理论教育 IEEE802.16系列网络的特点与应用分析

IEEE802.16系列网络的特点与应用分析

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:它积极推广的是IEEE 802.16系列标准及其相关的规范。通常认为,IEEE 802.16工作组是WiMAX空中接口规范的制定者,而WiMAX论坛是技术和产业链的推动者。IEEE 802.16工作组主要开发应用于城域网的无线系统空中接口的物理层和媒体接入控制层规范。IEEE 802.16标准系列到目前为止主要包括IEEE 802.16、IEEE802.16a、IEEE 802.16c、IEEE 802.16—2004、IEEE 802.16e—2005、IEEE 802.16f和IEEE 802.16g共7个标准。IEEE 802.16a标准颁布于2003年1月,是对之前发布的IEEE802.16标准的扩展。此外,IEEE 802.16a增加了QoS保障机制,可以支持语音、视频等实时性业务。

IEEE802.16系列网络的特点与应用分析

WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互联接入)产业联盟,主要成员包括设备制造商、器件供应商运营商等,主要任务是对产品进行兼容性和互操作性认证。它积极推广的是IEEE 802.16系列标准及其相关的规范。

WiMAX论坛成立于2001年4月,最初该组织旨在对基于IEEE802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证,通过WiMAX认证的产品会拥有“WiMAX CERTI-FIED”标识。随着IEEE 802.16技术和规范的进展,该组织的目标也逐步进行扩展,不仅要建立一套基于IEEE 802.16e标准和ETSI HiperMAN标准的认证体系,同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索以及市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。通常认为,IEEE 802.16工作组是WiMAX空中接口规范的制定者,而WiMAX论坛是技术和产业链的推动者。目前,WiMAX几乎成了IEEE 802.16技术的代名词,其空中接口规范涵盖了IEEE 802.16d/e标准。

随着20世纪90年代宽带无线接入技术的飞速发展,城市内中小企业、商业区的无线接入需求不断上升。然而在城域网宽带无线接入技术方面,一直缺乏一个统一的全球性无线宽带接入标准。这方面的空白制约了固定宽带接入产业的发展。IEEE国际标准化组织一直在关注着固定宽带无线接入技术的发展和应用,并且积极推动着全球宽带无线接入的标准化进程。1999年国际标准化组织成立了IEEE 802.16工作组来专门研究宽带固定无线接入技术规范。

IEEE 802.16工作组主要开发应用于城域网的无线系统空中接口的物理层和媒体接入控制层规范。如果说IEEE 802.11标准解决了局域网的数据传输服务需求,那么IEEE 802.16标准的目标则是为城域范围内的宽带无线接入提供具有QoS保障的多点链接。IEEE802.16工作在2~66GHz的频带,根据频带高低的不同,可以分为视距和非视距两种无线应用系统。其中使用2~11GHz频带的称为非视距(NLOS)系统,而使用10~66GHz频带的称为视距(LOS)系统。IEEE 802.16物理层采用了自适应调制编码、自适应天线系统、空时编码、信道质量测量等关键技术,基于IEEE 802.16标准的无线系统在相同的载波带宽下可以提供更高的传输速率。在媒体接入控制层协议上,IEEE 802.16提供基于连接的终端数据传输业务和QoS保证,支持动态的带宽分配机制和多种上层网络协议,MAC层的私有子层具有加密功能,可以有效地保护用户的私有信息。

IEEE 802.16标准系列到目前为止主要包括IEEE 802.16、IEEE802.16a、IEEE 802.16c、IEEE 802.16—2004、IEEE 802.16e—2005、IEEE 802.16f和IEEE 802.16g共7个标准。

IEEE 802.16标准颁布于2001年12月,对工作于10~66GHz频段的固定宽带无线接入系统的空中接口物理层和MAC层进行了规范。其物理层使用Wireless MAN_SC,采用单载波调制。由于工作频段较高,IEEE 802.16标准仅能应用于视距(LOS)范围。

IEEE 802.16a标准颁布于2003年1月,是对之前发布的IEEE802.16标准的扩展。该标准支持的频段为2~11GHz,包含许可和免许可的频段,适用于非视距(NLOS)范围。此外,IEEE 802.16a增加了QoS保障机制,可以支持语音、视频等实时性业务。

IEEE 802.16c是2002年正式发布的一个基于IEEE 802.16标准的增补文件,定义了工作于10~66GHz、基于IEEE 802.16标准的无线系统之间的兼容性规范。

IEEE 802.16—2004标准颁布于2004年,它对IEEE 802.16—2001和IEEE 802.16a进行了整合和修订,是最具实用性的一个标准版本。(www.daowen.com)

IEEE 802.16协议描述的是基站和终端站之间的空中接口,包括MAC层和物理层两大部分,其协议栈参考模型如图3-10所示。

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图3-10 协议栈参考类型

IEEE 802.16协议栈由数据控制平面和管理平面两部分组成。数据控制平面包括物理层和媒体接入控制(MAC)层两个部分。媒体接入控制(MAC)层又分成3个子层:特定业务汇聚子层、MAC公共部分子层和加密子层。3个子层之间的信息流交互通过相应的业务接入点(SAP)原语完成。数据控制平面中的3个子层分别对应管理平面中的3个管理实体。

特定业务汇聚子层的作用是从其业务接入点(CS SAP)接收外部网络的数据,将外部网络数据映射到不同的MAC业务数据单元(SDU),然后进行数据分类,与相应的业务流标识(SFID)和连接符标识(CID)进行关联。此外,特定业务汇聚子层还可能提供包括净荷头抑制(PHS)在内的其他功能。

公共部分子层是媒体接入控制(MAC)层最核心的部分。它将特定业务汇聚子层传入的业务数据单元(SDU)进行打包和分段,将数据重新整理成特定大小的适合传输的SDU,最后加上MAC头形成协议数据单元(PDU)传送给下层。公共部分子层实现了大部分媒体接入控制(MAC)层的功能,包括新节点的初始化和网络接入,带宽分配,连接和业务流的管理,QoS支持等。

加密子层位于MAC层的最下方,它采用数据封装协议对分组数据进行加密,同时通过密钥管理协议提供用户站和基站之间密钥分配机制。物理层分为汇聚子层(TCL)和物理媒介依赖子层(PMD),采用OFDM技术和OFDMA技术,实现数据流的并行传输。另外,物理层定义了两种双工方式:时分双工(TDD)和频分双工(FDD),以适应不同国家或地区电信体制的要求。

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