計算機網(wǎng)絡前沿技術綜述

1、- I -現(xiàn)代網(wǎng)絡技術課程期末作業(yè) 學號： 計算機網(wǎng)絡前沿技術綜述學院名稱： 專業(yè)名稱： 姓 名： 教 師： 2012年 3 月摘要隨著移動通信技術和寬帶技術的發(fā)展和3G時代的來臨，寬帶無線技術已經(jīng)是日新月異。WiMAX技術作為3G網(wǎng)絡的補充，它以能獨立部署，速率高、覆蓋廣、成本低的優(yōu)勢已經(jīng)成為全球電信運營商和設備制造商的關注熱點問題之一。本文將從高速發(fā)展的寬帶無線接入技術出發(fā),闡述了WIMAX 技術及其應用狀況其特點、結(jié)構、應用等，最后提出了這種技術業(yè)務運營中面臨的問題,并對其發(fā)展趨勢進行了展望。目錄摘要II第一章WiMAX簡介IV1.1Wifi特點IV1. WiMax優(yōu)勢IV第二章 采用的

2、主要技術VI1 OFDM調(diào)制技術VI2 HARQ技術VI3 多天線技術VII4 QoS性能VII第三章 現(xiàn)狀及應用VIII3.1市場現(xiàn)狀VIII3.2應用VIII3.2.1軍事和國防VIII3.2.2突發(fā)事件VIII3.2.3公共安全IX3.2.4其它應用IX第四章 與其它的無線技術的比較X4.1 WiMAX和3G技術的比較X4.2 WiMax和Wi-Fi的比較X第五章 與3G的結(jié)合XII5.1 WiMax與3G的關系XII5.2 WiMax 對 3G 的影響XII第六章 面臨的問題XIV結(jié)束語XV參考文獻XVI第一章WiMAX簡介WiMAX是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線

3、連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領域的高覆蓋范圍(可以覆蓋2530英里的范圍),以及對3G可能構成的威脅，使WiMAX在最近一段時間備受業(yè)界關注。1.1Wifi特點WiMax之所以能掀起大風大浪，顯然是有自身的許多優(yōu)勢。而各廠商也正是看到了WiMax的優(yōu)勢所可能引發(fā)的強大市場需求才對其抱有濃厚的興趣。根據(jù)IEEE 802.16e設定的目標，該系統(tǒng)有下面幾個基本特征： 高速移動：可同時支持固定（16d） 無線接入和移動（16e） 無線接入， 通常它的移動速率目標為車速移動（一般認為可以達到120km/h）。目前，實際應用時每3.5 MHz 載波可傳輸?shù)膬羲俾蕿?8 Mbit/s； 寬帶接入：在不同的載波頻

4、率和調(diào)制方式下系統(tǒng)可得到不同的接入速率。以10 MHz載波頻率為例，假設采用OFDM-64QAM調(diào)制方式，去掉傳輸開銷，其單載波頻率能提供大約23 Mbit/s的接入速率2，由蜂窩或扇區(qū)內(nèi)的所有用戶共享； 城域覆蓋范圍：單個基站的覆蓋范圍可遠達48km，特別適用于城域范圍； 提供廣泛的多媒體業(yè)務：802.16e系統(tǒng)主要用于接入基于IP協(xié)議的核心網(wǎng)， 面向個人用戶提供數(shù)據(jù)接入業(yè)務，并能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務， 支持語音、 視頻和Internet 業(yè)務。1. WiMax優(yōu)勢WiMax的主要技術優(yōu)勢有： （1）傳輸距離遠 WiMax 的無線信號傳輸距離最遠可達 50 公里，其網(wǎng)絡覆蓋面積是3G

5、 基站的10倍，只要建設少數(shù)基站就能實現(xiàn)全城覆蓋，這樣就使得無線網(wǎng)絡應用的范圍大大擴展。理論上信號傳輸距離可以達到50 kmWiMAX能有效抗衰減抗多徑效應，并可以根據(jù)信道狀態(tài)及傳輸速率選擇不同的編碼技術，提高覆蓋范圍和容量，同時，空間復用多用戶檢測自適應功率控制等技術的支持使WiMAX具有更大的覆蓋范圍和容量。（2）接入速度高 WiMAX接入速度最高可達到70 Mbit/s，是3G提供的30倍，WiMax采用與無線局域網(wǎng)LAN(Local Area Network)標準802.11a和11g相同的正交頻分復用（OFDM9Orthogonal Frequency Division Multip

