《物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理》課件第六章泛在網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)融合第一節(jié)

目錄123網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)多系統(tǒng)共存下的干擾分析及優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無線接入技術(shù)06.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無線接入技術(shù)6.1.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概述

MacrocellMacrocellPicocellMicrocellX2X2X2X2S1S1S1S1MacrocellMacrocellFemtocellFemtocellX2S1S1S1S1網(wǎng)絡(luò)部署場景異構(gòu)

：多個(gè)無線通信系統(tǒng)采用不同的接入技術(shù)，或是采相同的無線

接入技術(shù)但屬于不同的無線運(yùn)營商。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：由不同制造商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)組成的，運(yùn)

行在不同的協(xié)議上支持不同的功能或應(yīng)用。16.1.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概述異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展隨著無線技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在全球范圍內(nèi)逐步開始商用,未來的無線網(wǎng)絡(luò)只能是多種技術(shù)、多種網(wǎng)絡(luò)互相融合所形成的具有多種接入方式、提供多種傳輸速率和多種服務(wù)質(zhì)量要求的多種業(yè)務(wù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合體。每種無線接入技術(shù)在容量、覆蓋、數(shù)據(jù)速率和移動(dòng)性支持能力等方面各有長短,未來移動(dòng)通信系統(tǒng)考慮在多種無線網(wǎng)絡(luò)間保持通信的連續(xù)性，相互補(bǔ)充,形成重疊覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。26.1.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概述異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)特征融合性個(gè)人通信、信息系統(tǒng)、廣播和娛樂等都依據(jù)

用戶需求融合在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)之中。全I(xiàn)P性IP作為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議減融合的工作量；無線通信網(wǎng)絡(luò)與Internet融合需要IP化。移動(dòng)性異構(gòu)性WiMAX和IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)的提出和推進(jìn),以及B3G的啟動(dòng)和加速,使得無線通信移動(dòng)化發(fā)展趨勢明顯。主要體現(xiàn)在:頻譜資源、組網(wǎng)方式、

業(yè)務(wù)需求、移動(dòng)終端。3通用鏈路層技術(shù)通用鏈路層(GLL)：可被看做一個(gè)在原有協(xié)議層上增加的通信層,用來為不同的無線接入機(jī)制提供統(tǒng)一的鏈路層數(shù)據(jù)處理。GLLMAC1MAC2PHY1PHY2數(shù)據(jù)接入技術(shù)1接入技術(shù)2為其上的協(xié)議層(如網(wǎng)絡(luò)層)提供統(tǒng)一的接口。對(duì)不同接入技術(shù)的RLC/MAC功能進(jìn)行控制以及補(bǔ)充。保持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的模塊化結(jié)構(gòu)。

提供對(duì)用戶數(shù)據(jù)包在不同網(wǎng)絡(luò)間調(diào)度。

給上層提供鏈路層狀態(tài)信息。功能：6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)4異構(gòu)發(fā)送/接收分集將兩個(gè)通信實(shí)體間的數(shù)據(jù)包分配在基于不同的無線接入技術(shù)的鏈路上。采用不同的接入技術(shù)，在發(fā)送端可以選擇一個(gè)或者多個(gè)接入鏈路進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)；在接收端進(jìn)行合并獲取空間分集及多接入分集增益，提高數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，同時(shí)也提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。主要模塊：接入選擇及分組調(diào)度器；網(wǎng)絡(luò)資源及承載狀態(tài)信息反饋；錯(cuò)誤控制級(jí)反饋機(jī)制6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)主要思想：5異構(gòu)多跳技術(shù)

多跳是指通過合理的配置中繼節(jié)點(diǎn)，完成不同無線接入技術(shù)的轉(zhuǎn)化，使采用與接入點(diǎn)不同無線接入技術(shù)的用戶能夠使用不同網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，這種中繼節(jié)點(diǎn)也被稱為異構(gòu)中繼節(jié)點(diǎn)。研究的主要方面1.不同接入技術(shù)間的轉(zhuǎn)化2.異構(gòu)多跳網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制異構(gòu)多跳技術(shù)的主要應(yīng)用場景6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)6協(xié)同無線資源管理協(xié)同無線資源管理(Multi-RadioResourceManagement，MRRM)作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及協(xié)作關(guān)鍵技術(shù)之一，主要完成網(wǎng)絡(luò)間無線資源的協(xié)調(diào)管理。擴(kuò)展容量和業(yè)務(wù)范圍最優(yōu)化無線資源的利用率和最大化系統(tǒng)容量支持智能的聯(lián)合會(huì)話及接入控制不同無線技術(shù)間的切換和同步功能目標(biāo)6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)7無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)WLAN優(yōu)勢應(yīng)用劣勢大容量高帶寬；

