第4章无线城域网

1、第4章 无线城域网2本章内容简介无线城域网概述IEEE 802.16(WiMax)标准 IEEE802.16(WiMax)工作场景 WiMax与WiFi技术比较 WiMax的应用实例 无线城域网的仿真 3无线城域网概述WMAN是以无线方式构建的城域网并提供面向互联网的高速连接，它是在无线局域网的基础上产生的，由多个WLAN连接而成。WMAN是为了满足日益增长的宽带无线接入的市场需求，用于解决最后一公里接入问题，代替电缆(Cable)、数字用户线(xDSL)、光纤等。WMAN能有效解决有线方式无法覆盖地区的宽带接入问题，有较完备的QoS机制，可根据业务需要提供实时、非实时不同速率要求的数据传输服

2、务4无线城域网的宽带接入5WMAN标准的开发主要有两大组织机构：IEEE的802.16工作组，主要负责802.16系列标准；欧洲的ETSI，主要负责HiperAccess； 6IEEE 802.16(WiMax)标准lIEEE 802.16简介1999年，IEEE 802.16工作组成立；2002年发布的802.16-2001标准定义了WMAN的空中接口规范；802.16a标准于2003年颁布，支持211GHz的工作频段；2004年的802.16d标准详细规定了211GHz频段的支持多业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相应物理层；72005年802.16e标准发布，在26GHz频段上支

3、持移动宽带接入，提供了高速数据的移动宽带无线接入解决方案；2010年802.16m被ITU确定为4G的技术标准；8标准相应技术领域802.161066GHz固定宽带无线接入系统空中接口标准，仅能用于视距范围。802.16a211GHz固定宽带无线接入系统空中接口，具有非视距传输的特点。802.16c1066GHz固定宽带无线接入系统关于兼容性的增补文件。802.16d211GHz固定无线接入系统空中接口标准，相对比较成熟和实用。802.16e26GHz固定和移动宽带无线接入系统空中接口标准。802.16f固定宽带无线接入系统空中接口MIB要求。IEEE 802.16系列标准的技术领域 9802

4、.16g固定/移动无线接入系统管理平面流程和服务要求，移动性和频谱管理。802.16h在免许可的频带上运作的无线网络系统。802.16i移动宽带无线接入系统空中接口MIB要求802.16j针对802.16e的移动多跳中继组网方式的研究802.16k针对802.16的桥接进行修改802.16m成为ITU的IMT-Advanced技术标准，适应于下一代移动通信网络的需要802.16n更高可靠性的网络10lIEEE 802.16的工作特性及关键技术无线工作特性标准802.16a802.16d802.16e802.16m覆盖范围几公里几公里几公里几公里工作频率211GHz211/1166GHz6GHz

5、3.5GHz移动性无无中低车速高速业务定位个人用户，游牧式数据接入中小企业用户的数据接入个人用户的宽带移动数据接入个人用户的高速移动数据接入QoS支持支持支持支持IEEE 802.16几个主要标准的特点11信道编码技术支持的信道编码类型包括：咬尾卷积编码归零卷积编码低密度奇偶校验码链路自适应技术自适应调制编码混合自动重传12多天线技术支持MIMO和自适应天线阵两种不同的多天线实现方式13lIEEE 802.16协议体系结构IEEE802.16标准描述了一个点到多点的宽带无线接入系统的空中接口，包括MAC层和物理层汇聚子层公共部分子层安全子层物理层数据控制平面管理实体特定服务汇聚子层管理实体公共

6、部分子层和安全子层管理实体物理层MAC层IEEE802.16空中接口协议模型14IEEE802.16(WiMax)工作场景lWiMax系统组成WiMax发射塔WiMax接收机WiMax发射塔WiMax接收机15lWiMax可提供的无线服务： 非视距服务视距型服务lWiMax应用场景WiMax论坛定义的应用场景固定、游牧、便携、移动和全移动16WiMax与与WiFi技术比较技术比较l传输范围分析WiMax网络可在需牌照或公用无线频段运行。尤其是在授权频段运行时，WiMax可使用更多频宽、时段和更强的功率而WiFi只在公用频段的2.45GHZ之间工作l传输速率分析WiMax最高速率达30-100M

7、bps，而最快的802.11n则为300-600Mbps17l安全性分析WiMax使用和WiFi的WPA2标准相似的认证加密方法。其微小区别在于WiMax使用3DES或AES机制，以及EAP，称为PKM-EAP。WiFi的WPA2则使用典型的PEAP认证与AES加密,实际的网络安全性往往取决于组建方式是否合理。18WiMax的应用实例lWiMax无线视频监控系统包括三部分视频采集前端系统无线网络传输系统视频流信息处理系统19基于WiMax的视频监控系统20无线城域网的仿真lWiMax仿真主要涉及以下模块无线信道模块无线传输模块无线物理接口模块无线局域网MAC层模块无线天线模块无线路由协议其它无

8、线模块21lWiMax模块的安装首先利用cygwin+ns-2.34搭建仿真平台其次安装WiMax仿真模块，具体见教材4.6.1节WiMax模块编译路径22WiMax模块编译过程23lWiMax的协议仿真仿真拓扑910876543210WiMax仿真实验网络拓扑图24仿真代码仿真代码见教材的电子资源仿真结果和分析(教材105-106页)25起始点0与其他节点进行操作，包括下行链路同步、获取参数、初始距离、基本能力协商、SS鉴权和注册等。WiMax仿真初始化阶段26节点0向节点1发送UGS数据 节点0收集到所有节点信息，在1s时，节点0开始向节点1发送UGS服务流数据27节点0向节点2发送数据在2s后，节点0向节点2发送ertPS服务流数据，当节点2的请求刚到节点0，节点0就向节点2发送数据包。这体现了主动授权业务的实时性28各节点与节点0交互之后，各节点也向节点0发送请求，节点0更具宽带请求分配策略为其他节点分配带宽，各个节点有序发送/接受数据包29当业务繁忙时，非实时轮询业务就、尽力而为业务将