第六講移動數(shù)據(jù)傳輸

1、移動通信移動通信Mobile Communication蘭州交通大學電信學院蘭州交通大學電信學院 主講：鄭玉甫主講：鄭玉甫: 2目錄目錄n第一講 概述（1學時） n第二講 移動通信組網(wǎng)原理（2學時）n第三講 移動信道中的電波傳播（1學時）n第四講 數(shù)字移動通信關鍵技術（2學時）n第五講 GSM/GPRS數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（2學時）n第六講 移動數(shù)據(jù)傳輸（1學時）n第七講 未來移動通信展望（1學時）n第八講 GSM-R鐵路專用移動通信系統(tǒng)（8學時）n第九講 鐵路無線電管理（2學時）n第十講 鐵路GSM-R系統(tǒng)運用質(zhì)量標準（2學時）n第十一講 鐵路GSM-R系統(tǒng)測試（2學時）3第六講第六講 移動

2、數(shù)據(jù)傳輸移動數(shù)據(jù)傳輸n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術q6.1.1 引言q6.1.2 WLAN技術的優(yōu)勢q6.1.3 WLAN的拓撲結構q6.1.4 WLAN標準的發(fā)展q6.1.5 WLAN的協(xié)議體系q6.1.6 WLAN技術發(fā)展趨勢4n6.2 無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術q6.2.1 IEEE802.16標準和WiMAX組織q6.2.2 WiMAX技術特點q6.2.3 WiMAX協(xié)議體系結構q6.2.4 WiMAX標準化最新進展n6.3 移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合5n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.1 引言 全球有三大類型的無線局域網(wǎng)標準，包括美國IEEE 802.11標準系列，歐洲

3、ETSI BRAN的HIPERLAN標準和日本ARIB開發(fā)的多媒體移動接入通信（MMAC）標準。在上述標準中，IEEE 802.11標準系列發(fā)展最為迅速，得到的業(yè)界支持也最為廣泛。因此，本節(jié)對無線局域網(wǎng)的講述，將著重于IEEE 802.11系列。6n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.2 WLAN技術的優(yōu)勢 安裝便捷覆蓋范圍廣 經(jīng)濟節(jié)約 易于擴展 傳輸速率高 7n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.3 WLAN的拓撲結構 WLAN有兩種主要的拓撲結構，即基礎結構網(wǎng)絡（Infrastructure Network）和自組織網(wǎng)絡（也就是對等網(wǎng)絡，即人們常稱的Ad-Hoc網(wǎng)絡）。 8n6

4、.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.4 WLAN標準的發(fā)展 1IEEE802.112IEEE802.11b 3IEEE802.11a 4IEEE802.11g 9n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 5中國WAPI標準 針對WLAN安全問題，中國制定了自己的WLAN安全標準：WAPI。 與其他無線局域網(wǎng)安全機制（如802.11i）相比，WAPI主要的差別體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）雙向身份鑒別 （2）數(shù)字證書身份憑證 10n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 （1）雙向身份鑒別 在WAPI安全體制下，無線客戶端和WLAN設備二者處于對等地位，二者身份的相互鑒別在公信的鑒別服務器控制下實現(xiàn)。雙向

5、鑒別機制既可防止假冒的無線客戶端接入WLAN網(wǎng)絡，同時也可杜絕假冒的WLAN設備偽裝成合法的設備。 而在其它安全體制下，只能實現(xiàn)WLAN設備對無線客戶端的單向鑒別，缺乏有效的WLAN設備身份鑒別手段11n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 （2）數(shù)字證書身份憑證 WAPI基本架構上和802.11i采用的AAA架構類似，也包括了三個實體，即鑒別請求者系統(tǒng)（WLAN終端）、鑒別器系統(tǒng)（WLAN設備）和鑒別服務系統(tǒng)，如圖8.2所示。 12n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.5 WLAN的協(xié)議體系 與有線局域網(wǎng)一樣，無線局域網(wǎng)的標準化工作主要在邏輯鏈路層的LLC子層以下，即MAC層與物理層。由于

6、無線的傳輸技術與有線傳輸技術的差異以及無線信道的獨特性，需要制定新的MAC協(xié)議和相應的物理層協(xié)議。 136.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術n 6.1.5 WLAN的協(xié)議體系 1802.11物理層 （1）FH-SS技術（2）DS-SS技術 （3）OFDM技術協(xié)議傳統(tǒng) 802.11802.11a802.11b802.11g802.11n頻率2.4 GHz5GHz2.4GHz2.4GHz2.4或5GHz信號FHSS或DSSSOFDMHR-DSSSOFDMOFDM最大數(shù)據(jù)傳輸率2 Mbps54 Mbps11 Mbps54 Mbps540 Mbps（理論值）發(fā)布時間199719991999（先于a）200

