WiMax寬帶無線城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 WiMaxWiMax 寬帶無線城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)寬帶無線城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要摘要 隨著社會(huì)信息化的快速發(fā)展 通信網(wǎng)絡(luò)的寬帶化成為一個(gè)必然的趨勢 而傳統(tǒng) 的接入網(wǎng)技術(shù)已成為新一代寬帶通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的瓶頸 在眾多接入技術(shù)中 無線寬帶接入技 術(shù)以其特有的優(yōu)勢成為近年來通信技術(shù)市場的最大亮點(diǎn) WIMAX 作為一項(xiàng)前沿的基于 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn)的無線城域網(wǎng) WMAN 寬帶接入技術(shù) 是高速連接 最后一公里 或 最初 一公里 的廉價(jià)方法 是業(yè)界引領(lǐng)者成功合作的結(jié)果 它以其優(yōu)異的性能和廣闊的市場前景 而倍受關(guān)注 同時(shí) WIMAX 本身就是一個(gè)潛力無限的市場 未來十年內(nèi) 全球各地對 WIMAX 設(shè)備的需求量極其驚人 它將創(chuàng)造一個(gè)更龐大 無處不在的寬帶信息網(wǎng)絡(luò) 并且更加有力的 促進(jìn)信息經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 IEEE802 16 WIMAX 無線城域網(wǎng) 信息網(wǎng)絡(luò) Abstract Abstract Along with the social informationization fast development the correspondence network wide band turns into is an inevitable tendency but the traditional access network technology has become the new generation of wideband communication network construction the bottleneck In the multitudinous turning on technology the wireless broadband access technology became the recent years communication market by its unique superiority the biggest luminescent spot WIMAX took an item of front based on IEEE802 16 the standard wireless metropolitan area network WMAN broadband access technology is the high speed connection the last kilometer or the initial kilometer the inexpensive method is the field eagerly anticipating success cooperation result but it time is paid attention to by its outstanding performanceand the broad market prospect At the same time WIMAX itself is a potential infinite market future in ten years global each place extremely will be astonishing to the WIMAX equipment demand It will create the wide band information network which huger is ubiquitous and more powerful promotion information economy development KeyKey word word IEEE802 16 WIMAX wireless metropolitan area network information network 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁 目錄目錄 1 前言前言 1 2 WIMAX 技術(shù)簡介技術(shù)簡介 2 2 1 WIMAX 系統(tǒng)架構(gòu) 2 2 1 1 WIMAX 的頻帶使用 2 2 1 2 WIMAX 的參考模型 2 2 1 3 WIMAXA 支持的兩種拓樸結(jié)構(gòu) 3 2 2 WIMAX 的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢 3 3 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 5 3 1 需求特點(diǎn)描述 5 3 2 設(shè)計(jì)原則 5 3 3 無線城域網(wǎng)系統(tǒng)組成 6 4 4 無線寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)無線寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì) 8 4 1 拓樸結(jié)構(gòu) 8 4 2 分層設(shè)計(jì) 9 4 2 1 核心層的設(shè)計(jì) 9 4 2 2 匯聚層的設(shè)計(jì) 10 4 2 3 接入層的設(shè)計(jì) 10 5 5 IPIP 地址的規(guī)劃地址的規(guī)劃 11 5 1 IP 地址介紹 11 5 2 IP 地址分配原則 12 5 3 IP 地址分配 12 6 6 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 14 7 7 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 15 