WLAN基础知识及网络结构.ppt

2011年10月 WLAN基础知识及网络架构介绍 网络部 2 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第2页 3 概述 无线局域网的含义与定位 无线局域网 WLAN WirelessLocalNetwork 是指以无线信道来替代传统有线传输介质所构成的局域网络 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 应用无线通信技术将计算机设备互联起来 构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系 介于有线传输和移动数据通信网之间的一种技术 可提供给用户低速或游牧式的无线数据通信 第3页 4 概述 无线局域网的含义与定位 第4页 IEEE802 203GPP EDGE GPRS 2G IEEE802 16WIMAX IEEE802 11WLAN IEEE802 15Bluetooth ETSIHiperMAN ETSIHiperLAN HomeRF 个域网PAN PersonalAreaNetwork 5 WLAN的发展历程 6 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第6页 7 WLAN标准简介 无线局域网主流标准HomeRFIEEE802 11协议 主导技术 欧洲HiperLAN2协议WiFi相关标准化组织 HiperLAN是一种在欧洲应用的无线局域网通讯标准的一个子集 由两种规格 HiperLAN 1和HiperLAN 2 这两种标准均被欧洲电信标准协会 ETSI 采用 采用5G频率 目前最完善的wlan协议 HiperLAN标准定义了许多支持无线网络功能的信令和测量方法 包括动态频率选择 无线小区切换 链路适配 多波束天线和功率控制等 由美国家用射频委员会领导 成立于1997年的工作组开发的开放性行业标准 在家庭范围内使计算机与其他电子设备之间实现无线通信 基于共享无线接入协议SWAP 使用TDMA CSMA CA方式 适用于语音和数据业务 在语音通信时采用数字增强无绳电话 DECT 标准 数据通信时采用802 11的CSMA CA HomeRF HiperLAN2 8 IEEE802 11标准系列 第8页 IEEE802LAN标准系列 MAC PHY IEEE802 11WLAN标准系列 802 11 11a 11b 11g 11nMAC 802 11f 漫游和切换 802 11e QoS 802 11i 安全增强 802 11s mesh 802 11r 快切 9 IEEE802 11系列标准 1 IEEE802 111997年6月 工作频段为2 4GHz 数据传输速率最高为2Mb s 主要用于解决办公室局域网和校园网中设备的无线接入 1 IEEE802 11b1999年9月 工作频段在2 4 2 4835GHz 数据传输速率达到11Mbps 传输距离为50 150米 采用补偿编码键控调制方式 CCK IEEE802 11b是前期主流的WLAN标准 被多数厂商所采用 但是由于许多WLAN的新标准的出现 IEEE802 11a和IEEE802 11g更受业界关注 2 IEEE802 11a工作频段在5 725 5 85GHz 数据传输速率达到54Mbps 传输距离为10 50米 采用正交频分复用 OFDM 的独特扩频技术 采用QFSK调制方式 支持多种业务如话音 数据和图像等 3 IEEE802 11g工作频段在2 4 2 4835GHz 数据传输速率达到54Mbps 传输距离为50 150米 802 11g中规定的调制方式包括802 11a中采用的OFDM与802 11b中采用的CCK 通过规定两种调制方式 既达到了用2 4GHz频段实现802 11a54Mbps的数据传送速度 也确保了与802 11b产品的兼容 WLAN运营商目前大多选用802 11g 4 IEEE802 11nIEEE802 11n标准将无线局域网的数据传输速率提高到108Mb s以上 最高传输速率可达300Mb s 600Mb s 该标准被定义为双频工作模式 包含2 4GHz和5 8GHz两个工作频段 其物理层的核心技术是MIMO OFDM无线信号调制方式 10 IEEE802 11系列标准 IEEE802 11e802 11e定义了无线局域网的服务质量 Quality Of Service QOS 特性 包括数据优先级 语音和视频的传输 802 11e用时分多址 TDMA 