WLAN基础知识及WLAN组网介绍.ppt

主讲 蔡文锐 WLAN基础知识及WLAN组网介绍 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 它利用射频 RF 技术 取代旧式的双绞线构成局域网络 提供传统有线局域网的所有功能 无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里 并且可以随需移动或变化 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一 使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多 为了更好地构建理想中的无线网络 我们需要了解无线网络的技术体系 熟悉构建无线网络的设备的功能 引入 WLAN基础知识802 11协议简析WLAN设备WLAN组网 目录 无线技术演进 无线技术演进 为什么要使用WLAN网络什么是WLANWLAN技术的发展进程 WLAN基础知识 无线局域网 WirelessLocalAreaNetwork 是以射频无线电波通信技术构建的局域网 虽不采用缆线 但也能提供传统有线局域网的所有功能 无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸 而且还可以与有线网络环境互为备份 这种无线建网与高速网络接入技术近几年来受到广泛的关注并发展为网络技术市场上一个耀眼的亮点 什么是无线局域网 WLAN 技术 所谓Wi Fi 其实就是IEEE802 11b的别称 是由一个名为 无线以太网相容联盟 WirelessEthernetCompatibilityAlliance WECA 的组织所发布的业界术语 中文译为 无线相容认证 它是一种无线传输技术 是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准 该标准定义物理层和媒体访问控制 MAC 规范 物理层定义了数据传输的信号特征和调制 定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法 随著技术的发展 以及IEEE802 11a及IEEE802 11g等标准的出现 现在IEEE802 11这个标准已被统称作Wi Fi 从而保证了各个厂家产品的兼容性 从应用层面来说 要使用Wi Fi 用户首先要有Wi Fi兼容的用户端装置 WI FI是什么 IrDABlueTooth802 11802 11b802 11a802 11g802 11n 几种主要的WLAN技术 802 11协议的发展进程 无需授权使用的无线频率 ISM 902MHz26MHzBWCrowdedWorldwidelimited2 4GHz83 5MHzBWAvailableworldwideIEEE802 11WLANs5 1GHz300MHzBWdiscontinuousDeveloping 802 11b g工作频段划分图 蜂窝式无线覆盖 任意相邻区域使用无频率交叉的频道 如 1 6 11频道 适当调整发射功率 避免跨区域同频干扰 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用 11n的频宽模式 两种频宽模式802 11n同时定义了2 4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准 与11a b g只用20MHz带宽不同的是11n定义了两种频带宽度 HT20 20MHz带宽 和HT40 40MHz带宽 在HT40模式下可以获得HT20模式两倍以上的吞吐量 20MHz 满足兼容性40MHZ 满足高性能需求40MHz频宽 HighThroughput HT 信道 提供两倍于20MHz频宽模式的带宽两个20MHz信道被捆绑 一个是主 一个是辅主信道 发送beacon报文和部分数据报文辅信道 发送其它报文40MHz频宽模式基本不建议在2 4GHz使用在2 4GHz没有互不干扰的40MHz信道 40MHz频宽模式 40MHz频宽虽然可以获得更多的频谱利用率 但是对于2 4GHz频段仅有的100MHz频谱资源来说却显得有些尴尬 因为一个40MHz的信道带宽实际需要占据60MHz的频谱宽度 足以吃掉它所有的资源 然而5 8GHz频段具有丰富的频谱资源 可以承受2个以上40MHz的信道 而且使用了MIMO技术还令这个频点的覆盖效果比原来要好上不少 所以想要获得高吞吐量 建议使用5GHz的11n进行部署 然而这样 我们还要注意老用户 因为他们的11a网卡远没有11g的多 所以40MHz更适合于新建11n网络 