移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)前瞻

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展及普及，人們開(kāi)始對(duì)互聯(lián)網(wǎng)有了依賴(lài)性。隨時(shí)隨地上網(wǎng)的需求，產(chǎn)生了大量的WLAN服務(wù)需求。WiFi，這個(gè)通信時(shí)代最熱門(mén)的無(wú)線技術(shù)基本上可以滿足人們的需要。

關(guān)鍵詞：3G 網(wǎng)絡(luò) WiFi

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0018-02

隨著第三代移動(dòng)通信的大規(guī)模應(yīng)用和智能手機(jī)的井噴式普及，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，成為用戶最為重要的應(yīng)用業(yè)務(wù)。

在當(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)如火如荼發(fā)展的大背景下，電信運(yùn)營(yíng)商感受到前所未有的網(wǎng)絡(luò)流量的壓力。WiFi有效地緩減了3G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量壓力。一時(shí)間，WiFi成為電信運(yùn)營(yíng)商的新寵，WiFi建設(shè)風(fēng)起云涌，WiFi的部署從以萬(wàn)計(jì)迅速上升到以百萬(wàn)計(jì)。WiFi實(shí)際上已經(jīng)成為電信運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)把移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)和WiFi視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)整體對(duì)待。

1 大背景：移動(dòng)數(shù)據(jù)流量激增

隨著智能手機(jī)、平板電腦等各種移動(dòng)終端的日漸普及，全球范圍的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng)。2011年，全球通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）論壇預(yù)測(cè)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)流量將在今后的十年中增長(zhǎng)30倍以上。

有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)認(rèn)為2VEyQp7DbnrOKAeEVWf+fcZbwukpXaS28smscnRvnUJQ=016年全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通訊的數(shù)據(jù)流量將擴(kuò)大至目前的18倍，達(dá)到平均每月10.8E字節(jié)。到2016年，將有60%的移動(dòng)用戶（30億人）每月平均產(chǎn)生1G字節(jié)以上的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量，而2011年這一比例僅為0.5%。

進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代之后，數(shù)據(jù)流量激增，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)爆發(fā)的拐點(diǎn)，三大運(yùn)營(yíng)商2010年數(shù)據(jù)流量增速超過(guò)150%，其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)利用率在2010年中達(dá)到了危險(xiǎn)的78.32%（警戒線為70%）。如此巨大的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量壓力將是3G網(wǎng)絡(luò)難以承載的。如今，只有WiFi能擔(dān)當(dāng)起來(lái)承載巨大移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的重任。

2 骨架網(wǎng)絡(luò)——第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)（1G）和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)（2G），第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是指將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)有WCDMA、CDMA2000和TD-CDMA。

3G是定位于移動(dòng)數(shù)據(jù)和移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的，它能夠處理圖像、音樂(lè)、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為了提供這種服務(wù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說(shuō)在室內(nèi)、室外和行車(chē)的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbps（兆字節(jié)/每秒）、384 kbps（千字節(jié)/每秒）以及144 kbps的傳輸速度。3G網(wǎng)絡(luò)最顯著的特性：高速的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其數(shù)據(jù)速率為2G的200倍！據(jù)專(zhuān)家介紹，由于3G技術(shù)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上的頻譜利用率比2G提高了3倍以上，再加上頻譜帶寬的成倍增長(zhǎng)，3G的數(shù)據(jù)傳輸能力大幅提高。在理想環(huán)境下，其數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到2G的200倍。也就是說(shuō)通過(guò)手機(jī)，使用者能像用電腦連接寬帶上網(wǎng)一樣，輕松實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻在線觀看、高壓縮率音頻在線收聽(tīng)等功能，這些業(yè)務(wù)在現(xiàn)有的2G網(wǎng)絡(luò)上是根本無(wú)法想象的。

3G在技術(shù)上不僅兼顧了2G成熟的應(yīng)用技術(shù)，但它不是完全拋棄了2G，而是充分借鑒了2G的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，再根據(jù)IMT-2000確立目標(biāo)，蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)主要包括多址/雙工等尋址手段、射頻信息參數(shù)、小區(qū)復(fù)用及復(fù)用模式、糾錯(cuò)技術(shù)，幀結(jié)構(gòu)和物理信道等諸多方面。3G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有靈活性和全覆蓋能力，無(wú)線技術(shù)試用多業(yè)務(wù)壞境，高頻譜利用率和高業(yè)務(wù)質(zhì)量，現(xiàn)行的無(wú)線技術(shù)在諸多方面進(jìn)行了大量創(chuàng)新，其主要有以下5個(gè)方面內(nèi)容。

