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Wi-Fi與WiMAX在寬帶無(wú)線接入方面的對(duì)比分析

作者: 時(shí)間:2007-12-03 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的主流技術(shù)的比較,找出其各自的優(yōu)缺點(diǎn),從而得出相互配合成為“最后一公里”問(wèn)題的解決方案。

當(dāng)前有線接入技術(shù)主要有高速數(shù)字環(huán)路(xDSL)、光纖接入方式、雙向混合光纖/同軸電纜(HFC)等,這些技術(shù)在面臨一些邊遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)無(wú)不面臨著距離太遠(yuǎn)難于部署,或者部署起來(lái)太困難以致代價(jià)過(guò)于昂貴等諸多困難。與此相比,目前主流的(BWA)技術(shù)就恰好可以解決這樣的問(wèn)題。下面主要討論Wi-Fi與WiMAX在技術(shù)上的不同以及兩者如何配合來(lái)形成一個(gè)良好地“最后一公里”問(wèn)題的解決方案。

1、現(xiàn)狀

主要面臨三的問(wèn)題,即回程、接入和覆蓋。如果說(shuō)具有高增益天線的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可以解決接入問(wèn)題,以Mesh網(wǎng)形式部署的IEEE802.11熱區(qū)可以解決覆蓋問(wèn)題,那么回程問(wèn)題該如何解決呢?一是采用傳統(tǒng)的有線回程,但這種方法成本很高,而且目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)施,其回程的具體實(shí)施形式也是五花八門(mén);二是采用WiMAX技術(shù)。

Wi-Fi,也就是IEEE802.11,由于最初是為無(wú)線局域網(wǎng)而設(shè)計(jì)的,所以在面對(duì)寬帶無(wú)線接入上會(huì)有一些問(wèn)題,例如AP間的通訊缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),昂貴的回程消耗,在缺少Q(mào)oS的情況下不能提供優(yōu)質(zhì)的VoIP服務(wù)等等。根據(jù)物理層的不同,目前廣泛使用的有三個(gè)版本的802.11協(xié)議,分別是802.11a、802.11b和802.11g。在實(shí)施形式上主要有兩種,一是具有定向天線的Wi-Fi,一是具有Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Wi-Fi。前者用作解決DSL(DigitalSubscriberLine)和DOCSIS(DataOverCableInterfaceSpecification)的接入問(wèn)題,但仍受限于距離不能過(guò)長(zhǎng),而且缺乏QoS和統(tǒng)一的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)也限制了這種方式的可擴(kuò)展性。后者解決了覆蓋問(wèn)題,并且Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較定向天線的結(jié)構(gòu)具有更好的可擴(kuò)展性,但是缺乏QoS和內(nèi)部AP缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)也限制了Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更進(jìn)一步的發(fā)展。這兩種Wi-Fi的部署形式最高可以提供54Mbps的傳輸速率,覆蓋范圍可以超過(guò)10公里。

WiMAX,也就是IEEE802.16,目前具有兩種形式,一是解決固定接入的802.16-2004,一是解決移動(dòng)接入的802.16e。雖然WiMAX出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng),但發(fā)展態(tài)勢(shì)良好,最近又被ITU接受為3G標(biāo)準(zhǔn)之一,解決了無(wú)固定頻率問(wèn)題,為WiMAX的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2、Wi-Fi在寬帶無(wú)線接入的方案

Wi-Fi的寬帶無(wú)線接入方面主要有兩種方案:具有高增益定向天線的固定式接入和具有Mesh網(wǎng)絡(luò)的熱區(qū)式接入。在頻率方面,802.11a在AP到AP的通訊間采用5GHz頻率,802.11b和802.11g在熱區(qū)內(nèi)采用2.4GHz頻率。在調(diào)頻模塊上三者也有不同,802.11b采用DSSS(直接序列擴(kuò)展頻譜),支持帶寬最高可達(dá)11Mbps;802.11a和802.11g采用OFDM(正交頻分復(fù)用技術(shù)),支持帶寬最高可達(dá)54Mbps,而且OFDM這種調(diào)制方式更加適合室外的環(huán)境。

