802.16/WiMax(World Interoperability for Microwave Access,全球通用微波接入)如何组网是商用的关键问题之一,有必要进一步仔细探究。到目前为止,IEEE 802.16标准及相应的测试规范主要还是针对无线空中接口技术,所明确内容也只是涉及开放系统互连(OSI)模型中的物理层(PHY)、媒体访问控制(MAC)层,并没有明确802.16/WiMax网络的组网技术和方案。就现在的情况,802.16/WiMax组网牵涉到的问题主要有:如何通过网络和小区规划来提高频率复用率;如何把802.16/WiMax系统的空中接口网络和基于IP技术的核心网络有机结合在一起;如何更好的支持无缝移动性管理,保证用户的QoS(Quality of Service,服务质量)要求,便于计费、认证和鉴权[2]。同时这也是目前研究的热点问题。
在标准中提供的PMP(Point to Multi-Point,点到多点模式)工作模式是通信系统中的基础模式,整个小区由一个BS(Base Station,基站)角色管理,所有的SS(Subscriber Station,终端)的通信都需要BS的调度,况且由于移动性的引入,移动用户要在不同的BS覆盖区间移动并实施通信链路的切换,需要为移动用户提供无缝的网络覆盖以便保障用户的QoS。由此分析得出,802.16/WiMax网络组网关键技术包括基于OFDM频率复用技术的小区规划方案、媒体访问机制、入网与初始化、资源分配策略、认证计费和移动性管理等方面。
1.1 基于OFDM频率复用技术的小区规划方案
对于频率资源比较紧缺的802.16/WiMax组网而言,OFDM技术虽然具有高频谱利用率及抗多径干扰的能力,而且在NLOS(Non Line of Sight,非视距)环境下可以采用OFDM、OFDMA及其他先进技术来克服较差的无线传输环境。但是,用户只能通过时间(TDMA)或子信道(OFDMA)来区分,使用相同频率的相邻小区将会对本小区的通信产生严重的同频干扰。因此网络规划应基于频率分配,合理分配并复用有限的频段,从而达到减少小区间、信道间的干扰,并且进一步提高802.16/WiMax的频谱效率、增加网络的容量。
在802.16/WiMax系统中还特别设计了DLMAP(Downlink Mobile Application Part,下行移动应用部分)和ULMAP(Uplink Mobile Application Part,上行移动应用部分),他们都可以跨帧,使得信道可以灵活地应用于全部上行 或下行链路。这种带有典型的局域网突发的特点,对于宽带无线接入系统而言,可以兼顾灵活性和公平性,每个SS都有机会传输,避免了因竞争造成的长期竞争不到信道的问题;其次,这样的设计可以避免碰撞的发生,每个SS都只在属于自己的发送时段内才发送数据,可以保证“任何时刻,媒体上只有一个数据传输”;还有,方便于进行QoS、业务优先级等方面的控制,在带宽分配方面也有先天的优势。
认证、授权和计帐(Authentication,Authorization and Accounting,AAA)是802.16/WiMax网络的重要组成部分,也是网络安全策略的一个组成部分。用户认证过程AAA接入控制的实现为:用户端设备→AAA客户机→AAA服务器→计费系统。AAA客户机到AAA服务器之间通常采用远程拨号用户认证(RADIUS)协议;AAA服务器和计费系统一般集中建设,以支持用户漫游和减少建设成本;用户端设备和AAA客户机(如宽带接入服务器)之间多采用PPPoE、802.1x、Web认证。在单独建网、数据城域网叠加、移动蜂窝网叠加等几种方案中,802.16/WiMax网络的AAA客户机、AAA服务器和计费系统可以借用现有网络的实现技术或直接采用现有网络对应设备,以实现资源共享,降低网络设备投资[1]。
1 IEEE Std 802.16-2004(Revision of IEEE Std 802.16-2001).IEEE standard for local and metropolitan area networks part 16:air interface for fixed broadband Wireless access systems.2004
2 Mobile WiMAX-Part l:A Technical Overview and Performance Evaluation.WiMAX forum,March,2006
3 李剑,胡波.移动宽带无线城域网关键技术及其展望.电讯技术,2006,(4):1-8
4 Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems.IEEE P802.16e/D12,February,2005
5 WiMAX End-to-End Network Systems Architecture-Stage 2:Architecture Tenets.Reference Model and Reference Points.WiMAX Forum,December,2005