衛(wèi)星與WiFi的集成應用

WiFi通常被用來為用戶提供最后一公里的IP鏈接。這一經由衛(wèi)星的IP提供方式，目前已廣泛地部署。衛(wèi)星和WiFi這兩種技術在“盒外”兼容，不需要特殊的操作或特殊的配置。因為建立了基本的兼容，兩種技術的結合可使雙方利益得到最大化。這樣就能夠實施這種經過仔細挑選的、非常適合衛(wèi)星和WiFi長處的應用了。

衛(wèi)星與WiFi集成的主要應用：寬帶應用：為沒有DSL或電纜業(yè)務的用戶提供寬帶因特網接入業(yè)務；遠程“熱點”(Hot-Spots)：為沒有與地面因特網鏈接的移動用戶和臨時用戶提供寬帶因特網接入業(yè)務。

這兩種應用分別代表了固定和移動市場。兩種應用的基礎設施相似：一套提供因特網鏈接的衛(wèi)星VSAT終端和一套當地無線局域網。這些設施允許多個用戶接入VSAT提供的業(yè)務。

任何尋求開發(fā)衛(wèi)星與WiFi的集成應用的業(yè)務機會，需要考慮3個關鍵問題：使所服務的用戶對象數量最大化；使服務于這些用戶的設施成本最小化；保證這一機會具有產生收益的能力。

1 衛(wèi)星與WiFi的集成應用

衛(wèi)星與WiFi的集成應用能啟動應用單個技術不能提供很好服務的新型市場。

(1)衛(wèi)星允許WiFi“熱點”配置在地面因特網鏈接因價格或根本就達不到的地方；

(2)WiFi能降低衛(wèi)星方案每個用戶的成本，進入更多的對價格敏感的市場，這些市場的傳統(tǒng)衛(wèi)星業(yè)務價格昂貴。

1.1 衛(wèi)星因“熱點”而獲益

WiFi業(yè)務提供商配置的“熱點”通常使用DSL、光纜或租借線路連接至因特網“熱點”。衛(wèi)星能允許“熱點”在沒有地面網絡的地區(qū)提供業(yè)務。

(1)運動場所：位于山地的滑雪場等，通常沒有DSL或光纜；

(2)渡假勝地：這是一個有吸引力的產業(yè)，通常位于遠程地區(qū)，不能與地面網絡鏈接。此外，光纜和電纜的安裝影響環(huán)境。使用衛(wèi)星鏈接能提供對環(huán)境更友好的方案；

(3)特別事件：用于短期事件，電纜的安裝可能比事件的經歷過程要長。臨時應用的例子包括音樂會、體育事件或應急業(yè)務。

衛(wèi)星在廣闊的覆蓋范圍內提供了相同的業(yè)務。因為這一原因，衛(wèi)星技術為海上艦船提供通信服務已有很長的時間了。VSAT能夠在移動的艦船上建立“熱點”。

(1)艦船：巡航的海員們可在甲板上進行移動通話；

(2)貨車：在旅途上可用電子郵件進行聯絡；

(3)火車：這在技術上更困難，因為艦船不用過隧道。讓旅客們不必忍受長途的折磨，這是一個誘人的市場。加拿大已經在某些鐵路沿線配置了此業(yè)務。

貨車和火車尤其有意思。條件優(yōu)裕的商人們在路上非常愿意使用確實保證生意不被延誤的業(yè)務，關鍵是這些管理設備的成本必須物有所值。

衛(wèi)星的傳統(tǒng)優(yōu)勢在于廣播應用。沒有數量限制的觀眾能夠接收單一發(fā)射。衛(wèi)星能夠比地面設施更有效地交付廣播內容至WiFi“熱點”。

(1)音視頻流媒體：新聞、體育或音樂會能流暢地傳輸至“熱點”客戶。WiFi用戶能夠在咖啡館中一邊喝著卡布奇諾，一邊看著網球、足球、高爾夫球；

(2)“熱點”定制內容：航空“熱點”能提供飛行和天氣信息給備有WiFi設備的旅客。

1.2 WiFi為衛(wèi)星寬帶帶來益處

與每個用戶都配置衛(wèi)星終端相比較，衛(wèi)星與WiFi的集成應用對于終端用戶來說降低了交付業(yè)務的成本。這一更低成本方案能讓衛(wèi)星業(yè)務與WiFi的集成技術應用于傳統(tǒng)衛(wèi)星方式過于昂貴的領域。主要的應用是對農村地區(qū)提供寬帶接入。

