移動互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡技術(shù)

周博 李照華

摘 要：移動互聯(lián)網(wǎng)是當前信息技術(shù)領域的熱門話題之一，而接入網(wǎng)絡則是移動互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎設施。對目前的接入網(wǎng)絡技術(shù)：衛(wèi)星通信網(wǎng)絡、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)絡的特點及應用進行了分析，提出了接入網(wǎng)絡技術(shù)未來的發(fā)展趨勢是各種網(wǎng)絡的融合演進，報告了異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合的特點及應用。

關鍵詞：移動互聯(lián)網(wǎng) 接入網(wǎng)絡技術(shù)

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0009-02

移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)領域中重要的組成部分，這兩項技術(shù)的發(fā)展直接影響著人們的生活和工作方式。移動互聯(lián)網(wǎng)是一個新型的融合型網(wǎng)絡，是移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分融合的產(chǎn)物。在移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，人們可以通過智能手機、PDA、車載終端等設備通過移動網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)，隨時隨地的享受互聯(lián)網(wǎng)提供的服務。

2011年中國工業(yè)和信息化部電信研究院在《移動互聯(lián)網(wǎng)白皮書》中指出：“移動互聯(lián)網(wǎng)是以移動網(wǎng)絡作為接入網(wǎng)絡的互聯(lián)網(wǎng)及服務，包括三個要素：移動終端、移動網(wǎng)絡和應用服務[1]?！焙喍灾?，移動終端是移動互聯(lián)網(wǎng)的前提，接入網(wǎng)絡是移動互聯(lián)網(wǎng)的基礎，而應用服務則成為移動互聯(lián)網(wǎng)的核心。本文詳細描述了接入網(wǎng)絡技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

1 接入網(wǎng)絡技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的無線接入網(wǎng)絡主要有五類：衛(wèi)星通信網(wǎng)絡、無線城域網(wǎng)（WMAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN）、無線個域網(wǎng)（WPAN）、蜂窩網(wǎng)絡（2G網(wǎng)絡、3G網(wǎng)絡等）[2]。它們在帶寬、覆蓋、移動性支持能力和部署成本等方面各有利弊。

1.1 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡

1.1.1 概述

簡單來講，衛(wèi)星通信就是把衛(wèi)星作為中繼站，在地球上（包括地面和低層大氣中）的通信站點間進行通信。衛(wèi)星和地球站就是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分。衛(wèi)星通信新技術(shù)主要包括VSAT系統(tǒng)，即甚小口徑終端；中低軌道的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。

1.1.2 特點及應用

衛(wèi)星通信具有通信區(qū)域大、距離遠、頻段寬、容量大的特點，即只要是在衛(wèi)星發(fā)射電波覆蓋范圍內(nèi)的任意兩點間，都可以互相通信。其次，衛(wèi)星通信的可靠性高、質(zhì)量好、噪聲小、可移動性強，即不容易受自然災害的影響；但是，衛(wèi)星通信存在傳輸時延大、回聲大、費用高的問題[3]。

目前，衛(wèi)星通信主要用于電視廣播、遠距離的越洋電話、軍事通信、應急通信等。衛(wèi)星通信作為一種特殊的通信技術(shù)，其基本定位必然是地面系統(tǒng)的有效支持、補充與延伸[4]，對于農(nóng)村及偏遠地區(qū)的通信發(fā)揮重要的作用，使實現(xiàn)全球通信海陸空一體化的無縫覆蓋成為可能。衛(wèi)星通信的廣播與多播等技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合現(xiàn)代Internet技術(shù)，在地面互聯(lián)網(wǎng)絡擁塞的狀態(tài)下，可充分發(fā)揮以IP為基礎的多媒體遠距離傳送與高速連接，將寬帶高速數(shù)據(jù)業(yè)務進行有效地傳送。伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，衛(wèi)星通信與3G、4G技術(shù)的相互融合將成為衛(wèi)星通信發(fā)展的必然趨勢。

1.2 無線城域網(wǎng)（WMAN）

1.2.1 概述

無線城域網(wǎng)主要用于解決整個城市區(qū)域的接入問題，以微波等無線傳輸為介質(zhì)，以無線方式為主要接入手段，提供同城數(shù)據(jù)高速傳輸，以及其它如圖像、視頻等多媒體通信業(yè)務和Internet接入服務[5]。而WiMax是受到較多關注的無線城域網(wǎng)通信技術(shù)。WiMax（World Interoperability for Microwave Access）即全球微波互聯(lián)接入，是一項基于IEEE 802.16標準的無線接入技術(shù)[6]，它采用有線方式為企業(yè)、家庭提供“最后一英里”的無線接入。覆蓋范圍大于無線局域網(wǎng)，可以覆蓋幾千米到幾十千米的范圍。

