第三課無線局域網(wǎng)及無線城域網(wǎng)

應用集成原理與技術(shù)田樂tlwhx@126.com2011-10-24應用集成原理與技術(shù)-無線網(wǎng)絡第一講無線局域網(wǎng)/無線城域網(wǎng)（WLAN/WiMAX）第二講GSM/CDMA/3G/北斗衛(wèi)星導航第三講無線AdHoc網(wǎng)絡第四講無線傳感器網(wǎng)絡第五講物聯(lián)網(wǎng)第1講WLAN&WiMAXWWAN：WirelessWANWMAN：WirelessMANWLAN：WirelessLANWPAN：WirelessPANWLAN在無線網(wǎng)絡中的位置

WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)是指傳輸范圍在100米左右的無線網(wǎng)絡，它的推動聯(lián)盟為Wi-FiAlliance（目前都以Wi-Fi產(chǎn)品的稱呼來形容802.11的產(chǎn)品），可用于單一建筑物或辦公室之內(nèi)，需要使用WLAN的場合主要包括：(1)不方便架設有線網(wǎng)絡的環(huán)境;(2)使用者時常需要移動位置;(3)臨時性的網(wǎng)絡。802.11WLAN主要面向兩種應用類型：(1)接入：無線站點通過無線接入設備訪問企業(yè)網(wǎng)絡(2)中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓(LAN)與大樓(LAN)之間的數(shù)據(jù)傳輸WLAN協(xié)議----IEEE802.11

在實際使用上，通常會將WLAN和現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)結(jié)合，不但增加原本網(wǎng)絡的使用彈性，也可擴大無線網(wǎng)絡的使用范圍，目前最熱門的WLAN技術(shù)就是IEEE的802.11及其相關(guān)標準。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz頻段或使用紅外(IR)IEEE802.11a(1999),54Mbps，12個信道，最多8個互不重疊，工作在5GHz頻段IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段IEEE802.11g(2003.6),54Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段（802.11g兼容802.11b）IEEE802.11n(2009),300Mbps,MIMO-OFDM，工作在2.4GHz頻段802.11b/g互不重疊信道的選擇16112.412G2.4GHz2.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz

中國規(guī)定使用1－11信道。由上圖可知，某信道的信號傳送時會與相鄰的多個信道產(chǎn)生重疊，若在同一個空間建立多個BSS/IBSS時，要讓它們所用的信道不會互相重疊而產(chǎn)生干擾。在同一個空間最多只能使用1、6、11這三個信道，若選用其他信道，最多只能有2個互不干擾的信道。無線局域網(wǎng)WLAN的組成兩種類型的WLAN：1.Infrastructured網(wǎng)（有固定基礎設施的網(wǎng)絡）2.AdHoc網(wǎng)（特定網(wǎng)絡，或稱自組網(wǎng)絡，無固定基礎設施）BSS（基本服務集）Infrastructured網(wǎng)(基礎設施網(wǎng))有AP(AccessPoint,接入點)，無線站點通信首先要經(jīng)過APAdHoc網(wǎng)（無線自組網(wǎng)）IBSS(IndependentBSS，獨立基本服務集)，無AP，站點間直接通信）IBSSBSSESS（擴展服務集）

屬Infrastructured網(wǎng)(DS:分配系統(tǒng)，AP：接入點，SSID：ESS擴展服務集標識符。一個移動節(jié)點使用某ESS的SSID加入到該擴展服務集中，一旦加入ESS，移動節(jié)點便可實現(xiàn)從該ESS的一個BSS到另一個BSS的漫游)移動自組網(wǎng)(MobileAdhocnetwork)

移動自組網(wǎng)（MANET），無基礎設施，沒有基本服務集中的接入點AP，而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡。移動自組網(wǎng)絡中的每一個移動設備都具有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能。自組網(wǎng)絡AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點接入例：有線網(wǎng)的擴展HubServerSwitchInternetAccessPointHubWirelessLAN(WLAN)asanextensiontowiredLAN典型的WLAN拓撲例AccessPointWireless“Cell”Channel6WirelessClientsLANBackboneChannel1AccessPointWireless“Cell”WirelessClients中繼例：擴展距離----無線網(wǎng)橋中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓與大樓之間的數(shù)據(jù)傳輸。一個校園無線網(wǎng)實例擴頻之母-海蒂拉瑪802.11標準中的PHY層

