第 12 章 行動無線網路與雲端計算

1. 第12章 行動無線網路與雲端計算

2. WiMAX的主要標準 • WiMAX架構在IP上，從802.16標準一路走來，經過802.16a、802.16-2004和802.16e-2005等階段，其中以2004和2005為主要分水嶺。 • 802.16-2004：又稱為802.16d，固接WiMAX (fixed WiMAX) • 802.16e-2005：簡稱為802.16e，為彌補802.16d只支援固定式連接所開發具行動能力的WiMAX，此標準稱為行動WiMAX(mobile WiMAX)

3. WiMAX架構

4. 名詞解釋及其意義 • BS(Base Station): WiMAX基地台 • MS(Mobile Station)：行動站 • SS(Subscriber Station)：用戶工作站 • ASN(Access Service Network)：存取服務網 • ASN-GW：ASN閘道 • NAP(Network Access Provider)：網路存取提供者 • ASP(Application Service Provider)：應用服務提供者 • NSP(Network Service Provider)：網路服務提供者 • AAA(Authentication Authorization Accounting)：驗證、授權、帳務伺服器 • CSN(Connectivity Service Network)：連接服務網 • HA(Home Agent)：本家代理，儲存行動站的永久IP位址 • FA(Foreign Agent)：外地代理，儲存行動站造訪它所在網路的相關資訊，並通告行動站所使用的臨時位址

5. WiMAX邏輯連線圖 WiMAX架構以模組化、功能結構和服務提供者的方式組成，共三部分： 網路存取提供者(NAP)、網路服務提供者(NSP)和應用服務提供者(ASP)。 用戶與基地台之間的連線可為非視線(non-line-of-sight)，而基地台之間的 連線則為視線(line-of-sight)。

6. ASN, CSN, ASP • ASN • ASN提供無線微波給WiMAX用戶，是用戶的存取網路，其功能包含： • 選擇合適的NSP所在的CSN • IP連線的中繼站、資料轉送 • 微波資源管理、群播和廣播控制 • ASN-GW將匯聚的資料上傳給CSN，並將匯集的資料下載給各BS所涵蓋行動機具，其功能包括 QoS、允入控制和監查流量，密鑰管理，以及ASN之間行動性的FA功能 • CSN • CSN提供ASN對IP網路的連接性，其功能包含： • AAA和HA對IP位址的配置 • 透過RADIUS協定執行AAA的身分驗證、使用授權和帳務統計 • 抵達HA的封包以鑿隧的方式將資料包移轉到新的ASN • 負責連網其他IP網路、VPN、群播服務、傳訊等 • 網路組態設定：網管服務、Ethernet管理服務 • ASP • ASP可利用WiMAX的無線行動性、高傳輸速率以及長距離的連接，開發出各種應用，如公眾安全警急通告(public safety alert system)、位置發現服務(location discovery service)以及多媒體服務等。

7. 漫遊：HA和FA • 當行動站(MS)移動到遠處其他的網路時，原來在本家所使用的IP已無法於該處使用，為使行動站能隨處保持連線，必須暫時更動行動站的IP位址，因此在路由器加上本家代理(HA)和外地代理(FA)的設計。 • 當MS造訪其他網路，傳送給MS的IP封包會被HA攔截，然後使用暫時的 IP位址(稱為 Care of Address, CoA)鑿隧連線到所造訪的網路，此時FA收到封包，解封裝後再送給此MS，MS再塞回原來的IP位址。MS可直接回覆該主機，或再以鑿隧的方式送給HA，再由HA轉送。

8. 漫遊

9. WiMAX的未來 • 事實上WiMAX新標準802.16m已經發表，目標向Gbps的速率邁進，現在已達350Mbps，因此802.16m又稱為WiMAX2，即第二代WiMAX，為爭取下一世代(4G)行動通訊寶座的目標前進。 • 不過在兩強相爭的情況下，各國及廠家均很謹慎的評估。WiMAX有一些問題存在，第一是使用的頻段全球不一，且各國執照的發行進度也不相同，這對於國際漫遊是一大障礙；其次，以使用者的角度來看，在現有蜂巢式環境下，使用者不容易放棄既有的行動電話。 • 由於Intel眼見各業者對WiMAX的支持遠不及LTE，Intel深感失望有心灰意冷之態，台灣對WiMAX產業建置投資甚大，目前已開放WiMAX執照多年，共有六家廠商開始試營運，希望台灣對WiMAX產業的押注能成功，目前呈現的營運效果不彰。 • 目前歐美對LTE的發展尚未完全成功，未來是LTE或WiMAX成為4G龍頭的標準，現在仍言之過早；是否初期WiMAX和LTE雙軌並行，爾後態勢明朗就能一決勝負。

