第六章 无线接入技术

接入网技术接入网技术第6章无线接入技术接入网技术接入网技术接入网技术中国移动中国联通中国电信GSM800上行885MHz—909MHz909-915MHz825-840MHz下行930MHz—954MHz954-960MHz870-885MHz小计24/24MHz6/6MHz15/15MHzGSM1800上行1710-1725MHz1745-1755MHz下行1805-1820MHz1840-1850MHz小计15/15MHz10/10MHz3G上行1880-1900MHz1940-1955MHz1920-1935MHz下行2010-2025MHz2130-2145MHz2110-2125MHz小计15/15MHz15/15MHz15/15MHz合计54/54MHz31/31MHz30MHz接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术GPRS网络结构IP、X.25网等

GPRS网络MSBSCMSC/VLRBTSMSPCUSGSN分组数据网（PDP网）HLRAUCEIRPSTNSGSNGGSNGGSN其他GPRS网络接入网技术GPRS服务支持节点SGSN（ServingGPRSSupportNode）对GPRS用户接入控制与管理用户认证和鉴权将MS接入GPRS网络用户进行移动性管理…….

GPRS网关支持节点GGSN（GatewayGPRSSupportNode）是GPRS的网关，类似路由器连接外部分组数据网络将GPRS网络的MS接入到外部网络（网关）为GPRS用户分配IP地址分组控制单元PCU（PacketControlUnit）负责完成GPRS空中信道的控制功能接入网技术GPRS资源分配与数话同传GPRS业务占用信道的特点可为１个GPRS的MS分配多个时隙或多个GPRS的MS可同时共享１个时隙MS只有在传输时才占用信道为GPRS指定物理信道在原有GSM信道中专门拿出部分时隙用于GPRS占用了GSM的信道，会影响GSM用户的容量与GSM共享物理信道不专门设置GPRS信道，而是与GSM共享通常情况话音优先无话音业务时占用信道，尽力做到不影响GSM业务，但GPRS的实际速率不高接入网技术GPRS的数据传输传输前的准备SGSN对GPRS用户的身份认证建立MS与SGSN的唯一连接，接入到GPRS网络GGSN对GPRS用户的身份认证通过GGSN为MS分配一个PDP地址（如IP地址）注：MS地址可动态分配也可静态分配建立MS与GGSN的逻辑连接与外部网络（如Internet）通信每个MS都有一个IP地址（一般为内部的）GGSN为一个网关负责提供MS到Internet的接入负责完成内部地址到公共IP地址的映射负责MS到Internet数据的路由与转发接入网技术接入网技术接入网技术多种宽带无线接入（BWA：broadbandwirelessaccess）技术正在蓬勃发展需求牵引、技术推动标准化活动十分活跃IEEE802委员会对BWA展开全线标准化活动802.11：WLAN，无线局域网802.15：WPAN，无线个域网802.16：WMAN，无线城域网802.20：WWAN，无线广域网802.22：WRAN，无线区域网WWAN：无线广域网正在走向宽带，例如3G卫星接入技术接入网技术6.1无线局域网无线局域网WLAN的功能为小范围内固定或移动站点提供无线数据通信服务标准机构及组织IEEE802.11工作组Wi－Fi联盟技术标准IEEE802.11系列网络结构Ad-hoc（无中心）AP（有中心）MAC协议CSMA/CA协议频段2.4GHz（ISM频段），5GHz无线环境恶劣，存在诸多问题很难解决接入网技术802.11主要标准IEEEstd802.11-1997发布，2Mbps@2.4GHzIEEE802.11，1999EditionIEEE802.11a-1999:54Mbps@5GHzIEEE802.11b-1999:11Mbps@2.4GHzIEEE802.11g-2003:54Mbps@2.4GHzIEEE802.11i-2004，MAC的安全性增强正在发展：IEEE802.11e:MAC的QoS增强开始研究IEEE802.11s:无线Mesh网接入网技术802.11a802.11b802.11g802.11n发布时间1999年7月1999年7月2003年6月2006年工作频段5GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz5GHz最大数据率/每子信道54Mbps11Mbps54Mbps500Mbps不重叠子信道数1233?调制方式OFDMDSSS/CCKOFDM/CCKMIMO/OFDM接入网技术IEEE802.11标准1990年IEEE802委员会成立IEEE802.11工作组1997年6月公布标准现行标准是IEEE802.11-1999IEEE802.11标准全称无线局域网介质访问控制和物理层规范WirelessLANMediumAccessControlandPhysicalLayerSpecifications标准包含的内容包括基本的组网方式及结构协议参考模型MAC层协议、数据格式与数据传输物理层技术用户认证与信息安全接入网技术WLAN的网络结构无中心－对等结构（ad－hoc）所有移动站点都处于平等地位无中心站，所有站点间可直接通信无需中继所有站点共享同一信道，竞争同一信道采用全向天线用户增加时，冲突厉害适合用户少且范围小的组网ABCDE频率f接入网技术WLAN的网络结构有中心－AP接入结构所有移动站点通过中心站点(AP)接入一般AP位置不动，实现站点的接入和到有线网的桥接不考虑移动站点之间的直接通信只考虑各站点与AP之间的直接通信无线站点之间、无线站点到互联用户的通信都需通过AP转发AP：全向天线，其他移动站点：定向天线有中心的结构便于对用户的接入管理，更适合作WLAN接入网的结构APfInternet接入网技术BSSBasicServiceSet,基本服务组BSS是一个基本的WLAN的单元网络为一组站点提供通信服务在一个BSS内，各站点可直接通信（对等），或只能通过一跳中继实现站点之间的通信（AP)每个BSS都有一个ID，称为BSSID（AP地址）不同的BSS之间的站点不能够直接通信，必须通过分布系统互联并转发AP接入网技术ESSESS:ExtendedServiceSet，扩展服务组多个BSS通过一个分布系统（DS，一般为以太网交换机）相连构成一个ESS（每个BSS内有一个AP，用于连接DS及控制BSS内站点的接入）ESS有一个ID，称为ESSID（与BSSID统称为SSID）。同一个ESS的站点可以在不同的BSS之间切换

