未來兩年,隨著新一代網路環境普及,使用者不必擔心連接網路的方式,就可以隨時隨地上網,網路更從局端邁向個人端,無論是iPod、PSP或手機,都紛紛拉近我們與網路世界的距離。

迎接網路無接縫時代來臨
新一代網路環境最大的特色就是,使用者不用理會連線方式,只要能連結網路即可,而終端設備則會提供多種連結網路的方法,使用者可依據不同環境,自行選擇適合的連線方式。

NGN將電信服務轉向IP網路
NGN是以IP網路為基礎,向外可延伸各種網路環境(包括802.11n、WiMAX及3G等),不同於現在3G網路宣稱採用IP網路架構,但事實上只有交換端採用IP網路,NGN的概念是將電信網裡的接取端、傳輸端及交換端都為IP網路。

10GbE把乙太網路帶入廣域網路
10GbE最大的優勢在於能保障現有軟硬體的投資成本,還能快速地轉移至更高速的網路環境,因為10GbE提供LAN PHY與WAN PHY等2種介面,能跨越區域網路與廣域網路的鴻溝。

無線個人網路-UWB提供超高速近端無線傳輸
UWB以極大的無線電頻帶傳送數位資訊,適用於個人端傳輸,傳輸速率可達480Mbps,甚至可高達1GHz,目前像Bluetooth、USB等組織,都把UWB技術視為下一代無線通訊的基礎規範

無線區域網路-第三代WLAN問市:802.11n
802.11n採用MIMO多天線方式,強調每支天線都具備獨立的RF元件,從PHY層上改良訊號問題,提升無線網路的覆蓋範圍,預計版本穩定後,可達600Mbps。

無線都會網路-WiMAX把無線網路帶入都會應用
WiMAX可分為固定式及移動式,固定式接收端可放置在定點,提供有線網路外另一種網路部署機制,能取代ADSL的最後一哩線路,也有人稱為Wireless ADSL;移動式則適用於行動終端設備,可在高速移動中傳輸資料,傳輸速度與移動速度有正相關。

高速無線電信網路-HSDPA帶動高速行動數據時代
可將3G網路的傳輸速度提升至14.4Mbps,並具備電信網路高速漫遊的特性,在高速移動的過程中,依然能有穩定的傳輸品質,可視為下一代網路環境中,最具潛力的技術。

有線網路最後一哩-PLC是電力線整合網路新趨勢
PLC即利用現有電力線路,將數據或資訊,以數位訊號方式傳輸,由於電力線鋪設較乙太網路線路還多,可不用另外部署新線路即可直接使用,目前傳輸為200Mbps,可當成最後一哩的選擇之一。迎接網路無接縫時代來臨

自從Web 2.0帶動的熱潮後,幾乎所有名詞都要帶著2.0的光環,才顯得特別,或許網際網路是帶領這一切變革的來源,包括應用方向、網路內容到服務類型等,都因為網際網路的發展而紛紛改變,其中,當然不能忽視實體網路層帶來的改變動力。

只是過往受限於乙太網路的限制,只能在有限的環境下,傳輸窄頻資料,我們很難在網路上有高頻率的互動,若要登入網路,除了找尋環境、購買傳輸帳號外,還可能只有低速傳輸等,這一連串過程很難提供用戶良好的使用經驗,但新一代網路環境中,網路基礎建設的變革,或許能改良這些問題。在高速寬頻網路的帶動下,使用者能接收更多元資訊,也能提供更特別的內容,除了強化互動性外,還能提升使用者自主性,行動電視是最常被提出的概念,在影像、聲音及資料的匯流下,用戶能自己選擇適合的節目,而且還不限於電視機前面,無時無刻都可接收最新的資訊。以前,網路無法提供這類型服務,現在,網路底層的變化也讓上層服務開始改變。

不論何種方式,都能連結網際網路
新一代網路環境最大的特色就是,使用者不用理會連線方式,只要能連結網路即可,而終端設備則會提供多種連結網路的方法,使用者可依據不同環境,自行選擇適合的連線方式。

以往,我們大多只能從電腦連接網路,但在網路從局端向個人端發展後,就改變了這個情勢,無論手持設備、家電產品或隨身配件等,都開始串聯網路,網路可以無所不在,幾乎生活周邊的產品,都可以受益於網路,我們不用再個別操作單一產品,每項設備也能串聯後端資料庫,當缺少某項元件時自然會通知,其串聯方式不再依賴電腦,而是個別技術整合在IP網路上。

網路基礎建設就是這一切變革的源頭,新一代網路環境從底層改良過往技術上的門檻,強化資料傳輸頻寬及速度,更能部署在特殊環境中,讓網路鋪天蓋地於四周,使用者則可在上層,提供良好的服務內容。

高速無線網路異軍突起
所有的改變都要依賴基礎建設,因此無論有線或無線網路,只要能連結上網際網路即可,只是過去(1990年代)用戶大多以10/100 BASE-T連結,會被線路限制範圍,直到2000年Intel帶動Wi-Fi後,無線網路也成為另一種新興趨勢。無線網路因為採用RF訊號傳遞,訊號品質會隨著部署環境改變,無法有效掌控網路品質,就算後端骨幹網路提供大量頻寬及高效能QoS服務,依然無法克服用戶端到無線基地臺間訊號品質的問題。