7、3于2008年認證傳輸速率1Mbps2Mbps6、9、12、18、 24、36、48、54Mbps1、2、5.5、11Mbps6、9、12、18、24、36、48、54Mbps1、2、5.5、6、9、11、12、18、24、36、48、54Mbps146.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 2802.11數(shù)據(jù)鏈路層 802.11的數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層，一是邏輯鏈路層LLC，另一個是媒體訪問控制層MAC。 IEEE802.3有線局域網(wǎng)標準定義了CSMA/CD（帶有碰撞檢測的載波偵聽多址接入）MAC層協(xié)議，適用于總線拓撲結構。由于IEEE802.3是當前流行的有線局域網(wǎng)標準，CSMA/CD也是當前使用

8、最多的有線局域網(wǎng)協(xié)議。 156.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 為了盡量減少數(shù)據(jù)的傳輸碰撞和重試發(fā)送，防止各站點無序地爭用信道，無線局域網(wǎng)中采用了與以太網(wǎng)CSMA/CD類似的CSMA/CA（載波偵聽多址接入/沖突避免）協(xié)議。CSMA/CA通信方式將時間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來，保證某一時刻只有一個站點發(fā)送，實現(xiàn)了網(wǎng)絡系統(tǒng)的集中控制。 166.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 在IEEE 802.11無線局域網(wǎng)中，使用的是探詢脈沖CSMA/CA協(xié)議。 （1）探詢脈沖CSMA/CA 176.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 在無線局域網(wǎng)中存在一個有線局域網(wǎng)沒有的特別問題，那就是“隱藏終端”問題。 為了解

9、決“隱藏終端”問題，可采用RTS/CTS機制（2）RTS/CTS 186.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 “隱藏終端”： 兩個互不可見（即無線信號不能互達）的工作站利用一個中心接入點進行連接，這兩個工作站都能夠“聽”到中心接入點的存在，而相互之間則可能由于障礙或者距離原因無法感知到對方的存在。由于兩個發(fā)送站點都無法檢測到介質(zhì)中有對方的信號，于是都認為此時介質(zhì)為空閑，可以使用，并同時向中心接入點發(fā)送信號。顯然，接收信號的中心接入點將無所適從，因為它接收到的實際是兩個發(fā)送站點送來的相互干擾的信號。 196.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 RTS/CTS： 為了解決“隱藏終端”問題，RTS/CTS機制的

10、工作原理是：發(fā)送站點在向接收站點發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，即在DIFS（DCF幀間隔）之后不是立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是代之以發(fā)送一個請求發(fā)送RTS幀，以申請對介質(zhì)的占用，當接收站點收到RTS幀后，立即在一個短幀隙SIFS之后回應一個準許發(fā)送CTS幀，告知對方已準備好接收數(shù)據(jù)。雙方在成功交換RTS/CTS信號（即完成握手）后才開始真正的數(shù)據(jù)傳遞，這就保證了多個互不可見的發(fā)送站點同時向同一接收點發(fā)送信號時，實際只能是接收到接收站點回應CTS幀的那個站點能夠進行發(fā)送，避免了沖突發(fā)生。即使有沖突發(fā)生，也只是在發(fā)送RTS幀時，這種情況下，由于收不到接收站點的CTS消息，大家回頭再用CSMA/CA協(xié)議的競爭機制，分配一個

11、隨機退守定時值，等待下一次介質(zhì)空閑DIFS后競爭發(fā)送RTS幀，直到成功為止。這樣發(fā)送端就可以發(fā)送數(shù)據(jù)和接收ACK信號，而不會造成數(shù)據(jù)的沖突，從而間接解決了“隱藏終端”問題。20n6.1無線局域網(wǎng)（WLAN）技術 6.1.6 WLAN技術發(fā)展趨勢 IEEE 802.11工作組陸續(xù)推出新的802.11i、802.11e、802.11n、802.11k等大量標準?？梢詮臒o線安全、吞吐提高、可管理等方面對WLAN相關標準的發(fā)展進行分類 。 實現(xiàn)無線安全提高無線可管理性無線吞吐提高 其它標準 21n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術 隨著移動通信技術和寬帶技術的發(fā)展，WiMAX（全球微波接入互操作性）技

12、術已經(jīng)成為全球電信運營商和設備制造商關注的熱點問題之一。解決如何在保證服務質(zhì)量的前提下，有效的降低每比特成本以更好地滿足用戶需求，對運營商意義重大。WiMAX正是這樣一種極具潛力的應用。 22n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.1 IEEE802.16標準和WiMAX組織1999年，IEEE專門成立了IEEE802.16工作組 IEEE802.16標準于2001年12月發(fā)布 IEEE在2003年1月又發(fā)布了新的擴展協(xié)議IEEE 802.16a IEEE 802.16-2004 IEEE 802.16e WiMAX論壇 23n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.2 WiMAX技術特

