




已阅读5页,还剩74页未读, 继续免费阅读
(通信与信息系统专业论文)异构无线网络实验平台中wimax空中接口的优化、实现与验证.pdf.pdf 免费下载
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处, 本人签名:_ 妥整l 本人承担一切相关责任。 日飙兰埠旦兰三一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以 公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。 产 本人签名:麴垒 日期: 兰! 盟:! 兰:兰兰 导师签名:互生! =日期: 兰竺仝:! 三:兰塾 lr,l, ;l,一。节敷葶j-1 囊一 ,参。;蓄妻 本论文由下列项目资助: 本论文由国家8 6 3 计划项目( 编号2 0 0 7 a a 0 1 2 2 2 1 ) :异构无线网络中具有 主动特性的资源管理技术资助以及国家自然基金重点项目( 编号:6 0 8 3 2 0 0 9 ) : 基于认知的无线资源管理与利用资助。 l l 一1 h t i 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i i l a x 空中接口的优化、实现与验证 异构无线网络实验平台中w i m a x 空中接口的 优化、实现与验证 摘要 近年来,移动通信和宽带无线接入技术得到了巨大发展,极大地 改变了人类的生活方式。人们逐渐认识到未来无线通信发展的趋势已 经不再是某种技术的一统天下,而是各种无线网络共存、相互补充、 协同工作、支持终端无缝移动性的全i p 异构融合网络。各种无线网 络的异构特性,对于网络的稳定性、可靠性和高效性提出了挑战。为 了将所有的无线接入技术整合到一个统一的网络环境中,达到高效地 利用全网频谱资源、为用户提供全球无缝漫游服务的目标,深入地研 究异构网络融合技术十分重要。 目前t d s c d m a 蜂窝技术,w l a n 技术,及w i m a x 宽带接入 技术作为当今无线接入技术的代表,它们之间的无缝融合受到广泛关 注。因此,迫切需要研究如何通过计算机编程搭建一个模拟w i m a x 、 t d s c d m a 和w l a n 组成的异构无线网络的实验平台,以用来研究 三网统一的无线资源管理技术。本文正是在这样的背景下,研究如何 搭建异构无线网络实验平台中w i m a x 网络部分。研究工作在一期已 完成的w i m a x 实验平台的基础上进行,对于已有的w i m a x 实验平台 进行了全面的改进。本文的具体工作如下: 1 ) 对于w i m a x 8 0 2 1 6 系统的空中接口做了深入研究,详细分析 了w i m a x 8 0 2 1 6 系统m a c 各层的功能及原理。 2 ) 在对w i m a x 8 0 2 1 6 技术原理充分研究的基础上,对于异构无 线网络实验平台中w i m a x 网络部分进行了全面的改进。重点 优化实现了w i m a x 网络内数据连接的建立、数据传输和删除 的流程、水平切换和垂直切换管理判决机制、资源重配置管理 机制,添加了基站的业务调度和接纳控制模块,终端的本地调 度模块等。 3 ) 设计实现了异构无线网络实验平台的前端演示验证系统。设计 各种测试用类,用此系统验证了w i m a x 系统的功能。 关键词:异构无线网络,w i m a x ,频谱共享,水平切换,垂直切换, i e e e 8 0 2 】6 7 i d e v e l o p m e n tt r e n do fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sn ol o n g e ra t e c h n o l o g y d o m i n a t e dw o r l d ,b u t a v a r i e t y o fw i r e l e s s a c c e s s t e c h n o l o g i e sc o e x i s t e n c e ,c o m p l e m e n ta n dc o o p e r a t ew i t he a c ho t h e r , w h i c ho f f e r s v a r i o u sa c c e s s s e r v i c e sa n ds e a m l e s s m o b i l i t y h e t e r o g e n e o u sc h a r a c t e r i s t i c so fv a r i o u sw i r e l e s sn e t w o r k sb r i n gm u c h c h a l l e n g et ot h es t a b i l i t y , r e l i a b i l i t ya n de f f i c i e n c yo fw i r e l e s sn e t w o r k s f o rr e a l i z i n gt