移动互联网接入网络技术

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摘 要：移动互联网是当前信息技术领域的热门话题之一，而接入网络则是移动互联网的重要基础设施。对目前的接入网络技术：卫星通信网络、无线城域网、无线局域网、无线个域网、蜂窝网络的特点及应用进行了分析，提出了接入网络技术未来的发展趋势是各种网络的融合演进，报告了异构无线网络融合的特点及应用。

关键词：移动互联网 接入网络技术

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0009-02

移动通信技术和互联网技术是信息技术领域中重要的组成部分，这两项技术的发展直接影响着人们的生活和工作方式。移动互联网是一个新型的融合型网络，是移动通信技术和互联网技术充分融合的产物。在移动互联网环境下，人们可以通过智能手机、PDA、车载终端等设备通过移动网访问互联网，随时随地的享受互联网提供的服务。

2011年中国工业和信息化部电信研究院在《移动互联网白皮书》中指出：“移动互联网是以移动网络作为接入网络的互联网及服务，包括三个要素：移动终端、移动网络和应用服务[1]。”简而言之，移动终端是移动互联网的前提，接入网络是移动互联网的基础，而应用服务则成为移动互联网的核心。本文详细描述了接入网络技术的现状及发展趋势。

1 接入网络技术现状

现有的无线接入网络主要有五类：卫星通信网络、无线城域网（WMAN）、无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）、蜂窝网络（2G网络、3G网络等）[2]。它们在带宽、覆盖、移动性支持能力和部署成本等方面各有利弊。

1.1 卫星通信网络

1.1.1 概述

简单来讲，卫星通信就是把卫星作为中继站，在地球上（包括地面和低层大气中）的通信站点间进行通信。卫星和地球站就是卫星通信系统的重要组成部分。卫星通信新技术主要包括VSAT系统，即甚小口径终端；中低轨道的移动卫星通信系统等。

1.1.2 特点及应用

卫星通信具有通信区域大、距离远、频段宽、容量大的特点，即只要是在卫星发射电波覆盖范围内的任意两点间，都可以互相通信。其次，卫星通信的可靠性高、质量好、噪声小、可移动性强，即不容易受自然灾害的影响；但是，卫星通信存在传输时延大、回声大、费用高的问题[3]。

目前，卫星通信主要用于电视广播、远距离的越洋电话、军事通信、应急通信等。卫星通信作为一种特殊的通信技术，其基本定位必然是地面系统的有效支持、补充与延伸[4]，对于农村及偏远地区的通信发挥重要的作用，使实现全球通信海陆空一体化的无缝覆盖成为可能。卫星通信的广播与多播等技术优势，结合现代Internet技术，在地面互联网络拥塞的状态下，可充分发挥以IP为基础的多媒体远距离传送与高速连接，将宽带高速数据业务进行有效地传送。伴随着移动互联网的发展，卫星通信与3G、4G技术的相互融合将成为卫星通信发展的必然趋势。

1.2 无线城域网（WMAN）

1.2.1 概述

无线城域网主要用于解决整个城市区域的接入问题，以微波等无线传输为介质，以无线方式为主要接入手段，提供同城数据高速传输，以及其它如图像、视频等多媒体通信业务和Internet接入服务[5]。而WiMax是受到较多关注的无线城域网通信技术。WiMax（World Interoperability for Microwave Access）即全球微波互联接入，是一项基于IEEE 802.16标准的无线接入技术[6]，它采用有线方式为企业、家庭提供“最后一英里”的无线接入。覆盖范围大于无线局域网，可以覆盖几千米到几十千米的范围。

1.2.2 特点及应用

WiMax具有传输距离远、覆盖面积大、接入速度快等特点。WiMax所能实现的50 km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍[7]，最高接入速度70M是3G所能提供的宽带速度的30倍。此外，WiMax具有高效、灵活、经济的组网方式，以及较为完备的Qos机制。支持移动和固定宽带无线接入的特点，使它集成了无线接入技术的移动性与灵活性以及DSL等传统宽带接入技术的高带宽特性，为用户提供了优良的最后一公里网络接入服务及广泛的多媒体通信服务。但是，WiMax技术目前无法支持用户在移动过程中无缝切换。性能与3G的主流标准相比，仍存在差距。

基于WiMax特点，它可以被用于远程医疗卫生、远程教育、物流、金融、交通等行业，提供一定条件下的高速数据通信服务。从业务应用来看，WiMax在逐步实现宽带业务的移动化，而3G实现的是移动业务的宽带化。越来越多的多媒体通信服务大量消耗现有的3G网络资源，使网络的建设投资远远超过了收入的增加。WiMAX可以在保证服务质量的基础上，有效降低运营成本。WiMax不可能完全取代3G，但是WiMax在以IP为主的高速数据应用方面的优势使它成为了3G网络的补充手段，两种网络的融合程度会越来越高。

