WiMAX扮演宽频网路关键角色

WiMAX除了以无线宽频为第一出发外，近一、二年来又多了一项新任务，即是用来实现「无线通讯的完整、无线跨网跨区的全程无缝漫游」，这主要是针对东南亚与都会等稠密区所设想的新用途，有别于最初的地广人稀之用。本文讨论的重点就是针对WiMAX的发展与应用领域，讨论其在未来宽频网路环境中的定位。 　 图一　Airspan Networks的WiMAX用户端室内用数据机 　 註：该产品系列名为EasyST，其中ST为Subscriber Terminal之意，与CPE及Subscriber Station意思相同。资料来源：Airspan.com 自从Intel于2002年提出WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）以来，经过一、二年的底层规格研拟、提案、议订，其固定式通讯的标准：IEEE 802.16d于2004年上半完成制订，而行动式通讯的标准：IEEE 802.16e原预计2005年上半完成制订，但之后拖延半年，也于2005年12月7日完成，加上WiMAX Forum组织的成立、国内经济部启动M-Taiwan计画，电信局立法通过WiMAX固网式应用，以及Intel决议让更多的国内网通制造业者加入WiMAX产品（过去国内仅一家业者：正文科技Gemtek）阵营，看来歷经数年的酝酿、加温，2006年预计将会是WiMAX的成长、起飞年。

WiMAX首要定位：缩短数位落差 Intel为何会提出WiMAX的无线都会区域网路（Wireless Metropolitan Area Network；WMAN）技术？相信很大的原因在于东亚的惊人宽频密度、宽频普及率，包括南韩、台湾、日本、大陆等地都各有数百万条的到府宽频，并且也率先迈向光纤到府（Fiber To The Home；FTTH或Fiber To The Building；FTTB）的更先进歷程。 相对的在欧洲、美加、纽澳等地，因为地广人稀，实线牵佈的成本高昂、投资报酬率低，使得宽频密度与普及率远不及东亚。过去Internet上有80％的内容皆为英文，Internet开放民用后对英语系国家最为有利，可让社会与企业得到更多的便利与发展优势，为此日本富士通（Fujitsu）等大型企业才积极加强每位员工的英语能力，因为过去日本倚赖菁英翻译团队，以高效率方式翻译国外着作，让不善英语的日本国人也能快速吸收国外新知，但在Internet开放后，这种模式将不再有效。 如今，东亚的高密度、高普及宽频，反而让Internet的资源运用优势从欧美往东亚倾斜，东亚家家户户都有宽频的结果，使社会便利与企业竞争的提升速率有可能超越欧美，为了缩短因实线牵佈造成的劣势，遂提出无线式宽频的理念，此即是WiMAX。 当然，倡议WiMAX的业者不会明言此一主要发想动机，反而认为WiMAX最适合用在非欧美的其他地区中，可用于缩短数位落差（Digital Divide）、城乡落差，特别是在正逐渐看好的金砖四国（巴西、俄罗斯、印度、中国；BRIC）中，例如Intel于2005年8月的开发者论坛（Intel Developer Forum；IDF）中，就提出一种新型的概念电脑：Community PC，其是针对开发成长中国家所设计，对外通讯方式就特别强调使用WiMAX。 　 图二 Aperto Networks的WiMAX产品PacketMAX系列 　 註：PacketMAX包括WiMAX基地台（图左）、WiMAX数据机（图下）、以及WiMAX天线（图右）等。资料来源：ApertoNet.com