技術(shù)、設(shè)備成本低；

公共頻段，暫時(shí)無需付費(fèi)覆蓋距離短；

移動(dòng)性差；不支持語音業(yè)務(wù)；

安全性差；

公共頻段干擾多無線數(shù)據(jù)有市場前景；與3G結(jié)合，作為3G高

速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在室內(nèi)的

接入手段6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)83G優(yōu)勢應(yīng)用劣勢支持高速環(huán)境下的移動(dòng)數(shù)據(jù)和語音；安全性高；

具有最廣泛的運(yùn)營商和設(shè)備商聯(lián)盟；技術(shù)、設(shè)備成熟帶寬相對(duì)較低，業(yè)務(wù)發(fā)展受限；

終端技術(shù)不成熟、終端種類少；建網(wǎng)成本高；

升級(jí)成本高無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)移動(dòng)通信的市場需求

高；與WLAN結(jié)合，可

提升室內(nèi)的帶寬和業(yè)

務(wù)種類；

與WiMax結(jié)合可節(jié)省光纖建設(shè)投資，提高

建網(wǎng)速度6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)9無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)優(yōu)勢應(yīng)用劣勢覆蓋距離遠(yuǎn)、容量大；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，設(shè)備成本相對(duì)低；建網(wǎng)速度快速、靈活；

使用公共頻段，暫時(shí)無需付費(fèi)技術(shù)、設(shè)備都不成熟；

無線環(huán)境復(fù)雜，遠(yuǎn)距離傳輸性能不穩(wěn)定，無法取代光線城域網(wǎng)

有限接入的技術(shù)、市

場成熟；公共頻段干擾較多無線接入市場有前景；與WLAN、3G、ADSL等結(jié)合，作為“最后一

公里”的接入手段，

發(fā)展大容量固定無線

接入和移動(dòng)無線接入。WiMax6.1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)106.1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證接入認(rèn)證通用的接入認(rèn)證機(jī)制？多種無線網(wǎng)絡(luò)中安全無縫接入？利用無線傳輸技術(shù)將用戶終端接入到業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，為用戶提供各種業(yè)務(wù)的通信方式。定義：11安全機(jī)制需求統(tǒng)一的接入認(rèn)證機(jī)制唯一身份標(biāo)識(shí)用戶用戶的身份標(biāo)識(shí)和地址標(biāo)識(shí)合一用戶的身份標(biāo)識(shí)和地址標(biāo)識(shí)功能分離用戶表示兩種方法6.1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證12接入認(rèn)證協(xié)議申請(qǐng)者與認(rèn)證者之間：認(rèn)證信息按IEEE802.1x或PKM中EAP封裝認(rèn)證者與認(rèn)證服務(wù)器：認(rèn)證信息采用RADIUS協(xié)議6.1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證13接入認(rèn)證機(jī)制6.1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證標(biāo)識(shí)身份隱替映射機(jī)制模型14用戶身份標(biāo)識(shí)與地址標(biāo)識(shí)的分離機(jī)制，使得在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不存在用戶真實(shí)身份標(biāo)識(shí)與地址標(biāo)識(shí)的永久綁定關(guān)系,標(biāo)識(shí)的分段定義和替換使用可以防止第三方的惡意攻擊。接入認(rèn)證機(jī)制6.1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證無冗余標(biāo)識(shí)機(jī)制15

6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)WLANBluetoothUMTScdma2000WiMAX

