（通信与信息系统专业论文）ip域中ieee80211无线局域网qos机制研究.pdf

中国科学技术大学博士学位论文a b s t r a c t 摘要 自从1 9 9 7 年i e e e 8 0 2 1 1 上作组发布第一个无线局域网协议标准以来，i e e e 8 0 2 1 1 系列 协议直在不断更新和发展：物理层( p h y ) 调制解调方式的变化带来的带宽上的提升；媒 体访问控制( m a c ) 层的控制功能逐步丰富，逐渐将q o s 、安全、移动性笛问题细化井引 入到新标准中米。基丁i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网已经逐渐成为一种新的并且有着很大应用前 景的技术，而基于i p 协议的网络和业务的融合也是一个大的发展趋势和研究热点。目前人 部分基于无线局域网的应用还是传统的e m a i l 等非实时性应用，类似话音、实时视频、音频 业务等是目前一个主流的发展方向，如何在无线局域网上提高其对这类新业务的服务质量 ( q o s ) 的保证是研究的重点问题之一。本论文就是在这个大背景】二，对在i p 域的无线局 域网中如何提高其q o s 、改善无线局域网的性能及其相关的问题进行了较为全面的分析和研 究。论文从研究i e e e8 0 2 1 l 媒体访问层的j 作基本原理入手，通过仿真和分析等手段，创 新性的进行了如r 研究： 文中第二章提出了一种容易实现的基于循环队列思想的分布式队列调度算法( d w r r ) ， 该算法应用于8 0 21 1 的媒体控制( m a c ) 层，通过对其分布式协阑功能的简单的修改，实 现了在8 0 21 1 无线局域网中的公平访问共享的无线链路资源，算法的核心思想就是让：宵点 m a c 层竞争窗口( c w ) 在一定变化区间上循环变化，使得不同节点能够比较公平的访问 共享的链路带宽。论文第四章在研究现有的无线局域网8 0 2 1 1m a c 层拥塞控制机制的基础 上，提出了一种增强的拥塞控制性能的算法，称为“慢启动递减算法”( s s d s ：s l o w s t a r t d e c r e a s es c h e m e ) 。该算法通过修改8 0 2 1 1 的m a c 层中的分布式协调功能的拥塞回避算法， 改善了i e e e 8 0 21 l 无线局域网在拥塞情况f 的性能，提高了网络吞吐量。论文第五章分析 了i e e e 8 0 2 1 1 中传送数据分组时延的主要来源：数据分组竞争共享信道的媒体访问时延、 数据分组在传送过程中由于碰撞而引起的重传带来的时延，然后针对由丁碰撞引起的重传带 来的时延和时延抖动进行了分析利研究，提出了一种针对时延和时延抖动敏感的业务的改进 的区分重传次数的算法，咀提高无线局网对这类业务的服务质量。论文第六章在研究无线局 域网与i e e e 8 0 2 1 6 网络相结合，构建无线城域网的问题中，讨论了无线局域网i p 分组到 i e e e 8 0 2 1 6 网络映射的问题，提出了一种简单的支持q o s 的混合分组选择组装算法( a q o s a w a r eh y b r i dp a c k e t s e l e c t i v ep a c k i n gs c h e m e ：q h p s 组装算法) ，通过基于定时器的触 发机制，可以保证系统分组在等待队列中不会因为时间太长而造成过多的时延，而影响性能； 同时采用基于k 度闽值的思路作为前一种算法的补充，则可以比较好的利用网络带宽。文章 对该算法在8 0 21 6 不同的信道访问服务模犁f ，分别做了讨论，给山了其相应的改进方案。 论文第七章通过仿真研究了i e t f 提山的稳健头标压缩方案中单向无反馈模式下的关键参数 的选择问题，仿真中模拟了无线i p v 6 中使刖r t p 协议传送一定码速率的视频干音频业务的 网络环境，通过对仿真数据的分析得山了这两种业务情况下较佳的参数选择值。本章中得出 的结论已经应_ e i 于国家8 6 3 通信课题“移动i p v 6 关键技术研究”的示范网上的演示系统中， 中国科学技术人学博上学位论文a b s t r a c ! 演示系统基_ 丁i e e e 8 0 2 1 l b 的无线局域网构建，经过实际网络的测试、验证，证明这些结论 是符合实际网络环境的。 论文阐述的这些方法和思想都经过了理论分析和实验( 包括仿真) 的验证，证明了其可 行性。这些结论可以应用到未来相关产品的开发中，以提高人们使用无线局域网的效率和服 务质量。 