无线城市--WiMax，WiFi-Mesh和3G/4G/5g网络

许多市政当局不希望进入网络运营商的业务，无论是建设和运营自己的网络。相反，他们会帮助启动项目（为初始资金，路径，房地产，用于设备安装的街道设施等提供混合资金），但依靠商业合作伙伴完成整个项目并运行网络和服务，市政当局提供了关键的主要客户，帮助该计划初步实现商业可行性。

因为这个方法涉及两个双方的商业案例都必须奏效，这给网络投资回报率带来了特别的压力，因为市政当局显然正在寻求节省通信和其他成本，而运营商合作伙伴则希望将资本和运营支出降到最低。这直接导致选择适当的无线网络技术。

这似乎是建立的WiFi和即将推出的新WiMax之间的直接选择，但另一种选择是考虑使用两者。本报告的目的是研究如何结合使用WiMax和WiFi网状技术来创建高速，低成本的城市接入网络。这是一个超链接的内容列表：

· 基础无线技术 - WiFi网格
市政无线网络中主要使用两种技术：WiFi网状网和WiMax。一个关键点是它们不一定是互斥的，但可以组合成一个单一的基础设施，以利用两者的最佳特性。

WiFi网络充分利用了全球已经流传的数以亿计的低成本无线以太网802.11客户端 - 主要集中在笔记本电脑上，但越来越多地用在手机等其他设备上。这项技术还应该促进相对低成本的基础设施设备，运营商可以免费使用免授权频谱。

目前，WiFi网格正在被标准化为IEEE 802.11s，这有助于使其作为主流技术对运营商具有吸引力。HeavyReading预测，2008年运营商将占网络购买者的40％（在2006年大量开始发货时为23％），届时网状节点的安装基数将达到约60万。

图1显示了主要想法。WiFi无线接入点（AP）分散在覆盖区域内，并且使用与最终用户客户端连接到AP本身时相同的WiFi技术互连成网状。这种WiFi网格不需要额外的有线或无线回程网络来将AP连接到服务提供商有线网络，并且提供了一种解决方案来防止任何阻碍到AP的视线无线连接的障碍物。这使得AP的位置不那么关键和更加灵活，当然，网状拓扑结构使得网络在一定程度的节点故障中具有固有的冗余性。

原则上，这些特性意味着WiFi网格应该相当灵活且易于设计，安装和操作，并且最小的回程有助于降低运营支出。诸如公共安全机构之类的封闭用户组可以使用他们的客户端设备参与网状网络，并由此在临时基础上扩展覆盖范围，有时扩展容量。

然而，这不是一帆风顺的。一些早期的网格体系结构是使用单无线电概念设计的（如图2所示），其中相同的 AP无线设备同时处理客户端访问和通过网格的流量转发。这会遇到所谓的1 / N问题 - 必须通过网络进行的节点跳数越大，节点访问所用的带宽就越少，因为网络在单个频率上只运行单个通道，并且这两个功能之间共享。实际上，这意味着三跳是使用标准802.11协议的网格中最大可行的。随着节点数量增加，跳数增加，网格簇的最大尺寸可能在六或七个节点的区域内。在现实生活中，在某些情况下，甚至三跳也许不可行。

“这个问题基本上有两种解决方案。无论是使用多无线电节点还是大量回程，“ Proxim Wireless公司全球营销和产品管理副总裁GeoffSmith说。 “多无线电网格节点的基本思想是将访问从网状中转层分离出来。这可以减少争用，并以更高的整体性能启用更大的节点群集。通常情况下，接入将在2.4GHz频段和5GHz频段的回程中提供。甚至有一种情况是每个节点超过两个无线电，而一些供应商提供四个或六个无线电设备。“

