移動互聯網接入網絡技術

周博 李照華

摘 要：移動互聯網是當前信息技術領域的熱門話題之一，而接入網絡則是移動互聯網的重要基礎設施。對目前的接入網絡技術：衛星通信網絡、無線城域網、無線局域網、無線個域網、蜂窩網絡的特點及應用進行了分析，提出了接入網絡技術未來的發展趨勢是各種網絡的融合演進，報告了異構無線網絡融合的特點及應用。

關鍵詞：移動互聯網 接入網絡技術

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0009-02

移動通信技術和互聯網技術是信息技術領域中重要的組成部分，這兩項技術的發展直接影響著人們的生活和工作方式。移動互聯網是一個新型的融合型網絡，是移動通信技術和互聯網技術充分融合的產物。在移動互聯網環境下，人們可以通過智能手機、PDA、車載終端等設備通過移動網訪問互聯網，隨時隨地的享受互聯網提供的服務。

2011年中國工業和信息化部電信研究院在《移動互聯網白皮書》中指出：“移動互聯網是以移動網絡作為接入網絡的互聯網及服務，包括三個要素：移動終端、移動網絡和應用服務[1]。”簡而言之，移動終端是移動互聯網的前提，接入網絡是移動互聯網的基礎，而應用服務則成為移動互聯網的核心。本文詳細描述了接入網絡技術的現狀及發展趨勢。

1 接入網絡技術現狀

現有的無線接入網絡主要有五類：衛星通信網絡、無線城域網（WMAN）、無線局域網（WLAN）、無線個域網（WPAN）、蜂窩網絡（2G網絡、3G網絡等）[2]。它們在帶寬、覆蓋、移動性支持能力和部署成本等方面各有利弊。

1.1 衛星通信網絡

1.1.1 概述

簡單來講，衛星通信就是把衛星作為中繼站，在地球上（包括地面和低層大氣中）的通信站點間進行通信。衛星和地球站就是衛星通信系統的重要組成部分。衛星通信新技術主要包括VSAT系統，即甚小口徑終端；中低軌道的移動衛星通信系統等。

1.1.2 特點及應用

衛星通信具有通信區域大、距離遠、頻段寬、容量大的特點，即只要是在衛星發射電波覆蓋范圍內的任意兩點間，都可以互相通信。其次，衛星通信的可靠性高、質量好、噪聲小、可移動性強，即不容易受自然災害的影響；但是，衛星通信存在傳輸時延大、回聲大、費用高的問題[3]。

目前，衛星通信主要用于電視廣播、遠距離的越洋電話、軍事通信、應急通信等。衛星通信作為一種特殊的通信技術，其基本定位必然是地面系統的有效支持、補充與延伸[4]，對于農村及偏遠地區的通信發揮重要的作用，使實現全球通信海陸空一體化的無縫覆蓋成為可能。衛星通信的廣播與多播等技術優勢，結合現代Internet技術，在地面互聯網絡擁塞的狀態下，可充分發揮以IP為基礎的多媒體遠距離傳送與高速連接，將寬帶高速數據業務進行有效地傳送。伴隨著移動互聯網的發展，衛星通信與3G、4G技術的相互融合將成為衛星通信發展的必然趨勢。

1.2 無線城域網（WMAN）

1.2.1 概述

無線城域網主要用于解決整個城市區域的接入問題，以微波等無線傳輸為介質，以無線方式為主要接入手段，提供同城數據高速傳輸，以及其它如圖像、視頻等多媒體通信業務和Internet接入服務[5]。而WiMax是受到較多關注的無線城域網通信技術。WiMax（World Interoperability for Microwave Access）即全球微波互聯接入，是一項基于IEEE 802.16標準的無線接入技術[6]，它采用有線方式為企業、家庭提供“最后一英里”的無線接入。覆蓋范圍大于無線局域網，可以覆蓋幾千米到幾十千米的范圍。

1.2.2 特點及應用

WiMax具有傳輸距離遠、覆蓋面積大、接入速度快等特點。WiMax所能實現的50 km的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍[7]，最高接入速度70M是3G所能提供的寬帶速度的30倍。此外，WiMax具有高效、靈活、經濟的組網方式，以及較為完備的Qos機制。支持移動和固定寬帶無線接入的特點，使它集成了無線接入技術的移動性與靈活性以及DSL等傳統寬帶接入技術的高帶寬特性，為用戶提供了優良的最后一公里網絡接入服務及廣泛的多媒體通信服務。但是，WiMax技術目前無法支持用戶在移動過程中無縫切換。性能與3G的主流標準相比，仍存在差距。