关键词：无线局域网，q o s 机制，m a c 控制，队列凋度，拥塞控制，稳健头标压缩，i e e e 8 0 21 1 i e e e8 0 2 】6 中国科学技术大学博上学位论义a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c et h ef i r s tw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ( l a n ) s t a n d a r dr e l e a s e db yi e e e8 0 2 1 1w o r k i n g g r o u pi n1 9 9 7 ，i e e e8 0 2 1 1 s e r i e ss t a n d a r d sk e e pu p d a t i n ga n dd e v e l o p i n g ：m o r eb a n d w i d t hh a s b e e ng a i n e da tt h ep h y s i c sl a y e rd u et ot h ea d v a u c e so f r a d i ot r a n s f e r r i n gt e c h n o l o g i e s ；t h em e d i a a c c e s sc o n t r o l ( m a c ) l a y e rf u n c t i o n sh a v e b e e ne l m c h e db yi n t r o d u c i n gt h eq u a l i t yo fs e r v i c e a b i l i t y , s e c u r i t y , m o b i l i t ys u p p o r ta n de t c i e e e8 0 21 1b a s e dw i r e l e s sl a nh a sg r a d u a l l yb e e n a c c e p t e da san e wt r e n dt e c h n o l o g yw i t hap r o s p e r o u sf i l t u r e o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o n v e r g e n c e o fn e t w o r k sa n ds e r v i c eu s i n gi p p r o t o c o li s ah o tr e s e a r c ht o p i c c u r r e n t l y , m o s to ft h e a p p l i c a t i o n so fw i r e l e s sl a na r et h et r a d i t i o n a lu o n r e a l t i m ei n t e m e ts e r v i c e ，w h i l et h er e a l t i m e s e r v i c e s ，s n c ha sv o i c e ，v i d e os t r e a n f i n ga n da u d i oc a s t i n ge t c ，a r ec a t c h i n gm o r ea n dm o r e i n t e r e s t sa n dn o wb e c o m ea ne v o l u t i o ni nt h ei n t e m e t h o wt oe n h a n c et h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) f o rt h e s en e wk i n ds e r v i c e si so n eo ft h ei m p o r t a n ti s s u e s t h i si st h eb i gb a c k g r o u n df o r t h i sd i s s e r t a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o rf o c u s e do nt h et o p i c so fh o wt oe n h a n c et h eq o so f w i r e l e s sl a nw i t hag o o de f f i c i e n c ya n di m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f w l a n b ya n a l y z i n gt h e m e c h a n i s mo f i e e e8 0 2 1 1m e d i aa c c e s sc o n t r o ll a y e r , a n dw i t ht h eh e l po f n e t w o r ks i m u l a t i o n a n dt h e o r ya n a l y s i s ，s o m ec r e a t i v ei d e a sa n dr e s u l t sa r eo b t a i n e di nt h i sd i s s e r t a t i o na sf o l l o w i n g ： i nc h a p t e r3 a ne a s y t o - i m p l e m e n tr o u n dr o b i nb a s e dd i s t r i b u t e df a i rq u e u i n ga l g o r i t h mi s p r e s e n t e d ，w h i c hi sa p p l i e di nt h em