DSAPAPBSS1BSS2ESS接入网技术接入网技术WLAN系统结构接入网技术无线网卡是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。按照设备接口的差异可分为：PCI无线网卡、PCMCIA无线网卡、USB无线网卡。CISCOAIR-CB21AG-A-K9无线网卡笔记本无线网卡/IEEE802.11a/b/g最大数据传输率：54Mbps有效工作距离：300m支持系统：WindowsXPandWindows2000接入网技术无线AP：在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信。通俗的讲，无线AP是无线网和有线网之间沟通的桥梁。单纯型AP和扩展型AP单纯型AP的功能相对来比较简单缺少路由功能，只能相当无线集线器；而扩展型AP也就是市场上的无线路由器，由于它功能比较全面，大多数扩展型AP不但具有路由交换功能还有DHCP、网络防火墙等功能。接入网技术TP-LINKWA200+无线接入器无线接入点/RJ-45端口网络标准：IEEE802.11b，IEEE802.3数据传输率：22Mbps有效工作距离：室内距离最远120米；室外距离最远350米频率范围：2．4～2.4835GHz安全性能：64/128/256位WEP加密接入网技术接入控制器接入控制器（AC）是面向宽带网络应用的新型网关，可以实现WLAN用户IP/ATM接入，其主要功能是对用户身份进行认证、计费等，将来自不同AP的数据进行汇聚，并支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集及对网络的监控。接入网技术无线接收端(网线形式或USB形式）BWB-610NCPE设备天线角度调整到户示意图90°扇区天线接入网技术50cm500cmΦ45mm光转交换机RJ45RJ45无线设备RJ45POE供电模块扇区天线AP接入网技术

BWB-610N1电信级无线AP

产品特色ISM2.4GHzIEEE802.11n/g/b无线双模块OFDM技术支持无线全双工工作方式

完美支持802.11n传输速率150~300Mbps802.11h的TPC和DFS兼容802.3af标准PoE端口多模一个千兆/百兆/十兆自适应网口覆盖距离半径2~3公里（较少阻挡）

