XwAP）
進化したユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）および無線LAN（WLAN）；Xwデータトランスポート
進化したユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）および無線LAN（WLAN）；Xwインターフェースユーザープランプロトコル