随着国民经济的发展和社会信息化水平的日益提高,构建一个以“无处不在的网络社会”为目标(Ubiquitous Network Society—UNS,“泛在网络社会”,又称“无线宽带城市”、“无线城市”或者是“数字城市”)的信息化社会的议题日益成为一些国家的政府、学术界以及运营企业热烈探讨和实践的课题。从技术实现的角度看,要实现无处不在的泛在网络社会目标,无线接入方式是最为高效便捷也是最有可能实现泛在网络社会目标的技术实现方式之一,因此国内外也将“泛在网络社会”称为“无线宽带城市”。
泛在风吹遍国际电信圈
在国际上,我们的邻国——日本和韩国在这方面起步较早,在2004年就提出了以“U-Japan”、“U-Korea”计划为核心的国家信息化发展战略。韩国成立了以总统为首的国家信息化指挥、决策和监督结构——“信息化战略会议”及由总理负责的“信息化促进委员会”,指导并制定国家信息化政策和计划,协调各部门间的法律政策关系和资金技术的支持,中央及地方政府采取各种政策手段,为U-Korea信息化建设保驾护航。韩国信息和通信部(MIC)则具体落实并负责推动U-Korea项目的建设,重点支持“无所不在网络”相关技术的研发及相关的科技应用,希望通过U-Korea计划的实施带动国家信息产业的整体发展。
日本政府的力度更大,“U-Japan计划”通过发展“无所不在网络”技术催生新一代信息科技革命,并积极构建无线网络环境打造出“无所不在的日本(Ubiquitous-Japan)”。在引导实施上,日本采用的是政府主导型的信息化发展模式,政府高度重视信息化发展战略。U-Japan战略是由日本总务省发起并由政府大力推动的。在2001年1月,日本内阁府就成立以总理大臣为首的“IT战略本部”,负责制订日本的IT发展。2004年3月,总务省召开“实现泛在网络社会政策座谈会”,并于当年5月向日本经济财政咨询会议正式提出了以发展Ubiquitous社会为目标的U-Japan计划构想。
日本U-Japan战略的理念是以人为本,实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接,即所谓4U=Four You(Ubiquitous,Universal,User-oriented,Unique)。此战略将以“基础设施建设”和“信息技术应用”为核心在以下两个方面展开:一是泛在网络社会的基础建设。希望实现从有线到无线、从网络到终端,包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境,100%的国民可以利用高速或超高速网络。二是ICT的广泛应用。希望通过ICT的有效应用,促进社会系统的改革,解决老年化社会的医疗福利、环境能源、防灾治安、教育人才、劳动就业等一系列社会问题。客观而言,U-Japan信息化发展战略是具有睿智和前瞻性的,其一方面通过搭建无所不在的网络社会,在更深的程度上和更广泛的范围内拓展信息技术的应用空间;另一方面,大力倡导信息技术的应用,充分利用逐渐完善的信息基础设施以及泛在网络,从满足社会的各类需求的角度出发考虑未来信息化社会的构建框架。坦诚而言,这种对于未来信息社会的探索和引导具有深远的战略意义,也是美国费城、伦敦以及中国北京、天津等无线城市建设目标的高度、深度所不可比拟的!
构建无处不在的网络社会向人们展现了无限的遐想,除了日本、韩国等少数国家从国家信息化发展战略高度提出无处不在的网络社会整体发展框架外,一些国家的城市也在积极地进行未来信息社会构建的有益探索。
美国费城从2004年开始就率先在全球发起无线城市的建设目标,现在已经通过1.5万个热点组成的MESH无线网络搭建了整个城域无线网络;中国台北也较早提出了“数字城市”概念,到2005年底,中国台北已建成当时全球最大的WIFI网络覆盖的无线城市,架设的4200个WIFI接入点可以为90%的市民提供服务;新加坡更是决意要在2015年建成“智能国家”。国内一些发达城市也不甘落后,北京的崇文区、大兴区和望京科技园区已经初步完成了无线城市试点布局的建设工作,正在进入奥运期间免费试商用阶段;上海嘉定区的“无线城市”建设计划明确提出,到2010年上海世博会前夕,嘉定区468平方公里的范围内将实现宽带互联网的无缝覆盖;广州市副市长徐志彪更是公开宣称,在未来三年内政府将拿出超过10亿元的资金, 2010年亚运会前实现覆盖全市的无线宽带上网的目标。
WIFI MESH构建泛在基础
很早的时候,通信业界就提出了要以实现“5W”(Who、Whenever、Wherever、Whomever、Whatever)无缝覆盖的信息社会的构建目标,这实际上也就是泛在网络的建设目标。通信业界也已经基本认可无线通信技术是未来实现泛在网络的重要方式,但未来泛在网络的构建则不可能基于单一网络,更可能是基于无线个域网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)等多种技术多种网络基础上实现的无缝覆盖的网络社会。就当前而言,构成未来泛在网络社会的各个子网络,如WPAN、WLAN、WWAN等技术都在不断完善和发展之中,而且要实现各种无线通信技术之间的无缝覆盖、无缝衔接还存在着许多技术和商用难题,距离真正商用推广尚需时日。而且当前作为无线广域网主力的移动WIMAX和3G等技术也还有待完善,因此当前世界各国都不约而同地选择了WIFI MESH技术作为目前技术上比较可行的无线城市的建设方案,并投入了商用运营。