WLAN傳輸方式有紅外線(InfraRed,IR)和無線電射頻兩種紅外系統(tǒng)的優(yōu)點：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點是：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。無線電射頻系統(tǒng)采用擴頻(SpreadSpectrum)技術(shù)進行調(diào)制。擴頻技術(shù)的頻率范圍開放在ISM頻段，此頻段不需申請：Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHzand5.725~5.825GHz(300MHz)擴頻技術(shù)主要又分為跳頻和直接序列兩種技術(shù)。DSSS（直接序列擴頻）

DirectSequenceSpreadSpectrum（Chipcode也稱為pseudo-noice或spreadingcode）

DSSS系統(tǒng)則將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過擴展碼調(diào)制而人為地擴展帶寬，即使在傳輸波段中存在部分噪聲信號，接收機也可以無錯誤地接收數(shù)據(jù)。DSSS的發(fā)送與接收※ModulatorXspreaderDSWidebandpseudo-noicecarrierDataDemodulatorXdespreaderDSWidebandpseudo-noicecarrierDataDSSSsignalsTransmitterReceiver使用擴頻技術(shù)的好處

擴頻是一種在信號傳輸前先將信號的帶寬進行擴展的技術(shù)。采用擴頻的好處是：抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信干擾導致完全無法通信(“蓋臺”)對于非特定的目的接收器，擴展了帶寬的信號混在背景噪聲中，讓蓄意想偵聽竊取數(shù)據(jù)資料的人不易判別真正的信號，避免了他人的截聽提供了供多個用戶使用同一傳輸波段的方法，保證了無線設備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證使用同一頻段的設備不互相影響。IEEE802.11PHYFHSS－FrequencyHoppingSpreadSpectrum，跳頻擴頻DSSS－DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴頻OFDM－OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復用（也叫多載波調(diào)制技術(shù)，載波數(shù)可多達52個），802.11a/g用，信號經(jīng)相應的各種調(diào)制（如PSK、QAM等）后，速率可達54/48/36/24/18/12/9/6MbpsHR-DSSS－HighRateDSSS，802.11b用，信號經(jīng)相應的各種調(diào)制（如PSK、CCK等）后，傳輸速度可達11/5.5/2/1MbpsOFDM/DSSSPhysicalLayer802.11標準中的MAC層

無線局域網(wǎng)雖然也是多個站點共享無線信道，卻不能簡單地搬用以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議，這里主要有兩個原因：

CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設備中要實現(xiàn)這種全雙工功能花費過大；即使我們能夠在發(fā)送的同時實現(xiàn)沖突檢測的功能，并且當我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生沖突。802.11MAC

MAC層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務集BSS中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11MAC使用DCF或PCF

分布協(xié)調(diào)功能DCF----爭用服務（必選項）(DistributedCoordinationFunction)DCF在每一個結(jié)點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此DCF向上提供爭用服務。

點協(xié)調(diào)功能PCF----無爭用服務（可選項）

(PointCoordinationFunction)PCF使用AP集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站從而避免了沖突的產(chǎn)生802.11MAC:CSMA802.11CSMA發(fā)送站：-如監(jiān)聽到信道空閑,經(jīng)DIFS時間后則發(fā)送整個幀（發(fā)送時不用沖突檢測）-如果監(jiān)聽到信道忙，則堅持監(jiān)聽到不忙時，經(jīng)DIFS時間后進入競爭期，進行二進制指數(shù)退避（第i次退避時，在2i+2個時隙中隨機選擇一個），退避后重新嘗試發(fā)送-如果發(fā)后未收到ACK(超時)，則重發(fā)幀802.11CSMA接收站：-如果接收正確，則在SIFS時間后應答一個ACK幀

其它站點：

聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問信道NAV(NetworkAllocationVector)時間802.11MAC：CSMA802.11MACQ&AQ：無線站點監(jiān)聽時如何判定信道“忙”？A：802.11標準規(guī)定在物理層的空中接口進行載波監(jiān)聽，通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值來判定是否有其他的無線站點在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。Q：為何無線站點監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？A：因為此時可能有多個站點都在監(jiān)聽，而其他的站點可能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送（高優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時間較短，可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時間較長，須等待較長時間。SIFS>PIFS>DIFS>EIFS）幀間間隔IFS

所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱為幀間間隔IFS(InterFrameSpace)幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)，因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了，這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會短幀間間隔

SIFSSIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為10s（802.11g時為例），是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。使用SIFS幀間間隔的場合：(1)應答ACK幀(2)應答CTS幀