新一代網路環境在無線網路方面,從底層架構改善效能上的問題,例如提高訊號回應時間、改變基地臺與控制端的部署方式等,以突破現階段無線網路傳輸上的瓶頸,無論是提高傳輸效率、或利用散射原理增加覆蓋率,從個人到廣域端,都有對應的技術發酵(例如UWB、802.11n及WiMAX等)這些改變也都希望讓網路更普及。

有線網路朝向不同介質發展
區域網路一直是乙太網路主力戰場,10/100 Base-T更是主要傳輸介質,隨著無線網路的普遍,其重要性依然不減,特別在臺灣的網路環境中,因為網路基礎建設的普及,就算乙太網路有距離及空間的限制,但無線網路技術也很難完全取代有線網路環境,因此乙太網路的發展更特別,除了提升傳輸速度外,更發展出不同傳輸方式。例如過往,廣域網路的傳輸都是ATM、專線或SONET/SDH (Synchronous Optical Networking/Synchronous Digital Hierarchy)等技術的天下,但乙太網路在發展至10Gb Ethernet(簡稱10GbE)後,也要邁進此領域中。企業也能利用乙太網路的優勢,直接連接10GbE至廣域網路,不用另外建置其他設備。

此外在大樓中,電力線屬於基礎建設,部署遠比乙太網路多,也不太需要另外找人拉線,其便利性更高,這也讓網路朝向電力線路發展,PLC(Power Line Communication)就是新興應用,除了HomePlug外,也可在變電器中掛載PLC設備,在此變電器下的電源插座就能提供網路功能。

IP網路將徹底解放遠端與近端傳輸
IP化是網路發展的目標,希望透過共通的標準,讓各種廠商都可自行發展對應的服務,使用者也可用單一控制方式,管理所有設備,不用個別處理,增加維護負擔。

基於IP網路的服務越來越多,雖然目前一般企業大多為IP網路環境,但還是有非IP化的區域,例如電信網路一直是專屬網路環境,其架構設計完整,但進入門檻也高,較難自由地開發相關應用,使用者侷限在只能依靠電信業所提供的服務。然而IP化後,因為IP網路自由的特性,開發商不需完全依賴電信業,使用者也能選擇適合的應用服務,可增加電信網路的附加價值,這也是NGN(Next Generation Networks)的目標。

另外,目前近端傳輸產品還以專用協定傳輸資料(例如Bluetooth),若要在IP網路傳輸資訊,大多還要先連接電腦轉換資料,較為麻煩。但新一代網路環境中,所有產品都會邁入IP網路,數位家庭是最顯而易見的案例,無論電視、冷氣或冰箱,結合IP網路後,不再需要個別管理不同家電設備,可直接從IP網路控制,還能整合訊號控制能力,加入自動化程序,能同時具備IP化及非IP化的優點。

新技術讓網路向高速發展
過往,因規格制定不良,導致傳輸效率變差,訊號傳輸方式從TDM(Time -Division Multiplexing)到FDM(Frequency-Division Multiplexing),也是希望利用不同的傳輸方式,提升訊號傳輸速度,而且在無線/電信網路中,因為干擾源多,為了對抗這些問題,還使用CDM(Code-Division Multiplexing)技術,但面對現在越來越多干擾源的問題,似乎舊技術已不符合使用。現在新一代網路技術已朝向OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,基於FDM的複雜調變技術)發展,像UWB、Wi-Fi、PLC、WiMAX及ADSL等都如此。

新興無線網路是最早採用新技術的應用,像行動式WiMAX甚至採用OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)強化既有傳輸品質,另外MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)也是無線技術上的改變,從個人、區域到廣域無線,許多規格已採用MIMO技術,以提高速度及覆蓋率。新一代網路技術透過調變或其他技術,強化傳輸速率,突破物理層的限制,讓網路更普及,終端用戶能在任何地方連接網路,不受空間環境的干擾。

完全相容舊有技術是普及關鍵
以往,網路技術以提升傳輸速度為主要目的,從28.8kbps、56kbps、128kbps逐步發展,現在則因為網路發展這麼多年以來,帶動各式各樣的網路應用後,反而必須著重於與舊有環境的相容度,因為每種新技術都是一種投資成本,當企業更換設備時,也不可能一次更換所有設備,而是從優先權上,逐步汰換產品,因此向下相容的特性是必備標準。

只是規格不斷翻新,新規格背負的包袱也越多。例如UWB(Ultra-Wideband),雖然UWB只規範PHY與MAC層,但USB聯盟也已把UWB視為新一代Wireless USB的底層標準,對於推展UWB是好事,但開發驅動程式的門檻就很高,原本USB就有許多層級的驅動程式(Class Driver),現在UWB光是要認可USB是有線或無線連結,就很複雜,而且還要相容舊有USB規格,就韌體開發角度而言很困難,但也因為強調相容性高。

不限制使用者應用範圍,也才能普及UWB的使用率。

新技術改寫網路基礎建設布建方式
全球還有許多連網路基礎建設都沒有的地區,若要在這些地區部署像乙太或光纖網路,光找人施工、布線,成本就很驚人,而且像山區、河堤等特殊地形,更難部署線路。新一代網路技術(例如WiMAX、3G/3.5G)則能有效節省布線成本,例如企業不一定需要向固網業者申請專線,也能像其他類型業者申請服務,例如WiMAX業者,只要在公司窗口放置接取設備,依然可以串聯區域網路與網際網路,或者當成備援線路的新選擇。