基于WiMax特點，它可以被用于遠程醫療衛生、遠程教育、物流、金融、交通等行業，提供一定條件下的高速數據通信服務。從業務應用來看，WiMax在逐步實現寬帶業務的移動化，而3G實現的是移動業務的寬帶化。越來越多的多媒體通信服務大量消耗現有的3G網絡資源，使網絡的建設投資遠遠超過了收入的增加。WiMAX可以在保證服務質量的基礎上，有效降低運營成本。WiMax不可能完全取代3G，但是WiMax在以IP為主的高速數據應用方面的優勢使它成為了3G網絡的補充手段，兩種網絡的融合程度會越來越高。

1.3 無線局域網（WLAN）

1.3.1 概述

無線局域網（Wireless Local Area Networks，WLAN）是工作于2.5 GHz或5 GHz頻段，以無線、或無線與有線相結合的方式構成的局域網。它利用射頻技術及簡單的存取架構取代傳統電纜線，以提供傳統有線局域網的功能，是非常便利的數據傳輸系統。簡而言之，無線局域網仍然是以有線局域網為基礎的，它只是在有線局域網的基礎上通過無線HUB、無線訪問節點（AP）、無線網橋、無線網卡等設備構建了無線通信網絡[8]，是有線局域網的擴展和替換。

1.3.2 特點及應用

無線局域網具有布網便捷，網絡規劃調整可操作性強，網絡易于擴展的特點。只需要一個或多個接入點設備，就可以搭建覆蓋整個區域的網絡，搭建網絡所需的基礎設施也不需要隱藏在地下或墻里，便于網絡優化配置、改造和維護。只要在無線信號能夠覆蓋的范圍內，用戶都可以在任意位置接入網絡，并隨時改變位置，具有較強的靈活性和移動性。由于無線局域網多采用無線電波作為傳輸介質以及其工作在S頻段的特點，使其具備良好的抗干擾性和保密性，不會對人體造成輻射傷害。但是任何障礙物都會成為電磁傳播的阻礙，任何外部其他電信號都會成為局域網的干擾源。所以，無線局域網在性能、速率、安全性方面還有一定的不足之處。

無線局域網的最大傳輸速率為54 Mbit/s[9]，較適合應用于有限空間、小規模網絡等，如機場貴賓廳、股票大廳。其次，對于難以進行有線網絡布線的環境、需要暫時使用網絡的環境、實時通信要求很高的特殊場合，如人跡罕至的邊關、港口等都有較好的應用。無線局域網并不能作為一個完備的全網解決方案，但是隨著無線局域網技術的成熟應用，它可以與廣域網結合為用戶提供移動互聯網應用，成為3G網絡有益的補充。

1.4 無線個域網（WPAN）

1.4.1 概述

無線個域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）是面向特定群體活動半徑小、業務種類豐富、無縫連接的新興無線通信技術，相對于無線廣域網、無線城域網、無線局域網，它的覆蓋范圍更小，進而有效全面解決“最后幾米電纜”的問題。目前，藍牙（Bluetooth）是WPAN應用的主流技術，其它的還有家庭射頻（HomeRF）、紅外技術（IrDA）、射頻識別（RFID）、超帶寬（UWB）等。

1.4.2 特點及應用

無線個域網具有低功耗、低成本、體積小等特點。設備與組網都簡單方便、易于操作，且支持點對點、點對多點的應用。WPAN所覆蓋的范圍一般在10 m半徑以內，是短距離、個人專用的無線網絡。具有代表性的Bluetooth技術，在全球范圍內的可操作性都很強，因為其使用了2.4 GHz頻段在全球都是可以自由使用的有效頻段。通過鑒權、加密等措施確保設備識別碼在全球的唯一性和設備的安全性。但是WPAN的技術標準多樣，都需要不斷的完善和創新。

WPAN主要應用于個人、家庭和辦公設備的無線通信，它可以在小范圍內將各種移動通信設備、固定通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統（例如數字照相機、數字攝像機等）甚至各種家用電器，使用一種廉價的無線方法建立它們之間的信息傳輸[10]。WPAN可以使用戶隨時隨地的進行設備間的無縫通訊，可以通過移動網絡、局域網、城域網方便快捷的接入到互聯網Internet。未來，WPAN和WLAN一起為用戶提供完備的短距離無線通信環境。

1.5 蜂窩網絡

1.5.1 概述

蜂窩網絡是把移動電話的服務區分為一個個正六邊形的小區，每個小區設置一個基站，這樣的結構酷似一個個“蜂窩”。 蜂窩技術是移動通信的基礎，所以把這種移動通信方式稱為蜂窩移動通信。蜂窩移動通信系統由移動站、基站子系統、網絡子系統組成，采用蜂窩網絡作為無線組網方式，通過無線信道將移動終端和網絡設備進行連接，使用戶在移動中進行語音、數據通信業務。