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 1 前言前言 隨著生產(chǎn) 生活水平的不斷提高 人類對網(wǎng)絡(luò)通信的需求也在不斷提高 在計(jì)算機(jī)技術(shù) 和無線通信技術(shù)的訊猛發(fā)展下 各種無線網(wǎng)絡(luò)就應(yīng)運(yùn)而生了 早在 WIMAX 無線城域網(wǎng)技術(shù)之 前 無線局域網(wǎng) WLAN 技術(shù)就已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中大量使用并獲得了極大了成功 但是無線局域網(wǎng) 的覆蓋范圍只能達(dá)到幾十米到上百米 因此人們迫切要求一種能夠達(dá)到更遠(yuǎn)傳輸距離的無線 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 這促使了 WIMAX 技術(shù)的誕生 WIMAX 技術(shù)又被稱 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn) 它定義了無 線城域網(wǎng)的空中接口規(guī)范 許多家用及商用客戶都在 DSL 服務(wù)范圍之外或不能得到寬帶有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持 因此 他們無法接入網(wǎng)絡(luò) 還有一些地區(qū)因?yàn)椴季€的代價(jià)太大或不方便布線而享受不到寬帶帶來的 好處 但依靠 WIMAX 無線寬帶技術(shù) 這些問題都可以得到解決 因?yàn)槠錈o線 遠(yuǎn)距離特性 所以它的布署速度更快 擴(kuò)展能力更強(qiáng) 靈活性更高 能夠?yàn)槟切o法享受到或不滿意其有 線寬帶接入的客戶提供服務(wù) 隨著更多的 WIMAX 無線基站的建立及 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的 生產(chǎn)使用 人們的通信速度和質(zhì)量將會(huì)得到極大的提高 在線路資源嚴(yán)重不足的情況下 使 用少量的資金投入 快速獲得一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)用戶覆蓋 通過對無線傳輸設(shè)備和無線接入設(shè) 備進(jìn)行組合應(yīng)用 完全可以為運(yùn)營商提供一個(gè)全部由無線設(shè)備組成的一級寬帶骨干傳輸與接 入 二級無線城域網(wǎng)覆蓋的方案 利用 WIMAX 技術(shù)設(shè)計(jì)寬帶城域網(wǎng) 必須構(gòu)建在國內(nèi)現(xiàn)有和已建設(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上 應(yīng)該基于全 IP 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 充分利用 IP 交換路由及其他的 IP 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn) 由于 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的 WIMAX 測試規(guī)范主要是針對無線空中接口技術(shù) 因此對 WIMAX 無 線城域網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)和方案選擇比較自由 但是一般包括 WIMAX 終端 WIMAX 無線接入網(wǎng)和 WIMAX 核心網(wǎng)三部分 在寬帶無線接入技術(shù)方面 WIMAX 屬于新生一代 它潛在的優(yōu)越性能和應(yīng)用前景令人們 不得不刮目相看 相比以前的無線局域網(wǎng)技術(shù) WIMAX 在用戶和基站之間允許非視距的寬帶 連接 一個(gè)基站可支持?jǐn)?shù)百上千個(gè)用戶 在可靠性和 QoS 方面提供電信級的性能 并且保持 了對 Wi Fi 技術(shù)的補(bǔ)足功能 總之 WIMAX 技術(shù)充分考慮了為全世界通信公司和服務(wù)提供商設(shè)計(jì)一個(gè)可擴(kuò)展 長距離 大容量 最后一公里 無線通信系統(tǒng)的需要 可支持一整套服務(wù) 從而使服務(wù)商能夠在降低 成本和投資風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高系統(tǒng)性能和可靠性 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 2 WIMAX 技術(shù)簡介技術(shù)簡介 WIMAX world interoperability for Microwave Access 全稱為全球微波接入互操作性 是基于 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn)的無線城域網(wǎng)技術(shù) WIMAX 組織從 2001 年開始制定標(biāo)準(zhǔn) 并對芯片 設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證 規(guī)模經(jīng)濟(jì)使成本下降成為可能 而 WIMAX 的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之?dāng)U大 2 12 1 WIMAXWIMAX 系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu) WIMAX 的系統(tǒng)架構(gòu)包括 WIMAX 的頻帶使用 WIMAX 的參考模型 WIMAX 支持的兩種拓樸 結(jié)構(gòu)等 2 1 1 WIMAX 的頻帶使用的頻帶使用 WIMAX 網(wǎng)絡(luò)可以使用的頻帶包括 3 部分 具備許可證的 10 66GHz 11GHz 以下頻段以 及免牌照的 11G 以下頻段 主要是 5 6GHz WIMAX 系統(tǒng)共定義了 5 種物理層 每一種都有各自適應(yīng)的工作頻段 如下表所示 表 2 1 頻帶使用及對應(yīng)的調(diào)制技術(shù) 工作頻段調(diào)制技術(shù) 10 66GHzWirelessMAN SC 2 11GHz 授權(quán)頻率WirelessMAN