在個人端方面,也不用受限於所處位置,使用者可在移動狀態(例如搭車或捷運)高速連接網路,而不會發生現在Wi-Fi漫遊效果差、且無法在高速移動中等問題。雖然3G網路已能達成高速移動的需求,但下載速度只384kbps,無法傳輸高量資料,反觀3.5G HSDPA能同時滿足高速及寬頻需求,我們能在網路範圍中,下載大檔案資料,而不受時空限制。

最後,電力線在臺灣是最普及的線路,無論戶內外,都有電源插頭,使用者只要有PLC(利用電力線供電)接取端產品,就可直接從電力線登入網路,不用另外找尋網路接孔,企業也只需要在變電箱架設PLC產品,並連接網際網路,就可提供整棟大樓網路服務能力,也不需要另外施工安裝網路線。

新一代網路環境面臨的困難
雖然新一代網路技術將網路從局端帶入個人端,但相較於現有網路環境,它還是存在許多困難(例如規畫、部署或成本),都讓這些技術無法立即進入生活,改善舊技術的缺點。加上地區性的影響,更增加許多導入門檻(例如臺灣政府壓寶WiMAX及業者態度較保守等,都會排擠其他技術),唯有突破這些問題,才能有效普及新一般網路環境。

穩定性不足
企業網路應以穩定性為主要考量,若新技術無法在穩定的網路傳輸品質下提供服務,大部分企業會持保留態度。而且新一代網路環境會改變現有網路架構,投資風險較高,若安全上沒有完整的考量,更不易被接受。

乙太網路的排擠
乙太網路約占90%以上的區域網路通訊方式,除了成本低廉外,相容性高更是其他技術無可比擬,像臺灣網路環境中,ADSL及FTTx已成為企業建置網路的首選,從廣域端或區域端,也都大量部署乙太網路的情況下,都會排擠新一代網路環境的布建,使得普及率很難提高。

規格互相競爭
規格的競爭從制定、推廣,不論是業者或政府都有關係。像WiMAX與Wi-Fi Mesh網路,每個業者都希望其產品涵蓋所有範圍,也導致相互競爭產生。WiMAX與3GPP更是嚴重,當某一方提出新概念後,另一方也會提出類似的新版本,從規格上來看,是彼此的廝殺,但對使用者卻是好事,因為最後留下來的技術,就會是兼具穩定、效率及成本的網路環境。

整合異質網路,才能提供最方便的網路環境
新一代網路環境包括許多環節,UWB、802.11n、WiMAX、HSDPA及PLC是未來1~2年內可預見的技術,另外像10GbE及NGN也是可重視的方向,這些技術已存在生活四周,只是沒有發現,這中間有業者的利益糾葛、政府的選擇態度及技術間的排他性等層面,但並沒有哪種技術特別優異,未來唯有整合異質網路,例如Wi-Fi/Mesh/WiMAX/PLC/ADSL等,讓不同網路技術適用在不同層面,彌補單一技術的問題,而且技術間還能互通有無,企業也能在各種技術的爭競下,取得較好的部署方式,才能建立新一代網路環境。NGN將電信服務轉向IP網路

NGN(Next Generation Networks)並不是指單一網路元件或多種設備的組合,雖然現在還沒有某個組織明確定NGN架構,但從服務層面來看,NGN的終極目的是將電信服務完全轉化成IP網路。

從頭端到尾端,完全轉為IP化
NGN是以IP網路為基礎,向外可延伸各種網路環境(包括802.11n、WiMAX及3G等),雖然現在3G網路也宣稱採用IP網路架構,但事實上只有交換端(Exchange指訊號交換,每通Call就是1個交換單位,不同於IP網路中的Switch)採用IP網路。電信網可分為接取端(Access)、傳輸端(Transport)及交換端(Exchange),NGN的概念是上述3個部分都為IP網路。傳統上電信網路為集中式服務,結合呼叫(CallSetup)與承載(Payload)方式,當電話撥出後(呼叫),受話端也會採用相同路由,回傳訊號給電信業者(承載),訊號的來回都由電信業者處理,在NGN中,呼叫還是由電信業者處理,但承載則是用戶端自行處理,會依據受話端與發話端的距離,自行選擇最佳傳輸路徑,類似點對點(Point to Ponit)的方式。

目前最困難的部分,就是如何確保語音封包在IP網路上的服務品質,這也是各大廠商在面對NGN最大的考驗。另一方面,在3GPP(3rd Generation Partnership Project)也已經定義以語音為基礎,在上層提供網路服務(例如短訊、定位服務或預先展示個人資訊的功能),已經很完整,就看如何提供最佳品質。也因為NGN是以IP網路為基礎的電信服務,另一種NGI(Next Generation Internet)也應運而生, NGI是網際網路朝向電信網路發展,概念更模糊,不過都是希望整合雙方的特點,提供最佳網路環境。10GbE把乙太網路帶入廣域網路

乙太網路一直在區域網路中屹立不搖,但都會網路及廣域網路的環境中,卻都是ATM、專線或SONET/SDH(Synchronous Optical Networking/Synchronous Digital Hierarchy)等技術的天下,但在10Gb Ethernet(10GbE)成為IEEE 802.3ae標準後,這個界線趨向模糊,它將乙太網路帶入另一個新的紀元。