h eo b j e c t i v e so fu s i n gt h es p e c t r u mr e s o u r c e se f f e c t i v e l y a n dp r o v i d i n gu s e r sw i t hs e a m l e s sg l o b a lr o a m i n g t h r o u g hi n t e g r a t i n ga l l o ft h ew i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g i e si n t oau n i f i e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t ,i t i s v e r yi m p o r t a n tt o i n - d e p t hs t u d y a n dr e s e a r c h t e c h n o l o g i e s o f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s i nm ec u r r e n t ,a st h er e p r e s e n t a t i v e so f t o d a y sw i r e l e s sa c c e s s t e c h n o l o g i e s ,t h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kw h i c hc o n s i s t so ft d s c d m a c e l l u l a rn e t w o r k ,。a nn e t w o r k a n dw i m a xb r o a d b a n da c c e s s t e c h n o l o g y h a sa t t r a c t e de x t e n s i v ea t t e n t i o n t h e r e f o r e ,i n o r d e r t o r e s e a r c hw i r l e s sr e s o u r c e m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yo fh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k ,i ti sa nu r g e n tn e e dt os t u d yh o wt ob u i l da l le x p e r i m e n t p l a t f o r ma b o u th e t e r o g e n e o u sn e t w o r kb ys i m u l a t i o n o fc o m p u t e r p r o g r a m m i n g i nt h i sc o n t e x t ,t h i sa r t i c l ef o c u s e so nh o wt or e a l i z et h e w i m a x s y s t e mo fe x p e r i m e n tp l a t f o r ma b o u th e t e r o g e n e o u sn e t w o r k r n l e r e s e a r c hw o r kc o n t r i b u t e sac o m p r e h e n s i v ei m p r o v e m e n tf o rt h ew i m a x s y s t e mb a s e dt h ea l r e a d yw o r k s p e c i f i ct a s k sa r ea sf o l l o w s : q ; 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中| i i l a x 空中接口的优化、实现与验证 1 ) i n - d e p t hs t u d yo ft h ea i ri n t e r f a c et e c h n o l o g yo fw i m a x 8 0 2 1 6 s y s t e m sa n da n a l y s i sf u n c t i o n sa n di m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l eo f m a c l a y e r si ni e e e 8 0 2 1 6p r o t o c 0 1 2 ) o nt h eb a s i so fr e s e a r c ho nw i m a x 8 0 2 1 6t e c h n o l o g y , t h ea u t h o r p r o p o s e ss e v e r a li m p