WIFI MESH网络主要由MESH路由器/接入点和MESH终端两个层面的网元构成,MESH路由器/接入点除了具有传统的无线路由器/接入点的网关/中继功能外,还具有支持MESH网络互联的无线路由功能。在MESH网络中,由MESH路由器/接入点相互之间通过无线互联构成了网状方式的无线骨干网,这个无线骨干网再通过其中的网关MESH路由器与外部网络如Internet相连,实现整个网络共享互联网接入。而MESH终端,当前主要采用的是具有WIFI功能的笔记本电脑、WIFI手持设备等。在网络管理方面,作为WIFI MESH网的核心网元——MESH路由器/接入点,理论上不需要网络管理员来人为手工配置网络,就可以自动发现新加入的无线MESH路由器/接入点,由无线MESH路由器/接入点通过无线路由协议和无线侦测技术自动完成相邻路由器之间路由表等数据的更新,而且在出现节点/链路故障时也可自动进行路由连接调整完成网络的自愈;而且无线MESH网络通过“多跳”的组网架构大大延伸了单一接入点的无线覆盖范围。因此与传统的WLAN的接入点AP相比,采用WIFI MESH搭建的无线互联网从理论上解决了传统WLAN一直存在的可伸缩性低和网络健壮性较差等问题。
概括而言,无线MESH网络具有以下五个重要特点:快速部署和易于安装,几乎无需无线网络规划; 利用“多跳”的无线MESH技术可以很方便地实现非视距传输,大大扩展了无线宽带的覆盖范围;健壮性有所改善,MESH网络比单跳的WLAN网络的健壮性要有所加强,因为它的健壮性是通过骨干网上相互无线连接的无线路由器/接入点之间实现维系的,而不仅仅依赖于某一个单一的路由器/接入点,组网结构灵活,在无线Mesh网络中,每个路由器/接入点设备都有到达目的地的多个传输路径可用,理论上网络应当可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由,从而有效地避免了节点的通信拥塞;较高的网络吞吐量,在MESH网络中,一个节点不仅能传送和接收信息,还能充当路由器对其附近节点转发信息,随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加,网络总的带宽也将大大增加,最为重要的是,由于WIFI联盟的不懈努力,集成WIFI功能的笔记本电脑、手持设备的日益普及,为WIFI的迅速推广立下了汗马功劳!终端这个影响技术普及和商用推广应用的重要因素已经基本不存在,这也正是当前国际上无线城市建设广泛采用WIFI MESH技术方案一个重要原因。
WIFI MESH隐患难掩
自2004年7月美国费城第一次提出 “无线费城计划”后,这股以无线城市建设为目标的WIFI网络建设高潮开始席卷全美,进而蔓延到全球。基于WIFI MESH网络技术构建的“无线城市”,真的很“美”吗?非也,仅仅是看上去很美!主要有以下五个方面的问题目前尚无理想的解决办法:
缺乏有效的商业模式
这是困扰全球“无线城市”的重要问题也是当前国外轰轰烈烈的无线城市建设热潮之后迅速面临着的尴尬难题。无线城市建设,谁买单?谁管理?谁运营?谁维护?等问题是激动和狂热之后,摆在面前的很急需破解的“迷”局!
当前国内外无线城市的商业运作模式主要有三种。收费模式、政府财政支持的免费模式、采用广告播放换取免费上网模式。从国际无线城市的发展状况分析,由于投资和后期运营管理成本过大,当今的无线城市建设无论是政府建设导向还是运营企业的商业行为,如果无线MESH网络仅仅是提供一种无线宽带的接入方式,实现用户的互联网接入或者是开展互联网应用(如VoIP)等业务,这些服务所带来的利润难以维持整个MESH网络的运营,这也导致了WIFI无线城市概念在美国仅仅风靡两年多,从万人景仰到如今难以运作的尴尬境界。在中国,由于具有WIFI功能的手持终端设备,国家不允许商用,因此可以用于接入无线MESH网络的设备显然只有便携电脑,这对于商用运营的网络而言无疑又是一个不得不考虑的巨大挑战。
互操作性较差
互操作性问题也就是兼容性问题,这是影响MESH网络推广应用的一个最为重要的障碍。与WIMAX发展情形恰恰相反的是,WIMAX的技术标准已经出来,但是商用的WIMAX设备还未正式规模上市,而WIFI MESH则是已经先有商用化产品并经过一定规模的商用,但到现在为止还没有一个由国际电信组织颁布的统一的技术标准,而且国际上关于WIFI MESH架构还存在着竞争激烈的两大技术阵营,一个是以北电(Nortel)公司支持的Wi-Mesh联盟(Wi-Mesh Alliance),另一个是摩托罗拉、英特尔、诺基亚和德州仪器公司支持的SEE Mesh联盟(SEE Mesh Alliance),两大阵营在MESH技术实现上还存在着一些差异性,而且都向IEEE提交了标准草案。目前的标准还在商议之中,最终的WIFI MESH标准预计最快可能要到今年才能出台。而且作为无线MESH网络最重要的核心节点的无线路由器/接入点,由于无线网络的特性和用户的移动性导致无线路由器协议远比有线路由器要复杂许多,不同厂家之间的无线路由器并不能实现良好的互通,因此,如果要选择WIFI MESH网络构建无线城市,可供选择的厂家和技术余地并不多,这也是影响MESH网络部署在技术上最为致命的因素之一!