結合電信與數據的里程碑
10GbE最大的優勢在於能保障現有軟硬體的投資成本,還能快速地轉移至更高速的網路環境,因為10GbE提供LAN PHY與WAN PHY等2種介面,能跨越區域網路與廣域網路的鴻溝,LAN PHY能接入10/100/1000Mbps乙太網路標準,而WAN PHY則提供WIS(WAN Interface Sublayer),可納入SONET的框架格式,讓Packet over SONET/SDH與10G WAN PHY介接,也能延伸傳輸距離。雖然目前只有光纖介面,但預計2007年IEEE可完成電質介面的標準,到時10GbE的影響會更廣。


10GbE提供LAN PHY與WAN PHY,可連結LAN與WAN端。


不過10GbE在控制訊號上,還是占了大量的頻寬,現在LAN端約可傳輸10Gbps流量、WAN端則可傳輸9.6Gbps,其中差異的400Mbps流量都屬於控制訊號位元,但因提供的流量還是很大,所以可以省略不談。

目前臺灣電信業都已經在核心網路部署10GbE,若在未來的NGN(Next Generation Networks)網路中,其接取端(Access)與傳輸端(Transport)都適合使用10GbE傳輸流量,不過臺灣約400公里,在傳輸端需求較高,不像美國各州距離遠,連接取端都需要,加上現在臺灣推廣FTTx(Fiber To The x),成本比10GbE低廉,因此接取端對10GbE的需求還不高。

桃園縣政府教育網路中心莊斯凱也曾評估過10GbE的適用性,但他說現在桃園縣中小學到縣府中心的網路流量約只有20~30Mbps,未來5~6年內,約100Mbps的骨幹流量就已經符合需求,就算是TANET到縣府中心的網路流量,未來5年也用不到10GbE,除非將來建立異地備援機房,才可能採用10GbE。無線個人網路-UWB提供超高速近端無線傳輸

UWB(Ultra-Wideband)以極大的無線電頻帶傳送數位資訊,適用於個人端傳輸,傳輸速率可達480Mbps,甚至可高達1GHz,目前像Bluetooth、USB等組織,都把UWB技術視為下一代無線通訊的基礎規範,將來使用者採用的產品,外觀與現階段產品很類似,只是底層架構將轉換成UWB技術。

WiMedia UWB成為新一代個人無線傳輸技術
原本UWB由IEEE 802.15 TG3a負責主導,當時有WiMedia(例如Intel、TI及Philips等)及UWB Forum(Freescale、Motorola及SONY等)2大陣營,其中WiMedia-MBOA採用MB-OFDM,UWB Forum則採用DS-CDMA,但因為兩方僵持不下,也無法組成單一版本,導成2006年1月IEEE解散802.15 TG3a組織,直接交由市場機制決定生死。但是在Bluetooth的領導廠商CSR2006年3月決定採用WiMedia UWB技術,而且Bluetooth SIG(Special Interest Group)也規畫2007年整合Bluetooth及WiMedia USB後,似乎USB Forum的地位已搖搖欲墜。

WiMedia UWB可動態改變調頻方式
中山科學研究所UWB計畫專案經理莊郁民認為,從技術上,WiMedia可以動態調頻,更符合現在全球頻譜規畫。UWB Forum的DS-CDMA,在單次傳輸必須耗占1.6GMHz,但大多數的頻譜都已經被使用,很難空出一段專門給UWB的頻帶,因此只有傳送與不傳送訊號的差別。而WiMedia的MB-OFDM則將大頻帶切割成數個子頻帶,每個子頻帶可以獨立或協同作業,再把訊號傳送出去,彈性較高。

此外,為了符合全球頻譜規畫,UWB預計加入DAA(Detection and Avoidance,偵測與迴避),也可稱為閃躲技術。UWB採用-41dBm/MHz的功率傳輸訊號,雖然-41dBm的噪音比很高,各國多屬於開放頻帶,但還是運行許多無線服務,若UWB在傳輸中,遇到這些無線服務,就必須降低功率(約至-70dBm),以免相互干擾訊號傳輸。WiMedia UWB的動態動調頻技術,能符合DAA的要求,也讓WiMedia處於不敗之地。

進軍數位家庭
UWB以個人為中心,舉凡DVD播放器、LCD螢幕、Apple iPod等都可使用UWB技術,這似乎與802.11n想發展的市場雷同,莊郁民則認為UWB在數位家庭上更有優勢。

首先Wi-Fi多半外掛功率放大器,而且802.11n的至少具備2支以上天線,功率放大器要靠近天線,否則訊號傳輸可能不穩定,而UWB多採用單晶片製成,這方面問題較少。其次,802.11n涵蓋面積廣,但臺灣樓層環境太多,802.11n又採用ISM Band(Industrial Scientific and Medical Band,為免費頻帶,例如2.4GHz及5GHz),太多訊號干擾,反而不穩定。UWB較沒這方面的問題,加上DAA技術,更能阻抗干擾來源。無線區域網路-第三代WLAN問市:802.11n

Buffalo N系列產品就是802.11n Draft 1.0產品。

802.11n是區域無線網路的突破,採用MIMO(Multiple Input and Multiple Output)多天線方式,提升無線網路的覆蓋範圍,雖然目前約只能到300Mbps,預計版本穩定後,可達600Mbps。