方式取代类似Ethernet的MAC层 并为那些时间敏感性强的数据 如语音和视频 增加额外的纠错功能 802 11e标准工作在两个频段 2 4GHz5 8GHz 较高的频率范围有一些优势 包括更高的数据传输率 更多信道以及更高的抗干扰性 IEEE802 11i2004年6月 无线局域网安全标准 为了增强WLAN的数据加密和认证性能 定义了RSN RobustSecurityNetwork 的概念 并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多方面的改进 其商用名称为 WPA2 IEEE802 11s2006年2月 IEEE802 11s草案标准 制订与实现目前最先进的MESH网络 定义 拓扑发现 路径选择与转发 信道定位 安全 流量管理和网络管理 融合了WLAN和Adhoc网络的优势 支持多点对多点的网状结构 具有自组网 自修复 多跳级联 节点自我管理等智能优势以及移动宽带 无线定位等特点 是一种大容量 高速率 覆盖范围广的网络 802 11r加强漫游的性能 以实现基于无线数据和无线语音的快速漫游 11 IEEE802 11几种主要标准的对比 12 第12页 中国WLAN规范和标准 由信息产业部科技司批准成立的中国宽带无线IP标准工作组 www chinabwips org 在移动无线IP接入 IP移动性 移动IP安全性 移动IP业务等方面进行了标准化工作 2003年由信息产业部报送国家标准化管理委员会正式颁布了GB15629 11 2003 信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第11部分 无线局域网媒体访问控制和物理层规范 其中定义了我国自主知识产权的无线网络安全机制WAPI GB15629 1102 2003无线局域网媒体访问控制和物理层规范 2 4GHz频段较高速物理层扩展规范 GB15629 1101 2006无线局域网媒体访问控制和物理层规范 5 8GHz频段高速物理层扩展规范 GB T15629 1103 2006无线局域网媒体访问控制和物理层规范 附加管理域操作规范 GB15629 1104 2006无线局域网媒体访问控制和物理层规范 2 4GHz频段更高数据速率扩展规范 13 中国移动无线局域网 WLAN 企业规范 第13页 业务规范 业务规范 设备规范 APAC设备规范 Portal Radius设备规范 网管规范 网络管理总体技术要求 网络管理功能要求 设备网管接口技术要求 接口流程规范 设备接口规范 用户接入流程技术规范 用户界面规范 工程规范 工程验收测试规范 测试规范 AP AC设备测试规范 Portal Radius设备测试规范 终端测试规范 客户端测试规范 设备网管接口测试规范 今年计划制定的企业标准 中国移动WLAN工程设计规范 14 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第14页 15 基础知识 传播理论 描述发射机和接收机之间 T R 长距离 几百米或几千米 上的场强变化的传播模型称为大尺度衰落模型 描述发射机和接收机之间 T R 短距离 几个波长 或短时间 秒级 内的接收场强快速波动的传播模型称为小尺度衰落模型 自由空间传播模式 电磁波在自由空间的传播方式是最基本 最简单的一种 对于开阔的室内或室外可以采用此模型 Pt 发射功率 Pr 接收功率 Gt 发射天线增益Gr 接收天线增益d T R间距离 波长 16 三种传播机制之反射 反射 在不同性质的介质交界处 电磁波会有一部分发生反射 反射波和传输波的电场强度取决于反射系数 反射系数是材料的函数 并与极性 入射角和频率有关 下图所示的双线地面反射模型是基于几何光学的的传播模型 总的接收场强为直接视距成分和地面反射成分的合成 17 三种传播机制之绕射 绕射 电磁波信号能够绕物体曲线表面传播到阻挡物后面的现象 由Huygen原理解释绕射现象 波前上的所有点可以作为产生次级波的点源 次级波的传播进入阴影区而形成绕射场 阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量叠加 绕射损耗是路径差的函数 可以用费涅尔区解释 费涅尔区表示从发射机到接收机次级波路径长度比总的视距路径长度大n 2 n为正整数 的连续区域 下图是一个位于发射机和接收机之间的平面 其上的同心圆环叫做费涅尔区 同心圆的半径与平面的位置有关 这说明遮挡效应不仅对频率敏感 而且对阻挡物的位置敏感 当由单个物体引起遮挡时 一般通过把阻挡体当作绕射刃形边缘来预测绕射损耗 