通常，根据环境因素，带宽和应用需求等，每平方英里需要20到60个WiFi接入点。史密斯指出，在实际的城市部署中，最薄弱的环节通常是无线客户端的发射器，因此将AP靠得更近可以通过避免更换所有无线客户端来提供更多的覆盖范围。但是，对于封闭的用户群体（例如为了公共安全），例如可能使用特殊的高增益终端，因此可能会使用更广泛的AP。WiFi网格节点的成本自然会随着数量的增加而下降。无内行在2006年初发现2个无线电节点的上市价格大约为3,500美元，但几家供应商在不久的将来大约需要1,000美元的价格 - 而且可以获得大幅的上市价格折扣。（请参阅无线网状网络：从企业到地铁。）

实际网络中WiFi网状网的一个非常重要的属性是，它通常可以与太阳能组合使用，以最大限度地降低重复发电的成本，并使无线部署在需要的地方，而不是权力恰好可用，从而提供更有效的覆盖。

例如，根据Proxim公司的史密斯所说，一个小型太阳能电池板的备用电池可连续使用十天，因此运营商通常可节省18至20美元/每月的电量，每100极每年约为20,000美元。每个单元具有独立的电源意味着网络始终可用，即使在紧急情况下也是如此。

· 基础无线技术 - WiMax
WiMax使用IEEE 802.16第 1层和第2层，WiMAX论坛增加了一些上层工作，并组织产品验证测试，从本质上确保来自不同供应商的设备可互操作。与WiFi不同，WiMax从一开始就设计用于室外和运营商环境。因此，人们正在谈论几十英里范围内数十兆比特/秒的吞吐量 - 以及许可频谱和支持运营商类型QOS和SLA的能力。而且基站的安全性本来就很高，所以用户不太可能受到黑客控制的假基站的攻击，这种攻击方式可以通过WiFi接入点与配置不良的客户端进行。

“WiMax将部署在许可的频段中，而WiFi将部署在未经许可的频段中，而关键的区别在于，在未经许可的频段中，您无法控制干扰 - 任何人都可以使用该频段进行任何操作，” SOMA Networks Inc.首席营销官Tom Flak说： “因此，监管机构要求非授权发射机的功率水平保持在非常低的水平，以便它们只能干扰附近的邻居。低功耗和潜在干扰的组合意味着WiFi是一般来说，在我看来，尽力服务。“

相比之下，WiMax的关键特性是在802.16d（或更正式的802.16-2004或ETSI HiperMAN）版本中引入自适应调制和确定性QOS，仅适用于固定应用。2006年发布的后续802.16e版本（或移动 WiMax）引入了诸如可缩放正交频分多址（OFDMA），子信道化和多输入/多输出（MIMO）天线技术等特性。总体而言，WiMax几乎处于商用无线技术的领先地位，同时推出了质量边界。（有关更多详细信息，请参阅WiMax和QOS，WiMax部署模型和WiMax指南。）

WiMax从根本上说是一种蜂窝式技术，因为它旨在以点对多点配置进行部署。例如，802.16技术（未必经过WiMax认证）也可用于点对点配置以回传WiFi网状网流量，这大致相当于今天将使用的5GHz网桥。

· WiMax和WiFi Mesh对比

城域网无线网络的一个战略是首先安装广域WiMax覆盖范围，以提供无处不在的电信级服务作为其他技术可以使用的基础。

“然后，你可以进入和覆盖WiFi，WiFiMesh或WiMax微微蜂窝或其他类型的技术，以便在需要的地方增加容量- 例如使用密集的地方，或者你有覆盖漏洞，”SOMA的Flak说。“其中一个优势是，您可以搭载WiMax的十几个基站，并为典型的城域提供无处不在的覆盖。使用WiFi，您正在谈论数千个接入点以提供相同的覆盖范围。更多的小区站点或接入点意味着更高的可靠电力和回程开销。即使采用网状技术，也许10％的站点需要直接回程连接，这比回程连接多10至100倍。现场管理和回程成本真的可以加起来。“

然而，也有一些供应商希望从一开始就将WiMax纳入WiFi网状网络的传输层，以创建一个既使用授权频率又使用未授权频率的网状网络。这个概念是WiFi非常适合最终客户端的流量最终分配（以及从客户端收集流量），而WiMax非常有效地提供接入节点回程和获取大量低延迟业务管道尽可能给最终用户。