基于衛(wèi)星的技術在農村寬帶市場中沒能成功的主要原因是成本太高。農村地區(qū)寬帶市場的每個用戶，要求明顯降低安裝和運營費用。鏈接到因特網的衛(wèi)星VSAT，加上當地接入的多個WiFi用戶，能夠降低市場所要求的每個用戶的費用。

在這種配置中，作為因特網網關的VSAT通過衛(wèi)星提供了從當地網到因特網的鏈接功能。一個當地無線局域網允許一組用戶共享這一衛(wèi)星網關。

降低成本的關鍵因素是：

(1)使用低成本設備：開放標準的制式設備，產生了大量的產品。相比于傳統(tǒng)的WiFi應用，使用802.11b設備極大地降低了設備成本；

(2)每個網關的用戶數量最大化：更大的用戶存儲區(qū)降低了每個用戶的設備成本。用戶基本面的擴大也比單個鏈接時更加有效。關鍵問題是拓展WiFi設備的標準，以便單個VSAT服務所有的村莊。

農村電話的發(fā)展是上個世紀90年代衛(wèi)星產業(yè)的重點，所得出的結論是VSAT+無繩電話是最好的農村應用。農村人口一般分布在村莊及周邊，在1~5km的范圍內。一個使用無線當地環(huán)網方案用于最后一公里鏈接的VSAT能為整個村莊提供業(yè)務。無繩電話在河流附近等電纜架設有困難的地方具有優(yōu)勢，可提供更穩(wěn)定的鏈接。這一產業(yè)方案發(fā)展到了一套VSAT、一套無線當地環(huán)網基站、一套完全安裝在一根10m柱子上的太陽能系統(tǒng)的集成方案。此方案容易安裝，克服了建筑物的障礙，也很安全。農村寬帶提供商能夠容易地使用VSAT和802.11b接入點這一方式。

2 技術問題

2.1 擴大覆蓋范圍

標準的802.11b使用制式設備可提供室外200~400m的范圍。這一范圍可通過提高發(fā)射機的功率和換一個高增益天線而得到擴大。

最大的范圍受發(fā)射功率(EIRP)的限制。各類管理機構限制了2.3GHz波段使用802.11b進行發(fā)射的功率水平。這些限制顯示在表1中。

表1 發(fā)射功率限制

制式設備的典型的功率如下。

超過100mW的放大器并不實用，這是因為低產量而導致折價格增高。需要擴大覆蓋范圍時，建議使用更高增益的天線，以保證成本不致太高。好的同向天線、八木天線和碟型天線只有100美元或更低。

2.1.1 更高功率的發(fā)射機

大多數802.11b卡和接入點使用的是輸出功率為40mW的設備。這一功率可推廣到接入點的所有范圍。值得注意的是，一個節(jié)點更高功率放射機可提高節(jié)點的發(fā)射能力，卻并不有助于接收能力。在這種情況下，接收機的靈敏度成為限制因素。

高功率發(fā)射機的要點如下。

(1)安裝：高功卡或接入點不比低功率方案需要更多的安裝。更高增益的發(fā)射機也能放大標準發(fā)射機輸出；

(2)成本：高功率WiFi設備一般是標準WiFi設備價格的2~3倍；

(3)功耗：在太陽能應用等低功率的條件下，更高功率發(fā)射機要求更多的直流功率輸入；

(4)使用更高功率發(fā)射機的優(yōu)點是容易安裝和搬動，但需要增加開銷和功耗。

2.1.2 外部天線

外部天線可以用來提高WiFi節(jié)點發(fā)射功率。不同類型的天線能提供不同的特性。

(1)各向同性天線(Isotropic)：在三維上的幅射功率均相等。同向天線沒有增益，常用于其它類型天線的比較參考。沒外接天線的筆記本卡使用的就是同向天線；

(2)全向天線(Omni Directional)：幅射功率在二維度上形成兩個圈。這是最普通的外接天線類型，大多數的接入點和PCI卡使用就是小型全向天線。全向天線通常用于中心網關節(jié)點，讓用戶能在任何角度接入網絡；

(3)定向天線(Directional antenna)：以非常窄的電波提供高增益。此類天線必須仔細地對準目標，應用在點對點或點對多點網絡的遠端節(jié)點處。碟型天線(Dish)和八木天線是兩種常用的定向天線，很容易獲得高達24dB的增益。