传播路径上可能不只一个阻挡 这时可以用一个等效阻挡体代替一系列阻挡体的方法来预测绕射损耗 18 三种传播机制之散射 当电磁波遇到粗糙表面时 反射能量由于散射而散布于所有方向 表面的粗糙程度经常产生不同的传播效果 一般使用瑞利 Rayleigh 原则表征表面粗糙程度 其中定义了给定入射角的表面平整度的参考高度 19 阴影衰落 由于电磁波在传播路径障碍物阻挡而在障碍物后面形成电波阴影区 造成接收信号场强中值的缓慢随机衰落 这种现象称为阴影效应 由于随机阴影效应 一个地点的信号不是固定的 不能确保的信号一直保持在某个门限以上 只能以一个概率表示 信号强度超过一定门限的达到了某个概率 我们就可以认为这个覆盖是可以接通的 因此计算边界内覆盖面积的百分率是非常有意义的 与覆盖面积百分率相关的一个概念就是边缘覆盖概率 指在覆盖区边缘上 接收信号强度大于接收门限的时间百分比 覆盖面积百分率与边缘覆盖概率定义不一样 达到某个覆盖面积百分率或者边缘覆盖概率时 对应的接收信号强度门限与接收信号中值的差值叫做阴影衰落余量 阴影衰落余量广泛应用于无线网络链路预算和计算机仿真中 20 多径传播之基本概念 无线信道的主要特征是多径传播 多径传播的概念 无线信道中反射物的存在 导致信号经过反射由多条路径到达接收机 各条路径传播距离的差异导致信号幅度 相位及时间的变化 不同相位的多个信号叠加 接收信号的幅度将急剧变化 这就导致了衰落的产生 多径传播可以使信号基带部分到达接收机所用的时间延长 由于码间干扰引起信号衰落和信号失真 21 传播损耗 自由空间的损耗 根据自由空间电波损耗公式 Lbs 32 45 20lgF MHz 20lgD km 式中 Lbs称为自由空间的路径传播损耗 WLAN信号穿透建筑物的特性 22 链路预算及覆盖规划 第22页 室内的WLAN信号传播损耗 选取衰减因子模型作为室内无线传播模型 其表示式为 其中PL d0 20lg 4 d0 一般取d0 1m 当频率为2 45GHz时 其值为40dB n 衰减因子 与传播环境有关 FAF 附加衰减因子 指由于楼板 隔板 墙壁等引起的附加损耗 经过链路预算 可以初步确定AP的覆盖范围及位置 衰减因子取值 23 接收信号质量与调制方式的关系 不同的接收信号强度下所能获得的传输速率是不同的 接收电平 信干比越高 采用的调制方式越高 获得的传输速率就越高 以小功率AP为例 中国移动要求的数据速率与接收机门限电平指标如下 集团建议WLAN信号的主要覆盖指标如下 无线信号场强建议 75dBm信噪比 20dB 链路预算及覆盖规划 第23页 24 各种天线的形成通过对天线的内部结构做相应的改动 可以改变天线的方向性 并由此形成不同种类及特性各异的天线 天线波瓣宽度越窄 方向性越好 作用距离越远 抗干扰能力越强 基础知识 各种天线的形成 第24页 25 天线的方向图立体方向图 根据天线在各个方向上的辐射强度 所绘制的立体图形 用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力 平面方向图 由三维辐射立体图转化成的二维平面图形 包括水平面方向图及垂直面方向图 用于表示天线在水平 或垂直 方向上所具有的发射或接收电磁波的能力 方向图通常都有两个或多个瓣 其中辐射强度最大的瓣称为主瓣 其余的瓣称为旁瓣 基础知识 天线特性 水平面方向图 垂直面方向图 第25页 26 基础知识 天线增益 天线增益 在输入功率相等的条件下 实际天线与理想的无方向性的点源辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率之比 天线增益是一个相对值 用于描述天线在某特定方向上能量集中的程度 天线增益的几个要点 天线是无源器件 不能产生能量 天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力 天线的增益由振子叠加而产生 增益越高 天线长度越长 天线增益越高 方向性越好 能量越集中 波瓣越窄 第26页 27 基础知识 天线波束宽度 水平面波束宽度定义 在水平面方向图上 在最大辐射方向的两侧 辐射功率下降3dB的两个方向的夹角 第27页 垂直面波束宽度定义 在垂直方向图上 在最大辐射方向的两侧 辐射功率下降3dB的两个方向的夹角 28 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第28页 29 WLAN物理层关键技术 物理层是OSI的第一层 它为设备之间的数据通信提供传输媒介及各种物理设备 为数据传输提供可靠的环境 它的主要功能是 