1.3 无线局域网（WLAN）

1.3.1 概述

无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）是工作于2.5 GHz或5 GHz频段，以无线、或无线与有线相结合的方式构成的局域网。它利用射频技术及简单的存取架构取代传统电缆线，以提供传统有线局域网的功能，是非常便利的数据传输系统。简而言之，无线局域网仍然是以有线局域网为基础的，它只是在有线局域网的基础上通过无线HUB、无线访问节点（AP）、无线网桥、无线网卡等设备构建了无线通信网络[8]，是有线局域网的扩展和替换。

1.3.2 特点及应用

无线局域网具有布网便捷，网络规划调整可操作性强，网络易于扩展的特点。只需要一个或多个接入点设备，就可以搭建覆盖整个区域的网络，搭建网络所需的基础设施也不需要隐藏在地下或墙里，便于网络优化配置、改造和维护。只要在无线信号能够覆盖的范围内，用户都可以在任意位置接入网络，并随时改变位置，具有较强的灵活性和移动性。由于无线局域网多采用无线电波作为传输介质以及其工作在S频段的特点，使其具备良好的抗干扰性和保密性，不会对人体造成辐射伤害。但是任何障碍物都会成为电磁传播的阻碍，任何外部其他电信号都会成为局域网的干扰源。所以，无线局域网在性能、速率、安全性方面还有一定的不足之处。

无线局域网的最大传输速率为54 Mbit/s[9]，较适合应用于有限空间、小规模网络等，如机场贵宾厅、股票大厅。其次，对于难以进行有线网络布线的环境、需要暂时使用网络的环境、实时通信要求很高的特殊场合，如人迹罕至的边关、港口等都有较好的应用。无线局域网并不能作为一个完备的全网解决方案，但是随着无线局域网技术的成熟应用，它可以与广域网结合为用户提供移动互联网应用，成为3G网络有益的补充。

1.4 无线个域网（WPAN）

1.4.1 概述

无线个域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）是面向特定群体活动半径小、业务种类丰富、无缝连接的新兴无线通信技术，相对于无线广域网、无线城域网、无线局域网，它的覆盖范围更小，进而有效全面解决“最后几米电缆”的问题。目前，蓝牙（Bluetooth）是WPAN应用的主流技术，其它的还有家庭射频（HomeRF）、红外技术（IrDA）、射频识别（RFID）、超带宽（UWB）等。

1.4.2 特点及应用

无线个域网具有低功耗、低成本、体积小等特点。设备与组网都简单方便、易于操作，且支持点对点、点对多点的应用。WPAN所覆盖的范围一般在10 m半径以内，是短距离、个人专用的无线网络。具有代表性的Bluetooth技术，在全球范围内的可操作性都很强，因为其使用了2.4 GHz频段在全球都是可以自由使用的有效频段。通过鉴权、加密等措施确保设备识别码在全球的唯一性和设备的安全性。但是WPAN的技术标准多样，都需要不断的完善和创新。

WPAN主要应用于个人、家庭和办公设备的无线通信，它可以在小范围内将各种移动通信设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统（例如数字照相机、数字摄像机等）甚至各种家用电器，使用一种廉价的无线方法建立它们之间的信息传输[10]。WPAN可以使用户随时随地的进行设备间的无缝通讯，可以通过移动网络、局域网、城域网方便快捷的接入到互联网Internet。未来，WPAN和WLAN一起为用户提供完备的短距离无线通信环境。

1.5 蜂窝网络

1.5.1 概述

蜂窝网络是把移动电话的服务区分为一个个正六边形的小区，每个小区设置一个基站，这样的结构酷似一个个“蜂窝”。 蜂窝技术是移动通信的基础，所以把这种移动通信方式称为蜂窝移动通信。蜂窝移动通信系统由移动站、基站子系统、网络子系统组成，采用蜂窝网络作为无线组网方式，通过无线信道将移动终端和网络设备进行连接，使用户在移动中进行语音、数据通信业务。

1.5.2 特点及应用

宏蜂窝、微蜂窝是蜂窝移动通信系统应用较多的蜂窝技术，宏蜂窝覆盖半径大，多在1～25 km，但是存在盲区，小区半径缩小时会产生干扰。微蜂窝相对于宏蜂窝覆盖范围小，一般覆盖半径为30～300 m，传输功率低、安装方便灵活，主要用于提高覆盖率和容量，作为宏蜂窝的补充和延伸，为用户提供更好的网络覆盖。它的主要特征是终端的可移动性，并具有成熟的切换和漫游方案，频率复用技术、多址技术、移动性管理技术促进了移动通信业务的发展。伴随着网络的发展，蜂窝网络从第一代蜂窝移动通信系统发展到现在的第三代蜂窝移动通信系统（3rd Generation，3G），成为实现网络融合和业务融合的统一平台，也是公认的下一代网络的核心网架构。3G网络把语音通信和多媒体通信巧妙结合，能支持更多的用户，提供更高的数据传输速率。如HSPA的速率已经达到7.2 Mbit/s。但高成本、低带宽的问题越发凸显。