此外，通过提供WiMax和WiFi的混合，运营商可以使用WiMax连接为住宅和企业提供更高的SLA，通过提供更高速率的专用带宽和QOS来带来更多收入。

· 无线网络部署方案
如图3至图5所示，WiMax和WiFi网格的组合可以在一系列阶段中发展为完全演进的形式。典型的初始阶段1的部署（图3）与配水系统非常相似，在这个系统中，主水管比核心更厚。

一些需要直接连接的住宅和商业客户将由固定的WiMax系统提供服务，该系统可提供与SLA的高带宽低延迟连接，同时覆盖特定区域或园区以实现WiFi语音，视频或数据连接客户端，将使用单独的WiFi网格。网状网关连接到为回程提供分配/聚合的WiMax系统。

正如图3显示，在这种类型的实际部署中，存在多个单元- 网格网关和WiMax订户单元 - 部署在选定的有利位置处，例如灯杆。

下一阶段是将WiMax用户单元与WiFi网状网关集成以生成图4的网络。从部署的角度来看，这可以简化和加速安装，因为灯杆上只能安装一个单元。此外，集成降低了设备的总体成本，与两台设备相当，并提供更低的延迟。

“由于每个无线链路都有QOS管理，因此当您部署语音和视频时，您已经拥有基于高质量服务和低延迟的基础架构，”Proxim的Smith说，“它会为您提供为最终用户提供更高的吞吐量;同样，对于单个系统，您可以为整个基础架构提供单一管理系统，从而降低整体运营开支。“

最后阶段是WiMax网络向802.16e标准，支持移动WiMax终端也是如此。图5表明，这可以通过软件升级到集成的WiMax/网状网关单元来满足 - 不需要用卡车卷来替换单元硬件。当然，运营商不需要采取这样的步骤，因为很可能将移动WiMax作为完全独立的覆盖网络，其频率与原始固定WiMax网络使用的频率不同。

然而，最终，如果移动WiMax广泛传播到终端设备（如笔记本电脑和其他客户端设备），可能会影响WiFi本身的吸引力和使用。

“移动版本（802.16e-2005）是真正的WiMax。如果您拥有有限数量的端点并且您正在进行视距网络，则固定版本可以。但是，当服务需要进入家庭或办公室时，或者用户将要使用小型天线便携式设备时 - 例如笔记本电脑中的PC卡，这种情况 - 只有新的移动WiMax标准才会经济地服务于这些类型的应用，“SOMA的Flak说。

Flak认为，基于WiFi的市政网络战略可能需要在几年后重新审视。

“我认为很多现在正在进行的WiFi市政网络都有些权宜之计。他们正在把它们放进去，因为WiFi存在，价格便宜，成熟，有多个供应商，它已经准备好了。但它有很多限制 - 范围，QOS等等，“他说。“但是，随着我们进入2008年，移动WiMax将在大规模商业部署，我认为从2008年开始的新的市政部署将有另一个非常有趣的WiFi替代方案 - 我相信这是一个更好的选择。”

安全和监控示例

使用点对多点产品为点对多点解决方案提供回程的方法的一个例子，该点对多点解决方案为WiFi提供了终端访问，EZ无线部署使用Proxim设备覆盖俄勒冈州和华盛顿州700英里的九个城市。此网络的安装有助于：

· 向应急响应者提供实时数据，以有效解决Umatilla化学武器库的任何紧急情况

· 监控主要交叉口 - 沿着450英里 - 用于紧急疏散

· 改进应急演练中对应急人员的跟踪，并减少相关文书工作

· 监控交通流量/事故，并改善日常警务工作

在操作中，系统允许响应者使用手持设备查看地图，GPS数据，平面图和化学扩散模型。网络可以在交叉口处回传来自摄像头的视频，并且可以通过响应者的笔记本电脑控制摄像头。

练习期间响应者移动的数据通过PDA进行跟踪，这改善了团队后勤，并使文书工作减少了65％。由于直接获取驾驶执照和驾驶员数据已消除了每月约4000个无线电话，警察交通站点的效率也更高。另外还有一些应用正在开发中，比如端口安全。

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