基于IMS的3G和WiMAX业务融合的探讨

基于IMS的3G和WiMAX业务融合的探讨摘要利用WiMAX技术作为3G有效的接入补充方式，提出了3G和WiMAX业务融合的概念和实现目标，并给出了二者基于IMS的业务融合体系结构。认为实现业务融合的关键技术包括统一的会话管理、统一的用户标识、统一的用户数据及签约信息管理、统一的帐单服务以及统一的业务提供，分析了对应的解决方法。采用IMS作为业务层融合的网络平台，与3G核心网的演进以及基于IMS的固定、移动网络融合的下一代网络演进思路完全一致，对3G网络建设和规划具有很好的参考意义。关键词：3GWiMAXIEEE802.16融合引言目前，中国3G的市场发展和网络建设规划到了一个比较关键的时期。虽然，3G的目标是为更广大的移动用户提供高速的语音、数据和多媒体业务，但在相当长的一段时间内，语音和中低速数据业务将仍是3G能提供的主要业务。同时，宽带无线接入技术的发展，以及与现有2G/2.5G系统的互补应用，使它们也成为3G系统的强大竞争对手。因此，对于网络运营商来说，在部署3G的初期选择一种先进的宽带无线接入技术作为3G网络的接入补充，不仅可以为用户提供优质的语音业务，同时能够为用户提供丰富多彩的数据、多媒体及差异化业务，从而大大增强3G运营商的竞争力。因此，对于3G网络运营商来说，在建设3G网络的初期就应首先考虑在业务层面实现WiMAX和3G的融合，并以此作为3G网络建设及业务推广的切入点，利用WiMAX高速率、高带宽、低成本的优势为3G用户提供高速上网及其它多媒体业务。这对于3G网络运营商在3G开展的初期快速进入和占领电信市场，并在激烈的市场竞争中占据有力地位具有非常重要的意义。3G和WiMAX业务融合的基本目标是：在网络互通的基础上共享业务系统，通过统一的业务系统为最终用户提供统一的业务体验，使用户通过不同的终端接入不同的网络来访问同样的业务，实现统一账单、统一数据库管理等功能，并尽可能实现业务的统一开发、统一控制。对用户来说，业务融合要以保障现有服务质量为基础，提供更加丰富的业务；对运营商来说，业务融合要以重用现有的网络资源为主，支持向以网络融合、终端融合后的业务移动性和移动环境下的业务无缝切换为最终目标的平滑演进。1选题背景1.1WiMax的发展WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX是IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在IEEE802.16工作组中开发的无线城域网(WMAN)技术，WiMAX也是IEEE802.16d/e技术的别称。20世纪90年代宽带无线接入技术发展迅速，以本地多点分配系统(LMDS)和多信道多点分配为代表的无线技术的市场定位为小型办公室(SOHO)、中/小企业、城市商业中心等用户。但是这一产业并没有像人们预期的那样进一步繁荣壮大，一个重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。1999年，IEEE成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入技术规范，目标是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。目前IEEE802.16主要提及两个标准：802.16-2004即802.16d固定宽带无线接入标准和802.16e支持移动特性的宽带无线接入标准。IEEE802.16d标准于2004年10月1日发布，它规范了固定接入下用户终端同基站系统之间的空中接口，主要定义空中接口的物理层和MAC层。802.16e标准的最大特点在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在＜6GHz适宜于移动性的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动，同时802.16d规定的固定无线接入用户能力并不因此受到影响。