账号:
密码:
最新动态
产业快讯
CTIMES / 文章 /
从802.16a看WMAN之发展趋势
 

【作者: 誠君】2003年11月05日 星期三

浏览人次:【6453】

「最后一英哩(last mile)」的问题一直困扰着电信和通讯业者,如今一种新技术称作IEEE 802.16a将以无线宽频、低廉、快速的方式解决这个难题。本文将简介IEEE 802.16a标准所支援的数据网路服务(data networking services)之大概内容和其未来发展的趋势。


802.16a对抗802.11?

802.11网路正快速地被建构中,它很便宜,也可以容易地被建构起来。此外,802.11通讯安全问题目前正被重视,而且已经有初步的解决方案。 802.11一般是使用「热点(hotspot)」方式来布建的,选定的「热点」是用来支援所需的通讯涵盖范围。这些「热点」就是「撷取点(access points)」,最后都连接到公司的区域网路骨干​​上。


「802.16a将会取代802.11吗?或它将与802.11竞争吗?」这是一个很自然的问题,很多人都会如此问。 802.16e是802.16a的行动(mobility)标准,因为802.16e标准已经在2003年2月被核准,因此这个问题的答案已经变得更加实际和清楚了。不过,这还需要802.16e行动标准在建筑物内的「非视线(non-line-of-sight)」无线通讯效果是不是非常好才能论断。届时人们会使用哪一种标准呢?也许两者都有人在用吧!


比较起来,有许多企业用的网路架构可以用802.16a来布建。 802.16a能够简单地将不同建筑物连接在一起,或者能直接和用户电脑连接,或许还能够取代全部或部份的有线骨干网路。


虽然,两者有些功能类似、重覆,但是这两种标准有许多地方是非常不同的。 802.11具有20 MHz宽通道和一个MAC,支援半径只有100到300公尺之内的数十位用户(使用比较高的功率,使MAC的通讯距离超过300公尺并不是802.11的标准规范)。另一方面,802.16a容许业者控制通道的频宽(channel bandwidth),它的MAC同时支援半径达50公里的数千位用户(这种通讯距离应该是理论值,实作上尚未达到;真正的产品应该比此值小)。


802.16a的最大数据传输速度比802.11快,部份原因是802.16a的单一赫兹(Hertz)下每秒位元数量是802.11的两倍。此外,802.16a支援许多种QoS选择,但是802.11只支援「尽力而为」服务(802.11e新增了优先顺序的选择)。


因为有这些选项,使802.16a需要更多个组态设定,才能够管理用户和各种服务。而802.16a支援802.11所不支援的网状布建,电信业者会比资讯业者对802.16a技术更加有兴趣,一台802.16a基地台的通讯涵盖范围比802.11大很多。


802.16a的数据网路服务

除实体层以外,802.16a也定义媒体撷取控制层(Media Access Control;MAC),此MAC支援的数据网路服务非常广泛,包含目前已经为家庭或企业所熟知的铜线或光纤网路。 802.16a支援这些网路的实体层,当设计802.16a系统时,必须支援ATM和封包传输作业。


ATM的重要性在于它是目前全球电信业界的有线电基础设施(telecom carrier infrastructure)。例如:ATM一般都支援DSL服务;ATM也应用于语音通讯。当它用来传输封包时,802.16a支援各种新旧的IP封包格式,包含:IPv4、IPv6、Ethernet和VLAN服务。 802.16a将MAC层切割成许多次要层(sublayers),由不同的次要层来控制不同的服务,且提供共同的核心功能(common core functions)和无线通讯保密的机制。总之,这种架构的设计让802.16a的功能既有弹性,又有效率。底下大概叙述802.16a支援的ATM和封包传输作业:


  • ●汇聚次要层(convergence sublayers)映射(map)不同的服务项目到核心的MAC共同部份次要层(common part sublayer)。汇聚次要层除要将服务数据单元与MAC连结(connections)产生关系外,它还必须负责决定频宽分配和通讯服务品质(QoS)。它也要能自动地从无线频谱中取得最有效的利用率,以最大有效位元数来传收数据。


  • ●共同部份次要层是连接导向式(connection-oriented)通讯,所有服务,甚至非连接(connectionless)导向服务,例如:Ethernet和IP,都要映射到MAC连结(这好比TCP/IP的关系)。共同部份次要层包含:请求频宽的机制或称作「要求频宽(bandwidth on demand)」,这对电信业者而言,是个具有吸引力的功能选项。



