1、 *學 院畢業設計論文 題 目：無線寬帶接入技術探析 系 部： 專 業： 姓 名： 指導教師： 年 月無線寬帶接入技術探析內容摘要: 無線寬帶接入可以很好的解決有線網絡的種種弊端。無線寬帶接入是網絡融合的橋梁和紐帶，無線寬帶接入技術多樣化的趨勢將越來越明顯,無線寬帶接入網作為承載業務,直接面向用戶的網絡,是表達運營商的用戶覆蓋率和企業競爭力主要指標的關鍵之一,與核心網趨于融合的趨勢不同,接入網層面將有眾多技術百花齊放。本文要介紹幾種無線寬帶接入技術，Wi-Fi(Wireless Fidelity)，WiMAX全稱是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for

2、Microwave Access)，還有無線mesh網絡是新近出現的一種無線多跳網狀拓撲網絡,是一種很有開展前途的無線接入網絡技術。這里簡要介紹它們的網絡結構、特點、應用,并分析影響無線其網性能的主要技術因素。 關鍵詞:Wi-Fi，WiMAX，無線mesh網,寬帶無線接入,無線多跳網 目 錄1.Wi-Fi(Wireless Fidelity)技術4技術53.無線Mesh網絡技術64.無線Mesh網的網絡架構65.無線Mesh網絡的特點76.無線Mesh網的應用97.無線Mesh網絡的關鍵技術因素9結束語11參考文獻11 1.Wi-Fi(Wireless Fidelity)技術 Wi-Fi(Wi

3、reless Fidelity)是屬于無線局域網(WLAN)的一種,通常是指802.11b產品,它的主要特點是傳輸速率高,可靠性高,建網速度快簡便、可移動性好、網絡結構彈性化、組網靈活、組網本錢較低等,具有良好的開展前景。Wi-Fi工作在2.4GHz頻段。最高速度達11mb/s,傳輸距離可達100公尺,在全封閉區域可達300公尺,是目前的主流WLAN技術。近年來Wi-Fi在市場上欣起一股熱潮,據預測,到2007年美國將安裝53萬個點,歐洲安裝70萬個點,亞洲也將安裝100多萬個點,Wi-Fi有著“無線版本以太網的美稱, 由于目前的以太網標準(IEEE802.3標準)幾乎已經成為局域網的代名詞,

4、世界上至少有80%以上的局域網采用以太網技術。而WLAN同樣為IEEE制定的標準,所以其幾乎可以視為以太網標準在無線領域的延伸,這使WLAN在應用上具備無痕過渡和順利安裝的特點。 Wi-Fi的安裝和設置相當簡單,在某個區域要建立網絡接入連接時,只需要在一定的范圍內設立相應的接入點就可以了。規劃、布線、測試等傳統工序可以被忽略,如在家里引入Wi-Fi整個接入工序不到10分鐘。同時Wi-Fi的綜合本錢非常低(預計為有線以太網的50%左右)。Wi-Fi擁有許多優點,但是不可無視的是它存在的平安隱患這個致命的缺點。Wi-Fi采用的是RF(射頻)技術,通過空氣發送和接收數據,所以非常容易受到來自外界的攻

5、擊,甚至進入未受保護的公司內部局域網.Wi-Fi用戶已達數億，Wi-Fi商業性熱點已經在全球廣泛部署。自從英特爾2003年推出集成Wi-Fi模塊的移動迅馳筆記本之后，Wi-Fi筆記本用戶群日益擴大，目前市場上超過60%的筆記本都具有Wi-Fi通信功能。根據Wi-Fi聯盟的統計，2006年Wi-Fi行業售出了2億多個芯片集，手持設備和消費類電子產品成為增長的新動力。根據咨詢機構Infonetics的研究報告，預計2007年用戶對WiFi 的需求將繼續提升，預計從2007年至2021年，Wi-Fi 的出貨量將增長13倍。根據著名市場調研公司ABI Research 2006年底的預測，由于對寬帶無