WiMAX在台湾的四大妙用 那么，WiMAX对台湾家庭有用吗？答案是很有限，由于国内地狭人稠、宽频普及，没有使用WiMAX的必要。无论如何，号称无线宽频的WiMAX必然要比实线宽频略逊一筹，因为无线在传输过程中所遭遇的变数较多，较恶劣的气候（豪雨、大雪）会使传输减弱、甚至断讯，WiMAX是在实线有其构及难处（经济或技术因素）时才情非得已的使用。 然而也并非真的无运用空间，在地广人稀或其他基础建设（指一些公用事业）落后的地区，WiMAX真的必须担任起无线宽频的角色，但在台湾另有更多的角色可以发挥，而且都已迈入实际佈建实施的阶段，例如： ■超大覆盖的公众上网 过去在饭店、机场、展场等公众场所的无线上网区（Hot Spot），只能用覆盖率较小的Wi-Fi基地台（Base Station）来佈建，如今可改用覆盖率较高的WiMAX基地台来佈建，如此相同覆盖面积可减少佈建的点数，进而节省建置与维修管理成本，经济部推行的M-Taiwan计画在用意上也与此较类似。 不过笔者认为，既然WiMAX具有缩短数位、城乡落差的好处，应当也要遍佈在国内的深山或东岸、高屏等地，而非现有计画以选定10个市镇作为优先佈建，希望达到都会全区的完整无线覆盖性。 ■固网建设的无线式最后一哩 现有已逐渐民营化的中华电信承接过去数十年来由人民税金所佈建的固网基础建设，即是已达高密度的市内电话、传真、国内长途电话等实体佈线，使得其他新进的三家新固网业者（东森宽频、台湾固网、速博/新世纪资通）很难在普及率及价格上与中华电信竞争，毕竟最后一哩（The Last Mile）的投资报酬率最低，也最需要时间才能回收，但通讯服务若没有完成最后一哩、无法遍及到府，一切商机也几乎难以开展。 所以电信局立法通过，开放国内的无线频段，允许固网业者用WiMAX作为最后一哩的建设，如此申装固网不一定要有实线佈牵，只要在家放置一个WiMAX数据机（也称为Customer Premise Equipment；CPE），就有机会使用不同业者所提供的固网服务，包括市内电话/传真、长途电话/传真、国际电话/传真等。而这自然对三家新进业者最有利，反倒是对已有大量密集固网佈线的中华电信最不利。 ■都会区的无线行动市话 由于WiMAX的覆盖率与PHS相近，日本已有营运业者停止PHS建设的投资，改以WiMAX佈建来渐替，而国内的大众电信（FITEL）也已向工业局申请专案补助，将佈建WiMAX与既有PHS共混的无线网路，并使两者能平顺相容互通。 若使用IEEE 802.16d的标准进行佈建，那么WiMAX的行动通信应用将只限于个人行走，而无法在高速行车下通讯，要想在高速移动上仍可保持通讯，必须使用最新的IEEE 802.16e标准才行。关于此，在IEEE 802.16e未底定前的先行佈建是否无效？答案是不尽然，因为多数的WiMAX基地台可透过软体升级的方式来追加支援IEEE 802.16e，使先前的佈建投资不致全然白费。 ■企业的第二备援考虑 企业虽然使用固接专线来进行虚拟私有网路（Virtual Private Network；VPN）、异地备援/灾后復原（Disaster Recovery；DR）等传输，但固接线路也非全然牢靠，有些预算较宽裕的企业会同时牵佈两条专线，在任一条失效时仍有一条可维持运作，类似运算机房所採行的双供电迴路、双配管空调等设计，平时若无失效也有双线同时运作的加速效用。同理，为求传输坚稳及加速，WiMAX有机会成为企业的无线备援专线。 举例而言，国泰金控的核心营运系统为IBM大型主机（Mainframe），于北高两处各有一部，两部主机间用两条T3线路进行备援传输，採差异、交叉性资料备份，但除此之外也在台北国泰金控所属的建筑顶楼佈建起WiMAX基地台，作为T3线路失效时的另一备援路径。当然，国泰金控的案例及佈建组态似乎过于宽裕，对预算较受限的企业而言，除一条固接专线外，可考虑用WiMAX作为另一备援专线。 　 图三 美国富士通微电子于2005年4月发表WiMAX系统单晶片 　 註：美国富士通微电子（Fujitsu Microelectronics America；FMA）发表的MB87M3400，可用于WiMAX基地台（Base Station）或WiMAX数据机（Subscriber Station）中，目前绝大多数的WiMAX晶片都採行此种「基站/客端」皆可运用的设计。资料来源：Fujitsu.com