使用外部天線時，讓WiFi設備與天線的電纜損耗降至最小很重要。使用質量較差的電纜時，損耗3dB的情況非常容易出現。應該使用低損耗電纜，然而高質量電纜的價格又高。降低損耗的另一種方法是盡可能地將電纜長度限制在1m之內，這樣需要將接入點安裝在塔頂。長電纜盡可能地使用在以太網或USB電纜等對損耗不敏感的情況下。

2.1.3 覆蓋范圍的性能

根據數據速率和功率發(fā)射的限制條件，很容易就能夠將點對多點網絡的覆蓋范圍拓展1~5km。配備了外部天線的標準WiFi設備很容易就實現這些距離。

典型的最大化的性能：

(1)在11Mbit/s時，EMEA的限制范圍是800~1200m；

(2)在2Mbit/s時，EMEA的限制范圍高達2.5km；

(3)在11Mbit/s時，US的限制范圍是7~10km。

實際所達到的覆蓋范圍取決于幾個不定因素，包括干擾、鏈路邊際、阻塞、天線精確定位，以及接收機的靈敏度。

考慮覆蓋范圍大的天線而不是功率強大的天線，這種出發(fā)點是對的。更廣覆蓋范圍要求天線安裝位置高，以防止來自建筑物、山、樹的阻塞和干擾。而高塔比WiFi設備自身要昂貴許多。

2.1.4 網狀技術

在網狀網絡中，每個用戶能與接入點進行通信，也能直接與其他用戶進行通信。如果用戶出了覆蓋區(qū)，還可通過中間用戶鏈接至接入點。

這種不需要借助更高功率或外接天線就能拓展網絡的方式具有優(yōu)勢。其限制條件是在形成傳遞鏈的不同用戶間必須是直線視距，如果一個中間終端出現了故障，那么所有通過這個終端的其它用戶都將斷線。實際上，從任何用戶或接入點“跳”的數量應該保持在三“跳”。

網狀產品尚未普遍地提供，但可“免費”進行覆蓋范圍的擴展。

2.2 用戶管理

為了保證用戶對服務付費，無線網絡運營商必須有控制用戶接入網絡的辦法。這一任務通常通過用戶管理系統(tǒng)來完成，該系統(tǒng)能夠提供AAA功能。

2.2.1 基于社區(qū)的方案

社區(qū)網絡的特點是用戶長期按月付費。這一方案的目的主要是為了防止非當地無線社區(qū)成員用戶的接入，而不是實現復雜的計費方式。在農村地區(qū)，地理環(huán)境和遠程特性都能有效地保護沒有得到認證的用戶。使用許多接入點已有的WEP或WPA加密或者MAC地址限制等安全特征功能，能夠實施簡單的接入控制。也相對容易就可以看見未經認證的用戶是否在系統(tǒng)上。這些并不是最安全的方式，只是成本要求低或根本就沒有，而且不需要特殊的技術技能就能實施。

基于更大社區(qū)的網絡，通常實施的是入網門戶方案。入網門戶方案改發(fā)了用戶至登錄頁面的內容。一旦用戶登錄并得到認證，就可接入至因特網。這一方案的優(yōu)勢在于依賴更高層次來接供接入控制，WEP/WPA的功能就可放棄了，并簡化了用戶和接入點的兼容性和配置。

為了保證可用的通流量，單一信道的用戶的最大數量應該不超過20~30個。如果接入點的可用覆蓋范圍為2.5km，就相當于每公里1~1.5的用戶密度。

2.2.2 微型ISP或“熱點”

“熱點”的特點是能夠更好地控制因許多用戶同時使用而形成的信號不穩(wěn)定，以及嚴格的控制接入。通常用戶會為了使用數個小時而臨時付費，系統(tǒng)必須能夠迅速地認證新用戶。像D-Link的“熱點”網關這樣的簡單系統(tǒng)，為臨時“熱點”用戶產生用戶名和口令提供了簡單方案。這種模式特別適合機場、旅館、度假勝地和特別事件等臨時應用，以及并不經常應用“熱點”的人們。

2.2.3 多站點服務提供商

多站點的“熱點”應用要求更復雜的方式，這種方式的用戶經常訪問“熱點”。需要建立一個中心用戶數據庫，以使能讓遠程“熱點”的認證得到接入。由于支持更廣泛的服務器和用戶，RADIU系統(tǒng)時常應用于這種通信方式。一旦用戶接入“熱點”，他們的鏈接就直接出現在登錄屏上。當地接入點與中央RADIUS服務器進行聯系認證。如果登錄成功，用戶就被認定已接入網絡。

