A08無線網絡設計課件

1、計算機網絡課程設計2011,01ToC 1. 無線網絡技術 2. WLAN無線局域網設計 3. LMDS固定無線網絡設計 4. DBS數字衛(wèi)星通信網技術無線網絡技術 無線網絡類型 無線通信頻率劃分 無線電信號的傳播 固定無線網系統(tǒng)結構無線網絡類型 固定無線網、移動無線網。 移動無線網絡主要用于解決話音通信，也可以提供低速數據傳輸業(yè)務。 固定無線網絡主要用于固定位置的用戶，如無線基站通信。無線網絡技術類型無無 線線 網網 絡絡 技技 術術工工 作作 頻頻 段段最大傳輸速率最大傳輸速率主主 要要 應應 用用固固定定無無線線WLAN（無線局域網）（無線局域網）2.4/5GHz54Mbit/s數據數據

2、LMDS（本地多點分配系統(tǒng)）（本地多點分配系統(tǒng)）10GHz40GHz155Mbit/s數據、語音數據、語音DBS（直播衛(wèi)星系統(tǒng)）（直播衛(wèi)星系統(tǒng)）5GHz6GHz12Mbit/s數據、視頻數據、視頻WUSB（無線通用串行接口）（無線通用串行接口）3.1GHz4.8GHz480Mbit/s數據數據Bluetooth（藍牙）（藍牙）2.4GHz2Mbit/s數據、語音數據、語音移移動動無無線線GSM（全球通）（全球通）885 MHz1 880MHz11.4kbit/s語音、數據語音、數據CDMA（碼分多址接入）（碼分多址接入）800MHz153kbit/s語音、數據語音、數據GPRS（通用分組無線業(yè)

3、務）（通用分組無線業(yè)務）900MHz171.2kbit/s數據、語音數據、語音 無線局域網（WLAN） WLAN在有線局域網的基礎上，通過無線訪問節(jié)點（AP）、無線網卡等設備實現無線通信。 本地多點分配系統(tǒng)（LMDS） LMDS系統(tǒng)由基礎骨干網、基站、用戶終端設備和網管系統(tǒng)組成。 優(yōu)點：可同時支持話音、數據、圖像業(yè)務的傳輸，容易擴容和升級。 缺點：傳輸距離短，容易受天氣和地形的影響。電磁波頻譜及應用領域 無線通信頻率劃分 中國無線通信系統(tǒng)頻率范圍規(guī)定 無線通信對頻率的選擇必須考慮天氣、環(huán)境等條件的變化，它們會對無線電波產生折射、吸收、反射、散射等影響，從而造成接收信號下降。 我國標準規(guī)定的無線

4、通信頻率使用范圍。幾個特殊頻段 2.4ghz 3.5ghz 5.8ghz無線電信號的傳播 傳播方式：地球表面?zhèn)鞑?、大氣對流層傳播、大氣電離層傳播、地面電離層傳播、星際空間傳播等。 無線電信號在長距離傳播中，不可避免地會出現直射、反射、折射、繞射、衍射等傳播形式，因而接收基站天線接收到的信號往往是多種傳播形式的合成波形。無線電信號的多徑傳播 電波在視線距離內的傳播 站在平坦的沒有建筑物的地面上，所能看到的最遠距離稱為視線距離D電波的繞射傳播 電波在傳播途徑中遇到大障礙物時，電波會繞過障礙物向前傳播，這種現象稱為電波的繞射。 微波的頻率較高，波長短，繞射能力較弱，在高大建筑物后面的信號強度小，會形

