為WiMAX構(gòu)建端到端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

摘要 本文首先分析了WiMAX技術(shù)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和影響其成功部署的關(guān)鍵因素，隨后介紹了一個(gè)基于WiMAX接入技術(shù)的端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括回程、匯聚、接入控制、以及核心網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析。

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)域朝著寬帶化、無(wú)線化和移動(dòng)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(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(tǒng)的移動(dòng)用戶也不滿足于傳統(tǒng)語(yǔ)音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，希望獲得更高速率的多媒體業(yè)務(wù)。從運(yùn)營(yíng)商角度，固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(yùn)營(yíng)商希望在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上提供高數(shù)據(jù)率的業(yè)務(wù)從而提高ARPU值。這種最終用戶的需求和運(yùn)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(shì)。

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(shì)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(duì)IP的天然支持等特性，使其能夠滿足目前最終用戶對(duì)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的寬帶化和移動(dòng)性的需求，以及運(yùn)營(yíng)商對(duì)其運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)范圍進(jìn)行擴(kuò)展的策略。但WiMAX不是一種孤立的無(wú)線接入手段，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(gòu)的一部分，從而使得一方面可以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源從而減少投資，另一方面，也可以對(duì)業(yè)務(wù)范圍進(jìn)行拓展，使其和現(xiàn)有業(yè)務(wù)范圍形成互補(bǔ)。

端到端網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)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，因此涉及WiMAX流量的回程、匯聚、無(wú)線接入控制、以及核心網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等，同時(shí)還要求網(wǎng)絡(luò)具備端到端的QoS架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的安全機(jī)制。

本文以下章節(jié)將首先介紹WiMAX的市場(chǎng)驅(qū)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(gòu)及其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

2 WiMAX的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力

WiMAX IEEE802.16e的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)主要體現(xiàn)在最終用戶的需求和運(yùn)營(yíng)商策略的演進(jìn)兩方面，用戶需求的主要特征是“寬帶無(wú)線化”和“無(wú)線寬帶化”趨勢(shì)，運(yùn)營(yíng)商策略的演進(jìn)主要體現(xiàn)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。

最終用戶對(duì)他們使用的業(yè)務(wù)和如何獲得業(yè)務(wù)有著越來(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(yuǎn)在線和不受限制的使用，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(yàn)。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(yùn)營(yíng)商的策略也在不斷演進(jìn)。對(duì)固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，寬帶無(wú)線接入意味著一個(gè)在現(xiàn)有的三重播放業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上提供無(wú)線業(yè)務(wù)的機(jī)會(huì)。WiMAX就成了一種讓他們?cè)诂F(xiàn)有用戶基數(shù)的基礎(chǔ)上獲得游牧甚至移動(dòng)業(yè)務(wù)的手段。寬帶是固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商原本的優(yōu)勢(shì)，有了無(wú)線接入，就能突破有線的束縛提供寬帶無(wú)線業(yè)務(wù)。

對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商而言，在傳統(tǒng)電路業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上引入數(shù)據(jù)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(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)五年累計(jì)在WiMAX網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的投資將達(dá)到150億歐元。而且移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商、全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商都對(duì)此表現(xiàn)了極大的興趣。由于其高帶寬和移動(dòng)性等特點(diǎn)，可以滿足新興市場(chǎng)和成熟市場(chǎng)的多種需求，如固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商用于擴(kuò)展其固定寬帶接入，從而也可以進(jìn)入個(gè)人用戶市場(chǎng)；移動(dòng)用戶可以在原有傳統(tǒng)語(yǔ)音和短消息業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上在WiMAX網(wǎng)絡(luò)中提供具有互補(bǔ)性的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；另外，WiMAX可以作為無(wú)線DSL提供因特網(wǎng)接入服務(wù)。

頻譜的可用性是影響無(wú)線技術(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(guó)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(guó)際社會(huì)對(duì)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(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)的天線技術(shù)如波束形成技術(shù)，WiMAX相對(duì)于其他技術(shù)已經(jīng)具有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。

最后，一個(gè)完整健康的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菬o(wú)線WiMAX技術(shù)成功的保障，要知道，WiMAX技術(shù)不是單獨(dú)存在的技術(shù)，它只是一個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)的一部分。芯片廠商/終端廠商的大力支持以及系統(tǒng)設(shè)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(shù)的最終成功。

當(dāng)然，WiMAX只是一種寬帶無(wú)線接入技術(shù)，要真正發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，必須為它構(gòu)建合適的業(yè)務(wù)生成環(huán)境，同時(shí)還要構(gòu)建一個(gè)能夠保障業(yè)務(wù)安全可靠傳輸?shù)阶罱K用戶的業(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(gòu)。

4 端到端網(wǎng)絡(luò)架及其優(yōu)勢(shì)

端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為兩部分，即WiMAX接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)和應(yīng)用，如圖1所示。

圖 1基于WiMAX接入的端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

核心網(wǎng)和應(yīng)用包括三個(gè)選項(xiàng)，即

和NGN/IMS架構(gòu)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(bǔ)或獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)支持具有QoS的VoIP，即圖中B+C；