r o v e m e n ts c h e m e s ,r e l a t et os e v e r a lf u n c t i o n m o d u l e s :t h ep r o c e s so fc o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n t ,d a t at r a n s f e r a n dc o n n e c t i o nd e l e t i o n ,h o r i z o n t a la n dv e r t i c a lh a n d o v e r m a n a g e m e n tm e c h a n i s m ,w i r e l e s s r e s o u r c e r e c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n tm e c h a n i s m , t h es c h e d u l i n ga n da d m i s s i o nc o n t r o l m o d u l eo fb sa n dl o c a ls c h e d u l i n gm o d u l eo fs s 3 ) d e s i g na n di m p l e m e n tt h ed e m o n s t r a t i o n v e r i f i c a t i o ns y s t e mo f t h ee x p e r i m e n tp l a t f o r m d e s i g nav a r i e 哆o ft e s tc a s e sa n du s et h e d e m o n s t r a t i o n v e r i f i c a t i o ns y s t e mt oe n s u r ef u n c t i o n so fw i m a x s y s t e m k e yw o r d s :h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ,w i m a x ,f r e q u e n c ys h a r i n g , h o r i z o n t a lh a n d o v e r , v e r t i c a lh a n d o v e r , i e e e8 0 2 1 6 m 、r i o q 摘要 a b s 佣a c t 第一章绪论 目录 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1 1 异构无线网络无缝融合技术的发展趋势。 1 1 2w i m a x 无线通信技术1 1 1 3i e e e8 0 2 1 6 空中接口标准系列介绍。3 1 1 4w i m 瓠网络结构5 1 2 论文的主要工作及组织结构7 第二章w i m a x 空中接口原理分析与o o s 保障机制研究。9 2 1i e e e8 0 2 16 空中接口原理分析。9 2 1 1 概j i ! 9 2 1 2 特定服务汇聚子层( c s ) 1 0 2 1 2 1m a cs d u 格式1 l 2 1 2 2 分类器1 1 2 1 2 3 净荷头压缩( p h s ) 1 2 2 1 3 公共部分子层( c p s ) 1 3 2 1 2 5 寻址与连接1 4 2 1 2 6p d u 的构建与发送1 5 2 1 2 7w i m a x 8 0 2 16 入网流程1 5 2 1 4 安全子层1 6 2 2w i m 纵系统中q o s 保障机制二- 。1 7 2 2 1 概述1 7 2 2 2 服务流及其管理1 8 2 2 3 调度服务 2 2 4 上行带宽分配与请求机制 第三章异构无线网络实验平台中w i m a x 系统空中接口的优化与实现 2 l 3 1w i m a x 系统在异构无线网络的功能和作用。2 4 3 1 1 异构网络拓扑结构图 3 1 2w i m a x 网络的功能和作用2 5 3 2w i m a x 实验平台的搭建环境及目标2 5 3 2 1w i m a x 实验平台搭建环境。2 5 3 2 2w i m a x 实验平台搭建目标。2 5 3 3w i m a x 实验平台的优化与实现。:2 6 “1 ;馥 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i l l a x 空中接口的优化、实现与验证 3 3 1 实验平台的整体架构 3 3 2w l m a x 系统信令介绍。 3 3 2 1w i m a x 空中接口信令 3 3 2 2 实验平台自定义信令 。2 6 2 7 2 7 3 3 3w i m a x 系统的各层的优化与实现3 0 3 3 3 1 概述3 0 3 3 3 2 业务会聚子层( c s ) 优化及实现3 0 3 3 3 2 公共部分子层( c p s ) 优化及实现。