a cl a y e ro fi e e e8 0 2 1 1w i t has m a l lm o d i f i c a t i o nt ot h e s t a n d a r dd i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf i m c t i o n t h i sa l g o r i t h mr e a l i z e saf a i rs h a r i n gm e c h a n i s mf o r t h ep u b l i cw i r e l e s sl a nl i n kr e s o t l r c e s t h ek e yi d e ai nt h i sa l g o r i t h mi st h a tt h en o d e s c o n t e n t i o nw i n d o w ( c w ) i sc o n t r o l l e dt ov a r yi nas p e c i f i e db o u n db yt h i sa l g o r i t h m ，w h i c h m a k e sd i f f e r e n tn o d e sb ea b l et oa c c e s st h ew i r e l e s sm e d i ar e s o u r c ei nar e l a t i v e l yf a i rw a y i n c h a p t e r4a ne n h a n c e dc o n g e s t i o nc o n t r o lm e t h o di sp r o p o s e du n d e rt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n t 1 e e e8 0 2 11m a cl a y e rc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s mt h i sn e wm e t h o di sc a l l e d s l o w s t a r t d e c r e a s es c h e m e ( s s d s ) ，w h i c hm o d i f i e st h ec o n g e s t i o na v o i d a n c ea l g o r i t h mi nt h es t a n d a r d i e e e8 0 2 11d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，a n di sa b l et oe n h a n c et h en e t w o r kt h r o u g h p u t w h e ni nc o n g e s t i o n i nc h a p t e r5 ，w ea n a l y z e dt h ep a c k e td e l a yc a u s e db yi e e e8 0 2 11 p r o t o c o l s ： t h ed e l a yf r o mt h en o d ec o n t e n t i o nf o rt h ea c c e s st ot h em e d i aa n dt h ed e l a yf r o mt h e r e t r a n s m i s s i o n sw h e nt h et r a n s m i s s i o n sg e tf a i l e dd u et oc o l l i s i o n s a f t e ra n a l y z i n gt h ed e l a ya n d d e l a yj i f f i e sc a u s e db yr e - t r a n s m i s s i o n sf r o mp a c k e tc o l l i s i o n s ，w ei n t r o d u c e sad i f f e r e n t i a t er e t r y l i m i t sm e c h a n i s mf o ri e e e8 0 2 1 1w l a na st oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c ef o rd e l a ya n dd e l a y j i f f i e ss e n s i t i v es e r v i c e s c h a p t e r6 s t u d i e st h eo n eo ft h ep r o b l e m so fi n t e g r a t i o no fi e e e8 0 2 11 n e t w o r k sa n di e e e8 0 2 1 6n e t w o r k s ，w h i c hi sh o wt op a c kt h e8 0 21 1p a c k e ta st oi n c r e a s et