提高傳輸範圍及同時使用人數
802.11a/b/g Wi-Fi技術最被詬病的是,每個人所分配的無線網路頻寬,會隨著上線人數越多而減少。

雖然802.11n是延續802.11a/b/g的傳輸方式,但已從實體線路改善先天上問題,首先就是多天線設計。傳統上,無線設備大多只有單天線,就算外觀上採用2支天線,但還是由單顆RF元件處理(接收與發射端相同),802.11n的MIMO則強調每支天線都具備獨立的RF元件,從PHY層上改良訊號問題,架構上為2×2(2支天線發射訊號、2支天線接收訊號)才能符合802.11n規範。其次是每個通道的傳輸頻寬,目前802.11n支援20MHz與40MHz等2種,20MHz適用於相容過去版本,在2.4GHz頻帶中使用20MHz,可提供3個沒有相互干擾的完整頻道,而40MHz與Super G類似,採用Channel Bonding技術,占用所有頻道傳輸,可大幅提升傳輸速率與範圍,但範圍內無法使用其他頻道,干擾性較高,目前802.11n草案 Draft-1.0以20MHz、2×2天線為基礎規範,但可選用擴展性的40MHz及3×3以上天線。

相容性導致802.11n效率生變
現在Wi-Fi環境中,若有802.11b用戶上網,為了符合其調變技術,會降低802.11a/g的調變方式,讓每個人都可登入無線網路,但這也讓無線網路效率變差,稱為混合模式(Mixed-Mode)。為了向下相容,802.11n也提供混合模式,只是現在因為802.11b/g無線網卡多、成本低,也是筆記型電腦的標準配備,可以要求使用802.11g、拋棄802.11b,但802.11n較難依循此模式,雖然唯有向下相容,才能使802.11n使用普及,但也代表很難達到802.11n預期的傳輸速率。

802.11n Draft-1.0產品多半宣示意味大於實質效應
在EWC(Enhanced Wireless Consortium)組織主導下,終於整合TGnSync及WWiSE的版本,制定出802.11n Draft-1.0版,Atheros也馬上推出符合Draft 1.0版的晶片,臺灣市場在2006年下半年也陸續引進相關產品,但沒有廠商願意保證現在的版本會相容於未來版本。

現在的情勢是,若未來版本可從韌體更新解決,大多數廠商多願意提供新版本,但假如連實體線路都改變規格,則必須重新採購新產品,廠商大多不願提供免費更換服務,但為了證明自家技術的領導地位,廠商還是紛紛推出相關產品,試圖搶占未來市場布局。

Wi-Fi組織預計2007年初才會通過802.11n的相容性認證,目前雖然有廠商在推動相容性測試,但在Wi-Fi組織還未確定前,其他的測試認證還是無法確保傳輸品質,因此,現在市面上Draft 1.0的產品間,相容性還有待考驗。無線都會網路-WiMAX把無線網路帶入都會應用

WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)是將IP網路從有線網路發展至都會無線網路的重要里程碑,技術上,它已經納入MIMO(Multiple Input and Multiple Output)及OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等多種改良無線訊號的方式,更改善過去Wi-Fi規格面的問題,可成為最後一哩或無線行動裝置的新選擇。

基礎規格已完成,朝向部署方式發展
由IEEE 802.16發展的WiMAX,是IEEE成功發展802.11/Wi-Fi後的重要技術。WiMAX可分為固定式及移動式,固定式即802.16d,或稱802.16-2004,能取代ADSL的最後一哩線路,也有人稱為Wireless ADSL;移動式就是802.16e,也稱802.16-2005,可適用於行動終端設備。

其實在IEEE 802.16底下,除了d與e為人所知外,還有f(負責MIB)、g(管理部署及服務)、j(負責Relay)等眾多子組織,而且在802.16d納入先前的802.16a/b/c子組織,甚至推出802.16e後,其研究RF訊號已大致完成,現在主力則朝向如何規畫出適合的無線環境,並提供最佳的網路品質,因此全球各地已經開始邁入WiMAX實驗性計畫或商業運轉的服務發展。

WiMAX支援TDD(Time Division Duplex)及FDD(Frequency Division Duplex)。如同字面上的意思,TDD以時間切割訊號,訊號的上下鏈可應用在相同頻帶中,成本較低,但傳輸效果較FDD差,FDD則以頻帶切割訊號,上鏈及下鏈使用不同頻帶,成本較高,傳輸品質佳。

目前全球討論WiMAX可適用在700MHz、2.5MHz、3.5MHz及5.8MHz等4種頻帶,其實不管哪種頻帶,都可以使用FDD或TDD模式,依現在情勢而言,2.5MHz及3.5MHz不屬於ISM Band(Industrial Scientific and Medical Band,為免費頻帶),以FDD為主,必須由國家的電信主管單位重新規畫譜頻使用權;5.8MHz屬於ISM Band(為低度管理,符合國家認證即可),以TDD為主,企業可以自行採購使用。

臺灣在WiMAX最重要的發展以802.16j為主,因為802.16d/e在實際部署上,BS(Base Station,基地臺端)與SS(Subscriber Station,接收端)中間的干擾太多,802.16j則從MMR(Mobile Multi-hop Relay)解決此問題,透過新增RS(Relay Station)節點,RS會動態提供BS與SS訊號交流,並採用樹狀架構,支援點對點(Point to Point)及點對多點(Point to Multipoint)模式,訊號能從頂端回傳到骨幹網路,訊號傳輸比Mesh網路容易。Mesh網路採用多點對多點,訊號必須自行找到頂端的骨幹網路,實作問題較多