IEEE802.16工作组主要针对WirelessMAN的物理层和MAC层制定规范和标准。为了形成一个可运营的网络，IEEE802.16技术必然需要其他部分的支撑，所以WiMAX论坛应运而生。WiMAX论坛成立于2001年4月，最初该组织旨在对基于IEEE802.16标准和ETSIHiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，通过WiMAX认证的产品会拥有“WiMAX(r)CERTIFIED”标识。随着802.16e技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，不仅要建立一整套基于IEEE802.16标准和ETSIHiperMAN标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。1.2国内外研究现状、水平与发展趋势1.2.1发展状况目前，WiMAX在设备制造方面，最为积极的主要有LMDS和MMDS以及一些拥有OFDM知识产权的解决方案提供商。不过传统电信厂家在这个领域并不积极，而Nokia在2004年上半年先退出后加入的举动，也可以看出电信厂家在这个技术上的犹豫不决。虽然摩托罗拉、北电等主要电信厂家2004年下半年纷纷加入WiMAX联盟，但并末投入过多精力进行产品研发。另外值得一提的是，Intel在WiMAX的发展中起到了非常关键的作用。Intel通过内置WLAN芯片的“迅驰”笔记本芯片获得了巨大成功，但WLAN在技术上存在很多局限性，如覆盖范围、使用开放频段易受干扰等问题。因此，Intel希望通过WiMAX进一步巩固其市场霸主地位，进一步扩大无线接入的影响力。Intel已经在2004年9月推出了基于802.16d的Rosedale芯片，并计划2006年将802.16e的芯片植入笔记本，实现便携性。Intel预计2008年，内置WLAN的笔记本将超过7000万，而内置WiMAX芯片的笔记本达到5000万。WiMAX的市场才刚刚起步，各个厂家的设备大部分仍在研发或使用当中，只有少数运营商正在筹划展开基于802.16d的测试和试运营。由于这些大部分运营商手中握有原来的MMDS频率，尤其是3G以下频率资源，因此希望借此机会提供宽带无线业务，甚至切入移动数据市场，与移动运营商竞争。而大多数移动运营商对WiMAX态度冷淡，美国Nextel就对外宣称，WiMAX的移动性能很难达到移动运营商的要求，因此放弃对此技术的进一步试验。1.2.2应用前景宽带无线接入技术是各种有线接入技术强有力的竞争对手，在高速因特网接入、双向数据通信、私有或公共电话系统、双向多媒体服务和广播视频等领域具有广泛的应用前景。相对于有线网络，宽带无线接入技术具有巨大的优势，如：*无线网络部署快，建设成本低廉*无线网络具有高度的灵活性，升级方便*无线网络的维护和升级费用低WiMax无线网络的技术以及其应用前景介绍*无线网络可以根据实际使用的需求阶段性地进行投资WiMax的应用主要可以分成两个部分，一个是固定式无线接入，一个是移动式无线接入。802.16d（IEEE802.16-2004）属于固定无线接入标准，而802.16e属于移动宽带无线接入标准。INTEL已经宣布开发出符合IEEE802.16-2004标准的芯片，并且从2006年开始WiMAX技术被逐步引入笔记本电脑中。相信不需要太多时间，WiMax即可得到广泛的应用。其主要的应用范围主要有：*中国幅员辽阔，存在很多经济欠发达地区，在这些地方的信息化建设是非常落后的。应用低成本的WiMax技术则可以给那里架起一座信息高速公路，对当地的经济发展会有很大的促进作用。*应用WiMax技术可以迅速部署完成一个高速数据通信网络。例如2008年奥运会期间可以在奥运场馆构建WiMax网络。*可以使用WiMax技术在大学校园内部署高速无线网络。使用WiFi技术的校园无线网络已经十分普遍，但是WiMax要比WiFi先进很多，WiMax使用很少的基站即可达到整个校园的无线信号无缝连接。