为数据端设备提供传送数据的通路 传输数据 完成物理层的一些管理工作 WLAN物理层又可分为PLCP 物理层会聚协议 PMD 物理介质相关协议 和物理层管理子层 PLCP子层是MAC与PMD层或物理介质的中间桥梁 主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分组 PMD子层用于识别相关介质传输的信号所使用的调制和编码技术 物理层管理子层进行信道选择和调谐 第29页 30 WLAN工作频率 2 4G 按照无线电频率管理委员会对2 4G频段扩频设备的使用规定 该频段的工作频率带宽为83 5MHz 最多有13个信道可用 13个信道的标号及所用中心频率的情况见右表所示 802 11b g n标准均可工作在2 4GHz 802 11b占用带宽22M 802 11a g占用带宽20M 802 11n占用带宽20M或40M 在多个频道同时工作的情况下 为保证频道之间不相互干扰 要求两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz 在实际使用中一般选择1 6 11三个频道进行频率规划 第30页 31 WLAN工作频率 5 8GHz 802 11a n标准均可工作在5 8GHz5 8G频段的频率范围为5 725G 5 850GHZ 共125M带宽该频段划分为5个信道 每个信道20MHz带宽 各信道互不交叠 中心频率 5000 n 5 MHz n 149 153 157 161 165 第31页 32 直接序列扩频技术DSSS 直扩技术是把使用11位的chipping Barker序列来将数据编码并发送的技术 发送端通过spreader把chips 就是一串的二进制码 添加入要传输的bit流中 称为编码 然后在接受端用同样的chips进行解码 就可以得到原始数据了 802 11协议中是使用Barker序列号来作为这个chips的 规定为10110111000 在编码过程 如果要传送的数据是0的话 数列不变 如果传送的数据是1的话 数列就相反 在相同的吞吐量下 直扩技术需要比跳频技术更多的能量 但以消耗能量为代价 它也能达到比跳频技术更高的吞吐量 802 11b能达到5 5Mbps和11Mbps就是采用HR DSSS技术 第32页 33 跳频技术FHSS 跳频技术是依靠快速地转换传输的频率来实现的 每一个时间段内使用的频率和前后时间段的都不一样 所以发送者和接收者必须保持一致的跳变频率 这样才能保证接受的信号正确 跳频技术可以避开许多干扰的出现 包括某些工作在特定频率下的信号 这样采用跳频后的802 11无线信号就只会丢失这个频率下的信息 损失不大 如果想分享带宽 也可以采用不同的调频次序来实现 弱点 速度慢 只能达到1Mbps 第33页 Signal1 2 7 4 5 Work1 6 Signal2 4 3 1 7 34 正交频分复用 OFDM是一种基于正交多载波的频分复用技术OFDM传输的基本概念 高速串行数据流经串 并转换后 分割成大量的低速数据流 每路数据采用独立载波调制并叠加发送 接收端依据正交载波特性分离多路信号 OFDM与传统FDM的区别在于 传统的频分复用技术需要在载波间保留一定的保护间隔来减少不同载波间领谱的重叠 结合滤波 从而避免各载波间的相互干扰 而0FDM技术的不同载波间的频潜是重叠在一起的 各子载波间通过正交特性来避免干扰 有效地减少了载波间的保护间隔 提高了频谱利用率 802 11a g n采用了OFMA技术 第34页 OFDM FDM 35 多输入多输出技术MIMO MIMO结合复数的RF链路和复数的天线 即同时在多个天线上发送出不同的信号 而接收端则通过不同的天线将在不同的RF链路的信号独立的解码出来 多天线 MIMO在802 11n通常定义为M N 其中M为Tx天线数 N为Rx天线数 多空间流 空间流数是决定最高物理传输速率的参数 在802 11n中定义了最高的流数为4 流数越多速率就越高 在802 11n中 在其他参数确定后 最高速率按空间流的倍数变化 如1个独立空间流最高可达150Mbps 2个独立流则为300Mbps 3个独立空间流为450Mbps 4个独立空间流为600Mbps 空间流数与天线数 一般是一致的 但也可采用不对称的天线数和空间流数 天线数量必须不小于空间流数 如2个空间流的至少需要两个天线来支持 第35页 36 802 11的MAC和802 3协议的MAC非常相似 都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源 由发送者在发送数据前先进行网络的可用性 