基于WiMAX接入技術的端到端網(wǎng)絡架構

基于WiMAX接入技術的端到端網(wǎng)絡架構

本文首先分析了WiMAX技術的市場驅(qū)動力和影響其成功部署的關鍵因素，隨后介紹了一個基于WiMAX接入技術的端到端網(wǎng)絡架構，包括回程、匯聚、接入控制、以及核心網(wǎng)絡，并對該網(wǎng)絡架構的特點和優(yōu)勢進行了分析。

1 引言

因特網(wǎng)和移動通信技術的飛速發(fā)展，正促使通信領域朝著寬帶化、無線化和移動化方向發(fā)展。從最終用戶的角度，傳統(tǒng)的固定寬帶用戶不再滿足于僅僅在固定環(huán)境中使用寬帶接入業(yè)務，他們希望擯棄固定接入的束縛獲得寬帶接入的移動性；另一方面，傳統(tǒng)的移動用戶也不滿足于傳統(tǒng)語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務，希望獲得更高速率的多媒體業(yè)務。從運營商角度，固定網(wǎng)絡運營商希望把業(yè)務拓展到移動業(yè)務，而移動運營商希望在傳統(tǒng)業(yè)務的基礎上提供高數(shù)據(jù)率的業(yè)務從而提高ARPU值。這種最終用戶的需求和運營商策略的改變，催生了未來網(wǎng)絡技術的業(yè)務寬帶化和移動化趨勢。

WiMAX IEEE802.16e正是迎合這種業(yè)務和網(wǎng)絡技術發(fā)展趨勢的技術，由于其采用OFDM、MIMO，并具有非視距移動性支持，以及對IP的天然支持等特性，使其能夠滿足目前最終用戶對業(yè)務和應用的寬帶化和移動性的需求，以及運營商對其運營業(yè)務范圍進行擴展的策略。但WiMAX不是一種孤立的無線接入手段，要使WiMAX在市場上真正取得成功，必須把它作為一個端到端網(wǎng)絡架構的一部分，從而使得一方面可以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源從而減少投資，另一方面，也可以對業(yè)務范圍進行拓展，使其和現(xiàn)有業(yè)務范圍形成互補。

端到端網(wǎng)絡的最終目標是確保業(yè)務最終能夠有質(zhì)量保證并安全地發(fā)布到最終用戶，因此涉及WiMAX流量的回程、匯聚、無線接入控制、以及核心網(wǎng)絡和應用等，同時還要求網(wǎng)絡具備端到端的QoS架構和標準的安全機制。

本文以下章節(jié)將首先介紹WiMAX的市場驅(qū)動力和影響其成功的關鍵因素，然后給出端到端網(wǎng)絡架構及其特點和優(yōu)勢。

2 WiMAX的市場驅(qū)動力

WiMAX IEEE802.16e的市場驅(qū)動主要體現(xiàn)在最終用戶的需求和運營商策略的演進兩方面，用戶需求的主要特征是“寬帶無線化”和“無線寬帶化”趨勢，運營商策略的演進主要體現(xiàn)在逐漸從關注家庭市場的固定寬帶接入向關注個人市場的移動業(yè)務發(fā)展；而個人移動市場也存在向更高帶寬以及向家庭市場滲透的需求。

最終用戶對他們使用的業(yè)務和如何獲得業(yè)務有著越來越高的期望。他們不僅希望更高速率的連接，而且希望永遠在線和不受限制的使用，同時又希望更高的業(yè)務質(zhì)量保證和更好的業(yè)務體驗。在獲得業(yè)務的方式上，更是希望任何時候，任何地點通過任何終端獲得他們訂閱的業(yè)務。
運營商的策略也在不斷演進。對固網(wǎng)運營商來說，寬帶無線接入意味著一個在現(xiàn)有的三重播放業(yè)務基礎上提供無線業(yè)務的機會。WiMAX就成了一種讓他們在現(xiàn)有用戶基數(shù)的基礎上獲得游牧甚至移動業(yè)務的手段。寬帶是固網(wǎng)運營商原本的優(yōu)勢，有了無線接入，就能突破有線的束縛提供寬帶無線業(yè)務。