通信延迟
由于在MESH网络中数据通过中间节点进行多跳转发,每一跳必然都会带来一些延迟,而且随着无线MESH网络规模的扩大,跳接转接次数越多,积累的总延迟就会越大。显然,一些对通信延迟要求高的应用,如视频流媒体应用、VoIP等,将可能面临着无法接受的延迟过长问题,也就是QoS得不到有效保障。
安全
与WLAN的单跳机制相比,无线MESH网络的多跳机制决定了用户通信要经过更多的节点。而数据通信经过的节点越多,数据的安全问题就显得更加突出。我们通常使用的Internet本身即是使用Mesh方式进行通信的典型,它的安全隐患是众所周知的。正如Internet一样,无线Mesh网络的安全是一个不容忽视的重要问题,有线网络上的被动攻击(如窃听)以及主动攻击(如信息篡改、DOS攻击等)都将可能在无线网络上出现,而且由于无线路由的更加分散和不确定性将可能使得这些安全隐患在多跳的MESH网显得更加严峻。
无线环境复杂
由于无线MESH网络源于WLAN,采用的是公用的2.4G或者是5.8G频段,这两个频段有两个主要缺点,其一:在自由的非保护频段上,在更为复杂的城市电磁环境中建设电信级的可运营可管控且服务质量有保障的无线网络,这本身就是一个难以协调的矛盾。其二:这两个频段无线电波的传播特性造成穿透损耗较大,且电波传播多以直射波为主,当前国家仅仅允许室外无线AP的发射功率为100毫瓦(小灵通的基站功率都已经达到500毫瓦,且工作于1.9G频段;2.4G与5.8G频段的传播损耗要比1.9G分别大1倍和10倍!),要实现WIFI MESH网络在高楼林立的城市环境实现无缝覆盖,庞大的无线路由器/接入点规模已经足以令人望而却步,况且即便投资建设了如此规模的无线路由器/接入点,恐怕还可能难以实现覆盖区域的无缝覆盖!而且对于后期运营管理、维护支撑无疑都是一个严峻的考验。
无线城市蓄势待发
决策需要冷静
无线城市的建设,对于电信运营商而言既是机遇又是挑战,特别是对于以宽带见长且在固网宽带领域拥有丰厚运营积累的中国电信而言,将无线宽带作为有线宽带网络的延伸和有益补充,通过吸引和获取政府的大力扶持,参与未来信息社会发展框架的构建,并因势利导地将固网宽带上的成熟应用延伸到无线城市,甚至是与无线个域网WPAN、无线广域网WWAN等相结合,为个人客户、企业客户提供整体的综合信息服务解决方案,增强客户对于电信业务的黏性,巩固固网客户规模,推动中国电信向综合信息服务提供商战略转型等都不失为一个较好的机遇。因此,无线城市的规划,中国电信应当踊跃参与、充分介入、积极从中寻求商机!但是,目前基于WIFI MESH技术组网的无线覆盖解决方案显然不合适,寻求有效的商业运作模式以及处理和协调好与电信运营商未来的移动网络之间的关系等,还需要我们更加深入的探讨研究,并积极学习借鉴国内外经验教训,探索出合适合理共赢的解决方案,推动无线城市建设步入可持续发展的良性轨道!
积极跟踪趋势
对于以WIFI MESH模式构建的无线城市,就技术实现而言,统一的国际标准尚未推出,核心设备的兼容性问题比较突出,目前业界能提供设备的厂商不多且规模和名气不大,一些通信业界巨头更多地是将重心投入到WIMAX、3G、4G等产品的研发,商用的产品距离电信级网络要求尚有差距。但是“U化信息社会”是社会信息化以及国家信息发展战略的必然演进方向,更是通信业界的奋斗目标,而且“U化信息社会”更可能是基于无线个域网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)等多种技术多种网络融合基础上实现的无缝覆盖的信息社会,它将给人们的工作、生活、消费等模式和习惯影响带来巨大的深远变革,因此需要我们积极跟踪技术的演进,做好技术和能力储备,随时可以投入到“U化社会”的建设中。
