WiMAX网络管理发展现状
专题：ＷｉＭＡＸ技术与发展
1 前言
当前，WiMAX技术的发展得到了业界的广泛支持。尤其是在2007年底，WiMAX作为“TDD OFDMA”的技术规范名列全球第四大3G标准，为其全球统一部署奠定了坚实的基础。多年来困扰WiMAX发展的频率问题也有望得以破局。在WiMAX产业链上，在产业界持续多年的资金投入，市场舆论不断造势、用户长久的期待环境下，WiMAX产业即将迎来其网络建设的井喷。当前，众多网络运营商紧锣密鼓地进行WiMAX的组网试验。在韩国、日本、美国、英国、法国、意大利、西班牙、新西兰、阿根廷和瑞典等国，WiMAX网络已经进入商用阶段，截至2007年5月，全球共建成超过117个WiMAX网络，另有200多家运营商计划部署
WiMAX网络。在中国，中国移动、中国联通、中国网通、
中国电信等各大运营商都在关注WiMAX技术，并开展规模或大或小的网络试验。
然而，在商用之前，有关WiMAX网络的管理却是横亘在运营商面前无法忽视的一项工作。现代网络管理技术已成为网络技术应用和发展的关键技术，它直接决定了网络所能提供的服务质量及功能，已成为网络良好运行必不可少的保证。随着技术和市场的发展，在IEEE 802工作组和WiMAX 论坛中有关WiMAX网络管理的话题受到越来越多的重视。
对WiMAX网络管理标准进行研究的国际组织主要是IEEE 802.16和WiMAX论坛NWG工作组。经过数年的研究，IEEE 802.16工作组陆续发布了IEEE 802.16f、802.16g 的网管相关国际标准。目前，对移动WiMAX网络管理提供支持的IEEE 802.16i标准也正在开发中。WiMAX论坛这个以推动WiMAX技术产业化和产品认证为宗旨的国际组织，也在2008年1月，提出了网络管理需求文档（草案），开始相
关领域的标准开发工作。
ＷｉＭＡＸ网络管理发展现状
张 勇 北京邮电大学李 晋 北京信息科技大学
【摘要】文章介绍了IEEE 802.16工作组和WiMAX论坛在WiMAX网络管理方面所做的标准化工作，并展望了WiMAX网络管理工尚需解决的问题。【关键词】WiMAX 网络管理 IEEE 802.16
专题：ＷｉＭＡＸ技术与发展
2 IEEE 802.16网管标准研究现状
IEEE 802.16工作组主要负责制定宽带无线接入网的物理层和MAC层技术要求。截止目前，IEEE 802.16系列标准包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d （802.16-2004）、802.16e（802.16-2005）、802.16f、802.16g、802.16i、802.16j、802.16k、802.16h、802.16m等标准。其中，涉及网络管理的标准主要有IEEE 802.16f/g/i，以下分别进行介绍。
2.1 IEEE 802.16f
IEEE 802.16f工作组于2004年7月正式成立，主要工作目标为定义802.16固定无线接入系统MAC层和物理层的管理信息库（MIB）以及相关的管理流程。IEEE 802.16f 作为IEEE 802.16-2004的修订，参照RFC 2863、1213、1902、1903、2576、2863、3410、3412等相关RFC，对MAC和PHY以及相关的管理流程定义了管理信息库。发布这个标准的目的是为了提供一种对管理对象的定义，使得IEEE 802.16设备管理标准化。
IEEE 802.16f的Draft 1在2004年9月30日发布，随后经过了多次改进，在2005年8月2号发布了最后一个draft 版本Draft9，并最终于2005年12月1日形成了最终版本IEEE 802.16f-2005。IEEE 802.16f在IEEE 802.16-2004
的基础上，主要贡献包括：提出了固定宽带无线接入网络（BWA）的管理参考模型；设计了基于SNMP的MIB结构；给出了MIB的ASN.1定义描述。
图1是固定宽带无线接入网络（BWA）的管理参考模型。它包括一个网络管理系统（NMS）、被管节点、业务流数据库。基站（BS）和用户站（SS）这些被管节点以无线城域网接口MIB（WirelessMan Interface MIB，wmanIfMib）和设备MIB（wmanDevMib）的形式收集并储存被管理的对象。NMS通过管理协议（如SNMP）管理这些对象。业务流数据库包括当SS进入WiMAX网络时SS和BS需要的业务流和相关的QoS消息。