1.5.2 特點及應用

宏蜂窩、微蜂窩是蜂窩移動通信系統應用較多的蜂窩技術，宏蜂窩覆蓋半徑大，多在1～25 km，但是存在盲區，小區半徑縮小時會產生干擾。微蜂窩相對于宏蜂窩覆蓋范圍小，一般覆蓋半徑為30～300 m，傳輸功率低、安裝方便靈活，主要用于提高覆蓋率和容量，作為宏蜂窩的補充和延伸，為用戶提供更好的網絡覆蓋。它的主要特征是終端的可移動性，并具有成熟的切換和漫游方案，頻率復用技術、多址技術、移動性管理技術促進了移動通信業務的發展。伴隨著網絡的發展，蜂窩網絡從第一代蜂窩移動通信系統發展到現在的第三代蜂窩移動通信系統（3rd Generation，3G），成為實現網絡融合和業務融合的統一平臺，也是公認的下一代網絡的核心網架構。3G網絡把語音通信和多媒體通信巧妙結合，能支持更多的用戶，提供更高的數據傳輸速率。如HSPA的速率已經達到7.2 Mbit/s。但高成本、低帶寬的問題越發凸顯。

蜂窩系統或許是當今社會最重要的通信媒體。目前，3G網絡可以為用戶提供豐富的應用服務，除電信業務、承載業務在內的基本業務外，還可以提供如呼叫前轉、呼叫等待、多方通話等補充業務。支持的增值服務應用包括網頁瀏覽、圖像、音樂、移動游戲、移動沖浪、視頻會議、視頻點播、各類信息服務等。

2 接入網絡技術發展趨勢

目前的接入網絡技術能為用戶提供豐富的通信接入手段以及無處不在的接入網絡服務，但是各有利弊。例如，蜂窩網絡覆蓋的范圍大，移動性管理技術成熟，但帶寬低、建設成本高；相反，WLAN高帶寬、低成本，但其覆蓋范圍有限。為解決此問題，需要充分利用不同網絡技術的互補性，網絡的融合將成為促進移動互聯網未來發展的關鍵要素，接入網絡正在經歷一個動態的轉型過程，異構無線網絡融合應運而生。

2.1 定義

異構網絡是一種網絡的類型，是不同的計算機、手持終端等網絡設備及相關系統組成，運行在不同的協議上，支持不同的功能和應用。異構無線網絡融合是將現有的多種無線接入技術有機的進行結合，符合下一代無線通信網絡（4G網絡）中多系統融合演進的設計思路和發展方向。

2.2 特點及應用

異構無線網絡融合技術具有成本低、風險低的優點，它是現有接入技術的融合，可以充分利用現有網絡資源，降低建設運營成本。其次可以增加網絡的覆蓋范圍，利用不同接入技術的特點使網絡進行有效地延伸。對于用戶來說，可以享受更加全面、豐富、便捷的移動互聯網服務，是下一代網絡發展的必然趨勢。

近年來，業界和學術界不斷的在進行異構無線網絡融合的應用研究，BARWAN計劃提出并實現了多模移動終端在無線局域網和無線廣域網之間的垂直切換方案。ETSI和3GPP對3G網絡與WLAN之間的互連互通進行了深入的應用研究[2]。MOBYDICK對IPv6網絡中WLAN和移動網絡的融合應用進行了探討。國內各運營商為緩解大量數據業務對3G網絡的沖擊，也開始進行網絡的改造，主要是把3G+WLAN方式應用到網絡中，例如將WLAN作為3G網絡的一個無線接入網，通過網關連接到3G核心網[2]，共享核心網絡提供的計費認證功能及信令協議，實現WLAN和3G網絡的互聯互通，以促進移動互聯網的發展。但是，異構無線網絡融合還存在很多需要解決的問題，比如各種接入網絡的互聯互通問題、無縫切換等移動性管理問題，網絡中各個功能實體的位置及網絡架構也直接決定了網絡的融合程度及實際應用效果。

3 結語

移動互聯網可以提供除傳統互聯網迷你主頁之外的幾乎所有業務，在韓國、日本等應用較好的國家，移動互聯網的ARPU值可以達到10美元[11]。截至2012年6月底，中國手機網民規模達到3.88億，相比臺式電腦上網的3.80億，手機首次超越臺式電腦成為第一大上網終端。手機視頻用戶規模激增，已經超過一億人。手機微博用戶漲幅明顯，使用率提升5.3個百分點至43.8%[12]。種種數據表明，“無處不在的網絡、無所不能的業務”已深入人心。

伴隨著用戶規模的快速增長，移動互聯網產業將飛躍式的發展，必將推進接入網絡技術的融合演進，各種無線網絡接入形式和應用成為研究和開發的熱點。相信未來各種獨立的無線網絡將與整個有線Internet相互聯，為用戶提供覆蓋范圍更廣，應用更豐富，服務更完善的下一代移動互聯網服務。

參考文獻

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