A08-无线网络设计.ppt

计算机网络课程设计,linfb2011,01,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,2.4ghz3.5ghz5.8ghz,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,IEEE802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）,IEEE802.11推荐使用ISM无线网络频段：902928MHz2.4002.4835GHz5.7255.850GHz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。,IEEE802.11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。IEEE802.11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,IEEE802.16,IEEE802.16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。,AlcatelLMDS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