3 1 第四章实验平台前端演示验证系统设计、实现及对w i m a x 系统的验证4 9 4 1 异构无线网络实验平台介绍4 9 4 1 1 实验平台结构图 4 1 2 前端演示验证系统 4 2 前端演示验证系统的设计与实现。 4 2 1 验证系统综述 4 2 1 1 系统开发环境5 0 4 2 1 2 系统目标。 4 2 2 演示验证系统的设计与实现 4 2 2 1 参数设置5 0 4 2 。2 2 设计与实现 4 3 实验平台中w i m 烈系统的验证5 8 4 3 1w i m a x 系统入网初始化验证5 8 4 3 2w i m 强系统的业务连接的建立、传输与删除流程验证5 8 4 3 3w 蝴觚系统的水平切换和垂直切换验证。5 9 4 3 4 频谱共享和负载均衡机制验证6 1 第五章崽结与展望6 3 参考文献 j l l 【谢6 7 攻读学位期间发表的学术论文6 8 2 , l 、 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i i i a x 空中接口的优化、实现与验证 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 异构无线网络无缝融合技术的发展趋势 随着移动通信和宽带无线接入的迅猛发展,人们逐渐认识到未来移动通信发 展的趋势已经不再是某种技术的一统天下,而是多种无线接入技术共存、相互补 充,提供多样化的接入服务,实现无缝的移动性,有效地满足个人通信和信息获 取的需求。未来移动通信网络必将朝着宽带化、扁平化、泛在化、全口异构无 线融合网络方向前进,推动着移动无线互联网、移动多媒体、移动流媒体的超前 发展,最终实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交 换 的目标1 1 1 1 2 1 。 各种无线网络的异构特性,对于网络的稳定性、可靠性和高效性提出了挑战。 异构无线网络融合将涉及移动通信系统的多个层面,包括业务层面、控制层面、 接入层面、传送层面和空中接口层面。在设计和实现异构无线网络融合系统过程 中,不同无线接入网络之间的融合将面临诸多的技术问题,如无缝移动性管理、 融合网络架构、异构无线资源管理、端到端重配置以及q o s 保障等。 异构无线网络融合基于新的架构设计思想,需要全新的关键技术作为支撑, 赋予网络新的能力,提供更具竞争力的业务。所有这些优势吸引了国内外学者竞 相加入,成为学术界研究热点,引起产业界和学术界的积极响应。 1 1 2w i m a x 无线通信技术 根据覆盖范围的大小,无线宽带接入技术可以划分为无线个域网( w p a n ) 、 无线局域网( w l a n ) 、无线城域网( w m a n ) 和无线广域网( w w a n ) 。美国 电气和电子工程师学会( 简称m e e ) 中的i e e e8 0 2 又称为l m s c ( l a n 删 s t a n d a r d sc o m m i t t e e ,局域网城域网标准委员会) ,致力于研究局域网和城域网 的物理层和m a c 层中定义的服务和协议,对应o s i 网络参考模型的最低两层( 即 物理层和数据链路层) ,是无线宽带接入标准方面最主要的推动者,如图1 - 1 所 示。由于这几种技术的定位不同,在很多方面存在着很大的差异,如采用的物理 层技术、m a c 层技术不同,支持的调度业务类型不同,覆盖范围、带宽不同等。 ,反 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i l l a x 空中接口的优化、实现与验证 图1 一l 其中,w p a n 主要是基于i e e e8 0 2 1 5 标准的,就是在个人工作地方把属 于个人使用的电子设备( 如便携式计算机,上网本,m d ,p d a 以及蜂窝电话 等) 用无线技术( 蓝牙技术和超宽带技术) 连接起来,整个网络的范围大约为 1 0 m 。在无线局域网方面,主要是基于i e e e8 0 2 1 1 标准的,其特点是能利用简 单的网络架构便利地支持高速,突发的数据业务,有效地弥补了有线局域网的不 足。但其不足是不支持用户的高速移动。目前相关产品已经得到了非常广泛的应 用。无线广域网( w w a n ) 是采用无线网络把物理距离极为分散的局域网( l 蝌) 连接起来的通信方式。w w a n 连接地理范围较大,常常是一个国家或是一个洲。 i e e e8 0 2 2 0 是w w a n 的重要标准,该技术可以有效解决移动性与传输速率相 互矛盾的问题,它是一种适用于高速移动环境下的宽带无线接入系统空中接口规 范。i e e e8 0 2 2 0 系统技术标准仍有待完善,产品市场还没有成熟、产业链有待 完善,所以还很难判定它在未来市场中的位置。 无线城域网的推出是为了满足日益增长的宽带无线接) k ( b w a ) 市场需求。虽 然多年来8 0 2 1 1x 技术一直与许多其他专有技术一起被用于b w a ,并获得很大 成功,但是w l a n 的总体设计及其提供的特点并不能很好地适用于室外的b w a 应用。当其用于室外时,在带宽和用户数方面将受到限制,同时还存在着通信距 离等其他一些问题。