《A08无线网络设计》PPT课件.ppt

计算机网络课程设计, 2011,01,ToC,1. 无线网络技术 2. WLAN无线局域网设计 3. LMDS固定无线网络设计 4. DBS数字卫星通信网技术 ,无线网络技术,无线网络类型 无线通信频率划分 无线电信号的传播 固定无线网系统结构,无线网络类型,固定无线网、移动无线网。 移动无线网络主要用于解决话音通信，也可以提供低速数据传输业务。 固定无线网络主要用于固定位置的用户，如无线基站通信。,无线网络技术类型,无线局域网（WLAN） WLAN在有线局域网的基础上，通过无线访问节点（AP）、无线网卡等设备实现无线通信。 本地多点分配系统（LMDS） LMDS系统由基础骨干网、基站、用户终端设备和网管系统组成。 优点：可同时支持话音、数据、图像业务的传输，容易扩容和升级。 缺点：传输距离短，容易受天气和地形的影响。,电磁波频谱及应用领域,无线通信频率划分,中国无线通信系统频率范围规定 无线通信对频率的选择必须考虑天气、环境等条件的变化，它们会对无线电波产生折射、吸收、反射、散射等影响，从而造成接收信号下降。 我国标准规定的无线通信频率使用范围。,几个特殊频段,2.4ghz 3.5ghz 5.8ghz,无线电信号的传播,传播方式：地球表面传播、大气对流层传播、大气电离层传播、地面电离层传播、星际空间传播等。 无线电信号在长距离传播中，不可避免地会出现直射、反射、折射、绕射、衍射等传播形式，因而接收基站天线接收到的信号往往是多种传播形式的合成波形。,无线电信号的多径传播,电波在视线距离内的传播,站在平坦的没有建筑物的地面上，所能看到的最远距离称为视线距离D,电波的绕射传播,电波在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象称为电波的绕射。 微波的频率较高，波长短，绕射能力较弱，在高大建筑物后面的信号强度小，会形成“阴影区”。 频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受到影响的程度越大。,无线电波的多径传播,用户固定终接设备,识别用户号码和鉴权； 支持基本语音和数据业务； 支持信道编码/解码； 进行功率控制； 产生呼叫进程中的提示音（如忙音等）； 系统自检，远端故障管理等。,基站,基站包括：收发信机、天线、基站控制器 主要功能： 无线资源管理（信道分配、功率控制等）； 路由选择； 协议转换； 码型转换； 用户单元登记、计费、维护、等功能。,控制器,主要功能： 识别用户、鉴权； 加密控制； 基站信令与PSTN信令之间进行转换； 系统呼叫处理； 对基站进行监控，并进行遥测； 提供时钟基准。,运行维护中心,一个运维中心与多个固定无线网络系统连接 可租用X.25专线或Modem拨号方式实现A连接。,基站与用户终接设备之间的信道接口（Um） Um接口根据无线技术不同而不同。 由于系统设备和用户站的位置是固定的，不存在漫游等问题，接口的不兼容基本不会影响设备的使用。 基站与业务网络之间的接口（SNI） 可采用E1/T1、100Base-T、OC-3、ATM或V5等接口与骨干网络相连。 用户网络接口（UNI） 可以采用N64kbit/s（CE1）、E1/T1、FR、10Base-T、ISDN等接口。,WLAN无线局域网设计,WLAN的标准与模型 WLAN工作原理 移动IP无线局域网 WLAN的安全 WLAN的拓扑结构 WLAN网络设计,WLAN标准,IEEE 802无线系列标准 欧洲电信标准化协会HiperLAN标准 3GPP（第三代无线通信合作伙伴计划） EDGE（加强型数据GSM环境）,IEEE 802.11推荐使用ISM无线网络频段： 902928MHz 2.4002.4835GHz 5.7255.850GHz 我国数字无绳电话系统（“小灵通”）工作频段在2.4GHz的ISM频段，并按审批使用许可。因此WLAN在频段上有重叠。 信产部于2002年重新规定了无线网络专用频段。,IEEE 802.11无线局域网基本模型,利用有线局域网作为DS,WLAN工作原理,隐蔽站问题 暴露站问题 WLAN工作方式 DCF（分布式协同）和PCF（点协同）方式。 DCF采用载波侦听多路存取/冲突避免（CSMA/CA）技术。 