《现代通信网及其关键技术》8宽带无线接入

现代通信网,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第8章宽带接入网技术,8.5,宽带无线接入技术,宽带无线接入（,BWA,，,Broadband Wireless Access,）是指从网络交换节点（如与无线访问点相连的网络交换机）到用户终端（如支持无线通信协议的笔记本电脑）采用无线通信实现的宽带业务接入。,BWA,它实际上是与有线网络融合，拓展了有线网络覆盖范围，使数据通信延伸到无线区域。,2.宽带无线接入特点,覆盖范围灵活。,应用频度范围广。,频谱利用率高。,灵活的链路自适应技术。,MAC,层具备调度机制。,动态带宽分配能力。,安全性。,承载业务正从话音及数据兼顾的业务向纯数据的业务转化。,应用模式正在从固定向移动方向转化。,有线网络与无线网络的比较,接入方式,优点,不足,有线方式,稳定、可靠、光纤网络的带宽很宽,在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时，架设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长,无线方式,不需要布线，施工周期短、费用低，终端设备可以移动，非常适合移动办公的需要，设备安装和维护方便,有时覆盖存在盲区,宽带接入方式与有线接入的比较,3.无线接入网类型,1）,依地域分,无线个人网（WPAN-wireless personal area network)10米之内,无线局域网（WLAN-Wireless Local Area Network)-Wi-Fi（802.11）,无线城域网（WMAN-Wireless metropolitan Area Network）WiMAX(802.16),无线广域网（WWAN-Wireless Area Network）,2）按照移动性分类,无线局域网（WLAN）技术。,固定无线接入（FBWA）技术。,移动无线接入（MBWA）技术。,8.5.1 无线局域网1.概述,无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network),以无线电波为传输媒介的局域网技术,无线电波按照工作的频率的不同被划分为信道，每个信道对应着一个频率范围，WLAN的传输介质是建立在无线信道的基础上的,WLAN标准,802.11系列标准：IEEE802.11工作组制定,Hiper LAN系列标准：ETSI的BRAN小组制定,无线局域网协议标准,从目前的WLAN市场来看，IEEE 802.11系列标准占了绝对的上风。下面讨论的WLAN如果没有特别说明的话都是基于IEEE 802.11系列协议的,标准编号,负责的技术领域,IEEE802.11,无线局域网物理层和介质访问控制层规范,IEEE802.11a,无线局域网物理层和介质访问控制层规范5 GHz频段高速物理层规范,IEEE802.11b,无线局域网物理层和介质访问控制层规范2.4 GHz频段高速物理层扩展,IEEE802.11d,物理层方面的特殊要求,IEEE802.11e,IEEE802.11MAC层增强服务质量保证（QoS）,IEEE802.11f,支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）,IEEE802.11g,2.4 GHz频段高速物理层（20 Mbps以上）扩展,IEEE802.11h,额外定义了物理层方面的要求（诸如信道化和跳频模式等）,IEEE802.11i,无线局域网介质访问控制层安全性增强规范,IEEE802.11j,日本所采用的等同于802.11h的协议,IEEE802.11k,射频资源管理,IEEE802.11m,对IEEE802.11规范体系进行维护、修正和改进,IEEE802.11n,高速物理层和介质访问控制层规范,IEEE802.11o,VoWLAN,IEEE802.11p,车载环境下的无线通信,IEEE802.11q,VLAN的支持机制,IEEE802.11r,快速漫游,IEEE802.11s,Mesh 网状网,IEEE802.11t,无线网络性能预测,IEEE802.11u,与其他网络的交互性,IEEE802.11v,无线网络管理,Wi-Fi,最初是Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）的注册商标，用来描述基于802.11系列协议的无线局域网技术,现在也被用来描述WLAN中移动设备的无线接口,Wi-Fi联盟,由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容IEEE 802.11系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上Wi-Fi认证标志,无线局域网特点,（1）安装便捷。无线局域网免去了大量的布线工作，只需要安装一个或多个无线访问点（AP，Access Point）就可覆盖整个建筑内的局域网节点，而且便于管理和维护。,（2）高移动性。在无线局域网信号覆盖范围内，各节点可随意移动，不受地理位置的限制。通常，AP支持的范围：室外为300m，办公环境中为10m100m。在无线信号覆盖的范围内，均可以接入网络，而且WLAN能够在不同AP间漫游。,（3）易扩展性。无线局域网有多种配置方式，按照单节点带宽11Mbps54Mbps计算，每个AP可支持530多个用户的接入。只需在现有无线局域网基础上增加AP覆盖区域，就可中小型网络扩展为大中型网络。,（4）可靠性。通过使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。,优势,快速部署（deployment）：不需要进行繁琐的布线工作,支持移动漫游（roaming）：在无线信号覆盖范围内，用户可以随意的移动漫游,易于扩展（scalability）：根据应用的需求来配置相应的网络拓扑结构,问题,传输带宽和传输效率相比有线网络低,移动终端进行功率控制,安全性问题,特点,2.