802 3协议冲突的检测采用CSMA CD 载波侦听多点接入 冲突检测 方式 而在802 11无线局域网协议中 采用了新的协议CSMA CA 载波侦听多点接入 冲突避免 2 另一个的无线MAC层问题是 hiddennode 问题 为了解决这个问题 802 11在MAC层上引入了一个新的RequestToSend CleartoSend RTS CTS 选项 间接解决了 hiddennode 问题 由于RTS CTS需要占用网络资源而增加了额外的网络负担 一般只是在那些大数据报上采用 重传大数据报会耗费较大 3 802 11MAC子层提供了另两个强壮的功能 CRC校验和包分片 CRC校验是指在802 11协议中 每一个在无线网络中传输的数据包都被附加上了校验位 这和Ethernet中通过上层TCP IP协议来对数据进行校验有所不同 包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送 这项技术大大减少了许多情况下数据报被重传的概率 从而提高了无线网络的整体性能 4 另外几个部分 a 802 11e 提高和管理网络的QoS的能力 b 802 11f 采用IAPP协议 可以在不同的厂商的无线局域网内实现访问互操作 保证网络内访问点之间信息的互换 c 802 11i 增强WLAN的安全和鉴别机制 802 11MAC层关键技术 37 stationC stationB stationA 载波监听 冲突避免机制 CSMA CA 1 与GSM的时分多址复用方式和TD的时分 码分多址复用方式不同 WLAN系统采用载波监听 冲突避免机制 用户间采用抢占方式占用资源 2 在同一冲突域内存在多个用户时 某一时刻只有一个终端或AP在发送数据 此时其他终端和AP均处于空闲监听状态 38 隐藏节点问题 第38页 假设A正向B传数据 C也要向B传数据 由于A检测不到C的存在 造成A和C同时向B发包 如果多于两个节点同时发送 将在B处冲突 B接收到帧的时候发生错误 由于无线链路是半双工的 终端在发送的时候不知道冲突存在 因此当A和C发送长报文时发生冲突将导致带宽的浪费 产生原因 解决方案 RTS CTS机制 发送者发送RTS 请求发送 包括接收者地址 发送数据帧时间 发送ACK时间 接收者用CTS回应 CTS为发送者预留带宽同时通告所有站点 包括隐藏的 保持静默 由于RTS和CTS长度很短 其本身冲突的概率减少 因此RTS CTS机制可以有效运行 A B C 39 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第39页 40 WLAN网络结构 对等网络 第40页 1 对等网络 Ad hoc网络 由一组有无线接口卡的计算机组成 这些计算机以相同的工作组名 ESSID和密码等对等的方式相互直接连接 在WLAN的覆盖范围的之内 进行点对点与点对多点之间的通信通信 在Adhoc网络中 每个结点都具有报文转发能力 结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发 即经过多跳 MultiHop 这是Adhoc网络与其他移动网络的最根本区别 结点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调 实现了网络的自动组织和运行 41 WLAN网络结构 基础结构网络 基础结构网络的基本元素是基本服务集BSS BSS是由一个无线接入点所覆盖的微蜂窝区域构成的网络 它由一个AP和数台无线工作站组成 是构建无线局域网的基本单位 BSS使用BSSID识别 802 11中是AP的MAC地址 第41页 基本服务集1 基本服务集2 2 基础结构网络 以无线接入点AP为中心 具有无线接口卡的无线终端均与AP无线连接后 通过无线网桥AB 无线接入网关AG 无线接入控制器AC和无线接入服务器AS等将无线局域网与有线网网络连接起来 可以组建多种复杂的无线局域网接入网络 实现无线移动办公的接入 42 AP的类型 胖AP与瘦AP 集中式网络结构 降低成本 易于管理 第42页 无线局域网交换机 胖 AP 瘦 AP 43 WLAN基础结构网络的基本元素 扩展服务集 扩展ESS ExtendedServiceSet 一个或多个以上的BSS即可被定义成一个ExtendedServiceSet ESS 用户可在ESS上漫游及存取BSS系统中的任何资料 ESS采用ESSID标识 在同一ESS中的所有无线AP必须设定相同的ESSID才能允许漫游 ESS BSS2 AP2 Servicesetidentify