SCa 2 11GHz 授權(quán)頻率WirelessMAN OFDM 2 11GHz 授權(quán)頻率WirelessMAN OFDMA 2 11GHz 非授權(quán)頻率WirelessHUMAN 其中 SC 適用于 10 66GHz 的整個(gè)頻段 而 SCa OFDM 和 OFDMA 則是針對 2 11GHz 的 授權(quán)頻段定義的 HUMAN 主要用于 2 11GHz 非授權(quán)頻段 另外 廠商出于性能以及技術(shù)發(fā) 展趨勢的考慮 在實(shí)現(xiàn)過程中也會(huì)有所偏好 就目前而言 業(yè)內(nèi)都偏向于后兩種物理層 即 OFDM 和 OFDMA 2 1 2 WIMAX 的參考模型的參考模型 WIMAX 的參考模型包括兩個(gè)平面 數(shù)據(jù) 控制平面與管理平面 見圖 2 1 系統(tǒng)在數(shù)據(jù) 控制平面實(shí)現(xiàn)的功能主要是保證數(shù)據(jù)的正確傳輸 因此 數(shù)據(jù) 控制平面在定義傳輸功能之 外 還需要定義一些控制機(jī)制來保障傳輸?shù)捻樌M(jìn)行 而管理平面中定義的管理實(shí)體 分別 與數(shù)據(jù) 控制平面的功能實(shí)體相對應(yīng) 通過與數(shù)據(jù) 控制平面中實(shí)體的交互 管理實(shí)體可以協(xié) 助外部的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)完成有關(guān)的管理功能 WIMAX 標(biāo)準(zhǔn)為無線空中接口分別定義了媒體接入控制 MAC 層和物理層 其中 MAC 層又 可能性以劃分為 3 個(gè)子層 它們分別是 面向業(yè)務(wù)的會(huì)聚子層 公共部分子層和安全子層 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 面向業(yè)務(wù)的會(huì)聚子層通過業(yè)務(wù)會(huì)聚服務(wù)訪問點(diǎn)向上面貌一新的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提供服務(wù) 而公 共部分子層則通過 MAC 服務(wù)訪問點(diǎn)為面向業(yè)務(wù)的會(huì)聚子層提供服務(wù) 注意到 公共部分和安 全子層之間不存在服務(wù)訪問點(diǎn) 因?yàn)榘踩訉又皇墙柚惶淄暾募用芩惴ò鼇韺π枰l(fā)送 的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作 并不存在提供某種服務(wù)的概念 PHY 管理平面數(shù)據(jù) 控制平面 管理實(shí)體 面向業(yè)務(wù)的會(huì)聚子 層 管理實(shí)體 MAC 公共部分子層 管理實(shí)體 物理層 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) PHY SAP 面向業(yè)務(wù)的 會(huì)聚子層 CS SAP MAC 公共部分 子層 MAC SAP 安全子層 物理層 安全子層 MAC 圖 2 1 WIMAX 參考模型 2 1 3 WIMAXA 支持的兩種拓樸結(jié)構(gòu)支持的兩種拓樸結(jié)構(gòu) WIMAX 支持兩種拓樸結(jié)構(gòu) 一種是雙向的點(diǎn)對多點(diǎn) PMP 另一種是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) Mesh PMP 和 Mesh 都是共享無線信道的網(wǎng)絡(luò) 需要有效的媒體接入機(jī)制 尤其是 WIMAX 系統(tǒng)承諾 了對 QoS 的支持 另外 WIMAX 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 Mesh 模式是可選的 2 22 2 WIMAXWIMAX 的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢 無線城域網(wǎng)的推出是為了滿足日益增長的寬帶無線接入 BWA 市場的需求 符合 IEEE802 16 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以在 最后一公里 寬帶接入領(lǐng)域替代 Cable Modem DSL 和 T1 E1 也可以為 IEEE802 11 提供熱點(diǎn)回傳 新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了一個(gè)支持諸如語音和視像等低時(shí) 延應(yīng)有的協(xié)議 在用端和基站 BTS 之間允許非視距的寬帶連接 一個(gè)基站可以支持?jǐn)?shù)百上 千個(gè)用戶 在可靠性和 QoS 方面提供電信級的性能 IEEE 組織在完成 IEEE802 16d 標(biāo)準(zhǔn)制定后 其工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向 IEEE802 16e IEEE802 16 e 的目的是在終端固定的情況下增加終端有限的移動(dòng)能力 它并不找算與 3G 等具備真正移 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 動(dòng)性能的系統(tǒng)競爭 相比之下 WIMAX 技術(shù)具有許多優(yōu)勢 如下 1 開銷及投資風(fēng)險(xiǎn)較小 設(shè)備的互用性使運(yùn)營商能從多個(gè)設(shè)備制造商處購 WIMAX Certified 設(shè)備 穩(wěn)定的基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)將激發(fā)各層 網(wǎng)絡(luò)管理 天線等技術(shù)的創(chuàng) 新 從而改善運(yùn)營費(fèi)用等問題 2 長距離下的高容量 WIMAX 中采用 Mesh Beam forming MIMO 等先進(jìn)的技術(shù)改善非 視距性能 出眾的系統(tǒng)增益提供更強(qiáng)的遠(yuǎn)距離穿透阻擋物能力 WIMAX 基站可以提 供最高每扇區(qū) 75Mbit s 的吞吐量 可以同時(shí)為超過 60 個(gè) T1 級別的商業(yè)用戶和上百 個(gè) DSL 