5、成“陰影區(qū)”。 頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號強度與通信質量受到影響的程度越大。無線電波的多徑傳播 用戶固定終接設備 識別用戶號碼和鑒權； 支持基本語音和數據業(yè)務； 支持信道編碼/解碼； 進行功率控制； 產生呼叫進程中的提示音（如忙音等）； 系統(tǒng)自檢，遠端故障管理等?；?基站包括：收發(fā)信機、天線、基站控制器 主要功能： 無線資源管理（信道分配、功率控制等）； 路由選擇； 協(xié)議轉換； 碼型轉換； 用戶單元登記、計費、維護、等功能?？刂破?主要功能： 識別用戶、鑒權； 加密控制； 基站信令與PSTN信令之間進行轉換； 系統(tǒng)呼叫處理； 對基站進行監(jiān)控，并進行遙測； 提供時鐘基準。

6、運行維護中心 一個運維中心與多個固定無線網絡系統(tǒng)連接 可租用X.25專線或Modem撥號方式實現A連接。 基站與用戶終接設備之間的信道接口（Um） Um接口根據無線技術不同而不同。 由于系統(tǒng)設備和用戶站的位置是固定的，不存在漫游等問題，接口的不兼容基本不會影響設備的使用。 基站與業(yè)務網絡之間的接口（SNI） 可采用E1/T1、100Base-T、OC-3、ATM或V5等接口與骨干網絡相連。 用戶網絡接口（UNI） 可以采用N64kbit/s（CE1）、E1/T1、FR、10Base-T、ISDN等接口。WLAN無線局域網設計 WLAN的標準與模型 WLAN工作原理 移動IP無線局域網 WLAN

7、的安全 WLAN的拓撲結構 WLAN網絡設計WLAN標準 IEEE 802無線系列標準 歐洲電信標準化協(xié)會HiperLAN標準 3GPP（第三代無線通信合作伙伴計劃） EDGE（加強型數據GSM環(huán)境） IEEE 802.11推薦使用ISM無線網絡頻段： 902928MHz 2.4002.4835GHz 5.7255.850GHz 我國數字無繩電話系統(tǒng)（“小靈通”）工作頻段在2.4GHz的ISM頻段，并按審批使用許可。因此WLAN在頻段上有重疊。 信產部于2002年重新規(guī)定了無線網絡專用頻段。IEEE 802.11無線局域網基本模型 利用有線局域網作為DSWLAN工作原理 隱蔽站問題 暴露站問題

8、 WLAN工作方式 DCF（分布式協(xié)同）和PCF（點協(xié)同）方式。 DCF采用載波偵聽多路存取/沖突避免（CSMA/CA）技術。 PCF（點協(xié)同方式）是AP設備周期性地發(fā)出信號測試幀，通過該測試幀與各個無線設備進行網絡識別、網絡管理參數等的交互。 對PCF方式的改良稱為HCF（混合協(xié)同）方式。 避免沖突通信方式 在擴頻系統(tǒng)中，所有信號的載波頻率都是相同的，只有通過傳播碼區(qū)分信號，不同的傳播碼使許多計算機共享一個信道。 WLAN采用CSMA/CA（載波偵聽/避免沖突）通信方式。 它相當于一種握手協(xié)議。移動IP無線局域網 移動IP技術工作原理 在外地的移動主機（MN）通過外地代理（FA）向位于家鄉(xiāng)的

9、家鄉(xiāng)代理（HA）注冊，使HA得知MN當前的位置，從而實現移動性。 實現移動IP需要解決的問題 IP地址分配 應用透明性 服務質量 協(xié)議軟件WLAN的安全 WLAN使用電磁波傳輸數據，因此容易被竊聽。WLAN經常采用廣播方式，所以安全性問題突出。 IEEE 802.11的安全措施。 認證。包括OSA（開放系統(tǒng)認證）和SKA（共享密鑰認證）。 加密。采用WEP（有線等效加密）算法。 WEP存在的安全問題 應該避免使用WEP這種共享密鑰。 RC4算法本身有缺陷(?)。 WEP不提供自動修改密鑰的方法。 40位加密的WEP密鑰長度太短。WLAN的拓撲結構 無中心無線網絡拓撲結構 無中心網絡（無AP）也