ESSID1 BSS1 AP1 Servicesetidentify ESSID1 44 MESH网络 定义 无线Mesh网络模型是利用无线连接替代有线连接将多个AP连接起来 并最终通过一个portal节点接入有线网络 从而构成一个WLAN网络 现状 MESH设备主要用在WLAN部署时有线传输资源受限的场景 MESH技术标准尚未冻结 产品实现方式各异 不同厂家采用的MESH路由算法均不同 设备之间无法互通 主流产品类型 双模块MESH设备 一个b g无线模块做接入 一个a无线模块做回传 建议规划跳数不超过3跳 第44页 多模块MESH设备 一个b g无线模块做接入 多个a无线模块做回传 建议规划跳数不超过5跳 45 MESH网络 MESH应用中的主要问题 MESH主要用来解决覆盖问题 带宽在多跳之间共享 受限于根节点的处理能力 多跳时单AP容量会下降 跳数越多 单AP容量越低11a频段回传对无线传播环境要求很高 实际回传性能受环境影响较大由于引入多无线模块做回传 设备成本较普通AP高很多 不建议大规模部署 在以下场景可根据需求考虑使用 封闭园区 如校园 大型企业园区等有线传输资源成为覆盖瓶颈的区域 如 村通工程 需要提供连续覆盖且布线困难的场景 可采用有线 无线的方式实现 如楼宇间的连续覆盖等 第45页 46 中国移动WLAN网络结构 主要网元WLAN终端设备接入点设备 AP 接入控制点 AC Portal服务器认证系统BOSS服务器综合网管系统 47 WLAN系统的组成 1 WLAN网络主要由WLAN终端设备 WLAN网络卡 WLAN接入点设备 AP 无线接入控制器 AC 接入控制点 BRAS PORTAL服务器 RADIUS认证服务器 用户认证信息数据库 BOSS系统等组成 1 WLAN终端设备WLAN终端设备需要安装WLAN网络卡 WLAN网络卡可以是任何支持IEEE802 11系列标准的设备 如笔记本电脑 PDA等 2 接入点设备 AccessPoint 简称AP AP是WLAN业务网络的小型无线基站设备 完成IEEE802 11a IEEE802 11b g标准的无线接入 AP是连接有线网络与无线局域网络的桥梁 任何WLAN终端设备均可通过相应的AP接入外部的网络资源 3 无线接入控制器 AccessController 简称AC 负责将来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet 同时完成AP设备的配置管理 4 接入控制点 BRAS 当采用基于WEB方式的用户认证时 BRAS作为安全控制点和后台的RADIUS用户认证服务器相连 完成对WLAN用户的认证 在计费中 BRAS作为集中式的计费数据采集前端 采集用户数据通讯的时长 流量等计费数据信息 并将其发送到相应的认证服务器产生话单 在业务控制中 BRAS提供强制PORTAL功能 向WLAN用户终端推送WEB用户认证请求页面和中国移动门户网站 当用户认证通过后 用户业务数据通过BRAS接入到CMNET 48 WLAN系统的组成 2 5 PORTAL服务器PORTAL服务器主要提供如下功能 1 强制PORTAL用户通过WEB浏览器发起Internet访问请求后 AC可以将该请求强制到PORTAL服务器 PORTAL服务器接收强制PORTAL请求 并向用户发送指定的WEB页面 2 认证页面推送PORTAL服务器接收到用户页面请求时 向用户推送中国移动统一定制的认证页面 3 用户认证PORTAL服务器接收用户认证请求信息后 向AC发起用户认证过程 用户认证结束后 PORTAL服务器将认证结果通知给用户 4 下线通知用户上网结束后 可以使用PORTAL功能通知AC用户下线 当AC侦测到用户下线或者主动切断用户连接时 也能告知PORTAL服务器 49 WLAN系统的组成 3 6 RADIUS认证服务器在用户名 口令认证中 RADIUS认证服务器接受来自AP AC的用户认证服务请求 对WLAN用户进行认证 并将认证结果通知AC 对于RADIUS用户 RADIUS认证服务器还接收计费信息采集点发送的计费数据信息 经过预处理后产生话单 计费数据记录 即CDR 并将话单通过计费数据接口发送给BOSS计费子系统 7 用户认证信息数据库使用WEB认证机制时 该认证信息数据库存储WLAN用户信息 包括认证信息 业务属性信息 计费信息等 当RADIUS认证服务器对WLAN用户认证时 通过数据库存取协议存取数据库中的用户授权信息 检查该用户是否合法 8 BOSS系统在WLAN数据业务中 BOSS系统主要完成以下功能 1 业务注册服务 BOSS系统根据用户申请 