為WiMAX構(gòu)建端到端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

訊石光通訊網(wǎng) 2008/2/20 9:13:09
摘要 本文首先分析了WiMAX技術(shù)的市場驅(qū)動力和影響其成功部署的關(guān)鍵因素,隨后介紹了一個基于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),并對該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點和優(yōu)勢進(jìn)行了分析。
 
1 引言
 
  因特網(wǎng)和移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展,正促使通信領(lǐng)域朝著寬帶化、無線化和移動化方向發(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性;另一方面,傳統(tǒng)的移動用戶也不滿足于傳統(tǒng)語音、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)。從運營商角度,固定網(wǎng)絡(luò)運營商希望把業(yè)務(wù)拓展到移動業(yè)務(wù),而移動運營商希望在傳統(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營商策略的改變,催生了未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的業(yè)務(wù)寬帶化和移動化趨勢。
 
  WiMAX IEEE802.16e正是迎合這種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢的技術(shù),由于其采用OFDM、MIMO,并具有非視距移動性支持,以及對IP的天然支持等特性,使其能夠滿足目前最終用戶對業(yè)務(wù)和應(yīng)用的寬帶化和移動性的需求,以及運營商對其運營業(yè)務(wù)范圍進(jìn)行擴展的策略。但WiMAX不是一種孤立的無線接入手段,要使WiMAX在市場上真正取得成功,必須把它作為一個端到端網(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。
 
  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、無線接入控制、以及核心網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等,同時還要求網(wǎng)絡(luò)具備端到端的QoS架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的安全機制。
 
  本文以下章節(jié)將首先介紹WiMAX的市場驅(qū)動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)及其特點和優(yōu)勢。
 
2 WiMAX的市場驅(qū)動力
 
  WiMAX IEEE802.16e的市場驅(qū)動主要體現(xiàn)在最終用戶的需求和運營商策略的演進(jìn)兩方面,用戶需求的主要特征是“寬帶無線化”和“無線寬帶化”趨勢,運營商策略的演進(jìn)主要體現(xiàn)在逐漸從關(guān)注家庭市場的固定寬帶接入向關(guān)注個人市場的移動業(yè)務(wù)發(fā)展;而個人移動市場也存在向更高帶寬以及向家庭市場滲透的需求。
 
  最終用戶對他們使用的業(yè)務(wù)和如何獲得業(yè)務(wù)有著越來越高的期望。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。在獲得業(yè)務(wù)的方式上,更是希望任何時候,任何地點通過任何終端獲得他們訂閱的業(yè)務(wù)。
運營商的策略也在不斷演進(jìn)。對固網(wǎng)運營商來說,寬帶無線接入意味著一個在現(xiàn)有的三重播放業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上提供無線業(yè)務(wù)的機會。WiMAX就成了一種讓他們在現(xiàn)有用戶基數(shù)的基礎(chǔ)上獲得游牧甚至移動業(yè)務(wù)的手段。寬帶是固網(wǎng)運營商原本的優(yōu)勢,有了無線接入,就能突破有線的束縛提供寬帶無線業(yè)務(wù)。
 
  對移動運營商而言,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
 
  足夠大的市場是任何新技術(shù)或新業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵。市場預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,未來五年累計在WiMAX網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的投資將達(dá)到150億歐元。而且移動運營商、固網(wǎng)運營商、全業(yè)務(wù)運營商都對此表現(xiàn)了極大的興趣。由于其高帶寬和移動性等特點,可以滿足新興市場和成熟市場的多種需求,如固網(wǎng)運營商用于擴展其固定寬帶接入,從而也可以進(jìn)入個人用戶市場;移動用戶可以在原有傳統(tǒng)語音和短消息業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上在WiMAX網(wǎng)絡(luò)中提供具有互補性的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);另外,WiMAX可以作為無線DSL提供因特網(wǎng)接入服務(wù)。
 
  頻譜的可用性是影響無線技術(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)覆蓋超過一半的人口,而且越來越多的國家將頒布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。國際社會對消除數(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相對于其他技術(shù)已經(jīng)具有足夠的競爭力。
 
  最后,一個完整健康的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菬o線WiMAX技術(shù)成功的保障,要知道,WiMAX技術(shù)不是單獨存在的技術(shù),它只是一個端到端網(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只是一種寬帶無線接入技術(shù),要真正發(fā)揮其優(yōu)勢,必須為它構(gòu)建合適的業(yè)務(wù)生成環(huán)境,同時還要構(gòu)建一個能夠保障業(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
 

  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)用包括三個選項,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;
 
  作為互補或獨立的網(wǎng)絡(luò)支持具有QoS的VoIP,即圖中B+C;
 