基于上述情况,i e e e 决定制定一种新的、更复杂的全球标 准,这个标准应能同时解决物理层环境( 室外射频传输) 和q o s 两方面的问题,以 满足b w a 和“最后一英里 接入市场的需要。因此i e e e 为无线城域网推出了 i e e e8 0 2 1 6 标准的,同时业界也成立了类似w i f i 联盟的w i m a x 论坛。该技术 涉及到两个国际组织的工作:i e e e8 0 2 标准委员会8 0 2 1 6 工作组和w i m a x 论坛。 i e e e8 0 2 1 6 工作组制定空中接口规范;w i m a x 论坛制定端到端的通信规程和网 络结构。 2 - , 妒 u _ 一 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中i h x 空中接口的优化、实现与验证 1 1 3i e e e8 0 2 1 6 空中接口标准系歹u 介绍 i e e e8 0 2 1 6 又称为i e e ew l e s sm a n 空中接口标准,是适用于2 6 6g h z 的空中接口规范。由于它所规定的无线接入系统覆盖范围可达5 0 k m ,因此8 0 2 1 6 系统主要应用于城域网,被视为可与d s l 竞争的“最后一公里 宽带接入解决方 案。i e e e8 0 2 1 6 标准系列到目前为止包括8 0 2 1 6 ,8 0 2 1 6 x ,8 0 2 1 6 c ,8 0 2 1 6 d , 8 0 2 1 6 f ,8 0 2 1 6 9 和8 0 2 1 6 k 共八个标准。如表1 1 所示。根据使用频段高低的 不同,8 0 2 1 6 系统可分为应用于视距和非机距两种,其中使用2 1 l g h z 频段的 系统应用于非视距范围,而使用1 0 - 6 6 g h z 频段的系统应用于视距范围。根据是 否支持移动特性,i e e e8 0 2 1 6 标准系列又可分为固定宽带无线接入空中接口标 准和移动宽带无线接入空中接口标准,其中的8 0 2 1 6 、8 0 2 1 6 a 、8 0 2 1 6 d 属于固 定无线接入空中接口标准,而8 0 2 1 6 e ( 正式名称叫8 0 2 1 6 - 2 0 0 5 ) 属于移动宽带 无线接入空中接口标准,也被称为移动w i m 缸。 表1 - 1i e e e8 0 2 1 6 标准系列 标准号对应的技术领域 发布时间 8 0 2 1 61 0 6 6 g g h z 固定宽带无线接入系统空中接口2 0 0 1 1 2 8 0 2 1 6 a 2 1 l g f i z 固定宽带接入系统空中接口 2 0 0 3 1 8 0 2 1 6 c1 0 6 6 g h z 固定宽带接入系统的兼容性2 0 0 2 1 2 8 0 2 1 6 d 2 - 6 6 g h z 固定宽带接入系统空中接口 2 0 0 4 1 0 8 0 2 1 6 e2 - 6 g h z 无线接入系统空中接口管理信息库 2 0 0 6 2 8 0 2 1 6 f固定宽带无线接入系统空口管理信息库( m i b ) 要求2 0 0 5 1 2 8 0 2 1 6 9无线接入系统空中接口管理平面流程和服务要求 2 0 0 7 9 8 0 2 1 6 k 局域网和城域网媒体接入控制桥接 2 0 0 7 3 8 0 2 1 6 m满足u r i m t - a d v a n c e d 中对4 g 技术的要求2 0 1 0 5 其中,2 0 0 1 年1 2 月颁布的8 0 2 1 6 对使用1 0 6 6 g h z 频段的固定宽带无线接 入系统的空中接口物理层和m a c 层进行了规范,由于其使用的频段较高,因此 仅能应用于视距范围内。 2 0 0 3 年1 月颁布的8 0 2 1 6 a 对8 0 2 1 6 进行了扩展,对使用2 1 l g h z 许可和 免许可频段的固定宽带无线接入系统的空中接口物理层和m a c 层进行了规范, 该频段具有非视距传输的特点,覆盖范围最远可达5 0 k i n ,通常小区半径为 6 - 1 0 k i n 。另外,8 0 2 1 6 a 的m a c 层提供q o s 保证机制,可支持语音和视频等实 时性业务。这些特点使得8 0 2 1 6 a 与8 0 2 1 6 相比更具有市场应用价值,真正成为 用于城域网的无线接入手段。 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i i l a x 空中接口的优化、实现与验证 2 0 0 2 年正式发布的8 0 2 1 6 e 是对8 0 2 1 6 的增补文件,是使用1 0 - 6 6 g h z 频段 8 0 2 1 6 系统的兼容性标准,它详细规定了1 0 - 6 6 g h z 频段8 0 2 1 6 系统在实现上的 一系列特性和功能。 8 0 2 1 6 d 是8 0 2 1 6 的一个修订版本,也是相对比较成熟并且最具实用性的一 个标准版本,计划在2 0 0 4 年下半年正式发布。