WMAN小范圍覆蓋高速數(shù)據(jù)傳輸大范圍覆蓋低速數(shù)據(jù)傳輸中等覆蓋范圍異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的融合已成為B3G/4G發(fā)展的必然趨勢無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀16網(wǎng)絡(luò)融合不同網(wǎng)絡(luò)(如電信網(wǎng)、因特網(wǎng)和有線電視網(wǎng))通過各種方式進(jìn)行滲透和整合的一種趨勢。定義：數(shù)據(jù)傳輸方面不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸多種數(shù)據(jù)應(yīng)用層面各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用整合統(tǒng)一目的：使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶來說是透明的,而且融合結(jié)構(gòu)不依賴各種無線接入技術(shù)6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)17網(wǎng)絡(luò)融合設(shè)計(jì)需求6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)18體系結(jié)構(gòu)模型歸屬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)19融合方案6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP互聯(lián)原理：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中增加家鄉(xiāng)代理(HA)和外地代理(FA)兩個(gè)功能實(shí)體使移動(dòng)終端能夠以一個(gè)口地址在不同的無線接入網(wǎng)內(nèi)獲得相同的訪問權(quán)限并保證在不同的接入網(wǎng)絡(luò)間切換時(shí)會(huì)話的連續(xù)性。移動(dòng)IP：使節(jié)點(diǎn)可以以一個(gè)永久的IP地址連接到任何鏈路上，并在切換鏈路時(shí)可以保持正常的通信。20融合方案6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP互聯(lián)家鄉(xiāng)代理HA和外地代理FA廣播報(bào)文移動(dòng)節(jié)點(diǎn)判斷鏈路，外地鏈路上，則用移動(dòng)IP處理如下連在外地鏈路上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)得到轉(zhuǎn)交地址移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向家鄉(xiāng)代理注冊(cè)轉(zhuǎn)交地址家鄉(xiāng)代理截取數(shù)據(jù)包，并封裝原始數(shù)據(jù)包傳出在轉(zhuǎn)交地址處數(shù)據(jù)包被解封裝然后傳給移動(dòng)節(jié)數(shù)據(jù)包直接選路到目的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)IP的實(shí)現(xiàn)過程21融合方案6.1.4異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP互聯(lián)實(shí)現(xiàn)UMTS和WLAN互聯(lián)在使用移動(dòng)IP進(jìn)行互聯(lián)的情況下UMTS和WLAN被看成是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)；在UMTS網(wǎng)絡(luò)中，終端將使用標(biāo)準(zhǔn)的UMTS和GPRS來處理漫游；而在WLAN中終端將直接只用IP協(xié)議；終端從UMTS切換到WLAN時(shí)，結(jié)束UMTS協(xié)議并使用IP棧；終端仍要使用相原IP地址接入，則需引入移動(dòng)IP技術(shù)。226.1.5異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換網(wǎng)絡(luò)切換處于通話狀態(tài)移動(dòng)臺(tái)的連接控制在小區(qū)間轉(zhuǎn)移切換目的實(shí)現(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無縫覆蓋保證通信的連續(xù)性23切換原因及分類原因信號(hào)的強(qiáng)度或質(zhì)量下降到由系統(tǒng)規(guī)定的一定參數(shù)以下由于某小區(qū)業(yè)務(wù)信道容量全被占用或幾乎全被占用分類硬切換：在載波頻率指配不同的基站覆蓋小區(qū)之問的信道切換軟切換：在導(dǎo)頻信道的載頻相同時(shí)的小區(qū)之間的信道切換6.1.5異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換24切換過程6.1.5異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換信道質(zhì)量檢測切換條件否激活新的基站開始結(jié)束是無線測量階段網(wǎng)絡(luò)判決階段系統(tǒng)執(zhí)行階段切換可以分為三個(gè)階段：無線測量：

移動(dòng)臺(tái)搜索小區(qū)信號(hào)強(qiáng)

度和信噪比，同時(shí)基站測

量MS的上行鏈路的信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)判決：

執(zhí)行相應(yīng)的切換算法，

將測量結(jié)果和預(yù)先定義的

門限進(jìn)行比較；系統(tǒng)執(zhí)行：

移動(dòng)臺(tái)進(jìn)入特定的切換

狀態(tài)，開始接收或發(fā)送與

新基站所對(duì)應(yīng)的信號(hào)。25切換性能評(píng)估微觀方面切換次數(shù)失敗率乒乓切換鏈路轉(zhuǎn)移時(shí)間換觸發(fā)

地點(diǎn)宏觀方面占用資源總量6.1.5異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換26異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)6.1.5異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換①異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)支持的數(shù)據(jù)傳輸速率不