6、線互聯網需求的浪涌式增長，2006年商業性Wi-Fi熱點數量超過十四萬個。同時該報告研究說明，越來越多的用戶都較長時間地使用Wi-Fi熱點。Wi-Fi MESH市場需求空間很大。傳統基于IEEE/b/g的Wi-Fi典型覆蓋范圍為室外300米、室內30米。受到覆蓋范圍的限制，傳統Wi-Fi很難在城市范圍內滿足筆記本和PDA用戶隨時隨地寬帶上網的需求。如果將Wi-Fi熱點“編織起來，結成互相連接的網狀網絡MESH，那么就可以利用Wi-Fi MESH覆蓋校園、街區甚至整個城市。截至目前，包括Motorola和Nortel在內的眾多廠商已經開發出各種Wi-Fi MESH產品并獲得大規模應用，非標準化的

7、產品已經成為現實。為了解決各廠商Wi-Fi MESH產品之間的互操作性，IEEE啟動了MESH標準化工作802.11s，預期2021年內可以發布標準。可以看出，Wi-Fi MESH是在強烈的市場需求驅動下出現的，其開展過程與3G、WiMAX恰恰相反，是先有產品，后進行標準化。Wi-Fi 的應用 無線局域網的架設無線網絡是透過電腦互相連接所組成的，如果這些相連的電腦分布在相隔不遠的位置如一幢大廈、校園或工廠等，該網絡就稱為“局域網LAN。由銅纜或光纖等電纜所連成的網絡，稱為“有線局域網。和有線局域網相反，無線局域網利用了無線電頻率Radio Frequency, RF的技術，令電腦用戶可以無線的

8、方式，透過電磁波于空氣中傳輸資料，除了為用戶帶來更多的方便外，也免去了不少電纜布局以及因電纜損壞而使網絡中斷的煩腦。根據用戶對象，無線局域網有以下兩類:一 供個人及公司內部人員使用的私人無線局域網憑藉Wi-Fi技術，用戶再也不需先在家中或公司的墻壁上鉆孔，才能把纜線接入各個房間。相反，用戶只要安裝一個無線接入點Wireless Access Point，并在每臺手提電腦上插入無線網絡卡或使用內建無線模組的手提電腦，就可以在家中或辦公室內輕輕松松的使用無線上網，有些企業也會藉著架設無線局域網以減低運作本錢和增加生產力。二 供群眾使用的公用無線局域網站點熱點Hotspot一些公共地方如機場、大型購

9、物商場、休閑咖啡店等，為了方便用戶以自?的手提電腦或個人數碼助理進行無線上網，也架設了與互聯網相連的無線局域網以供客戶使用。由于無線網絡是利用電波作傳送媒介，資料封包被截取的可能性相對地提高。而且，企業內部的資訊傳輸，往往會涉及一些客戶及公司的機密資料。所以，就采用無線區域網而言，最令企業用戶擔憂的并不是效能或本錢的問題，而是在網絡保安方面的考量。現時的Wi-Fi 產品主要利用WEP Wired Equivalent Privacy技術作資料加密之用，然而，其保安的效能卻一直備受質疑。另一方面，支援新一代 WPA Wi-Fi Protected Access加密方式的Wi-Fi 產品亦相繼出現

10、，雖然提供了較WEP好的保安性，但業界普遍相信，于短期內，無線保安仍然會是一個相當棘手的問題。2.WiMAX技術 WiMAX全稱是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access),是一種類似于Wi-Fi的新型無線網絡技術,它具有覆蓋范圍更廣、傳輸速率和可靠性(平安性)更高等優點。它所采用的IEEE 802.16標準是一種基于微波和毫米波頻段(2GHz11GHz)的新的空中接口標準的技術,可以替代現有的有線和DSL連接方式,來提供最后一公里的無線寬帶接入。WiMAX將提供固定、移動、便攜式的無線寬帶連接,現在WiMAX已經從本質上