其他WLAN相关组织和标准 Wi Fi联盟成立于1999年的Wi Fi联盟是一个非牟利国际协会 旨在认证基于IEEE802 11规格的无线局域网产品的互操作性和推动wireless新标准的制定目前已知的相关标准WPA 802 11i的子集 支持802 1x认证以及TKIP加密算法WPA2 802 11iWMM 802 11e的子集 支持EDCA方式CAPWAPIETF目前有关于无线交换机和FITAP间控制和管理标准化的工作组比较重要的标准ArchitectureTaxonomyforCAPWAP RFC4118 LWAPP 最新的草案更名为CAPWAPspecification WAPI中国无线网络产品国标中安全机制的标准 包括无线局域网鉴别 WAI 和保密基础结构 WPI 两部分 WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的 很多的研究已经证明 WLAN产品可以在家庭及商业中使用 对人体来说是安全 典型的WLAN产品 如AP AccessPoint 接入点 输出功率为100mw 对于网卡来说 通常只有10mw至50mw 相比较来说 手机的发射功率在通话时可以超过1W 而无线对讲机甚至可以达到5W 政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制 因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的 WLAN基础知识802 11协议简析WLAN设备WLAN组网 目录 IEEE802 11无线局域网工作组 PHY 802 11 1 2Mbps 802 11b 5 5 11Mbps 802 11g 54Mbps 802 11a 54Mbps MAC 802 11 11a 11b 11gMAC 802 11e QoS 802 11i 安全增强 802 11n 300Mbps 802 11f 漫游和切换 802 11h 动态调整 802 11s mesh 802 11MAC层工作原理 概述 802 11MAC层负责客户端与AP之间的通讯 主要功能包括 扫描 接入 认证 加密 漫游和同步 802 11MAC报文分类 数据帧用户的数据报文控制帧协助发送数据帧的控制报文 例如 RTS CTS ACK等管理帧负责STA和AP之间的能力级的交互 认证 关联等管理工作例如 Beacon Probe Association及Authentication等 802 11MAC层工作原理 用户接入管理过程 STA AP Authentication认证 Association关联 1 2 3 4 802 11MAC层工作原理 Scanning 802 11MAC使用Scanning功能来完成Discovery寻找和加入一个网络当STA漫游时寻找一个新的APPassiveScanning通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络 ActiveScanning在每个信道上发送Proberequest报文 从Proberesponse中获取BSS的基本信息 802 11MAC层工作原理 Association STA AP Associationrequest SSID AssociationResponse STA NewAP 数据 OldAP association请求 SSID association应答 Association过程 Deassociation过程 1 2 Dissociation 802 11i协议 802 1x认证接入过程 STA AP Open systemAuthentication Association EAPOLstart EAPOL Request UserIdentity EAPOL Response UserIdentity 服务器证书 公钥 STA证书 用公钥加密的MasterKey 认证成功 4次握手Key协商 加密数据报文 RadiusServer UserIdentity 服务器证书 公钥 STA证书 用公钥加密的MasterKey 认证成功 PMK 验证服务器证书用公钥加密MasterKey生成PMK 验证STA证书用私钥解密MasterKey生成PMK PMK一致性检查生成其他Key PMK一致性检查生成其他Key 基于EAP TLS的802 1x认证过程 1 2 3 4 5 8 9 12 7 10 11 6 13 14 什么是漫游 STA可以在属于同一个SSID的AP接入点接入 STA可以在Wireless网络中任意移动 保证已有的业务不中断 用户的标识 IP地址 不改变 STA AP