8 0 2 1 6 d 对2 - 6 6 g h z 频段的空中 接口物理层和m a c 层做了详细规定,定义了支持多种业务类型的固定宽带无线 接入系统的m a c 层和相对应的多个物理层。该标准对前几个标准进行了整合和 修订,但仍属于固定宽带无线接入规范。它保持了8 0 2 1 6 、8 0 2 1 6 a 等标准中的 所有模式和主要特性,增加或修改的内容用来提高系统性能和简化部署,或者用 来更正错误、补充不明确或不完整的描述,包括对部分系统信息的增补和修订。 同时,为了能够后向平滑过渡到8 0 2 1 6 。,8 0 2 1 6 d 增加了部分功能以支持用户 的移动性。 8 0 2 1 6 e 标准于2 0 0 6 年初发布,该标准规定的系统工作在2 6 g h z 之间适宜 于移动性的许可频段,引入o f d m a 技术,在5 m h z 的信道范围内提供1 5 m b i t s 的速率。在提供高速数据业务的基础上,引入用户端以车辆速度的可移动性,提 出支持小区和信道间高层切换能力。 8 0 2 1 6 f 定义了8 0 2 1 6 系统m a c 层和物理层的管理信息库( m i b ) 以及相 关的管理流程。 制定8 0 2 1 6 9 的目的是为了规定标准的8 0 2 1 6 系统管理流程和接口,从而能 够实现8 0 2 1 6 设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。 8 0 2 1 6 k 标准针对8 0 2 1 6 的桥接进行了修改,使之能够与8 0 2 1 6 媒体接入控 制( m a c ) 实现兼容。该标准己于2 0 0 7 年3 月通过批准。 为了进一步提高8 0 2 1 6 标准的性能,i e e e 8 0 2 1 6 工作组成立8 0 2 1 6 m 工作 组,专门致力于研究移动w i m a x 的下一代标准。其目标是形成一个具有竞争性 和突破性的宽带无线接入技术,符合r r u r i m t - a d v a n c e d 中对4 g 技术的要求, 同时保持与现有移动w i m a x 标准的互用性。8 0 2 1 6 m 的核心技术为o f d m a 和 m i m o 技术,传输速率目标为固定状态下达到1 g b i f f s ,移动状态下达到1 0 0 m b i t s ,频谱利用率将最高达到1 0b i t s h z ,并将提高广播、多媒体以及v o l p 业 务的性能。随着“2 0 0 9 全球w i m a x 高峰会议”在北京成功召开,8 0 2 1 6 m 标准 的基本功能将在2 0 0 9 年内定稿,之后将经历发起人投票、修订等环节;其空口 协议将于2 0 1 0 年5 月正式发布。 目前8 0 2 1 6 d 和8 0 2 1 6 e 网络已在世界范围内大规模部署,8 0 2 1 6 d 主要定 位于企业用户,提供长距离传输的手段,而8 0 2 1 6 e 的用户群则定位于个人用户, 支持用户在移动状态下宽带接入网络。 4 知 v - , 一 i 铷 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i l l a x 空中接口的优化、实现与验证 1 1 4w i m m 网络结构 i e e e8 0 2 1 6 协议只定义了w i m a x 的空中接口部分,只完成了用户终端与基 站之间的通信机制。w i m a x 论坛则规定了w i m a x 的网络体系结构和端到端的参 考模型。包括体系架构、端到端参考模型、网络实体、网络接口1 3 1 1 4 l 。 i t e t e l t e l 丁et e 图1 - 2w i i 埴a x 网络体系结构 w i m 强网络体系如图1 2 所示,包括:核心网、用户基站( s s ) 、基站( b s ) 、 接力站( r s ) 、用户终端设备( t e ) 和网管。 4 ) 核心网络:w i m a x 连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。w i m a x 提供核心网络与基站间的连接接口,但w i m a x 系统并不包括核心网络; 5 ) 基站:基站提供用户基站与核心网络间的连接,通常采用扇形定向天线 或全向天线,可提供灵活的子信道部署与配置功能,并根据用户群体状 况不断升级扩展网络; 6 ) 用户基站:属于基站的一种,提供基站与用户终端设备间的中继连接, 通常采用固定天线,并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适 应性信号调制模式; 7 ) 接力站:在点到多点体系结构中,接力站通常用于提高基站的覆盖能力, 也就是说充当一个基站和若干个用户基站( 或用户终端设备) 间信息的 中继站。接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向激战的上行频率相 同,当然也可以采用不同的频率; 8 ) 用户终端设备:w i m a x 系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接 口,提供用户终端设备的接入。