PCF（点协同方式）是AP设备周期性地发出信号测试帧，通过该测试帧与各个无线设备进行网络识别、网络管理参数等的交互。 对PCF方式的改良称为HCF（混合协同）方式。,避免冲突通信方式,在扩频系统中，所有信号的载波频率都是相同的，只有通过传播码区分信号，不同的传播码使许多计算机共享一个信道。 WLAN采用CSMA/CA（载波侦听/避免冲突）通信方式。 它相当于一种握手协议。,移动IP无线局域网,移动IP技术工作原理 在外地的移动主机（MN）通过外地代理（FA）向位于家乡的家乡代理（HA）注册，使HA得知MN当前的位置，从而实现移动性。 实现移动IP需要解决的问题 IP地址分配 应用透明性 服务质量 协议软件,WLAN的安全,WLAN使用电磁波传输数据，因此容易被窃听。WLAN经常采用广播方式，所以安全性问题突出。 IEEE 802.11的安全措施。 认证。包括OSA（开放系统认证）和SKA（共享密钥认证）。 加密。采用WEP（有线等效加密）算法。,WEP存在的安全问题 应该避免使用WEP这种共享密钥。 RC4算法本身有缺陷(?)。 WEP不提供自动修改密钥的方法。 40位加密的WEP密钥长度太短。,WLAN的拓扑结构,无中心无线网络拓扑结构 无中心网络（无AP）也称为无线对等网或Ad-hoc网 这种WLAN由一组有无线网卡的主机组成。 用于两台或多台无线主机的直接通信。 这种网络无法接入LAN中，只能独立使用。,有中心无线网络拓扑结构 有中心无线网络由无线接入点（AP）、无线主机以及分布系统（DS）构成。 无线接入点（AP）用于在无线主机和有线网络之间接收、缓存和转发数据。 无线AP通常能够覆盖几十至几百个用户，覆盖半径达上百米。,AP,多中心无线网络拓扑结构 多中心会引起同频干扰问题，因此在布置AP时，应当选择支持多信道的AP；同时进行AP点的信道交叉布置，并且调整天线角度，或采用定向天线，改变AP安装位置等方法，消除同频干扰。 用户主机移动到暗区时，由于AP点信号太弱，会导致网络中断。 主机移动到信号重叠区时，容易引起信号干扰。,802.11b的信道参数,WLAN,LAN,WLAN网络设计,无线网卡 接入点（AP） AP相当于Hub，是一个无线网桥。AP也是WLAN中的小型无线基站，负责信号的调制与收发。 楼宇之间的WLAN设计 在点到点WLAN中，部分无线网桥产品的最大传输距离可达到4100m。 在点到多点WLAN设计中，如果使用全向天线，每个网桥之间的最大传输距离可以达到1300m。,城域WLAN接入网设计,AC（接入控制器）是面向城域宽带网的网关，它实现WLAN用户对IP网络的接入。 AC主要功能： 对用户身份进行认证、计费等； 将来自不同AP的数据进行汇聚； 支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集以及对网络的监控。,WLAN城域网络结构,IEEE 802.16,IEEE 802.16定义了用户与核心网络之间的结构,WLAN用户接入控制与管理 AP支持802.1x，且AP具有RADIUS客户端功能 无线站点安装802.1x客户端软件 AP接收用户认证请求，并向RADIUS服务器发出认证请求 对认证通过的用户，AP提供接入，否则拒绝其接入。,无线广域网（WBMA）与3G的比较,LMDS固定无线网络设计,LMDS（本地多点分配业务）是一种固定无线宽带网络技术。 LMDS小区半径为25km。 我国LMDS采用26GHz频段。 LMDS不支持移动通信业务，只能提供定点接入。 LMDS对通信点之间的“视通”要求非常苛刻。,LMDS系统结构,基站系统 包括与骨干网相连的接口模块、信号调制解调模块（IDU，室内单元）、微波收发模块（ODU，室外单元）、天线系统等。 基站接口：E1/T1、100BaseT、ATM、PSTN等。 骨干网络传输系统 骨干传输网络由传输网和控制中心组成。 控制中心完成话音交换、IP数据交换等功能，然后接入因特网。 用户终端站 用户端包括ODU（室外单元，含定向天线、微波收发设备）与IDU（室内单元，含调制解调模块以及与用户室内设备相连的网络接口模块）。 网络运行中心 功能：系统告警 故障诊断 系统配置 自动性能测试 远程管理 AAA服务等。,LMDS系统结构,LMDS基站,LMDS设计参数选择,载波带宽 我国LMDS工作频率范围为：2445027000MHz 可用带宽为：1008MHz2 频带配置方案：信道载波带宽为3.5MHz、7MHz、14MHz、28MHz。 