通讯安全、更安全

验证(Authentication)和注册(registration)是802.16a MAC共同部份次要层的一部份。验证是植基于「公钥基础设施(Public Key Infrastructure;PKI)」技术,称作X.509数位认证(digital certificates)。类似每一个Ethernet介面都具有一个独自唯一的MAC位址一样,每一位用户端的802.16a传收器(transceiver)都具有一个内建的认证号码,而802.16a基地台则具有制造商赋予的另一个认证号码。这些认证号码可以让用户端的传收器和基地台进行验证程序,基地台会检查此传收器是否已被授权可以接收特定的服务项目。如果检查资料库的结果是已授权的,则基地台会使用用户端传收器的公钥产生一个加密过的授权匙(authorization key),并传给用户端的传收器。这个授权匙是将之后传输的数据资料予以加密和保护。


「连结隐私(Link privacy)」是另一个MAC次要层的部份功能,这个次要层称作「隐私次要层(Privacy sublayer)」。它在共同部份次要层下方,它是由「隐私钥管理通讯协定(Privacy Key Management protocol)」建构成的,它是DOCSIS BPI+标准的一部份。此通讯协定的姊妹版DOCSIS也应用在缆线数据机(CableModem)。 DOCSIS BPI+标准是针对DOCSIS原有标准稍作修改而来的,主要考量是为了能将线缆数据机和802.16a MAC结合之故。它也使802.16a具备最先进的加解密技术。



《图一 802.16a OFDM物理层(PHY)》
《图一 802.16a OFDM物理层(PHY)》

功能和优点

802.16a支援各种通讯服务品质(Quality of Service;QoS)选项,这是源自于DOCSIS的技术。 802.16a能对用户的收发机(transceiver)配置频宽,并以此为基础来管理;或者802.16a能针对用户收发机与基地台所需的不同连接配置频宽。有些用户收发机能管理它们自己的频宽,甚至可以从一个通讯连结(connection)中挪取部份频宽支助另一个通讯连结。而用户收发机也被容许可以和基地台沟通,随时改变它的频宽。


这么多种不同的设计选择可以使服务内​​容多样化,例如:连结导向(connection-oriented)、固定频宽ATM、非连结(connectionless)导向、爆发式(bursty)IP交通流量都可以在相同的装置中共存,分别提供其不同的功能。 802.16a提供的支援非常有弹性,它容许单一的用户收发机使用一组802.16a MAC连结支援ATM网路,同时又使用另一组MAC连结支援许多IP用户的资源分享功能。


802.16a使用排序服务(scheduling services)来配置频宽和QoS。它具有「未经请求主动核准服务」(unsolicited grant services),提供固定和一般的配置原则,这个机制适用于ATM或T1/E1 over ATM。它的额外负担(overhead)很小,因为用户不需要提出改变配置的请求,因此许多控制信号的传收程序可以被省略。同时也可以降低传输延迟和信号抖动(jitter)的产生。


就应用弹性而言,802.16a也定义许多种机制可以让用户提出改变频宽配置的请求。这包含MAC通讯协定请求和许多种轮询(polling)的方法。相同的机制也被应用来提供「尽力而为(best effort)」服务,亦即不支援严格的封包延迟或传输速率保证。


802.16a将通讯频段延伸到2~11 GHz。此外,802.16a超越基地台和用户收发机之间的通讯藩篱,它是利用网状布建(mesh deployment)的方法来实现上述功能。在网状布建中,用户收发机可以在基地台和另一台用户收发机之间当成一个仲介者,换言之,用户收发机好比是一台交换机。预料支援802.16a标准的网路将提供30英哩的最大通讯范围,并能以每秒70Mbps的速度传送资料、语音以及影片。


除与802.11技术差异以外,802.16a产品何时能量产?这才是业界目前最关心的话题。今天,数百万个802.11网路卡不断地被制造出来,但是802.16a产品至今仍未量产。 IEEE 802.16a标准在2003年1月通过审核,此后已有超过25家通讯设备大厂加入非营利性的WiMAX论坛,协助推动与确保各种802.16a设备之间的相容性与互通性。英特尔正计画研发支援IEEE 802.16a标准的晶片产品,针对包括有线电视与数位用户回路(DSL)等现有「最后一哩」技术,提供宽频无线存取的替代方案。目前英特尔正与最后一哩宽频无线存取设备领导厂商Alvarion合作。英特尔所计画开发的晶片产品包括:支援无线笔记型电脑的Centrino技术、PRO/Wireless网路连线方案、以及应用在无线基础建设设备的IXP4XX网路处理器。


