為WiMAX構建端到端的網(wǎng)絡(luò )架構

　　1 引言

　　因特網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，正促使通信領(lǐng)域朝著(zhù)寬帶化、無(wú)線(xiàn)化和移動(dòng)化方向發(fā)展。從最終用戶(hù)的角度，傳統的固定寬帶用戶(hù)不再滿(mǎn)足于僅僅在固定環(huán)境中使用寬帶接入業(yè)務(wù)，他們希望擯棄固定接入的束縛獲得寬帶接入的移動(dòng)性;另一方面，傳統的移動(dòng)用戶(hù)也不滿(mǎn)足于傳統語(yǔ)音、短信和低速數據業(yè)務(wù)，希望獲得更高速率的多媒體業(yè)務(wù)。從運營(yíng)商角度，固定網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商希望把業(yè)務(wù)拓展到移動(dòng)業(yè)務(wù)，而移動(dòng)運營(yíng)商希望在傳統業(yè)務(wù)的基礎上提供高數據率的業(yè)務(wù)從而提高 ARPU值。這種最終用戶(hù)的需求和運營(yíng)商策略的改變，催生了未來(lái)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的業(yè)務(wù)寬帶化和移動(dòng)化趨勢。

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

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

　　本文以下章節將首先介紹WiMAX的市場(chǎng)驅動(dòng)力和影響其成功的關(guān)鍵因素，然后給出端到端網(wǎng)絡(luò )架構及其特點(diǎn)和優(yōu)勢。

　　2 WiMAX的市場(chǎng)驅動(dòng)力

　　WiMAX IEEE802.16e的市場(chǎng)驅動(dòng)主要體現在最終用戶(hù)的需求和運營(yíng)商策略的演進(jìn)兩方面，用戶(hù)需求的主要特征是“寬帶無(wú)線(xiàn)化”和“無(wú)線(xiàn)寬帶化”趨勢，運營(yíng)商策略的演進(jìn)主要體現在逐漸從關(guān)注家庭市場(chǎng)的固定寬帶接入向關(guān)注個(gè)人市場(chǎng)的移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展;而個(gè)人移動(dòng)市場(chǎng)也存在向更高帶寬以及向家庭市場(chǎng)滲透的需求。

　　最終用戶(hù)對他們使用的業(yè)務(wù)和如何獲得業(yè)務(wù)有著(zhù)越來(lái)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(xiàn)和不受限制的使用，同時(shí)又希望更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證和更好的業(yè)務(wù)體驗。在獲得業(yè)務(wù)的方式上，更是希望任何時(shí)候，任何地點(diǎn)通過(guò)任何終端獲得他們訂閱的業(yè)務(wù)。

　　運營(yíng)商的策略也在不斷演進(jìn)。對固網(wǎng)運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，寬帶無(wú)線(xiàn)接入意味著(zhù)一個(gè)在現有的三重播放業(yè)務(wù)基礎上提供無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的機會(huì )。WiMAX就成了一種讓他們在現有用戶(hù)基數的基礎上獲得游牧甚至移動(dòng)業(yè)務(wù)的手段。寬帶是固網(wǎng)運營(yíng)商原本的優(yōu)勢，有了無(wú)線(xiàn)接入，就能突破有線(xiàn)的束縛提供寬帶無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)。

　　對移動(dòng)運營(yíng)商而言，在傳統電路業(yè)務(wù)的基礎上引入數據業(yè)務(wù)是提高ARPU的手段。HSDPA將是其演進(jìn)過(guò)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(guān)鍵因素

　　足夠大的市場(chǎng)是任何新技術(shù)或新業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵。市場(chǎng)預測數據顯示，未來(lái)五年累計在WiMAX網(wǎng)絡(luò )基礎設施上的投資將達到150億歐元。而且移動(dòng)運營(yíng)商、固網(wǎng)運營(yíng)商、全業(yè)務(wù)運營(yíng)商都對此表現了極大的興趣。由于其高帶寬和移動(dòng)性等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足新興市場(chǎng)和成熟市場(chǎng)的多種需求，如固網(wǎng)運營(yíng)商用于擴展其固定寬帶接入，從而也可以進(jìn)入個(gè)人用戶(hù)市場(chǎng);移動(dòng)用戶(hù)可以在原有傳統語(yǔ)音和短消息業(yè)務(wù)的基礎上在WiMAX網(wǎng)絡(luò )中提供具有互補性的高帶寬數據業(yè)務(wù);另外， WiMAX可以作為無(wú)線(xiàn)DSL提供因特網(wǎng)接入服務(wù)。

　　頻譜的可用性是影響無(wú)線(xiàn)技術(shù)成功的又一關(guān)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(guò)一半的人口，而且越來(lái)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(shù)作為第六種IMT-2000技術(shù)，從而使得未來(lái)可以讓W(xué)iAMX技術(shù)和目前的三大3G技術(shù)共享頻譜資源。國際社會(huì )對消除數字?zhù)櫆弦步o予了足夠的重視，作為消除數字?zhù)櫆系暮线m技術(shù)，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(wèn)題。

