Wi-Fi MESH，欲分3G和WiMAX一杯羹？

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　　出于对广域覆盖的低移动性宽带IP数据业务的看好，以及通信与计算机技术相互不断渗透，形成了“宽带接入移动化”和“移动通信宽带化”两大趋势。当前的宽带无线技术领域，充满着激烈的竞争。竞争主要集中于3G及其演进版与BWA（Wi-Fi、WiMAX等）的竞争以及3G和BWA内部各技术体制之间的竞争。当前，Wi-Fi MESH、WiMAX IEEE802.16e、和3G（包括HSxPA和1xEV-Dx）是能够在城域范围内提供无线宽带数据业务的三种主要技术，它们正在全球范围内竞争市场份额。
　　MESH——将Wi-Fi的触角从局域网延伸到城域网
　　Wi-Fi用户已达数亿，Wi-Fi商业性热点已经在全球广泛部署。自从英特尔2003年推出集成Wi-Fi模块的移动迅驰笔记本之后，Wi-Fi笔记本用户群日益扩大，目前市场上超过60%的笔记本都具有Wi-Fi通信功能。根据Wi-Fi联盟的统计，2006年Wi-Fi行业售出了2亿多个芯片集，手持设备和消费类电子产品成为增长的新动力。根据咨询机构Infonetics的研究报告，预计2007年用户对WiFi手机的需求将继续提升，预计从2007年至2010年，Wi-Fi手机的出货量将增长13倍。根据著名市场调研公司ABI Research 2006年底的预测，由于对宽带无线互联网需求的浪涌式增长，2006年商业性Wi-Fi热点数量超过十四万个。同时该报告研究表明，越来越多的用户都较长时间地使用Wi-Fi热点。
　　Wi-Fi MESH市场需求空间很大。传统基于IEEE802.11a/b/g的Wi-Fi典型覆盖范围为室外300米、室内30米。受到覆盖范围的限制，传统Wi-Fi很难在城市范围内满足笔记本和PDA用户随时随地宽带上网的需求。如果将Wi-Fi热点“编织”起来，结成互相连接的网状网络（MESH），那么就可以利用Wi-Fi MESH覆盖校园、街区甚至整个城市。截至目前，包括Motorola和Nortel在内的众多厂商已经开发出各种Wi-Fi MESH产品并获得大规模应用，非标准化的产品已经成为现实。为了解决各厂商Wi-Fi MESH产品之间的互操作性，IEEE启动了MESH标准化工作——802.11s，预期2008年内可以发布标准。可以看出，Wi-Fi MESH是在强烈的市场需求驱动下出现的，其发展过程与3G、WiMAX恰恰相反，是先有产品，后进行标准化。
　　基于IEEE802.11s的Wi-Fi MESH网络结构如下图所示。


图1 基于IEEE802.11s的MESH网络
　　基于IEEE802.11s的MESH是一个多点对多点的对等网络，即客户端和AP的地位相同，都是MESH网络中的节点，都可以为其它节点转发业务，其中AP网关节点具有到Internet的有线宽带连接。这样一来，即便某节点位于AP网关节点的覆盖范围之外，也能通过其他节点的“多跳”中继转发，最终通过AP网关接入Internet。例如在图1中，“客户端节点#2”将来自“客户端节点#1”的数据包转发给“AP网关节点#1”，从而“客户端节点#1”可以接入Internet。基于IEEE802.11s的MESH不仅兼容现有的IEEE802.11a/b/g终端，而且将对IEEE802.11的MAC层进行加强。此外，IEEE 802.11s工作组考虑采用IEEE 802.11i规定的安全机制和IEEE802.11e中定义的QoS机制。
　　在实际使用中，一方面，原有的Wi-Fi终端本身并不支持多跳转发；另一方面即便新的Wi-Fi终端支持多跳转发，终端用户也未必愿意消耗自己的资源为其它用户转发业务。所以在实际使用中，往往是只有AP之间可以相互转发业务，即AP之间结成MESH，统一为低层用户端设备提供宽带无线接入服务，如图2所示。