接入用户35~50个

广泛操作温度从-40到70°C支持STP生成树协议/环路备份支持路由/NAT技术MAC地址控制64/128/152bitWEP加密

WPA2-PSK加密AES加密支持IEEE802.3afPOE以太网供电防水室外单元IP66国际A级防水接入网技术BWAT-2400-10V110板状2.4GHz90°扇区天线应用：2.4GHzWLAN系统点对多点应用特点：高增益重量轻、体积小、低剖面防腐能力强、垂直极化性能强提供抱杆安装套件内置设备安装室型号TDJ-2400BKT90-C频率范围2400~2483增益-dBi14垂直面波瓣宽度-°40水平面波瓣宽度-°90电压驻波比≤1.5前后比-dB≥28输入阻抗-Ω50极化方式垂直或水平接头型号SMA-J（或用户指定）天线尺寸-mm600*200*80重量-Kg2.6（带夹码）安装方式抱杆安装支撑杆直径-mm￠40~65接入网技术客户端无线接收器（USB接口）应用：2.4GHzWLAN系统点对多点农村乡镇无线覆盖应用特点：高增益重量轻、体积小、使用N协议、设置简便防腐能力强、接收能力强提供抱杆安装套件延长线缆质量高板状2.4GHz90°扇区天线型号WLai-N-Receiver-USB频率范围2400~2483天线增益-dBi14垂直面波瓣宽度-°40°水平面波瓣宽度-°90°延长线10mUSB低损耗线+3~8m低损耗馈线芯片支持协议802.11b/g/n输入阻抗-Ω50极化方式垂直接头型号USB连接至用户主机外观尺寸-mm280*200*45安装方式抱杆安装支撑杆直径-mm￠25~35接入网技术附：项目相关照片接入网技术附：项目相关照片接入网技术WLAN主要技术扩频技术调频扩频（FHSS）直接序列扩频（DSSS）安全技术覆盖与天线技术热点覆盖无线漫游技术WLAN接入网内部，站点的移动类型：不移动：固定站点，或仅在BSS内移动BSS移动：在一个ESS内的不同BSS之间移动接入网技术WLAN的应用WLAN接入应用的方式WLAN的应用场合接入网技术WLAN接入应用的方式基于AP的链路级接入用户的接入完全由AP控制AP——Master；用户——client可以使用802.1X进行用户身份认证AP工作在链路层，不具有IP层的某些服务功能无线站点InternetInternetAPAPRouter接入网技术WLAN接入应用的方式（续）802.11MACPHYIPTCP应用层APRouter无线站点Internet互联网用户802.11MACPHY802.3MACPHY802.3MACPHYIPDLPHYDLPHYIPTCP应用层AP接入网技术WLAN接入应用的方式（续）一般不采用对等方式做接入无线链路上各节点的实体在协议上是均等的无线节点间存在直接通信方式对AP的功能可以进一步加强AP具有网络层功能AP上实现DHCP、NAT等功能接入网技术WLAN应用：网络级接入基于AP的网络级接入AP具有网络层功能结合无线路由器和AP的功能无线节点间不存在直接通信方式802.11MACPHYIPTCP应用层APRouter无线站点APInternet互联网用户802.11MACPHYIP802.3MACPHY802.3MACPHYIPDLLPHYDLLPHYIPTCP应用层接入网技术WLAN的应用场合主要应用的场合不需布线、快速组网、移动范围有限的无线数据通信的场合如：酒店、机场、会展、校园等接入网技术机场WLAN系统组成接入网技术接入网技术IEEE802.11的参考模型

