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基于WiMAX接入技术的端到端网络架构
本文首先分析了WiMAX技术的市场驱动力和影响其成功部署的关键因素，随后介绍了一个基于WiMAX接入技术的端到端网络架构，包括回程、汇聚、接入控制、以及核心网络，并对该网络架构的特点和优势进行了分析。
1 引言
因特网和移动通信技术的飞速发展，正促使通信领域朝着宽带化、无线化和移动化方向发展。从最终用户的角度，传统的固定宽带用户不再满足于仅仅在固定环境中使用宽带接入业务，他们希望摈弃固定接入的束缚获得宽带接入的移动性；另一方面，传统的移动用户也不满足于传统语音、短信和低速数据业务，希望获得更高速率的多媒体业务。从运营商角度，固定网络运营商希望把业务拓展到移动业务，而移动运营商希望在传统业务的基础上提供高数据率的业务从而提高ARPU值。这种最终用户的需求和运营商策略的改变，催生了未来网络技术的业务宽带化和移动化趋势。
WiMAX IEEE802.16e正是迎合这种业务和网络技术发展趋势的技术，由于其采用OFDM、MIMO，并具有非视距移动性支持，以及对IP的天然支持等特性，使其能够满足目前最终用户对业务和应用的宽带化和移动性的需求，以及运营商对其运营业务范围进行扩展的策略。但WiMAX不是一种孤立的无线接入手段，要使WiMAX在市场上真正取得成功，必须把它作为一个端到端网络架构的一部分，从而使得一方面可以充分利用现有网络资源从而减少投资，另一方面，也可以对业务范围进行拓展，使其和现有业务范围形成互补。
端到端网络的最终目标是确保业务最终能够有质量保证并安全地发布到最终用户，因此涉及WiMAX流量的回程、汇聚、无线接入控制、以及核心网络和应用等，同时还要求网络具备端到端的QoS架构和标准的安全机制。
本文以下章节将首先介绍WiMAX的市场驱动力和影响其成功的关键因素，然后给出端到端网络架构及其特点和优势。
2 WiMAX的市场驱动力
WiMAX IEEE802.16e的市场驱动主要体现在最终用户的需求和运营商策略的演进两方面，用户需求的主要特征是“宽带无线化”和“无线宽带化”趋势，运营商策略的演进主要体现在逐渐从关注家庭市场的固定宽带接入向关注个人市场的移动业务发展；而个人移动市场也存在向更高带宽以及向家庭市场渗透的需求。
最终用户对他们使用的业务和如何获得业务有着越来越高的期望。他们不仅希望更高速率的连接，而且希望永远在线和不受限制的使用，同时又希望更高的业务质量保证和更好的业务体验。在获得业务的方式上，更是希望任何时候，任何地点通过任何终端获得他们订阅的业务。
运营商的策略也在不断演进。对固网运营商来说，宽带无线接入意味着一个在现有的三重播放业务基础上提供无线业务的机会。WiMAX就成了一种让他们在现有用户基数的基础上获得游牧甚至移动业务的手段。宽带是固网运营商原本的优势，有了无线接入，就能突破有线的束缚提供宽带无线业务。
对移动运营商而言，在传统电路业务的基础上引入数据业务是提高ARPU的手段。HSDPA将是其演进过程中重要的一步，同样紧随其后的HSUPA，LTE和WiMAX将起到非常重要的作用。
3 WiMAX成功的关键因素
足够大的市场是任何新技术或新业务成功的关键。市场预测数据显示，未来五年累计在WiMAX网络基础设施上的投资将达到150亿欧元。而且移动运营商、固网运营商、全业务运营商都对此表现了极大的兴趣。由于其高带宽和移动性等特点，可以满足新兴市场和成熟市场的多种需求，如固网运营商用于扩展其固定宽带接入，从而也可以进入个人用户市场；移动用户可以在原有传统语音和短消息业务的基础上在WiMAX网络中提供具有互补性的高带宽数据业务；另外，WiMAX可以作为无线DSL提供因特网接入服务。
频谱的可用性是影响无线技术成功的又一关键因素。迄今为止，全球已经颁布的WiMAX频段已经覆盖超过一半的人口，而且越来越多的国家将颁布WiMAX的频率许可。另外，WiMAX Forum也正努力把WiMAX技术作为第六种IMT-2000技术，从而使得未来可以让WiAMX技术和目前的三大3G技术共享频谱资源。国际社会对消除数字鸿沟也给予了足够的重视，作为消除数字鸿沟的合适技术，WiMAX也必将得到足够重视，因此频谱资源的获得最终将不是问题。