數(shù)據(jù)速率的家庭用戶提供接入服務(wù) 每個(gè)基站覆蓋范圍最大可達(dá) 50km 典 型的基站覆蓋為 6 10km 3 系統(tǒng)容量的可升級性 新增扇區(qū)簡易 靈活的信道規(guī)劃使容量達(dá)到最大化 并且允 許運(yùn)營商根據(jù)用戶的發(fā)展來逐漸升級擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò) 靈活的信道帶寬規(guī)劃適應(yīng)于多種頻 率分配情況 4 有效的服務(wù)質(zhì)量控制 5 提供無線形式的 最后一公里 寬帶接入 同時(shí)保持了對 Wi Fi 技術(shù)的補(bǔ)足功能 業(yè)務(wù)提供商可用 IEEE802 16 設(shè)備 提供 T1 E1 速率的網(wǎng)絡(luò)連接至 Wi Fi 的接入點(diǎn) 在今天 如果業(yè)務(wù)無法延伸到用戶端 業(yè)務(wù)提供商則需要花三個(gè)月或更長的時(shí)間來 提供一條 T1 E1 線路給商業(yè)用戶 但有了寬帶無線接入技術(shù) 業(yè)務(wù)提供商可以只花 費(fèi)前一種方案需動(dòng)用的部分資金 在數(shù)以天計(jì)的短時(shí)間內(nèi)提供相同的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù) 3 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 城域網(wǎng)是各地市的寬帶 窄帶等業(yè)務(wù)的承載平臺(tái) 所有 IP 業(yè)務(wù)都將在城域網(wǎng)內(nèi)接入開 展 所以構(gòu)建一個(gè)合適的城域網(wǎng)是未來幾年網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃的重中之重 無線寬帶城域網(wǎng)絡(luò)是 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 一種高速的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程 其建設(shè)應(yīng)該做一個(gè)綜合的整體規(guī)劃 在無線寬帶城域網(wǎng)具體規(guī) 劃時(shí) 應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 路由協(xié)議及路由策略 IP 地址劃分 業(yè)務(wù)管理等內(nèi)容 3 13 1 需求特點(diǎn)描述需求特點(diǎn)描述 無線城域網(wǎng)的推出是為了滿足日益增長的寬帶無線接入 BWA 市場的需求 雖然多年來 IEEE802 11x 技術(shù)一直與許多其他專有技術(shù)一起被用于 BWA 并獲得很大成功 但是 WLAN 的 總體設(shè)計(jì)及其提供的特點(diǎn)并不能很好地適應(yīng)于室外 BWA 應(yīng)用 當(dāng)其用在室外時(shí) 在帶寬和用 戶數(shù)方面將受到限制 同時(shí)還存在著通信距離等其他一些問題 基于上述情況 我們決定采 用 WIMAX 技術(shù)來對無線城域網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 這個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能解決物理層環(huán)境 室外射頻傳輸 和 QoS 兩方面的問題 可以滿足 BWA 和 最后一公里 接入市場需要 3 23 2 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 構(gòu)建無線城域網(wǎng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程 從建網(wǎng)理念上需要考慮下列問題 由于數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)近幾年的蓬勃發(fā)展 以及未來的良好走勢 大容量的寬帶綜合傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)成為必然 趨勢 同時(shí)考慮各地區(qū)的實(shí)際情況 把目前市 縣的傳輸網(wǎng)建成能夠承載大容量電信級 50ms 保護(hù)寬帶數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)和傳送高質(zhì)量的語音 實(shí)時(shí)視頻等多業(yè)務(wù)綜合平臺(tái) 具體設(shè)計(jì)原則如下 1 明確網(wǎng)絡(luò)需求 網(wǎng)絡(luò)需求是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的首要原則 也是最要的原則 需求是明確地表達(dá)構(gòu)建和設(shè) 計(jì)的依據(jù) 若在設(shè)計(jì)之前還不能明確需求 那么整個(gè)設(shè)計(jì)將有可能違背預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo) 需求包括 業(yè)務(wù)需求 規(guī)范問題 提供的服務(wù) 服務(wù)級別 顧客基礎(chǔ) 技術(shù)需求 管理需求 及附加信息等 2 大容量原則 提供 10G 和 2 5G 高帶寬的傳輸容量 并且提供集成式的帶寬升級能力 可以滿中至少 兩年以上的語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求 3 分層劃域原則 無線城域網(wǎng)系統(tǒng)可分為核心層 匯聚層和接入層三個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 可分別完成對各個(gè) 層次網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)進(jìn)而完成對整個(gè)無線城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 擴(kuò)展性原則 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中充分考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通用性 