MIB库存放了被管理对象资源的所有信息，MIB文件建立的好坏，会直接影响到整个网络管理的质量。在SNMP网络管理中，MIB用于存储通过网络管理协议可以访问的信息，这些信息具体表现为网管中被管资源，以对象来表示。每个对象表示被管资源某一方面的属性，这些对象的集合形成MIB。IEEE 802.16f定义的wmanIfMib和wmanDevMib是BS和SS的管理信息库定义的两个ASN.1模型。BS和SS管理节点按照wmanIfMib和wmanDevMib格式采集和存储管理对象。业务流数据库保存业务流和相关的QoS信息，这些信息在SS加入网络时会被传递给BS和SS。
wmanIfMib MIB模型定义了与IEEE 802.16宽带无线接口相关的管理对象，而wmanDevMib M I B 模型定义了与设备实现802.16接口相关的管理对象。wmanIfMib包含wmanIfBsObjects、wmanIfSsObjects和wmanIfCommonObjects三个组，分别对应着基站、用户站，以及在基站和用户站的SNMP Agent实现的通用管理对象。同样的，wmanDevMib也包含对三个组，分别对应基站、用户站，以及在基站和用户站的SNMP Agent实现的通用管理对象。
除了这两个管理对象外，厂商也可以为BS自定义一些如温度、风扇等的特殊管理对象。
根据以上的MIB树形结构定义，IEEE 802.16f
标准根据ASN.1的相关语言规范对wmanIfMib和
图1 WiMAX固定宽带无线接入系统管理参考模型
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wmanDevMib以及相关的子树等进行了详细的结构定义和
原语说明。
2.2 IEEE 802.16g
IEEE 802.11g工作组于2004年7月成立，负责制定固定
和移动宽带接入系统管理平面流程和服务规范，用于增加
MAC和PHY层的管理实体，从而能够实现802.16设备的互
操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。802.16g
标准的主要工作是围绕管理平面进行的。IEEE 802.16g于2007年9月27日正式通过，形成国际标准。
IEEE 802.16g规范主要用来增加MAC和PHY层的管理实体，为管理802.16设备建立标准的流程和接口。主要包括：
（1）空中接口MAC管理信息的改进；
（2）提高空中接口数据平面的性能；
（3）为802.16实体引进一些控制和管理原语，作为802.16实体的相关控制和管理协议的规范。
除了增加管理平面流程和原语外，802.16g还在以下方面对802.16d/e标准进行了补充和增强：
（1）增加了通用分组汇聚子层GPCS，基于MAC SAP 支持高层的GPCS应用；
（2）增加了媒体独立切换M I H消息，可用于支持802.21定义的MIH。
在IEEE 802.16g标准中，考虑了对移动WiMAX网络的支持，因此，对WiMAX网络管理参考模型做了一些修订（如图2所示）。从802.16设备中控制和管理平面的角度来看，WiMAX网络由网络控制管理系统（NCMS）和WiMAX 设备两部分组成。NCMS通过M-SAP和C-SAP与802.16设备通信，SS/MS通过空中接口与基站通信。
图2是一个简单的网络参考模型。多个SS或MS与BS连接。U接口是SS和BS间的管理和控制接口，SS/MS通过U接口和BS通信，使用基本管理连接、基本连接或者第二管理连接。对于管理和控制操作，SS/MS在空口上使用基本管理连接、基本连接或第二管理连接，其中，控制平面消息使用基本管理连接或基本连接，管理平面消息使用基本管理连接或第二管理连接。
NCMS可以看作是控制实体或者管理实体。通用系统管理实体可以通过NCMS执行功能，NCMS同时也支持标准管理协议。C-SAP为控制SAP（业务接入点），向上层显示控制平面，并通过该接口和802.16实体交互信息，用于较大时延敏感度原语，如切换、安全上下文管理、无线资源管理和低功耗等操作的控制平面原语。具体原语包括：切换（MS的切换请求通知）、空闲模式移动性管理（移动进入空闲模式）、用户站会话管理、AAA服务器信令、媒体独立切换功能业务、位置探测报告能力。M-SAP为管理SAP，向上层显示管理平面，并通过该接口和802.16实体交互信息，用于较小时延敏感度的管理平面原语。所含原语包括系统配置、检测统计、通知、触发、多模接口管理等。
2.3 IEEE 802.16i
IEEE 802.16i致力于在IEEE 802.16f的基础上增加对移动WiMAX网络的支持，包括对MAC层、PHY层的管理信息库和相关流程增加了对移动性的补充。2007年10月2日，工作组发布了IEEE P802.16i/D5。