10. 蜂巢式系統演進 • 無線語音通訊系統，即蜂巢式系統，經過20多年的發展，從第一代(1G)的類比系統AMPS只提供語音功能；第二代(2G)的數位系統有IS-136, GSM和IS-95等三種標準，引進新的存取技術是CDMA，除了改善語音功能外還可以傳輸簡訊(SMS)的數位資料；第三代(3G) IMT-2000有IMT-DS, IMT-MC, IMT-TC, IMT-SC和IMT-FT等五種標準，採用由CDMA演進而來的技術，如W-CDMA和CDMA2000，具有行動語音和通訊功能，其應用包含語音視訊、Internet存取和行動電視等。

11. 蜂巢式系統：GSM+GPRS

12. 名詞解釋 • BTS(Base station Tranceiver System): 基地台 • BSC(Base Station Controller)：基地台控制器，管理並匯聚BTS的資料，以轉送至MSC • PCU(Packet Control Unit)：封包控制單元，匯集並將資料轉送至SGSN • BSS(Base Station Subsystem)：基地台子系統 • MSC/VLR(Mobile Switching Center / Visitor Location Register)：行動交換中心/訪客位置登錄器，行動交換中心負責連接通話的兩方，並切換至市話系統；訪客位置登錄器決定用戶目前所在位置 • SGSN(Serving GPRS Support Node)：GPRS服務節點，提供位置的行動管理，可等同視為MSC封包 • GGSN(Gateway GPRS Support Node)：GPRS閘道節點，具IP路由器功能，將GPRS連接到Internet • PDN(Packet Data Network)：封包資料網路 • HLR/AUC(Home Location Register/Authentication Center)：本家位置登錄器/驗證中心，HLR是GSM系統資料庫，有用戶的資訊；AUC則驗證連上GSM的用戶身分 • SS7(Signaling System No. 7)：第7號傳訊系統，多為無線系統使用 • NSS(Network Switching Subsystem)：網路交換子系統 • GPRS Core：GPRS的核心網路

13. 3G系統 • 3G IMT-2000的規格要求：固接速率可達2Mbps、市區行人384Kbps以及汽車行駛環境144Kbps。除了速率的要求外，3G希望能夠對語音電話、互動式遊戲、網頁瀏覽、E-mail以及串流的多媒體應用提供較好的QoS。 • CDMA2000：早期CDMA2000為達到最高2Mbps的速率，開發出EV-DO(Evolution Data Only)只傳輸高速率資料，後期再開發全功能的行動通訊。 • UMTS(W-CDMA)：UMTS是以GSM系統為基礎開發為IMT-2000的3G技術，隨著GSM的風行全球，六個通訊大國組成了3G夥伴專案，3GPP(3G Partner Project)，持續對UMTS開發，於1999年釋出UMTS R99的標準 • HSPA：高速封包存取(High Speed Packet Access, HSPA)是3GPP持續對UMTS加強的標準，一為下載HSDPA，速率可達14.4 Mbps；另一為上傳HSUPA，速率可達5.7 Mbps：分別為3GPP R5和R6的技術標準。

14. 3GPP LTE • HSPA+：3GPP於2007年釋出3GPP R7標準，即HSPA的進化版HSPA+，使用多重輸入多重輸出(Multiple Input Multiple Out, MIMO)天線技術，速率可達下載21.1Mbps上傳11.5Mbps；於2008釋出3GPP R8時，已可達42/21 Mbps，同時在R8時也定義進化的電波介面EUTRAN(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network)為全IP的系統架構進化(System Architecture Evolution, SAE)。 • WiMAX和LTE/UMTS系統互通：3GPP 於2009釋出R9，定義WiMAX與LTE/UMTS系統之間的互通。