图2实际使用中典型的MESH网络结构
　　MESH最大的优势——固定和便携模式下数据业务成本极低
　　数据业务成本主要由网络建设和网络运营维护成本构成，相对于3G和WiMAX，Wi-Fi MESH网络建设和维护成本很低。在网络设备成本方面，与3G/WiMAX基站动辄数十万的价格相比，每个Wi-Fi AP的价格只有几百块钱；1个Wi-Fi AP可以提供数十到上百Mbps的数据吞吐量，而1个3G/WiMAX基站只能提供几到十几Mbps的数据吞吐量。此外，Wi-Fi AP体积小、功耗低，可以部署在路灯杆上、屋檐下面，而3G/WiMAX基站需要站址、机房、铁塔等资源。
当然，Wi-Fi与3G/WiMAX等技术相比，Wi-Fi实现规模覆盖的最大的缺陷在于需要密集的有线传输资源。3G/WiMAX基站的覆盖范围WiFi AP数十到上百倍。也就是说，如果覆盖相同的地区，那么需要WiFi AP的数量3G/WiMAX基站数量的数十到上百倍；相应地，WiFi AP需要的有线传输资源也是3G/WiMAX基站的数十到上百倍，从而导致Wi-Fi的有线传输成本较高。此外，通常在某一地区，只有当地的强势固网运营商拥有密集的有线传输资源，导致其他机构和组织很难在该地区开展Wi-Fi宽带数据接入业务。
　　基于Wi-Fi的MESH通过AP之间的多跳中继转发机制，无需稠密的固网资源，在显著降低网络部属成本的同时，还有利于政府、校园、企业等单位以及新运营商开展业务，打破垄断，促进竞争。
　　MESH最大的缺点——技术缺陷导致难于运营
　　Wi-Fi MESH技术本身存在很多缺陷，缺乏有效的商业模式，导致很难运营获利。
　　●移动性支持差
　　Wi-Fi技术本身不支持移动性，即便IEEE802.11s可能会对Wi-Fi MESH的移动性进行增强，最多也只能支持步行的移动速度。而3G和WiMAX都支持120km/h以上的移动性。
　　●非授权频率
　　WiFi MESH工作于2.4/5.8GHz ISM开放频段，任何单位和个人无需许可都可以使用该频段，即便有人故意干扰，也无法得到监管机构的保护，因此很难保证服务质量。而3G和WiMAX都工作在许可频段，网络不会受到干扰。
　　●安全性差
　　即便引入IEEE802.11e，WiFi的安全性仍尚待完善，尤其是MESH引入多跳机制以后，安全性受到更严峻的挑战。而3G已经具有比较完善的安全机制，WiMAX的安全机制也强于Wi-Fi。
　　●空中接口缺乏QoS保障
　　Wi-Fi空中接口没有QoS保障机制，只支持Best Effort业务，适用于WEB浏览、FTP下载以及收发Email等；语音通信、视频传输等业务的QoS很难得到保障。
3G空中接口定义了会话级、流级、交互级和背景级4种QoS业务等级，用于语音通信、流媒体下载、Internet接入等。
　　WiMAX的空中接口定义了主动授予业务（UGS）、增强的实时轮询业务（ErtPS）、实时轮询业务（rtPS）、非实时轮询业务（NrtPS）、和BE（Best Effort）业务等5种QoS等级，用于E1传输、VoIP、视频直播、Internet接入等。
　　●多跳引发的问题
　　此外，MESH的多跳转发机制，也会引入额外的延迟，增加系统阻塞的概率，并降低系统吞吐量。
　　综上，WiFi MESH既不能提供电信级的业务，也不能提供电信级的OoS保障，其技术缺陷导致缺乏有效的盈利模式。截至目前，全球部署WiFi的运营商还没有运营获利的案例，因此传统运营商对Wi-Fi MESH并不热衷。
　　MESH典型案例之“无线台北”
　　Wi-Fi MESH已经在发达国家广泛部署，包括美国的费城、芝加哥、旧金山、匹茲堡等，新加坡也实现了Wi-Fi MESH全境覆盖。北京市也计划建设基于Wi-Fi MESH的“数字城市”。我国台北的Wi-Fi MESH无线城域网建设非常领先，曾屡次获得国际相关组织颁发的“智慧城市奖”。
　　●无线台北项目背景
　　中国台北为适应信息化、数字化的全球发展趋势，于1999年拟定了《台北市无线宽带网络建设执行计划》。希望结合民间资本建构全市的公众无线局域网络，并推动市民无线上网及便民配套应用服务，全面提升台北市的具体建设成果与经验，以期成为全世界第一个无线城市，达成“无线台北，台北无限”的政策目标。此计划是在“政府不出钱，市产无移转”的前提下，由市政府提供公共设施（灯杆、交通号志、公有建筑物），由中标方——安源信息股份有限公司（统一集团子公司）——出资建设台北市无线网络基础设施。安源2004年9月中标，获得该网络的9年经营权。
　　●项目进展情况
　　安源信息公司采用北电（Nortel）公司Wi-Fi MESH解决方案。计划部署1万个以上WiFi AP，涉及金额约40亿新台币（约合人民币10亿元）。截至2007年7月已经完成以下三个阶段的网络建设，累计部署WiFi AP 4000多个（其中室内1000多个，室外3000多个）：

　　第一阶段（2004-9~2005-1），Wi-Fi MESH网络覆盖台北市30个捷运站以及地下街，人口覆盖率为20%，约50万人。

　　第二阶段（2005-2~2006-1），Wi-Fi MESH网络覆盖台北市主轴带。除覆盖剩余的捷运站外，并包含台北市的重点商圈(7 Hot-zones)及主要道路(42条)。人口覆盖率为50%，约130万人，面积约28.2平方公里。

　　第三阶段（2006-1~2006-7），以7-11便利店为主向外扩展，Wi-Fi MESH网络覆盖台北市住宅密度区。人口覆盖率为90%，约230万人，面积约133.9平方公里。




　　●技术实现
　　北电Wi-Fi MESH解决方案采用类似于图2的网络架构，基于IEEE802.11a/b/g标准，工作在2.4/5.8GHz ISM开放频段。
　　●市场情况
　　由于“无线台北”由安源投资，且只拥有9年运营权，属于收费服务。资费标准为：包月399新台币/月；预付费分别是30新台币/1小时、50新台币/2小时，100新台币/24小时，500新台币/1月，至于预付卡销售方式，将通过星巴克咖啡店进行销售。对于语音业务，99元新台币包月。一方面，Wi-Fi MESH在地铁和地下街提供免费业务，用户很多，网络得到市民的高度评价；另一方面，截至2006年7月付费用户只有2万人，安源每月约亏损1千万新台币。
　　小结
　　在国际上，利用Wi-Fi MESH构建“数字城市”的主要目的是（1）普及宽带互联网接入，消除数字鸿沟；（1）通过信息化，促进经济发展，刺激创新，提升城市竞争力；（3）提升城市信息化和政府服务水平。Wi-Fi MESH具有旺盛的生命力，它使得政府、企业、学校或其它团体能够将无处不在的宽带接入作为公益设施，以极低的价格或免费提供给广大市民。Wi-Fi MESH必将在全球范围内分得3G和WiMAX一杯羹。