對移動運營商而言，在傳統(tǒng)電路業(yè)務的基礎上引入數(shù)據(jù)業(yè)務是提高ARPU的手段。HSDPA將是其演進過程中重要的一步，同樣緊隨其后的HSUPA，LTE和WiMAX將起到非常重要的作用。

3 WiMAX成功的關鍵因素

足夠大的市場是任何新技術或新業(yè)務成功的關鍵。市場預測數(shù)據(jù)顯示，未來五年累計在WiMAX網(wǎng)絡基礎設施上的投資將達到150億歐元。而且移動運營商、固網(wǎng)運營商、全業(yè)務運營商都對此表現(xiàn)了極大的興趣。由于其高帶寬和移動性等特點，可以滿足新興市場和成熟市場的多種需求，如固網(wǎng)運營商用于擴展其固定寬帶接入，從而也可以進入個人用戶市場；移動用戶可以在原有傳統(tǒng)語音和短消息業(yè)務的基礎上在WiMAX網(wǎng)絡中提供具有互補性的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務；另外，WiMAX可以作為無線DSL提供因特網(wǎng)接入服務。

頻譜的可用性是影響無線技術成功的又一關鍵因素。迄今為止，全球已經(jīng)頒布的WiMAX頻段已經(jīng)覆蓋超過一半的人口，而且越來越多的國家將頒布WiMAX的頻率許可。另外，WiMAX Forum也正努力把WiMAX技術作為第六種IMT-2000技術，從而使得未來可以讓WiAMX技術和目前的三大3G技術共享頻譜資源。國際社會對消除數(shù)字鴻溝也給予了足夠的重視，作為消除數(shù)字鴻溝的合適技術，WiMAX也必將得到足夠重視，因此頻譜資源的獲得最終將不是問題。

技術的先進性和高性能是WiMAX成功的有力保障，由于采用了和4G一樣的先進技術如OFDM技術，MIMO技術，以及其他諸如非視距移動性支持以及端到端IP支持，以及先進的天線技術如波束形成技術，WiMAX相對于其他技術已經(jīng)具有足夠的競爭力。

最后，一個完整健康的產(chǎn)業(yè)鏈是無線WiMAX技術成功的保障，要知道，WiMAX技術不是單獨存在的技術，它只是一個端到端網(wǎng)絡的一部分。芯片廠商/終端廠商的大力支持以及系統(tǒng)設備廠商的支持可以為WiMAX的端到端部署鋪平道路。只有產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作，才能保障WiMAX技術的最終成功。

當然，WiMAX只是一種寬帶無線接入技術，要真正發(fā)揮其優(yōu)勢，必須為它構建合適的業(yè)務生成環(huán)境，同時還要構建一個能夠保障業(yè)務安全可靠傳輸?shù)阶罱K用戶的業(yè)務控制網(wǎng)絡。這正是本文所要闡述的端到端網(wǎng)絡架構。

4 端到端網(wǎng)絡架及其優(yōu)勢

端到端網(wǎng)絡架構分為兩部分，即WiMAX接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)和應用，如圖1所示。

圖 1基于WiMAX接入的端到端網(wǎng)絡架構

核心網(wǎng)和應用包括三個選項，即

和NGN/IMS架構完全集成并支持所有多媒體業(yè)務，即圖中A+B+C；

作為互補或獨立的網(wǎng)絡支持具有QoS的VoIP，即圖中B+C；

無線DSL部署，即圖中C。

在接入網(wǎng)絡部分，無線網(wǎng)絡主要包括基站設備，回程和匯聚網(wǎng)絡包括各種各樣的回程方式以及電信級以太網(wǎng)匯聚。WiMAX運營商對回程和匯聚網(wǎng)絡有不同的需求，主要考慮的因素包括：如何充分利用現(xiàn)有資源，業(yè)務容量的大小，業(yè)務類型的不同，覆蓋范圍等。但總的來說運營商需要一種靈活，易于擴容，面向數(shù)據(jù)業(yè)務優(yōu)化的回程技術。下面就幾種回程方案進行介紹：

