LTE_WIMAX与WIFI网络架构之比较

86 2013年第02期，第46卷 通 信 技 术 Vol.46，No.02,2013 总第254期 Communications Technology No.254,Totally

LTE、WIMAX与WIFI网络架构之比较

李 群， 高海莺 （富春通信股份有限公司，福建 福州 35003）

【摘 要】对当前无线宽带通信技术标准LTE、WIMAX、WIFI的网络架构进行了比较，重点讨论了这3种技术体制网络架构的功能及其差异。通过比较发现，LTE与WIMAX的网络架构相似，都是全网扁平化、IP化网络结构，但它们的移动基站/用户终端模块的功能不同，均应用于移动蜂窝组网；WIFI作为3G网络的补充，是由接入点（Access Point）和无线网卡组成的无线局域网络。 【关键词】长期演进；全球微波接入互操作性；无线保真；网络构架 【中图分类号】TN929.5 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)02-0086-03

Comparison on Network Architectures for LTE, WIMAX, WIFI LI Qun， GAO Hai-ying （Fuchun Communications Co., Ltd., Fuzhou FuJian 350003, China）

【Abstract】The network architectures for LTE, WIMAX, WIFI standards of wireless broadband communication technology are compared, and their functions and differences discussed. The comparison indicates that LTE and WIMAX, with the similar network architectures, are both flat and all-IP, while quite different in functionality of MS/UE modules. They could be all used for mobile cellular network. However, WIFI, actually WLAN and as a supplement for 3G, consists of access point and wireless card. 【Key words】LTE；WIMAX；WIFI；network architecture

0 引言 随着无线宽带接入技术的发展，WIFI、WIMAX和LTE成为目前的技术热点。由于免费、快速接入等特性，WIFI一直是用户获取网络数据的主要手段，据预计2015年全球50%的数据流量都将通过WIFI方式入网[1]。WIMAX作为能够提供高速移动数据业务的技术，正引起越来越多的重视。而LTE作为3G长期演进方案，日前中移动正加速扩大TD-LTE实验网建设进程。WIFI、WIMAX、LTE网络架构的不同，致使它们的应用范围、提供的网络服务以及市场定位等都存在很大差异。 WIFI（Wireless Fidelity）即无线保真，是致力于解决符合802.11标准产品的生产及设备兼容性问题的组织。随着技术的发展，现在IEEE802.11系列标准已被统称为WIFI，它是一种短程无线传输技

术，能在数百英尺范围内支持互联网的接入，可工作于2.4 GHz和5 GHz的频段[2]。目前，在全球范围内，基于WIFI技术的无线局域网已日趋普及，覆盖范围也越来越广泛[2]。 WIMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）即全球微波接入互操作性。WIMAX也称802.16无线城域网，是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接。该技术是针对微波和毫米波频段提出的一种新空中接口标准，其主要目标是提供在城域网一点对多点的多厂商环境下有效地互操作的宽带无线接入手段[2-4]。它可以解决高速连接“最后一公里”的无线宽

带城域网的接入问题[4-5]。 LTE（Long-Term Evolution）长期演进，被通俗地称为3.9G。2004年11月，3GPP组织启动LTE项目，其目标在于对抗WIMAX竞争，打造超越WCDMA和TD-SCDMA的新一代无线通信系统，以确保在未来10年内领先[6-7]。LTE已经成为移动通信的主流演进方向。

收稿日期：2012-10-09。 作者简介：李 群（1985-），女，硕士，助理工程师，主要研究方向为无线通信；高海莺（1987-），女，硕士，助教，主要研究方向为集成电路设计。 87

1 WIFI、WIMAX、LTE的网络架构 1.1 WIFI的网络架构 自1997年第一代WIFI标准发布以来，到2012年2月已经发展到第五代WIFI标准。其发展进程如图1所示。

图1 WIFI标准进展 WIFI的网络架构如图2所示。

图2 WIFI网络架构 WIFI网络架构中的各元素通过相互作用来提供WLAN服务，并向上层支持站点的移动性。站点是网络最基本的组成部分，可以是一台PC机，也可是如PDA等手持无线设备；基本服务单元（BSS）是802.11标准规定的WLAN的最小构件。一个BSS包括一个基站和若干个站点，所有的站点在本BSS内都可直接通信，但在与本BSS以外的站点通信时必须通过本BSS的基站；分配系统（DS）用于连接不同的BSS，它通过必要的逻辑服务将匹配地址分配给目标站点，使移动终端设备得到支持，并在多个BSS间实现无缝整合；AP既有普通站点的身份，又有接入到DS的功能；扩展服务单元（ESS）由DS和BSS组合而成。一个BSS可以是孤立的，也可通过AP连接到主干DS，然后再接入到另一个BSS，这样就构成了一个ESS；门桥（Portal）的作用相当于网桥，用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。所有来自非802.11局域网的数据都要通过门桥才能进入IEEE 802.11的网络结构。 1.2 WIMAX的网络架构 WIMAX标准进展如图3所示。 WIMAX的网络架构如图4所示。 图4中R1为空中接口；R2为客户界面；R3为WiMAX接入网与核心网的接口；RASN与ASN的接口；R5为核心网WiMAX漫游接口；R6为BS与ASN GW之间的接口；R7为控制与承载的接口；R8