(3)過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀

(4)應答AP探詢幀

(5)PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。PCF幀間間隔

PIFSPIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（在PCF方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS長度:

SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為20s），即30s時隙(時間片)長度選多長？在一個基本服務集BSS內(nèi)，若一無線站點在某個時隙開始接入到媒體，則在下一個時隙開始時，其他站都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該長度作為時隙長度。DCF幀間間隔DIFS、延長幀間間隔EIFSDIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再增加一個時隙長度，因此DIFS的長度為50s

EIFS，即延長幀間間隔（最長的IFS），站點在進行幀重發(fā)時所必須等待的時間。EIFS的長度至少等于DIFS再增加一個時隙長度，因此DIFS的長度為70s

SIFS<PIFS<DIFS<EIFS虛擬載波監(jiān)聽

虛擬載波監(jiān)聽(VirtualCarrierSense)：源站將它還要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認幀所需時間）在其MAC幀首部字段“持續(xù)時間”中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù),這樣大大減少了沖突的機會?！疤摂M”是指其他站并沒有真正監(jiān)聽信道，而是檢測到源站發(fā)送幀中的“持續(xù)時間”才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。當一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡分配向量NAV(NetworkAllocationVector)，NAV指出了必須經(jīng)過多少時間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。IEEE802.11MAC/PHY小結(jié)隱終端(Hiddenterminal)效應

如只使用CSMA，偵聽到信道“閑”可能結(jié)果不正確，由于：(a)隱蔽站問題----在發(fā)送方偵聽不到:A,C不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，A、C于是都發(fā)給B，B處此時會產(chǎn)生沖突。(b)信號強度衰減問題----C在發(fā)送，由于信號傳輸衰減，傳到A處時，A聽不到，A以為聽到信道閑，也發(fā)，接收站B處此時產(chǎn)生沖突。

隱終端是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端。LocationSignalstrengthABC暴露終端(Exposedterminal)效應當節(jié)點B向節(jié)點A發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點C也希望向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)CSMA協(xié)議，節(jié)點C偵聽信道，它將聽到節(jié)點B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯誤地認為它此時不能向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)，但實際上它的發(fā)送不會影響節(jié)點A的數(shù)據(jù)接收，這就導致節(jié)點C所謂暴露終端問題的出現(xiàn)。暴露終端是指在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端。ABCD改進CSMA

目的:為了盡可能避免沖突，要進一步改進CSMA改進:CSMACSMA/CA

CSMA/CA:CSMAwithCollisionAvoidance沖突避免:增加RTS-CTS交互進一步改進:CSMA/CA:信道預約發(fā)送站:發(fā)出短的RTS幀(requesttosend)預約信道接收站:應答短的CTS幀(cleartosend)同意預約CTS為發(fā)送站保留信道,起了通知其它(可能隱蔽的)站點的效果避免了隱蔽站點造成的沖突沖突避免:RTS-CTS預約信道RTS與CTS為短幀:由于RTS幀長20字節(jié)，CTS幀長14字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀長度2346字節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小最后效果類似于沖突檢測協(xié)議設計精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能發(fā)生，如B和C站同時向A發(fā)送RTS幀，這兩個RTS幀就會發(fā)生碰撞，A收不到正確的RTS幀，因而也不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀，這時，B和C發(fā)現(xiàn)超時后，會隨機推遲一段時間后重新發(fā)送其RTS幀，推遲時間的算法也是使用二進制指數(shù)退避。隱終端問題解決方式節(jié)點A欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點B,首先A發(fā)送一RTS給B;B發(fā)送CTS;A收到CTS后發(fā)送數(shù)據(jù);C監(jiān)聽到CTS，知道有節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)，A和B數(shù)據(jù)傳輸時間C不會發(fā)數(shù)據(jù)包。

暴露終端問題解決方式1、發(fā)送者發(fā)送RTS。2、接收者返回CTS。3、鄰居節(jié)點：如果收到CTS則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。如果只收到RTS而沒收到CTS,可以傳輸數(shù)據(jù)。

802.11MAC:CSMA/CA計算隨機退避時間(2i+2個時隙選一）以再次重新試圖接入信道二進制指數(shù)退避(BinaryBackoff)

當信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算隨機退避時間以便再次重新試圖接入到信道，這樣就減少了發(fā)生沖突的概率（當多個站都打算占用信道時）以下情況不使用退避算法：當一個站要發(fā)送的是它的第一個數(shù)據(jù)幀時，并檢測到信道為空閑。其余情況下，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道為忙在每一次的重傳后在每一次的成功發(fā)送后BinaryBackoff