　　技術(shù)的先進(jìn)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(jìn)技術(shù)如OFDM技術(shù)，MIMO技術(shù)，以及其他諸如非視距移動(dòng)性支持以及端到端IP支持，以及先進(jìn)的天線(xiàn)技術(shù)如波束形成技術(shù)，WiMAX相對于其他技術(shù)已經(jīng)具有足夠的競爭力。

　　最后，一個(gè)完整健康的產(chǎn)業(yè)鏈是無(wú)線(xiàn)WiMAX技術(shù)成功的保障，要知道，WiMAX技術(shù)不是單獨存在的技術(shù)，它只是一個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò )的一部分。芯片廠(chǎng)商/終端廠(chǎng)商的大力支持以及系統設備廠(chǎng)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(shù)的最終成功。

　　當然，WiMAX只是一種寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，要真正發(fā)揮其優(yōu)勢，必須為它構建合適的業(yè)務(wù)生成環(huán)境，同時(shí)還要構建一個(gè) 能夠保障業(yè)務(wù)安全可靠傳輸到最終用戶(hù)的業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò )。這正是本文所要闡述的端到端網(wǎng)絡(luò )架構。

　　4 端到端網(wǎng)絡(luò )架及其優(yōu)勢

　　端到端網(wǎng)絡(luò )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(luò )架構

　　核心網(wǎng)和應用包括三個(gè)選項，即和NGN/IMS架構完全集成并支持所有多媒體業(yè)務(wù)，即圖中A+B+C;

　　作為互補或獨立的網(wǎng)絡(luò )支持具有QoS的VoIP，即圖中B+C;

　　無(wú)線(xiàn)DSL部署，即圖中C。

　　在接入網(wǎng)絡(luò )部分，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )主要包括基站設備，回程和匯聚網(wǎng)絡(luò )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(yíng)商對回程和匯聚網(wǎng)絡(luò )有不同的需求，主要考慮的因素包括：如何充分利用現有資源，業(yè)務(wù)容量的大小，業(yè)務(wù)類(lèi)型的不同，覆蓋范圍等。但總的來(lái)說(shuō)運營(yíng)商需要一種靈活，易于擴容，面向數據業(yè)務(wù)優(yōu)化的回程技術(shù)。下面就幾種回程方案進(jìn)行介紹：

　　4.1.利用微波作為回程

　　和租用線(xiàn)路相比，微波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是高度的靈活性、和地形的無(wú)關(guān)性，大容量，易于擴容，成本較低以及快速開(kāi)通等。目前的微波技術(shù)是基于SDH技術(shù)，它能夠提供在一個(gè)鏈路上提供E1和以太流量的混合傳輸，但不同類(lèi)型的流量是作為獨立的流進(jìn)行傳輸的，沒(méi)有帶寬的爭用。盡管如此，由于數據業(yè)務(wù)越來(lái)越占主導，因此有必要針對分組傳輸進(jìn)行優(yōu)化，從而允許在單個(gè)流中混合傳統流量TDM E1(封裝在分組中，即“偽線(xiàn)”)和具有不同QoS需求的IP流量。另外，自適應調制技術(shù)也大大增加了微波技術(shù)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(hù)密度分布區域，較低的維護成本和快速的部署等優(yōu)勢。

　　4.2.用DSL技術(shù)作為回程

　　DSL技術(shù)是目前寬帶接入技術(shù)中部署最多，最成熟的技術(shù)。大規模的部署早已使得DSL成為駐地和商業(yè)市場(chǎng)中寬帶接入的一種高效低成本方案。如果運營(yíng)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(shù)的 FTTx方案為不同的帶寬需求和覆蓋距離的應用場(chǎng)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(guò)WiMAX和DSL回程的結合，他們可以在提供固定移動(dòng)融合業(yè)務(wù)的同時(shí)降低傳輸成本。

　　4.3.用電信級以太技術(shù)作為回程和匯聚

　　4.3.1光分組傳送

　　如果運營(yíng)商有光纖資源，可以考慮MSTP作為回程技術(shù)，MSTP是一種高效的匯聚技術(shù)，通過(guò)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(xiàn)技術(shù)就可以把多種數據業(yè)務(wù)映射到SDH進(jìn)行傳輸。光分組傳輸的優(yōu)勢包括：

　　現有SDH網(wǎng)絡(luò )對ATM，TDM和以太流量進(jìn)行匯聚;

　　針對數據業(yè)務(wù)對傳送設備進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)又不影響原有的TDM流量的傳輸;

　　通過(guò)基于SDH保護機制或RPR技術(shù)實(shí)現高可靠性從而保障所有業(yè)務(wù)的高可用性;

　　隨著(zhù)分組數據業(yè)務(wù)的日益增長(cháng)，運營(yíng)商傾向于一個(gè)能夠向全分組的環(huán)境演變的網(wǎng)絡(luò )，要達到這一目標，必須使得網(wǎng)絡(luò )設備具有混合流量(TDM和分組)的支持能力，并能根據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(wù)交換傳送平臺。它采用創(chuàng )新的統一矩陣來(lái)實(shí)現同時(shí)對數據和TDM業(yè)務(wù)的交換而無(wú)需任何映射和轉換，總容量可以達到 320Gb/s，適合應用于城域核心、匯聚等網(wǎng)絡(luò )中，對數據和TDM業(yè)務(wù)提供最有效的傳送方案。