传输距离为15km。,LMDS技术特点,LMDS网络设计,网络结构 载波带宽规划 ATPC（自动发信功率控制）技术 通信距离 在26GHz频段，2km路径，在路径中点的余隙应大于2.4m。 降雨衰减：LMDS工作在毫米波附近，波长与雨滴尺寸相近，降雨会对电波引起吸引和散射，使信号衰减。,LMDS系统可用性设计 保证足够的衰落储备。 主要因素有：最大发信功率、收发天线增益、接收机门限电平的误差率（BER）、空间传输损耗等。 LMDS网络设计中应考虑的其他因素 LMDS网络设计时必须保证基站与终端天线之间的视通。 通信距离、频率重用与扇区细化、雨衰影响、多址访问方式等。,Alcatel LMDS宽带数据网设计方案,LMDS系统设备,Alcatel网络终端NT,Alcatel无线基站RBS,Alcatel无线终端RT,Alcatel数字基站DBS,DBS数字卫星通信网技术,DBS的特点是通信距离远，费用与距离无关。 DBS系统以前主要用于电视广播业务，随着因特网的普及，一些公司将DBS应用于因特网接入。 例如，SkyBridge宽带卫星接入系统，在2002年开始运行，通过80颗低轨卫星，可为全球2000多万用户提供本地宽带接入。,卫星通信系统组成： 空间段、地面段和用户终端。 地面移动终端与卫星之间的链路 用L频段（1.122.6GHz）； 地面主站与卫星之间的无线链路 采用C频段（3.958.2GHz）或Ku频段（12.418GHz）。,同步卫星通信系统,同步卫星通信系统（GEO）,GEO卫星系统位于地球赤道上方36000km高度的地球同步轨道上，卫星相对地球静止，理论上只需要三个GEO卫星就可以覆盖除南极和北极外地球上的所有地区（如图8-28），目前普遍采用的VSAT（甚小口径终端）属于这类系统。,非同步卫星通信系统,MEO （中轨道卫星系统）距离地球表面300035786km左右，卫星数量较少，约为十几颗，卫星重量为吨级。 LEO （低轨道卫星系统）距离地球表面2003000km左右； 覆盖范围较小，需要几十颗卫星才能覆盖全球。 工作在L频段，卫星重量从几十公斤到几百公斤。,DBS系统组成,美国休斯公司的DirecPC系统是DBS的成功范例。 用户可以利用安装在屋顶的18英寸VSAT（甚小口径天线地球站）天线，接收数字电视；也可以通过一个卫星接收卡和一个专用Modem与计算机的USB接口连接，进行数据通信。,通信卫星,公用DBS系统可以采用亚洲1号同步通信卫星。 卫星上有24个转发器，转发器工作于C频段（3.958.2GHz），采用卫星北半球波束可覆盖我国。 如美国微软公司使用的Teledesic卫星系统，具有2Mbit/s的上行链路和64Mbit/s的下行链路。,通信卫星系统结构,主站（Hub）,负责信息汇集、交换等任务。 主站由室内设备和室外设备组成。 室内设备有：信号收发设备、卫星网关设备、网络运营设备等。 室外设备有：低噪声放大器、天线等。 主站Ku频段天线直径为：3.58m。 主站C频段天线直径为：713m。,通信卫星主站设备组成,小站（VSAT）,VSAT（甚小口径终端）天线口径如下： Ku波段天线直径为：1.24.5m； C波段天线直径为：1.86.2m。 户内设备一般为卫星接收机。 用户可选择电视机顶盒、接收机、路由器、PC卡等作为小站设备。,卡塞格林天线及接收信号示意图,DBS提供因特网业务的方式,以卫星数据广播的方式，提供因特网单向下行链路的数据传输。 利用卫星进行双向数据传输，主要用于因特网服务提供商。 利用卫星广播因特网下行数据，利用地面网络进行数据上传。,DBS提供因特网业务示意图,DBS系统技术性能的改进,影响卫星网络性能的主要因素 信道误码率（BER）较高。 信号往返时延达270ms。 下行和上行信道带宽分配不同。 减小VSAT天线尺寸和发射机的功率。 与地面网的互通。 改进卫星网络性能的方法,GSM蜂窝移动通信系统结构,GSM蜂窝移动通信系统结构,基于GSM的GPRS网络结构,基于GSM的GPRS网络结构,GPRS用户与外部IP网通信 MS与外部网通信前： 先与SGSN建立逻辑连接，接入到GPRS网络 再由SGSN与GGSN之间通过隧道协议互连，使MS接入到GGSN，再经过GGSN接入外部网络。 MS需要一个IP地