摘要：WiMAX作為一種“最后一公里”無線寬帶接入的網絡解決方案已得到很多認可。為了深入理解WIMAX(IEEE 802．16)在解決“最后一公里”接入問題上的優勢，將對現有的主流寬帶接入技術進行分析比較，并展望了WiMAX未來所面臨的問題。
關鍵詞：全球微波接入互操作性；IEEE 802．16；“最后一公里”；QoS

0 引言
隨著Internet的爆炸式發展，互聯網上的商業應用和多媒體等服務也得以迅猛推廣。占用大量帶寬資源的業務不斷開展，導致對接入網的部署提出了更高的要求，實現接入高速化、寬帶化，解決網絡瓶頸問題也就成了當務之急。“最后一公里”的接入目前仍是骨干網與城域網的瓶頸，不斷尋求大容量、高性價比的寬帶接入技術一直是各方的關注焦點。WiMAX(IEEE 802．16)作為面向“最后一公里”接入技術的出現，以其高帶寬，低成本，部署靈活等優勢，受到業界的追捧，有著重要的現實意義與戰略價值。
為了深入理解WIMAX(IEEE 802．16)在解決“最后一公里”接入問題上的優勢，本文將對現有的主流寬帶接入技術進行分析比較，并展望了WiMAX的未來所面臨的問題。

1 目前主流的寬帶接入方式
1．1 ADSL
ADSI(Asymmetrical IDigital Subscriber Line，非對稱數字用戶環路)是一種能夠通過普通電話線提供寬帶數據業務的技術。ADSL方案的最大特點是不用改造傳輸線路，完全可以利用普通銅質電話線作為傳輸介質，有效的傳輸距離在3～5公里范圍以內，理論上支持上行速率640kbps到lMbps、下行速率1Mbps到8Mbps的高速數據傳輸。ADSL標準完善，產品互通性好，能提供QoS保證。
但由于受骨干網帶寬、網站服務器速度以及線路狀況的限制并基于經濟性等方面的考慮，現階段運營商在開放AD―SL接入業務時提供的下行帶寬一般限制在512kMbps～2Mbps范圍內。ADSL的非對稱性和帶寬可擴展能力差也會嚴重制約網絡多媒體業務的開展。
1．2 FTTX+LAN
FTTX+LAN接入是采用光纖以太網技術，先鋪設光纖到樓或是到小區，而后網線入戶。由于采用光纖接入，在抗干擾方面較ADSL方式更加出色，同時LAN接入的上下行速率是相同的，所以不會產生由于上行速率的限制導致干擾的情況。因而具有帶寬高、穩定性好、技術成熟等優勢，是目前網絡技術中性能最佳的接入技術。
不過，LAN接入無法像ADSL一樣，單獨為某個用戶開通，它需要鋪設光纖接入城域網，需要小區綜合布線，所以在選擇這種接入方式時要考慮所在地是否具備開通條件。

2 無線寬帶接入的需求
在實現“最后一公里”寬帶接入方面，多種寬帶接入技術可供網絡運營商選擇。每一項技術都有其優點，并不是在所有市場中都適用，在某些情況下使用這些技術會很不經濟。例如，在城市中心區和無光纖資源的小區，若采用FTTX寬帶接入方式，網絡建設費用和開通成本將會很高；又如采用ADSL作為寬帶接入方式，只適用于擁有銅線資源的傳統電信運營商，而新興的電信運營商將受到資源短缺的限制。因而，無線接入以其自由度高、開通快、地理環境適應性強、維護簡便和維護費用低等有線接入無法替代的優勢，在接入網中的地位越來越高，并已漸漸成為接入市場上的熱點技術。
寬帶無線接入的網絡架構由無線個域網(WPAN)、無線局域網(WLAN)、無線城域網(WMAN)、無線廣域網(WWAN)等共同組成。其中，IEEE 802．16標準制定了WMAN的技術規范，主要解決“最后一公里”的接入需求。

3 WiMAX協議體系
WiMAX是IEEE 802．16的代名詞，它的全稱為全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，適用于2～66GHz頻段的空中接口規范，覆蓋范圍可達50kin，每基站提供的總數據速率最高可達280Mb／s。目前802．16系列標準中，802．16d和802．16e是兩個主流的空中接口標準。IEEE 802．16d是固定寬帶無線接入系統空中接口規范，不支持移動通信環境；IEEE 802．16e是802．16d的進一步延伸，是固定和移動寬帶無線接入系統空中接口規范，支持便攜和移動環境，最終支持的移動速度可達．120km/h。
IEEE802．16協議中定義了兩種網絡結構：點對多點(PMP)結構和網格(mesh)結構。點對多點結構即一個基站(BS)為多個用戶站(SS)提供服務，從基站到用戶站的鏈路稱為下行鏈路，從用戶站到基站的鏈路稱為上行鏈路。業務僅在基站和用戶站之間傳送。而網格結構與點對多點結構最主要的不同在于，在網格結構中業務可以通過其他用戶站轉發，也就是說在網格結構中業務可以不通過基站可以直接在用戶站之間傳送。
一個完整的802．16系統應包括的網絡實體有：用戶設備(UE)、用戶站(SS)、基站(BS)和核心網(CN)。系統的框架如圖l所示。