10、稱為無線對等網或Ad-hoc網 這種WLAN由一組有無線網卡的主機組成。 用于兩臺或多臺無線主機的直接通信。 這種網絡無法接入LAN中，只能獨立使用。 有中心無線網絡拓撲結構 有中心無線網絡由無線接入點（AP）、無線主機以及分布系統(tǒng)（DS）構成。 無線接入點（AP）用于在無線主機和有線網絡之間接收、緩存和轉發(fā)數據。 無線AP通常能夠覆蓋幾十至幾百個用戶，覆蓋半徑達上百米。 多中心無線網絡拓撲結構 多中心會引起同頻干擾問題，因此在布置AP時，應當選擇支持多信道的AP；同時進行AP點的信道交叉布置，并且調整天線角度，或采用定向天線，改變AP安裝位置等方法，消除同頻干擾。 用戶主機移動到暗區(qū)時，由于

11、AP點信號太弱，會導致網絡中斷。 主機移動到信號重疊區(qū)時，容易引起信號干擾。802.11b的信道參數信道號信道號頻率頻率GHzGHz12.41222.41732.42242.42752.43262.43772.44282.44792.252102.457112.462122.467132.472142.484WLANLANWLAN網絡設計 無線網卡 接入點（AP） AP相當于Hub，是一個無線網橋。AP也是WLAN中的小型無線基站，負責信號的調制與收發(fā)。 樓宇之間的WLAN設計 在點到點WLAN中，部分無線網橋產品的最大傳輸距離可達到4100m。 在點到多點WLAN設計中，如果使用全向天線，每

12、個網橋之間的最大傳輸距離可以達到1300m。城域WLAN接入網設計 AC（接入控制器）是面向城域寬帶網的網關，它實現WLAN用戶對IP網絡的接入。 AC主要功能： 對用戶身份進行認證、計費等； 將來自不同AP的數據進行匯聚； 支持用戶安全控制、業(yè)務控制、計費信息采集以及對網絡的監(jiān)控。WLAN城域網絡結構IEEE 802.16 IEEE 802.16定義了用戶與核心網絡之間的結構 WLAN用戶接入控制與管理 AP支持802.1x，且AP具有RADIUS客戶端功能 無線站點安裝802.1x客戶端軟件 AP接收用戶認證請求，并向RADIUS服務器發(fā)出認證請求 對認證通過的用戶，AP提供接入，否則拒絕

13、其接入。 DSAP2BSS1BSS1BSS2ESSRADIUS服務器服務器AP1AP1無線廣域網（WBMA）與3G的比較可提供的業(yè)務可提供的業(yè)務無線數據服務無線數據服務支持全球移動和漫游支持全球移動和漫游蜂窩語音服務延伸到數據服務蜂窩語音服務延伸到數據服務支持全球移動和漫游支持全球移動和漫游適合的用戶類型適合的用戶類型高速移動、大吞吐量數據用戶高速移動、大吞吐量數據用戶對稱的數據服務對稱的數據服務高速數據服務高速數據服務要求數據服務的語音用戶要求數據服務的語音用戶高度不對稱數據服務高度不對稱數據服務中、低速數據服務中、低速數據服務技術特點技術特點工作在工作在3. 5GHz 以下執(zhí)照頻帶以下執(zhí)照

14、頻帶面向分組的體系結構面向分組的體系結構支持用戶移動速度最高支持用戶移動速度最高255km/h 下下1Mbps 的數據傳輸速率的數據傳輸速率無需基站同步無需基站同步以移動終端為主的切換方式以移動終端為主的切換方式工作在工作在2. 7GHz 以下執(zhí)照頻帶以下執(zhí)照頻帶電路交換體系結構電路交換體系結構支持用戶移動速度最高支持用戶移動速度最高150 km/ h下下144 Kbps 的數據傳輸速率的數據傳輸速率需要基站同步需要基站同步以網絡為主的切換方式以網絡為主的切換方式成本成本較低較低較高較高LMDS固定無線網絡設計 LMDS（本地多點分配業(yè)務）是一種固定無線寬帶網絡技術。 LMDS小區(qū)半徑為25k

