第4章無線城域網(wǎng)

1、第4章 無線城域網(wǎng)2本章內(nèi)容簡介無線城域網(wǎng)概述IEEE 802.16(WiMax)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.16(WiMax)工作場景 WiMax與WiFi技術(shù)比較 WiMax的應(yīng)用實(shí)例 無線城域網(wǎng)的仿真 3無線城域網(wǎng)概述WMAN是以無線方式構(gòu)建的城域網(wǎng)并提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，它是在無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，由多個WLAN連接而成。WMAN是為了滿足日益增長的寬帶無線接入的市場需求，用于解決最后一公里接入問題，代替電纜(Cable)、數(shù)字用戶線(xDSL)、光纖等。WMAN能有效解決有線方式無法覆蓋地區(qū)的寬帶接入問題，有較完備的QoS機(jī)制，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供實(shí)時、非實(shí)時不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服

2、務(wù)4無線城域網(wǎng)的寬帶接入5WMAN標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)主要有兩大組織機(jī)構(gòu)：IEEE的802.16工作組，主要負(fù)責(zé)802.16系列標(biāo)準(zhǔn)；歐洲的ETSI，主要負(fù)責(zé)HiperAccess； 6IEEE 802.16(WiMax)標(biāo)準(zhǔn)lIEEE 802.16簡介1999年，IEEE 802.16工作組成立；2002年發(fā)布的802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)定義了WMAN的空中接口規(guī)范；802.16a標(biāo)準(zhǔn)于2003年頒布，支持211GHz的工作頻段；2004年的802.16d標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了211GHz頻段的支持多業(yè)務(wù)類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相應(yīng)物理層；72005年802.16e標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，在26GHz頻段上支

3、持移動寬帶接入，提供了高速數(shù)據(jù)的移動寬帶無線接入解決方案；2010年802.16m被ITU確定為4G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；8標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域802.161066GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，僅能用于視距范圍。802.16a211GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口，具有非視距傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。802.16c1066GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)關(guān)于兼容性的增補(bǔ)文件。802.16d211GHz固定無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，相對比較成熟和實(shí)用。802.16e26GHz固定和移動寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)。802.16f固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口MIB要求。IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)領(lǐng)域 9802

4、.16g固定/移動無線接入系統(tǒng)管理平面流程和服務(wù)要求，移動性和頻譜管理。802.16h在免許可的頻帶上運(yùn)作的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。802.16i移動寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口MIB要求802.16j針對802.16e的移動多跳中繼組網(wǎng)方式的研究802.16k針對802.16的橋接進(jìn)行修改802.16m成為ITU的IMT-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)于下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的需要802.16n更高可靠性的網(wǎng)絡(luò)10lIEEE 802.16的工作特性及關(guān)鍵技術(shù)無線工作特性標(biāo)準(zhǔn)802.16a802.16d802.16e802.16m覆蓋范圍幾公里幾公里幾公里幾公里工作頻率211GHz211/1166GHz6GHz

5、3.5GHz移動性無無中低車速高速業(yè)務(wù)定位個人用戶，游牧式數(shù)據(jù)接入中小企業(yè)用戶的數(shù)據(jù)接入個人用戶的寬帶移動數(shù)據(jù)接入個人用戶的高速移動數(shù)據(jù)接入QoS支持支持支持支持IEEE 802.16幾個主要標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)11信道編碼技術(shù)支持的信道編碼類型包括：咬尾卷積編碼歸零卷積編碼低密度奇偶校驗(yàn)碼鏈路自適應(yīng)技術(shù)自適應(yīng)調(diào)制編碼混合自動重傳12多天線技術(shù)支持MIMO和自適應(yīng)天線陣兩種不同的多天線實(shí)現(xiàn)方式13lIEEE 802.16協(xié)議體系結(jié)構(gòu)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)描述了一個點(diǎn)到多點(diǎn)的寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口，包括MAC層和物理層匯聚子層公共部分子層安全子層物理層數(shù)據(jù)控制平面管理實(shí)體特定服務(wù)匯聚子層管理實(shí)體公共

6、部分子層和安全子層管理實(shí)體物理層MAC層IEEE802.16空中接口協(xié)議模型14IEEE802.16(WiMax)工作場景l(fā)WiMax系統(tǒng)組成WiMax發(fā)射塔WiMax接收機(jī)WiMax發(fā)射塔WiMax接收機(jī)15lWiMax可提供的無線服務(wù)： 非視距服務(wù)視距型服務(wù)lWiMax應(yīng)用場景WiMax論壇定義的應(yīng)用場景固定、游牧、便攜、移動和全移動16WiMax與與WiFi技術(shù)比較技術(shù)比較l傳輸范圍分析WiMax網(wǎng)絡(luò)可在需牌照或公用無線頻段運(yùn)行。尤其是在授權(quán)頻段運(yùn)行時，WiMax可使用更多頻寬、時段和更強(qiáng)的功率而WiFi只在公用頻段的2.45GHZ之間工作l傳輸速率分析WiMax最高速率達(dá)30-100M

7、bps，而最快的802.11n則為300-600Mbps17l安全性分析WiMax使用和WiFi的WPA2標(biāo)準(zhǔn)相似的認(rèn)證加密方法。其微小區(qū)別在于WiMax使用3DES或AES機(jī)制，以及EAP，稱為PKM-EAP。WiFi的WPA2則使用典型的PEAP認(rèn)證與AES加密,實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)安全性往往取決于組建方式是否合理。18WiMax的應(yīng)用實(shí)例lWiMax無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括三部分視頻采集前端系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)視頻流信息處理系統(tǒng)19基于WiMax的視頻監(jiān)控系統(tǒng)20無線城域網(wǎng)的仿真lWiMax仿真主要涉及以下模塊無線信道模塊無線傳輸模塊無線物理接口模塊無線局域網(wǎng)MAC層模塊無線天線模塊無線路由協(xié)議其它無

8、線模塊21lWiMax模塊的安裝首先利用cygwin+ns-2.34搭建仿真平臺其次安裝WiMax仿真模塊，具體見教材4.6.1節(jié)WiMax模塊編譯路徑22WiMax模塊編譯過程23lWiMax的協(xié)議仿真仿真拓?fù)?10876543210WiMax仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D24仿真代碼仿真代碼見教材的電子資源仿真結(jié)果和分析(教材105-106頁)25起始點(diǎn)0與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，包括下行鏈路同步、獲取參數(shù)、初始距離、基本能力協(xié)商、SS鑒權(quán)和注冊等。WiMax仿真初始化階段26節(jié)點(diǎn)0向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送UGS數(shù)據(jù) 節(jié)點(diǎn)0收集到所有節(jié)點(diǎn)信息，在1s時，節(jié)點(diǎn)0開始向節(jié)點(diǎn)1發(fā)送UGS服務(wù)流數(shù)據(jù)27節(jié)點(diǎn)0向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送數(shù)據(jù)在2s后，節(jié)點(diǎn)0向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送ertPS服務(wù)流數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)2的請求剛到節(jié)點(diǎn)0，節(jié)點(diǎn)0就向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送數(shù)據(jù)包。這體現(xiàn)了主動授權(quán)業(yè)務(wù)的實(shí)時性28各節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)0交互之后，各節(jié)點(diǎn)也向節(jié)點(diǎn)0發(fā)送請求，節(jié)點(diǎn)0更具寬帶請求分配策略為其他節(jié)點(diǎn)分配帶寬，各個節(jié)點(diǎn)有序發(fā)送/接受數(shù)據(jù)包29當(dāng)業(yè)務(wù)繁忙時，非實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)就、盡力而為業(yè)務(wù)將