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本文作者牛志升先生，清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師。
關(guān)鍵詞：寬帶無(wú)線接入 IP
隨著用戶對(duì)移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)需求的增加以及高性能移動(dòng)終端的發(fā)展，用戶對(duì)寬帶無(wú)線接入(峰值數(shù)據(jù)速率在2Mb/s以上)的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈。而且，伴隨著Internet的飛速發(fā)展以及IP over WDM技術(shù)的逐漸成熟，下一代寬帶通信網(wǎng)對(duì)寬帶IP技術(shù)的呼聲也越來(lái)越高漲。
寬帶無(wú)線IP接入的概念正是在這樣的環(huán)境下提出的，它既是移動(dòng)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和多媒體業(yè)務(wù)需求不斷擴(kuò)大的結(jié)果，同時(shí)又是解決下一代寬帶通信網(wǎng)的寬帶移動(dòng)接入(最后一公里)的一個(gè)重要手段，即無(wú)線移動(dòng)用戶可以直接以IP的形式接入到下一代寬帶互聯(lián)網(wǎng)(NGI)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)計(jì)算的功能。
由此可見(jiàn)，寬帶無(wú)線IP的概念是伴隨著Internet寬帶化的趨勢(shì)應(yīng)運(yùn)而生的，國(guó)外對(duì)它的研究也剛剛處于起步階段，且大都停留在概念性討論狀態(tài)之中。因此，我國(guó)在現(xiàn)階段開(kāi)展寬帶無(wú)線IP接入技術(shù)的研究是非常必要的，它的成功必將會(huì)推動(dòng)我國(guó)在寬帶網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用向前邁進(jìn)一大步，趕上甚至超過(guò)歐、美、日等先進(jìn)國(guó)家的水平。
一 寬帶無(wú)線IP接入的幾種解決方案
與窄帶無(wú)線Internet類似，寬帶無(wú)線IP接入也有以下幾種可能的實(shí)現(xiàn)方案。
(1)基于無(wú)線LAN的寬帶接入方案
基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)或者歐洲HIPERLAN方式的無(wú)線LAN接入方式，比較適用于本地網(wǎng)的無(wú)線接入，特別是在實(shí)驗(yàn)室和辦公室環(huán)境下。它可以充分發(fā)揮無(wú)線LAN的靈活方便的特點(diǎn)。
接入網(wǎng)絡(luò)的信息速率也可以從1Mb/s到幾十甚至上百M(fèi)b/s。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且已經(jīng)有產(chǎn)品問(wèn)世。
(2)基于CDMA方式的寬帶無(wú)線接入方案
這是一種在無(wú)線空中接口部分采用CDMA或?qū)拵DMA方式的接入方案。它的突出優(yōu)勢(shì)是帶寬利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等。
(3)基于無(wú)線ATM(WATM)或衛(wèi)星ATM的寬帶接入方案
用戶通過(guò)無(wú)線方式或衛(wèi)星鏈路接入ATM網(wǎng)絡(luò)，其無(wú)線空中接口部分采用基于TDMA的準(zhǔn)ATM或純ATM方式。這是一種提供端到端ATM連接的方法，其接入速率可高達(dá)150Mb/s，而且可以在無(wú)線信道上提供服務(wù)質(zhì)量保證。
比較上述3種方案可知，基于無(wú)線LAN的方案技術(shù)成熟度高，用戶可接入速率也較高。但由于它是基于共享媒體的，不可控制的信息沖突會(huì)帶來(lái)較大的信息延遲，因此該技術(shù)一般只適合于對(duì)延遲不敏感的高速數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。而且，更重要的是，由于該技術(shù)沒(méi)有多址的尋址能力，它只能在室內(nèi)范圍為幾個(gè)固定無(wú)線終端提供信息交換服務(wù)，無(wú)法在室外為多個(gè)高速移動(dòng)用戶提供遠(yuǎn)程無(wú)線接入服務(wù)。而基于CDMA方式的接入方案，盡管它有帶寬利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但由于它需要在無(wú)線信道上對(duì)用戶信息進(jìn)行擴(kuò)頻(寬帶CDMA的擴(kuò)頻比會(huì)高達(dá)上百倍)，因此它不適合于寬帶用戶信息的接入。
當(dāng)然，選擇更高的無(wú)線波段(如毫米波段)會(huì)在一定程度上緩解這個(gè)矛盾，但射頻速率越高，其元器件的費(fèi)用越高，物理上實(shí)現(xiàn)起來(lái)也就越困難。
基于以上考慮，我們認(rèn)為基于TDMA結(jié)構(gòu)的寬帶WATM接入方案應(yīng)該是一個(gè)比較好的方案，即無(wú)線信道按時(shí)隙進(jìn)行分割，寬帶IP數(shù)據(jù)包按TDMA時(shí)隙的大小進(jìn)行固定長(zhǎng)度信元的切割，通過(guò)WATM方式傳遞到收信端后再將信元重新組合成IP包。當(dāng)然，這里所說(shuō)的“ATM方式”只是從信元長(zhǎng)度固定的角度來(lái)說(shuō)的，并不意味著一個(gè)TDMA時(shí)隙必須對(duì)應(yīng)一個(gè)ATM信元。實(shí)際上，我們的前期研究工作已經(jīng)證明，多個(gè)ATM信元封裝成一個(gè)宏信元(Macrocell)在TDMA時(shí)隙上傳輸是一個(gè)非常有效的手段，它不僅可以減少ATM信元帶來(lái)的額外開(kāi)銷，而且可以保留WATM的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)(如與ATM骨干網(wǎng)的無(wú)縫接通性)。采用這種方案的寬帶無(wú)線IP接入系統(tǒng)，既可以達(dá)到很高的接入速率，同時(shí)又可以較容易地實(shí)現(xiàn)用戶服務(wù)質(zhì)量的保證，較好地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的寬帶接入。
盡管在有線通信領(lǐng)域IP大有取代ATM而成為下一代通信網(wǎng)主流技術(shù)的趨勢(shì)，但至少在無(wú)線接入領(lǐng)域，與無(wú)線IP相比，WATM具有如下優(yōu)勢(shì)：短信元格式抗無(wú)線信道干擾能力強(qiáng)；固定信元格式比較適合于固定時(shí)隙的TDMA制式；可以充分借鑒ATM技術(shù)的多媒體處理能力，保證多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；ATM的面向連接特性可以簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)的越區(qū)切換(Handoff)處理等。
WATM的概念是1992年提出的�，F(xiàn)在，它已被認(rèn)為是一種可以綜合各種多媒體業(yè)務(wù)的下一代無(wú)線通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，且提供有保證的服務(wù)質(zhì)量�，F(xiàn)有的電路交換的移動(dòng)通信系統(tǒng)在支持變速率的業(yè)務(wù)時(shí)必須按照業(yè)務(wù)的峰值速率給它分配資源。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也是類似的，無(wú)論有無(wú)數(shù)據(jù)需要傳輸，信道都是被占用的。而無(wú)線局域網(wǎng)是針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)環(huán)境設(shè)計(jì)的，它不支持實(shí)時(shí)的通信，不提供業(yè)務(wù)質(zhì)量的保證。以ATM為基礎(chǔ)的廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)，可以支持各種業(yè)務(wù)類型并且提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。但是，它是針對(duì)有線的光纖通信設(shè)計(jì)的。所以，WATM技術(shù)是移動(dòng)通信技術(shù)、無(wú)線LAN技術(shù)與ATM技術(shù)等多種技術(shù)的綜合。作為一個(gè)系統(tǒng)，它是上述3個(gè)方面的相互補(bǔ)充。WATM系統(tǒng)相對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)增加了對(duì)變速率業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持；相對(duì)于無(wú)線局域網(wǎng)，增加了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量的保證；相對(duì)于有線ATM系統(tǒng)，WATM提供了無(wú)線接入。因此，WATM有非常廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)際上，日本第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分已經(jīng)宣布全面采用ATM技術(shù)，因此，基于WATM的寬帶IP接入更加具有現(xiàn)實(shí)意義。
鑒于WATM的重要性，研究開(kāi)發(fā)ATM的聯(lián)合組織ATM論壇(ATM Forum)于1996年6月專門成立了一個(gè)WATM工作組。這個(gè)工作組致力于提出一些規(guī)范，從非常廣泛的意義上將ATM技術(shù)推廣到無(wú)線寬帶接入的各種應(yīng)用領(lǐng)域中去。
二 基于WATM的寬帶無(wú)線IP系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
從上述討論可以清楚地了解到，WATM不僅與無(wú)線IP沒(méi)有矛盾，相反兩者可以相輔相成、互相借鑒，分別在鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層發(fā)揮自己的作用。這對(duì)鏈路質(zhì)量不是很好，而且需要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理等功能的無(wú)線Internet來(lái)講，是非常必要的。因?yàn)樵谟芯�網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路質(zhì)量比較好，而且網(wǎng)絡(luò)的功能又比較單一，因此用IP over WDM等技術(shù)來(lái)取代IP over ATM技術(shù)是完全有可能的。但在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，尤其是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主體的無(wú)線Internet中，為了克服無(wú)線鏈路的不可靠性以及實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的越區(qū)切換，在網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間插入一個(gè)WATM層是非常有必要的。更進(jìn)一步地，WATM還是實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線IP的一個(gè)可行的途徑。
但是，眾所周知，ATM技術(shù)畢竟是在以光纖為傳輸媒質(zhì)的前提下提出的，因此，將ATM技術(shù)引入無(wú)線通信系統(tǒng)需要考慮一些新的問(wèn)題。另外，ATM網(wǎng)面向的是較為統(tǒng)一的應(yīng)用環(huán)境，但在WATM中，可能會(huì)因傳播環(huán)境、覆蓋范圍等因素而造成多種應(yīng)用環(huán)境。在現(xiàn)行的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，不同的應(yīng)用環(huán)境可能代表了不同的移動(dòng)通信網(wǎng)，例如蜂窩的GSM和微蜂窩的DECT，它們是不同移動(dòng)通信網(wǎng)，它們的終端不同，協(xié)議也有很大差別。從這個(gè)意義上講，希望WATM不但能綜合業(yè)務(wù)，還能夠綜合不同應(yīng)用環(huán)境。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，應(yīng)該從不同的無(wú)線應(yīng)用的共同點(diǎn)出發(fā)，建立一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議框架結(jié)構(gòu)，使得不同的應(yīng)用環(huán)境能夠在較低的層次統(tǒng)一起來(lái)。不同的應(yīng)用環(huán)境主要差異在于物理層的差異，在考慮接入控制時(shí)，應(yīng)該盡量減少對(duì)物理層的依賴。
(全文完)
----《世界電信網(wǎng)絡(luò)》