h e t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yo fi e e e8 0 2 16l i n k saq o s a w a r eh y b r i dp a c k e t - s e l e c t i v ep a c k i n g v 中国科学技术大学博l 学位论义a b s 竹a c t s c h e m e ( q h p s ) i sp r o p o s e db yc o m b i n i n gt h et h n e rd r i v e ns c h e m ea n dt h ep a c k i n gl e n g t h e n t h r e s h o l ds c h e m e ，o n rq h p ss c h e m ec a na c h i e v eag o o dp e r f o r m a n c ew ea l s od i s c u s s e dt h i s q h p ss c h e m et r a d e rd i f f e r e n tl i n ks e r v i c em o d e so f i e e e8 0 2 1 6 i nc h a p t e r7 ，w eh a v es t u d i e d t h es e l e c t i o no fk e yp a r a m e t e r si nr o h c ，w h i c hi sc r u c i a lt oi t sp e r f o m a a n c e i nt h i sc h a p t e rw e a n a l y z et h eo p t i m i z a t i o no fr o h cu - m o d ek e yp a r a m e t e r sf o rv o i c eo v e ri p v 6a n dv i d e o s t r e a m i n gt h r o u g l ln s 2s i m u l a t i o n ，a n dt h e np r e s e n ts o m ep o s s i b l eo p t i m a lv a l u e so fs u c h p a r a m e t e r s t h o s eo p t i m a lv a l u e sw e r ea p p l i e dt oad e m os y s t e m ( c o n s m m t e db yu s i n gi e e e 8 0 2 1l bw i r e l e s sl a n ) o f “t h em o b i l ei p v 6k e yt e c h n o l o g i e sr e s e a r c hp r o j e c t ”( ac h i n an a t i o n a l 8 6 3p r o j e c t ) a n dt h er e a ln e t w o r ke x p e r i r n e n t ss h o w e dt h a tt h e s ev a l u e sa c c o r dw i t ht h er e a l n e t w o r ke n v i r o n m e n t t h o s en o v e li d e a sa n dm e t h o d si nt h i sd i s s e r t a t i o nh a v eb e e ns t u d i e da n dv e r i f i e dt h r o u 曲 t h e o r e t i ca n a l y s i sa n dr e a le x p e r i m e n t a l ( i n c l u d i n gs i m u l a t i o n s ) ，w h i c hh a v es h o w e dt h ef e a s i b i l i t y t h o s er e s u l t sc a nb ea p p l i e da n dd e v e l o p e di n t ot h e f u t u r er e l m e dp r o d u c t s ，a st oe n h a n c et h e w i r e l e s sl a n se f f i c i e n c ya n di t sq u a l i t yo f s e r v i c e k e y w o r d s ： e e e8 0 2 11 ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，q o sm e c h a n i s m ，m m i a a c c e s sc o n t r o l ，q u e u es c h e d u l i n g ，c o n g e s t i o nc o n t r o l ，r o b u s th e a d e rc o m p r e s s i o n ， i e e e8 0 2 1 6 v 中国科学技术人学博i 学p 论文第1 章绪论 1 1 概述 第1 章绪论 1 9 6 9 年美国国防部为适府核战争的通信需要建立了a r p a n e t 实验网，1 9 7 3 年开发出 基于t c p i p 协议的l p v 4 原掣，其后经二次修订，丁1 9 8 1 年9 月i e t f 公布了1 p v 4 标准规 范r f c 7 9 1 【l 】文什。