802.11標(biāo)準(zhǔn)提供64個(gè)子載波,這些子載波從BS(basestation)或AP發(fā)出,在SS(subscriberstation)或client重新組合,采用DSSS技術(shù)的802.11b,在非視距情況下(NLOS:non-line-of-sight)下,載波由于被障礙物反射而造成多路干擾(MPI:multi-pathinterference),而采用OFDM技術(shù)的802.11a和802.11g可以避免大的時(shí)延,從而對(duì)MPI有良好的抗性。

802.11采用載波監(jiān)聽(tīng)多路復(fù)用/沖突避免(CSMA/CA:carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance)協(xié)議來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)沖突。CSMA/CA的工作機(jī)制是在真實(shí)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送之前首先由CSMA/CA廣播一個(gè)信號(hào)來(lái)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上是否有沖突的情形,并且告訴其他設(shè)備不要進(jìn)行廣播。這種協(xié)議的弊端是在一個(gè)802.11網(wǎng)絡(luò)中,隨著訂戶數(shù)的不斷增加,維護(hù)每一個(gè)訂戶的開(kāi)銷也不斷增大,最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)速度急劇下降。

增加覆蓋可以采用定向天線或是全向天線,定向天線只在一個(gè)方向發(fā)送和接收信號(hào),較適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接;而全向天線是全方位的發(fā)送和接收信號(hào),較適用于Mesh網(wǎng)絡(luò)的情況。

Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展了傳統(tǒng)的有線和無(wú)線局域網(wǎng)的范圍。在Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)互通互聯(lián),并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)間共享通訊協(xié)議,Mesh網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)將基于802.11a,802.11b,802.11g協(xié)議的節(jié)點(diǎn)互相連接起來(lái)。由于802.11a采用5GHz頻率,不會(huì)與適用2.4GHz頻率的802.11b和802.11g相互疊加,所以用于AP與AP之間的連接,而AP與客戶端的連接通常使用802.11b或802.11g。Mesh網(wǎng)絡(luò)有時(shí)也被稱作“多跳”網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間有效地傳遞,當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)受阻時(shí),數(shù)據(jù)可以選擇從其他的路徑傳遞下去,而且隨著節(jié)點(diǎn)的增減或已有節(jié)點(diǎn)位置的改變,Mesh網(wǎng)絡(luò)還具有自適應(yīng)性。

相對(duì)于單跳的802.11網(wǎng)絡(luò),Mesh網(wǎng)絡(luò)有其自身的特點(diǎn):

1、平衡負(fù)載,Mesh網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的冗余度以利負(fù)載平衡。在比較繁忙的網(wǎng)絡(luò),例如有兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的通訊,每臺(tái)設(shè)備附近都有許多節(jié)點(diǎn)可供選擇,創(chuàng)建多條路徑來(lái)平衡負(fù)載。而單跳網(wǎng)絡(luò)則沒(méi)有動(dòng)態(tài)調(diào)整的能力。

1、健壯性,因?yàn)镸esh網(wǎng)絡(luò)不像單跳網(wǎng)絡(luò),僅僅依靠一個(gè)節(jié)點(diǎn),一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者有沖突發(fā)生,Mesh網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)工作,數(shù)據(jù)也可選擇替代路徑繼續(xù)傳遞。

2、空間的復(fù)用性,Mesh網(wǎng)絡(luò)可以充分地利用帶寬。在一個(gè)單跳環(huán)境中,所有設(shè)備不得不共享一個(gè)節(jié)點(diǎn),如果多臺(tái)設(shè)備同時(shí)要求接入網(wǎng)絡(luò),那么必然導(dǎo)致速度變慢;而Mesh網(wǎng)絡(luò),多設(shè)備可以同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò),卻通過(guò)不同的節(jié)點(diǎn)。

總之,Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

優(yōu)點(diǎn):滿足802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛使用、對(duì)于小范圍的部署初始投資有限、不局限于有線網(wǎng)的靈活性