为用户开户 2 用户信息的更新 当BOSS用户数据库系统中的用户信息更新时 BOSS系统需要通知RADIUS服务器同步更新相应的WLAN用户信息 3 计费和结算 BOSS系统接收从RADIUS用户认证服务器和AS发送的WLAN数据业务话单 实现该用户的统一计费和结算 50 山东公司WLAN网络结构 51 无线局域网网络设备连接图 第51页 52 统一认证的网络架构 3GPPAAA配合WLANAN完成T W的接入认证 计费以及鉴权的功能 AC BRASAC BRAS对所属AP进行统一集中管理 在统一认证阶段 支持 U SIM认证 APAP作为WLAN业务网络的小型无线基站设备 完成802 11系列标准的无线接入 HLRHLR位于签约用户的归属网络 包含有用户的签约数据 统一认证网络结构 关键模块 关键接口 WLANAN和3GPPAAA的接口 Wa接口 用户UE接入WLANAN网络时用来传递鉴权 授权和计费相关信息 3GPPAAAServer和HLR之间的接口 D Gr接口 用于UE接入WLAN时 3GPPAAAServer从HLR获取用户的鉴权和签约数据 UE和WLANAN之间的接口 用于传输终端接入WLAN的信令和业务 53 第53页 WLAN系统网络结构 2G TD W融合认证 独立PDG模式 TTG GGSN模式 统一认证阶段 增加3GPPAAA服务器 实现2G TD和WLAN用户的基于EAP SIM协议的统一认证 目前山东已商用 约3000多个T W用户 深度融合阶段 在统一认证的基础上 增加PDG TTG设备 实现WLAN与2G TD的深度融合 WLAN用户可访问移动分组域业务 WLANAN在I WLAN认证系统中负责WLANUE统一认证场景的接入鉴权 PDG在I WLAN认证系统中负责WLANUE接入PS域业务的鉴权 3GPPAAAServer为I WLAN认证体系中用户认证的执行点 负责对WLANUE认证和授权功能 AAA认证和授权信息取自HLR HLR负责用户鉴权和签约信息的存储 与3GPPAAAServer交互 完成鉴权和签约信息的交互 54 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式 WEB 2G TD WLAN网络方案与其他系统的关系业务流程 第54页 55 WLAN系统认证 WEB认证 56 WEB认证方式下线流程 57 统一认证 流程 58 WLAN系统与2G 3G融合认证 主动下线 1 WLANUE主动终止会话 发起EAPoL logoff请求退出网络 2 WLANAN向3GPPAAAServer发送计费停止请求的报文 3 3GPPAAAServer向WLANAN回复计费停止请求报文的响应 59 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第59页 60 第60页 WLAN组网方案 AC分布式 1 该方案适用于大型场点 比如学校 大型集团客户 2 分布式建设方案是目前解决高校接入的有效方案3 缺点是维护及局房选择比较困难 通常在不同SSID内客户还需增加内部的Radius服务器配合使用 61 第61页 WLAN组网方案 AC集中式 1 该方案为目前中国移动采用的主要方案 2 网络结构清晰 维护方便 3 缺点是目前AC厂家过多 导致维护及DHCP分配复杂 62 第62页 AC数据转发方式 瘦AP架构下 用户数据有两种转发方式 集中转发 AP与AC之间同时建立控制隧道和数据隧道 所有用户数据均通过数据隧道 由AC汇聚 并进行集中转发本地转发 AP与AC之间仅建立控制隧道 用户数据经由AP设备直接进行本地转发 不经过AC 63 目录 WLAN基础知识WLAN概述主要标准介绍相关基础知识WLAN关键技术WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程 第63页 64 CMNet总体架构 65 城域数据网架构 与WLAN核心网关系 66 城域数据网与AC设备的连接方式 AC集中设置在地市核心机房 连接到WLAN汇聚交换机 由于WLAN与城域数据网融合组网 WLAN汇聚交换机也承担城域数据网汇聚交换机的角色城域数据网汇聚交换机成对部署 与成对的BRAS SR通过双U型结构互联 负责城域内全部业务的接入集中转发的AC通过AC汇聚交换机汇聚 连接到BRAS 由BRAS统一认证 城域数据网与PON设备连接方式 当OLT与BRAS SR位于不同机房时 建议OLT通过WDM或光纤直连方式上联到汇聚交换机 经汇聚后连接BRAS SR 或OLT上联经PTN汇聚后连接BRAS