所有的設(shè)備可以被其他系統(tǒng)重用 有利于將 來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整 便于以后網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展 以及容量的擴(kuò)容 使調(diào)整工作量最小 設(shè)備的重 利用率達(dá)到最高 5 標(biāo)準(zhǔn)化原則 WIMAX 是屬于新生技術(shù) 有 IEEE802 16 工作組為它制定了一系列標(biāo)準(zhǔn) 在使用 WIMAX 對無線城域網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) 必須符合國際和國內(nèi)的最新相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 以確保所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)對其 他網(wǎng)絡(luò)的兼容性和先進(jìn)性 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 6 多業(yè)務(wù)功能原則 WIMAX 無線城域網(wǎng)應(yīng)能提供多種業(yè)務(wù)功能 包括 SDH 網(wǎng)絡(luò)功能 Ethernet 處理和傳送 功能 ATM 網(wǎng)絡(luò)與接入功能 XRE 以太網(wǎng)延伸功能 RPR 功能 綜合接入功能 支持移動(dòng) SS 功能 3 33 3 無線城域網(wǎng)系統(tǒng)組成無線城域網(wǎng)系統(tǒng)組成 無線城域網(wǎng)系統(tǒng) 簡單的說是由基站 BS 和服務(wù)站 SS 兩部分組成 但按網(wǎng)絡(luò)層次又可 從上而下分為核心層 匯聚層和接入層三個(gè)層次 如下圖 圖 3 1 無線城域網(wǎng)分層結(jié)構(gòu) 如上所示 核心層的作用是把多個(gè)邊緣匯聚層連接起來 為匯聚層網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)的高速 轉(zhuǎn)發(fā) 同時(shí)實(shí)現(xiàn) CHINANET 骨干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 提供城市的高速 IP 數(shù)據(jù)出口 核心層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)在于可靠性 可擴(kuò)展性和開放性 匯聚層的作用是完成本地業(yè)務(wù)和區(qū)域匯接 進(jìn)行寬帶和業(yè)務(wù)匯聚 收斂及分發(fā) 并進(jìn)行 用戶管理 因?yàn)橐獙I(yè)務(wù)進(jìn)行管理 故在匯聚層上增加了一層次結(jié)構(gòu) 即業(yè)務(wù)層 接入層通過各種接入技術(shù)和線路資源實(shí)現(xiàn)對用戶的覆蓋 并提供多業(yè)務(wù)的用戶接入 必 要時(shí)配合完成用戶流量控制功能 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 4 4 無線寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)無線寬帶城域網(wǎng)的設(shè)計(jì) 在無線寬帶城域網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 我們采用先進(jìn)的 WIMAX 技術(shù)實(shí)現(xiàn)能夠開展多種業(yè) 務(wù) 可發(fā)展 價(jià)格性能比最高的網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)實(shí)際特性 我們將整個(gè)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)劃分為接入 網(wǎng)絡(luò) 城域網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分 接入網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)收斂用戶的業(yè)務(wù) 通常覆蓋范圍較 小 典型的接入網(wǎng)絡(luò)如目前各城市新建居民小區(qū)內(nèi)的服務(wù)網(wǎng)絡(luò) 城域網(wǎng)負(fù)責(zé)連接各接入網(wǎng) 是整個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的主干 疏導(dǎo)各接入網(wǎng)匯聚的業(yè)務(wù)流 骨干網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)連接各城域網(wǎng) 覆蓋范 圍通常較大 大容量的光傳輸是骨干網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)件 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 4 14 1 拓樸結(jié)構(gòu)拓樸結(jié)構(gòu) WIMAX 系統(tǒng)中一共定義了兩種網(wǎng)絡(luò)拓樸 PMP 網(wǎng)絡(luò)和 Mesh 網(wǎng)絡(luò) 相比較而言 PMP 網(wǎng)絡(luò) 拓樸更接近于目前可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)際系統(tǒng)的情形 在 PMP 網(wǎng)絡(luò)中 一個(gè) BS 可以同時(shí)與多個(gè)獨(dú) 立的 SS 進(jìn)行交互 在一個(gè)給定的頻率或者天線扇區(qū)內(nèi) 所有的 SS 都能夠接收到來自 BS 的 相同的數(shù)據(jù)包 具體網(wǎng)絡(luò)拓樸圖如下 圖 4 1 無線城域網(wǎng)拓樸 4 24 2 分層設(shè)計(jì)分層設(shè)計(jì) 我們把整個(gè)無線城域網(wǎng)分為三個(gè)層次來進(jìn)行設(shè)計(jì) 