基于IEEE802.16的WiMax組網(wǎng)技術(shù)

劉 凡

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210046）

0 引言

WiMax基于IEEE802.16技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推薦PMP方式組網(wǎng)。WiMax論壇給出WiMax技術(shù)的5種應(yīng)用場景，定義為:固定、游牧、便攜、簡單移動(dòng)和全移動(dòng)。基于WiMax的無線城域網(wǎng)（WMAN）接口標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的基站式小區(qū)網(wǎng)絡(luò)非常類似，這種網(wǎng)絡(luò)使用的就是點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。

1 WiMax組網(wǎng)方式

1.1 演進(jìn)步驟

IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)具有較好的移動(dòng)性支持，可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。從技術(shù)的演進(jìn)，支持的用戶移動(dòng)性和全網(wǎng)覆蓋角度來看，WiMax組網(wǎng)是一個(gè)逐漸演化的過程，從補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)到局部的單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)到最后的全覆蓋網(wǎng)絡(luò)，具體演進(jìn)步驟如圖1所示。

圖1 IEEE802.16演進(jìn)策略

在圖1的演化策略中，沒有包含已經(jīng)商用化的固定寬帶無線接入系統(tǒng)，如本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）系統(tǒng)，因?yàn)槠湮锢韺硬捎玫倪€是單載波技術(shù)，并且其采用的頻率為10～66 GHz頻段。而我們這里所闡述的系統(tǒng)物理層都基于OFDM 技術(shù)，并且采用2～10 GHz頻段，支持 NLOS傳輸［1］。

1.2 第一階段

WiMax特別適合傳遞高突發(fā)性的數(shù)據(jù)，其MAC結(jié)構(gòu)也同時(shí)支持實(shí)時(shí)的多媒體和同步應(yīng)用，這意味著它特別適合于寬帶無線傳輸。WLAN最大的特點(diǎn)是便攜性，主要解決用戶“最后100m”的通信需求，定位于熱點(diǎn)地區(qū)的高速移動(dòng)數(shù)據(jù)接入，但不支持高速移動(dòng)性。而WiMax在今天的Wi-Fi系統(tǒng)基礎(chǔ)上可以同時(shí)進(jìn)行距離和高QoS要求的應(yīng)用的擴(kuò)展。

這一階段WiMax和Wi-Fi都不提供高速的用戶移動(dòng)支持，所以為了達(dá)到全網(wǎng)覆蓋，需要聯(lián)合3G蜂窩系統(tǒng)。作為3G系統(tǒng)，受系統(tǒng)開銷及復(fù)雜度限制而無法實(shí)現(xiàn)高速寬帶IP數(shù)據(jù)覆蓋及漫游方面的增強(qiáng)。從以上的分析可知，這一階段將是Wi-Fi，WiMax和3G網(wǎng)絡(luò)共存階段，Wi-Fi定位于熱點(diǎn)地區(qū)內(nèi)的高速移動(dòng)數(shù)據(jù)接入，WiMax把不同的熱點(diǎn)地區(qū)串接起來，實(shí)現(xiàn)更廣范圍的高速數(shù)據(jù)接入，主要解決“最后一公里”的通信需求，而3G網(wǎng)絡(luò)定位于移動(dòng)用戶的語音通信和全網(wǎng)范圍內(nèi)的低速數(shù)據(jù)通無線通信。Wi-Fi、WiMax和3G系統(tǒng)的相互關(guān)系如圖2所示，而具體的實(shí)物關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)布置如圖3所示。

圖2 Wi-Fi/WiMax/3G第一階段混合組網(wǎng)關(guān)系示意圖

圖3 Wi-Fi/WiMax/3G第一階段混合組網(wǎng)實(shí)物圖

1.3 第二階段

在這一階段，WiMax增加了移動(dòng)設(shè)備的便攜式和慢速移動(dòng)特性，但是終端用戶并不具有在不同WiMax基站之間進(jìn)行切換的功能。WiMax終端除了能進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸功能外，還能進(jìn)行VoIP語音通信，這時(shí)把具有便攜和移動(dòng)性的WiMax用戶終端稱為移動(dòng)用戶終端（MSS）。為了能達(dá)到全網(wǎng)通信，終端具有Wi-Fi/WiMax/3G多模功能，此時(shí)Wi-Fi/WiMax/3G不同網(wǎng)絡(luò)之間的融合問題更加復(fù)雜，為了不改變不同網(wǎng)絡(luò)之間原有的配置，建議采用松耦合模式。為了支持用戶的移動(dòng)性，需要采用IEEE802.16e協(xié)議，對(duì)于WiMax的MSS而言，此時(shí)WiMax的BS類似一個(gè)接入點(diǎn)（AP），它承載的功能類似3G系統(tǒng)中的基站，具體的參考模型如圖4所示。

圖4 WiMax/3G參考協(xié)議模型

Wi-Fi、WiMax和3G系統(tǒng)的相互關(guān)系如圖5所示，和第一階段的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，主要是增加了MSS的通信功能。

圖5 Wi-Fi/WiMax/3G第二階段混合組網(wǎng)關(guān)系示意圖

和第一階段一樣，本階段主要通過松耦合的方式借用3G的IP核心網(wǎng)絡(luò)，為IEEE 802.16 SS/MSS進(jìn)行尋址、認(rèn)證、服務(wù)授權(quán)、加密和計(jì)費(fèi)等網(wǎng)絡(luò)管理，以減少核心網(wǎng)的投資成本［2］。這時(shí)需要在3G分組核心網(wǎng)絡(luò)中專門定義一個(gè)接口，用于和WiMax RNC通信。

1.4 第三階段

隨著WiMax網(wǎng)絡(luò)的逐步擴(kuò)展，IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)不斷完善以及對(duì)移動(dòng)性的良好支持，可以采用WiMax全網(wǎng)覆蓋的組網(wǎng)方式。相比于第二階段組網(wǎng)方式，需要額外提供支持WiMax的核心網(wǎng)設(shè)備。

2 結(jié)束語

在未來無線通信領(lǐng)域，很難有哪種技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)能夠一統(tǒng)天下，而將是各種無線接入技術(shù)并存，各種移動(dòng)通信系統(tǒng)互相兼容和合作的格局。WiMax作為一種新興的寬帶城域網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)，采用了很多先進(jìn)和成熟的技術(shù)，能提供高的傳輸速率和強(qiáng)的QoS保證，并且隨著標(biāo)準(zhǔn)的完善能夠支持用戶的移動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無縫覆蓋。目前WiMax除了需要繼續(xù)完善IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，提供和Wi-Fi以及3G的網(wǎng)絡(luò)互連和協(xié)作外，還需要盡快推出相應(yīng)的終端和基站設(shè)備，保證在工作的頻段不會(huì)對(duì)現(xiàn)有電子設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，并且隨著用戶量增加，設(shè)備價(jià)格盡快降到大眾能夠接受的水平。

［1］Ahmavaara K，etal.Interworking Architecture Between 3GPP and WLAN Systems［J］.Communications Magazine，2003，41（11）:74-81.

［2］Agis E，Mitchel H，et al.Global Interoperable Broadband Wireless Network:Extending WiMax Technology Tomobility［J］.Intel Technology Journal，2005，8（3）:173-187.