摘 要：對(duì)當(dāng)前無(wú)線寬帶通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)LTE、WIMAX、WIFI 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了比較，重點(diǎn)討論了這3種技術(shù)體制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的功能及其差異。通過比較發(fā)現(xiàn)，LTE與WIMAX的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相似，都是全網(wǎng)扁平化、IP化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但它們的移動(dòng)基站/用戶終端模塊的功能不同，均應(yīng)用于移動(dòng)蜂窩組網(wǎng)；WIFI 作為3G 網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，是由接入點(diǎn)（Access Point）和無(wú)線網(wǎng)卡組成的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。

　　0 引言

　　隨著無(wú)線寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，WIFI、WIMAX和LTE 成為目前的技術(shù)熱點(diǎn)。由于、快速接入等特性，WIFI 一直是用戶獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的主要手段，據(jù)預(yù)計(jì)2015 年50%的數(shù)據(jù)流量都將通過WIFI 方式入網(wǎng)。WIMAX 作為能夠提供高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)，正引起越來(lái)越多的重視。而LTE作為3G 長(zhǎng)期演進(jìn)方案，日前中移動(dòng)正加速擴(kuò)大TD-LTE 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程。WIFI、WIMAX、LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不同，致使它們的應(yīng)用范圍、提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及市場(chǎng)定位等都存在很大差異。

　　WIFI（Wireless Fidelity）即無(wú)線保真，是致力于解決符合802.11標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的生產(chǎn)及設(shè)備兼容性問題的組織。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在IEEE802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱為WIFI,它是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)的接入，可工作于2.4 GHz 和5 GHz的頻段。目前，在范圍內(nèi)，基于WIFI技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)已日趨普及，覆蓋范圍也越來(lái)越廣泛。

　　WIMAX （ Worldwide Interoperability forMicrowave Access）即微波接入互操作性。

　　WIMAX 也稱802.16 無(wú)線城域網(wǎng)，是一項(xiàng)新興的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。

　　該技術(shù)是針對(duì)微波和毫米波頻段提出的一種新空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其主要目標(biāo)是提供在城域網(wǎng)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的多廠商環(huán)境下有效地互操作的寬帶無(wú)線接入手段。它可以解決高速連接“一公里”的無(wú)線寬帶城域網(wǎng)的接入問題。

　　LTE（Long-Term Evolution）長(zhǎng)期演進(jìn)，被通俗地稱為3.9G.2004 年11 月，3GPP 組織啟動(dòng)LTE項(xiàng)目，其目標(biāo)在于對(duì)抗WIMAX 競(jìng)爭(zhēng)，打造超越WCDMA 和TD-SCDMA 的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)，以確保在未來(lái)10 年內(nèi)。LTE 已經(jīng)成為移動(dòng)通信的主流演進(jìn)方向。

　　1 WIFI、WIMAX、LTE 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　1.1 WIFI 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　自1997 年代WIFI標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來(lái)，到2012年2 月已經(jīng)發(fā)展到第五代WIFI標(biāo)準(zhǔn)。其發(fā)展進(jìn)程如圖1 所示。

　　WIFI的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

　　WIFI 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的各元素通過相互作用來(lái)提供WLAN服務(wù)，并向上層支持站點(diǎn)的移動(dòng)性。站點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)基本的組成部分，可以是一臺(tái)PC 機(jī)，也可是如PDA 等手持無(wú)線設(shè)備；基本服務(wù)單元（BSS）是802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的WLAN的構(gòu)件。一個(gè)BSS包括一個(gè)基站和若干個(gè)站點(diǎn)，所有的站點(diǎn)在本BSS內(nèi)都可直接通信，但在與本BSS以外的站點(diǎn)通信時(shí)必須通過本BSS的基站；分配系統(tǒng)（DS）用于連接不同的BSS,它通過必要的邏輯服務(wù)將匹配地址分配給目標(biāo)站點(diǎn)，使移動(dòng)終端設(shè)備得到支持，并在多個(gè)BSS間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合；AP 既有普通站點(diǎn)的身份，又有接入到DS 的功能；擴(kuò)展服務(wù)單元（ESS）由DS 和BSS 組合而成。一個(gè)BSS 可以是孤立的，也可通過AP 連接到主干DS,然后再接入到另一個(gè)BSS,這樣就構(gòu)成了一個(gè)ESS;門橋（Portal）的作用相當(dāng)于網(wǎng)橋，用于將無(wú)線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)。所有來(lái)自非802.11 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)都要通過門橋才能進(jìn)入IEEE 802.11 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　1.2 WIMAX 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　WIMAX標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展如圖3 所示。

　　WIMAX的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4 所示。

　　圖 4 中R1為空中接口；R2為客戶界面；R3為WiMAX 接入網(wǎng)與網(wǎng)的接口；RASN 與ASN 的接口；R5為網(wǎng)WiMAX 漫游接口；R6為BS 與ASN GW之間的接口；R7為控制與承載的接口；R8為BS 與BS之間的接口；ASP為應(yīng)用業(yè)務(wù)供應(yīng)商；ASN為接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)；CSN為業(yè)務(wù)網(wǎng)；NSP 為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)供應(yīng)商。