SR WDM与光纤两种传输方式中优先选择WDM方式 当OLT与BRAS SR位于同一机房时 若OLT上行流量不大 则OLT采用光纤直连方式上联到汇聚交换机 汇聚后接入BRAS SR OLT上行流量增大至上行可用满多个GE口时 OLT可与BRAS SR采用光纤直连 当OLT具备双上联条件时 OLT应尽量双上联至成对的汇聚交换机或BRAS SR 当OLT不具备双上联条件时 OLT应尽量采用多链路捆绑的方式单上联至汇聚交换机或BRAS SR 城域数据网与PTN设备连接方式 由于PTN为高可靠性网络而且本身已具备汇聚能力 PTN宜根据业务接入需求对流量进行汇聚后采用较高速率端口 GE或10GE 直接与BRAS SR连接 且BRAS SR所在机房通常已有PTN设备 主要采用光纤直连进行连接 67 WLAN热点的传输接入解决方案 目前WLAN传输接入方式可分为如下几种方式一 LAN MSTP PTN方式方式二 LAN PON方式方式三 PON方式方式四 LAN WDM OTN方式方式五 LAN 裸纤方式各场景及采用的接入方式如下所示 68 WLAN热点 MSTP PTN OLT PON接入网 WLAN汇聚交换机 城域汇聚交换机 城域数据网 城域传送网 MSTP PTN 中小企业等普通大客户组网方案 十兆以下 分光器 AP WLAN热点 ONU AP 传送方式 LAN MSTP PTN方式 传送方式 PON方式 交换机或协议转换器 初期建设的WLAN 以LAN MSTP方式为主 近期建设的WLAN 以PON方式为主 位于基站的WLAN多采用LAN MSTP PTN方式 OTN PTN 裸纤 69 MSTP PTN OLT PON接入网 WLAN汇聚交换机 城域汇聚交换机 城域数据网 城域传送网 AP MSTP PTN 分光器 光纤光缆 AP WLAN热点 WLAN热点 交换机 ONU ONU ONU AP AP AP WLAN热点 AP AP 交换机 ONU AP 传输方式 PON方式 传输方式 LAN PON方式 传送方式 LAN MSTP PTN方式 中小规模的校园 写字楼 居民区 科技园区 百兆 初期建设的WLAN 以LAN MSTP方式为主 前期也曾少数采用LAN PON方式 近期建设的WLAN 以PON方式为主 LAN PTN方式为辅 极少数采用LAN MSTP方式 OTN PTN 裸纤 70 波分 OTN PTN OLT PON接入网 WLAN汇聚交换机 城域汇聚交换机 城域数据网 城域传送网 AP 分光器 AP WLAN热点 交换机 ONU ONU ONU AP AP AP WLAN热点 AP AP 交换机 ONU AP WLAN热点 AP AP 交换机 交换机 光纤直趋 AP WLAN热点 交换机 AP AP WLAN热点 AP AP 交换机 交换机 GE以上颗粒 GE AP 传送方式 LAN 裸纤方式 传送方式 LAN WDM OTN方式 传送方式 LAN PON方式 传送方式 PON方式 大规模的校园 写字楼 居民区 科技园区 千兆 FE FE FE 分光器 初期建设的WLAN 以LAN 裸纤方式为主 前期也曾少量采用LAN PON方式 近期建设的WLAN 以LAN 裸纤 LAN PTN PON方式为主 LAN PTN方式为辅 OTN PTN 裸纤 71 目录 WLAN基础知识WLAN网络架构总体网络结构认证方式网络方案与其他系统的关系业务流程管理流程业务流程 第71页 72 802 11管理过程 用户接入过程 用户接入过程首先需要通过扫描过程来选择AP 之后通过认证和关联两个过程后才能和AP建立连接 第72页 73 802 11管理过程 用户接入过程 IEEE802 11针对Scan定义了两种工作模式 被动扫描模式 PassiveScanning 无线工作站的切换到每一个工作频率后都等待监听 如果收到由AP发出的频标 beacon 这表明该频段有AP提供服务 主动扫描模式 ActiveScanning 无线工作站的切换到每一个工作频率后都立刻发出一个 查询请求 信号 如果该工作频率有AP提供服务 他会立即响应一个 查询响应 信号 第73页 WirelessStations WirelessStations PassiveScanning ActiveScanning Listening Requesting 扫描Scanning 74 802 11管理过程 用户接入过程 开放系统认证 Opensystemauthentication 用户MAC地址唯一即可接入网络这是默认方式 有两个步骤 发送站点 发送包含身份的认证管理帧接收站点 然