13、點傳輸距離遠、接入速度高無“最后一公里”瓶頸限制、系統(tǒng)容量大 提供廣泛的多媒體通信服務 提供安全保證 互操作性好 應用范圍廣 24n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.3 WiMAX協(xié)議體系結構 IEEE802.16 工作組的主要工作都圍繞空中接口展開，空中接口主要由物理層和MAC 層組成。物理層由傳輸匯聚(TC) 子層和物理媒介依賴(PMD)子層組成，通常說的物理層主要是指PMD。物理層定義了 TDD 和 FDD 兩種雙工方式。MAC 層又分為三個子層：面向業(yè)務的匯聚子層(CS )、公共部分子層(CPS)和安全子層(SS) 。25n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.3 WiMA

14、X協(xié)議體系結構 26n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.3 WiMAX協(xié)議體系結構 1物理層 WiMAX/802.16定義了5種不同的物理層規(guī)范：無線城域網(wǎng)單載波（WMAN-SC)、無線城域網(wǎng)增強單載波(WMAN-SCa)、無線城域網(wǎng)正交頻分復用(WMAN-OFDM)、無線城域網(wǎng)正交頻分多址(WMAN-OFDMA )、無線高速免執(zhí)照城域網(wǎng)( wireless high-speed unlicensed MAN)。最常用的是OFDM模式。 WiMAX的物理層支持時分雙工（TDD）和頻分雙工(FDD)兩種工作方式。 WiMAX支持靈活地劃分載波帶寬，系統(tǒng)采用1.2520MHz之間的帶寬。

15、27n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.3 WiMAX協(xié)議體系結構 2MAC層 MAC層分為三層：從上到下依次是面向業(yè)務的匯聚子層CS，公共部分子層CPS和安全子層（可選）。28n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.3 WiMAX協(xié)議體系結構 3網(wǎng)絡協(xié)議流程 29n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術6.2.4 WiMAX標準化最新進展 維護任務組（Maintenance TG） 網(wǎng)絡維護任務組（Network Management TG） 中繼任務組（Relay TG） TGm 工作組 ITU-R Liaison Group 特設組 30n6.2無線城域網(wǎng)（WiMAX）技術8.2

16、.4 WiMAX標準化最新進展 2007年10月19日，國際電信聯(lián)盟ITU宣布，批準WiMAX以OFDMA WMAN TDD的名義成為ITU移動無線標準。這意味著，WiMax成為3G標準中IMT-2000家族的一名正式成員，與WCDMA、CDMA2000以及我國的TD-SCDMA并列，成為全球第四大3G標準。 我國工業(yè)和信息化部無線電管理局指出，移動WiMAX（802.16e）沒有經(jīng)過中國通信標準委員會的審定，不能作為中國的國家標準，不能在中國使用。 31n6.3移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合 WLAN與移動蜂窩網(wǎng)絡的互通已成為最新的熱點技術。通過建立WLAN與蜂窩網(wǎng)絡兩者的互通，利用WLAN高數(shù)據(jù)

17、接入速率的特點，同時利用移動蜂窩網(wǎng)絡覆蓋范圍廣的特點，將為用戶提供更快捷、更靈活的移動數(shù)據(jù)業(yè)務，可以預見兩者互相融合的前景非常廣闊。 本節(jié)將以WLAN和GPRS的融合為例進行說明。32n6.3移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合 目前兩種主要的融合方案被稱為：緊耦合方式（Tight coupling）和松耦合方式（Loose coupling），這兩種方案是由ETSI來制定的。 33n6.3移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合 在松耦合方案中，WLAN作為GPRS的輔助接入網(wǎng)，WLAN利用GPRS網(wǎng)中的用戶數(shù)據(jù)庫，而與GPRS核心網(wǎng)間并沒有直接數(shù)據(jù)接口。在圖8.7示意的簡化GPRS參考模型中，可以認為WLAN和GPR

18、S間松耦合主要在Gi參考點，WLAN旁路GPRS網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)直接接入到分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN） 在松耦合方案中，WLAN上層協(xié)議使用的是標準的各種Internet協(xié)議，不必對協(xié)議棧進行改造。 松耦合方案34n6.3移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合 在緊耦合中，WLAN數(shù)據(jù)流量通過Gb或Iu-PS參考點連接到GPRS核心網(wǎng)再送至外部PDN。 緊耦合方案中WLAN和GPRS盡可能地采用相同的固定網(wǎng)絡資源，彼此僅在無線接入部分相互獨立 緊耦合方案35n6.3移動蜂窩網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合 兩種耦合方案的比較 （1）松耦合方案的特點 WLAN和GPRS網(wǎng)絡相互獨立，互不影響； 實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡融合的技術要求較低，不需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡設備進行大的升級和改造； 對移動終端沒有特殊要求，普通的WLAN終端也可接入； 應用面寬，既適合于WLAN為GPRS運營商所擁有的情況，也適用于WLAN為第三方運營商所擁有的情況。松耦合的優(yōu)點:36 當用戶采用雙模終端時，必須采用移動IP的方式才能實現(xiàn)移動終端在兩個網(wǎng)絡間的