15. 3G的UMTS，3GPP的EUTRAN

16. 名詞解釋 • 服務閘道(Serving Gateway, SGW)：SGW介於無線存取和核心網路之間，負責維護eNodeB和PGW閘道之間的路徑，繞送eNodeB之間的行動性以及與其他2G或3G系統之間的交換 • 行動管理實體(Mobility Management Entity, MME)： 負責UE網路存取資源的管理等控制，以及支援呼叫、漫遊和交遞的信號控制。MME管理用戶的會期，以及所有的eNodeB；也負責閘道的選取(SGW或PGW)，包括交遞到傳統2G/3G系統。 • 封包資料網路閘道(Packet Data Network Gateway, PDNGW or PGW)：PGW是通往外部封包資料網路的關口，其功能有政策管理、封包過濾及收費的支援。 • 政策和收費規則功能(Policy and Charging Rules Function, PCRF)：這是3GPP R7的功能模組，是由政策決定和收費規則兩功能模組組成。於R8時其功能再加強以便和非3GPP系統之間的運作。

17. 語音LTESAE的邏輯架構

18. LTE Advanced • 全球通訊與漫遊 • 相容的服務，與其他通訊系統的互通 • 高速漫遊速率達到100 Mbps，而低速漫遊時達到1Gbps • 3GPP於2009年提出R10，即LTE進階(LTE Advanced)，希望能評估為IMT-Advanced，或大家所說的4G。

19. 雲端運算相關名詞解釋 • 叢集運算：將許多工作站以網路串接起來，同時平行處理一件工作的運算方式 • 格網運算：利用格網系統軟體整合分散各地的計算資源，合力處理一些大型計算問題，並透過跨叢集的工作管理系統來讓整個格網運算平台達到最大生產力的運算方式 • 平行處理：將一件工作切割成許多小工作，分配給許多處理器同時處理，之後再將結果彙整 • 網路檔案系統： 將遠端網路的儲存系統附掛在近端，就好像自己的檔案系統一樣 • 資料中心：又稱為伺服器叢(server farm)，是一個資料和儲存器集中管理的地方，除了有很多伺服器和儲存系統外，也提供通訊設施

20. 雲端運算服務類別 • 一般雲端運算服務的提供者，其提供的服務可分為以下幾種類別： • EaaS(Entertainment as a Service)，娛樂服務：這一個類別是比較生活休閒性的，如相片展示、KTV、電影欣賞 • SaaS(Software as a Service)，軟體服務：此類別提供各種軟體的使用給客戶，客戶不必再投資安裝伺服器或購置大量的軟體授權 • PaaS(Platform as a Service)，平台服務：此類別是提供較高層次服務所需的軟體開發環境。客戶可利用雲端的PaaS平台，如中間軟體(middle ware)，建置自己的應用系統 • IaaS(Infrastructure as a Service)，基礎建設服務：此類別提供儲存空間、運算資源、網路設備等基礎設施給客戶，以處理其訊務並儲存資料

21. 雲端運算

22. 雲端模型-1 • 公眾雲(Public Cloud)由第三方所經營管理，屬於外部的雲朵，它提供廉價的服務，是一種付費即用的型式，客戶共享一樣的基礎資源，相似的組態設定。其好處是除了廉價之外，擴充也容易。 • 私有雲(Private Cloud)完全由企業自行建立，主要是能完全掌控資料的安全性。它有兩種經營模式，一種是獨資經營的資料中心，資料處理比較標準化且安全，但擴充性比較受限，營運成本較高。另一種是委外經營的私有雲，提供者必須特別設置個別性的運作環境，保證其私密性。 • 社群雲(Community Cloud)是由一群需求相近且尋求一齊分擔運作設施需求的機構組織所建立的雲朵。這種選擇的私密性和安全性比公眾雲高，且資源的成本負擔容易回收。主機或網站代管就是一例。 • 混合雲(Hybrid Cloud)結合公眾雲和私有雲的運作模式，企業可將營運內容分割，開放公眾性的部分劃為公眾雲，私密和安全性或希望自己控管的部份劃分為私有雲。

23. 雲端模型-2

24. 雲端運算實例 • 亞馬遜EC2：IaaS • 紐約市和微軟：SaaS • Yahoo Flickr：EaaS • Windows Azure Platform：PaaS • Google應用引擎：PaaS

25. 雲端運算面臨的挑戰 • 資料保護 • 資料復原與可用性 • 法規與協議 • 資料的可攜性