技术的先进性和高性能是WiMAX成功的有力保障，由于采用了和4G一样的先进技术如OFDM技术，MIMO技术，以及其他诸如非视距移动性支持以及端到端IP支持，以及先进的天线技术如波束形成技术，WiMAX相对于其他技术已经具有足够的竞争力。
最后，一个完整健康的产业链是无线WiMAX技术成功的保障，要知道，WiMAX技术不是单独存在的技术，它只是一个端到端网络的一部分。芯片厂商/终端厂商的大力支持以及系统设备厂商的支持可以为WiMAX的端到端部署铺平道路。只有产业链的通力合作，才能保障WiMAX技术的最终成功。
当然，WiMAX只是一种宽带无线接入技术，要真正发挥其优势，必须为它构建合适的业务生成环境，同时还要构建一个能够保障业务安全可靠传输到最终用户的业务控制网络。这正是本文所要阐述的端到端网络架构。
4 端到端网络架及其优势
端到端网络架构分为两部分，即WiMAX接入网以及核心网和应用，如图1所示。
图 1基于WiMAX接入的端到端网络架构
核心网和应用包括三个选项，即
和NGN/IMS架构完全集成并支持所有多媒体业务，即图中A+B+C；
作为互补或独立的网络支持具有QoS的VoIP，即图中B+C；
无线DSL部署，即图中C。
在接入网络部分，无线网络主要包括基站设备，回程和汇聚网络包括各种各样的回程方式以及电信级以太网汇聚。WiMAX运营商对回程和汇聚网络有不同的需求，主要考虑的因素包括：如何充分利用现有资源，业务容量的大小，业务类型的不同，覆盖范围等。但总的来说运营商需要一种灵活，易于扩容，面向数据业务优化的回程技术。下面就几种回程方案进行介绍：
4．1．利用微波作为回程
和租用线路相比，微波技术的优点是高度的灵活性、和地形的无关性，大容量，易于扩容，成本较低以及快速开通等。目前的微波技术是基于SDH技术，它能够提供在一个链路上提供E1和以太流量的混合传输，但不同类型的流量是作为独立的流进行传输的，没有带宽的争用。尽管如此，由于数据业务越来越占主导，因此有必要针对分组传输进行优化，从而允许在单个流中混合传统流量TDM E1（封装在分组中，即“伪线”）和具有不同QoS需求的IP流量。另外，自适应调制技术也大大增加了微波技术的带宽能力。阿尔卡特朗讯的9500MSS平台提供了分组微波能力，它具有很高的可扩性，适用于不同的用户密度分布区域，较低的维护成本和快速的部署等优势。
4．2．用DSL技术作为回程
DSL技术是目前宽带接入技术中部署最多，最成熟的技术。大规模的部署早已使得DSL成为驻地和商业市场中宽带接入的一种高效低成本方案。如果运营商已经具有DSL资源，那么借助已有资源用于WiMAX流量的回程将大大降低投资成本。ADSL，ADSL2，ADSL2+，以及结合PON技术的FTTx方案为不同的带宽需求和覆盖距离的应用场景提供了大量可选方案。阿尔卡特朗讯7302 ISAM是业界首款具有三重播放能力的基于IP的接入平台，通过WiMAX和DSL回程的结合，他们可以在提供固定移动融合业务的同时降低传输成本。
4．3．用电信级以太技术作为回程和汇聚
4.3.1光分组传送
如果运营商有光纤资源，可以考虑MSTP作为回程技术，MSTP是一种高效的汇聚技术，通过增加具有以太接口的板卡，利用标准的机制如GFP/VCAT/LCAS和伪线技术就可以把多种数据业务映射到SDH进行传输。光分组传输的优势包括：
现有SDH网络对ATM，TDM和以太流量进行汇聚；
针对数据业务对传送设备进行优化，同时又不影响原有的TDM流量的传输；
通过基于SDH保护机制或RPR技术实现高可靠性从而保障所有业务的高可用性；
随着分组数据业务的日益增长，运营商倾向于一个能够向全分组的环境演变的网络，要达到这一目标，必须使得网络设备具有混合流量（TDM和分组）的支持能力，并能根据分组流量的比例灵活配置。阿尔卡特朗讯的1850TSS（Transport Service Switch）正是符合这一需求的多业务交换传送平台。它采用创新的统一矩阵来实现同时对数据和TDM业务的交换而无需任何映射和转换，总容量可以达到320Gb/s，适合应用于城域核心、汇聚等网络中，对数据和TDM业务提供最有效的传送方案。