WiMAX與HSDPA相互抗衡
中山科學研究院UWB計畫專案經理莊郁民認說:「WiMAX可比擬為窮人的3G/HSDPA,讓原先無法沾到電信領域的業者(例如臺灣廠商),分到一杯羹。」電信業者的技術很成熟,例如3G/3.5G,而且能商業運轉,相較之下,WiMAX才剛起步,基礎建設不足外,也缺乏商業運轉經驗,最快還需2年才氣候(等基礎建設完成),但這2年內還要面臨電信業者的競爭,都導致臺灣WiMAX困難重重。

此外,臺灣發展WiMAX與PLC(電力網路)會遇到類似的問題,就是網路基礎建設太普及,特別在都會區。例如中華電信的FTTB雙向2Mbps(16個固定IP)到2006年底前的費用為7000元/月(雙向1Mbps為3750元),ADSL 4M/1M網路型在2007年3月底前為4310元/月,而且電信業者能馬上提供網路服務。雖然固定式WiMAX可取代最後一哩的應用,但還無法預見商業運轉的機制下,很難在費用與服務上,與現階段電信業者抗衡。

反觀行動式WiMAX,電信業者從2006年下半年開始部署HSDPA,手機端也陸續支援,但行動式WiMAX的雙網手機遲遲無法商業化(例如漫遊效果不佳),而且沒有應用服務,就算臺北市獲得美國世界電信協會(WTA)「智慧社區論壇」(ICF)2006年智慧城市首獎,但是使用人數不多,這一切仍然只是成為空殼。

狹縫中求生存,必須提供多網整合服務
原本臺灣希望像韓國WiBro模式,能帶動使用經驗,但時程上較為緩慢,不僅基礎建設的投資很大,還要面臨電信業者的夾殺,在WiMAX還未成形前,只要電信業者發動價格戰,背負投資基礎建設包袱的WiMAX業者,很難與其抗衡。或許必須有業者同時擁有多種網路環境,使用者不需要考慮上網方式(例如3G、Wi-Fi及WiMAX),可利用相同帳號,隨時隨地連結網路,才有可能發揮WiMAX效應,提供無接縫的網路環境。

目前臺灣電信業以中華電信、台灣大哥大及遠傳為大宗,雖然威寶及亞太行動市占率較低,但還是有用戶量,而各家電信業者在花費大筆鈔票購買3G執照後,目前仍很難從3G上獲利,是否還有能力跨入WiMAX領域,仍未知數(目前都有實驗計畫,技術可行,但不易商業運轉)。另一方面,臺灣NCC(National Communications Commission,國家通訊傳播委員會)已規畫2550MHz~2640MHz提供行動式WiMAX使用(頻帶為90MHz),在北中南分別提供3張執照,意指臺灣將有9張行動式WiMAX執照,雖然當初3G執照以5張489億元售出,尚不知未來WiMAX執照費是否還會這麼高,但臺灣地小,廠商營運範圍太小,9張執照似乎太過競爭,從中獲利難,接下來的發展將更加困難,廠商為了提供多網服務,或許最後又是一連串的企業併購風潮。


開發MAC通訊協定,可建立高彈性的WiMAX基地臺

WiMAX與其他無線技術類似,底層有PHY與MAC,上層則有系統架構,過去臺灣廠商在開發產品時,多著重於上層系統,對於底層較陌生,所以要付許多權利金給國外大廠。WiMAX在政府的推動下,在制定規格時就參與IEEE相關組織,目的也是希望了解底層運作方式,從上層到下層都能掌握關鍵技術,然後轉移給國內廠商開發產品。

資策會網路多媒體研究所(以下簡稱網多所)除了參與規格制定外,也自行開發MAC層通訊協定,因為有些國外廠商會綁PHY與MAC層,國內代工廠商必須向國外採購相關權利技術,專利權費用很高,反而壓制獲利來源。網多所目前以Linux系統發開MAC層協定,對上層系統架構而言,可在開放的平臺基礎上開發產品,對下層來說,目前已有多家晶片設計廠商開發PHY層的實體晶片,此MAC層協定可提供PHY與系統介接的中介層,提升晶片商與系統商產品間的相容性。

高速無線電信網路-HSDPA帶動高速行動數據時代

HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)可視為3.5G,主要提升3G網路的傳輸速度至14.4Mbps,而且還具備電信網路高速漫遊的特性,在高速移動的過程中,依然能提供穩定的傳輸品質,2006年底臺灣市場也陸續推出相關產品,可視為下一代網路環境中,最具潛力的技術。

電信網路依然屹立不搖
電信網路是目前最完整的通訊服務,雖然電信網路的規格大多為國外電信廠商制定,以IP網路運作的廠商(例如臺灣電子製造業)較難共享利益,但其先天上制度較完整,商業運作速度快,也是無庸置疑的特色。

從第二代電信朝向數位化發展開始,電信業者就已覬覦數據服務許久,直到2.5G GPRS(General Packet Radio Service)商業運轉後,電信業者才真正跨足行動數據服務領域,也試圖在語音通訊市場外,另闢戰場。然而,最常見的GPRS class 8版(4個通道下載、1個通道上傳),也只能提供下載57.6kbps、上傳14.4kbps的傳輸速度,相較於IP網路中10/100/1000Mbps,實在太慢,應用服務少,接受度不高。

後來電信業者發展至2.75G EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)時,下載速度已提升至384kbps,已符合ITU(International Telecommunication Union)對3G網路的要求,北美也在2003年採用此技術,當時臺灣電信業者有跟進,只是臺灣在發布3G執照後,電信業者就轉向3G網路發展,EDGE自然就淘汰出局。