蜂窝系统或许是当今社会最重要的通信媒体。目前，3G网络可以为用户提供丰富的应用服务，除电信业务、承载业务在内的基本业务外，还可以提供如呼叫前转、呼叫等待、多方通话等补充业务。支持的增值服务应用包括网页浏览、图像、音乐、移动游戏、移动冲浪、视频会议、视频点播、各类信息服务等。

2 接入网络技术发展趋势

目前的接入网络技术能为用户提供丰富的通信接入手段以及无处不在的接入网络服务，但是各有利弊。例如，蜂窝网络覆盖的范围大，移动性管理技术成熟，但带宽低、建设成本高；相反，WLAN高带宽、低成本，但其覆盖范围有限。为解决此问题，需要充分利用不同网络技术的互补性，网络的融合将成为促进移动互联网未来发展的关键要素，接入网络正在经历一个动态的转型过程，异构无线网络融合应运而生。

2.1 定义

异构网络是一种网络的类型，是不同的计算机、手持终端等网络设备及相关系统组成，运行在不同的协议上，支持不同的功能和应用。异构无线网络融合是将现有的多种无线接入技术有机的进行结合，符合下一代无线通信网络（4G网络）中多系统融合演进的设计思路和发展方向。

2.2 特点及应用

异构无线网络融合技术具有成本低、风险低的优点，它是现有接入技术的融合，可以充分利用现有网络资源，降低建设运营成本。其次可以增加网络的覆盖范围，利用不同接入技术的特点使网络进行有效地延伸。对于用户来说，可以享受更加全面、丰富、便捷的移动互联网服务，是下一代网络发展的必然趋势。

近年来，业界和学术界不断的在进行异构无线网络融合的应用研究，BARWAN计划提出并实现了多模移动终端在无线局域网和无线广域网之间的垂直切换方案。ETSI和3GPP对3G网络与WLAN之间的互连互通进行了深入的应用研究[2]。MOBYDICK对IPv6网络中WLAN和移动网络的融合应用进行了探讨。国内各运营商为缓解大量数据业务对3G网络的冲击，也开始进行网络的改造，主要是把3G+WLAN方式应用到网络中，例如将WLAN作为3G网络的一个无线接入网，通过网关连接到3G核心网[2]，共享核心网络提供的计费认证功能及信令协议，实现WLAN和3G网络的互联互通，以促进移动互联网的发展。但是，异构无线网络融合还存在很多需要解决的问题，比如各种接入网络的互联互通问题、无缝切换等移动性管理问题，网络中各个功能实体的位置及网络架构也直接决定了网络的融合程度及实际应用效果。

3 结语

移动互联网可以提供除传统互联网迷你主页之外的几乎所有业务，在韩国、日本等应用较好的国家，移动互联网的ARPU值可以达到10美元[11]。截至2012年6月底，中国手机网民规模达到3.88亿，相比台式电脑上网的3.80亿，手机首次超越台式电脑成为第一大上网终端。手机视频用户规模激增，已经超过一亿人。手机微博用户涨幅明显，使用率提升5.3个百分点至43.8%[12]。种种数据表明，“无处不在的网络、无所不能的业务”已深入人心。

伴随着用户规模的快速增长，移动互联网产业将飞跃式的发展，必将推进接入网络技术的融合演进，各种无线网络接入形式和应用成为研究和开发的热点。相信未来各种独立的无线网络将与整个有线Internet相互联，为用户提供覆盖范围更广，应用更丰富，服务更完善的下一代移动互联网服务。

参考文献

[1]移动互联网白皮书[R].北京：工业和信息化部电信研究院，2011.

[2]罗军舟，吴文甲，杨明.移动互联网：终端、网络与服务[J].计算机学报，2011（11）：30-51.

[3]张更新.VSAT卫星通信[J].电信科学，1996（7）：54-61.

[4]陈如明.卫星通信存在的问题、进展与发展前景[J].世界电信，2001（11）：3-7.

[5]王骊波.宽带无线城域网的设计[J].西安邮电学院学报，2000（9）：26-29.

[6]曾春亮，张宁，王旭莹.WiMAX/802.16原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[7]孙哲.无线城域网通信技术IEEE802.16协议架构及技术特点[J].计算机光盘软件与应用，2011（22）：9-10.

[8]陈锦山.无线局域网的现状及前景展望[J].电子商务，2007（5）：53-55.

[9]李妍.无线局域网技术探讨[J].电大理工，2011（6）：36-37.

[10]蔡骏.无线个域网（WPAN）协议概述[J].广东通信技术，2002（12）：21-23.

[11]杨庆广.3G催熟移动互联网商业模式需创新[J].中国电子报，2007（10）：5-7.

[12]第30次中国互联网络发展状况统计报告[R].北京：中国互联网络信息中心，2012（7）.