4．1．利用微波作為回程

和租用線路相比，微波技術的優(yōu)點是高度的靈活性、和地形的無關性，大容量，易于擴容，成本較低以及快速開通等。目前的微波技術是基于SDH技術，它能夠提供在一個鏈路上提供E1和以太流量的混合傳輸，但不同類型的流量是作為獨立的流進行傳輸?shù)?，沒有帶寬的爭用。盡管如此，由于數(shù)據(jù)業(yè)務越來越占主導，因此有必要針對分組傳輸進行優(yōu)化，從而允許在單個流中混合傳統(tǒng)流量TDM E1（封裝在分組中，即“偽線”）和具有不同QoS需求的IP流量。另外，自適應調(diào)制技術也大大增加了微波技術的帶寬能力。阿爾卡特朗訊的9500MSS平臺提供了分組微波能力，它具有很高的可擴性，適用于不同的用戶密度分布區(qū)域，較低的維護成本和快速的部署等優(yōu)勢。

4．2．用DSL技術作為回程

DSL技術是目前寬帶接入技術中部署最多，最成熟的技術。大規(guī)模的部署早已使得DSL成為駐地和商業(yè)市場中寬帶接入的一種高效低成本方案。如果運營商已經(jīng)具有DSL資源，那么借助已有資源用于WiMAX流量的回程將大大降低投資成本。ADSL，ADSL2，ADSL2+，以及結合PON技術的FTTx方案為不同的帶寬需求和覆蓋距離的應用場景提供了大量可選方案。阿爾卡特朗訊7302 ISAM是業(yè)界首款具有三重播放能力的基于IP的接入平臺，通過WiMAX和DSL回程的結合，他們可以在提供固定移動融合業(yè)務的同時降低傳輸成本。

4．3．用電信級以太技術作為回程和匯聚

4.3.1光分組傳送

如果運營商有光纖資源，可以考慮MSTP作為回程技術，MSTP是一種高效的匯聚技術，通過增加具有以太接口的板卡，利用標準的機制如GFP/VCAT/LCAS和偽線技術就可以把多種數(shù)據(jù)業(yè)務映射到SDH進行傳輸。光分組傳輸?shù)膬?yōu)勢包括：

現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡對ATM，TDM和以太流量進行匯聚；

針對數(shù)據(jù)業(yè)務對傳送設備進行優(yōu)化，同時又不影響原有的TDM流量的傳輸；

通過基于SDH保護機制或RPR技術實現(xiàn)高可靠性從而保障所有業(yè)務的高可用性；

隨著分組數(shù)據(jù)業(yè)務的日益增長，運營商傾向于一個能夠向全分組的環(huán)境演變的網(wǎng)絡，要達到這一目標，必須使得網(wǎng)絡設備具有混合流量（TDM和分組）的支持能力，并能根據(jù)分組流量的比例靈活配置。阿爾卡特朗訊的1850TSS（Transport Service Switch）正是符合這一需求的多業(yè)務交換傳送平臺。它采用創(chuàng)新的統(tǒng)一矩陣來實現(xiàn)同時對數(shù)據(jù)和TDM業(yè)務的交換而無需任何映射和轉(zhuǎn)換，總?cè)萘靠梢赃_到320Gb/s，適合應用于城域核心、匯聚等網(wǎng)絡中，對數(shù)據(jù)和TDM業(yè)務提供最有效的傳送方案。

4.3.2 業(yè)務感知的匯聚和路由:

MPLS技術是對WiMAX流量進行回程的又一選擇。事實上，很多運營商已經(jīng)選擇了MPLS作為融合的骨干網(wǎng)技術，通過把MPLS技術延伸到回程，運營商可以管理一個端到端的MPLS架構，從而簡化網(wǎng)絡和降低成本。另外，MPLS技術繼承了IP技術的優(yōu)點，同時又對其進行了增強，如QoS機制、流量工程、OAM以及小于50ms的故障恢復等。

阿爾卡特朗訊的IP/MPLS業(yè)務路由產(chǎn)品系列包括7750/7710 SR，7450以太業(yè)務交換機以及5620業(yè)務管理平臺。針對WiMAX流量的回程，以太流量可以利用MPLS技術匯聚并在無線接入設備和無線接入控制器之間基于微波或光進行傳輸。7450/7750采用VPLS技術，利用MPLS技術克服傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術在可擴性和可控性上的缺陷，跨越廣域范圍模擬了一個以太局域網(wǎng)。另外，這一匯聚網(wǎng)絡同時適用于移動業(yè)務和三重播放網(wǎng)絡的業(yè)務匯聚。為全業(yè)務運營商構建融合的端到端網(wǎng)絡提供了有力的武器。