3 特殊應用

可以預見，許多衛(wèi)星與WiFi的集成應用的應用被人們用于特殊市場。也許其中每個市場很小，但整體上看它們卻代表了收益和增長的真正機會。

3.1 捆綁業(yè)務

固定業(yè)務能從捆綁因特網的其它業(yè)務中獲利。單獨的因特網接入的提供，能產生豐厚的收益來補償設施的成本。在某些與因特網接入的捆綁業(yè)務中，可以提供足夠多的額外收益來證明方案的正確性。

與因特網接入捆綁的最顯而易見的例子是話音業(yè)務。IP電話能讓一個單獨的基于IP的WiFi網絡既能提供因特網業(yè)務，又能提供話音業(yè)務。因為WiFi設備比傳統(tǒng)的WLL的成本要低，也就有使用VoIP+WiFi的純農村電話的案例。

此網絡也能用來交付視頻和音頻的流媒體內容。這些內容包括國際新聞、地區(qū)內容、天氣預報，或者針對合適用戶群的農訊、漁訊報告。

3.2 網吧+寬帶接入

許多發(fā)展中國家的網吧使用VSAT來提供經由衛(wèi)星的因特網鏈接。這種網吧能通過使用WiFi網絡提供因特網接入至當地業(yè)務而獲取額外的收益。因為不需要在建筑物間架設電纜，因此無線接入比有線接入具有優(yōu)越性。而架設電纜有可能得不到批準，甚至在架設完成后，仍會遭到盜竊或毀壞。在這些情況下，無線較傳統(tǒng)的有線方式更具安全性。

WiFi分發(fā)網絡也能通過無線鏈接至VSAT中心站，而讓網吧拓展至臨近的村鎮(zhèn)。

預計無線用戶的數量不大，不會經常地變動，因此簡單的安全和管理方式是合適的。

3.3 特別事件

衛(wèi)星新聞采集(SNG)時常用來提供特別事件的電視覆蓋，包括體育、音樂會或突發(fā)新聞事件，為衛(wèi)星提供視頻上行，因為為臨時使用而安裝地面設施并不現實。在特別事件中，時常還需要因特網鏈接。配有WiFi的已有衛(wèi)星鏈接，能為因特網接入提供臨時“熱點”。

因為用戶的臨時性，WiFi是此類應用的最佳選擇。備有WiFi功能PDA的臨時用戶能在休息時檢查電子郵件。配有筆記本電腦的記者們能近似實時地記錄新聞。這些用戶代表著更高一些的收益，他們也非常愿意為其網絡的接入付費。

必須建立用戶管理系統(tǒng)來接收信息卡和其它付費方式。一個集成的熱點網關就很理想，這是因為并不需要更多的操作。

3.4 加入已有網絡

WiFi能用來為已有的VSAT網絡提供更多的功能。這一方式通過利用已有設施，使得方案的實施成本最小化。

加油站就是一個好例子，可以使用已有的VSAT網絡來提供基于WiFi的電子郵件到車輛。加油站時常使用VSAT來支持信用卡交易。這一鏈接可用來提供因特網接入。增加WiFi接入點，能讓備有筆記本或PDA的車輛在加油時觀看電子郵件。加油站是非常有競爭力的行業(yè)，提供無線業(yè)務能提供競爭優(yōu)勢，并保證能帶來更大利潤的顧客。

4 結論

通過以上分析可以看出，衛(wèi)星和WiFi的集成應用在今后具有很大的機會：一是VSAT能幫助WiFi拓展至地面網絡達不到的市場；二是WiFi的本地接入通過提高每個VSAT的更多的用戶，能提高衛(wèi)星寬帶的應用；三是特殊應用能開發(fā)出移動和快速配置等技術能力；四是WiFi能為已有的衛(wèi)星應用提供新的收入資源。

在衛(wèi)星和WiFi存在基本兼容的今天，必須認真地針對特殊應用度身訂制出覆蓋的范圍和用戶管理功能。提供衛(wèi)星與WiFi的集成應用的集成方案，使得系統(tǒng)集成和不斷改進的硬件和軟件應用存在著機會。隨著更多的無線接入設備的配備，不久的將來，這些應用的需求將會進一步提高。另外，特殊應用價格將降低，WiFi將獲得更廣泛的認可。