AP 移动 ESS WLAN基础知识802 11协议简析WLAN设备WLAN组网 目录 什么是FAT 胖 AP什么是无线网桥什么是无线交换机和FIT 瘦 AP天线工作原理及参数介绍 WLAN设备 FATAP设备的典型组网 企业网络的组网模式 AP1 APn STAs 家庭或soho网络的组网模式 AP ADSLModem WAN 以太交换机 PC STAs 企业核心网 FATAP组网的局限性 FATAP组网更适合在家庭和中小型网络中使用 无法满足大型的无线企业网络的需求 这是由于FATAP自身的特点所决定的 当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时 无线交换机和FITAP因此应运而生 802 11a b g 天线 加密 网管 三层漫游 安全 802 1x认证 802 11eQOS AP点监测 用户防火墙 网络自愈 RF管理 无线欺骗防护 802 11a b g 网管 二层漫游 安全 802 1x认证 802 11eQOS 天线 加密 FATAP FITAP 无线交换机和FITAP的功能 更易管理的无线解决方案 无线交换机 FitAP系统构成特点 主要由无线交换机和FitAP在有线网的基础上构成的 AP零配置 硬件主要由CPU 内存 RF构成 配置和软件都要从无线交换机上下载 所有AP和无线客户端的管理都在无线交换机上完成 AP和无线交换机之间的流量被私有协议加密 无线客户端的MAC只出现在无线交换机端口 而不会出现在AP的端口 可以在任何现有的二层或三层LAN拓扑上部署通用无线解决方案 而无需重新配置主干或硬件 无线交换机以及管理型接入点AP可以位于网络中的任何位置 在复杂的网络中 FitAP如何得知无线交换机的位置 AP直连或通过二层网络连接时的注册流程 AP从无线交换机下载最新软件版本 配置AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文 无线交换机 AP DHCPServer 1 获取IP地址 2 发送二层广播发现请求 4 版本 配置下载 3 无线交换机发现响应 5 用户数据传递 AP通过DHCPserver获取IP地址 AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线交换机 接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限 如果有则回应发现响应 AP与无线交换机直连或通过二层网络连接 AP通过三层网络连接时的注册流程 option43方式 AP DHCPServer 无线交换机 1 获取IP地址 option43属性 4 版本 配置下载 5 用户数据传递 AP会从option43属性中获取无线交换机的IP地址 然后向无线控制器发送单播发现请求 2 无线交换机发现请求 3 无线交换机发现响应 AP通过DHCPserver获取IP地址 option43属性 携带无线交换机的IP地址信息 接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限 如果有则回应发现响应 AP从无线交换机下载最新软件版本 配置 AP与无线交换机通过三层网络连接 AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文 AP通过三层网络连接时的注册流程 DNS方式 AP DHCPServer 无线交换机 1 获取IP地址 DNSServer地址 域名 2 二层广播发现请求 6 版本 配置下载 7 用户数据传递 AP在多次尝试发现请求无回应的情况下 AP会从DNSserver获取xxx xxxx xxx的IP地址 该IP地址即为无线交换机的IP地址 其中xxxx xxx是从DHCPserver学习到的域名 长时间无响应 DNSServer 3 获取无线交换机的IP地址 4 无线交换机发现请求 5 无线交换机发现响应 AP发出二层广播的发现请求报文试图联系一个无线交换机 AP通过DHCPserver获取IP地址 DNSserver地址 域名 接收到发现请求报文的无线交换机会检查该AP是否有接入本机的权限 如果有则回应发现响应 AP从无线交换机下载最新软件版本 配置AP开始正常工作和无线交换机交换用户数据报文 AP与无线交换机通过三层网络连接 AP向无线控制器发送单播发现请求 无线交换机的数据转发原理 STA Server VLAN1IP 1 0 0 1 无线交换机 FitAP 隧道口 隧道口 IP 3 0 0 1 无线交换机和AP间数据转发的核心思想在无线交换机和AP之间建立IPinIP隧道 无线交换机将这些隧道看做虚拟物理端口 