　　ASN的功能是管理802.16 空中接口。其主要功能包括發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)并選擇接入；連接到選定的CSN、ASN 內(nèi)切換和移動(dòng)性管理；無(wú)線資源管理和分配等].一個(gè)ASN由基站（BS）和接入網(wǎng)關(guān)（ASN- GW）組成，可連接到多個(gè)CSN,為不同NSP 的CSN 提供服務(wù)。CSN為WIMAX用戶提供IP連接，主要包括Internet接入。其主要功能有IP地址管理；ASN間位置管理、移動(dòng)性和漫游；為多種業(yè)務(wù)（如語(yǔ)音）提供基礎(chǔ)連接、策略控制和QoS管理等。CSN可作為全新的WIMAX 系統(tǒng)的新建網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，也可利用部分現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)其功能。

　　1.3 LTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　LTE 的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)如圖5所示。

　　LTE 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6所示。圖 6 中S1-MME 為EPC 與eNB 接口；S11 為控制面網(wǎng)元和用戶面網(wǎng)元間的信令接口；Gx 為PCRF 與PCEF（位于P-GW）間的接口；S1-U為用戶面接口；SGi 為拜訪地PCRF 與歸屬地PCEF互通接口；業(yè)務(wù)策略提供點(diǎn)通過Rx接口向PCRF 通知業(yè)務(wù)屬性；S5為S-GW和P-GW間接口；P-GW為SAE網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)；HSS 為SAE 網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)管理網(wǎng)元；MME 通過S6a接口從HSS 獲得鑒權(quán)和簽約信息；S8 為PCEF 國(guó)際漫游接口；PCRF 為策略控制服務(wù)器。

　　LTE 接入網(wǎng)由互連的演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)B（e-Node B）組成，提供UE 的E-UTRA 控制平面與用戶平面的協(xié)議終止點(diǎn)。e-Node B的主要任務(wù)就是處理移動(dòng)基站（MS）的話務(wù)量。LTE 中的移動(dòng)管理實(shí)體（MME）與服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）為網(wǎng)（EPC）提供空中接口。EPC 信令處理部分稱為MME,數(shù)據(jù)處理部分稱為S-GW.MME 是控制面功能實(shí)體，負(fù)責(zé)處理與用戶終端（UE）相關(guān)的信令消息。S-GW 是用戶面功能實(shí)體，負(fù)責(zé)為UE 提供承載通道來(lái)完成分組數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　2 比較

　　根據(jù)三者的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，發(fā)現(xiàn)LTE 與WIMAX的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)類似，都是全I(xiàn)P扁平化結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)大致可分為3 大邏輯部分：移動(dòng)基站/用戶終端（MS/UE）、接入服務(wù)網(wǎng)/網(wǎng)（ASN/CN）和連接服務(wù)網(wǎng)/協(xié)議數(shù)據(jù)網(wǎng)（CSN/PDN）。雖然LTE 與WIMAX 在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上沒有較大區(qū)別，但它們的MS/UE 模塊的功能不同。WIMAX中ASN-GW的功能由LTE 的兩個(gè)實(shí)體提供，即MME 和S-GW.

　　WIMAX中的ASN-GW與LTE中的MME和S-GW都為EPC 提供空中接口，被認(rèn)為是用戶話務(wù)量的聚合點(diǎn)。其任務(wù)都是用e-NB/BS 建立、維持、終止流動(dòng)隧道的移動(dòng)性管理。兩者的區(qū)別主要在于LTE 把處理控制層流量與用戶層流量分開，即MME 只用來(lái)處理控制層的流量，S-GW 只用來(lái)處理用戶層流量；而WIMAX在概念上沒有控制層和用戶層之分，控制層和用戶層流量統(tǒng)一由ASN-GW處理。另外，LTE 定義的實(shí)體為L(zhǎng)TE 以及傳統(tǒng)3G 網(wǎng)絡(luò)（如WCDMA）提供了接口；而WIMAX 仍致力于完成這部分功能[9-10].

　　WIFI 實(shí)際上屬于WLAN 范疇，它有3 種工作方式：

　　1）基于AP組建的基礎(chǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Infrastructure）：

　　由AP 創(chuàng)建，眾多站點(diǎn)加入所組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這種類型網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是AP 是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，網(wǎng)絡(luò)中所有的通信都通過AP 來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)完成。

　　2）基于自組網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Ad hoc）：也稱為自組網(wǎng)，是僅由兩個(gè)及以上站點(diǎn)自己組成，網(wǎng)絡(luò)中不存在AP,這種類型的網(wǎng)絡(luò)是一種松散的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中所有的站點(diǎn)都可直接通信。

　　3）WIFI Direct:可以在傳統(tǒng)AP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不存在的情況下支持點(diǎn)到點(diǎn)的通信。微軟計(jì)劃在WIN8中內(nèi)置WIFI Direct.

　　LTE 與WIMAX、WIFI在各方面的性能比較如表1 所示。

　　從表1 中可看出，盡管LTE 費(fèi)用較高，但在靈活性、數(shù)據(jù)速率、穩(wěn)定性方面它更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)。目前范圍內(nèi)，各家運(yùn)營(yíng)商都在花費(fèi)重金儲(chǔ)備LTE頻譜資源，我國(guó)TD-LTE 的工作頻段也已經(jīng)確定。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　LTE、WIMAX與WIFI都有各自的特點(diǎn)， LTE與WIMAX 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有類似之處；WIFI 標(biāo)準(zhǔn)與WIMAX 標(biāo)準(zhǔn)都是由IEEE 制定的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。WIFI 標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)WLAN 設(shè)計(jì)的，而WIMAX標(biāo)準(zhǔn)則是針對(duì)WMAN設(shè)計(jì)的。目前進(jìn)行的的“4G”

　　體驗(yàn)一般都是通過LTE 信號(hào)轉(zhuǎn)換成WIFI 信號(hào)后供用戶使用的。