通過對現(xiàn)有的主流技術 Wi-Fi和 WiMAX在寬帶無線接入方面的比較分析，找出其各自的優(yōu)缺點，從而得出Wi-Fi與WiMAX相互配合成為“最后一公里”問題的解決方案。

當前有線接入技術主要有高速數(shù)字環(huán)路(xDSL)、光纖接入方式、雙向混合光纖/同軸電纜(HFC)等，這些技術在面臨一些邊遠地區(qū)時無不面臨著距離太遠難于部署，或者部署起來太困難以致代價過于昂貴等諸多困難。與此相比，目前主流的寬帶無線接入(BWA)技術Wi-Fi與WiMAX就恰好可以解決這樣的問題。下面主要討論Wi-Fi與WiMAX在技術上的不同以及兩者如何配合來形成一個良好地“最后一公里”問題的解決方案。

1、現(xiàn)狀

寬帶無線接入主要面臨三方面的問題，即回程、接入和覆蓋。如果說具有高增益天線的Wi-Fi網絡可以解決接入問題，以Mesh網形式部署的IEEE 802.11熱區(qū)可以解決覆蓋問題，那么回程問題該如何解決呢?一是采用傳統(tǒng)的有線回程，但這種方法成本很高，而且目前還沒有統(tǒng)一的標準可以實施，其回程的具體實施形式也是五花八門;二是采用WiMAX技術。

Wi-Fi，也就是IEEE 802.11，由于最初是為無線局域網而設計的，所以在面對寬帶無線接入上會有一些問題，例如AP間的通訊缺乏統(tǒng)一的標準，昂貴的回程消耗，在缺少QoS的情況下不能提供優(yōu)質的VoIP服務等等。根據(jù)物理層的不同，目前廣泛使用的有三個版本的802.11協(xié)議，分別是802.11a、802.11b和802.11g。在實施形式上主要有兩種，一是具有定向天線的Wi-Fi，一是具有Mesh網絡拓撲結構的Wi-Fi。前者用作解決DSL(Digital Subscriber Line)和DOCSIS(Data Over Cable Interface Specification)的接入問題，但仍受限于距離不能過長，而且缺乏QoS和統(tǒng)一的設備標準也限制了這種方式的可擴展性。后者解決了覆蓋問題，并且Mesh網絡拓撲結構較定向天線的結構具有更好的可擴展性，但是缺乏QoS和內部AP缺乏統(tǒng)一標準也限制了Mesh網絡拓撲結構更進一步的發(fā)展。這兩種Wi-Fi的部署形式最高可以提供54Mbps的傳輸速率，覆蓋范圍可以超過10公里。

WiMAX，也就是IEEE 802.16，目前具有兩種形式，一是解決固定接入的802.16-2004，一是解決移動接入的802.16e。雖然WiMAX出現(xiàn)的時間不長，但發(fā)展態(tài)勢良好，最近又被ITU接受為3G標準之一，解決了無固定頻率問題，為WiMAX的進一步發(fā)展奠定了基礎。

2、Wi-Fi在寬帶無線接入方面的方案

Wi-Fi的寬帶無線接入方面主要有兩種方案：具有高增益定向天線的固定式接入和具有Mesh網絡的熱區(qū)式接入。在頻率方面，802.11a在AP到AP的通訊間采用5GHz頻率，802.11b和802.11g在熱區(qū)內采用2.4GHz頻率。在調頻模塊上三者也有不同，802.11b采用DSSS(直接序列擴展頻譜)，支持帶寬最高可達11Mbps;802.11a和802.11g采用OFDM(正交頻分復用技術)，支持帶寬最高可達54Mbps，而且OFDM這種調制方式更加適合室外的環(huán)境。

802.11標準提供64個子載波，這些子載波從BS(base station)或AP發(fā)出，在SS(subscriber station)或client重新組合，采用DSSS技術的802.11b，在非視距情況下(NLOS：non-line-of-sight)下，載波由于被障礙物反射而造成多路干擾(MPI:multi-path interference)，而采用OFDM技術的802.11a和802.11g可以避免大的時延，從而對MPI有良好的抗性。

802.11采用載波監(jiān)聽多路復用/沖突避免(CSMA/CA：carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance)協(xié)議來解決網絡沖突。CSMA/CA的工作機制是在真實數(shù)據(jù)在網絡上發(fā)送之前首先由CSMA/CA廣播一個信號來監(jiān)聽網絡上是否有沖突的情形，并且告訴其他設備不要進行廣播。這種協(xié)議的弊端是在一個802.11網絡中，隨著訂戶數(shù)的不斷增加，維護每一個訂戶的開銷也不斷增大，最終導致網絡速度急劇下降。

增加覆蓋可以采用定向天線或是全向天線，定向天線只在一個方向發(fā)送和接收信號，較適用于點對點的連接;而全向天線是全方位的發(fā)送和接收信號，較適用于Mesh網絡的情況。