无线客户端STA的任何数据报文都将由AP通过IPinIP隧道交给无线交换机 由无线交换机统一转发 无线交换机从IPinIP隧道接收到用户的数据后先解隧道封装 然后做数据交换 如果出接口为隧道则对数据报文再次加上隧道封装 直到交换到最远端 核心交换机 接入交换机 FitAP 隧道口 STA VLAN2IP 2 0 0 1 VLAN1IP 1 0 0 2 胖 瘦 AP性能比较 802 11无线网桥 无线网桥是一种采用无线技术进行网络互连的特殊功能的AP 无线网桥根据传输距离的不同可分为工作组网桥和长距专业网桥 为了防止信号大幅度衰减 网桥组网时两个网桥之间通常不能有障碍物的阻挡 以室外作为主要应用环境的无线网桥一般在设计时都会考虑适应一些恶劣的应用环境 802 11无线网桥 视距问题 视距问题点对点无线网传输必须保证两点可视 造成不可视的原因包括地球曲率 地理特征如山脉 建筑物和树木等 远距离通信时 还必须考虑地球曲率的影响 当两人相距9km时 将不能相视 无线信号也无法传输 802 11无线网桥 Fresnel效应 Fresnel效应Fresnel区是指在视距的路径中形成的一个椭圆区域 它随着可视距离和信号频率的改变而改变 在Fresnel区中的任何障碍物都有可能影响网络的通信 最好给予清除 60 的Fresnel区被视为有效的 一般可以根据经验值确定Fresnel区的范围 解决视距问题和Fresnel区问题可以通过以下办法 1 选择高性能天线 可以解决 部分不可视 问题 2 提升天线的高度 3 清除Fresnel区内的障碍物 如砍掉树木 4 选择一台良好的中继设备 主要无线技术指标 无线电工作频率 Hz 发射天线增益 dBi 天线极化方向波束宽度天线方向图 功率计算单位 dB dBm dBw dB是用来衡量被测量功率与某一基准功率的比值 计算公式 被测量功率 dB 10 lg 测量功率 基准功率 被测量功率 dB 的数值等于被测量功率与基准功率的比值取以10为底的对数 再乘以10 当基准功率取为1mw时 此dB值以dBm表示 当基准功率取为1w时 此dB值以dBw表示 天线的工作频率 天线的工作频率范围 无论是发射天线还是接收天线 它们总是在一定的频率范围内工作的 通常 工作在中心频率时天线所能输送的功率最大 偏离中心频率时它所输送的功率都将减小 天线的方向性 全向天线 发射天线的基本功能之一是把从AP取得的能量向周围空间辐射出去 基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射 水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线 图c水平面方向图 图b垂直面方向图 各向同性点状天线能量辐射形状 全向天线能量辐射形状 图a天线能量辐射形状图 天线的方向性 定向天线 水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线 全向阵 垂直阵列不带平面反射板 扇形区覆盖 垂直阵列带平面反射板 平面反射板 天线增益 10dBm 20dBm 13dBm 一个各向同性的天线在所有方向具有相同的辐射能量 一个具有一定增益的天线只在某个特定方向才具有辐射能量 一个3dBi增益的天线 辐射能量的范围在50 的空间 点状天线 天线的极化 垂直极化 天线向周围空间辐射电磁波 电磁波由电场和磁场构成 人们规定 电场的方向就是天线极化方向 一般使用的天线为单极化的 下图示出了两种基本的单极化的情况 垂直极化 是最常用的 水平极化 也是要被用到的 水平极化 波束宽度 15 峰值 3dB点 3dB点 旁瓣 主瓣 无线传输的干扰因素 多径干扰 DirectSignal ReflectedSignals PCCard AccessPoint AP 无线传输的干扰因素 障碍物 功率在穿过障碍物后衰减 墙 门 等等 信号穿透损耗估测 无线传输的干扰因素 电磁干扰 2 4GHz为ISM频段 不需授权即可使用 同一区域内AP之间的互相干扰 其他工业设备的干扰微波炉双向寻呼系统蓝牙无绳电话等等 WLAN设备的实际工作性能 吞吐率 802 11g标准描述的速率为54Mbps 此为物理层传输速率 实际可获得的速率为一半 20 24Mbpsmax 其他用于协议封装或冲突避免开销干扰实际吞吐率的因素不稳定是无线通讯的本性无线环境不停的保持变化物理建筑的构成AP的位置共享介质 用户数数据量 WLAN设备的实际工作性能 覆盖距离 输出功率为100mW的802 11b g产品覆盖距离理论值 100m而在实际中 覆盖距离更依赖于实际环境 影响覆盖范围的因素建筑结构电磁设备在一般办公室大楼内 覆盖距离为15 30m WLAN基础知识802 