i p v 4 取得了巨人的成功，基y - t c p i p 的互联网络协议族发展的i n t e m e t 规模获得了前所米有的扩张。全球i n t e m e t 用户增k 逊速，根据联合国发布 2 0 0 4 年电子商 务及其发展状况报告的数据知：2 0 0 4 年全球i n t e r n e t 刚户为7 3 5 0 0 万，预计2 0 0 7 年全球 i n t e m e t 用户数量将达到9 0 4 0 0 万? i n t e m e t 用户的发展速度基本保持稳定，为8 左心的增 k 率。实际上，随着互联网j _ = i 户基数的增人，年复合增k 率己早现出r 降的趋势，如图i - t 2 所示。2 0 0 4 年1 0 月意人利1 f 盈利机构g a n d a l f 公布的统计数据f 3 1 显示了i n t e m e t 土机数日 持续增长，如图1 - 2 。现在i n t e r n e t 已经渗透了人们生活的方方面面，基丁i n t e m e t 的电子商 务、电子政务、移动办公、企业资源管理、生活咨询、媒体娱乐、新闻发布、丰十区讨论等等， i n t e m e t 已经成为一个全球共享的信息载体，成为新经济、新生活的一股重要驱动力 4 ，5 】。 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 t v j ； 2 2：i _ n：i 12 1 w 6 ,2 f 喁-2 t w j t 一 ：! 令球上i ：畎叫用户数( 山) - 卜增k 苹 图i - i 全球且联网川户发展 囊j i 。 ：岁 馘o 。 i ? 。 。囊 i0 ，j | 0 ，二 ￥y ，。一?+ 。澎 善萼j b 温警鳞曩量。 1 9 9 1 j ii i 8i * “h m ? i k i 螂”，x n2 i l 一1 1 1 1 e r n e t 卜机数同( “山) 酎1 2i9 9 1 年到2 0 0 4 年令球i n t e r n e t 主机数增k 统 计( m i l i j o n s l 2 图1 3 给山了我国i n t e r n e tj j 户增 ：= 情况。我国火范嗣的i n t e r n e t 发展荆i 背及开始丁上廿 纪九十年代中期，经过十余年的发展，网络规模得到了迅速的扩人，网比总数的快速增 = = 已 铍世界所瞩目，但1 0 4 0 0 万网【t 在我国将近1 3 亿的总人口中还仅l l i8 。这说明尽管我国 的i n t e m e t 州户总数很人，增妖速度较快，但i n t e m e t 的普及样度和对丰十会方方面面的渗透 的程度目前还很低，但其发展空间仍非常人。在未来的儿年甚至十儿年内，上网的人数仍会 以较快的速度增长，同时基丁| n t e m e t 的应h j 对人 | j 生活的渗透率也会人人提高。2 0 0 4 年我 国正式启动了中国r 一代联州号项( c n g i ：c h i n an e x tg e n e r a t i o n n t e m e l ) 【6 】，该专项 由中国发展改革委员会牵头，胍含各人部委，汇集了返营商、殴备a ；, 1 i k 商，将建成全球最人 1 数w ，f n n 4 ：源j ：i r c s c a l c h0 - i 的报卉【2 ! 统汁数据中2 0 0 4 年的数据足2 0 0 4 二i 。、f - q - ：的统计结果 啪耋i 咖m m 。 中围科学技术大学博l 学位论文第1 章绪论 的i p v 6 7 互_ 联网，中国互联网的发展成为了全球f 一代互联网协议发展的巨人引擎。 3 0 0 0 0 2 5 0 0 0 2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 7 0 1 1 12 t 1 0 27 i ，u “o m l2 0 0 5 1* 0 0 f f t? 0 0 7 ” e ：3 中- 田曩帔刚用户数越( ) 一增长卒 圈1 3 中国且联嘲用户数量情况1 4 随着计算机和通信技术的发展，尤其是多吉比特的大型路由器和高速光传输线路的部 署，骨干网络已经能够提供丰富的带宽资源，用户访问互联网的瓶颈主要突出表现在接入端。 例如，传统的电话拨号网络，以及c a b l e 方式、a d s l 方式等，这些有线接入方法随着网络 规模的不断扩人，难以很好的满足接入用户的多种多样的需求。作为传统有线网络接八方式 的一种补充，无线网络已成为人们生活的一部分。随着以i n t e m e t 为基础的数据通信业务迅 速发展和移动用户数量的与日俱增，在信息传送领域中正出现一种新的趋势即无线网络和 i n t e m e t 的结合，它可以使j = | j 户在任何时候，从任何地方接入i n t e m e t ，以读取电子邮件，布 询r = 作当中所需要的重要数据，或者将w e b 页面上载到便携式p c 机或个人数字助理( p d a ) 。 