11、改變了最初的應用方向。增加了移動通信方面的效勞。通過參加移動特性,一方面WiMAX可以像原來設想一樣,作為效勞和提高電信運營商最后一公里接入的技術手段。同時還可以成為FMC(固定和移動網絡融合)的主流接入技術。 WiMAX具有以下優點: 一是WiMAX執行IEEE標準,較長的傳輸距離(50公里)和較大的無線覆蓋范圍(6-10公里),傳輸速率最快75Mbps。 二是具有理想的非視距傳輸特性,因此能夠在不同的環境下獲得最正確的傳輸性能。 三是集中了有線/無線接入的優點,并結合了Wi-Fi無線接入技術的移動性與靈活性。 四是WiMAX還能夠通過將無線接入系統上升到無線接入網絡,多中心站之間通過負荷分

12、擔的方式大大增加了網絡容量。 五是基站建設方面,WiMAX不同于過去所采用的無線技術,需建高高的基站。從而可大大降低運營商的本錢。六是目前正在制定中的IEEE 802.16e,面向移動終端,最大傳輸距離為3千米5千米。當前,人們特別關注的是標準已確定的802.16-2004,它主要用于連接互聯網效勞的接入線路,也就是替代使用 線的ADSL等,將通信運營商與用戶連接起來。 接照WiMAX的商用方案,預計到2021年802.16功能的筆記本電腦,就可以不間斷地享用高于3G十倍的速率而構成的寬帶精彩內容效勞。而且WiMAX還能作為Wi-Fi的備份,使用戶可快速,方便地在Wi-Fi和WiMAX間自由切

13、換和訪問互聯網。 3.無線Mesh網絡技術 在寬帶無線接入領域,各種無線通信技術蓬勃開展的同時,一種新的無線網絡技術3G移動通信等技術相結合,組成一個含有多跳無線鏈路的無線網狀網絡。這種無線網狀網,可以大大增加無線系統的覆蓋范圍,同時可以提高無線系統的帶寬容量以及通信可靠性,是一種非常有開展前途的寬帶無線接入技術。 4.無線Mesh網的網絡架構 傳統的無線接入技術中,主要采用點到點或者點到多點的拓撲結構。這種拓撲結構中一般都存在一個中心節點,例如移動通信系統中的基站、802.11WLAN中的AP等等。中心節點一方面與各個無線終端通過單跳無線鏈路相連,控制各無線終端對無線網絡的訪問就;另一方面,

14、中心節點又通過有線鏈路與有線骨干網相連,提供到骨干網的連接。而在無線mesh網絡中,采用網狀mesh拓撲結構,也可以說是一種多點到多點網絡拓撲結構。在這種mesh網絡結構中,各網絡節點通過相臨其他網絡節點,以無線多跳方式相連。 無線mesh網主要由兩種網絡節點組成: mesh路由器和mesh終端。Mesh路由器除了具有傳統的無線路由器的網關/中繼功能外,還具有支持mesh網絡互連的路由功能。Mesh路由器通常具有多個無線接口,這些無線接口可以是基于相同的無線接入技術構建,也可以是基于不同的無線接入技術。與傳統的無線路由器相比,無線mesh路由器可以通過無線多跳通信,以低得多的發射功率獲得同樣的

15、無線覆蓋范圍。在無線mesh網絡中,由mesh路由器互連構成無線骨干網,這個無線骨干網再通過其中的網關mesh路由器與外部網絡如Internet相連。 Mesh終端也具有一定的mesh網絡互連和分組轉發功能,但是一般不具有網關橋接功能。通常,mesh終端通常只具有一個無線接口,實現復雜度遠小于mesh路由器。Mesh終端可以是筆記本電腦、掌上電腦、PDA以及 等終端設備。Mesh終端之間互連可以構成一個小型對等通信網絡。mesh路由器和mesh終端之間混合組網 無線mesh網與同樣采用多跳網狀拓撲的Adhoc網相比,也有所不同。Adhoc網絡是由移動終端設備組成的無線分布式多跳網絡,其中一般不