11协议族WLAN设备WLAN组网 目录 热点覆盖承载Wi Fi语音和移动数据业务办公地点无线互连 WLAN的典型部署案例 核心机房 会议厅 餐厅 茶座 大厅 服务台 S3600 PWR S7500 客户端 热点覆盖 客户端 客户端 S3600 PWR S3600 PWR 无线交换机 增值业务 电子病历服务器群 S9500 S3600 PWR S3600 PWR S3600 PWR FITAP 核心机房 手持PDA 住院楼1 住院楼2 住院楼3 WiFi电话 WiFi电话 无线交换机 网管 Radius 语音网关 语音服务器 办公地点无线互连 企业总部网络 企业分支网络1 企业分支网络2 无线网桥 无线网桥 无线网桥 无线控制器B 汇聚交换机 PPPoE或Portal认证 城域网核心路由器 无线控制器A ADSL猫 DSLAM 汇聚交换机 城域网 两台控制器可互为备份 无线交换机 FITAP运营商典型组网 PPPoE或Portal认证 BAS 2 隧道报文 数据报文 BAS 1 接入交换机 接入交换机 FitAP FitAP 城域网核心路由器 首先介绍了无线网络的发展史 然后对802 11无线网络的接入过程以及安全 QoS进行了着重描述 随后对WLAN设备特性进行说明 并详细阐述了天线的原理和使用方法 最后给出了典型的无线应用环境及相应的组网方式和相应无线设备 总结 WiMAX技术介绍 主讲 蔡文锐 基本概念 组网方案与典型应用 应用建议 技术特点 研究主要内容 基本概念 WiMAX WiMAX全称是WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess 即全球微波接入互通技术是IEEE802 16系列标准的统称 是一项基于IEEE802 16标准的新的宽带无线接入城域网技术 最大传输距离为50km 远远大于无线局域网200m左右的覆盖范围接入速率最高可达120Mbit s 超过IEEE802 11a所规定的接入速率54Mbit s WiMAX的技术优势 传输距离远接入速度高建设成本低兼容程度高系统容量大业务范围广QoS机制完善 移动通信空口标准演进路标 TD SCDMAEnhancedTD HSDPA TD SCDMA 2005 R4 R5 6 LTEOFDMAFDD TDD HSDPA HSUPAMBMS E HSPA R4 2004 2005 2006 20072008 2009后 R5 R6 1X EV DO0黄金多播 EV DOA白金多播 UMAOFDMA EV DOBN 1 25M IMT Advanced WiMAX802 16d WiMAX802 16e 3GPP 3GPP2 WiMAX WiMAX802 16m R7 IEEE标准规划 PANtoWAN 技术定位不同 边缘有交叉 WiMAX论坛介绍 WiMAX论坛成立于2001年4月 由电信和计算机产业界的主导企业发起 旨在建立一个共同的平台 并在全球市场部署基于IP的宽带无线服务 WiMAX论坛 基于IEEE802 16系列标准和ETSIHyperman相关标准 进行设备一致性和互操作性的认证论坛目标积极地市场化WiMAX技术协调WiMAX标准的全球化全球通用的频谱分配策略保障设备符合产业界的需求搭建WiMAX生态系统的网络架构定义并规划能充分发挥WiMAX系统优势的服务 WiMAXForum认证工作 WiMAX 微波存取全球互通 WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess 制定一套基于IEEE802 16标准的测试规范和认证体系对基于IEEE802 16标准和ETSIHiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证对不同厂商的产品进行认证 促使具有良好的兼容性和互操作性推动802 16产品的应用 802 16e产品目前正在认证中 国外发展现状 美国在话音服务方面 WiMAX技术成为除传统的铜线和IP电话之外的重要选择Sprint和AT T都非常看好WiMAX亚洲Airspan与日本电信运营商Yozan签署了一项价值1700万美元的合约 共同在日本东京部署WiMAX网络 2006年底 日本已发出3张802 16e牌照韩国已经将WiBro的许可证分别发给运营商KT和SKT 并于2006年6月正式商用 移动宽带业务WiBro与802 16标准相兼容欧洲英国电信加入WiMAX论坛后 已着手在苏格兰 威尔士 英格兰和北爱尔兰地区进行WiMAX相关的技术测试西班牙新兴运营商Iberbanda公司在西班牙的卡斯蒂利亚 莱昂省部署了固定的准WiMAX系统 国内应用现状 国内的标准化进展中国通信标准化协会 CCSA 