WiMAX網絡端到端的QoS策略

【賽迪網訊】近年來移動通信領域呈現數據化、寬帶化的趨勢，WiMAX 采用多載波調制技術，能夠提供高速的數據業務，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、企業提供便利、優良的移動多媒體寬帶服務和高速的無線數據傳輸。WiMAX技術的這些特點，符合了移動通信的發展趨勢，引起了業界的廣泛關注。通過WiMAX網絡開展多媒體業務，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，以提供滿足業務需要的端到端的服務承載，同時將應用層的QoS參數映射成本地承載對應的特性參數。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）參數的映射；在CSN將應用層的QoS參數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（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務，簽約信息通常包括允許的業務種類，最大的業務數等等。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協定，包括服務種類、帶寬限制、QoS級別、最大用戶數等等。ASN負責檢查業務請求不能超過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，動態地分配承載資源。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參數來標識，主要包括服務類型、速率、時延、抖動、優先級等參數。 

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。 

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參數是IP帶寬（對應最大的業務速率），以及IP包的優先級（如Diffserv網絡中的DSCP參數）等。 



WiMAX與IMS如何實現互聯 

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務，IMS體系結構基于SIP協議，SIP是一種應用層的控制和信令協議，提供應用層的會話建立和QoS協商機制，通過擴展SIP協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技術實現了完全的業務與控制分離和接入無關性，由于這一重要特點，受到了業界的普遍重視。 

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協議提供多媒體業務，業界普遍認為IMS將成為網絡融合和核心控制層發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，實現了IP網絡中端到端的QoS協商。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，也需要實現與IMS網絡的互聯，從而豐富提供的業務，增強對用戶的吸引力。 

WiMAX和IMS的互聯模型與如錯誤！未找到引用源。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，以區別于無線接入ASN。 

應用實例分析 

解決了與IMS互聯之后，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網絡中可以實現的各種業務，如IP電話（VoIP），呈現和即時消息，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，通過與現有網絡技術的有效結合，能夠方便地開展多種IP多媒體業務。目前WiMAX的網絡標準仍然不夠完善，對互聯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。