802.11使用的二進制指數(shù)退避算法（BinaryBackoff）如下：

第i次退避時，在2i+2個時隙中隨機選擇一個。[例]第1次退避在8個時隙中隨機選擇一個（而不是象以太網(wǎng)那樣第1次沖突后在2個時隙中選）；第2次退避在16個時隙中隨機選擇一個（而不是象以太網(wǎng)那樣第2次沖突后在4個時隙中選）。。。。。。。然后根據(jù)該時隙數(shù)設置一個退避計時器進行減1計時，當計時器時間減小到0時就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時間還未減到0信道又變?yōu)槊?，則凍結(jié)該計時值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時間DIFS后，繼續(xù)啟動退避計時器（從剩下的時間開始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動計時器的站更早地接入信道中。無線接入過程

STA(工作站）啟動初始化、開始正式使用AP傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過三個階段才能接入:(1)掃描(SCAN)(2)認證(Authentication)(3)關(guān)聯(lián)(Association)

無線接入過程

無線接入第一階段:掃描（SCAN)階段若無線站點STA設成Ad-hoc模式：STA先尋找是否已有IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無,則會自己創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來join。若無線站點STA設成Infrastructure模式：1、主動掃描方式（特點：能迅速找到） STA依次在11個信道發(fā)出ProbeRequest幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP，若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去…2、被動掃描方式（特點：找到時間較長，但STA節(jié)電）STA被動等待AP每隔一段時間定時送出的Beacon信標幀，該幀提供了AP及所在BSS相關(guān)信息：“我在這里”…無線接入過程

無線接入第二階段:認證（Authentication）階段

當STA找到與其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根據(jù)收到的AP信號強度，選擇一個信號最強的AP，然后進入認證階段。只有身份認證通過的站點才能進行無線接入訪問。802.11提供幾種認證方法，有簡單有復雜，如采用802.1x/EAP認證方法時大致為：

STA向AP發(fā)送認證請求AP向認證服務器發(fā)送請求信息要求驗證STA的身份認證服務器認證完畢后向AP返回相應信息如果STA身份不符，AP向STA返回錯誤信息如果STA身份相符，AP向STA返回認證響應信息

無線接入過程

無線接入第三階段:關(guān)聯(lián)（Association）階段

當AP向STA返回認證響應信息、身份認證獲得通過后，進入關(guān)聯(lián)階段。STA向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求AP向STA返回關(guān)聯(lián)響應至此，接入過程才完成，STA初始化完畢，可以開始向

AP傳送數(shù)據(jù)幀。無線接入過程示意圖AuthenticationServerAPSTAProbeRequestProbeResponse●●●ProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認證關(guān)聯(lián)Y第二部分WiMAX技術(shù)無線標準分類主要考慮以下因素：覆蓋范圍,發(fā)射功率，傳輸速率…WIIWiMAX服務范圍Source:WiMAXForum/Siemens中繼服務固定通信網(wǎng)絡的互聯(lián)固定無線接入熱點地區(qū)固定無線接入漫游服務便攜移動設備接入切換、漫游等服務，支持移動設備接入網(wǎng)絡（與3G、WLAN部分重疊）1.Wimax介紹WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性）專為支持電信運營商級部署和低成本、免許可證部署而設計的、獲WiMAX論壇認證的系統(tǒng)，不僅將提供大吞吐量（在20MHz新信道上最高可達75Mbps），而且還能夠在近視距和非視距環(huán)境中實現(xiàn)3～5英里的信號傳播距離。這些系統(tǒng)擁有足夠的容量，可以同時支持數(shù)百個使用T-1連接速度的公司和數(shù)千個使用DSL連接速度的家庭。