与802 16工作组建立联络关系 基于802 16d的一系列行业标准正在制定阶段 基于802 16e的行业标准的制定工作也已开始 中国早已进行了WiMAX可行性测试国内设备商应用进展中兴 华为和上海贝尔 这三家均已与因特尔签署了联盟协议应用现状2004年6月9日 英特尔分别与大连和成都市政府签署了WiMAX无线网络合作谅解备忘录2005年 北京市石景山区政府与北京艾维通信有限公司 美国ADAPTIX公司和北京邮电大学签约 在石景山区合作建设我国首个 石景山Wi Plus 2006年 上海贝尔阿尔卡特获得了广东网通WiMAX网络大单 面临的挑战 频谱资源问题当前分配给WiMAX的频率都是3G以上的频率 无法满足市场需求 WiMAX使用3G频率是不可能的WiMAX组网问题距离WiMAX大规模应用还有相当长的时间业务模式问题802 16系列标准规定了空中接口 共存性和一致性等问题 对于业务 用户认证和计费等在标准上还没有完全落实成本问题WiMAX产品终端 固定 价格仍大致为400 500美元 这比DSL 终端价格为50 60美元 以太网交换机 每个端口为10美元左右 高出很多室内覆盖问题 发展趋势 WiMAX与3G WLAN融合是大势所趋WiMAX的下一步演进目标是IMT Advanced 标准与技术特点 基本概念 组网方案与典型应用 研究主要内容 中国电信的应用建议 移动WiMAX技术研究 标准概况空口部分由IEEE制定 2005年12月正式发布 IEEE802 16e 2005 即802 16e标准网络架构由WiMAX论坛的NWG工作组制定 2007年3月发布 WiMAXForumNetworkArchitectureRelease1 0 0 Release1 5版本增加IMS MBS VLAN LBS和商用VoIP的支持加入全球漫游的需求 进一步完善与其他系统 如3G 的互通已经逐步由一个宽带接入标准演变为一个移动通信标准 802 16空口标准演进 2006 标准名称IEEEStandardforLocalandmetropolitanareanetworksPart16 AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems工作频段2 66GHz许可和非许可频段标准内容支持固定业务制定2 11GHz的Detailedsystemprofile补充修订802 16 802 16a 802 16c目的加快全球范围内统一标准的 具有互操作性的BWA产品商用化进程提高BWA系统对宽带有线接入的竞争力促进新的频谱分配最新版本2004 3 29发布IEEEP80216 REVd D4 空中接口标准 802 16d 802 16物理层主要技术特点 WiMAX物理层采用正交频分复用技术 频谱利用率较高 支持时分双工 TDD 频分双工 FDD 同时也支持半双工频分双工 HFDD 可支持移动和固定的情况 移动速度最高可达120km h 带宽划分灵活 系统的带宽范围为1 25 20MHz 使用先进的多天线技术提高系统容量和覆盖范围 采用了混合自动重传 HARQ 自适应调制编解码 AMC 和功率控制技术 采用了先进的信道编码技术增加通信质量 扩大覆盖范围 物理层的关键技术 正交频分复用 OFDM 正交频分多址 OFDMA 混合自动请求重传 HARQ 自适应调制编码 AMC 自适应天线系统 AAS 多输入多输出 MIMO 正交频分复用 OFDM 正交频分多址 OFDMA 混合自动请求重传 HARQ HARQ技术可以提高系统性能 并可灵活地调整有效编码速率 还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码 将自动重传请求协议与转发误差纠正组合起来 可生成三种混合自动重传请求机制 包括HARQ I型 HARQ II型和HARQ III型等 802 16MAC层主要技术特点 支持PMP和MESH结构支持ARQ支持多种业务支持多种QOS服务和EndtoEndQOS对称和非对称业务动态带宽分配支持自适应功率控制 频率调整 同步调整私有子层具有加密功能未标准化调度和资源管理 可在竞争的稳定性和基于竞争操作的有效性之间平衡 802 16d存在的问题 在大规模组网 支持无线移动性 互连互通尚存在问题增强了对同频组网的支持 但还存在不足不支持小区间切换对移动性支持不足接口定义尚不完善 不利于互操作 由IEEE制定 2005年12月正式发布 IEEE802 16e 2005 即802 16e标准AmendmenttoIEEEStandardforLocalandmetropolitanareanetworksPart16 AirInterfaceforFixedandMobileBroadbandWirelessAccessSystems