1.2.2 特點及應用

WiMax具有傳輸距離遠、覆蓋面積大、接入速度快等特點。WiMax所能實現(xiàn)的50 km的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的，網(wǎng)絡覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍[7]，最高接入速度70M是3G所能提供的寬帶速度的30倍。此外，WiMax具有高效、靈活、經(jīng)濟的組網(wǎng)方式，以及較為完備的Qos機制。支持移動和固定寬帶無線接入的特點，使它集成了無線接入技術(shù)的移動性與靈活性以及DSL等傳統(tǒng)寬帶接入技術(shù)的高帶寬特性，為用戶提供了優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡接入服務及廣泛的多媒體通信服務。但是，WiMax技術(shù)目前無法支持用戶在移動過程中無縫切換。性能與3G的主流標準相比，仍存在差距。

基于WiMax特點，它可以被用于遠程醫(yī)療衛(wèi)生、遠程教育、物流、金融、交通等行業(yè)，提供一定條件下的高速數(shù)據(jù)通信服務。從業(yè)務應用來看，WiMax在逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務的移動化，而3G實現(xiàn)的是移動業(yè)務的寬帶化。越來越多的多媒體通信服務大量消耗現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡資源，使網(wǎng)絡的建設投資遠遠超過了收入的增加。WiMAX可以在保證服務質(zhì)量的基礎上，有效降低運營成本。WiMax不可能完全取代3G，但是WiMax在以IP為主的高速數(shù)據(jù)應用方面的優(yōu)勢使它成為了3G網(wǎng)絡的補充手段，兩種網(wǎng)絡的融合程度會越來越高。

1.3 無線局域網(wǎng)（WLAN）

1.3.1 概述

無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，WLAN）是工作于2.5 GHz或5 GHz頻段，以無線、或無線與有線相結(jié)合的方式構(gòu)成的局域網(wǎng)。它利用射頻技術(shù)及簡單的存取架構(gòu)取代傳統(tǒng)電纜線，以提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，是非常便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。簡而言之，無線局域網(wǎng)仍然是以有線局域網(wǎng)為基礎的，它只是在有線局域網(wǎng)的基礎上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點（AP）、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設備構(gòu)建了無線通信網(wǎng)絡[8]，是有線局域網(wǎng)的擴展和替換。

1.3.2 特點及應用

無線局域網(wǎng)具有布網(wǎng)便捷，網(wǎng)絡規(guī)劃調(diào)整可操作性強，網(wǎng)絡易于擴展的特點。只需要一個或多個接入點設備，就可以搭建覆蓋整個區(qū)域的網(wǎng)絡，搭建網(wǎng)絡所需的基礎設施也不需要隱藏在地下或墻里，便于網(wǎng)絡優(yōu)化配置、改造和維護。只要在無線信號能夠覆蓋的范圍內(nèi)，用戶都可以在任意位置接入網(wǎng)絡，并隨時改變位置，具有較強的靈活性和移動性。由于無線局域網(wǎng)多采用無線電波作為傳輸介質(zhì)以及其工作在S頻段的特點，使其具備良好的抗干擾性和保密性，不會對人體造成輻射傷害。但是任何障礙物都會成為電磁傳播的阻礙，任何外部其他電信號都會成為局域網(wǎng)的干擾源。所以，無線局域網(wǎng)在性能、速率、安全性方面還有一定的不足之處。

無線局域網(wǎng)的最大傳輸速率為54 Mbit/s[9]，較適合應用于有限空間、小規(guī)模網(wǎng)絡等，如機場貴賓廳、股票大廳。其次，對于難以進行有線網(wǎng)絡布線的環(huán)境、需要暫時使用網(wǎng)絡的環(huán)境、實時通信要求很高的特殊場合，如人跡罕至的邊關、港口等都有較好的應用。無線局域網(wǎng)并不能作為一個完備的全網(wǎng)解決方案，但是隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的成熟應用，它可以與廣域網(wǎng)結(jié)合為用戶提供移動互聯(lián)網(wǎng)應用，成為3G網(wǎng)絡有益的補充。