HSDPA是最早商業化的高速行動數據服務
3G網路可分為WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)及CDMA 2000 (Code Division Multiple Access 2000),另外中國大陸也有自定TS-SCDMA(Time Division-Synchronized Code Division Multiple Access)標準,但僅限於中國使用。目前全球以WCDMA為大宗市場,中華電信、臺灣大哥大、遠傳及威寶都採用此方案,亞太行動則採用CMDA 2000。兩者主要差異在,WCDMA在單一通道中,同時傳送數據及語音資料,CDMA 2000則是分離傳送,兩者的發展歷程也在相互競爭傳輸速度,但臺灣以WCDMA的HSDPA為最早的商業化行動數據服務。

在WCDMA R99版中,3G網路傳輸速率雖然可達384kbps(指下載速度,上傳為64kbps),但卻無法滿足多媒體串流服務的通訊,因為系統設計無法提升RF訊號傳輸速度,就算加速RF訊號傳輸,系統回應時間至少需150ms;HSDPA則減少基地臺與行動設備端間訊號的來回時間,每次回應在2ms內,能降低延遲率的問題。

而且3G網路中,基地臺功能太多,許多訊號透過基地臺再傳回至RNC(Radio Network Control)時,延遲嚴重,HSDPA則把主要功能放置在RNC上,基地臺只有簡易能力,當某基地臺需要特定功能時,再從RNC下載服務,能有效提升網路傳輸速率。

部署容易,但需更換終端設備
依據標準,HSDPA可分為1.8Mbps、7.2Mbps及14.4Mbps等3階段,只是各家廠商發展藍圖不相同,例如Nokia就依據3階段進行,目前以1.8Mbps為主,Ericsson只有3.6及14.4Mbps等2種版本。以電信業者而言,只需要在現有基地臺上,增加卡板及韌體即可;而終端設備端因晶片不同,必須更換整組設備,不過終端設備的相容性較好,只要有推出支援某速度的版本,就可以向下相容大多數傳輸方式,不需要考量電信業者採用的設備問題。

就算不同廠商提供的解決方案不同,HSDPA產品間還是能搭配組合,目前中華電信和臺灣大哥大從核心路由到分區網路,都採用Nokia解決方案,而遠傳的核心路由及北、中區網路採用Ericsson,南區則採用Nokia。威寶更複雜,由多家廠商的解決方案組成。目前電信業者大多能整合各家HSDPA技術,最後提供單一的網路平臺服務。

HSDPA後,HSUPA來臨
HSDPA在3GPP(3rd Generation Partnership Project)規範中屬R5版,以提升下載速度為主,其上傳還是只有384kbps。若需要撥打網路電話或Mobile TV,則要同時兼顧上傳及下載速度,HSUPA(High-Speed Uplink Packet Access)則是提升上傳速度至5.8Mbps,目前相關的定義規範在3GPP R6版。

不論是HSDPA或HDUPA,其實電信大廠都已經具備相關技術及產品,例如3GPP的最終版─LTE(Long Term Evolution)以100Mbps為目標,Ericsson早有相關產品,只是目前規格及商業化未明,廠商對於新技術接收度也不高,仍無法預見更新一代網路環境。

目前臺灣只有中華電信CHT 9000智慧型手機支援HSDPA,而華為也有HSDPA的無線網卡,目前遠傳採用Ericsson的HSDPA解決方案,可搭配遠傳USIM卡與華為無線網卡。我們在遠傳內湖總公司測試,其傳輸速率約1.6Mbps(靜止中),雖然目前Ericsson的HSDPA是3.6Mbps,但實際上最多只有2Mbps多,不過傳輸品質很穩定。中華電信也將在年底前推出與華為HSDPA無線網卡搭配的解決方案,只是目前費率未定。


串聯IP網路及電信網路的UMA

IP網路的特質(像公開、自由)一直是電信網路無法提供的,但電信業者從來沒有放棄整合IP網路,UMA就是最好的例子。

UMA就是Unlicensed Mobile Access,從字義上可看出,其目的是讓電信服務可運行在免費的頻帶上。頻帶屬於公有財產,不屬於特定財團持有,因此,全球除了免費的ISM Band(Industrial Scientific and Medical Band,為免費頻帶,例如2.4GHz及5GHz)外,都屬於付費頻帶,必須固定繳納租賃費用給國家,電信網路也都採用付費頻帶,其頻帶干擾來源較少。UMA則把電信服務轉移到2.4G及5G頻帶上,除了提供相關服務外,還能整合IP網路,統一由電信業者管理,3GPP在2005年也把UMA納入R6版的規範中。

其實更早前,工研院也有提出整合3G/Wi-Fi的6個階段,其整合方式是在IP網路前,整合電信及Wi-Fi的IP網路,但實作上較困難,UMA則是將Wi-Fi的IP網路整合至電信核心網路中,直接由電信網路負責,實作較容易,目前國外已有商業化運轉,只是目前臺灣電信業以投資HSDPA為主,UMA未見成形。

有線網路最後一哩-PLC是電力線整合網路新趨勢

所謂的電力網路是Power Line Communication(PLC),利用現有電力線路,將數據或資訊,以數位訊號方式傳輸,而且電力線比乙太網路線路還多,無論室內外,大多可以直接使用,不用另外部署新線路,加上現行可傳輸200Mbps,也可當成最後一哩的選擇之一。