为BS与BS之间的接口；ASP为应用业务供应商；

ASN为接入业务网络；CSN为核心业务网；NSP为网络业务供应商。

图3 WIMAX标准进展 基站（BS）基站（BS）基站（BS）基站（BS）R6

R6

R6

R6ASN网关ASN网关R8R8R8R6移动基站(MS)R1访问网络服务提供者(Visited NSP)连接服务网(CSN)R3R5

网络服务年供者

(Home NSP)

连接服务网(CSN)

其它接入服务网(ASN)

R4

Internet或任意

IP网络

R2

R2

Internet或任意

IP网络

图4 WIMAX的网络架构 ASN的功能是管理802.16空中接口。其主要功能包括发现网络并选择接入；连接到选定的CSN、ASN内切换和移动性管理；无线资源管理和分配 等[8]。一个ASN由基站（BS）和接入网关（ASN- GW）组成，可连接到多个CSN，为不同NSP的CSN提供服务[5]。CSN为WIMAX用户提供IP连接，主要包括Internet接入。其主要功能有IP地址管理；ASN间位置管理、移动性和漫游；为多种业务（如语音）提供基础连接、策略控制和QoS管理等[8]。CSN可作为全新的WIMAX系统的新建网络实体，也可利用部分现有网络设备实现其功能。 1.3 LTE网络架构 LTE的标准演进如图5所示。

图5 LTE的标准演进 LTE的网络架构如图6所示。

GxS6a

S11S1-MME

SGiS5/S8S1-ULTE-Uu

UEeNodeB服务网关分组交换

网网关

运营商提供的

IP服务（如IMS,PSS等）

MME归属用户服务器(HSS)策略控制服

务器(PCRF)Rx

图6 LTE的网络架构 88

图6中S1-MME为EPC与eNB接口；S11为控制面网元和用户面网元间的信令接口；Gx为PCRF与PCEF（位于P-GW）间的接口；S1-U为用户面接口；SGi为拜访地PCRF与归属地PCEF互通接口；业务策略提供点通过Rx接口向PCRF通知业务属性；S5为S-GW和P-GW间接口；P-GW为SAE网络的边界网关；HSS为SAE网络用户数据管理网元；MME通过S6a接口从HSS获得鉴权和签约信息；S8为PCEF国际漫游接口；PCRF为策略控制服务器。 LTE接入网由互连的演进型节点B（e-Node B）组成，提供UE的E-UTRA控制平面与用户平面的协议终止点。e-Node B的主要任务就是处理移动基站（MS）的话务量。LTE中的移动管理实体（MME）与服务网关（S-GW）为核心网（EPC）提供空中接口。EPC信令处理部分称为MME，数据处理部分称为S-GW。MME是控制面功能实体，负责处理与用户终端（UE）相关的信令消息。S-GW是用户面功能实体，负责为UE提供承载通道来完成分组数据的路由和转发。 2 比较 根据三者的网络架构图，发现LTE与WIMAX的网络架构类似，都是全IP扁平化结构，其网络架构大致可分为3大逻辑部分：移动基站/用户终端（MS/UE）、接入服务网/核心网（ASN/CN）和连接服务网/协议数据网（CSN/PDN）[9]。虽然LTE与WIMAX在网络架构上没有较大区别，但它们的MS/UE模块的功能不同。WIMAX中ASN-GW的功能由LTE的两个实体提供，即MME和S-GW。WIMAX中的ASN-GW与LTE中的MME和S-GW都为EPC提供空中接口，被认为是用户话务量的聚合点。其任务都是用e-NB/BS建立、维持、终止流动隧道的移动性管理。两者的区别主要在于LTE把处理控制层流量与用户层流量分开，即MME只用来处理控制层的流量，S-GW只用来处理用户层流量；而WIMAX在概念上没有控制层和用户层之分，控制层和用户层流量统一由ASN-GW处理。另外，LTE定义的实体为LTE以及传统3G网络（如WCDMA）提供了接口；而WIMAX仍致力于完成这部分功能[9-10]。 WIFI实际上属于WLAN范畴，它有3种工作方式： 1）基于AP组建的基础无线网络（Infrastructure）：由AP创建，众多站点加入所组成的无线网络，这种类型网络的特点是AP是整个网络的中心，网络中所有的通信都通过AP来转发完成。 2）基于自组网的无线网络（Ad hoc）：也称为自组网，是仅由两个及以上站点自己组成，网络中不存在AP，这种类型的网络是一种松散的结构，网络中所有的站点都可直接通信。 3）WIFI Direct：可以在传统AP网络设备不存在的情况下支持点到点的通信。微软计划在WIN8中内置WIFI Direct。 LTE与WIMAX、WIFI在各方面的性能比较如表1所示。 从表1中可看出，尽管LTE费用较高，但在灵活性、数据速率、稳定性方面它更具技术优势。目前全球范围内，各家运营商都在花费重金储备LTE频谱资源，我国TD-LTE的工作频段也已经确定。 表1 LTE、WIMAX、WIFI主要性能对照 技术指标 LTE WIMAX WIFI