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來源The Future of Wireless Networking 新千年的元旦——一個歷史性的日子。世界各地的電信公司將同時取消長途資費，所有的電話都將作為本地通話計費。這聽起來異想天開，但這可是大約十年前阿瑟•克拉克[1]曾經(jīng)作出的預測。 事與愿違，現(xiàn)實總是不及愿望美好。電信運營商依舊按你撥打的被叫號碼的程控交換距離來計費。然而，情況并非完全與阿瑟爵士的預言相反。這幾年來我打國際長途電話付出的不過是寬帶連接成本。但與公用電話交換網(wǎng)不同的是，IP電話的兩端是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的設備。其實不管是固定電話還是IP電話，通話兩端的物理鏈路經(jīng)過的中繼線纜一般都差不多。 全IP網(wǎng)絡 英國的有線電話骨干網(wǎng)（由英國電信經(jīng)營）和下一代無線電話網(wǎng)絡都有一個共同點：他們骨子里都是IP網(wǎng)絡并把電話作為IP電話(VoIP)處理。我現(xiàn)在的手機支持UMTS[2]（通用移動通訊系統(tǒng)），每當我使用它就會自動分配一個10/8的子網(wǎng)IP地址。這意味著它位于網(wǎng)絡地址轉換(NAT) 背后，因此就不能再接受入站連接。 10/8子網(wǎng)是最大的可分配私用網(wǎng)絡。作為8位CIDR[3]前綴，它容許224（等于16,777,216，將近1700萬）個不同的IP地址。與連接到移動電話網(wǎng)絡的龐大設備數(shù)量相比，這根本不算多，這也是為什么移動運營商很可能率先部署IPv6的原因。采用IPv6，一家公司（甚至個人）都能輕易獲得64位網(wǎng)絡前綴，意味著前64位可用來標識網(wǎng)絡，后64位可用來標識設備。對此可以這么理解，這家公司擁有足夠的地址空間使每個有效的IPv4地址都能擴張為互聯(lián)網(wǎng)那么大的網(wǎng)絡，或換言之每個人都可以在他（或她）的網(wǎng)絡上接入30億個IP獨立的設備。更重要的是，它容許全世界每臺設備都具有各自唯一的IP地址，路由表記錄稀少，如此路由的代價大為降低。 IPv6帶來與移動電話密切相關的另一個優(yōu)點就是移動IPv6，其中設備可以改變其在網(wǎng)絡中的位置而繼續(xù)保持路由，其已有的連接不會被終止。在信號塔之間移動位置通常在協(xié)議棧的底層就已經(jīng)做了處理，但這種新的構架允許手機在兩個彼此獨立的網(wǎng)絡之間移動同時保持連接，只要兩端都采用IPv6連接。 全IP網(wǎng)絡強調提供接入和提供服務之間的區(qū)別——一個正在被移動運營商搞模糊的分別。每當你打電話，你就在使用他們的網(wǎng)絡，當你在使用他們的路由系統(tǒng)的時候，同時也在使用移動運營商與其他電話網(wǎng)絡之間的協(xié)議。 電話號碼與聯(lián)系人的對應關系已經(jīng)不像過去那么重要。過去我打電話的過程很麻煩：首先，我會先在一個紙質的通訊錄或本地緩存中尋找對方的電話號碼——要么是個電話簿或是我的大腦記憶，然后撥這個號碼（后來變成了按鍵）。相比之下，現(xiàn)在我只是從通訊錄中選擇這個人的名字，然后就按下?lián)芴栨I。最近一項研究稱人們的記憶力越來越糟，因為他們連朋友的電話號碼都記不住了。對我而言，不僅僅是我不再記住我朋友的電話號碼——我根本就不在意那個號碼是什么。很多時候，一個朋友通過電子郵件或藍牙把電子名片發(fā)送給我，而我從來都不會去看號碼那一欄。打電話（而不是聯(lián)系某人）的概念看來已經(jīng)依稀有些過時了。 連接的移動性 802.11標準家族不太知名的一個標準是802.11r。這個標準著眼于在無線接入點之間進行快速切換。802.11接入點在戶內(nèi)通常只限于幾個房間那么大的范圍，戶外則大約一百米左右。一個走動中的人幾分鐘之內(nèi)就可能需要在六個左右的接入點之間跳轉。802.11r標準針對這個需要提供了相應的機制。如果你坐在一個與兩個無線接入點距離大致相等的位置上，你或許覺察到你的網(wǎng)絡連接不時地停頓片刻，因為你的網(wǎng)絡堆棧在接入點之間進行切換。802.11r標準改善了停頓時間，把切換時間降低到1秒以內(nèi)。