4.3.2 业务感知的汇聚和路由:
MPLS技术是对WiMAX流量进行回程的又一选择。事实上，很多运营商已经选择了MPLS作为融合的骨干网技术，通过把MPLS技术延伸到回程，运营商可以管理一个端到端的MPLS架构，从而简化网络和降低成本。另外，MPLS技术继承了IP技术的优点，同时又对其进行了增强，如QoS机制、流量工程、OAM以及小于50ms的故障恢复等。
阿尔卡特朗讯的IP/MPLS业务路由产品系列包括7750/7710 SR，7450以太业务交换机以及5620业务管理平台。针对WiMAX流量的回程，以太流量可以利用MPLS技术汇聚并在无线接入设备和无线接入控制器之间基于微波或光进行传输。7450/7750采用VPLS技术，利用MPLS技术克服传统以太网技术在可扩性和可控性上的缺陷，跨越广域范围模拟了一个以太局域网。另外，这一汇聚网络同时适用于移动业务和三重播放网络的业务汇聚。为全业务运营商构建融合的端到端网络提供了有力的武器。
4.4 和NGN/IMS的集成
IMS是未来提供IP多媒体业务的核心网络。IMS也是未来各种接入技术共享的核心网络和业务控制网络。如图2所示，通过WiMAX和IMS的集成，IMS将为通过WiMAX接入IMS的用户提供VoIP呼叫控制和基于SIP的会话控制，并提供和传统网络的互通。所有IMS的应用和业务可以在WiMAX接入和其他固定或移动接入之间共享，其端到端的QoS机制也将服从IMS的QoS模式，其安全机制也得以和IMS安全架构进行集成，从而使得WiMAX AAA和IMS HSS共享同一平台。
图 2和NGN/IMS的集成
4.5安全结构
WiMAX Forum基于IETF规范定义了AAA架构用于用户和设备的鉴权和授权并定义了计费的方法和流程。鉴权和授权基于EAP协议，在终端和无线接入控制器之间，EAP运行在PKM之上，在无线控制器和AAA服务器之间，EAP运行在Radius或Diameter之上。这一架构可以支持多种设备和用户鉴权方法，如基于SIM的鉴权，基于证书的鉴权等。阿尔卡特朗讯的AAA服务器完全服从该安全架构，而且由于AAA服务器和IMS HSS采用统一架构，因此支持灵活的部署配置，如单独的AAA服务器部署，或作为HSS的一部分部署。
4.6端到端QoS
按照IMS的QoS模式，网络为SIP会话发起的QoS协商一方面考虑了终端的能力和需求，另一方面，得益于无线接入网元（包括基站和无线接入控制）对不同流量类型的识别能力，QoS最终将被传播到承载和传送网络，从而保证了真正的端到端。不同分组类型的区分是基于第二层和第三层的流量标记（DSCP和802.1p）实现的。
4.7端到端网络架构的优势
由于采用全IP架构，可以保护网络基础设施中的已有投资。现有二层和三层网络可以为WiMAX网络提供回程和汇聚从而减少部署和维护成本。
和IMS网络的无缝集成，从而保证端到端的QoS，接入和业务控制安全架构的灵活配置和共享。
综合考虑无线接入和传输的QoS，实现了可管理的每用户每业务的QoS保证。
提供和现有固定和移动网络互补的业务覆盖，以及跨网络的业务发布。如固网运营商可以通过WiMAX提供游牧甚至移动业务，从而使其业务扩展到原本是移动运营商主导的个人用户市场；而移动运营商可以通过WiMAX提供“无线DSL业务”从而使其进入原本是固定网络运营商主导的家庭用户市场
5 总结
WiMAX IEEE802.16e作为一种宽带无线接入技术，是端到端网络的一部分。要实现业务的可靠和安全发布，必须综合考虑WiMAX业务流量的回程、汇聚、无线接入控制以及和IMS/NGN网络的集成。阿尔卡特朗讯的端到端的网络架构能帮助运营商重用现有网络资源从而降低投资，同时能够帮助不同运营商扩展其业务覆盖范围。由于综合考虑了无线接入、传输、以及IMS QoS机制，从而保证了端到端的QoS；标准的安全架构和灵活的部署策略也满足了不同运营商对安全的需求。
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