6、lexing)調(diào)制方式，每個頻道的帶寬為20 MHz，可實現(xiàn)74.81 M的最大傳輸速度。 （3）無“最后一公里”瓶頸限制 作為一種無線城域網(wǎng)技術，它可以將Wi-Fi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為數(shù)字用戶線DSL（Digital Subscriber Line）等有線接入方式的無線擴展，實現(xiàn)最后一公里的寬帶接入，它不僅支持固定終端 同時支持便攜式和移動終端。WiMax 可為50公里線性區(qū)域內(nèi)的用戶提供服務，用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。（4）提供廣泛的多媒體通信服務 由于WiMax較之Wi-Fi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務。高帶寬可以將IP網(wǎng)的缺點大大降低，

7、從而大幅度提高Vo IP的QoS（服務質(zhì)量）。（5） 組網(wǎng)靈活 成本低在固網(wǎng)資源薄，弱以及布纜困難的地區(qū)WIMAX寬帶接入技術可以彌補傳統(tǒng)的基于有線寬帶技術的盲區(qū)，并更加經(jīng)濟簡便。第二章 采用的主要技術1 OFDM調(diào)制技術由于高速率環(huán)境下的單載波技術的均衡器太過復雜，所以iMA X技術的物理層采用多載波的O F D M（正交頻分復用）技術。O F D M是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術，它具有較高的頻譜利用率，且在抵抗多徑效應，頻率選擇衰落或者窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢。其主要特點是采用并行正交窄帶信道來有效抵抗頻率選擇性衰落，并且采用正交的子載波來解決以往的多載波系統(tǒng)中頻譜利用率不高的問題，此外，窄帶

8、子載波能夠帶來相對較低的碼間干擾。實現(xiàn)方式上來說，主要通過F F T（快速傅里葉變換）來實現(xiàn)，一定程度上簡化了整個系統(tǒng)的結(jié)構。實現(xiàn)的難度主要在于控制各子載波頻率精準性。2 HARQ技術HARQ：Hybrid Automatic Repeat reQuest（混合自動重傳請求）， 是ARQ （Automatic Repeat reQuest）和FEC（ForwardErrorCorrection）相結(jié)合的糾錯方法。信道編碼（尤其是FEC）有檢錯和糾錯兩種功能。如果把前面兩者結(jié)合起來就形成了HARQ，它是先對接收到的誤碼進行糾錯，如果能把錯誤糾正就不需要重新發(fā)送，無法糾正錯誤的要求發(fā)送端重新發(fā)送，

9、并對已經(jīng)接收到的錯碼有不同的處理方法。ARQ只在接收端進行檢測，檢測到誤碼就丟棄或者要求對方重發(fā)， 傳輸?shù)目煽啃暂^高，但系統(tǒng)吞吐量較低。HARQ的優(yōu)點是：提高了數(shù)據(jù)的傳輸可靠性和系統(tǒng)吞吐量；鑒于信道條件能提供準確的編碼速率調(diào)節(jié)，自適應瞬時信道的變化，對誤差和延遲都不敏感；結(jié)合自適應調(diào)制編碼的使用，可以彌補因錯誤操作（因反饋延遲和反饋譯碼錯誤等引起）而導致的性能損失等。3 多天線技術多天線技術中典型的兩種技術是：MIMO和AAS。MIMO：（Multiple Input Multiple Output，多進多出）技術是一種多天線技術，它將無線通信中的多徑原理作為有利因素加以利用。當發(fā)射機接受天線

10、間的通道相應獨立，即可創(chuàng)造出多個并行的空間信道，和以往的單天線系統(tǒng)比較，成倍的增加了系統(tǒng)的容量，當接受天線數(shù)量大于發(fā)射天線數(shù)時，MI M O系統(tǒng)的容量將隨著發(fā)射天線數(shù)量的增長呈線性增長。M I MO的核心技術是空間復用和空時編碼，這兩種形式在WiMAX協(xié)議中都得到了應用。AAS：Adaptive/Advanced Antenna System（自適應天線系統(tǒng)），是根據(jù)干擾、 噪聲和多徑傳播的影響，動態(tài)地改變天線方向圖的一個天線陣列，可用于改善接收信號的性能、用戶的跟蹤，也可用于發(fā)射時波束形成。4 QoS性能WiMax可以向用 戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻、話音（VoIP） 業(yè)務。WiMax