但用户终端设备本身并不属于w i m a x 系统。 w i m a x 网络的参考模型分为非漫游模式和漫游模式,分别如图1 3 和图1 4 5 北京邮电大学硕士研究生学位论文 异构无线网络实验平台中w i l l a x 空中接口的优化、实现与验证 所示。其功能逻辑组,包括移动用户台( m s s ) 、接入网络( a s n ) 、连接服务网 络( c s n ) 和应用服务提供商( a s p ) 网络。与图1 3 相比,图1 4 主要增加了 c s n 之间的r 5 参考点。另外,w i m a x n w g 规范不定义c s n 和a s p 之间的接 口。 图1 - 3 非漫游模式端到端参考模型 图卜4 漫游模式端到端参考模型 w i m a x 的接入网络( a s n ) 由b s 和接入网关( a s n g w ) 组成,如图1 - 5 所示,可以连接到多个c s n ,为不同n s p 的c s n 提供无线接入服务。其中, b s 用于处理i e e e 8 0 2 1 6 空中接口,包括b s 和s s 两种:a s n g w 主要处理到 c s n 的接口功能和a s n 的管理。a s n 管理i e e e8 0 2 1 6 空中接口,为w i m a x 用户提供无线接入,主要功能有:建立和维护w i m a x 基站与用户的第2 层连接; 作为a a a 代理,协同a a a 服务器一起完成用户的鉴权、授权以及计费;网络发 现和选择;协助核心网与w i m a x 终端建立第3 层连接,例如口地址管理;无线 资源管理;接入网内的移动性管理;寻呼和位置管理;接入网和核心网隧道建立 和维护。 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文 异构无线网络实验平台中l l i m a x 空中接口的优化、实现与验证 。+ a s n n a f 誊。_。,:,。,1 。 图1 - 5w i h a x 接入网( a s n ) 连接服务器网络( c s n ) 可以由路由器、丸认代理或服务器、用户数据库、 因特网网关设备等组成,c s n 可作为全新的w i m a x 系统的一个新建网络实体, 也可利用部分现有的网络设备实现c s n 功能。主要功能有:因特网接入,为用 户会话连接,给终端分配m 地址;a a a 代理或者服务器,用户计费以及结算; 基于用户系统参数的q o s 及许可控制;a s n 之间的移动性管理,a s n 和c s n 之间的隧道建立和管理;w i m a x 服务,如基于位置的服务、组播服务等。 图1 - 6w i m a x 连接服务器网络( c s n ) 1 2 论文的主要工作及组织结构 本文来自于作者参与北京邮电大学无线通信与网络研究室承担国家8 6 3 计 划项目“具有主动特性的异构无线网络资源管理技术 的研究工作。主要内 容是针对异构无线网络实验平台中w i m a x 系统部分进行了扩展和改进,并且设 计实现了整个实验平台的前端演示验证系统。研究工作以w i m a x 网络与w l a n 、 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i m a x 空中接口的优化、实现与验证 t d - s c d m a 网络融合为基础,根据研究异构无线网络资源管理技术的需要,添 加或改进了w i m a x 系统中一系列的功能模块,具体包括:w i m a x 系统的入网初 始化流程,业务连接的建立、传输和删除流程,业务调度模块,异构网络间的通 信流程,水平和垂直切换管理机制,网络频谱重配置功能,用户信息、连接和无 线资源的统一管理等。 本文的后续章节的组织结构如下: 第二章简要分析了w i m 缸8 0 2 1 6 空中接口协议的基本原理,介绍了m a c 中特定服务汇聚子层、公共部分子层、安全子层各层的原理和功能。 第三章详细介绍了异构无线网络实验平台中的w i m 娃8 0 2 1 6 接入网部分的 改进方案的设计与实现。按照i e e e8 0 2 1 6 标准协议,以模块化的方式深入阐述 了w i m 删2 1 6 接入网中的各层所要实现的功能以及各种信令的处理流程。 第四章按照实验平台的目标规划,设计了前端演示验证系统,并且通过多种 设计用类,对第三章设计的w i m a x 系统中的各功能模块进行了验证。 第五章是论文的总结和展望。 8 0 通 钾 图2 - 1i e e e8 0 2 1 6 空中接口协议参考模型u 1 由图2 - 1 所示,w i m a x 8 0 2 1 6 系统包括两个平面,数据控制平面与管理平 面。系统在通过数据控制平面的功能实现数据的正确传输。因此,数据控制平 面在定义了必要的传输功能外,还需要定义一些控制机制来保障传输的顺利进 行。而管理平面中定义的管理实体,分别于数据控制平面的功能实体相对应。 通过与数据控制平面中实体的交互,管理实体可以协助外部的网络管理系统完 成有关的管理功能。i e e e8 0 2 1 6 w i m a x 标准主要规范了数据控制平面。