1.4 無線個域網(wǎng)（WPAN）

1.4.1 概述

無線個域網(wǎng)（Wireless Personal Area Network，WPAN）是面向特定群體活動半徑小、業(yè)務種類豐富、無縫連接的新興無線通信技術(shù)，相對于無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)，它的覆蓋范圍更小，進而有效全面解決“最后幾米電纜”的問題。目前，藍牙（Bluetooth）是WPAN應用的主流技術(shù)，其它的還有家庭射頻（HomeRF）、紅外技術(shù)（IrDA）、射頻識別（RFID）、超帶寬（UWB）等。

1.4.2 特點及應用

無線個域網(wǎng)具有低功耗、低成本、體積小等特點。設備與組網(wǎng)都簡單方便、易于操作，且支持點對點、點對多點的應用。WPAN所覆蓋的范圍一般在10 m半徑以內(nèi)，是短距離、個人專用的無線網(wǎng)絡。具有代表性的Bluetooth技術(shù)，在全球范圍內(nèi)的可操作性都很強，因為其使用了2.4 GHz頻段在全球都是可以自由使用的有效頻段。通過鑒權(quán)、加密等措施確保設備識別碼在全球的唯一性和設備的安全性。但是WPAN的技術(shù)標準多樣，都需要不斷的完善和創(chuàng)新。

WPAN主要應用于個人、家庭和辦公設備的無線通信，它可以在小范圍內(nèi)將各種移動通信設備、固定通信設備、計算機及其終端設備、各種數(shù)字數(shù)據(jù)系統(tǒng)（例如數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機等）甚至各種家用電器，使用一種廉價的無線方法建立它們之間的信息傳輸[10]。WPAN可以使用戶隨時隨地的進行設備間的無縫通訊，可以通過移動網(wǎng)絡、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)方便快捷的接入到互聯(lián)網(wǎng)Internet。未來，WPAN和WLAN一起為用戶提供完備的短距離無線通信環(huán)境。

1.5 蜂窩網(wǎng)絡

1.5.1 概述

蜂窩網(wǎng)絡是把移動電話的服務區(qū)分為一個個正六邊形的小區(qū)，每個小區(qū)設置一個基站，這樣的結(jié)構(gòu)酷似一個個“蜂窩”。 蜂窩技術(shù)是移動通信的基礎，所以把這種移動通信方式稱為蜂窩移動通信。蜂窩移動通信系統(tǒng)由移動站、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡子系統(tǒng)組成，采用蜂窩網(wǎng)絡作為無線組網(wǎng)方式，通過無線信道將移動終端和網(wǎng)絡設備進行連接，使用戶在移動中進行語音、數(shù)據(jù)通信業(yè)務。

1.5.2 特點及應用

宏蜂窩、微蜂窩是蜂窩移動通信系統(tǒng)應用較多的蜂窩技術(shù)，宏蜂窩覆蓋半徑大，多在1～25 km，但是存在盲區(qū)，小區(qū)半徑縮小時會產(chǎn)生干擾。微蜂窩相對于宏蜂窩覆蓋范圍小，一般覆蓋半徑為30～300 m，傳輸功率低、安裝方便靈活，主要用于提高覆蓋率和容量，作為宏蜂窩的補充和延伸，為用戶提供更好的網(wǎng)絡覆蓋。它的主要特征是終端的可移動性，并具有成熟的切換和漫游方案，頻率復用技術(shù)、多址技術(shù)、移動性管理技術(shù)促進了移動通信業(yè)務的發(fā)展。伴隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，蜂窩網(wǎng)絡從第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)（3rd Generation，3G），成為實現(xiàn)網(wǎng)絡融合和業(yè)務融合的統(tǒng)一平臺，也是公認的下一代網(wǎng)絡的核心網(wǎng)架構(gòu)。3G網(wǎng)絡把語音通信和多媒體通信巧妙結(jié)合，能支持更多的用戶，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。如HSPA的速率已經(jīng)達到7.2 Mbit/s。但高成本、低帶寬的問題越發(fā)凸顯。

蜂窩系統(tǒng)或許是當今社會最重要的通信媒體。目前，3G網(wǎng)絡可以為用戶提供豐富的應用服務，除電信業(yè)務、承載業(yè)務在內(nèi)的基本業(yè)務外，還可以提供如呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫等待、多方通話等補充業(yè)務。支持的增值服務應用包括網(wǎng)頁瀏覽、圖像、音樂、移動游戲、移動沖浪、視頻會議、視頻點播、各類信息服務等。