无线通讯的无缝覆盖补土 WiMAX除了以无线宽频为第一出发外，近一、二年来又多了一项新任务，即是用来实现「无线通讯的完整、无线跨网跨区的全程无缝漫游」，这主要是针对东南亚与都会等稠密区所设想的新用途，有别于最初的地广人稀之用。 在典型的都会区内，家家户户多有Wi-Fi的居家区域网路，或者公众场所也多有Hot Spot的无线上网区，但离开此两处就必须使用3G通讯，3G通讯与Wi-Fi相比，其速率慢、收费贵，但却在覆盖率及高速移动通讯等方面胜过Wi-Fi，等于两者各有优缺，为了让两种无线通讯间的表现落差不致过大，同时也用来弥补一些Wi-Fi与3G都未顾及的覆盖地区（如地下停车场），WiMAX可作为两种无线通讯间的界接、跨接角色，最终目的可让无线服务的使用者平顺且无形地在三种网路中漫游。 事实也确实如此，原本已退出WiMAX阵营的Nokia之后又回笼，并于2005年6月宣佈与Intel共同研究3G与WiMAX间的互补技术，期望在不久的未来能开花结果。 不过，就现实而言，目前WiMAX连第一角色的佈建成效为何都尚未有明显的实绩，作为无线补土的第二角色似乎就更加遥远，撇开Nokia与Intel正积极中的WiMAX/3G接轨整合，WiMAX与Wi-Fi的接轨整合都还有许多问题，WiMAX与Wi-Fi在QoS（Quality of Service）机制上的设计并不相同，WiMAX採行与非同步传输模式（Asynchronous Transfer Mode；ATM）相容的设计，而Wi-Fi则以IEEE 802.11e及WMM（Wi-Fi Multi-Media）为依据。 不仅QoS机制有差异，安全加密与认证机制也是，Wi-Fi使用WPA2的加密及认证，其加密演算法主要为AES、认证程序则为PEAP，而WiMAX加密可选择3DES或AES，但认证上採行PKM-EAP，虽然技术本质上的差异不大，但依然需要诸多的整合心力才能实现平顺接轨。 尽管各地营运业者可用自有的经验与整合技术来实现接轨，但不保证可以跨国跨地适用，因此WiMAX更迫切需要一个全球一致的接轨、整合规格与标准，目前这样的标准尚未浮现，虽然Wi-Fi Alliance有提供Wi-Fi产品的标准验证及互通性测试认证，WiMAX阵营也有WiMAX Forum的机构担任类似的工作，但也仅限于WiMAX自有的规范标准，而无跨两者的互通测试验证，这主要还是接轨标准未成形之故。 即便接轨标准成形、颁佈，到底要由Wi-Fi Alliance还是WiMAX Forum来负责接轨标准的合格测试及认证，也有待进一步的决议。 　 图四 WiMAX动态调变形成不同的覆盖率 　 註：WiMAX/IEEE 802.16虽可动态使用不同的调变方式来达到更远的覆盖率，但愈适合远距离传输的调变也必须跟传输率妥协，亦即图中的QPSK可传至最远，但传输速率也最低。资料来源：WirelessMAN.org

WiMAX有其发展上的隐忧 最后，经常有人问及Wi-Fi会否被WiMAX所取代？ 对此只能说Wi-Fi与WiMAX确实有些功效重叠，如前所述，在大覆盖面积需求的公众Hot Spot佈建上，Wi-Fi明显会受WiMAX威胁，但在小区域的Hot Spot（如单一餐厅）佈建上，Wi-Fi依然足够，况且Wi-Fi开始诉求更高速的IEEE 802.11n（尚未定案）、EWC（Enhanced Wireless Consortium），仍可在短距、高速领域有其优势。 此外，具穿透传输特性的NLOS（Non-Line Of Sight；非视线路径）型WiMAX，确实可让使用者在居家环境内便能无线上网，但WiMAX毕竟是「个体装置连向公众网路」之用，并不负责各家庭自有区域内的资源分享服务（如档案传递、网路列印），此方面依然要倚赖Wi-Fi。 所以WiMAX与Wi-Fi有部份重叠，但却无法完全取代，同样的也难以完全取代3G，与WiMAX最大重叠的当是PHS，预计未来两者的替换取代率也会最高。 不过，WiMAX独有的诉求定位并非没有敌手，就公众宽频角色而言，电力线式的宽频HomePlug BPL/BPL（Broadband over Power-Line）有可能对WiMAX产生挤压，虽然BPL会因国度、地域上的供电特性（电压、频率）差异而有碍其普及推展，但相对的WiMAX也一样有全球一致遍适性的问题，因为WiMAX并非採行全球一致的ISM（Industrial-Scientific-Medical）频段，需要各国政府及法规的通融才能使用WiMAX。BPL目前在IEEE的提案阶段，暂编定为IEEE P1675、P1901。 此外，现有Wi-Fi及3G的规格强化提升，以及Wireless Repeater（强波器、继波器）等配套措施，也有可能全然不需要WiMAX的介入，而达到相同的全区覆盖目标，使无线补土的诉求价值因而稀释。 　 图五 WiMAX的各种可能运用 　 註：中小企业的无线T1/DSL专线、家庭/SOHO的无线宽频、公众上网Hot Spot的无线主干、或无线都会行动市话（如过去的CT2，今日的PHS）、无线固网等。资料来源：WiMAXForum.org 　 图六 WiMAX收发设备示意图 　 註：LOS型WiMAX用于无视线遮蔽的开阔地区（荒郊），NLOS型WiMAX用于有视线阻隔的建筑密集区（都会），至于CPE则可装设在室内（Indoor Self-install），三者各有不同的覆盖与收发范畴，图左为全功能型的覆盖范畴示意图，图右为标准型的覆盖范畴示意图。