4 WiMax的應用場景
WiMAX論壇給出了WiMAX技術的5種應用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動。
(1)固定應用場景：固定接入業務是802．16運營網絡中最基本的業務模型，包括用戶因特網接入、傳輸承載業務及Wi-Fi熱點回程等。
(2)游牧應用場景：游牧式業務是固定接入方式發展的下一個階段。終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網絡中；在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接入；在兩次不同網絡的接入中，傳輸的數據將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源管理功能。
(3)便攜應用場景：在這一場景下，用戶可以步行連接到網絡，除了進行小區切換外，連接不會發生中斷。便攜式業務在游牧式業務的基礎上進行了發展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業務的應用模型與固定式業務和游牧式業務相同。當終端進行切換時，用戶將經歷短時間(最長為2s)的業務中斷或者感到一些延遲。切換過程結束后，TCP／IP應用對當前IP地址進行刷新，或者重建lP地址。
(4)簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到60km／h～120km／h時，數據傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數據包的丟失將控制在一定范圍內，在最差的情況下，TCP／IP會話不中斷，但應用層業務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。簡單移動和全移動網絡需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動數據業務是移動場景(包括簡單移動和全移動)的主要應用，包括目前被業界廣泛看好的移動E―mail、流媒體、可視電話、移動游戲、移動VoIP(MVoIP)等業務，同時它們也是占用無線資源較多的業務。
(5)全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km／h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。

5 WiMAX的QOS機制
802．16x標準的MAC層支持不佳的用戶環境，能夠應用于在每個信道上可能有成百上千個用戶的環境。802．16MAC具有帶寬分配和QoS機制。802．16的MAC層是靠同意、請求協議接入媒體的，它支持不同檔次的服務。WiMAX可以向用戶提供具有QoS性能的數據、視頻、話音(VoIP)業務。WiMAX可以提供三種等級的服務：CBR(ConstantBi―tRate)、CIR(CommittedRate)、BE(BestEffort)。CBR的優先級最高，任何情況下網絡操作者與服務提供商以高優先級、高速率及低延時為用戶提供服務，保證用戶訂購的帶寬。CIR的優先級次之，網絡操作者以約定的速率提供，但速率超過規定的峰值時，優先級會降低，還可以根據設備帶寬資源情況向用戶提供更大的傳輸帶寬。BE的優先級更低，這種服務類似于傳統IP網絡的盡力而為的服務，網絡不提供優先級與速率的保證。在系統滿足其他用戶較高優先級業務的條件下，盡力為用戶提供傳輸帶寬。

6 亟待解決的問題
6．1 如何與現有網絡的相互融合問題
目前WiMAX產品主要還是一種接入和傳輸手段，802．16―2004也只是規定空中的接口問題，對于業務、用戶的認證、計費等在標準上還沒有一個統一的考慮。在這種情況下，如何利用現有的核心網絡完成用戶認證管理、計費平臺的統一是WiMAX產品作為一種新的“最后一公里”解決方案的一個關鍵問題。
6．2 如何解決室內覆蓋問題
作為一個無線系統，不能只實現室外覆蓋，否則會產生極高的安裝成本，這些成本包括直接的材料和安裝費用成本，還包括其它的成本，如物業、安裝位置的租賃費用等。另外，室外型的安裝方式也大大地限制了潛在用戶的范圍，限制了運營商的客戶發展。而要實現室內覆蓋，需要有足夠的鏈路余量，具體到WiMAX產品，就需要AAS、STC、子載波等技術能夠快速地集成到WiMAX產品當中。
6．3 如何解決網絡安全問題
在安全性上，MAC層中有一個專用子層提供認證、保密和加密功能。但是要想真正保證WiMAX的安全性，還必須擴大安全子層，對管理信息進行加密；規范授權SA；規范隨機數發生器；改善密鑰管理；實現包括WLAN、WAPI等的無線多網互通安全機制報告，最后還要考慮與2G、3G系統共用AAA體系的過程。

7 結束語
WiMAX作為一種“最后一公里”無線寬帶接入的網絡解決方案已得到很多運營商的認可。隨著網上多媒體技術的日益應用發展，傳輸速率更高的無線網絡設備將會涌現，無線寬帶網設備和服務的投資前景將會非常樂觀。在無線寬帶網用戶和國際眾多運營商的推動下，未來幾年內，高速WiMAX網絡的應用將會成為未來網絡的技術主流之一。