「最後一英哩（last mile）」的問題一直困擾著電信和通訊業者，如今一種新技術稱作IEEE 802.16a將以無線寬頻、低廉、快速的方式解決這個難題。本文將簡介IEEE 802.16a標準所支援的數據網路服務（data networking services）之大概內容和其未來發展的趨勢。

802.16a對抗802.11？

802.11網路正快速地被建構中，它很便宜，也可以容易地被建構起來。此外，802.11通訊安全問題目前正被重視，而且已經有初步的解決方案。802.11一般是使用「熱點（hotspot）」方式來佈建的，選定的「熱點」是用來支援所需的通訊涵蓋範圍。這些「熱點」就是「擷取點（access points）」，最後都連接到公司的區域網路骨幹上。

「802.16a將會取代802.11嗎？或它將與802.11競爭嗎？」這是一個很自然的問題，很多人都會如此問。802.16e是802.16a的行動（mobility）標準，因為802.16e標準已經在2003年2月被核准，因此這個問題的答案已經變得更加實際和清楚了。不過，這還需要802.16e行動標準在建築物內的「非視線（non-line-of-sight）」無線通訊效果是不是非常好才能論斷。屆時人們會使用哪一種標準呢？也許兩者都有人在用吧！

比較起來，有許多企業用的網路架構可以用802.16a來佈建。802.16a能夠簡單地將不同建築物連接在一起，或者能直接和用戶電腦連接，或許還能夠取代全部或部份的有線骨幹網路。

雖然，兩者有些功能類似、重覆，但是這兩種標準有許多地方是非常不同的。802.11具有20 MHz寬通道和一個MAC，支援半徑只有100到300公尺之內的數十位用戶（使用比較高的功率，使MAC的通訊距離超過300公尺並不是802.11的標準規範）。另一方面，802.16a容許業者控制通道的頻寬（channel bandwidth），它的MAC同時支援半徑達50公里的數千位用戶（這種通訊距離應該是理論值，實作上尚未達到；真正的產品應該比此值小）。

802.16a的最大數據傳輸速度比802.11快，部份原因是802.16a的單一赫茲（Hertz）下每秒位元數量是802.11的兩倍。此外，802.16a支援許多種QoS選擇，但是802.11只支援「盡力而為」服務（802.11e新增了優先順序的選擇）。

因為有這些選項，使802.16a需要更多個組態設定，才能夠管理用戶和各種服務。而802.16a支援802.11所不支援的網狀佈建，電信業者會比資訊業者對802.16a技術更加有興趣，一台802.16a基地台的通訊涵蓋範圍比802.11大很多。

802.16a的數據網路服務

除實體層以外，802.16a也定義媒體擷取控制層（Media Access Control；MAC），此MAC支援的數據網路服務非常廣泛，包含目前已經為家庭或企業所熟知的銅線或光纖網路。802.16a支援這些網路的實體層，當設計802.16a系統時，必須支援ATM和封包傳輸作業。

ATM的重要性在於它是目前全球電信業界的有線電基礎設施（telecom carrier infrastructure）。例如：ATM一般都支援DSL服務；ATM也應用於語音通訊。當它用來傳輸封包時，802.16a支援各種新舊的IP封包格式，包含：IPv4、IPv6、Ethernet和VLAN服務。802.16a將MAC層切割成許多次要層（sublayers），由不同的次要層來控制不同的服務，且提供共同的核心功能（common core functions）和無線通訊保密的機制。總之，這種架構的設計讓802.16a的功能既有彈性，又有效率。底下大概敘述802.16a支援的ATM和封包傳輸作業：

通訊安全、更安全

驗證（Authentication）和註冊（registration）是802.16a MAC共同部份次要層的一部份。驗證是植基於「公鑰基礎設施（Public Key Infrastructure；PKI）」技術，稱作X.509數位認證（digital certificates）。類似每一個Ethernet介面都具有一個獨自唯一的MAC位址一樣，每一位用戶端的802.16a傳收器（transceiver）都具有一個內建的認證號碼，而802.16a基地台則具有製造商賦予的另一個認證號碼。這些認證號碼可以讓用戶端的傳收器和基地台進行驗證程序，基地台會檢查此傳收器是否已被授權可以接收特定的服務項目。如果檢查資料庫的結果是已授權的，則基地台會使用用戶端傳收器的公鑰產生一個加密過的授權匙（authorization key），並傳給用戶端的傳收器。這個授權匙是將之後傳輸的數據資料予以加密和保護。