AmendmentforPhysicalandMediumAccessControlLayersforCombinedFixedandMobileOperationinLicensedBands工作频段 2 6GHz许可频段标准内容对802 16d的增强同时支持固定业务和Vehicular速度的移动业务高层支持基站和扇区之间的切换目的通过增强对移动性的支持 扩大BWA系统的市场介于高速率的WLAN网络和高移动性的蜂窝网络之间 空中接口标准 802 16e 2005 802 16e 2005标准 增强IEEEStd802 16 802 16a标准内容 支持用户在vehicular速度下的移动服务 因此系统将同时具有固定和移动无线接入服务功能 增强宽带无线接入系统的市场占有能力 高层支持基站和扇区间的切换 handoff 频段限定在2 6GHz的许可频段 该频段较适合移动传输能力 802 16e工作内容 为了节约能耗 终端用户可支持Sleepmode工作模式 支持移动下不同网络之间的共存以及无缝覆盖Ipv6中的MobileIP协议对终端移动的支持 物理层模式 如OFDM OFDMA 的选择 具体结构的变更 MAC层关键流程的更改以支持终端的移动功能 系统能够支持的服务 系统性能评价策略以及部分性能仿真结果 802 16e技术特点 用于2 6GHz许可频段向下兼容802 16d 是对802 16d的增强为支持移动性做了相应改进物理层稍有改动主要对MAC层增强支持MobileIP协议支持的物理层规范SCa OFDM OFDMA 802 16e物理层 为支持移动性 对物理层进行增强ScalableFFTsizes快速Ranging机制加快终端接入相邻小区的过程快速跟踪机制对上一次发送了上行数据的MSS进行快速指示和校正功率时间频率 802 16eMAC层 为支持移动性 对MAC层进行增强通过MobileIP建立IP连接临区广播和临区测量机制终端休眠终端寻呼小区间切换 WiMAX网络体系结构 WiMAX网络体系主要由核心网和接入网组成 核心网中包含网络管理系统 路由器 AAA代理或服务器 用户数据库以及Internet网关设备 主要负责为WiMAX用户提供IP连接 接入网中包含基站 BS 用户站 SS 和移动用户站 MSS 主要负责为WiMAX用户提供无线接入 WiMAX网络参考模型 R1 空中接口R2 客户界面R3 WiMAX接入网与核心网的接口R4 ASN与ASN的接口R5 核心网WiMAX漫游接口R6 BS与ASNGW之间的接口R7 控制与承载的接口R8 BS与BS之间的接口开放的接口ASN 接入业务网络CSN 核心业务网NAP 网络接入供应商NSP 网络业务供应商ASP 应用业务供应商 技术分析 频谱效率 移动性 产业化情况 标准化程度 组网能力 HSDPA16e 200516d 2004Wi Fi 覆盖范围 2 5GHz Which HSDPA的优势 移动性 标准化 组网能力 产业化 WiMAX优势 高频谱效率 综合业务能力 Wi Fi的优势 产业化 WiMAX的技术定位 Existing Recent Existing 2006 OFDM MIMO Speed Fixed LocalAreaNomadic WideAreaMobility 100kbps 1Mbps 10Mbps 100Mbps CDMA OFDM 2 5G 3G GPRS EDGE UMTS HSDPA Wi Fi802 11a g Wi Fi802 11n Wi Fi802 11b WiMAX802 16d WiMAX802 16e 1xRTT 1xEV DO MobileCircuitSwitched 组网方案与典型应用 基本概念 研究主要内容 应用建议 技术特点 WiMAX组网技术影响因素分析 网络容量调制方式与编码速率网络覆盖网络频率规划业务类型无线资源管理 组网结构 在IEEE802 16系列标准中 提供了两种组网结构 点到多点 PointtoMaltiplePoint PMP 结构网状网 Mesh 结构 组网方案 独立组网能够提供端到端的无线宽带解决能力以及端到端的QoS和安全解决方案 支持强大的NMS和计费功能 支持与IMS的无缝集成 系统包含各种基站 能够提供不同等级的覆盖和兼容能力 终端种类非常丰富 系统可同时支持固定和移动终端 联合组网WiMAX与TD SCDMA的联合组网紧耦合方式 松耦合方式WiMAX与WCDMA的联合组网紧耦合方式 松耦合方式 移动WIMAX技术研究 移动WiMAX的业务流和QoSWiMAX网络基于IP协议 主要提供宽带数据业务 但仅提供传统的Web浏览等宽带数据业务远远不能满足运营商和市场拓展的要求 