16、包含靜止的節點設備;而無線mesh網中的無線路由器大多是靜止的設備,而用戶終端也可以是靜止或移動的無線接入終端。此外,adhoc網的設計目的是為了實現用戶移動終端設備之間的對等網絡通信,而無線mesh網絡著重的是給終端用戶提供無線接入功能。 5.無線Mesh網絡的特點 與傳統的無線接入技術相比,無線mesh網具有一些新的特點: 1.無線多跳網絡 無線mesh網技術開發的目標是在不犧牲信道容量的情況下,擴展現有無線網絡的覆蓋范圍。另一個目標是在不具有直接視距無線鏈路的用戶之間,提供非視距連接。為了實現這些目標,不可防止的要采用多跳mesh網絡。多跳mesh網絡架構中,無線鏈路間更短、發射功率更小

17、、節點間干擾更少和頻率重用效率更高,這樣可以在不犧牲信道容量的前提下獲得更高的系統容量。 2.支持adhoc方式網絡互連,具有自組織、自管理、自愈能力 無線mesh網具有網絡結構靈活、易于部署和配置、容錯以及網狀連接多點到多點通信等特點,使得無線mesh網的初始部署本錢相當低,并且可以根據需要逐步擴容。自組織自愈能力使得無線meh網不需要網絡管理員來手工配置網絡,而可以自動發現新節點,自動完成配置過程,自動維護網絡正常運行,在出現節點/鏈路故障時也可自動調整完成網絡自愈。 3.多種類型的網絡接入 在無線mesh網中,既支持無線終端接入骨干網,又支持無線終端之間的對等網絡通信。此外,把無線mes

18、h網技術與其他無線網絡相結合,可以通過無線mesh網給這些無線網絡的終端用戶提供無線接入業務。 4.移動性以及能耗限制與節點類型相關 無線mesh網中,mesh路由器一般為靜止不動的設備,而mesh終端可以是移動或固定設備。同時,mesh路由器一般沒有能耗的限制,而mesh終端那么需要采用能耗較小的網絡通信協議。這樣,MAC以及路由協議需要針對mesh路由器和mesh終端設備分別設計和優化。 與同樣具有自組織、自管理以及多跳無線adhoc拓撲的adhoc網絡相比,無線mesh網也有自己與adhoc網絡不同的特點: 5.具有無線根底設施骨干網 無線mesh網內,由mesh路由器組成一個無線骨干網

19、,專門用于給終端客戶提供可靠網絡連接。這個無線骨干網在無線域內提供了大覆蓋范圍、連通性以及健壯性。反觀Adhoc網絡那么是基于各個不可靠的終端用戶來進行通信,不存在專門提供網絡連接效勞的根底骨干網,這給adhoc的應用帶來了很大的限制 ，無線mesh網可以通過mesh路由器的網關/橋接功能,整合現有多種無線網絡技術,如802.11、802.16、3G移動通信等。這樣,通過mesh路由器組成的無線骨干網,可以把多種不同無線網絡連接到一起,形成一個“無線互聯網。而adhoc網絡由于是用戶終端自組網,而用戶終端一6.集成性 無線mesh網可以通過mesh路由器的網關/橋接功能,整合現有多種無線網絡技

20、術,如802.11、802.16、3G移動通信等。這樣,通過mesh路由器組成的無線骨干網,可以把多種不同無線網絡連接到一起,形成一個“無線互聯網。而adhoc網絡由于是用戶終端自組網,而用戶終端一般不具備這種網關/橋接的功能。 7.路由和配置功能的專門化 在adhoc網絡中,每個終端用戶設備都要為所有其他節點執行路由和配置功能。而在無線mesh網中,雖然mesh終端也有路由轉發功能,但是主要還是由mesh路由器來執行路由和配置功能,大大減輕了普通mesh終端的負載。 8.拓撲結構的相對穩定 adhoc網絡中,由于終端用戶的移動性和不可靠性,網絡拓撲和連接的變化較大,使得路由協議和網絡配置和部

21、署帶來了很大的挑戰。無線mesh網中,mesh路由器一般是靜止不動設備且較用戶終端可靠的多。 9.功耗限制減少 無線mesh網絡中,mesh路由器一般為靜止不動的設備,與adhoc網中的移動終端相比,根本沒有功耗限制。這樣,在設計mesh路由器的物理層、MAC層以及網絡層路由協議時,根本可以不考慮功耗限制,這大大簡化了協議設計,同時還可以采用性能較高的設計方案。 6.無線Mesh網的應用 3G等各種無線接入技術相結合,實現家庭網絡、社區網絡、企業網絡以及城域網絡內的多層次多范圍的無線應用。 1.寬帶家庭網絡互連 現在,寬帶家庭網絡互連大多采用802.11WLAN來實現,在WLAN中AP的放置需