（1）應(yīng)用了高頻段的頻譜資源。

為了創(chuàng)造更加寬廣的頻譜空間以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的全球漫游等諸多業(yè)務(wù)，更加好滿足人民對(duì)寬帶業(yè)務(wù)，達(dá)到3G網(wǎng)絡(luò)容量發(fā)展，依據(jù)ITU的最新規(guī)定，IMT-2000會(huì)全部統(tǒng)一使用2G頻段，其可用寬帶空間多達(dá)230 MHz，而其中，無(wú)線衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)擁有60 MHz空間，陸地網(wǎng)絡(luò)擁有170 MHz空間。

（2）采用寬帶射頻信道，支持高速率業(yè)務(wù)。

3G射頻載波信道應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)要求，更好提高碼片速率的同時(shí)，讓系統(tǒng)抗多徑衰弱能力大大的提高之外，也能承受多媒體的業(yè)務(wù)需要。

（3）實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)、多速率傳送。

在現(xiàn)今的寬帶信道上，通信技術(shù)應(yīng)該體現(xiàn)出寬帶的多速率、可以采用QOS將具有不同速率的業(yè)務(wù)通過(guò)不同的擴(kuò)頻因子，保證寬帶的速度傳送。

（4）快速功率控制。

3G技術(shù)在總體上應(yīng)用了改善系統(tǒng)，性能是非常好的，通過(guò)普及應(yīng)用閉環(huán)功率的快速控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了下行信道換代升級(jí)，其應(yīng)用目標(biāo)在于改善和提升下行信道的傳輸性能，盡管該技術(shù)的應(yīng)用有效地提升了通信系統(tǒng)規(guī)避多徑衰退的水平，但由于現(xiàn)行多徑信道的干擾造成碼分多址的擴(kuò)頻用戶通信質(zhì)量的降低，進(jìn)而強(qiáng)化了通信系統(tǒng)自干擾的誤差度。

（5）采用自適應(yīng)天線及軟件無(wú)線電技術(shù)。

3G無(wú)線電技術(shù)軟件在基站及終端產(chǎn)品中，應(yīng)該做到降低成本、提高系統(tǒng)靈活性，起到非常重要的作用，可以應(yīng)用攜帶電子編程相位的新型天線陣列，加大通信系統(tǒng)容量，還能夠?qū)嵤┎ㄊx行，提高接受靈敏度，做到自適調(diào)整功率，從而減小系統(tǒng)的自干擾。

但3G技術(shù)與用戶的大數(shù)據(jù)流量的業(yè)務(wù)要求有一定的矛盾，一是網(wǎng)絡(luò)能力上無(wú)法支撐；二是經(jīng)濟(jì)上費(fèi)用昂貴，普通消費(fèi)者不可能像有線網(wǎng)絡(luò)那樣無(wú)限制的使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由此便捷便宜的WiFi技術(shù)成為用戶接入層面的有效補(bǔ)充。

3 WiFi技術(shù)概述

WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)其實(shí)就是IEEE802.11b的別稱(chēng)，是由一個(gè)名為“無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)，它是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE802.11這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱(chēng)作WiFi。它可以幫助用戶訪問(wèn)電子郵件、Web和流式媒體。它為用戶提供了無(wú)線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)。同時(shí)，它也是在家里、辦公室或在旅途中上網(wǎng)的快速、便捷的途徑。WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是由AP（AccessPoint）和無(wú)線網(wǎng)卡組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在開(kāi)放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305 m；在封閉性區(qū)域，通訊距離為76～122 m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)的成本更低。WiFi以其自身諸多優(yōu)點(diǎn)，受到人們推崇。

4 WiFi技術(shù)特點(diǎn)

4.1 無(wú)線電波的覆蓋范圍廣

WiFi的半徑則可達(dá)100 m，適合辦公室及單位樓層內(nèi)部使用。而藍(lán)牙技術(shù)只能覆蓋15 m內(nèi)。

4.2 速度快，可靠性高

802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的變種，最高帶寬為11 Mbps，在信號(hào)較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5 Mbps、2 Mbps和1 Mbps，帶寬的自動(dòng)調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.3 無(wú)需布線

WiFi最主要的優(yōu)勢(shì)在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要，具有廣闊市場(chǎng)前景。目前它已經(jīng)從傳統(tǒng)的醫(yī)療保健、庫(kù)存控制和管理服務(wù)等特殊行業(yè)向更多行業(yè)拓展開(kāi)去，甚至開(kāi)始進(jìn)入家庭以及教育機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域。