這樣的改進使802.11對手機用戶切實可行。在安裝了.11r支持的無線接入的區(qū)域內(nèi)，你可以邊走邊打電話，而不會察覺你的電話在接入點之間的跳轉——就像現(xiàn)在當你的手機在信號塔之間跳轉時你根本沒注意到一樣。（好吧，理論上你不會注意到；實際上，你可能會察覺到） 如果所有的接入點都在一個網(wǎng)段上，這種切換行之有效。然而，想象你走在一條布滿了接入點的街道上，這些接入點都開放并且配置在一個網(wǎng)絡上。你從其中一頭往另一頭走，你打的電話被第一家的網(wǎng)絡連接路由。當你在這條街上繼續(xù)走動時，你的電話被無縫地在接入點之間切換，直到你到達另外那頭。在這點上，你的電話的數(shù)據(jù)包被一打接入點中繼轉發(fā)給被你呼叫的那方，這不是很有效率。理想的情況下，在這點之前你就會開始用新接入點上行數(shù)據(jù)。不幸的是，每個接入點都有不同的可路由的子網(wǎng)地址，這樣如果你切換成新的接入點來上行數(shù)據(jù)，你就會突然切換IP地址，而這會中斷你的連接。 這就是移動IPv6的用武之地。IPv4也有一個針對移動的變種，依賴于三角路由——簡單來說，老的網(wǎng)絡連接充當數(shù)據(jù)包的中繼，每當你移動數(shù)據(jù)包就暗中增加。對IPv6，IPSec允許安全地更新路由表。目前，切換時間大約1秒，這對VoIP電話來說還不夠快，但這個切換時間有望得到改善。 對移動IPv6來說，網(wǎng)絡間的邊界變得平滑。如果你坐在一個提供免費wifi的咖啡廳，你也許就想使用咖啡廳的網(wǎng)絡，而不是使用需要花錢的移動運營商的網(wǎng)絡。如果你邊打電話邊走進咖啡廳，你想自動切換到咖啡廳的免費wifi網(wǎng)絡，而不是繼續(xù)使用移動運營商那資源稀缺而費用昂貴的蜂窩網(wǎng)絡。 提供接入 移動運營商很善于根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型收取不同的費用。他們的整個業(yè)務模式就基于此方案。如果每條文本信息你付10美分，算下來大約折合750美元/MB。許多人愿意為短信支付這些錢，但這樣的話加載InformIT首頁的費用就超過500美元，而我懷疑大多數(shù)人會愿意為瀏覽網(wǎng)頁花那么多錢。 你可以在你的手機上運行一個即時通訊軟件，即時是XMPP這樣臃腫的協(xié)議算下來其成本也只是短信費用的一部分。不幸的是，你不能用它與手機上沒有裝IM客戶端的用戶溝通，這降低了它的可用性。你不只在為IM的帶寬而付費，而且也得給網(wǎng)絡服務付費。 電話按與別的數(shù)據(jù)不同的方式計費。這樣設計更合理。然而，由于電話的要求與瀏覽網(wǎng)頁和電子郵件很不一樣。GSM和相關的協(xié)議用于語音通話的傳輸速度大約為12Kb/秒。以這個速度，你打一個小時電話也只用了大約5MB的數(shù)據(jù)流量——這在現(xiàn)代網(wǎng)絡中不值一提。 然而對語音通話來說帶寬并非一切。如果延遲超過200毫秒左右，你很可能就會感覺到通話質量不好。更重要的是抖動，比起延遲都還要重要。如果延遲時間稍有增加，通話的雙方就會產(chǎn)生說與聽之間的脫節(jié)。如果延遲減緩，你只有以丟包的方式才能趕上，因為你不能以高于實時的速度回放音頻而沒有察覺。（你可以加快點速度，但很有限）。你可以通過在每個接收端進行緩沖來補償抖動帶來的損失，但這種方法增加了延遲，而這是你極力避免的事。 所以網(wǎng)絡接入中你在為三件事買單：帶寬、延遲和抖動。對于帶寬來說，你要高點就得多掏錢；對延遲和抖動，你要少點就得多花錢。即時只是提供IP連接，移動網(wǎng)絡仍舊能通過提供不同的QoS服務質量來收取不同層次的費用。如果你想打個電話，你或許會選擇具有低延遲和低抖動而費用較高的連接，你更愿意在信號質量方面而不是帶寬上花錢。 軟件無線電: 工程師的夢想，監(jiān)管者的夢魘 隨著GNU Radio之類開源項目的出現(xiàn)，近幾年來一個有趣的發(fā)展是軟件無線電。當然，無線電系統(tǒng)不能完全是軟件的，但其需要的硬件相對簡單——差不多就是一架天線和一個數(shù)模轉換/模數(shù)轉換器。 過去，無線電設備的執(zhí)法較容易。你檢查硬件是否工作在限定頻率和功率范圍內(nèi)；如果是，你就可以核準其批量生產(chǎn)。 對軟件無線電來說，功率和頻率都由軟件控制。