15、m。 我國LMDS采用26GHz頻段。 LMDS不支持移動通信業(yè)務，只能提供定點接入。 LMDS對通信點之間的“視通”要求非?？量獭MDS系統(tǒng)結構 基站系統(tǒng) 包括與骨干網相連的接口模塊、信號調制解調模塊（IDU，室內單元）、微波收發(fā)模塊（ODU，室外單元）、天線系統(tǒng)等。 基站接口：E1/T1、100BaseT、ATM、PSTN等。 骨干網絡傳輸系統(tǒng) 骨干傳輸網絡由傳輸網和控制中心組成。 控制中心完成話音交換、IP數據交換等功能，然后接入因特網。 用戶終端站 用戶端包括ODU（室外單元，含定向天線、微波收發(fā)設備）與IDU（室內單元，含調制解調模塊以及與用戶室內設備相連的網絡接口模塊）。 網絡運

16、行中心 功能：系統(tǒng)告警 故障診斷 系統(tǒng)配置 自動性能測試 遠程管理 AAA服務等。LMDS系統(tǒng)結構LMDS基站 單扇區(qū)基站單扇區(qū)基站多扇區(qū)基站多扇區(qū)基站LMDS設計參數選擇 載波帶寬 我國LMDS工作頻率范圍為：2445027000MHz 可用帶寬為：1008MHz2 頻帶配置方案：信道載波帶寬為3.5MHz、7MHz、14MHz、28MHz。 傳輸距離為15km。LMDS技術特點技技 術術 指指 標標技技 術術 參參 數數調制方式調制方式PSK、QAM、64QAM（主流）（主流）工作方式工作方式上行：上行：FDMA+TDMA；下行：；下行：TDM、FDM抗干擾抗干擾FEC（前向糾錯編碼）、（

17、前向糾錯編碼）、ATPC（自動功率控制）（自動功率控制）工作頻段工作頻段10GHz40GHz，中國為，中國為26GHz基本帶寬基本帶寬3.5MHz、7MHz、14MHz、28MHz扇區(qū)半徑扇區(qū)半徑2km5km（視距傳輸）（視距傳輸）最大速率最大速率下行下行155.52Mbit/s，上行，上行40Mbit/s交換技術交換技術支持分組交換、支持分組交換、ATM交換、交換、IP交換交換業(yè)務類型業(yè)務類型語音通信、數據傳輸、語音通信、數據傳輸、MPEG-2視頻視頻LMDS網絡設計 網絡結構 載波帶寬規(guī)劃 ATPC（自動發(fā)信功率控制）技術 通信距離 在26GHz頻段，2km路徑，在路徑中點的余隙應大于2.

18、4m。 降雨衰減：LMDS工作在毫米波附近，波長與雨滴尺寸相近，降雨會對電波引起吸引和散射，使信號衰減。 LMDS系統(tǒng)可用性設計 保證足夠的衰落儲備。 主要因素有：最大發(fā)信功率、收發(fā)天線增益、接收機門限電平的誤差率（BER）、空間傳輸損耗等。 LMDS網絡設計中應考慮的其他因素 LMDS網絡設計時必須保證基站與終端天線之間的視通。 通信距離、頻率重用與扇區(qū)細化、雨衰影響、多址訪問方式等。Alcatel LMDS寬帶數據網設計方案LMDS系統(tǒng)設備 Alcatel網絡終端網絡終端NT Alcatel無線基站無線基站RBS Alcatel無線終端無線終端RT Alcatel數字基站DBS DBS數字