　　4.3.2 業(yè)務(wù)感知的匯聚和路由:

　　MPLS技術(shù)是對WiMAX流量進(jìn)行回程的又一選擇。事實(shí)上，很多運營(yíng)商已經(jīng)選擇了MPLS作為融合的骨干網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)把MPLS技術(shù)延伸到回程，運營(yíng)商可以管理一個(gè)端到端的MPLS架構，從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )和降低成本。另外，MPLS技術(shù)繼承了IP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又對其進(jìn)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(wù)路由產(chǎn)品系列包括7750/7710 SR，7450以太業(yè)務(wù)交換機以及5620業(yè)務(wù)管理平臺。針對WiMAX流量的回程，以太流量可以利用MPLS技術(shù)匯聚并在無(wú)線(xiàn)接入設備和無(wú)線(xiàn)接入控制器之間基于微波或光進(jìn)行傳輸。7450/7750采用VPLS技術(shù)，利用MPLS技術(shù)克服傳統以太網(wǎng)技術(shù)在可擴性和可控性上的缺陷，跨越廣域范圍模擬了一個(gè)以太局域網(wǎng)。另外，這一匯聚網(wǎng)絡(luò )同時(shí)適用于移動(dòng)業(yè)務(wù)和三重播放網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)匯聚。為全業(yè)務(wù)運營(yíng)商構建融合的端到端網(wǎng)絡(luò )提供了有力的武器。

　　4.4 和NGN/IMS的集成

　　IMS是未來(lái)提供IP多媒體業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)絡(luò )。IMS也是未來(lái)各種接入技術(shù)共享的核心網(wǎng)絡(luò ) 和業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò )。如圖2所示，通過(guò)WiMAX和IMS的集成，IMS將為通過(guò)WiMAX接入IMS的用戶(hù)提供VoIP呼叫控制和基于SIP的會(huì )話(huà)控制，并提供和傳統網(wǎng)絡(luò )的互通。所有IMS的應用和業(yè)務(wù)可以在 WiMAX接入和其他固定或移動(dòng)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(jìn)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規范定義了AAA架構用于用戶(hù)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(wú)線(xiàn)接入控制器之間，EAP運行在PKM之上，在無(wú)線(xiàn)控制器和AAA服務(wù)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(hù)鑒權方法，如基于SIM的鑒權，基于證書(shū)的鑒權等。阿爾卡特朗訊的AAA服務(wù)器完全服從該安全架構，而且由于A(yíng)AA服務(wù)器和IMS HSS采用統一架構，因此支持靈活的部署配置，如單獨的AAA服務(wù)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(luò )為SIP會(huì )話(huà)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(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)元(包括基站和無(wú)線(xiàn)接入控制)對不同流量類(lèi)型的識別能力，QoS最終將被傳播到承載和傳送網(wǎng)絡(luò )，從而保證了真正的端到端。不同分組類(lèi)型的區分是基于第二層和第三層的流量標記(DSCP和802.1p)實(shí)現的。

　　4.7端到端網(wǎng)絡(luò )架構的優(yōu)勢

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

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

　　綜合考慮無(wú)線(xiàn)接入和傳輸的QoS，實(shí)現了可管理的每用戶(hù)每業(yè)務(wù)的QoS保證。

　　提供和現有固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )互補的業(yè)務(wù)覆蓋，以及跨網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)發(fā)布。如固網(wǎng)運營(yíng)商可以通過(guò)WiMAX提供游牧甚至移動(dòng)業(yè)務(wù)，從而使其業(yè)務(wù)擴展到原本是移動(dòng)運營(yíng)商主導的個(gè)人用戶(hù)市場(chǎng);而移動(dòng)運營(yíng)商可以通過(guò)WiMAX提供“無(wú)線(xiàn)DSL業(yè)務(wù)”從而使其進(jìn)入原本是固定網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商主導的家庭用戶(hù)市場(chǎng)

　　5 總結

　　WiMAX IEEE802.16e作為一種寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，是端到端網(wǎng)絡(luò )的一部分。要實(shí)現業(yè)務(wù)的可靠和安全發(fā)布，必須綜合考慮WiMAX業(yè)務(wù)流量的回程、匯聚、無(wú)線(xiàn)接入控制以及和IMS/NGN網(wǎng)絡(luò )的集成。阿爾卡特朗訊的端到端的網(wǎng)絡(luò )架構能幫助運營(yíng)商重用現有網(wǎng)絡(luò )資源從而降低投資，同時(shí)能夠幫助不同運營(yíng)商擴展其業(yè)務(wù)覆蓋范圍。由于綜合考慮了無(wú)線(xiàn)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(mǎn)足了不同運營(yíng)商對安全的需求。