无线局域网网络组成,无线站点STA（wireless STAtion）,配置支持802.11协议的无线网卡的终端,STA通过MAC层机制来共享同一个无线信道，最简单的WLAN仅仅由STA组成，它们之间直接通信,无线接入点AP（wireless Access Point），有时也被称为基站BS,（Base Station）,数据链路层设备,AP为STA之间的通信提供帧转发功能,3.无线网络结构,WIFI是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。,AP一般称为,网络桥接器或接入点,，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源,其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由，而,无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。,无线局域网的拓扑结构：1）点对点方式：,无线局域网的拓扑结构：2）多点方式：,无线局域网的拓扑结构：3）中继方式：,3.网络拓扑Ad Hoc网络,Ad Hoc网络，也称为自组织网络,仅由STA之间通过无线传输媒介组成的网络，这些STA在彼此无线信号覆盖范围内，因此之间能够互相通信,Ad Hoc网络也被称为IBSS,BSS是一个不包含AP的STA集合，或者是一个与一个AP相关联的STA组，IBSS特指前一种情况,BSS：Basic Service Set，基本业务群,IBSS：Independent BSS，独立基本业务群,4.网络拓扑基础设施网络,基础设施（Infrastructure）网络,最简单的基础设施网络包括一个AP以及一些和AP关联的STA，组成一个以AP为中心的BSS,更大的基础设施网络可能由多个以AP为中心的BSS通过分布式系统DS互连组成，也称为扩展业务群ESS,DS可以是一个交换机，一个有线网络或者一个无线网络,在基础设施网络中，STA之间不能直接通信，所有的通信都必须经过AP,STA可以在ESS内移动漫游,ESS：Extended Service Set,DS：Distribution System,无线局域网的移动性问题,5.无线局域网中常用的传输媒体,无线局域网使用电磁波来传递信息,目前无线局域网采用的传输媒体有两种：,无线电波,扩频方式Spread Spectrum,窄带调制方式 Narrow Band,红外线 Infared,1）无线电波,扩,频技术利用开放的ISM 2.4M 的频段。由于此频段频谱资源拥挤，可用的带宽较少，所以必须采用扩频技术。,2）红外技术,红外技术采用小于lm波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性。红外信号要求视距传输，对周围类似系统不会产生干扰。在实际应用中，由于红外线受日光、环境照明等影响较大，背景噪声很大，通常要求发射功率较高。,红外无线技术,红外无线系统可分为,室内,和,室外,通信两种类型，室外红外无线通信主要指空间中的红外无线通信，而应用更广泛、更具实用价值的是室内红外无线数据通信。,相对于常规的电磁波无线传输媒介，红外无线系统有着自己的一些特点。,红外无线技术,特点:,（1）发射与接收设备体积小，重量轻，实现成本较低。,（2）电磁波传输使用的频率和输出功率受到严格的限制，而红外线的频带宽，使用范围灵活，使用不受国家无线电管理机构的管制。,（3）红外线不干扰现有的射频传输系统性能，在不同房间的红外设备之间也不相互干扰。,（4）由于红外线不能穿透墙壁，传输基本上是在视距内，难以被干扰和窃听，所以具有极强的安全保密性，且易管理。,（5）红外数据传输速率高，目前IrDA规范（红外无线通信的主要协议）最新版中已经将数据传输速率提高到16Mbit/s，实际的红外传输产品速度可达到1Mbit/s以上。,WLAN接入综合方案图,无线局域网(无线IP网）：,1）无线网卡（Wireless LAN Card）,：无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线网络的接口，实现与无线网络的连接。无线网卡的硬件组成包括网卡单元、扩频通信机、天线三个部分（如图）。网卡单元属于数据链路层，它完成扩频通信机与计算机之间的接口控制及计算机与物理层的连接。扩频通信机属于物理层，负责无线电信号的接收与发射。,常见的无线网卡大多为PCMCIA、PCI和USB三种类型,5、无线局域网的无线设备,无线网卡（Wireless LAN Card）：,USB,网卡,PCMCIA网卡,PCI无线网卡,2）,无线,AP,（,Access Point,）,一般俗称为无线接入点，其作用类似有线局域网中的,HUB,。因此任何一台装有无线网卡之,PC,均可通过,AP,去共享局域网络的资源。当网络中增加一个,AP,之后，即可成倍地扩展网络覆盖直径。无线,AP,基本上都有一个以太网接口，用于实现无线局域网和有线局域网的互联。无线接入点通常有以下产品特性：,l,符合,IEEE 802.11X,标准,l,通过,WPA,和,MAC,过滤实现可靠的无线安全保护,l,支持协议过滤，保留配置,log,l,支持自交叉（,MDI/MDI-X,）,可选可拆卸天线,SMA(R),无线,AP,（,Access Point,）,3）无线路由器,无线路由器并不是无线接入点和路由器的一体化产品，不仅功能上无线路由器比无线接入点强很多，应用的场合也不一样，一般来说无线路由器应用是商业性的，,AP,只是针对家用较多，如果号称的无线路由器没有以上基本功能的话，就是无线路由器拆除了路由功能，根本不能叫无线路由器。,无线路由器,4）,无线网桥,主要功能是无线桥接和无线中继，所以一般不推荐在覆盖项目中使用，当然功能上更强大。,通常的无线网桥主要有以下产品特性：,l,防水、防尘设计，适合于室外使用,l,OFDM,调制方式,l,支持,WEP,加密、,MAC,地址控制,l,流量控制,l,提供场强测试，确保天线安装处于最佳角度,l,基于以太网线供电,(PoE),，易于安装,l,提供标准,N(f),连接头,可选配放大器和避雷器,无线网桥,5）,无线天线,无线天线有许多种类型，常见的有两种，一种是室内天线，一种是室外天线。,室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种则是棒状的全向天线。一般小型无线局域网可能