19、衛(wèi)星通信網技術 DBS的特點是通信距離遠，費用與距離無關。 DBS系統(tǒng)以前主要用于電視廣播業(yè)務，隨著因特網的普及，一些公司將DBS應用于因特網接入。 例如，SkyBridge寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)，在2002年開始運行，通過80顆低軌衛(wèi)星，可為全球2000多萬用戶提供本地寬帶接入。 衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成： 空間段、地面段和用戶終端。 地面移動終端與衛(wèi)星之間的鏈路 用L頻段（1.122.6GHz）； 地面主站與衛(wèi)星之間的無線鏈路 采用C頻段（3.958.2GHz）或Ku頻段（12.418GHz）。同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) 同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)（GEO） GEO衛(wèi)星系統(tǒng)位于地球赤道上方36000km高度的地球同步軌道上

20、，衛(wèi)星相對地球靜止，理論上只需要三個GEO衛(wèi)星就可以覆蓋除南極和北極外地球上的所有地區(qū)（如圖8-28），目前普遍采用的VSAT（甚小口徑終端）屬于這類系統(tǒng)。 非同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) MEO （中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)）距離地球表面300035786km左右，衛(wèi)星數量較少，約為十幾顆，衛(wèi)星重量為噸級。 LEO （低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)）距離地球表面2003000km左右； 覆蓋范圍較小，需要幾十顆衛(wèi)星才能覆蓋全球。 工作在L頻段，衛(wèi)星重量從幾十公斤到幾百公斤。DBS系統(tǒng)組成 美國休斯公司的DirecPC系統(tǒng)是DBS的成功范例。 用戶可以利用安裝在屋頂的18英寸VSAT（甚小口徑天線地球站）天線，接收數字電視；也可以通

21、過一個衛(wèi)星接收卡和一個專用Modem與計算機的USB接口連接，進行數據通信。通信衛(wèi)星 公用DBS系統(tǒng)可以采用亞洲1號同步通信衛(wèi)星。 衛(wèi)星上有24個轉發(fā)器，轉發(fā)器工作于C頻段（3.958.2GHz），采用衛(wèi)星北半球波束可覆蓋我國。 如美國微軟公司使用的Teledesic衛(wèi)星系統(tǒng)，具有2Mbit/s的上行鏈路和64Mbit/s的下行鏈路。通信衛(wèi)星系統(tǒng)結構主站（Hub） 負責信息匯集、交換等任務。 主站由室內設備和室外設備組成。 室內設備有：信號收發(fā)設備、衛(wèi)星網關設備、網絡運營設備等。 室外設備有：低噪聲放大器、天線等。 主站Ku頻段天線直徑為：3.58m。 主站C頻段天線直徑為：713m。通信衛(wèi)星

22、主站設備組成 小站（VSAT） VSAT（甚小口徑終端）天線口徑如下： Ku波段天線直徑為：1.24.5m； C波段天線直徑為：1.86.2m。 戶內設備一般為衛(wèi)星接收機。 用戶可選擇電視機頂盒、接收機、路由器、PC卡等作為小站設備?？ㄈ窳痔炀€及接收信號示意圖 DBS提供因特網業(yè)務的方式 以衛(wèi)星數據廣播的方式，提供因特網單向下行鏈路的數據傳輸。 利用衛(wèi)星進行雙向數據傳輸，主要用于因特網服務提供商。 利用衛(wèi)星廣播因特網下行數據，利用地面網絡進行數據上傳。DBS提供因特網業(yè)務示意圖 DBS系統(tǒng)技術性能的改進 影響衛(wèi)星網絡性能的主要因素 信道誤碼率（BER）較高。 信號往返時延達270ms。 下行和上行信道帶寬分配不同。 減小VSAT天線尺寸和發(fā)射機的功率。 與地面網的互通。 改進衛(wèi)星網絡性能的方法GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)結構 移動交換中心移動交換中心數據庫數據庫MSCNSSHLRAUCVLREIRMSBSSOMCGSM蜂窩移動通信系統(tǒng)結構 基于GSM的GPRS網絡結構 MSBSCMSCBTSPSTNGSMGPRSIP、X.25網等網等 GPRS主干網主干網分組數據網分組數據網（PDP網）網