Mesh網絡的拓撲結構擴展了傳統(tǒng)的有線和無線局域網的范圍。在Mesh網絡拓撲結構中，每個節(jié)點互通互聯(lián)，并且每個節(jié)點間共享通訊協(xié)議，Mesh網絡基礎架構將基于802.11a,802.11b,802.11g協(xié)議的節(jié)點互相連接起來。由于802.11a采用5GHz頻率，不會與適用2.4GHz頻率的802.11b和802.11g相互疊加，所以用于AP與AP之間的連接，而AP與客戶端的連接通常使用802.11b或802.11g。Mesh網絡有時也被稱作“多跳”網絡，數(shù)據(jù)可以在多個節(jié)點間有效地傳遞，當一個節(jié)點受阻時，數(shù)據(jù)可以選擇從其他的路徑傳遞下去，而且隨著節(jié)點的增減或已有節(jié)點位置的改變，Mesh網絡還具有自適應性。

相對于單跳的802.11網絡，Mesh網絡有其自身的特點：

1、平衡負載，Mesh網絡可以提供更大的冗余度以利負載平衡。在比較繁忙的網絡，例如有兩臺設備進行大數(shù)據(jù)量的通訊，每臺設備附近都有許多節(jié)點可供選擇，創(chuàng)建多條路徑來平衡負載。而單跳網絡則沒有動態(tài)調整的能力。

1、健壯性，因為Mesh網絡不像單跳網絡，僅僅依靠一個節(jié)點，一旦某個節(jié)點出現(xiàn)故障或者有沖突發(fā)生，Mesh網絡可以繼續(xù)工作，數(shù)據(jù)也可選擇替代路徑繼續(xù)傳遞。

2、空間的復用性，Mesh網絡可以充分地利用帶寬。在一個單跳環(huán)境中，所有設備不得不共享一個節(jié)點，如果多臺設備同時要求接入網絡，那么必然導致速度變慢;而Mesh網絡，多設備可以同時接入網絡，卻通過不同的節(jié)點。

總之，Mesh網絡的優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：滿足802.11標準的產品已經廣泛使用、對于小范圍的部署初始投資有限、不局限于有線網的靈活性

缺點：為了覆蓋更大的地區(qū)需要建立更多的訂閱基站(subscriber base)、共享帶寬、延時、外圍設備的投入、隱藏節(jié)點問題

3、WiMAX在寬帶無線接入方面的方案

IEEE 802.16-2004標準的設計初衷是解決固定接入的問題，而IEEE 802.16e則面向移動設備如何接入WiMAX網絡而設計的。前者的調制方式時OFDM，后者的調制方式是OFDMA,與OFDM的相同之處在于都把載波分割為多個子載波，不同之處在于OFDMA比OFDM更進一步，經多個子載波再合并為子信道。

802.16-2004 媒體接入控制層(MAC)為長距離的連接做過優(yōu)化，可以容忍更長的時延以及時延的變化。在無需照牌頻率范圍內WiMAX設備使用時分雙工通訊模式(TDD)，在需牌照頻率范圍內可以使用時分雙工通訊模式(TDD) ，也可以使用頻分雙工模式(FDD)。

在802.16-2004標準下，OFDM信號分為256個子載波，而不想802.11那樣分成64個。

802.16-2004和802.11的物理層(PHY)都做出了容忍延時的設計，由于802.11標準設計傳送距離是100米，所以它僅僅能夠容忍900納秒的時延，而802.16-2004則可以容忍10毫秒的時延，幾乎是802.11標準的1000倍。

與802.11不同，802.16采用一種稱為授權請求接入的協(xié)議，這種協(xié)議不會允許數(shù)據(jù)沖突，因此可以更加有效地利用帶寬，除此之外，802.16較802.11的優(yōu)越之處還包括：

1、改進用戶的連接，憑借802.16-2004標準靈活的帶寬設置，比起固定為20MHz的信道寬的802.11標準，802.16-2004可以服務更多的低速率用戶而無需浪費帶寬。這樣可以比802.11明顯提高用戶的在線率。

2、高質量的服務，802.16-2004既可以為商業(yè)客戶提供更高的帶寬、為語音和視頻應用提供低延時，也可以為家庭用戶提供便宜的低速接入服務。

3、802.16-2004的設計初衷就是滿足無線城域網的要求，所以對WMAN提供全力支持。

4、健壯的載波級操作，隨著用戶數(shù)量的增減，線性地影響上網速度，而不像802.11那樣會有劇烈地變化。

當SS與BS之間的距離增加時，或者SS開始移動時，在SS和BS之間的數(shù)據(jù)傳輸就可能失敗。尤其像那種功率很小的筆記本電腦在寬頻條件下很難在較遠距離處與BS進行通信。例如802.11的信道就帶寬固定為20MHz，而與此相對第三代移動通訊限制帶寬大概在1.5MHz。802.16-2004和802.16e則有著靈活的信道帶寬，范圍在1.5-20MHz之間。利用智能天線的幫助，還可以提高頻普密度和信噪比，前景廣闊。

總之，WiMAX的優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：內建的QoS、高性能、標準統(tǒng)一、有智能天線支持

缺點：新技術，還不成熟

4、結論

在Wi-Fi Mesh網絡的基礎上，WiMAX能夠允許更多的無線接入的數(shù)量、更加經濟的回程方式和更快的接入性能，有望融合Wi-Fi網絡，與其相互配合成為“最后一公里”的解決方案。

參考文獻:

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[5] IEEE 802.16-2004 IEEE Standard for Local and metropolitan area networks[S] 美國 IEEE 2004

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[7] Intel Understanding Wi-Fi and WiMAX as MetroAccess Solutions[R] 美國 Intel 2005