2 接入網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展趨勢

目前的接入網(wǎng)絡技術(shù)能為用戶提供豐富的通信接入手段以及無處不在的接入網(wǎng)絡服務，但是各有利弊。例如，蜂窩網(wǎng)絡覆蓋的范圍大，移動性管理技術(shù)成熟，但帶寬低、建設成本高；相反，WLAN高帶寬、低成本，但其覆蓋范圍有限。為解決此問題，需要充分利用不同網(wǎng)絡技術(shù)的互補性，網(wǎng)絡的融合將成為促進移動互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的關鍵要素，接入網(wǎng)絡正在經(jīng)歷一個動態(tài)的轉(zhuǎn)型過程，異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合應運而生。

2.1 定義

異構(gòu)網(wǎng)絡是一種網(wǎng)絡的類型，是不同的計算機、手持終端等網(wǎng)絡設備及相關系統(tǒng)組成，運行在不同的協(xié)議上，支持不同的功能和應用。異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合是將現(xiàn)有的多種無線接入技術(shù)有機的進行結(jié)合，符合下一代無線通信網(wǎng)絡（4G網(wǎng)絡）中多系統(tǒng)融合演進的設計思路和發(fā)展方向。

2.2 特點及應用

異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合技術(shù)具有成本低、風險低的優(yōu)點，它是現(xiàn)有接入技術(shù)的融合，可以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，降低建設運營成本。其次可以增加網(wǎng)絡的覆蓋范圍，利用不同接入技術(shù)的特點使網(wǎng)絡進行有效地延伸。對于用戶來說，可以享受更加全面、豐富、便捷的移動互聯(lián)網(wǎng)服務，是下一代網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢。

近年來，業(yè)界和學術(shù)界不斷的在進行異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合的應用研究，BARWAN計劃提出并實現(xiàn)了多模移動終端在無線局域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)之間的垂直切換方案。ETSI和3GPP對3G網(wǎng)絡與WLAN之間的互連互通進行了深入的應用研究[2]。MOBYDICK對IPv6網(wǎng)絡中WLAN和移動網(wǎng)絡的融合應用進行了探討。國內(nèi)各運營商為緩解大量數(shù)據(jù)業(yè)務對3G網(wǎng)絡的沖擊，也開始進行網(wǎng)絡的改造，主要是把3G+WLAN方式應用到網(wǎng)絡中，例如將WLAN作為3G網(wǎng)絡的一個無線接入網(wǎng)，通過網(wǎng)關連接到3G核心網(wǎng)[2]，共享核心網(wǎng)絡提供的計費認證功能及信令協(xié)議，實現(xiàn)WLAN和3G網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，以促進移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。但是，異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合還存在很多需要解決的問題，比如各種接入網(wǎng)絡的互聯(lián)互通問題、無縫切換等移動性管理問題，網(wǎng)絡中各個功能實體的位置及網(wǎng)絡架構(gòu)也直接決定了網(wǎng)絡的融合程度及實際應用效果。

3 結(jié)語

移動互聯(lián)網(wǎng)可以提供除傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)迷你主頁之外的幾乎所有業(yè)務，在韓國、日本等應用較好的國家，移動互聯(lián)網(wǎng)的ARPU值可以達到10美元[11]。截至2012年6月底，中國手機網(wǎng)民規(guī)模達到3.88億，相比臺式電腦上網(wǎng)的3.80億，手機首次超越臺式電腦成為第一大上網(wǎng)終端。手機視頻用戶規(guī)模激增，已經(jīng)超過一億人。手機微博用戶漲幅明顯，使用率提升5.3個百分點至43.8%[12]。種種數(shù)據(jù)表明，“無處不在的網(wǎng)絡、無所不能的業(yè)務”已深入人心。

伴隨著用戶規(guī)模的快速增長，移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將飛躍式的發(fā)展，必將推進接入網(wǎng)絡技術(shù)的融合演進，各種無線網(wǎng)絡接入形式和應用成為研究和開發(fā)的熱點。相信未來各種獨立的無線網(wǎng)絡將與整個有線Internet相互聯(lián)，為用戶提供覆蓋范圍更廣，應用更豐富，服務更完善的下一代移動互聯(lián)網(wǎng)服務。

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