11、可以提供三種等級的服務：CBR（Con-stant Bit Rate，固定帶寬）、CIR（Com-mitted Rate，承諾帶寬、BE（Best Effort，盡力而為）。CBR的優(yōu)先級最高，任何情況下網(wǎng)絡操作者與服務提供商以高優(yōu)先級、高速率及低延時為用戶提供服務，保證用戶訂購的帶寬。CIR的優(yōu)先級次之，網(wǎng)絡操作者以約定的速率來提供，但速率超過規(guī)定的峰值時，優(yōu)先級會降低，還可以根據(jù)設備帶寬資源情況向用戶提供更多的傳輸帶寬。BE 則具有更低的優(yōu)先級，這種服務類似于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的盡力而為的服務，網(wǎng)絡不提供優(yōu)先級與速率的保證。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級業(yè)務的條件下，盡力為用戶提供傳輸帶寬。 第三

12、章 現(xiàn)狀及應用3.1市場現(xiàn)狀從2007設備供應商、運營商對的WiMAX支持力度越來越大。除了韓國運營商，其他如日本、美國、新加坡等國家的運營商和ISP也紛紛明確要采用移動 WiMAX技術，其中比較有影響力的是KDDI、Sprint Nextel和Clearwire，此外，BT、Bell South、NTT DoCoMo也已經(jīng)宣布將對移動WiMAX進行測試。其中，Sprint Nextel已經(jīng)選擇了Intel、三星、摩托羅拉等作為自己的設備供應商，并與諾基亞共同研發(fā)移動WiMAX便攜終端的軟件平臺。諾基亞、英特爾和摩托羅拉等諸多國際巨頭紛紛推出相應產(chǎn)品，例如基站、手機、解決方案。中圍的無線城市建

13、設正駛?cè)肟燔嚨馈?.2應用3.2.1軍事和國防 現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，通信實力直接左右著戰(zhàn)爭的勝負和軍事威脅的走向。軍隊的網(wǎng)絡要求提供非常安全、非常先進的通信技術和工具。WiMAX移動性架構，較理想地符合了這種新型的復雜戰(zhàn)術防御操作模型的要求。WiMAX提供一個簡易、方便和總在線的戰(zhàn)地解決方案，使各種便攜和手持終端設備用戶有能力維護網(wǎng)絡連接以及在其軍事行動區(qū)域接入緊急事件的多媒體數(shù)據(jù)。借助車載移動天線，士兵可以迅速建立起Adhoc寬帶無線網(wǎng)絡，通過手持終端獲悉實時勘測偵察情況、地圖坐標、軍事指令等等。區(qū)域性的無縫覆蓋，滿足了士兵之間的無縫統(tǒng)一連接，保證了與指揮部的通信。3.2.2突發(fā)事件 很多突發(fā)事件，

14、都是局部發(fā)生的，因而政府經(jīng)常需要調(diào)集力量以對事發(fā)區(qū)域?qū)嵤┰?。政府籌備必須包括一個針對事件管理、資源管理、規(guī)范指揮和管理結(jié)構的統(tǒng)一步驟。在公共安全和緊急救助行業(yè)中，大多數(shù)工作人員都處于移動狀態(tài)，因此在通信方面必須依賴于無線網(wǎng)絡解決方案。WiMAX技術可以滿足其對數(shù)據(jù)調(diào)度、移動視頻監(jiān)控、車輛人員定位、移動指揮車應急通信等業(yè)務需求。應急指揮車輛或工作人員只要有一臺筆記本電腦或者手持終端就可以通過無線城域 網(wǎng)實時與總部保持視頻、數(shù)據(jù)和語音通信。3.2.3公共安全 隨著無線通信技術的進步，人們已從IEEE80211標準的應用中享受到無線網(wǎng)絡的靈活和便捷，進一步刺激了對無線通信產(chǎn)品的需求。可以說WiFi

15、是80211標準的代表技術，而WiMAX則體現(xiàn)了80216標準的先進性。由于WiFi技術優(yōu)異的性價比，現(xiàn)有絕大多數(shù)IP無線監(jiān)控系統(tǒng)均采納了IEEE80211作為無線傳輸標準。然而，80211的傳輸距離有限，僅100m，限制其在室內(nèi)應用。3.2.4其它應用除上述應用外，WiMAX在交通噪聲監(jiān)測、風力發(fā)電故障診斷、及三網(wǎng)融合、終端接入、小區(qū)回程、企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)橋等幾方面都得到了充分的應用。第四章 與其它的無線技術的比較4.1 WiMAX和3G技術的比較WiMAX和3G技術，作為近年來發(fā)展較為迅速的無線寬帶技術，有很多相似的地方，但其由于定位不同，也有一定的差別。首先，802.16標準僅僅定義了