相对I E E E802.16f标准，802.16i放弃了I E E E S t d802.16f中的w m a n I f M i b，而是重新定义了一个wmanIf2Mib，以增强对移动WiMAX网络支持。此外，IEEE 802.16i还定义了wmanIf2mMib，用于移动宽带无线接口相关的所有管理对象；定义了wmanIf2sMib，用于进行基于SNMP MIB的业务流供应的对象。目前，该标准的进一步研究和修订正在进行中。
3 WiMAX论坛网管标准研究现状
WiMAX论坛成立于2001年4月，该组织旨在全球范围图2 IEEE 802.16网络参考模型
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内协调宽带无线技术，促进WiMAX产业链的发展。其最初目标是制定一套基于IEEE 802.16的测试规范和认证体系，对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，使不同厂商之间的产品在经过认证以后可以具有良好的互操作性，从而推进基于802.16的产品的广泛应用，并且为制造相应的芯片提供有利环境，降低产品的研发和生产成本。
W i M A X 论坛下设认证工作组（C W G ）、技术工作组（T W G ）、频谱工作组（R W G ）、市场工作组（MWG）、需求工作组（SPWG）、网络工作组（NWG）和应用工作组（AWG）。其中，SPWG负责为宽带无线接入系统定义系统需求的工作，以保证产品满足当前和未来市场发展的需要，而NWG负责组网技术，包括网络管理标准的研究。2008年1月31日，SPWG起草了《WiMAX网络管理的需求与建议（V0.20）》，标志着WiMAX论坛启动了WiMAX网络管理标准的研究工作。当然，WiMAX论坛对WiMAX网络管理所做的工作与IEEE 802.16工作组并没有冲突。它是对IEEE 802工作组及其他网管标准化组织在WiMAX网络中没有涉及到的课题做补充和完善。
当前，WiMAX论坛对网络管理的需求旨在描述一个通用的WiMAX网络管理系统，覆盖BSS （业务支撑系统）和OSS（运营支撑系统）。在BSS方面的需求将包括业务部署实例，如顺序接入过程、计费、客户定制、事故报告处理等。网络管理、业务创建与部署、计费策略等也包括在BSS的需求之内。在OSS 方面的需求包括故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理几个方面。
WiMAX论坛依据ITU和TMF相关规范制定了OAM&P (操作、管理、维护与供给)参考模型。OAM&P 也被称为 OSS/BSS（运营支撑系统/业务支撑系统）。OAM&P参考模型自下而
上的包括五个层次，如图3所示。
该模型包含以下组成部分：
◆网元 (NE，Network Element)。即可管理的网络设备，如BS、SS、ASN网管，以及CSN等。
◆网元管理层 (EML，Element Management Layer)。包含直接管理网元的功能；包括告警管理、信息处理、备份、日志以及软硬件设备维护。
◆网络管理层 (NML，Network Management Layer)。侧重于管理与多样网元间交互相关的功能；执行分配网络资源的功能：配置、网络的控制与监管。
◆业务管理层（S M L ，S e r v i c e M a n a g e m e n t Layer）。关注用户可能直接接触到的业务的管理；执行在网络定义、管理以及业务计费中的业务管理的功能。
◆商务管理层（BML，Business Management Layer)。侧重于整个企业的管理（例如目标设定，战略计划编排）；执行与经营方向、趋势分析以及质量问题相关的功能。
网元管理层一般由各设备厂商提供，能够对WiMAX的
网元设备进行集中管理。网络管理层通常由运营商提供，用以对WiMAX网络进行管理。业务管理层和商务管理层属于更高层的管理。
图3 OAM&P参考模型
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参考文献
[1]IEEE 802.16f. IEEE Standard for Local and
metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems—Amendment 1: Management Information Base[S]. December 2005.