因此 WiMAX论坛应用工作组 AWG 提出了多种新的不同QoS要求的业务 其中VoIP是优先支持的业务类型 五种QoS属性UGS 主动授予 带宽 业务 例如T1 E1 不带静默压缩的VoIP业务rtPS 实时轮询业务 主要用于支持实时的视频业务ertPS 扩展的实时轮询业务 例如带静默压缩的VOIP业务nrtPS 非实时轮询业务 保证在网络拥塞的情况下 该业务也有发送的机会BE 尽力而为的业务 没有带宽保证 WiMAX空中接口QoS机制在MAC层实现 包含两部分内容 一部分是关于业务流的管理 提供了一种QoS管理机制一部分是相应的QoS保证机制 包括调度算法 缓冲池管理和流量控制等 协议并未定义和阐述这些算法 将由设备厂家的具体实现决定 WiMAX网络侧QoS机制WiMAX论坛NWG的网络架构规范中 为支持空口的5种QoS类型定义了网络中的QoS逻辑实体 触发流程和相应消息 通过在BS和ASN内配置QoS控制功能单元 将QoS架构在IEEE802 16标准的基础上进行了扩展 WiMAX应用领域 WiMAX应用主要是基于IP数据的综合业务宽带无线接入 具体工作模式有点对多点宽带无线接入 点对点宽带无线接入 蜂窝状组网方式等 对于不同的应用场合 可以灵活 快速地进行部署 目前 WiMAX的主要应用领域包括蜂窝回传 无线业务回传 金融网络业务 远程教育 公共安全 海上通信 校园网 临时建筑通信 娱乐通信 城市无线业务接入和远郊通信网络等 802 16典型应用模式 NomadicMetroZoneNetworks EnterpriseCampusPiconet FixedIndoor Mobile PORTABILITY802 16e MOBILITY802 16e WiMAX的固定应用 固定无线宽带接入类ADSL服务 固定接入点 适用于社区和中小企业 支持宽带无线接入承载的所有业务网络浏览流媒体 IPTVVoIP文件传送支持不同QoS要求的业务完善的QoS机制不同QoS对应不同的连接 个人宽带 个人宽带 服务直接送达个人终端 不受特定的场所限制 无线宽带预付费宽带热点增值服务 家庭用户的无线宽带接入 在城域网内可代替光纤 xDSL线路 WiMAX应用 回传 Wi Fi业务回传热点业务回传与日俱增的Wi Fi热点与Wi Fi混和组网企业网应用其它业务回传专用无线网业务回传移动基站业务回传 HotZoneBackhaul Internet PSTN SMEs WLAN热点 热区的回程 WLAN热区 Mesh网络 在城域网内可代替光纤 E1专线 移动 远端视频监控等应用 中小型企业数据专线 企业以太网的回程 企业WLAN的回程 在城域网内可代替光纤 E1专线 BreezeMAX基站 WiMAX典型商业应用 IP话吧 CPE WiMAX基站 行业应用 移动视频监控 公共安全 大型集会 警用监控 交通监控 园区监控 消防安全 WiMAX行业应用 应急通信 快速部署突发事件现场紧急救灾临时热点区域宽带无线支持视频等高带宽要求业务多媒体业务 WiMAX WiFi解决方案 802 16e商用化进展 商用网络 韩国KT和SK都得到了WiBro牌照试验网2006年8月美国SprintNextel宣布将采用WiMAX WiBro无线技术部署其4G无线宽带网络 并预计于2007年底正式营运 Clearwire公司是WiMAX新兴产业力量的代表 目前正在若干地区建设商用化的WiMAX网络日本计划于2007年发出3张WiMAX16e牌照 2006 2 日本KDDI完成与DO的无缝切换软银试验网于2006年9月正式启动 在为期5个月的周期里将集中测试2 5GHz频段上WiMAX在吞吐量和覆盖范围方面的性能和基站之间的切换速度 意大利电信计划2007年商用2006 2 意大利都灵冬奥会巴基斯坦Wateen电信的全国性WiMAX部署 为居民和企业提供语音 互联网接入 IP虚拟网等服务 日本KDDI 意大利电信 克罗地亚Portus以及巴西TVA等运营商对移动WiMAX进行测试与试验 韩国的商用案例 1 由韩国信息通信部牵头 推动WiBro产业 4家运营商获得WiBro牌照 包括KT HTI DACOM SKT等 韩国政府预计到2011年将有900万WiBro网络用户 韩国政府规定 不允许CDMA2000向RevA演进 必须沿着WCDMA和WiBro发展 在网络建设进度上预计在2006年启动 并分三阶段实施 每年一个阶段 2006年第一阶段 2007年第二阶段 2008年第三阶段 2006年完成韩国前20个重要城市的网络建设 2007年完成18个中等规模城市的网络建设 2008年完成46个较偏地区的网络建设 最终WiBro将在3年内遍布韩国84个乡镇市 目前商用已经开通 商用服务在韩国开