16、空中接口協(xié)議的物理層和M A C（媒體接入控制）層，M A C層之上的協(xié)議層及核心網(wǎng)部分沒有定義；而3G技術作為一個完整的網(wǎng)絡，空中接口協(xié)議，核心網(wǎng)，以及業(yè)務規(guī)范都有比較詳細的定義。其次，從設計思路方面分析，3G網(wǎng)絡是為提供一種高質(zhì)量的話音和數(shù)據(jù)合二為一的無線通信網(wǎng)絡，話音業(yè)務方面，核心網(wǎng)絡仍采用具有較高的Q o S保障的電路網(wǎng)交換技術，和傳統(tǒng)的電信網(wǎng)類似，數(shù)據(jù)業(yè)務方面，3G網(wǎng)絡物理層多采用CD M A技術和自適應調(diào)制編碼（以國際上比較通用的WCDMA/UMTS為例）；WiMA X網(wǎng)絡則主要提供具有一定移動特性的基于I P的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，物理層采用OFDM技術，面向的主要是數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)帶寬要

17、優(yōu)于3G網(wǎng)絡，話音業(yè)務主要是以V o I P的方式來實現(xiàn)，網(wǎng)絡較為繁忙的情況下，Q o S要劣于3G網(wǎng)絡。最后，從覆蓋范圍上來看，WiMAX為了獲得較高的數(shù)據(jù)接入帶寬，必然犧牲覆蓋和移動性，而3G網(wǎng)絡則是無處不在的，覆蓋也是連續(xù)的，能夠滿足各種移動環(huán)境的需要，移動性和覆蓋性要明顯優(yōu)于WiMAX網(wǎng)絡。4.2 WiMax和Wi-Fi的比較Wi-Fi 和 WiMax 的技術各有優(yōu)劣也各有側(cè)重。從發(fā)展的成熟度來Wi-Fi 無疑已經(jīng)占盡了先機，雖然也就只是早發(fā)展了兩年，但是我們生活中從筆記本電腦到手機幾乎各種移動終端都可以通過Wi-Fi與互聯(lián)網(wǎng)對接，不過由于WiMax在某些方面還是有很大的優(yōu)勢，所以未來

18、兩者的情況還是存在較大的變數(shù)。就工作頻段來說 Wi-Fi 是2.4GHz和5GHz雙頻段共同工作而WiMax 則在是1.75MHz 到 20MHz工作，所以WiMAx相對Wi-Fi的工作要更加的穩(wěn)定、可靠。就傳輸速率來看雖然，理論上Wi-Fi比WiMAx有更高的速率，但實際中，考慮到實際情況，WiMAx實際速率往往比Wi-Fi還要高。所以，WiMax相對Wi-Fi來說是毫不遜色的。第五章 與3G的結(jié)合5.1 WiMax與3G的關系 Wi-Fi 是一種無線局域網(wǎng)（WLAN）接入技術，負責幾百米內(nèi)的“熱點”區(qū)域；WiMax是一種無線城域網(wǎng)（MAN）接入技術，其信號傳輸半徑可以達到 50 公里，基本

19、上能覆蓋到城郊，但不提供廣域覆蓋；3G 是一種廣域網(wǎng)（WAN）技術，實現(xiàn)所有地區(qū)（城區(qū)與野外）的無縫覆蓋。 WiMax與3G技術相比，在許多方面WiMax都顯示出巨大的優(yōu)勢。在網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域上，WiMax 的無線信號傳輸距離最遠可達50公里，其網(wǎng)絡覆蓋面積是3G基站的10倍，只要建設少數(shù)基站就能實現(xiàn)全城覆蓋，這樣就使得無線網(wǎng)絡應用。的范圍大大擴展。在接入速度上，WiMax 所能提供的最高接入速度是70M， 這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對于固定電話運營商來說，他們可以首先建立一個基于WiMax技術的低成本網(wǎng)絡， 并通過他們的固定電話網(wǎng)絡把無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)相連，從而可以逐步從移動運營商