MAC子层物理层，进一步分为两个子层PLCP:PhysicalLayerConvergenceProcedure物理层汇聚子层PMD:PhysicalMediumDependent物理介质相关子层接入网技术物理层功能PLCP功能将MAC帧增加同步头、起始定界符，形成物理层PDU，以适合信道的传输不同的PMD子层，所对应的PLCP也不同（与以太网不同）PMD功能信号的调制、解调，信道状态检测，从信道上收、发数据接入网技术MAC子层功能访问控制标准定义了两种访问方式分布式协调功能DCF，站点之间通信基于竞争协议CSMA/CA点协调功能PCF，是一种集中控制方式，站点之间的通信基于轮询的方式，一种无竞争的方式关联站点之间相互确定网络通信参数，建立通信关系认证与加密帧的分段与重装无线信道易受干扰，短帧有利于提高传输的成功率分段功能是802.11的一个可选项通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在何时能发送数据或接收数据。802.11的MAC层在物理层的上面，它包括两个子层。分布协调功能DCF（DistributedCoordinationFunction）。DCF不采用任何中心控制，而是在每一个节点使用CSMA机制的分布式接入算法，让每个站通过争用信道来获取发送权。点协调功能PCF（PointCoordinationFunction）。PCF是选项，是用接入点AP集中控制整个BSS内的活动，因此自组网络就没有PCF子层。802.11的MAC层1.MAC帧结构工作发送的所有类型的帧。都采用这种帧结构。形成正确的帧之后，MAC层将帧传给物理层集中处理子层（PLCP）。帧从控制字段第一位开始，以帧校验域（FCS）的最后一位结束。MAC帧格式接入网技术CSMA协议CSMA协议是在Aloha协议的基础上发展起来的随机竞争类MAC协议。由于其性能比Aloha大大提高且算法简单，故在实际系统中得到了广泛的应用。CSMA/CD协议已成功地应用于使用有线连接的局域网，但在无线局域网的环境下，却不能简单地搬用CSMA/CD协议，特别是碰撞检测部分。这里主要有两个原因：第一，在无线局域网的适配器上，接收信号的强度往往会远小于发送信号的强度，因此若要实现碰撞检测，那么在硬件上需要的花费就会过大。第二，在无线局域网中，并非所有的站点都能够听见对方，而“所有站点都能够听见对方”正是实现CSMA/CD协议必须具备的基础。接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术常用的三种帧间间隔的作用①SIFS，即短帧间间隔。SIFS是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。在这段时间内，一个站应当能够从发送方式切换到接收方式。使用SIFS的帧类型有：ACK帧、CTS帧、由过长的MAC帧分片后的数据帧，以及所有回答AP的探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧。②PIFS，即点协调功能帧间间隔（比SIFS长），是为了在开始使用PCF方式时（在PCF方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS的长度是SIFS加一个时隙时间（slottime）长度。③DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的IFS），在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS的长度比PIFS再多一个时隙长度。CSMA/CA协议的工作原理比较复杂，先讨论比较简单的情况：当某个站点有数据帧要发送时：①先检测信道（进行载波监听）。若检测到信道空闲，则在等待一段时间DIFS后（如果这段时间内信道一直是空闲的）就发送整个数据帧，并等待确认。为什么信道空闲还要再等待呢？就是考虑可能有其他站点有高优先级的帧要发送。如有，就让高优先级帧先发送。②目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔SIFS后，向源站发送确认帧ACK。③所有其他站都设置网络分配向量NAV，表明在这段时间内信道忙，不能发送数据。④当确认帧ACK结束时，NAV（信道忙）也就结束了。在经历了帧间间隔之后，接着会出现一段空闲时间，叫做争用窗口，表示在这段时间内有可能出现各站点争用信道的情况。争用信道的情况比较复杂，因为有关站点要执行退避短发。以图6-8为例进行说明。该图表示当A正在发送数据时，B、C和D都有数据要发送（用向上的箭头表示）。由于它们都检测到信道忙，因此都要执行退避算法，各自随机退避一段时间再发送数据。802.11标准规定，退避时间必须是整数倍的时隙时间。根据以上讨论的情况，可把CSMA/CA协议算法归纳如下：①若站点最初有数据要发送（而不是发送不成功再进行重传），且检测到信道空闲，在等待时间DIFS后，就发送整个数据帧。②否则，站点执行CSMA/CA协议的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器。只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。③当退避计时器时间减少到零时（这时信道只可能是空闲的），站点就发送整个帧并等待确认。④发送站若收到确认，就知道已发送的帧被目的站正确收到了。这时如果要发送第二帧，就要从上面的步骤②开始，执行CSMA/CA协议的退避算法，随机选定一段退避时间。若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重