無(wú)線DSL部署，即圖中C。

在接入網(wǎng)絡(luò)部分，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要包括基站設(shè)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(jí)以太網(wǎng)匯聚。WiMAX運(yùn)營(yíng)商對(duì)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(xiàn)有資源，業(yè)務(wù)容量的大小，業(yè)務(wù)類型的不同，覆蓋范圍等。但總的來(lái)說(shuō)運(yùn)營(yíng)商需要一種靈活，易于擴(kuò)容，面向數(shù)據(jù)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(kuò)容，成本較低以及快速開通等。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，但不同類型的流量是作為獨(dú)立的流進(jìn)行傳輸?shù)模瑳](méi)有帶寬的爭(zhēng)用。盡管如此，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)越來(lái)越占主導(dǎo)，因此有必要針對(duì)分組傳輸進(jìn)行優(yōu)化，從而允許在單個(gè)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(yīng)調(diào)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(tái)提供了分組微波能力，它具有很高的可擴(kuò)性，適用于不同的用戶密度分布區(qū)域，較低的維護(hù)成本和快速的部署等優(yōu)勢(shì)。

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(guī)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(yùn)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(jié)合PON技術(shù)的FTTx方案為不同的帶寬需求和覆蓋距離的應(yīng)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(tái)，通過(guò)WiMAX和DSL回程的結(jié)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(jí)以太技術(shù)作為回程和匯聚

4.3.1光分組傳送

如果運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制如GFP/VCAT/LCAS和偽線技術(shù)就可以把多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)映射到SDH進(jìn)行傳輸。光分組傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)包括：

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

針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳送設(shè)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(hù)機(jī)制或RPR技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可靠性從而保障所有業(yè)務(wù)的高可用性；

隨著分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的日益增長(zhǎng)，運(yùn)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(dá)到這一目標(biāo)，必須使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(wù)交換傳送平臺(tái)。它采用創(chuàng)新的統(tǒng)一矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和TDM業(yè)務(wù)的交換而無(wú)需任何映射和轉(zhuǎn)換，總?cè)萘靠梢赃_(dá)到320Gb/s，適合應(yīng)用于城域核心、匯聚等網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)數(shù)據(jù)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(duì)WiMAX流量進(jìn)行回程的又一選擇。事實(shí)上，很多運(yùn)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(yùn)營(yíng)商可以管理一個(gè)端到端的MPLS架構(gòu)，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(duì)其進(jìn)行了增強(qiáng)，如QoS機(jī)制、流量工程、OAM以及小于50ms的故障恢復(fù)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(jī)以及5620業(yè)務(wù)管理平臺(tái)。針對(duì)WiMAX流量的回程，以太流量可以利用MPLS技術(shù)匯聚并在無(wú)線接入設(shè)備和無(wú)線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(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)在可擴(kuò)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(yùn)營(yíng)商構(gòu)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的用戶提供VoIP呼叫控制和基于SIP的會(huì)話控制，并提供和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互通。所有IMS的應(yīng)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(jī)制也將服從IMS的QoS模式，其安全機(jī)制也得以和IMS安全架構(gòu)進(jìn)行集成，從而使得WiMAX AAA和IMS HSS共享同一平臺(tái)。

圖 2和NGN/IMS的集成

4.5安全結(jié)構(gòu)

WiMAX Forum基于IETF規(guī)范定義了AAA架構(gòu)用于用戶和設(shè)備的鑒權(quán)和授權(quán)并定義了計(jì)費(fèi)的方法和流程。鑒權(quán)和授權(quán)基于EAP協(xié)議，在終端和無(wú)線接入控制器之間，EAP運(yùn)行在PKM之上，在無(wú)線控制器和AAA服務(wù)器之間，EAP運(yùn)行在Radius或Diameter之上。這一架構(gòu)可以支持多種設(shè)備和用戶鑒權(quán)方法，如基于SIM的鑒權(quán)，基于證書的鑒權(quán)等。阿爾卡特朗訊的AAA服務(wù)器完全服從該安全架構(gòu)，而且由于AAA服務(wù)器和IMS HSS采用統(tǒng)一架構(gòu)，因此支持靈活的部署配置，如單獨(dú)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)線接入網(wǎng)元（包括基站和無(wú)線接入控制）對(duì)不同流量類型的識(shí)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。不同分組類型的區(qū)分是基于第二層和第三層的流量標(biāo)記（DSCP和802.1p）實(shí)現(xiàn)的。

4.7端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

由于采用全I(xiàn)P架構(gòu)，可以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的已有投資。現(xiàn)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(hù)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(gòu)的靈活配置和共享。

綜合考慮無(wú)線接入和傳輸?shù)腝oS，實(shí)現(xiàn)了可管理的每用戶每業(yè)務(wù)的QoS保證。

提供和現(xiàn)有固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)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(yùn)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(kuò)展到原本是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的個(gè)人用戶市場(chǎng)；而移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)WiMAX提供“無(wú)線DSL業(yè)務(wù)”從而使其進(jìn)入原本是固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的家庭用戶市場(chǎng)

5 總結(jié)

WiMAX IEEE802.16e作為一種寬帶無(wú)線接入技術(shù)，是端到端網(wǎng)絡(luò)的一部分。要實(shí)現(xiàn)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(gòu)能幫助運(yùn)營(yíng)商重用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源從而降低投資，同時(shí)能夠幫助不同運(yùn)營(yíng)商擴(kuò)展其業(yè)務(wù)覆蓋范圍。由于綜合考慮了無(wú)線接入、傳輸、以及IMS QoS機(jī)制，從而保證了端到端的QoS；標(biāo)準(zhǔn)的安全架構(gòu)和靈活的部署策略也滿足了不同運(yùn)營(yíng)商對(duì)安全的需求。