采川无线网络技术来构建家庭无线信息网络环境，使得信息家电( 例如冰箱、微波炉、电脑、 数码相机、数字电视、沐浴系统笛) 以一种更加方便的方式进行连接升共享数据和控制，从 而实现智能家庭信息网络，并且通过对外部的无线或者有线网络连接，将数字家庭接入到整 个互联网上。如何通过无线网络的接入进行高效的数据通信( 特别是基t - t c p i p 协议族的 通信) 已经成为学术界所关注的热点问题 8 】。 现有的无线接入方法包括诸如g p r s 、c d m ai x 、1 e e e 8 0 2 1l 系列局域网、蓝牙、红 外线、u w b 超宽带无线接入技术等。移动接入无线数据通信比较注重时效性，要求在移动 的过程中完成对数据信息的存取。通过移动和l 无线通信系统镁入i n t e m e t 的方式分为两人类： 一是基丁二蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分绸数据( c d p d ) ，通川分组无线传输技术( g p r s ) ， e d g e ，第二代移动通信3 g 等；一是基丁- 局域网的技术，如i e e e 8 0 21 1 w l a n 、b l u e t o o t h 、 h o m e r f 等。在不同的无线接入技术之中，无线局域网冈其部署怏捷、操作简单，而迅速得 到了市场的认可，同时，其关键技术的在玎究和开发也成为了一个热点。目前基丁1 e e e 8 0 21 1 系列的无线局域网技术已经能够提供2 m b p s 一5 4 m b p s 的链路访问速率，与有线网络相比较， 无线局域网具有以r 主要优点： ( 1 ) 由丁无线局域网不需要布线，冈此可以自由地放簧终端，有效合理地利川办公 室或者家庭的空问，升且部署成本低。 ( 2 ) 无线局域网可作为有线局域列的无线延伸，也可川丁有线局城网的无线互连， 1 数抛束源：i r e s e a r c hln c 2 0 0 5 年】jj 协曲且联m 分 i 4 中田互联h 用户根据i r e s e a r c h 公川搬告罡指r 均每删卜m 超过1 个小时的互联叫用户 2 中罔科学技术人学博i 学位论文 箱l 帝绪论 ( 3 )便f 笔记本电脑等移动设备的接入。 问无线局域网，传送有关数据。 ( 4 ) 不受场地限制，能迅速建立局域网。 间内建立一些临时局域网。 人们可以携带方便的笔记本电脑自由访 如人掣展示会、灾后网络恢复等需要短时 ( 5 ) 通过移动i p 技术【9 ，1 0 实现移动计算机网络。 c i s c o 、i n t e l 等网络和芯片公司都有对无线局域网持续的投入研究和市场分析，图1 4 是c i s c o 公司2 0 0 3 年公布的关丁无线局域网的自皮m 1 1 中的对无线局域网的渗透自分率做 的调查统计，总的各行的平均采用率达到了1 2 ，而在教育领域则高达2 9 。无线局域网 止在逐渐成为我们生活的一部分。该塌南还显示，日前基丁无线局域网的主要府埘还是以实 时性要求不高的数据业务( 例如e m a i l ) 为主，如图1 5 。如何在无线局域网上更好的传送一 些诸如视频、音频这类实时业务，提高服务质量( q o s ) 也是一个研究的热点。这正是本论 文研究的大背景。 由无线局域网使用率 幽1 - 4 光线局域网的渗透力度 幽卜5 无线局域网用户主要使用的业务 通过整合无线局域网和其他无线技术( 例如g p r s 、3 g 等) ，我们能够方便的构建一个 无处不在的且联网络环境，使得信息存储，访问更加方便快捷。圈1 - 6 是个示意图。住家 庭、社区、场地相对固定的公共场所( 例如机场、咖啡厅、图郴馆等) 雨l 写字楼、企业内部 可以部署无线局域网，它能提供与有线相当的接入速度；而在户外的高速移动环境( 例如行 动的汽车) ! l ! l | 可以采崩g p r s 、c d m a l x 、3 g 网络或者基t - 8 0 2 1 6 系列的无线城域网笛进 行无线接入，然后再通过i p 协议在网络层对不同的接入技术和业务应实现融合，从而构 建出一个无处不在信息网络平台，享受随时随地互联给我们带来的好处，并且激发山更多的 应川。 、_ _ _ 一j 。 一 配置c p r s ，wl 1 n 等无皇桎t 幽1 6 构址_ 光处小“的无线接入 串国科学技术大学博士掌值论文 第 章鳍论 总的米说，无线宽带接入技术可以分成：基于蜂窝技术的无线宽带技术和基于无线岗域 网的宽带接入技术这两大类。作为论文的背景知识，接下来的两个小节将简单介绍一1 = 相关 的无线技术发展概况。 1 1 1 基于蜂窝技术的无线宽带接入技术 移动蜂窝i n t e m e t 接入技术有：基于第一代模拟蜂窝a m p s 系统 1 2 】( 高级移动电话系 统) 的c d p d ( 蜂窝数字分组数据) 技术、基于第二代数字蜂窝系统g s m 和i s 1 3 6 的g p r s ( 通州分组无线业务) 以及在此基础上的e d g e ( 增强型数据速率g s m 演进技术) 、第三 代( 3 g ) 移动通信接入服务。 