這樣的結(jié)構(gòu)可以增加網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展 性 安全性 可以隔除故障 增加寬帶城域網(wǎng)的穩(wěn)定性 而且也有利于對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理 4 2 14 2 1 核心層的設(shè)計(jì)核心層的設(shè)計(jì) 核心層的作用是把多個(gè)邊緣匯聚層連接起來 為匯聚層網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā) 同時(shí) 實(shí)現(xiàn) CHINANET 骨干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 提供城市的高速 IP 數(shù)據(jù)出口 核心層采用一臺(tái)大容量和高速轉(zhuǎn)發(fā)的無線路由器 NE80 一臺(tái)無線路由交換機(jī) S8016 和 7 臺(tái)無線路由器 NE40 另外還有一臺(tái)寬帶接入服務(wù)器組成 它們一起組成無線城域網(wǎng)的骨干 網(wǎng)絡(luò) 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 NE80 具有強(qiáng)大的路由能力 適合于作為城域網(wǎng)核心設(shè)備和城域網(wǎng)出口 NE80 還可以作 為 P 設(shè)備 配合開展城域網(wǎng)內(nèi)的 MPLS VPN 業(yè)務(wù) NE80 無線路由器可實(shí)現(xiàn)所有接口 包括 2 5Gbit s 的 IP MPLS 線速轉(zhuǎn)發(fā) 從而滿足其用骨干網(wǎng)交換節(jié)點(diǎn)時(shí)的帶寬要求 NE80 提供 快速以太網(wǎng)接口 千兆以太網(wǎng)接口 GBIC 接口 POS 接口 cPOS 接口 ATM 接口 RPR 接口 有較高的接口密度 可根據(jù)用戶需求靈活選擇 滿足不同組網(wǎng)和擴(kuò)容需求 它除了具有高速 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能力外 還具有豐富的業(yè)務(wù)能力以及高可靠性 安全性 兼容性等特性 核心交換機(jī) S8016 是多業(yè)務(wù)千兆路由交換機(jī) 作為 IP 城域網(wǎng)的匯聚中心設(shè)備 S8016 基于硬件的二到三層線速轉(zhuǎn)發(fā) 二到七層交換特性 滿足城域網(wǎng)要求端口密度高 交換背板 帶寬高等 提供完備的 Diff Serv QoS 保證和業(yè)務(wù)流量控制機(jī)制 S8016 上可以連接計(jì)費(fèi)系統(tǒng)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器以及其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 計(jì)費(fèi)采用華 為 CAMS 綜合訪問管理服務(wù)器 可以配合設(shè)備組網(wǎng) 提供全網(wǎng)解決方案 CAMS 作為網(wǎng)絡(luò)中的 業(yè)務(wù)管理核心 支持與無線路由器 無線以太網(wǎng)交換機(jī) VOIP 網(wǎng)關(guān)和接入服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn) 品共同組網(wǎng) 完成終端用戶的認(rèn)證 授權(quán) 計(jì)費(fèi)和權(quán)限管理 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可管理 可運(yùn)營 保證網(wǎng)絡(luò)和用戶信息安全 CAMS 支持多設(shè)備 多協(xié)議 多業(yè)務(wù) 集中計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)庫 分布式 管理 對整個(gè)無線寬帶城域網(wǎng)進(jìn)行有效的管理 選用的是華為公司的網(wǎng)絡(luò)管理軟件 Quidview Quidview 是華為公司針對數(shù)據(jù)通信設(shè)備如路由器 交換機(jī)等進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)的網(wǎng)管產(chǎn) 品 它位于網(wǎng)絡(luò)解決方案的管理層次 能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)元管理和網(wǎng)絡(luò)管理的功能 它的主要有網(wǎng) 絡(luò)拓樸自動(dòng)發(fā)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)視 集群管理 堆疊管理 流量性能監(jiān)控 故障定位與地址反 查 可與通用網(wǎng)管平臺(tái)集成 它與華為公司的數(shù)據(jù)通信設(shè)備產(chǎn)品一起提供全網(wǎng)解決方案 對 數(shù)據(jù)通信設(shè)備的維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理提供支持 并提供對電信網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng) OSS 的支撐和接口 4 2 24 2 2 匯聚層的設(shè)計(jì)匯聚層的設(shè)計(jì) 匯聚層的作用是完成本地業(yè)務(wù)和區(qū)域匯接 進(jìn)行寬帶和業(yè)務(wù)匯聚 收斂及分發(fā) 并進(jìn)行 用戶管理 匯聚層采用高性能的無線智能交換機(jī) S3000 作為接入層的匯聚點(diǎn) S3000 向上連接到無 線路由交換機(jī) S3026 可在 S3026 上劃分不同的 VLAN 對接入層的不同用戶和不同業(yè)務(wù)進(jìn)行 隔離 然后把數(shù)據(jù)安全的傳送到路由器上 在路由器上進(jìn)行 MPLS VPN 的標(biāo)簽交換 這樣就 形成了不同業(yè)務(wù)的虛擬專網(wǎng) S3026 使用專用的 ASIC 芯片實(shí)現(xiàn)線速的 L2 層交換 系統(tǒng)交換容量 12 8G 包轉(zhuǎn)發(fā)能力 6 55Mbps 增強(qiáng)了 