22、要現場勘察,但仍不免產生覆蓋不到的盲區。為了消除盲區,可在家庭互連網絡中采用無線mesh網技術,放置多個小型mesh路由器,以多跳mesh網絡互連家庭內部數字設備可以有效的消除盲區,同時還可以大大提高網絡容錯性,且可減少由于迂回訪問產生造成的網絡擁塞。 2.社區網絡互連 采用無線mesh網技術,通過在社區內放置多個mesh路由器可以將社區內各用戶家庭網絡互連,形成一個社區無線多跳網絡。有了這個社區無線互連網絡,就可以在社區內用戶家庭之間共享假設干個Internet接入設備,而不必在每個用戶家庭安裝Internet接入設備。而且,社區無線mesh網還可以容許社區用戶家庭無需通過遠端效勞提供商網絡

23、,就可以在社區本地相互訪問,共享社區內網絡資源。此外,社區無線mesh網的網狀拓撲結構,也給社區用戶提供了更加可靠的網絡連接,增強了網絡容錯性和健壯性。 3.企業網絡互連 目前,802.11WLAN已經在企業辦公室寫字樓中得到了廣泛的應用,但這些WLAN或者相互沒有連接,或者采用不太經濟的有線以太網方式相連。而采用無線mesh網技術,通過mesh路由器將這些WLAN互連,一方面可以解決WLAN網絡之間連通性問題,另一方面相對采用有線互連方式還可以節約本錢,靈活部署,同時提高了網絡的容錯性和健壯性。 4.城域網絡互連 3G等其他無線接入技術可以形成一個城域大范圍、多層次、多樣化接入方式的無線接入

24、網絡,使得城域無線接入網絡的覆蓋廣度深度都大大增加。 7.無線Mesh網絡的關鍵技術因素 無線mesh網作為一種新的無線接入網絡技術,需要考察影響其性能的關鍵技術因素。這些技術因素如下: 1.物理層無線電技術 新興的物理層無線電技術如定向智能天線、自適應調制編碼、MIMO技術以及多無線電/多信道系統已經成為下一代無線接入系統的不可或缺的關鍵技術。此外,為了進一步改善無線射頻性能以及高層協議的控制,更先進的可重配置無線電、感知無線電、甚至軟件無線電技術都已開始在無線系統中有所運用。這些高級物理層無線電技術的開發設計不僅對物理層性能起著決定性作用,而且要求進行整合物理層、MAC層和網絡層進行整體設

25、計,以便最大限度的提高整個網絡性能。 2.MAC層多址訪問機制 無線mesh網是分布式無線多跳網狀網。現有的無線網絡MAC機制大多都是針對單跳無線網絡設計的,這種面向單跳無線網絡設計的MAC機制并不適于分布式無線多跳網狀網絡,如802.11WLAN的MAC機制在無線鏈路跳數到達四跳時,性能下降非常大。同時,在無線mesh網這種分布式無線多跳網狀網中,由于實現時間同步和碼管理困難,采用TDMA和CDMA多址接入也比擬復雜。此外,在無線mesh網絡中,還要求能夠有效的進行空間頻率重用,以提高網絡容量。這樣, MAC層機制設計將成為影響無線mesh網性能和成功與否的關鍵技術因素之一。 3.Mesh拓撲連接的維持 無線mesh網的很多技術特點和優勢來自于其mesh網狀連接,mesh連接的維護也就成為無線mesh網的MAC和路由協議設計中的一個關鍵。一般來說,需要在無線mesh網中實現網絡自組織和拓撲控制算法,設計具有拓撲感知能力的MAC和路由協議。 4.Mesh路由協議 無線mesh網絡中,mesh路由協議的設計是