1、现状
宽带无线接入主要面临三方面的问题,即回程、接入和覆盖。如果说具有高增益天线的Wi-Fi网络可以解决接入问题,以Mesh网形式部署的IEEE802.11热区可以解决覆盖问题,那么回程问题该如何解决呢?一是采用传统的有线回程,但这种方法成本很高,而且目前还没有统一的标准可以实施,其回程的具体实施形式也是五花八门;二是采用WiMAX技术。
Wi-Fi,也就是IEEE802.11,由于最初是为无线局域网而设计的,所以在面对宽带无线接入上会有一些问题,例如AP间的通讯缺乏统一的标准,昂贵的回程消耗,在缺少QoS的情况下不能提供优质的VoIP服务等等。根据物理层的不同,目前广泛使用的有三个版本的802.11协议,分别是802.11a、802.11b和802.11g。在实施形式上主要有两种,一是具有定向天线的Wi-Fi,一是具有Mesh网络拓扑结构的Wi-Fi。前者用作解决DSL(DigitalSubscriberLine)和DOCSIS(DataOverCable Interface Specification)的接入问题,但仍受限于距离不能过长,而且缺乏QoS和统一的设备标准也限制了这种方式的可扩展性。后者解决了覆盖问题,并且Mesh网络拓扑结构较定向天线的结构具有更好的可扩展性,但是缺乏QoS和内部AP缺乏统一标准也限制了Mesh网络拓扑结构更进一步的发展。这两种 Wi-Fi的部署形式最高可以提供54Mbps的传输速率,覆盖范围可以超过10公里。
WiMAX,也就是IEEE802.16,目前具有两种形式,一是解决固定接入的802.16-2004,一是解决移动接入的802.16e。虽然WiMAX出现的时间不长,但发展态势良好,最近又被ITU接受为3G标准之一,解决了无固定频率问题,为WiMAX的进一步发展奠定了基础。
2、Wi-Fi在宽带无线接入方面的方案
Wi-Fi的宽带无线接入方面主要有两种方案:具有高增益定向天线的固定式接入和具有Mesh网络的热区式接入。在频率方面,802.11a在AP到AP的通讯间采用5GHz频率,802.11b和802.11g在热区内采用2.4GHz频率。在调频模块上三者也有不同,802.11b采用DSSS(直接序列扩展频谱),支持带宽最高可达11Mbps;802.11a和802.11g采用OFDM(正交频分复用技术),支持带宽最高可达54Mbps,而且OFDM这种调制方式更加适合室外的环境。
802.11标准提供64个子载波,这些子载波从BS(basestation)或AP发出,在SS(subscriberstation)或client重新组合,采用DSSS技术的802.11b,在非视距情况下(NLOS:non-line-of-sight)下,载波由于被障碍物反射而造成多路干扰(MPI:multi-pathinterference),而采用OFDM技术的802.11a和802.11g可以避免大的时延,从而对MPI有良好的抗性。
802.11采用载波监听多路复用/冲突避免(CSMA/CA:carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance)协议来解决网络冲突。CSMA/CA的工作机制是在真实数据在网络上发送之前首先由CSMA/CA广播一个信号来监听网络上是否有冲突的情形,并且告诉其他设备不要进行广播。这种协议的弊端是在一个802.11网络中,随着订户数的不断增加,维护每一个订户的开销也不断增大,最终导致网络速度急剧下降。
增加覆盖可以采用定向天线或是全向天线,定向天线只在一个方向发送和接收信号,较适用于点对点的连接;而全向天线是全方位的发送和接收信号,较适用于Mesh网络的情况。
Mesh网络的拓扑结构扩展了传统的有线和无线局域网的范围。在Mesh网络拓扑结构中,每个节点互通互联,并且每个节点间共享通讯协议,Mesh网络基础架构将基于802.11a,802.11b,802.11g协议的节点互相连接起来。由于802.11a采用5GHz频率,不会与适用2.4GHz频率的802.11b和802.11g相互叠加,所以用于AP与AP之间的连接,而AP与客户端的连接通常使用802.11b或802.11g。Mesh网络有时也被称作“多跳”网络,数据可以在多个节点间有效地传递,当一个节点受阻时,数据可以选择从其他的路径传递下去,而且随着节点的增减或已有节点位置的改变,Mesh网络还具有自适应性。
相对于单跳的802.11网络,Mesh网络有其自身的特点:
1、平衡负载,Mesh网络可以提供更大的冗余度以利负载平衡。在比较繁忙的网络,例如有两台设备进行大数据量的通讯,每台设备附近都有许多节点可供选择,创建多条路径来平衡负载。而单跳网络则没有动态调整的能力。
1、健壮性,因为Mesh网络不像单跳网络,仅仅依靠一个节点,一旦某个节点出现故障或者有冲突发生,Mesh网络可以继续工作,数据也可选择替代路径继续传递。
2、空间的复用性,Mesh网络可以充分地利用带宽。在一个单跳环境中,所有设备不得不共享一个节点,如果多台设备同时要求接入网络,那么必然导致速度变慢;而Mesh网络,多设备可以同时接入网络,却通过不同的节点。
总之,Mesh网络的优缺点如下:
优点:满足802.11标准的产品已经广泛使用、对于小范围的部署初始投资有限、不局限于有线网的灵活性
缺点:为了覆盖更大的地区需要建立更多的订阅基站(subscriberbase)、共享带宽、延时、外围设备的投入、隐藏节点问题
3、WiMAX在宽带无线接入方面的方案
IEEE802.16-2004标准的设计初衷是解决固定接入的问题,而IEEE802.16e则面向移动设备如何接入WiMAX网络而设计的。前者的调制方式时OFDM,后者的调制方式是OFDMA,与OFDM的相同之处在于都把载波分割为多个子载波,不同之处在于OFDMA比OFDM更进一步,经多个子载波再合并为子信道。