WiMAX组网技术与解决方案 |
Key Technologies and Solutions for WiMAX Networking |
刘宏春 |
摘要:文章在介绍WiMAX标准、技术和相关应用的基础上,提出WiMAX组网需要考虑频率复用、认证计费和移动性管理3个主要因素。文章给出了固定应用和移动应用模式下的组网方案,探讨了WiMAX无线组网方式将经过的4个阶段:室外接入、室内接入、有缝漫游、无缝移动,认为WiMAX网络最终将融合到NGN和移动蜂窝系统中。 |
关键词:全球微波接入互操作性;组网技术;鉴权、认证、计费;移动网 |
Abstract:Based on the introduction of WiMAX standards, relevant technologies and applications, three essential factors for WiMAX networking, i.e., frequency multiplexing, authentication /billing and mobility management, are analyzed. Networking solutions for fixed-line and mobile applications are presented respectively. It is noted that the evolution of wireless WiMAX networking will experience four phases: outdoor access, indoor access, seam roaming and seamless roaming. It is predicted that WiMAX will be eventually converged into NGN and mobile cellular networks. |
Key words:WiMAX; network technology; AAA; mobile network |
随着近年来宽带无线市场需求的扩大和技术水平的提高,标准化组织IEEE在数百名来自政府、运营商、研究机构和设备制造商的技术专家共同努力下,制定了IEEE 802.16无线城域网协议[1],受到业界广泛关注。为了推进设备的一致性、标准化和互操作性,来自工业界、制造业、运营商的代表共同组建了WiMAX组织,旨在推动基于IEEE 802.16宽带无线设备的兼容性测试[2],保障不同厂商设备之间的互操作性。 WiMAX技术可以覆盖几十公里,提供近70 Mb/s的单载波速率,并且具备支持漫游、移动的潜力,具有广泛的应用前景。就目前来看,WiMAX面向的市场应用包括:传输承载、数据接入和漫游移动。 传输承载接入市场主要业务特征是点对点模式下的固定分配方式。对应的有线接入市场就是E1/T1接口点对点光传输设备的业务市场。 数据接入市场主要业务特征是基于IP平台的多种宽带数据接入,特别是以IP数据上网业务为主。与该部分市场对应的有线接入市场就是数字用户线(DSL)和电缆调制解调器(Cable Modem)业务市场。 目前,IEEE 802.16标准及相应的WiMAX测试规范主要还是针对无线空中接口技术,所明确内容也只是涉及开放系统互连(OSI)模型中的物理层、媒体访问控制(MAC)层,并没有明确WiMAX网络的组网技术和方案。因此,WiMAX未来如何发展就有了多种多样的看法,如有些人认为是与DSL产品竞争,有些人认为是与3G竞争。这实际就涉及到了WiMAX组网技术和业务应用的问题,特别是组网方案中WiMAX与现有设备之间的关系是革命性替代还是融合演进,需要进行深入研究。 1 组网关键技术 ![]() 1.1 频率复用 (1)除非距离达到5到7个倍程,或者两者之间有较好的阻挡物,相邻站点不允许出现相同方向的同频复用。如果要复用,可以采用不同的极化方向以获得20 dB的额外隔离度。 (2)同一站点,同一扇区,尽可能不使用邻频进行组网,尽可能地使其错开一个角度,以保证服务扇区内的注册频点为最佳。 (3)同一站点,同一扇区,不可以使用同频。 (4)同一站点,相邻扇区,不可以使用同频。在高性能天线的情况下,如果终端(SU)的位置不在相邻两个扇区交叠边缘的前提下,可以使用同频交叉极化的方式。 (5)同一站点,相背扇区,在基站天线前后隔离度满足30 dB的要求时,可以使用相同极化的同频。 1.2 认证计费 目前,WiMAX网络组建可以采用单独建网、数据城域网叠加、移动蜂窝网叠加等几种方案,因此WiMAX网络的AAA客户机、AAA服务器和计费系统可以借用现有网络的实现技术或直接采用现有网络对应设备,以实现资源共享,降低网络设备投资。 1.3 移动性管理 WiMAX终端在漫游、移动情况下实现移动性管理可以采用简单IP(Simple IP)或移动IP(Mobile IP)协议。在Simple IP网络结构下,终端分配的IP地址是动态可变的,但在跨域切换时业务要中断,必须通过应用层的专用协议实现再次连接,只适用于WWW、E-mail等对时间不敏感的业务,不适于大范围移动的实时业务,如IP语音等;在Mobile IP协议下,终端具备永久IP地址,可支持所有类型的IP业务。然而,Mobile IP也存在IPv4地址不足,切换过程中的时延和丢包率难以保障等问题,需要采用地址转换、IPv6、多层切换等方案来解决。 2 WiMAX组网方案 2.1 固定组网模式 由于运营商频率资源有限,因此同样频率资源可以按照波道宽度不同划分出数量不同的独立载波。频率规划方案直接影响系统用户峰值速率、规划地区网络容量,因此需要慎重考虑。以3.5 GHz频段为例,典型载波带宽划分方式是1.75 MHz、3.5 MHz和7 MHz。考虑到多种因素,建议采用3.5 MHz为主来进行频率规划[3]。典型3频点多基站的固定组网方式如图2所示,其中H、V分别表示水平极化和垂直极化。 ![]() 目前,业内主流认证计费组网方案有3种:PPPoE认证、Web认证和802.1X认证。 (1)基于以太网的点到点协议(PPPoE),即国际标准RFC2516,是从基于ATM的窄带网引入到宽带以太网,可以应用在xDSL和局域网(LAN)环境中。PPPoE优点是易管理、支持多种服务、易于流量控制,缺点是效率低、以太网环境下隔离成本高。 (2)Web认证方式需要与动态主机配置协议(DHCP)服务器和门户(Portal)服务器配合使用,优点是无需安装软件、支持门户服务器增值业务、网络成本低,缺点是安全性差。 (3)IEEE 802.1x是基于端口的网络访问控制的标准,如果认证过程失败,端口接入将被阻止。IEEE 802.1x的优点是安全、简洁、易于运营。WiMAX网络在认证计费组网方案上可以优先采用IEEE 802.1x协议。 2.2 移动组网模式 ![]() 由于WiMAX网络叠加在宽带城域网实现移动应用可以作为WiMAX网络和移动蜂窝网组网方案的一种特例,因此下面重点讨论WiMAX网络和移动蜂窝网组网方案的网络架构。依据与移动蜂窝系统结合的紧密程度,移动蜂窝网络和WiMAX网络组网方案可以分成松耦合和紧耦合两大类。考虑耦合程度从浅到深,移动蜂窝网络和WiMAX网络可以有6个工作模式: (1)统一计费和用户管理模式。 前两种模式属于松耦合,后4种模式属于紧耦合(WiMAX和3G融合组网图如图4所示)。 ![]()
从上述情况看,WiMAX组网可以先期考虑采用模式(1),再通过移动蜂窝网络升级,逐步演进到模式(4)、模式(5),模式(6)是终极发展目标。WiMAX终端认证计费功能都在移动蜂窝系统中相应的设备中实现。在松耦合场景下,WiMAX移动性管理由WiMAX专有设备实现,而在紧耦合场景下,移动蜂窝中的设备也要参与WiMAX终端的移动性管理。 3 WiMAX无线组网方式的演进 (1)室外接入 (2)室内接入 (3)有缝漫游 (4)无缝移动 4 结束语 5 参考文献 收稿日期:2005-01-27 |
作者简介: 刘宏春,毕业于中国科学院电子学研究所,硕士。现工作于中兴通讯股份有限公司CDMA事业部,主要研究方向是宽带无线接入设备开发和应用。 |
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