4.4 健康安全

IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過(guò)100 mW，實(shí)際發(fā)射功率約60～70 mW，手機(jī)的發(fā)射功率約200 mW～1 W間，手持式對(duì)講機(jī)高達(dá)5 W，而且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用方式并非像手機(jī)直接接觸人體，是絕對(duì)安全的。

當(dāng)然WiFi技術(shù)也有其一定的局限，如帶寬不高、覆蓋半徑小、切換時(shí)間長(zhǎng)等，使得其不能很好地支持移動(dòng)VoIP等實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用；并且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)上層業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)不開(kāi)放，使得適合IP移動(dòng)環(huán)境的業(yè)務(wù)難以開(kāi)發(fā)。此前定位于家庭用戶的WLAN產(chǎn)品在很多地方不能滿足運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、維護(hù)上的要求。但由于運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)是以3G網(wǎng)絡(luò)為骨架的電信級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，這些短板正好骨干網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)。

5 WiFi與3G的融合

3G網(wǎng)絡(luò)與WiFi具有天然的融合優(yōu)勢(shì)，兩者具有明顯的互補(bǔ)性，WiFi技術(shù)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)可以彌補(bǔ)3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率受限的不足之處，而WiFi技術(shù)所欠缺的簽權(quán)和計(jì)費(fèi)機(jī)制又是3G技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)，另外3G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商級(jí)的廣闊覆蓋為WiFi提供了多點(diǎn)接入切換的條件?？傊?，3G網(wǎng)絡(luò)和WiFi的融合，在技術(shù)上水到渠成。

5.1 終端的融合

終端是直接面向用戶的設(shè)備，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條中至關(guān)重要，目前大多數(shù)手機(jī)及支持WiFi也支持3G，唯一不足之處是在3G網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)，需要手動(dòng)進(jìn)行，尤其是在進(jìn)入新的WiFi網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不支持自動(dòng)切入，但隨著用戶需求的增加，人們期盼的WLAN/3G雙模芯片或終端的研究也在進(jìn)行。

5.2 網(wǎng)絡(luò)的融合

無(wú)線局域網(wǎng)可以通過(guò)兩種方式和3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合：松散和緊湊模式。

（1）緊湊模式。

所謂緊湊模式就是WiFi網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)共用核心網(wǎng)設(shè)備，即通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)共用Iu接口。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠利用3G網(wǎng)絡(luò)成熟的安全和服務(wù)機(jī)制，能夠?yàn)橛脩籼峁﹥删W(wǎng)間的無(wú)縫切換。但這種模式也有顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)，第一，WiFi網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量和信令與3G網(wǎng)絡(luò)完全不同，其移動(dòng)模式和業(yè)務(wù)流量的差異使得現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)需要做出很大的改造。第二，為了直接與3G核心網(wǎng)絡(luò)相連，WiFi網(wǎng)絡(luò)也需要重新修改和定制已有的產(chǎn)品。也就是說(shuō)緊湊模式雖有融合優(yōu)勢(shì)，但投資很大。

（2）松散模式。

所謂松散模式就是WiFi網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)各自保持獨(dú)立性，WiFi網(wǎng)絡(luò)只作為3G網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，只有鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)信令從Gi接口進(jìn)入3G核心網(wǎng)。這樣避免了緊湊模式下WiFi網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)不同的數(shù)據(jù)流混合帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)改造壓力。松散模式下，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全分開(kāi)，完全獨(dú)立，對(duì)WLAN的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有任何改變。松散方式會(huì)導(dǎo)致較高的時(shí)延，但可以使用移動(dòng)IP支持網(wǎng)間的移動(dòng)性。松散方案中分享AAA的架構(gòu)，使3G的運(yùn)營(yíng)商在混合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以使用一致的用戶鑒權(quán)機(jī)制，也可以使電信運(yùn)營(yíng)商更好的建立自己獨(dú)有的業(yè)務(wù)模型，以充分利用原有的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和客戶關(guān)系。WiFi可利用3G的USIM卡的安全機(jī)制來(lái)保證WiFi用戶的鑒權(quán)，即將USIM卡的信息讀出來(lái)，通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)傳送到AS，再到HLR里進(jìn)行鑒權(quán)，然后允許客戶使用WiFi，并將WLAN的計(jì)費(fèi)信息傳送到計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，將費(fèi)用算在該USIM的帳戶上，生成包含3G和WiFi使用情況的統(tǒng)一客戶賬單。