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，這部分業務是直接從H(e)NB 就分流出去了，從而減輕了核心網絡的負荷和傳輸成本。
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， 這樣既能減少數據傳遞時延，也能減少核心網元的信令負荷，降低核心網吞吐量和傳輸成本，并且運營商可將核心網資源最大化利用，為有價值的業務提供更好服務，提高用戶體驗。
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。同時， 這種本地IP 訪問和Wi-Fi 等的聯合使用，通過一些新型的流移動性技術，可以提升用戶的體驗。
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。基于H(e)NB 的LIPA 技術討論成果， 運營商對分流IP 業務的興趣和需求越來越強烈。業界認為這種分流不僅僅可以用于H(e)NB 系統，也可以在宏網絡來實現，即把特定的IP 業務從無線側就分流出去， 以節省傳輸資源。由此，提出了基于宏網絡的SIPTO 技術，目的是為IP流量選擇更優的路徑。
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。一方面避免了IP 流量迅速增加后，對核心網壓力的持續增加；另一方面就近為IP 數據選擇路由，提高了IP 數據包（如訪問Internet 的數據包）的路由效率。
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。鑒于這兩個概念可能出現的重疊性，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。UE 和網絡間的移動性管理信令在核心網中處理， 會話管理信息在核心網中終結，LIPA/SIPTO業務的尋呼功能位于核心網中的SGSN/MME。
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， 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。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。該方案可以采用一個PDN連接或一個PDP 上/ 下文同時實現分流類和非分流類的業務。
(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；對于EPS 系統，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， 用戶面數據都要通過S-GW。
(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。為支持單PDN 連接的終端，本地網關需要具有NAT 功能，用戶地址由核心網網關分配。對于支持多PDN 連接的終端來說，本地網關進行用戶地址分配。
4 結束語
國際標準化方面，3GPP SA1 工作組目前已經確定訪問控制， 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。預計宏網絡的SIPTO 方案在2010 年9 月R10 階段完成。LIPA 的方案在2010 年5月SA2 79 次會議上也已經確定，要求LIPA 僅關注合設網關的情況，并將采用方案1 中的S5 接口結構。目前，技術方案相對穩定，但相關的實現方式還需要繼續討論， 預計LIPA 方案的最終完成可能會到R11 完成。SA2 組用于家庭/ 企業網的SIPTO 架構討論可能會推遲到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。