1 1 1 1 蜂窝数字分组数据c d p d c d p d 1 3 1 ( c e l l u l a r d i g i t a l p a c k e t d a t a ) 技术是在a m p s 系统上开发出来的，完全使用 a m p s 原有的频谱和设施，既可以采用专用频率方式，在规定的信道传送数据也可以采川 跳频方式，利用移动电话通话中的闲置信道传送数据。住既有的模拟蜂窝电话网上通过增加 移动数据基站( m d b s ) 、移动数据中介系统( m d i s ) 和移动数据终端( m e s ) ，进行无线 分组数据通信，适用于数据量小、实时要求不高的场台。它使用的是分组交换技术而非电路 交换技术。在通常的移动电话系统中，移动电话始终不断发送音频信号：而分组交换的移动 电话则向基站发送单个的数据分组，然后断开连接。这大大减少了空闲时间。 使削c d p d 时，用户移动数据终端发出的数据经调制后，首先通过无线屯波传送到移 动数据基站，由移动数据基站完成对无线信道的管理、无线信号的接收与解调，然后再将解 调后得到的数据传送到移动数据中介系统，由该数据中介系统完成c d p d 网内数据包的交 换、路由以及对用户移动位置的跟踪、漫游，发往c d p d 网外的数据将通过路由器完成与 其他如d d n 、p s t n 、c h i n a p a c ( 中国公用分组交换网) 等公网的连接。同时，为了确保 数据的正确传送，c d p d 使用了i p 高层网间协议，采用高可靠性的前向纠错技术来提高传 输速率，使得速率最高可达1 9 2 k b i t s ，同时系统对t c p ，i p 报头进行压缩，对数据进行v 4 2 b i s 压缩，提高了信道的利用率。 c d p d 采用公共随机接入，数据以分组的形式在无线信道上传送，传送过程中信道剪不 完全例定分配给一个刚户，因此多个_ i = 】户的数据可以分享一个信道，信道利用率高。但由丁 数据以分组的形式传送，故传输时延较大。c d p d 采刚t c p i p 协议网际地址编号方式，用 户由全国统一规划地址，每个用户的i p 地址同定，所以呼叫建立的时间很短。鉴于以上特 点，c d p d 对丁点多、面广、信息短、量大而频次较密的突发性业务具有优势，可用丁金融、 证券、交通智能调度、远程监控、信息查询等领域，因而适合于i n t e m e t 接入。 1 1 1 2 通用分组无线业务g p r s g p r s 1 4 】( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是按g s m 标准【1 5 】定义的封包交换协议，它 在移动终端雨网络之间实现了“永远在线”的连接，网络窬量只有在实际进行传输时才被- 与 4 中国科学技术人学博学位论文第1 章绪论 用。它是一种基于分组交换高效率传输数据的方式，是在g s m 网络中增加分组交换功能， 在g s m 平台上实现x2 5 和it c p i p 协议的分组交换数据通信。它可以提供高达1 1 5 k b i t s 的 空中接口传输速率。g p r s 使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可 以使用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户仅占瑚很小一部分网络资源。其数据 率是现有g s m 的l o 倍以上，巨大的吞吐量改变了单一面向文本的无线应用，使得包括图 片、话音雨i 视频的多媒体业务得以实现。 为了实现g p r s ，需要在现有的g s m 网络中引入3 种新的逻辑网络实体：服务g p r s 支持箝点、网关g p r s 支持节点和分组控制单元( p c u ) 。 s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ，服务g p r s 支持肖点) 是g p r s 骨干网与无线 接入网之间的接口，提供g p r s 网络与外部分组数据网络之间的交互操作。它将分组交换到 正确的在站子系统( b s s ) 。其任务包括提供对移动台的加密、认证、会话管理、移动性管 理雨f 逻辑链路管理。它也提供到h l r 等数据库的连接。g g s n ( g a t eg p r ss u p p o r t i n gn o d e g p r s ，网关支持1 点) 是外部分组数据网( i p ) 或分组交换数据网( x 2 5 x7 5 ) 与g p r s 核心网之间的网关节点。如果外部网络是一个i p 网，g g s n 可以看成一个普通的i p 路由器， 它服务移动台的所有i p 地址。节点可以包括防火墙和分组过滤机制。另外，g g s n 根据移 动台的位置，为其指定一个s g s n 。在b s s 的b s c ( 基站控制器) 中，包括一个分组控制 单元( p c u ) 它支持所有g p r s 空中接口的通信协议。p c u 负责管理分组分段和规划、无 线信道、传输成熟检测汞l 自动重发、信道编码方案。质量控制、功率控制等，并支持越区切 换、无线电资源配置和信道指配等功能。