2.Wimax標準演進802.16IEEE802.16工作組于2002年4月8日正式發(fā)布了IEEE802.16-2001標準，為寬帶無線接入(BWA)定義了無線城域網(wǎng)(WMAN)的空中接口規(guī)范，它標志著寬帶無線接入將作為一個新的主要途徑，把各商業(yè)機構(gòu)和家庭接入全球電信核心網(wǎng)。IEEE802.16-2001工作在10～66GHz頻段，由于這個頻段對于像建筑物和樹這樣的障礙物無穿透能力，故要求基站和用戶站是視距(LOS)鏈路，從而限制了基站的覆蓋范圍。同時由于用戶站天線的安裝要求很高，并且系統(tǒng)受雨衰影響較大802.16aIEEE802.16工作組于2003年4月頒布了IEEE802.16a，該標準支持的工作頻段為2～11GHz，包括了需要發(fā)放牌照頻段和免牌照的頻段。與高頻段相比，該頻段能以更低的成本提供更大的用戶覆蓋，系統(tǒng)受雨衰影響不大，系統(tǒng)可以在非視距傳輸環(huán)境下運行，大大降低了用戶站安裝的要求。另外，IEEE802.16a的MAC層提供服務質(zhì)量(QoS)保證機制，可支持語音和視頻等實時性業(yè)務，增加了對網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的支持，能適應各種物理層環(huán)境。802.16dIEEE802.16a標準僅僅是IEEE802.16-2001標準的修改和擴展，不是一個獨立的標準，所以2004年7月IEEE802.16組織又通過了IEEE802.16d。IEEE802.16d對2～66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相對應的多個物理層。該標準對IEEE802.16-2001和IEEE802.16a進行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范，是相對比較成熟并且最具實用性的一個標準版本。802.16eIEEE802.16e是工作在2～6GHz頻段支持移動性的寬帶無線接入空中接口標準。制訂它的目的是為了實現(xiàn)既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案。IEEE802.16e的目標是能夠向下兼容IEEE802.16d，因此IEEE802.16e的標準化工作基本上是在IEEE802.16d的基礎上進行的。在IEEE802.16d固定無線接入標準研制的基礎上，為了支持移動特性，IEEE802.16e提出了具有移動特性的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，并于2004年9月通過了草案，但由于種種原因推遲發(fā)布，到了直到06年1月底才正式發(fā)布。Wimax與802.16協(xié)議族的關(guān)系WiMAX論壇成立于2001年4月，最初該組織旨在對基于IEEE802.16標準和ETSIHiperMAN標準的寬帶無線接入產(chǎn)品進行一致性和互操作性認證，通過WiMAX認證的產(chǎn)品會擁有“WiMAX(r)CERTIFIED”標識。隨著802.16e技術(shù)和規(guī)范的進展，該組織的目標也逐步擴展，不僅要建立一整套基于IEEE802.16標準和ETSIHiperMAN標準的認證體系，同時還致力于可運營的寬帶無線接入系統(tǒng)的研究、需求的分析、應用模式的探索、市場的拓展等一系列大力促進寬帶無線接入市場發(fā)展的工作。通常認為，IEEE802.16工作組是IEEE802.16WiMAX空中接口規(guī)范的制定者，而WiMAX論壇是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的推動者。目前WiMAX幾乎成為了IEEE802.16WiMAX技術(shù)的代名詞，其空中接口規(guī)范涵蓋了IEEE802.16d/e標準。

