WiMAX网络体系结构及其应用模式探讨

文章介绍了WiMAX|0">WiMAX的概念及其特点，对WiMAX的网络体系结构，包括体系架构、端到端参考模型、网络实体、网络接口及其协议栈模型进行了详细分析，最后探讨了WiMAX的应用模式及其商业发展路线，对WiMAX的研究和应用具有一定的参考价值。

1、WiMAX的概念及其特点

随着通信网的进一步发展，WiMAX作为一种面向"最后一公里"接入的标准，尤其在目前全球缺乏统一宽带无线接入标准之际，有重要现实意义与战略价值。该标准大体可以分为两种，一种是IEEE802.16d标准，支持固定宽带无线接入系统空中接口；另外一种就是目前正在制定中的IEEE802.16e、支持固定和移动性的宽带无线接入系统空中接口标准。

全球微波接入互操作性（WiMAX，WorldInteropera-bilityforMicrowave Access）是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网（BWA-MAN）技术，也可以称为IEEE Wireless MAN。该技术是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准，其主要目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效地互操作的宽带无线接入手段。WiMAX具有如下特点：

（1）传输距离远：无线信号传输距离最远可达50km，并能覆盖半径达1.6公里的范围，是3G基站的10倍。

（2）传输速率高：可实现高达74.81Mb/s的传输速度。

（3）容量高：WiMAX的一个基站可以同时接入数百个远端用户站。

（4）灵活的信道宽度：WiMAX能在信道宽度和连接用户数量之间取得平衡，其信道宽度由1.5MHz到20MHz不等。

（5）QoS性能：可向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音业务。

（6）丰富的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体通信服务。

（7）保密性：支持安全传输，并提供鉴权与数字加密等功能。

由于上述特点及其建网快、见效早的优点，WiMAX具有重要现实意义与战略价值。而且就覆盖环境限制及部属成本考虑，对于用xDSL、CableModem方式不能有效覆盖、不便于和不值得部署有线网络的区域，WiMAX更是大有用武之地。

2、WiMAX网络体系结构

2.1网络体系架构

WiMAX网络体系如图1所示，包括：核心网、用户基站（SS）、基站（BS）、接力站（RS）、用户终端设备（TE）和网管。

图1 WiMAX网络体系结构

（1）核心网络：WiMAX连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。WiMAX提供核心网络与基站间的连接接口，但WiMAX系统并不包括核心网络。

（2）基站：基站提供用户基站与核心网络间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。

（3）用户基站：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式。

（4）接力站：在点到多点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力，也就是说充当一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的中继站。接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向激战的上行频率相同，当然也可以采用不同的频率。

（5）用户终端设备：WiMAX系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接口，提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于WiMAX系统。

（6）网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用户基站，提供查询、状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。

2.2端到端的参考模型

WiMAX网络的参考模型分为非漫游模式和漫游模式，分别如图2和图3所示。其功能逻辑组，包括移动用户台（MSS）、接入网络（ASN）、连接服务网络（CSN）和应用服务提供商（ASP）网络。与图2相比，图3主要增加了CSN之间的R5参考点。另外，WiMAXNWG规范不定义CSN和ASP之间的接口。

图2 非漫游模式端到端参考模型

图3 漫游模式端到端参考模型

2.3网络实体

（1）接入网络

接入网络（ASN）由BS和接入网关（ASNGW）组成（如图4所示），可以连接到多个CSN，为不同NSP的CSN提供无线接入服务。其中，BS用于处理IEEE802.16空中接口，包括BS和SS两种；ASNGW主要处理到CSN的接口功能和ASN的管理。ASN管理IEEE 802.16空中接口，为WiMAX用户提供无线接入，主要功能有：发现网络；在BS和MSS之间建立两层连接，协助高层与MSS建立三层连接；ASN内寻呼和移动性管理；ASN和CSN之间隧道建立和管理；无线资源管理；存储临时用户信息列表。

图4 ASN参考模型

（2）连接服务网络

连接服