IEEE已經考慮納入PLC
PLC又可稱為BPL(Broadband over Power Lines),前者以歐洲為主,後者則為美國用法。目前全球規範PLC以歐洲UPA(Universal Power Line Association)及美國HPA(HomePlug Powerline Alliance)為主,UPA底下又可分為OPERA(Open PLC European Research Alliance)及DHS(Digital Home System)等2個子組織。而UPA大多採用DS2廠商的技術,HPA則是以Intellon公司的技術為主。目前全球占有率還是以美規為大宗,但其採用點對點(Point to Point)方式,沒有系統概念,較適用於家庭分接網路,歐規的DS2從初始設計就從「系統」出發,具備管理及維護能力,比較像網管型交換器(第3層交換器)的運作方式,也有相關管理功能,適合部署在中小型網路環境中。

此外,日本也有自己的PLC規格,稱為CEPCA(Consumer Electronics Powerline Communication Alliance),以Sony、Mitsubishi及Panasonic等大廠為主,但依目前情勢,日本廠商還是偏向支持DS2系統。IEEE則也考慮2007年將PLC納入規範,可能會同時採納UPA及HPA,制定適合現行設備的標準。

PLC適用於接取端及家用端環境
一般來說電力網路可分為骨幹端(Backbone,屬高壓)、接取端(Access,屬中壓)及家用端(In House,屬低壓)迴路,PLC可放置在接取端及家用端,約380V以下電壓都可使用,一般大樓的電力迴路採用380V電壓,都可直接安裝PLC設備。

原本歐規只有OPERA規範PLC,以接取端產品為主,後來也延伸出家用端產品DHS規範,而美規產品就是臺灣市面上常見的HomePlug,只能應用在家用端產品上(110V及220V電壓為主)。雖然骨幹端屬於高壓範圍,雜訊值低,卻更適合PLC,不過其投資設備成本太高,因而一直沒相關產品產生(只有實驗計畫,目前無商業化)。

PLC是電力公司的另一條出路
若是家用端的PLC產品,各大網路購物網路大多都銷售,但若是接收端的PLC產品,就必須依賴電力公司合作。以往,電力多屬於國家基礎建設之一,電力公司主要的獲利來源也是供電為主,就算早已擁有先進的PLC技術,但電力公司多屬於國營單位,態度較保守,因此很少推廣此技術的商業應用,直到2003年,全球電力公司營業量不如從前,才積極發展接取端的PLC技術,也希望找出另一條商業出路。

PLC的應用除了在數位家庭及寬頻網路的通訊範圍領域外,還能結合控制及自動化工程,例如偵測停電及竊電的問題、監控電力品質、遠端搖控及負載管理等,這也是IP網路無法達成的功能,而PLC卻可以整合IP及非IP服務,提供完整的解決方案,這也是未來PLC的發展方向。

目前巴黎市中心,也有多處採用PLC,原因是當地的建築物大多是古文物,不能隨便變更住宅本體,也不能隨意鋪設線路,因而法國電力公司在配電室(中壓、接取端)部署PLC,提供門禁監控及住家上網服務,而骨幹端則利用衛星通訊傳輸資料,串聯網路環境。

M-Taiwan將結合FTTx應用
雖然臺灣乙太網路普及,但還是有些地方無法提供網路環境,原本M-Taiwan計畫以Wi-Fi結合WiMAX為主,加上相關的網路基礎建設大多完成,已開始朝向應用服務發展,但M-Taiwan大部分經費用於挖設管線,這部分多屬於民生基礎建設,例如電力線、電燈等,PLC也在此範圍中。

道路監控將會是PLC初步應用。臺灣有許多省縣道路,其位置偏僻,投資網路建設效應不高,更缺乏維護人員,PLC則適合應用於此,只需把網路連接至變電器中(骨幹為光纖,接取端為PLC),此變電器下所有用戶都具備網路能力,除了提供監視器電源外,還能連結網際網路,由中央管理系統負責監控,而且還能外掛電力監控系統,隨時監控電力服務品質,確保電力及網路的穩定性。

若一般大樓要建置PLC,只要電力線路不要太老舊,及電源出口不要分接太多延長線路,大多可以提供PLC網路服務,加上目前法令只規範到公用道路的接取端,大樓內部的變電器屬住戶使用權,可以自行架設PLC網路。


臺電PLC應用實例

臺灣電力公司約2年前與臺灣、亞太等固網業者共同測試PLC應用,而且目前台電綜合研究所本部(羅斯福路與基隆路路口)也有建置PLC網路,原則上整棟大樓都可提供PLC網路,但因屬實驗性質,只有某些地方提供接收裝置。

臺電的PLC設備放置在地下一樓的變電器中,整體設備分為管理端、接入端及接出端,管理端向外連接臺灣固網的ADSL及亞太電信的專線服務(雙線備援),向內則連接變電設備,類似第三層交換器,具有管理功能;接入端放於變電器中,有接收管理端的訊號設備及接入電源線的線路;最後接出端則放置在樓層用戶的插頭上,能直接提供網路服務,還具備電話線路的接頭,能外接一般傳統話機,提供網路電話服務。

然而臺電是2年前規畫,在接出端的設備,只能提供網路服務,若要連接使用網路,除了連接到接出端設備外,還要另外尋找插頭接電。目前新型接出端產品能同時提供網路服務及電源供應,更可減少部署困難。

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