「連結隱私（Link privacy）」是另一個MAC次要層的部份功能，這個次要層稱作「隱私次要層（Privacy sublayer）」。它在共同部份次要層下方，它是由「隱私鑰管理通訊協定（Privacy Key Management protocol）」建構成的，它是DOCSIS BPI+標準的一部份。此通訊協定的姊妹版DOCSIS也應用在纜線數據機（CableModem）。DOCSIS BPI+標準是針對DOCSIS原有標準稍作修改而來的，主要考量是為了能將線纜數據機和802.16a MAC結合之故。它也使802.16a具備最先進的加解密技術。

《圖一　802.16a OFDM實體層（PHY）》

功能和優點

802.16a支援各種通訊服務品質（Quality of Service；QoS）選項，這是源自於DOCSIS的技術。802.16a能對用戶的收發機（transceiver）配置頻寬，並以此為基礎來管理；或者802.16a能針對用戶收發機與基地台所需的不同連接配置頻寬。有些用戶收發機能管理它們自己的頻寬，甚至可以從一個通訊連結（connection）中挪取部份頻寬支助另一個通訊連結。而用戶收發機也被容許可以和基地台溝通，隨時改變它的頻寬。

這麼多種不同的設計選擇可以使服務內容多樣化，例如：連結導向（connection-oriented）、固定頻寬ATM、非連結（connectionless）導向、爆發式（bursty）IP交通流量都可以在相同的裝置中共存，分別提供其不同的功能。802.16a提供的支援非常有彈性，它容許單一的用戶收發機使用一組802.16a MAC連結支援ATM網路，同時又使用另一組MAC連結支援許多IP用戶的資源分享功能。

802.16a使用排序服務（scheduling services）來配置頻寬和QoS。它具有「未經請求主動核准服務」（unsolicited grant services），提供固定和一般的配置原則，這個機制適用於ATM或T1/E1 over ATM。它的額外負擔（overhead）很小，因為用戶不需要提出改變配置的請求，因此許多控制信號的傳收程序可以被省略。同時也可以降低傳輸延遲和信號抖動（jitter）的產生。

就應用彈性而言，802.16a也定義許多種機制可以讓用戶提出改變頻寬配置的請求。這包含MAC通訊協定請求和許多種輪詢（polling）的方法。相同的機制也被應用來提供「盡力而為（best effort）」服務，亦即不支援嚴格的封包延遲或傳輸速率保證。

802.16a將通訊頻段延伸到2～11 GHz。此外，802.16a超越基地台和用戶收發機之間的通訊藩籬，它是利用網狀佈建（mesh deployment）的方法來實現上述功能。在網狀佈建中，用戶收發機可以在基地台和另一台用戶收發機之間當成一個仲介者，換言之，用戶收發機好比是一台交換機。預料支援802.16a標準的網路將提供30英哩的最大通訊範圍，並能以每秒70Mbps的速度傳送資料、語音以及影片。

除與802.11技術差異以外，802.16a產品何時能量產？這才是業界目前最關心的話題。今天，數百萬個802.11網路卡不斷地被製造出來，但是802.16a產品至今仍未量產。IEEE 802.16a標準在2003年1月通過審核，此後已有超過25家通訊設備大廠加入非營利性的WiMAX論壇，協助推動與確保各種802.16a設備之間的相容性與互通性。英特爾正計畫研發支援IEEE 802.16a標準的晶片產品，針對包括有線電視與數位用戶迴路（DSL）等現有「最後一哩」技術，提供寬頻無線存取的替代方案。目前英特爾正與最後一哩寬頻無線存取設備領導廠商Alvarion合作。英特爾所計畫開發的晶片產品包括：支援無線筆記型電腦的Centrino技術、PRO/Wireless網路連線方案、以及應用在無線基礎建設設備的IXP4XX網路處理器。

結語

未來802.11網路勢必佔據辦公室和家庭。屆時，業者想將802.11網路更換成802.16a網路，將會遭受到極大的阻力。除非業者能提出必須立即更換的理由，而且能讓企業和用戶獲得非常大的利益，如此才能如願以償。

此外，值得注意的是802.20和802.16e之間未來的競爭，甚至說802.20（MBWA；Mobile Broadband Wireless Access）和3G、802.20和802.16a/e和802.11之間未來的競爭。802.16e標準是建築在802.16a上面，適用於PDA和筆記型電腦等的行動通訊應用，而802.20適用於車輛行進中（時速250公里）的通訊應用，兩者的功能、頻段範圍也有一些類似和重覆的地方。目前可以確定的是：802.16a市場的崛起將會帶動802.16e和802.20的發展，將來3G和802.11的優勢是否仍然存在值得繼續觀察。