  無線DSL部署,即圖中C。
 
  在接入網(wǎng)絡(luò)部分,無線網(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以太網(wǎng)匯聚。WiMAX運營商對回程和匯聚網(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。但總的來說運營商需要一種靈活,易于擴容,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)點是高度的靈活性、和地形的無關(guān)性,大容量,易于擴容,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立的流進(jìn)行傳輸?shù)?,沒有帶寬的爭用。盡管如此,由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)越來越占主導(dǎo),因此有必要針對分組傳輸進(jìn)行優(yōu)化,從而允許在單個流中混合傳統(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平臺提供了分組微波能力,它具有很高的可擴性,適用于不同的用戶密度分布區(qū)域,較低的維護成本和快速的部署等優(yōu)勢。
 
  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)市場中寬帶接入的一種高效低成本方案。如果運營商已經(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,通過WiMAX和DSL回程的結(jié)合,他們可以在提供固定移動融合業(yè)務(wù)的同時降低傳輸成本。
 
  4.3.用電信級以太技術(shù)作為回程和匯聚
 
  4.3.1光分組傳送
 
  如果運營商有光纖資源,可以考慮MSTP作為回程技術(shù),MSTP是一種高效的匯聚技術(shù),通過增加具有以太接口的板卡,利用標(biāo)準(zhǔn)的機制如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)勢包括:
 
  現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)對ATM,TDM和以太流量進(jìn)行匯聚;
 
  針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對傳送設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化,同時又不影響原有的TDM流量的傳輸;
 
  通過基于SDH保護機制或RPR技術(shù)實現(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,運營商傾向于一個能夠向全分組的環(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。它采用創(chuàng)新的統(tǒng)一矩陣來實現(xiàn)同時對數(shù)據(jù)和TDM業(yè)務(wù)的交換而無需任何映射和轉(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WiMAX流量進(jìn)行回程的又一選擇。事實上,很多運營商已經(jīng)選擇了MPLS作為融合的骨干網(wǎng)技術(shù),通過把MPLS技術(shù)延伸到回程,運營商可以管理一個端到端的MPLS架構(gòu),從而簡化網(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,同時又對其進(jìn)行了增強,如QoS機制、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)交換機以及5620業(yè)務(wù)管理平臺。針對WiMAX流量的回程,以太流量可以利用MPLS技術(shù)匯聚并在無線接入設(shè)備和無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)在可擴性和可控性上的缺陷,跨越廣域范圍模擬了一個以太局域網(wǎng)。另外,這一匯聚網(wǎng)絡(luò)同時適用于移動業(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)運營商構(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是未來提供IP多媒體業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)絡(luò)。IMS也是未來各種接入技術(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WiMAX和IMS的集成,IMS將為通過WiMAX接入IMS的用戶提供VoIP呼叫控制和基于SIP的會話控制,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接入之間共享,其端到端的QoS機制也將服從IMS的QoS模式,其安全機制也得以和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。

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)并定義了計費的方法和流程。鑒權(quán)和授權(quán)基于EAP協(xié)議,在終端和無線接入控制器之間,EAP運行在PKM之上,在無線控制器和AAA服務(wù)器之間,EAP運行在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,得益于無線接入網(wǎng)元(包括基站和無線接入控制)對不同流量類型的識別能力,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)實現(xiàn)的。
 
  4.7端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢
 
  由于采用全I(xiàn)P架構(gòu),可以保護網(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成本。
 
  和IMS網(wǎng)絡(luò)的無縫集成,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。
 
  綜合考慮無線接入和傳輸?shù)腝oS,實現(xiàn)了可管理的每用戶每業(yè)務(wù)的QoS保證。
 
  提供和現(xiàn)有固定和移動網(wǎng)絡(luò)互補的業(yè)務(wù)覆蓋,以及跨網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)發(fā)布。如固網(wǎng)運營商可以通過WiMAX提供游牧甚至移動業(yè)務(wù),從而使其業(yè)務(wù)擴展到原本是移動運營商主導(dǎo)的個人用戶市場;而移動運營商可以通過WiMAX提供“無線DSL業(yè)務(wù)”從而使其進(jìn)入原本是固定網(wǎng)絡(luò)運營商主導(dǎo)的家庭用戶市場
 
5 總結(jié)
 
  WiMAX IEEE802.16e作為一種寬帶無線接入技術(shù),是端到端網(wǎng)絡(luò)的一部分。要實現(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)能幫助運營商重用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源從而降低投資,同時能夠幫助不同運營商擴展其業(yè)務(wù)覆蓋范圍。由于綜合考慮了無線接入、傳輸、以及IMS QoS機制,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營商對安全的需求。

新聞來源:電信網(wǎng)技術(shù)

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