這對監(jiān)管機構來說是問題，尤其是與開源驅動一起使用的時候，因為這意味著終端用戶能輕易地把合法設備換成不合法設備。（當然，總有人可能會通過增加放大器和天線做到這一點，但是如果你只需要下載固件的補丁，事情就變得更加容易了） 盡管令監(jiān)管者不爽，軟件無線電的確給通信帶來一些有趣的機會。當你能夠把同樣一臺硬件用于接收HDTV和WiFi兩種信號時（同時，只要你有一個足夠快的處理器），就帶來了很多可能性。純軟件無線電是令人難以置信的處理器密集型應用，因此對移動設備意義不大（手機專用芯片計算能力不強），但它提供了一些啟示。動態(tài)配置的信號處理單元能夠集成到相同的包中，這樣你現(xiàn)在就能得到能夠運行許多不同無線協(xié)議的低功耗芯片。 未來幾年里設備有可能會支持WiFi, WiMAX, HSPDA, GSM和其他流行的低功耗協(xié)議，以及在它們之間進行快速切換的能力。 盡管這種變化就其自身而言并非完全有用，當與移動IPv6相結合后就變得令人激動——給你的設備一種在各種各樣的協(xié)議之間轉換的能力，可以針對你的需要選擇最便宜的那種協(xié)議。 什么是頻譜? 可悲的是，無線電頻譜是一種稀缺資源。頻率越低傳輸距離越遠，但數(shù)據(jù)傳輸率低。頻率高則傳輸距離不遠。這就是為什么WiFi比移動通信快得多的原因之一。另一個是爭用。信號傳輸距離越遠，你需要的接入點越少（有利的一面），而同時有更多的人在共享這個信號（不利的一面） 一些較新的發(fā)展可能會緩解頻譜稀缺帶來的壓力，盡管它們（總是）非常占用處理器計算能力。如果你在建筑物密集的地區(qū)或丘陵地區(qū)觀看模擬電視，你或許會注意到重影。這是由于一個信號從發(fā)射機直接到達，而另一個信號從山上反彈過來，延遲到達。 在建筑物密集的地區(qū)，信號被建筑物、樹木反彈，某些頻率甚至能被人反彈。對于大多數(shù)現(xiàn)有的協(xié)議，你必須計算反彈的平均值以嘗試找到你真正想要的那個信號。有了更精確的設備，你有另外更好的選擇。你能用不同路徑的信息來確定一個特定的端點。幾個設備可以在同一地區(qū)以相同頻率同時發(fā)射，提供了更多可用的頻譜。 雖然并非完全相關，但這種緩兵之計表明一定寬度的頻譜并不意味著等量的數(shù)字帶寬。技術進步允許你在同等大小的信號空間中傳輸更多的信號。但就目前而言，這一事實并沒有改變這樣的現(xiàn)狀，即頻譜相對地還是稀缺。 目前我們有兩種截然相反的供互聯(lián)網(wǎng)接入的頻譜分配方式：蜂窩網(wǎng)絡和未管制的（WiFi及其鄰接區(qū)域）。前者被集中控制，網(wǎng)絡覆蓋面廣。后者不受監(jiān)管，任何人都能使用，但覆蓋的范圍有限。 我在前面提及的一些技術使這些界線有點模糊。有線電視公司可以部署一個很高效的城域網(wǎng)，給所有客戶提供WiFi接入，使客戶能通過Mesh多路徑路由和移動IPv6的組合在二者之間按需跳轉。 在美國，最近作出的一項決定允許一些以前用于電視的頻譜（頻道與頻道之間那些所謂的“空白頻譜”）也可以用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。這對城域網(wǎng)來說是個不錯的頻率范圍，為其實現(xiàn)方式提供了另一種選擇。 這里可用的頻率范圍甚至比用于蜂窩移動通信使用的頻率的還要低，因此信號傳輸距離更遠（毫不奇怪，只要你想想移動通信基站比電視發(fā)射塔要密集得多）。這使它對提供廣覆蓋面的服務很有吸引力。由于FCC（聯(lián)邦通訊委員會）決定將這一范圍頻譜免授權開放使用，任何人都可以開展這種覆蓋業(yè)務。一個城市可以擁有許多提供快速、覆蓋范圍小的接入方式的熱點地區(qū)，同時還有一個更大的基站以較低的接入速率覆蓋整個地區(qū)作為候選。當你走在兩個熱點之間時，你的手機轉為使用空白頻譜系統(tǒng)，而不影響你的覆蓋范圍（盡管你的可用帶寬可能會減少）。 未來有望看到你的手持設備能透明地在由不同提供者控制和提供不同服務質量的網(wǎng)絡之間自由切換。提供統(tǒng)一的接入服務、不同級別的最低連接質量和其他多種選擇將給創(chuàng)新型公司帶來在諸多領域建立新的商業(yè)模式的機遇。 |
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來自： 海右觀瀾 > 《Ｗ－網(wǎng)絡時代》