20、手中奪回部分市場份額。3G 網(wǎng)絡的核心功能是提供移動電話服務，也可以用來傳輸數(shù)據(jù)；WiMax的標準則是高速數(shù)據(jù)傳輸，語音質(zhì)量并不是關鍵要求。因此這兩種技術各自的任務和目標都不相同。WiMax的著眼點是實現(xiàn)寬帶無線化，而3G 則更多地傾向于實現(xiàn)無線寬帶化?？傊诒姸啻髲S商的共同推動下，我們有理由相信WiMax將成為未來一項具有革命性應用的技術。 但我們在抱有這樣的信心的時候，還需要保留對 WiMax 與其他無線網(wǎng)絡技術的關系更客觀的認識。5.2 WiMax 對 3G 的影響 有分析認為WiMax將是3G的終結(jié)者。 但實際情況不會如此嚴重。 首先，WiMax與Wi-Fi、3G 的確具有很多重疊的

21、甚至是超越的功能，具有和Wi-Fi、3G競爭的關系，但它們更多的是一個互補關系。這是因為Wi-Fi、WiMax、3G分別針對的是無線局域網(wǎng)WLAN、城域網(wǎng)MAN、廣域網(wǎng)WAN，具有不同的市場定位。尤其是 3G 已經(jīng)取得了實質(zhì)性的進展，運營商、 設備制造商都進行了大量投入， 不可能期望已經(jīng)在3G進行大量投資的運營商會放棄 3G 技術。電信監(jiān)管部門也不會讓已有的投資付諸東流。因此，未來 WiMax 與其它無線網(wǎng)絡技術很可能是共存于市場，就如同移動通信的 GSM和CDMA制式共存一樣。其次，WiMax雖然現(xiàn)在風頭很勁，但其本身還有待完善，諸如標準統(tǒng)一、 互聯(lián)互通、降低成本等問題。 因此，在WiMax

22、還處于完善、推廣時期就斷言它能取代已經(jīng)在許多國家運營的3G技術未免為時過早。 再次，WiMax 目前的優(yōu)勢之一：免費的頻譜。在將來終將不會是免費的午餐。在 WiMax 投入大規(guī)模應用之時，管理機構必將要求各運營商為現(xiàn)在免費的頻譜付出同樣高昂的租用費。這些費用最終將體現(xiàn)在其服務成本中，會對WiMax的吸引力產(chǎn)生削弱作用。 最后，由于WiMax 使用了免費的頻譜，因此相對于 3G網(wǎng)絡來說，WiMax 信號受其它信號干擾的可能性更大。另外，由于WiMax 所使用的頻率范圍（2G11GHz）遠高于GSM和3G，因此信號穿透能力將更差，在城區(qū)復雜的地形地貌情況下，實現(xiàn)無縫覆蓋必將會使整個網(wǎng)絡變的異常復雜

23、。有分析指出，WiMax 將不是取代3G，而是創(chuàng)造一個在無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的結(jié)合點。移動運營商可以利用WiMax無法匹敵的全球覆蓋率。 電信運營商可以開發(fā)包含局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)的無線策略。第六章 面臨的問題移動WiMAX 的設備還未成熟，市場應用還未大規(guī)模開展，在我國的發(fā)展前景如何，將受到政策、產(chǎn)業(yè)、市場需求等多種因素的影響。 1、政策因素：從某種程度上來說，移動 WiMAX 是否能夠在中國成功發(fā)展， 政策因素起著決定性的作用。 移動 WiMAX的設備和市場主要以TDD模式為主，因此我國必須在頻率與市場方面考慮其與TD-SCDMA的關系。另外，WiMAX TDD成功申請成為3G標準，在

24、管制方面應該按照3G技術對待，未來會對國內(nèi)發(fā)展 WiMAX產(chǎn)生什么影響值得關注。 2、產(chǎn)業(yè)因素：筆記本電腦加便攜式的終端將是很有發(fā)展前景的應用，為運營商降低甚至消除了終端門檻。以Intel為代表的WiAMX 芯片企業(yè)是802.16e能否成功的關鍵。2007年底，WiMAX論壇開放了針對移動 WiMAX 設備的認證，近幾年，將是WiMAX設備走向成熟的關鍵。 3、頻率限制：頻率是決定 802.16e 發(fā)展的關鍵因素，如果中國政府為了保護 3G 的發(fā)展或由于某種原因在頻率方面制約WiMax的發(fā)展，對移動 WiMAX的發(fā)展將是致命的。 4、市場需求：市場是否需要802.16e和LTE宣稱的數(shù)據(jù)承載能力，目前是未知因素，這一需求來到的時間，對于成熟階段不同的技術而言，也起到關鍵作用。結(jié)束語WiMAX作為新一代寬帶無線接入系統(tǒng),