4.4 和NGN/IMS的集成

IMS是未來提供IP多媒體業(yè)務的核心網(wǎng)絡。IMS也是未來各種接入技術共享的核心網(wǎng)絡和業(yè)務控制網(wǎng)絡。如圖2所示，通過WiMAX和IMS的集成，IMS將為通過WiMAX接入IMS的用戶提供VoIP呼叫控制和基于SIP的會話控制，并提供和傳統(tǒng)網(wǎng)絡的互通。所有IMS的應用和業(yè)務可以在WiMAX接入和其他固定或移動接入之間共享，其端到端的QoS機制也將服從IMS的QoS模式，其安全機制也得以和IMS安全架構進行集成，從而使得WiMAX AAA和IMS HSS共享同一平臺。

圖 2和NGN/IMS的集成

4.5安全結構

WiMAX Forum基于IETF規(guī)范定義了AAA架構用于用戶和設備的鑒權和授權并定義了計費的方法和流程。鑒權和授權基于EAP協(xié)議，在終端和無線接入控制器之間，EAP運行在PKM之上，在無線控制器和AAA服務器之間，EAP運行在Radius或Diameter之上。這一架構可以支持多種設備和用戶鑒權方法，如基于SIM的鑒權，基于證書的鑒權等。阿爾卡特朗訊的AAA服務器完全服從該安全架構，而且由于AAA服務器和IMS HSS采用統(tǒng)一架構，因此支持靈活的部署配置，如單獨的AAA服務器部署，或作為HSS的一部分部署。

4.6端到端QoS

按照IMS的QoS模式，網(wǎng)絡為SIP會話發(fā)起的QoS協(xié)商一方面考慮了終端的能力和需求，另一方面，得益于無線接入網(wǎng)元（包括基站和無線接入控制）對不同流量類型的識別能力，QoS最終將被傳播到承載和傳送網(wǎng)絡，從而保證了真正的端到端。不同分組類型的區(qū)分是基于第二層和第三層的流量標記（DSCP和802.1p）實現(xiàn)的。

4.7端到端網(wǎng)絡架構的優(yōu)勢

由于采用全IP架構，可以保護網(wǎng)絡基礎設施中的已有投資。現(xiàn)有二層和三層網(wǎng)絡可以為WiMAX網(wǎng)絡提供回程和匯聚從而減少部署和維護成本。

和IMS網(wǎng)絡的無縫集成，從而保證端到端的QoS，接入和業(yè)務控制安全架構的靈活配置和共享。

綜合考慮無線接入和傳輸?shù)腝oS，實現(xiàn)了可管理的每用戶每業(yè)務的QoS保證。

提供和現(xiàn)有固定和移動網(wǎng)絡互補的業(yè)務覆蓋，以及跨網(wǎng)絡的業(yè)務發(fā)布。如固網(wǎng)運營商可以通過WiMAX提供游牧甚至移動業(yè)務，從而使其業(yè)務擴展到原本是移動運營商主導的個人用戶市場；而移動運營商可以通過WiMAX提供“無線DSL業(yè)務”從而使其進入原本是固定網(wǎng)絡運營商主導的家庭用戶市場

5 總結

WiMAX IEEE802.16e作為一種寬帶無線接入技術，是端到端網(wǎng)絡的一部分。要實現(xiàn)業(yè)務的可靠和安全發(fā)布，必須綜合考慮WiMAX業(yè)務流量的回程、匯聚、無線接入控制以及和IMS/NGN網(wǎng)絡的集成。阿爾卡特朗訊的端到端的網(wǎng)絡架構能幫助運營商重用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源從而降低投資，同時能夠幫助不同運營商擴展其業(yè)務覆蓋范圍。由于綜合考慮了無線接入、傳輸、以及IMS QoS機制，從而保證了端到端的QoS；標準的安全架構和靈活的部署策略也滿足了不同運營商對安全的需求。