[2]IEEE 802.16g/D9. Draft IEEE Standard for Local and
metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 3: Management Plane Procedures and Services[S]. April 2007.
[3]IEEE P802.16i/D5. IEEE Standard for Local and
metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems Draft Amendment: Management Information Base Extensions
4 结束语
从以上对WiMAX网管标准进行研究的主要标准化组织工作的介绍我们可以看出，当前WiMAX网络网管标准的开发，尤其是对移动WiMAX网络的网管标准尚处于不断完善的过程之中。WiMAX技术自计算机网络发展而来，所制定的网管标准还带有计算机网络中网管标准的印记。例如，在IEEE 802.16f/g/i中推荐采用的是SNMP网络管理模型。这种方式具有实施简单的特点，但在应用于大型网络实时管理方面有一些困难。WiMAX加入3G阵营，投入商业运营之后，网管系统也需要适应这种变化，以适应电信网络管理的特点。
WiMAX技术的发展使得在WiMAX网络管理系统的研究和标准化方面的工作具有较强的紧迫性。一般来说，网络管理技术的研究总是滞后于对应的技术体系的研究。但随着WiMAX技术发展和演进，特别是在商用网络部署方面的突破，使得网管技术的研究也迫在眉睫。虽然目前已经有了一些WiMAX网管国际标准可以遵循，但是还需要结合我国实际情况进行标准的研究与开发。而对WiMAX网管标准的开发，除了对现有固定和移动WiMAX标准提供管理支持外，还需要对一些开发中的WiMAX标准保持足够的重视。例如IEEE 802.16m标准的开发可能会给网络资源模型、组网方式方面带来一定的改变。而这些变化都需要纳入到网络管理标准的研究之中。
【作者简介】张 勇：工学博士，北京邮电大学讲师，中国通信标准化协会CMIS无线移动互联工作组组长。主要从事宽带无线接入网络研究，包括无线Mesh网络、WiFi/WiMAX网络等，多次参与国家863项目、自然科学基金项目、十一五重大研究课题，发表论文近20篇，出版个人专著1本。李 晋：工学硕士，北京信息科技
大学讲师，主要从事新媒体技术研
究，已发表学术论文多篇。
[S]. October 2007.
[4] WiMAX Forum. Recommendations and Requirements for
WiMAX Network Management (v0.20) [S]. January 2008. ★
WiMAX论坛和无线宽带产业集团目前有一份报告显示到达2012年，全球会有超过1.33亿WiMAX用户。该项预测是建立在独立的授权调查研究，同时也预计
到2012年，大约70% WiMAX用户，将使用该技术的移动和可移动版本，通过智能电话或其他移动设备接入互联网。根据报告，引领 WiMAX 用户增长最关键的因素，将是在特定区域对核心技术大范围的采用，尤其是在亚太地区和美国。WiMAX 技术的此次扩张，将首次在人口稀少地区，提供高速互联网接入。
“WiMAX时代已经来到，是全球市场催化剂。在全球市场范围，增加对移动宽带互联网接入的需求，”WiMAX 论坛总裁Ron Resnick.评论，“这项新的用户和使用者的预测，为繁荣的移动互联网系统未来的增长，提供了坚实的证明观点，代表产业努力完成和积极进步的合理预期。”
2012年WiMAX将有1.33亿用户
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