数据控 制平面由物理层( p h y ) 和媒体接入控制层( m a c ) 组成,m a c 层又分成了三 个子层:特定服务汇聚子层( s e r v i c es p e c i f i cc o n v e r g e n c es u b l a y e r ,s s c s ) 、公 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文异构无线网络实验平台中w i m a x 空中接口的优化、实现与验证 共部分子层( c o m m o np a r ts u b l a y e r ,c p s ) 和安全子层( s e c u r i t ys u b l a y e r ,s s ) 侈】同 。 其中,服务汇聚子层将所有从汇聚层服务接入点( c ss a p ) 接收到的外部网络 数据的转f f d 映射成m a cs d u ,通过l v l a cs a p 发送给m a cc p s 。c s 层的功能 包括:分类外部网络服务数据( s d u ) ,将这些数据关联到正确的m a c 服务流 ( s f l d ) 及连接( c d ) 。还可能包含负荷头压缩功能( p h s ) 。有两种服务 汇聚子层:a t m 汇聚子层及包汇聚子层。 公共部分子层( c p s ) 是实现w i m a 】 ;0 2 1 6 提供具有服务质量( q o s ) 保证 服务的关键。该层实现了所有m a c 层必需的核心功能,包括上行业务类型的划 分,带宽资源的调度,系统接入,带宽的请求分配,连接建立与维护,初始测距 和周期测距,等等。该层从l v i a c 访问点( s a p ) ,从面向业务的汇聚子层接收数 据。并且,接受的所有数据都与某一确定的连接绑定。对于连接的服务质量控制 以及数据单元的调度机制均在该子层实现。总所周知,无线传输环境受到可用频 率、多径、衰落等因素的影响,数据传输的可靠性和有效性很难得到保障。然而, w i m a x 8 0 2 1 6 系统能够在如此恶劣的无线环境下,实现面向连接的数据传输的 发送与接受。这依赖于公共部分子层中实现的一系列严格的服务质量控制机制。 目前,对于w i m 删1 6 系统进行的性能方面得改进的研究,大都也在这一层 进行。另外,针对w i m a x 8 0 2 1 6 系统的物理层方面的部分研究工作也常常需要 结合公共子层相关的服务保障机制来展开。 安全子层( s s ) 实现对数据的认证、密钥交换和加解密等功能。该子层主 要有数据包的加密打包协议和密钥管理协议两部分组成。其中,数据包的加密打 包协议定义了一系列的认证和加密算法,以及将这些算法运用到协议数据单元 ( p d u ) 净荷部分的规则。而密钥管理协议主要是提供了基站( b s ) 与s s 之间 的安全的密钥分配机制。 2 1 2 特定服务汇聚子层( c s ) 面向业务的汇聚子层位于w i m a 】【8 0 2 1 6 系统m a c 层的最顶端,通过公共 部分子层提供的媒体访问控制服务访问点( m a cs a p ) 使用下一层提供的服务。 主要的功能如下:对接受来自上层的协议数据单元( p d u ) 进行分类;根据分类 需要对发送的数据进行净荷包头压缩,对接受的数据重建;把本层处理后的p d u 发送到特定的m a cs a p ,接受来自对等实体中本层的c sp d u 。目前i e e e8 0 2 1 6 标准只给出了对两种业务的汇聚处理规范:一个是面向异步传输模式( 触眦) 业务的,而另一个是面向分组业务的。 1 0 索引所对应的规则在基站及终端是一样的。 2 1 2 2 分类器 分类用于将m a cs d u 映射到合适的连接以传送到对等m a c 实体,映射 过程将一个m a cs d u 与一个连接关联,同时创建一个与该连接的服务流特性的 关联。分
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- (生物试卷)江西省部分高中学校2025届高三下学期4月联考(解析版)
- 2024年国网黑龙江省电力有限公司招聘考试真题
- 2025年盐城事业单位真题
- 解析卷-人教版八年级上册物理声现象《声音的特性声的利用》难点解析练习题(含答案详解)
- 达标测试人教版八年级上册物理《物态变化》章节测试试卷(含答案详解)
- 2024年河北秦皇岛市公安医院招聘考试真题
- 市政污水处理技术应用实施方案
- 考点攻克苏科版八年级物理下册《从粒子到宇宙》定向攻克练习题(含答案解析)
- 基础施工工艺控制实施方案
- 考点解析-人教版八年级上册物理机械运动《运动的快慢》达标测试试题(含答案解析版)
- 肥料、农药采购服务方案投标文件(技术标)
- 新能源汽车充电站建设项目 投标方案(技术方案)
- 行贿受贿检讨书
- 甲方现场管理基础手册
- 新制定《公平竞争审查条例》学习课件
- 常用量具简介及使用
- 混凝土预制块护坡施工方案
- “皇家杯”全国职业院校宠物营养学知识竞赛试题库
- 组织工作中国家秘密及其密级具体范围的规定
- 循环系统-解剖结构
- 《客舱安全与应急处置》-课件:乘务员自我安全管理
评论
0/150
提交评论