QoS 和 ACL 方面的功能 突出了以太網(wǎng)交換的智能性 支持 L2 L7 層的 流分類 在流分類的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行 ACL 和 QoS 方面的多種操作 配置靈活 可通過 Telnet SNMP Web 和本地管理等多種方式提供豐富的管理手段 它具有多種千兆模塊 支 持堆疊 升級方便 另外 也可利用 S3500 無線智能路由交換機(jī)來做為匯聚層的第二層交換機(jī) 充分滿足無 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 線城域網(wǎng)數(shù)據(jù) 語音 視頻網(wǎng)絡(luò)在走向三網(wǎng)合一過程中對高 QoS 的保證 它也支持 L2 L7 層的流分類 在流分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行 ACL 和 QoS 方面的多種操作 提供完善的安全策略 防 病毒機(jī)制 路由協(xié)議 VLAN 控制 流量交換 帶寬限制 QoS 保證的機(jī)制及特有的二層 VLAN VPN 完備的業(yè)務(wù)控制和用戶管理能力 可以為用戶劃分不同的子網(wǎng) 減少廣播沖突 增加網(wǎng)絡(luò)安全 針對以太網(wǎng)技術(shù)固有的用戶管理能力弱 業(yè)務(wù)控制能力差 網(wǎng)絡(luò)安全無法保障等弱點(diǎn) 對于需要嚴(yán)管理的用戶可以采用一臺(tái) 5200F 寬帶智能接入服務(wù)器 完成對寬帶訪問用戶的管 理控制 計(jì)費(fèi) 安全控制 業(yè)務(wù)提供等功能 滿足無線城域網(wǎng)運(yùn)營級用戶管理和高安全性的 要求 5200F 寬帶智能接入服務(wù)器基于第五代路由體系架構(gòu) 采用高性能網(wǎng)絡(luò)處理器和大規(guī) 模 ASIC 芯片 兼有強(qiáng)大的轉(zhuǎn)發(fā)性能和靈活的業(yè)務(wù)處理能力 4 2 3 接入層的設(shè)計(jì)接入層的設(shè)計(jì) 接入層可采用 S2000 系列的無線交換機(jī) 提供用戶的接入 S2000 實(shí)現(xiàn)用戶的嚴(yán)格隔離 可有效的保證網(wǎng)絡(luò)的安全性 保密性 它使用專用的 ASIC 芯片實(shí)現(xiàn)線速的 L2 層交換 并提 供豐富的管理手段 Telnet SNMP 集群和本地管理等多種方式對交換系統(tǒng)進(jìn)行配置 管理 接入層用戶可以是個(gè)人用戶 也可以是一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò) 5 5 ipip 地址的規(guī)劃地址的規(guī)劃 IP 地址規(guī)劃的好壞 影響到網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議算法的效率 影響到網(wǎng)絡(luò)的性能 影響到網(wǎng) 絡(luò)的擴(kuò)展 影響到網(wǎng)絡(luò)的管理 也必將直接影響到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展 因此 做好 IP 地址的規(guī)劃工作是無線寬帶城域網(wǎng)設(shè)計(jì)的重中之重 5 15 1 IPIP 地址介紹地址介紹 IP 地址用于在網(wǎng)絡(luò)上標(biāo)識唯一一臺(tái)機(jī)器 根據(jù) RFC791 的定義 IP 地址由 32 位二進(jìn)制 數(shù)組成 四個(gè)字節(jié) 表示為用圓點(diǎn)分成每組 3 位的 12 位十進(jìn)制數(shù)字 xxx xxx xxx xxx 每 個(gè) 3 位數(shù)代表 8 位二進(jìn)制數(shù) 由于 1 個(gè)字節(jié)所能表示的最大數(shù)為 255 因此 IP 地址中每個(gè) 字節(jié)可含有 0 255 之間的值 但 0 和 255 有特殊含義 255 代表廣播地址 0 用于指定網(wǎng)絡(luò) 地址號 若 0 在地址末端 或結(jié)點(diǎn)地址 若 0 在地址開始 例如 192 168 32 0 指網(wǎng)絡(luò) 192 168 32 0 而 0 0 0 62 指網(wǎng)絡(luò)上結(jié)點(diǎn)地址為 62 的計(jì)算機(jī) 根據(jù) IP 地址中表示網(wǎng)絡(luò)地址字節(jié)數(shù)的不同將 IP 地址劃分為三類 A 類 B 類 C 類 A 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 類用于超大型網(wǎng)絡(luò) 百萬結(jié)點(diǎn) B 類用于中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò) 上千結(jié)點(diǎn) C 類用于小網(wǎng)絡(luò) 最多 254 個(gè)結(jié)點(diǎn) A 類地址用第一個(gè)字節(jié)代表網(wǎng)絡(luò)地址 后三個(gè)字代表結(jié)點(diǎn)地址 B 類用前兩個(gè) 字節(jié)代表網(wǎng)絡(luò)地址 后兩個(gè)字節(jié)代表結(jié)點(diǎn)地址 C 類地址用前三個(gè)字節(jié)代表網(wǎng)絡(luò)地址 后一 個(gè)字節(jié)代表結(jié)點(diǎn)地址 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù) IP 地址的第一個(gè)字節(jié)來確定網(wǎng)絡(luò)類型 A 類網(wǎng)絡(luò)第一個(gè)字節(jié)的第一個(gè)二 進(jìn)制位為 0 B 類網(wǎng)絡(luò)第一個(gè)字節(jié)的前兩個(gè)二進(jìn)制位為 10 C 類網(wǎng)絡(luò)第一個(gè)字的前三位二進(jìn) 制位為 110 換成十進(jìn)制可見 A 類網(wǎng)絡(luò)地址從 1 127 B 類網(wǎng)絡(luò)地址從 128 191 C 類地址 從 192 223 224 239 間的數(shù)有時(shí)稱為 D 類 239 以上的網(wǎng)絡(luò)號保留 子網(wǎng)掩碼用于找出 IP 