802.16物理層(1)物理層由傳輸匯聚子層(TCL)和物理媒質(zhì)依賴子層(PMD)組成，通常說的物理層主要是指PMD。物理層定義了兩種雙工方式：TDD和FDD，這兩種方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，這種傳輸機制支持自適應的突發(fā)業(yè)務數(shù)據(jù)，傳輸參數(shù)(調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)射功率等)可以動態(tài)調(diào)整，但是需要MAC層協(xié)助完成。802.16MAC層(1)MAC層結(jié)構(gòu)：特定業(yè)務匯聚子層(ConvergenceSublayer——CS)、MAC公共部分子層(CommonPartSublayer——CPS)加密協(xié)議子層(SecuritySublayer——SS) 其中加密協(xié)議子層是可選的。802.16MAC層(2)802.16是面向連接的，即所有用戶站點的數(shù)據(jù)業(yè)務及與之相關(guān)的QoS要求，都是在面向連接的范疇中來實現(xiàn)的，每個連接均由一個16位的連接標識符ConnectID(CID)來唯一標識。802.16MAC層(3) MAC幀結(jié)構(gòu)：一個MAC幀總是占用一段連續(xù)的物理層定義的時隙，MAC幀由子幀（Sub-frame）組成，前兩個子幀是Downstreammap和Upstreammap，用于說明在時隙中的內(nèi)容和哪些時隙是空的。Downstreammap中包括各種系統(tǒng)參數(shù)，并通告新站點此時可以請求進入。下行信道較為簡單，基站只要決定內(nèi)容放在哪個子幀中。上行信道則由互不相關(guān)而又需要接入的用戶互相競爭，基站將盡可能根據(jù)QoS的要求分配。802.16MAC層(4)MAC定義了4種上行基本業(yè)務，通過這4種與QoS相關(guān)的上行預訂業(yè)務，基站可以預期上行數(shù)據(jù)的吞吐量及處理時間，并在適當時間進行查詢并進行分配帶寬。主動授予服務(UGS)、實時輪詢業(yè)務(rtPS)、非實時輪詢業(yè)務(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(BE)特定業(yè)務匯聚子層(CS)該子層代替了LLC子層，CS子層主要功能是負責將其業(yè)務接入點(SAP)收到的外部網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和映射到MAC業(yè)務數(shù)據(jù)單元(SDU)，并傳遞到MAC層業(yè)務接入點(SAP)。具體包括對外部網(wǎng)絡數(shù)據(jù)SDU執(zhí)行分類，并映射到適當?shù)腗AC業(yè)務流和連接標識符(CID)上，甚至可能包括凈荷頭抑制(PHS)等功能。協(xié)議提供多個CS規(guī)范作為與外部各種協(xié)議的接口。它的功能可以理解為提供與網(wǎng)絡層的接口。由于802.16設計為可以與數(shù)據(jù)報協(xié)議（如IP、PPP、以太網(wǎng)）和ATM協(xié)議進行無縫銜接，但數(shù)據(jù)報協(xié)議是無連接的，而ATM是面向連接的，這意味著每一條ATM連接要映射到一條802.16連接上，而IP分組也必須映射到一條802.16連接上，該層主要處理這些內(nèi)容。公共部分子層(CPS)MACCPS是MAC的核心部分，主要功能包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立和連接維護等。它通過MACSAP接收來自各種CS層的數(shù)據(jù)并分類到特定的MAC連接，同時對物理層上傳輸和調(diào)度的數(shù)據(jù)實施服務質(zhì)量(QoS)控制。通常說的MAC層主要指MACCPS。加密協(xié)議子層（SS）加密協(xié)議子層的主要功能是提供認證、密鑰交換和加解密處理。加密封裝協(xié)議(PrivacyKeymanagement)負責加密算法在MACPDU數(shù)據(jù)傳輸中應用規(guī)則并實現(xiàn)，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密。加密只針對MACPDU中的載荷部分，而不包括MAC頭部。MAC中的所有管理信息都不被加密。 通常的算法是：DES（DataEncryptionStandard）TripleDESAES(AdvancedEncryptionStandard)802.16協(xié)議族重要協(xié)議的具體介紹目前，IEEE802.16標準主要包括IEEE802.16d和IEEE802.16e。802.16d的初衷是統(tǒng)一固定無線接入的空中接口。該標準可以應用于2～11GHz非視距(NLOS)傳輸和10～66GHz視距(LOS)傳輸。而IEEE802.16e的目標是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動特性，在IEEE802.16d的基礎上加入了切換、QoS、安全等新的特性。802.16d802.16d對2-66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相對應的多個物理層。該標準對前幾個標準進行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了802.16、16a等標準中的所有模式和主要特性同時未增加新的模式，增加或修改的內(nèi)容用來提高系統(tǒng)性能和簡化部署。IEEE802.16d是固定寬帶無線接入的標準，該標準定義了三種物理層實現(xiàn)方式：單載波、OFDM(256-Point)、OFDMA(2048-Point)。802.16d/e技術(shù)特征(1)在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA(時分多址)，下行采用TDM(時分復用)支持多用戶傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個子載波的情況為例，系統(tǒng)將所有可用的子載波分為32個子信道，每個子信道包含若干子載波。多用戶多址采用和跳頻類似的方式實現(xiàn)，只是跳頻的頻域單位為一個子信道，時域單位為2或3個符號周期。802.16d/e技術(shù)特征(2)在調(diào)制技術(shù)方面，802.16d/e支持的最高階調(diào)制方式為64QAM，相對于蜂窩移動通信系統(tǒng)(3GPPHSDPA最高支持16QAM)，802.16d/e更強調(diào)在信道條件較好時實現(xiàn)極高的峰值速率。為適應高質(zhì)量數(shù)據(jù)通信的要求，802.16d/e選用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯能力很強但解碼延時較大的信道碼，同時也考慮使用低復雜度、低延時的LDPC碼。802.16d/e技術(shù)特征(3)在雙工方式方面，802.16d/e支持FDD和TDD兩種方式，其物理層技術(shù)基本相