m s c v l r ( 移动台交换中心访问者本地注册中心) 、 h l r ( 归属位置寄存器) 币is m s ( 短消息服务) 中心是普通电话交换g s m 系统中的功能实 体。这些：肖点通过增加附加的接口实现与g p r s 的互通。 g p r s 具有利_ | _ | j 频谱资源充分、传输带宽宽、适_ l _ | j 于突发性业务的特点。 g p r s 技术呼叫建立时间短、支持点到点、点到多点、上i q - i - 链路非对称传送。从有效 地利用网络资源和降低州户费用方面考虑，g p r s1 f 常适合于像互联网业务那样的突发性 强、面向大众的业务。 1 1 1 3e d g e ( e n h a n e e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ) e d g e 【1 6 】是e r i c s s o n 公司作为一种g s m 的演进方案提交给e t s i 的，从而为止在进行 的标准化进程铺平了道路。从技术上讲，e d g e 主要改进了无线接口，但从更普遍的意义上 讲，e d g e 是提高了传输速率，并因此促进蜂窝移动系统向第二代功能演进的有效的通j 【 j 无 线接口技术。 e d g e 规范的思想是尽可能利用现有的g s m 数据业务类型，且要提高其数据通信速率。 e d g e 无线链路的比特率和质量控制建立在三个基本原理上：多时隙连接、链路白适应和逐 步增加冗余。e d g e 通过多时隙操作可实现更高的比特速率。e d g e 主要影响网络的无线接 入部分，但它对基于电路交换和分组交换的应用并不影响，通过移动交换中，1 1 , ( m s c ) 和 中国科学技术大学博士学位论文第1 章绪论 服务g p r s 支持住点( s g s n ) ，e d g e 可保留使用现有的网络接口：实际上，e d g e 是g s m 的进化版，允许最高的3 8 4 k b p s 的传输速度 1 7 。与g p r s 不同，e d g e 需要不同于目前 g s m 的调制技术，投入较人。一些营运商视e d g e 为g p r s 发展到3 g u m t s 的过渡技术。 它是否会被广泛采用取决丁二设备、终端和相关应用在时间上配合。由于g s m 和t d m a 一1 3 6 系统的用户数极大，在现有系统中引入e d g e 的市场潜力很人。 1 1 1 4 第三代移动通信3 g 数据接入业务 1 9 9 9 年1 1 月i t u - - r t g 8 1 赫尔辛基会议基本确立了国际第三代移动通信( 简称3 g ) 标准，这次会议最终通过了第二代i m t - - 2 0 0 0 系统的无线接口技术规范i m r s p c 建议。 其中，中国代表团提出的t d - - s c d m a 的标准提案也被接纳为3 g 无线接口技术规范，另 外两项规范包括：w c d m a 标准和c d m a 2 0 0 0 标准。从已通过的无线接口技术规范来看， i m t - - 2 0 0 0 在无线接口方面井未达到一个统一的标准，而是将一些第一二代( 2 g ) 就已有和 面向第三代的无线传输技术放在一起，统统收入i m t - - 2 0 0 0 “家族”。在业务和性能方面，3 g 比2 g 有了很大的提高，它不仅可以实现全球普及和全球无缝漫游，而且还具有支持多媒体 业务的能力。该技术规定，移动终端以车速移动时，其传转数据速率为1 4 4 k b p s ，室外静止 或步行时速率为3 8 4 k b p s ，而室内为2 m b p s 。但这些要求并不意味着_ 户可用速率就可以达 到2 m b p s ，因为室内速率还将依赖于建筑物内详细的频率规划以及组织与运营商协作的紧密 程度。3 种技术标准的主要异同如表1 - i 。 表i - 13 g 三种方案技术上的主要异同 最小带宽 5 m h z3 + 1 2 5 m h z3 1 6 m h z 采用的技术单载波宽带直接 多载波( m c ) $ 1 i多载波( m c ) 和直扩( d s ) 序列扩频( d s )直扩( d s ) 两种两种 码片速率 4 0 9 6 m c s3 ，6 8 6 4 m c s 3 + 1 3 5 4 2 ( 12 8 ) m c s 基站间同步异步( 不需要同步( 需要g p s )异步同步 g p s ) ，n 步 f 行信道导频采用导频符号，采用独立连接特殊导频 与业务码时问复导码，码复用 州( t m l( c m ) 4 帧睦 l o m s2 0 m s 1 0 m s ( 子帧氏5 m s ) 语音编码固定速率可变速率同定速率 功率控制速度 1 6 0 0 b i t s8 0 0 b i t ，s 很低，大约2 0 b w s 双工技术 f d d 厂r d df d d 厂r d dt d d 中国科学技术人学博上学位论文第1 章绪论 1 1 2 基于无线局域网的接入技术 1 1 2 1i e e e8 0 2 1 1 系列无线局域网( w l a n ) 近些年来随着局域网的应用领域不断拓宽和现代通信方式的不断变化，尤其是移动和 便携式通信的发展，无线局域网( w l a n ) 便应运而生。无线局域网是一种能支持较高速据 述率( 2 - 5 4 m b i t s ) 、采用微蜂窝、