地址中網(wǎng)絡(luò)及結(jié)點(diǎn)地址部分 子網(wǎng)掩碼長 32 位 其中 1 表示網(wǎng)絡(luò) 部分 0 表示結(jié)點(diǎn)地址部分 如一個(gè)結(jié)點(diǎn)的 IP 地址為 192 168 202 195 子網(wǎng)掩碼為 255 255 255 0 表示其網(wǎng)絡(luò)地址為 192 168 202 結(jié)點(diǎn)地址為 195 有時(shí)為了方便網(wǎng)絡(luò)管理 需要將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干段 為此 必須打破傳統(tǒng)的 8 位界限 從結(jié)點(diǎn)地址中 搶來 幾位作為網(wǎng)絡(luò)地址 具體說來 建立子網(wǎng)掩碼需要以下兩步 1 確定運(yùn)行 IP 的網(wǎng)段數(shù) 2 確定子網(wǎng)掩碼 首先 確定運(yùn)行 IP 的網(wǎng)段數(shù) 例如 所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)上有五個(gè)網(wǎng)段 但只讓三個(gè)網(wǎng)段的 用戶訪問 INTERNET 則只有這三個(gè)網(wǎng)段需要配置 IP 在確定了 IP 網(wǎng)段數(shù)后 再確定從結(jié)點(diǎn) 地址空間中截取幾位才能為每個(gè)網(wǎng)段創(chuàng)建一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)號 方法是計(jì)算這些位數(shù)的組合值 比 如 取兩位 則有四種組合 00 01 10 11 取三位有八種組合 000 001 010 011 100 101 110 111 在這些組合中必須去除全 0 和全 1 的組合 因?yàn)樵?IP 協(xié)議中規(guī)定了全 0 和全 1 代表了網(wǎng)絡(luò)地址和廣播地址 所以如果我們需要將 C 類 IP 地址 192 168 123 0 劃分為 4 個(gè)網(wǎng)段 需要截取結(jié)點(diǎn)地址的前 3 位作為網(wǎng)絡(luò)地址 與之 對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼就是 255 255 255 244 它的二進(jìn)制碼為 11111111 11111111 11111111 11100000 可見 采用以上子網(wǎng)絡(luò)方案 每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)有 30 個(gè)結(jié)點(diǎn)地址 通過從結(jié)點(diǎn)地址空間截取 幾位作為網(wǎng)絡(luò)地址的方法 可將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干網(wǎng)段 方便了網(wǎng)絡(luò)管理 5 25 2 IPIP 地址分配原則地址分配原則 IP 地址空間分配 要與網(wǎng)絡(luò)拓樸層次結(jié)構(gòu)相適應(yīng) 既要有效地利用地址空間 又要體 現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和靈活性 同時(shí)能滿足路由協(xié)議的要求 以便于網(wǎng)絡(luò)中的路由聚類 減 少路由器中路由表的長度 減少對路由器 CPU 內(nèi)存的消耗 提高路由算法的效率 加快路 由變化的收斂速度 另外 還要考慮網(wǎng)絡(luò)地址的可管理性 具體分配時(shí)要遵循以下原則 1 唯一性 一個(gè) IP 網(wǎng)絡(luò)中不能有兩個(gè)主機(jī)采用相同的 IP 地址 2 簡單性 地址分配應(yīng)簡單易于管理 降低網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的復(fù)雜性 簡化路由表的款項(xiàng) 3 連續(xù)性 連續(xù)地址在層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中易于進(jìn)行路徑疊合 大大縮減路由表 提高路 大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 由算法的效率 4 可擴(kuò)展性 地址分配在每一層次上都要留有余量 在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)能保證地址疊 合所需的連續(xù)性 5 靈活性 地址分配應(yīng)具有靈活性 以滿足多種路由策略的優(yōu)化 充分利用地址空間 5 35 3 IPIP 地址地址分配分配 IP 地址規(guī)劃是要解決有效利用地址空間 有利于路由設(shè)計(jì) 解決公網(wǎng)地址嚴(yán)重不中等 問題 下面看看如何進(jìn)行最優(yōu)化的公私網(wǎng)地址混用 地址空間的壓力主要來源于個(gè)人接入用戶 對企業(yè)用戶帶來的影響較小 所以對專線用 戶采用地址靜態(tài)分配 公網(wǎng) 私網(wǎng)地址并存 寬帶 INTERNET 企業(yè)訪問型可以通過專線或以 太網(wǎng)接入 重點(diǎn)考慮以太網(wǎng)接入 對企事業(yè)單位用戶 一般采用靜態(tài)地址和靜態(tài)路由 IP 地址可以使用私網(wǎng)址或公網(wǎng)地 址 對于個(gè)人用戶到底采用何種方式 取決于多個(gè)因素 其中最主要的因素是公網(wǎng)地址空間 的缺少 由于大部分個(gè)人用戶不需要固定的 IP 地址 因此對個(gè)人用戶采用動(dòng)態(tài)的 IP 地址分 配可以節(jié)省地址資源 而采用 NAT 方式 可以將網(wǎng)絡(luò)公用地址的需要節(jié)省到幾十分之一甚至 更多 但后一種方式的主要問題是 NAT PAT 轉(zhuǎn)換的性能問題 以及它是否會(huì)影響某些寬帶應(yīng) 用 在實(shí)際應(yīng)用時(shí) 地址缺口的大小不僅僅取決于可用空間和用戶數(shù) 而且還與采用的用戶 安全技術(shù)和產(chǎn)品有關(guān) 綜上所述 我們對個(gè)人用戶采用動(dòng)態(tài)的 IP 地址 DHCP 分配 把地址轉(zhuǎn)換 NAT 功能分布 在匯聚層各個(gè)設(shè)備上 減輕對寬帶城