同广泛使用的无线网络相比，WiMax技术有着自己独特的优势。WiFi技术可以提供高达54Mbps的无线接入速度，但是它的传输距离十分有限，仅限于半径约为100米的范围。移动电话系统可以提供非常广阔的传输范围，但是它的接入速度却十分缓慢。WiMax的出现刚好弥补了这两个不足。因此，WiFi（无线局域网），WiMax（无线城域网），3G（无线广域网）三者的结合会创造出一个完美的无线网络。随着无线通信技术的不断发展，集成了这三种技术的移动终端能够随时随地提供高速无线连接，借用一句广告语：“未来是无线的”。2WiMAX与Wi-Fi技术的区别为了对WiMAX与Wi—Fi技术进行对比分析，这里从两者的传输范围、传输速度、网络安全性以及标准竞争方面进行分析。2.1、传输范围分析WiMAX的设计可以在需要执照的无线频段，或是公用的无线频段进行网络运作。只要系统企业拥有该无线频段的执照，而让WiMAX在授权频段运作时，WiMAX便可以用更多频宽、更多时段与更强的功率进行发送。一般来说，只有无线IS／7．企业才会使用授权频宽的WiMAX技术。至于Wi—Fi的设计则只在公用频段中的2．4GHz到5GHZ之间工作。美国的联邦通讯委员会(FCC)规定Wi—Fi一般的传输功率要在1毫瓦到100毫瓦之间。一般的WiMAX的传输功率大约100千瓦，所以Wi—Fi的功率大约是WiMAX的一百万分之一。使用Wi—Fi基地台一百万倍传输功率的WiMAX基地台，会有比Wi—Fi终端更大的传输距离，这也是显而易见的了。虽然WiMAX显然有较长的传输范围，在使用WiMAX基地台时必须注意，要有一个授权的无线电频段才能使用。而如果WiMAX跟Wi—Fi一样都使用未授权的工作频段，则它的传输优势就消失了。WiMAX跟Wi—Fi都是基于无线频段传输的技术，所以受同样的物理定律限制。反之，如果在同样的条件下，让Wi—Fi使用授权频带，Wi—Fi同样也可以跟WiMAX一样有较大的传输范围。另外，虽然WiMAX可以利用较新的多径处理技术，目前新推出的pre—NMIMO(多天线双向传输)技术Wi—Fi产品也使用了该技术。2.2、传输速度分析WiMAX的技术优势大多数人都看好是传输速度的优势。虽然WiMAX声称最高速度每秒70mbyte，然而最新的Wi—FiMIMO理论上也有每秒108mbyte的最高速度，而实际环境下也有45mbps的速度，已经是经过实验验证确认其速度约为45mbps。而WiMAX的商用产品目前很少。而WiMAX技术也会受技术问题与物理定律所限制。无线ISP企业在组建WiMAX网络的时候，同样会遇到现今其他无线企业会遇到的频宽竞争的难题。授权频段的WiMAX系统涵盖范围极大，约数十公里，其组建的困难可说是一把两刃剑。这是因为无线覆盖范围非常大，里面会有极多的使用者同时竞争同样的频宽。即使无线ISP企业使用多个独立的频道来运作，在同一个频道中，还是会有数倍于Wi—Fi的使用人数。一般来说，一家无线ISP企业，不管是无线微波企业、3G行动企业，到卫星电话企业，同样都会遇到频宽竞争与QoS(服务品质)管控的问题。如果网络的延迟在大约200到2000毫秒间，这种网络很难使用VoIP、视讯会议、网络游戏，或任何其他的即时应用。理论上可以在WiMAX加上QoS机制，以供VoIP使用，知识目前仍然没有商用的产品出现。而在Wi—Fi技术方面，Spectralink上的QoS运作效果已被证实，同时802．1le的无线QoS标准也将要推出。无线ISP企业的WiMAX组建一般会比非授权的WiMAX或Wi—Fi基地台组建要慢一些，因为对无线ISP企业不太可能会去让少数用户使用整个频段。使用公用频段的WiMAX基地台，与Wi—Fi基地台的设置两者哪一个速率更快，在实际应用上取决于商用产品的推出。由于理论上他们的传输功率与频段大致相同，而市场上已经有大量而且成熟的Wi—Fi产品。Wi—Fi在非授权频段这一边已经领先一大步，因此WiMAX多是往无线ISP企业的方向来推动发展。2.3、安全性分析WiMAX与Wi—Fi从安全性的角度来说，实际上WiMAX使用的是与Wi—Fi的WPA2标准相似的认证与加