缺點(diǎn):為了覆蓋更大的地區(qū)需要建立更多的訂閱基站(subscriberbase)、共享帶寬、延時(shí)、外圍設(shè)備的投入、隱藏節(jié)點(diǎn)問(wèn)題

3、WiMAX在寬帶無(wú)線接入方面的方案

IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)初衷是解決固定接入的問(wèn)題,而IEEE802.16e則面向移動(dòng)設(shè)備如何接入WiMAX網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的。前者的調(diào)制方式時(shí)OFDM,后者的調(diào)制方式是OFDMA,與OFDM的相同之處在于都把載波分割為多個(gè)子載波,不同之處在于OFDMA比OFDM更進(jìn)一步,經(jīng)多個(gè)子載波再合并為子信道。

802.16-2004媒體接入控制層(MAC)為長(zhǎng)距離的連接做過(guò)優(yōu)化,可以容忍更長(zhǎng)的時(shí)延以及時(shí)延的變化。在無(wú)需照牌頻率范圍內(nèi)WiMAX設(shè)備使用時(shí)分雙工通訊模式(TDD),在需牌照頻率范圍內(nèi)可以使用時(shí)分雙工通訊模式(TDD),也可以使用頻分雙工模式(FDD)。

在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)下,OFDM信號(hào)分為256個(gè)子載波,而不想802.11那樣分成64個(gè)。

802.16-2004和802.11的物理層(PHY)都做出了容忍延時(shí)的設(shè)計(jì),由于802.11標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)傳送距離是100米,所以它僅僅能夠容忍900納秒的時(shí)延,而802.16-2004則可以容忍10毫秒的時(shí)延,幾乎是802.11標(biāo)準(zhǔn)的1000倍。

與802.11不同,802.16采用一種稱為授權(quán)請(qǐng)求接入的協(xié)議,這種協(xié)議不會(huì)允許數(shù)據(jù)沖突,因此可以更加有效地利用帶寬,除此之外,802.16較802.11的優(yōu)越之處還包括:

1、改進(jìn)用戶的連接,憑借802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)靈活的帶寬設(shè)置,比起固定為20MHz的信道寬的802.11標(biāo)準(zhǔn),802.16-2004可以服務(wù)更多的低速率用戶而無(wú)需浪費(fèi)帶寬。這樣可以比802.11明顯提高用戶的在線率。

2、高質(zhì)量的服務(wù),802.16-2004既可以為商業(yè)客戶提供更高的帶寬、為語(yǔ)音和視頻應(yīng)用提供低延時(shí),也可以為家庭用戶提供便宜的低速接入服務(wù)。

3、802.16-2004的設(shè)計(jì)初衷就是滿足無(wú)線城域網(wǎng)的要求,所以對(duì)WMAN提供全力支持。

4、健壯的載波級(jí)操作,隨著用戶數(shù)量的增減,線性地影響上網(wǎng)速度,而不像802.11那樣會(huì)有劇烈地變化。

當(dāng)SS與BS之間的距離增加時(shí),或者SS開(kāi)始移動(dòng)時(shí),在SS和BS之間的數(shù)據(jù)傳輸就可能失敗。尤其像那種功率很小的筆記本電腦在寬頻條件下很難在較遠(yuǎn)距離處與BS進(jìn)行通信。例如802.11的信道就帶寬固定為20MHz,而與此相對(duì)第三代移動(dòng)通訊限制帶寬大概在1.5MHz。802.16-2004和802.16e則有著靈活的信道帶寬,范圍在1.5-20MHz之間。利用智能天線的幫助,還可以提高頻普密度和信噪比,前景廣闊。

總之,WiMAX的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

優(yōu)點(diǎn):內(nèi)建的QoS、高性能、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、有智能天線支持

缺點(diǎn):新技術(shù),還不成熟

4、結(jié)論

在Wi-FiMesh網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,WiMAX能夠允許更多的無(wú)線接入的數(shù)量、更加經(jīng)濟(jì)的回程方式和更快的接入性能,有望融合Wi-Fi網(wǎng)絡(luò),與其相互配合成為“最后一公里”的解決方案。

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