擴大行動寬頻覆蓋範圍　WiMAX/Wi-Fi整合網路崛起

因此，可利用全球微波存取互通介面(WiMAX)無線都會寬頻無線技術的覆蓋範圍廣與傳輸距離長特性，將其與Wi-Fi產品做平行異質網路整合；另一方面，WiMAX與目前使用率最高的無線網路Wi-Fi整合也可提高使用率。由此看來，WiMAX和Wi-Fi的整合可以達到兩者互利且製造更大的布局空間。本文首先淺談WiMAX與Wi-Fi各別技術，再深入探討WiMAX和Wi-Fi的整合技術，如換手(Handover)和漫遊中新增的邏輯元件及運作，最後介紹適用的布建情境。

Wi-Fi技術使用率高

Wi-Fi是指根據IEEE 802.11無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)標準所開發的通訊技術，目前大量應用於小範圍的無線上網，如咖啡廳、家庭、辦公室等。Wi-Fi因傳輸功率和CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)的限制並不適用於長距離傳輸。Wi-Fi最大的優勢是目前大部分的裝置都已內建，是現今使用率最高的無線網路技術。

資料來源：資策會智通所 圖1　Wi-Fi架構

Wi-Fi頻段屬於工業、科學與醫療頻段(Industrial Scientific Medical Band, ISM)的頻率範圍，雖然相關Wi-Fi產品發展業者不須支付頻段費用，可降低成本，但Wi-Fi容易受其他同頻段無線網路設備的干擾。圖1所示為Wi-Fi的基本網路架構。

WiMAX是根據IEEE 802.16無線都會網路(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN)的標準所開發出的無線寬頻通訊技術，其標準分為固定式及移動式。固定式WiMAX傳輸距離理論上可高達50公里，而且傳輸速率高達70Mbit/s，可以應用在大範圍的公眾空間；移動式WiMAX可支援120km/hr以上的移動速度，可支援高速移動的終端。WiMAX可視為最後一哩(Last Mile)的無線替代方案並具有快速布建及低成本的優勢。圖2是WiMAX的基本網路架構。

資料來源：資策會智通所 圖2　WiMAX架構

WiMAX/Wi-Fi漫遊不是夢

先前WiMAX論壇提出WiMAX與Wi-Fi的無線網路整合，其目的是支援WiMAX與Wi-Fi系統整合和系統間漫遊的功能性，並探討其影響及需求。WiMAX和Wi-Fi的整合架構模組是由各邏輯元件(Logical Entities)組成，邏輯元件透過介面關聯點(Reference Point)達成互動式的溝通。

圖3為非漫遊參考模型(Non-roaming Reference Model)，WiMAX論壇在WiMAX核心網路架構新增IWK Function做為WiMAX和Wi-Fi整合的主要核心功能。IWK Function包含WIF(Wi-Fi Interworking Function)、WiMAX SFF(Signal Forwarding Function)和Wi-Fi SFF三個邏輯元件。

資料來源：WiMAX論壇 圖3　非漫遊參考模式

WIF如圖4所示，是Wi-Fi和WiMAX的CSN介接的主要核心，支援的運作功能有AAA代理(Proxy)、PMIP Client、DHCP Proxy、Accounting Client、Accounting Agent、Data Path Function與IP Filter。WiMAX SFF和Wi-Fi SFF是為能讓行動電話(MS)在WiMAX與Wi-Fi兩者間換手時能轉送控制訊號跟訊息。WiMAX SFF可視為虛擬的基地台(BS)，位於ASN中，而且WiMAX SFF執行從Wi-Fi到WiMAX的換手以及交換換手訊息。

資料來源：WiMAX論壇 圖4　WIF模組

另一方面，Wi-Fi SFF則是執行從WiMAX到Wi-Fi的換手和轉送控制訊號跟訊息。圖5為漫遊參考模式(Roaming Reference Model)，在此模式中，由於WiMAX和Wi-Fi是不同的網路服務營運商所提供，因此彼此需有漫遊協定(Roaming Agreement)。WiMAX論壇提出的整合規範最主要是使WiMAX和Wi-Fi能整合並進行封包傳輸，所以在這之前必須要先做認證相關處理。WiMAX論壇對於彼此間漫遊情境新增AIF(AAA IWK Function)做為WiMAX AAA和Wi-Fi AAA認證間溝通的功能元件，並管理彼此安全性的金鑰和轉換AAA訊息。

資料來源：WiMAX論壇 圖5　漫遊參考模式

透過參數轉換完成換手

為支援換手，服務網路(Serving Network)的AAA會產生相同的安全性內容給另一個裝置以支援預登記與預認證(Pre-registration and Pre-authentication)避免服務中斷。值得一提的是，在換手方面會因單一無線電(Single Radio)或雙無線電(Dual Radio)而有所差異。Single Radio因為只能有一個無線連線，所以工程師在須設計預認證的機制事先找到另一個無線裝置以完成快速換手；Dual Radio因為可同時連線WiMAX和Wi-Fi，所以可在換手前先完成許多包括認證和服務品質(QoS)參數交換的動作，不須額外設計機制。

在換手的程序中，WiMAX和Wi-Fi會透過IWK Function中的邏輯元件WIF、WiMAX SFF和WiFi SFF交換訊息或是執行換手的參數轉換。因為WiMAX和Wi-Fi屬於不同的無線網路，所以封包協定也不相同，WiMAX論壇為了系統上的整合，在封包協定上不論是控制面(Control Plane)或資料面(Data Plane)都須透過IWK Function進行溝通。

WiMAX/Wi-Fi整合效益高

整合WiMAX與Wi-Fi的優點如下，不同使用情境將有不同的網路布建架構。

‧	WiMAX做為無線網路的骨幹
	由於Wi-Fi只適用於室內的小範圍傳輸，如飯店、機場或其他公眾場合，若走到戶外的大範圍環境，即可搭配WiMAX隨時隨地使用無線寬頻網路。

‧	有線網路布建環境困難或建置成本高
	可使用WiMAX做為最後一哩，並搭配Wi-Fi網路實現全域無線網路使用。

‧	無線網路訊號不良
	當目前使用的無線網路訊號不良時，使用者可轉換成另一個無線網路，保持良好的無線網路使用品質。

Wi-Fi是目前最多使用者的無線網路，尤其是Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)提出的Hotspot 2.0增加Wi-Fi的互通性後，Wi-Fi的市場可望大幅增加。若WiMAX想要提高用戶數，和Wi-Fi整合不失為一個可行的辦法，對Wi-Fi而言，WiMAX的寬頻傳輸、傳輸距離長與具備QoS的特性也可提升Wi-Fi的服務品質。目前3G用戶頻寬不足，WiMAX和Wi-Fi技術整合可讓使用者多一個寬頻無線網路的選擇。

WiMAX論壇制定WiMAX和Wi-Fi的整合技術標準，包括系統架構、運作程序、封包協定、漫遊與換手。利用這些技術標準中新增的邏輯元件WIF、WiMAX SFF和Wi-Fi SFF支援WiMAX和Wi-Fi系統整合，無論是漫遊或換手的情況下保持連線不中斷。在設備上，由規範看來僅須軟體升級，並毋須大幅的更換硬體設備，毋須增加太多設備成本就可以互相通訊，是一大利多。若軟體更新成功後，可以增加不同的營運模式，也可吸引更多用戶以達到更高的營收，促進WiMAX和Wi-Fi雙方營運市場的大幅成長。

(本文作者任職於資策會智通所)