表一 802.16e、802.20和3G的比较
比较项目 802.16e 802.2(MBWA) 3G
终端用户 高传输率

无线固网行动服务

对称式数据服务

类似存取点(AP)属于用户端固定拨号(CPE)装置,并以PC Card连接行动装置(笔记型电脑或PDA)

支援低延迟数据和即时语音服务

完全行动化、高数据传输率

对称式数据服务

属于用户端装置,初期以支援PC Card的数据通讯装置为平台

属于用户端装置,初期以支援PC Card的数据通讯装置为平台

 

 

语音用户需要数据服务

高度非对称式数据服务

属于用户端装置,初期以支援数据服务的手机为平台

不支援低延迟数据服务  

 

服务供应商 有别于无线固网供应商和无线网际网路服务供应商(WISP),新增加行动加值服务

支援本地与区域行动通讯和漫游(roaming)服务  

无限数据服务供应商----新创型或是由电信业者转型产生

支援全球行动通讯和漫游服务

 

 

蜂窝式(cellular)语音服务供应商转型支援数据服务

支援全球行动通讯和漫游服务

 

 

技术 802.16a MAC和PHY的延伸

和以前的固网站台相容,并可将它们最佳化

授权频段:2~6GHz

一般通道的频宽大于5MHz

封包(packet)导向架构

利用QoS支援多通道和控制多媒体服务。

高效率数据上载和下载

低延迟架构

新的MAC和PHY能让封包资料和可适化天线最佳化

最佳化的功能能达到完全行动化通讯的目标

授权频段在3.5GHz以下

一般通道的频宽小于5MHz

封包导向架构

以多通道和控制方法支援行动化多媒体服务。以行动式IP为基础。

高效率数据上载和下载

低延迟数据架构

W-CDMA、CDMA200 01X

从GSM或IS-41演进来的

授权频段在2.7GHz以下

一般通道的频宽小于5MHz

线路( circuit)导向架构---演进到可下载封包

以多通道和控制方法将行动语音服务最佳化。以MAP/SS7为基础

  中等效率的数据下载,低效率的上载

高延迟数据架构


结语

未来802.11网路势必占据办公室和家庭。届时,业者想将802.11网路更换成802.16a网路,将会遭受到极大的阻力。除非业者能提出必须立即更换的理由,而且能让企业和用户获得非常大的利益,如此才能如愿以偿。


此外,值得注意的是802.20和802.16e之间未来的竞争,甚至说802.20(MBWA;Mobile Broadband Wireless Access)和3G、802.20和802.16a/e和802.11之间未来的竞争。 802.16e标准是建筑在802.16a上面,适用于PDA和笔记型电脑等的行动通讯应用,而802.20适用于车辆行进中(时速250公里)的通讯应用,两者的功能、频段范围也有一些类似和重覆的地方。目前可以确定的是:802.16a市场的崛起将会带动802.16e和802.20的发展,将来3G和802.11的优势是否仍然存在值得继续观察。


相关文章
Wi-Fi发展20年:迈向无线自由之路(二)速度升级
Wi-Fi发展20年:迈向无线自由之路(一)早期发展
厌祝Wi-Fi技术诞生20周年(III)
厌祝Wi-Fi技术诞生20周年(1)
IEEE 802.11与11b标准深探
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 林业保育署屏东辖区以太阳能建置打造绿能环境
» 台湾光电厂商联袂叁加美西光电展 展现光电等先进技术与服务
» 国研院启动「超精密加工联合实验室」 大昌华嘉支援学研界培育光学加工人才
» 应材与Google合作 推动下一代AR运算平台
» 渔电共生以养殖为本 绿能加值为主轴发展


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2024 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3  v3.20.1.HK83T2LHCJYSTACUKC
地址:台北数位产业园区(digiBlock Taipei) 103台北市大同区承德路三段287-2号A栋204室
电话 (02)2585-5526 #0 转接至总机 /  E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw