鄱阳湖流域无线宽带网络项目实施建议书

1、鄱阳湖流域宽带无线接入网络项 目 建 议 书XX通信集团二零零七年四月3.1 基站安装原则 163.1.1 站址选择原则 163.1.2 分期建设原则 173.2 网络安全体系 173.3 网络管理系统 19附件 1、技术参数与设备清单 21目录1 项目概述 21.1 项目背景 21.2 项目计划目标 32 解决方案 42.1 网络设计概 42.1.1 针对鄱阳湖流域特点的技术实现方式 52.1.2 行业应用的安全性考虑 52.2 系统结构 62.3 应用系统 72.3.1 无线视频监控系统 72.3.2 视频会议系统 82.3.3 VOIP 语音系统 92.3.4 宽带无线数据接入系统 92

2、.3.5 水文信息采集系统 102.4 技术分析 113 实施方案 161项目概述1.1项目背景鄱阳湖位于北纬 28 22至29 45,东经115 47至 116 45。地处省的北部，长江中下游南岸。鄱阳湖以松门 山为界，分为南北两部分，北面为入江水道，长40公里，宽3至5公里，最窄处约 2.8公里；南面为主湖体，长133公里，最宽处达 74公里。鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊。 它承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河。经调蓄后， 由湖口注入我国第一大河-长江，每年流入长江的水量超过 黄、淮、海三河水量的总和，是一个季节性、吞吐型的湖泊。 鄱阳湖水系流域面积 16.22万kmf，约占省流域面积的

3、 97% 占长江流域面积的9%其水系年均径流量为1525亿立方米， 约占长江流域年均径流量的16.3%。随着全社会信息化步伐的加快， 各行各业对信息通信的 需求与日俱增。 数据通信特别是基于移动的数据通信的需求 也来越大。 受制于原有无线通信技术， 目前船岸间多采用诸 如：无线局域网（2.4G, 3.5G网桥）、GPRS（中国移动）、 CDM（中国联通）来实现基于数据传输的窄带应用。但由于 上述方式均不是针对移动宽带接入业务来设计的 , 因而在实 际的应用中存在着诸多问题 , 如：传输信号不稳定、抗干扰 能力差、速率低、网络安全性差等缺点。因而不能很好地满 足水面上移动信息点的接入需求。随着无

4、线接入技术的发 展，特别是基于 WiMAX无线宽带技术的发展， 使得移动宽带 应用成为可能，XX通信作为 WiMAX技术在中国的倡导者， 非常愿意为鄱阳湖流域系统的信息化建设贡献自己的一份 力量。1.2 项目计划目标采用基于 WiMAX技术（IEEE802.16e ）标准的网络基站 进行组网， 在鄱阳湖流域建成全线覆盖的无线宽带网络， 为 鄱阳湖流域及沿岸任意接入点 （移动） 提供宽带接入， 并提 供视频监控、 Internet/Intranet 接入、语音接入、水文信 心采集服务等。 为鄱阳湖流域系统信息化、 区域管理、 区域 执法、 水上船支只提供高速的、 移动的、 多业务的无线接入 服务

5、， 从而极大限度地将船岸间的通信网络融合在一起， 很好地解决船岸间多年的通信瓶颈问题，与此同时项目也可同 时满足岸上信息点的接入需求2解决方案2.1网络设计概完成网络覆盖后，可为鄱阳湖流域系统用户和社会用户 提供互联网接入、VOIP语音、视频监控、视频会议、水文 信息采集等服务。通过沿岸设置的WIMA）基站，实现对船只及其它信息点 业务（视频业务、数据业务、VOIP话音业务）的汇聚。再通过光纤或无线的方式上联至骨干传输网络，实现与现有各应用网络的连接。从而把岸上的宽带应用有效的扩展至鄱阳 湖流域水面上。2.1解决方案示意图2.1.1 针对鄱阳湖流域特点的技术实现方式根据鄱阳湖流域自身的特点，W

6、iMAX基站系统可以采用多扇区全向覆盖鄱阳湖湖面， 对于鄱阳湖流域支流采用背靠 背的定向天线实现狭长水面的覆盖， 这样能使信号能量最大 程度的集中在水面航道区域和岸边热点区域； 对于弯道区域 的应用可采用增加直放站的方式实现信号补充， 从而节约成 本并保证水面航道上话务量的均匀分布；对于多山的区域， 为了避免基站密度过大增加成本， 也可以采用直放站， 从而 有效地降低成本实现连续覆盖。2.1.2 行业应用的安全性考虑结合鄱阳湖流域管理系统（公安、水文、航运、旅游管 理等）对无线网络安全性的考虑，WiMAX可以提供高可靠高安全的信息传输通道。系统的安全性包括网络自身和用户终端的安全性、 以及 信

7、息传输的安全性。 网络和用户终端的安全性通过采用可信 赖的双向安全认证技术来得以实现， 包括无线接入点 （基站 设备） 对接入终端设备的认证， 以及接入终端设备对无线接 入点设备的双重认证过程，从而保证接入终端设备的合法 性，同时，避免假冒接入点设备对用户终端设备的欺骗等。 传输信息的安全性由在无线数据链路控制层中配置加密功 能模块来得以实现，采用对称密钥对用户的 IP 包进行加解密处理，解决无线传输条件下用户数据极易被截获、窜改和仿冒等主动攻击和被动攻击问题。2.2系统结构鄱阳湖无线宽带接入网系统拓扑示图如下图2.3-1所示：宽带尢蛛网中心平件M緡管理日*心图2.2-1鄱阳湖宽带无线接入网系

8、统拓扑示意图可以支持视频业务、数据业务、VOIP话音业务等，为用户提供高带宽，高可靠性的宽带接入服务。如下图所示:齐峙內fl图2.2-2无线宽带接入应用2.3应用系统2.3.1无线视频监控系统目前一般在水务视频监控网建设中，视频监控点位置比 较分散，其中还有移动的船载监控，也有分布在水面上的监 控点。采用传统的 CDMA和GPR蛰众网的方式，虽然可以避 免线路铺设，但传输设备昂贵，带宽不足，网络拥塞率高， 大规模推广成本较高。随着无线通信技术的发展，目前可采 用WiMAX宽带无线网络来实现，每个接入终端的上、下行总 带宽将可达3Mbps。在这样的带宽下，如果每路视频 384Kbps/s的情况下

9、可传输2路压缩视频，完全可以满足水 务视频监控的应用。因此可以预见视频监控系统正迅速从有 线到扩展到无线甚至移动，系统图如下：图231移动视频监控系统图232视频会议系统传统的会议方式主要依靠联系，不仅耽误时间，也耗费 了大量资源。而且对于一些突发时间只能采用传统的沟通而 不能即时的有组织的进行讨论。 这样，大大的损失了时间与 效率。更重要的是在鄱阳湖区域管理围，大多数工作人员分散在鄱阳湖流域水面上， 将他们同时召集在一起开会是根本 不可能的，但如果有了视频会议系统，无论是行政会议、总 结会议、决策会议都可以随时的安排。利用WiMAX勺无线宽带技术，在现有的网络中可以实现 终端用户之间的点对点

10、交流， 召开大规模的视频会议， 把视频、音频、文档、图片等信息分到到每个会议终端。这个会议终端有可能是大型的会议室也有可能是船上的会议终端。在以上的这种网络环境下视频会议系统都能提供清晰流畅的视频图像和无延时的语音。233 VOIP语音系统支持新一代的IP业务，它依托互联网与交互网络的互 联，具有：语音信箱、多方通话、呼叫转移等功能。本语音系统可运行在宽带网络覆盖的所有区域。在 WiMAX!盖区域，可以通过船 IP话机实现无漫游费的、廉 价的语音通信。图2.3.3语音系统组网2.3.4宽带无线数据接入系统为了满足船只及个人的数据接入需求。在鄱阳湖流域沿岸布设基站，覆盖区域的船只及个人用户，可通

11、过CPE接入 互联网。这种组网方案具有安装简单、 投资小、客户容量大、 支持多种业务、安全、便捷等特点。只要是在网络覆盖区域， 用户不必局限在固定的地点使用， 可将CPE随意搬移至需要 网络的地点。觀咱的耳竹理懈门图234宽带无线数据接入系统组网235水文信息采集系统在水文监测系统中，常常需要对众多的水位点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服 务器进行处理。由于监测点分散，分布围广，而且大多设置 在环境较恶劣的地区， 通过有线传送数据往往难以解决。通过WiMAX宽带无线接入网进行数据传输， 能为水文部门提供 优良的通信手段。水文监测设备可将采集到的水文数据和告 警信息通过

12、WiMAX网络及时发送到水文监测部门，实现对单 位或个人的及时管理， 同时可以实时监测水域情况。 可以大 大提高水文部门的工作效率。图235水文信息采集系统组网2.4技术分析作为被寄予厚望的宽带无线接入网解决方案，近两年，WiMAX （World Interoperability for Microwave Access全球微波接入互操作性）在技术、产品等诸多方面均取得了长足进步。其主要技术优势如下：每基站可实现20KM的覆盖（针对鄱阳湖流域区域）；支持直放站，实现无缝隙、低成本覆盖;单基站可以提供最大数十兆的带宽；解决移动服务大规模商用的传输速率和成本问题；解决 WLAN对终端移动性支持不足

13、和覆盖围小、抗干 扰能力差、安全性底等问题；支持用户在移动状态下无线宽带接入网络， 其理论移 动速度可达到 120Km/h；可代替蜂窝技术提供高速数据业务 , 支持增值服务；提供 QoS（ Quality of Service ，服务质量）的保障；近年来， WiMAX产业迅猛发展。作为 WiMAX产业的权 威机构之一， WiMAX论坛于2001年成立，论坛目前的成员 已达到 330 多个，包括英特尔、微软、摩托罗拉、中兴、华 为、北电、三星、阿尔卡特、西门子、富士通、诺基亚、英 国电信、 法国电信等。 这些成员涵盖了不同的运营商、 芯片 厂商和设备厂商，遍及产业链的每一环节。80216 标准是

14、为在各种传播环境（包括视距、近视距 和非视距） 中获得最优性能而设计的。 即使在链路状况最差 的情况下，也能提供可靠的服务。OFDM波形在2km 40km的通信距离上支持高频谱效率，在一个射频速率可高达 75Mbit s 的理论值，可以采用先进的网络拓扑（网状网）和天线技术(波束成形、STC天线分集)进一步加强覆盖。 这些先进技术也可用来提高频谱效率、 容量、 复用以及每射 频信道的平均与峰值吞吐量。此外，不是所有的OFDM都是相同的。为BWA设计的OFDM具有支持较长距离传输和处理 多径或反射的能力。TCP、IP 协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的 要求。无线宽带接入技术面对日益发展的

15、 IP 数据业务，必 须满足TCP IP协议对信道传输质量的要求。在WiMAX术的应用条件下(室外远距离) ，无线信道的衰落现象非常明 显， 在质量不稳定的无线信道上运用TCP、IP 协议， 其效率十分低。WiMAX技术在链路层加入了 ARC机制，减少到达网 络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时 WiMAX协议提供实现自适应天线阵(AAS、MIMC和空时编码(STC增强型天线技术的途径，以应对NLOS造成的深衰落。 这些措施都提高了 WiMAX的无线数据传输性能。WiMAX可以向用户提供具有 QoS性能的数据、视频、话 音(VoIP)业务。WiMAX可以提供三种等级的服务：CBR(

16、 ConstantBitRate )、 CIR ( CommittedRate )、 BE ( BestEffort )。 CBR 的优先级最高，任何情况下网络操作 者与服务提供商以高优先级、 高速率及低延时为用户提供服 务，保证用户订购的带宽。 CIR 的优先级次之，网络操作者 以约定的速率提供， 但速率超过规定的峰值时， 优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更大的传输带宽。BE的优先级更低，这种服务类似于传统 IP网络的尽力 而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。 在系统满足 其他用户较高优先级业务的条件下， 尽力为用户提供传输带基于IEEE 802.16e技术的移动 W

17、iMAX从 2005年起就得 到了前所未有的关注， 包括亚洲、欧洲和美洲一些主要运营 商都开始对移动 WiMAX产品进行测试。目前国三星电子已经 完成系统设备和终端产品的研发，2006年第二季度移动WiMAX各如期在国商用，至U 2008年完成全境覆盖。与3G技术的比较如下表所示:3GWiMAX标准3GPP 3GPP2 ITUIEEE 802.16E多址方式CDMA/FDDTDDOFDM/FDDTDD频带2GHz1.8GHz速率（移动）300Kbps30Mbps速率（静止）2Mbps70Mbps覆盖宏蜂窝（7KM）宏蜂窝（50KM）移动性静止、慢速移动静止、快速移动容量（每扇区）数十个以上数百

18、以上表2.1 (a) XX无线宽带WiMAX与3G比较与WLAN技术的比较如下表所示:无线局域网802.11WiMax 802.16e频点2.4,3.5,5.8 GHz,该频段属于工1.8G WiMax无线网拥有无委业自由辐射频段，一般不需要无授权的专用频段1.8GHz专委会批准，是属于自由频段，因用频段，可为用户架构无线此抗干扰能力差。专网，通信质量和性都可以得到充分保障。抗干扰能力由于抗干扰能力差，民用频率 所以误码率高，信号质量差。专用频段无干扰，链路质量高，误码率低。移动性静止或低速移动支持高速移动(120公里/小时)没有QOS保障机制，业务没有优在802.16标准中定义了 QoSQO

19、S先级区分，无法满足视频语音高机制，可以满足视频语音高QOS 务。QOSlk 务。安全性较差，主要依赖用户身份数据加密、密钥管理协议、安全性验证设备/用户认证、控制数据的保护等多种安全机制。终端接入数小于10个并发用户取大不少于200个并发用户可管理性管理性差，共享的接入方式管理管理机制完善，对用户的接入带宽、优先级有良好的管 理表2.1 (b) XX无线宽带WIMAX! WLAN匕较3实施方案在建设过程过程中， 首先是无线基站的规划和建设，然后是对终端设备的采购，最后是建立管理系统。无线基站规划和建设是个循环过程，应通过不断的“规划一建设一优化一再规划建设”过程，使网络不断完善。终端设备的采

20、购可根据实际用户需求，定制适用终端。管理系统主要包括基本网管系统和用户应用管理系统。此次建设可以在建设初期建设基本网管系统，满足用户基本业务需求。对于应用管理系统，可以后逐步实现。3.1基站安装原则3.1.1站址选择原则基站选址关系到无线网络效果、全网通信质量以及建设成本，因此在基站设置时应遵循以下原则:1) 充分考虑数据业务需求， 在数据业务高密度区应保证 WiMAX系统基站覆盖的连续性；2) 充分考虑基站的有效覆盖围使系统满足覆盖目标的 要求；3) 充分利用其他通信资源；4) 应考虑其他系统干扰因素，保证必要的空间隔离；5) 基站站址宜选在交通便利、供电可靠的地方；6) 不宜选择在易燃、易

21、爆建筑物场所附近；7) 不宜选择在生产过程中散发有害气体、 多烟雾、 粉尘、 有害物质的工业企业附近。3.1.2 分期建设原则按照规划要求，工程建设分两个阶段，分期建设重点和分期原则如下：1) 第一阶段采取点覆盖原则，针对业务热点进行覆盖2) 第二阶段采取面覆盖， 首先，补充特殊应用的点覆盖， 进行网络优化和扩容。 最终实现对鄱阳湖流域的无缝 覆盖。这样可以使用户敏感地区在网络建设初期达到较好覆 盖，满足大部分业务需求， 边投产边建设， 工程建设压力小、 周期适中，网络良性发展。3.2 网络安全体系制定XX无线宽带系统网络安全体系的结构和实施方案。采用接入点设备与终端设备双向鉴权处理， 利用对

22、称密 码技术在无线链路层对数据进行加密处理。 在系统上预留数 据加密端口， 可接入用户定制的密码机设备， 方案对端口的 数据格式、同步方式等进行严格的定义。XX无线宽带系统网络安全体系采用接入点设备与终端 设备双向鉴权处理， 利用对称密码技术在无线链路层对数据 进行加密处理。 在系统上预留数据加密端口， 可接入用户定 制的密码机设备， 方案对端口的数据格式、 同步方式等进行 严格的定义。WiMA无线宽带系统对于网络架构安全与需求做了详细的规：（1）该安全架构应该支持 IEEE 802.16e 中定义的移动台 客户端和WiMAX网络之间的双向设备鉴权。（2）该安全架构应该支持数据的完整性、重发保

23、护、性 以及在全球出口规定许可下使用的最大密钥长度。（3）该安全架构应该提供移动客户端发起 / 终止的安全机 制例如 VPN.（4）该安全架构应该在用户和 NSF之间使用可靠的IP地址 管理。（ 5）任何多播或者广播的信息仅仅发送给明确请求的用 户和已经鉴权的服务（6）MS应该支持所有必须支持的鉴权类型，例如 EAP-TTLS,EAP-SIM and EAP-AKA.为了解决802.16中原有安全机制存在的一些问题，主要作了以下改进：（1）引进了基于EAP协议的认证机制。这样就解决了单 向认证和认证机制缺乏扩展性的问题。（2）引进了 AES-CCM数据加密协议。 AES- CCM是基于 AES

24、的CCM模式，该模式结合了 Counter （计数器，CTR模 式用于数据和 CBC-MACC Cipher Block Chaining Message Authentication Code ）模式用于数据完整性鉴权。这样就 解决了 D3版本中安全机制缺乏抗重放保护和加密算法本 身不安全的问题。3.3网络管理系统系统网络管理分系统采用了目前国际上最先进的DIAMETER Diameter系列协议是新一代的 AAA技术，由于 其强大的可扩展性和安全保证，正在得到越来越多的关注。在ITU，3GPP和3GPP2等国际标准组织中，都已经正式将DIAM-ETER协议作为 NGN WCDM和 cdma2000等未来通信网 络的首选AAA协议。Diameter的设计目的是创建一个能够 充分满足目前乃至今后IP网络（包括NGh以及3G等等）用户 访问控制要求的 AAA协议。Diameter 协议有很多非常好的特性，使其在实际网络中 应用时，相对于以前的AAA协议具有很大的优势。(1)为了保证新一代的 AAA协议能够很长一段时期都能 够