WiMAX網絡端到端的QoS策略

　　近年來移動通信領域呈現(xiàn)數(shù)據化、寬帶化的趨勢，WiMAX 采用多載波調制技術，能夠提供高速的數(shù)據業(yè)務，并且具有頻譜資源利用率高，高效的帶寬利用率，覆蓋范圍大等特點。WiMAX的成本相對較低，可以為個人、家庭、企業(yè)提供便利、優(yōu)良的移動多媒體寬帶服務和高速的無線數(shù)據傳輸。WiMAX技術的這些特點，符合了移動通信的發(fā)展趨勢，引起了業(yè)界的廣泛關注。通過WiMAX網絡開展多媒體業(yè)務，需要解決端到端的QoS問題，以使用戶獲得滿意的服務，同時又能有效地利用網絡資源。目前，許多標準組織和設備制造商都在進行這方面的研究和開發(fā)工作。

WiMAX網絡端到端的QoS管理

　　IEEE802.16標準沒有定義端到端的QoS機制，而推廣WiMAX技術的關鍵之一是要求能夠為語音、視頻等多媒體業(yè)務提供端到端的QoS保證。解決這個問題首先需要各網絡單元有效地管理本地資源，以提供滿足業(yè)務需要的端到端的服務承載，同時將應用層的QoS參數(shù)映射成本地承載對應的特性參數(shù)。WiMAX網絡承載包括兩部分：無線承載和IP傳輸承載。無線承載通過IEEE802.16的機制提供服務，IP傳輸承載則采用Diffserv和MPLS等IP網絡的技術來保證QoS。

　　WiMAX網絡模型包括如下幾個網絡實體：移動用戶終端，ASN (Access Service Network)接入網，CSN (Connectivity Service Network) 核心服務網，如圖1所示。用戶終端包括應用客戶端和MSS (Mobile Subscriber Station)。WiMAX網絡中各實體應具備的QoS管理功能如下：



　　1）翻譯映射：位于用戶終端、ASN和CSN內，在終端上主要負責應用層QoS和WiMAX無線承載參數(shù)之間的映射；在ASN內負責服務請求中QoS信息和ASN內部QoS參數(shù)的轉換和映射，包括傳輸承載（IP層）和無線承載（MAC層和物理層）參數(shù)的映射；在CSN將應用層的QoS參數(shù)轉換成服務請求信息。

　　2）接入控制：位于用戶終端、ASN和CSN內，檢查承載資源狀態(tài)（在ASN內包括傳輸資源和無線資源）是否能滿足應用服務請求的QoS。

　　3）用戶簽約信息檢查：位于ASN內，檢查用戶的QoS簽約信息是否允許接受請求的業(yè)務，簽約信息通常包括允許的業(yè)務種類，最大的業(yè)務數(shù)等等。QoS簽約信息在用戶初始接入時，從CSN中提取，保存在ASN中。

　　4）SLA檢查：位于ASN內，這里SLA指ASN和CSN之間的QoS協(xié)定，包括服務種類、帶寬限制、QoS級別、最大用戶數(shù)等等。ASN負責檢查業(yè)務請求不能超過SLA的限制。

　　5）資源管理器：位于用戶終端、ASN和CSN，管理無線資源和傳輸資源，根據服務的要求和網絡資源的狀態(tài)，動態(tài)地分配承載資源。根據應用層的QoS要求，建立相應的傳輸層承載。例如，在無線側根據業(yè)務類型建立相應的服務流承載，在傳輸網絡側預留相應的帶寬資源。

　　6）MAC承載：位于用戶終端和ASN，提供無線承載的QoS保證機制，主要由IEEE802.16定義的服務流QoS參數(shù)來標識，主要包括服務類型、速率、時延、抖動、優(yōu)先級等參數(shù)。

　　7）無線物理層：位于用戶終端和ASN，提供物理層承載，主要包括信道帶寬、調制和編碼方式等參數(shù)。

　　8）IP傳輸承載：位于ASN和CSN，提供IP層的QoS承載，對于IP網絡，主要的QoS參數(shù)是IP帶寬（對應最大的業(yè)務速率），以及IP包的優(yōu)先級（如Diffserv網絡中的DSCP參數(shù)）等。

WiMAX與IMS如何實現(xiàn)互聯(lián)

　　IMS最早在3GPP R5中提出，在移動網中引入IMS的初衷是提供移動多媒體業(yè)務，IMS體系結構基于SIP協(xié)議，SIP是一種應用層的控制和信令協(xié)議，提供應用層的會話建立和QoS協(xié)商機制，通過擴展SIP協(xié)議可以提供不同的應用，支持不同的接入方式，既可為固網用戶服務，也可為移動用戶服務。基于SIP的IMS技術實現(xiàn)了完全的業(yè)務與控制分離和接入無關性，由于這一重要特點，受到了業(yè)界的普遍重視。

　　目前， 3GPP移動網絡和NGN固定網絡都采用了IMS的體系架構及SIP協(xié)議提供多媒體業(yè)務，業(yè)界普遍認為IMS將成為網絡融合和核心控制層發(fā)展的重要技術方向之一。IMS體系對用戶服務提供QoS保證，RFC3312 錯誤！未找到引用源。定義了在SIP會話建立過程中，進行QoS資源預留的機制，實現(xiàn)了IP網絡中端到端的QoS協(xié)商。WiMAX作為下一代的寬帶無線接入技術，可以同時為固定和移動用戶提供接入，以IP網絡作為傳輸承載，也需要實現(xiàn)與IMS網絡的互聯(lián)，從而豐富提供的業(yè)務，增強對用戶的吸引力。

　　WiMAX和IMS的互聯(lián)模型如圖所示，IMS盡可以位于運營商的私有網絡，直接與運營商的骨干網絡相連，也可以位于第三方網絡中，通過特定的應用網關，經過Internet互連。在WiMAX體系結構中，IMS位于CSN中，以區(qū)別于無線接入ASN。

應用實例分析

　　解決了與IMS互聯(lián)之后，在WiMAX終端安裝SIP客戶端軟件，以WiMAX為接入方式就可以提供在IMS網絡中可以實現(xiàn)的各種業(yè)務，如IP電話（VoIP），呈現(xiàn)和即時消息，視頻會議(Conferencing)，Push to talk，短消息(SMS)等等。以下是上海貝爾阿爾卡特WiMAX網絡和NGN IMS互聯(lián)的應用實例，如圖2所示。

　
圖2 WiMAX-IMS應用實例

　　該解決方案中，CSN是集成了IMS的NGN核心網，5020 CSC(Call Session Controller)完成了S-CSCF功能，SBC(Session Border Controller)完成P-CSCF和IMS接入網關的功能，媒體網關與傳統(tǒng)的PSTN網絡相連。SBC兼有用戶面和控制面的功能，作為IMS的接入點，SBC負責與WiMAX接入網關的QoS協(xié)商，在本例中SFA位于AGW中。需要指出的是，用戶在BS之間的移動對SBC透明，對現(xiàn)有的網絡設備不造成影響。通過以上方式，WiMAX終端用戶可以方便地享受IMS服務。

結語

　　WiMAX技術提供了靈活的QoS機制，通過與現(xiàn)有網絡技術的有效結合，能夠方便地開展多種IP多媒體業(yè)務。目前WiMAX的網絡標準仍然不夠完善，對互聯(lián)互通造成了一定的困難，WiMAX標準組織正致力于這方面的研究。WiMAX技術代表了未來移動通信領域的發(fā)展方向，隨著標準的不斷完善，WiMAX技術一定會得到廣泛的應用。