计算机网络_自顶向下方法_中文版课件_第六章_无线网和移动网TopDown

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1、无线网和移动网1 第6章 无线网和移动网 Wireless and Mobile Networks 计算机网络 自顶向下方法 原书第三版 陈鸣译 机械工业出版社 2005年 Computer Networking A Top Down Approach Featuring the Internet 3rd edition Jim Kurose Keith Ross Addison Wesley July 2004 无线网和移动网2 第6章 无线网和移动网 背景 r无线电话用户的数量超过了有线电话用户的 数量 r计算机网络 膝上电脑 掌上电脑 PDA 因特 网使能电话希望任何时间连接因特网访问

2、r两个重要的 但不同的 挑战 m经无线链路通信 m处理移动用户改变与网络连接点 无线网和移动网3 第6章 概要 6 1 概述 无线 r6 2 无线链路 特性 mCDMA r6 3 IEEE 802 11 无线局域网 wi fi r6 4 蜂窝因特网接入 m体系结构 m标准 如 GSM 无线网和移动网4 无线网络的要素 网络基础设施 无线主机无线主机 r膝上机 PDA IP电话 r运行应用程序 r可以是固定的 非移动的 或移动的 m无线并不总意味着移动 无线网和移动网5 无线网络的要素 网络基础设施 基站基站 r通常与有线网络连接 r中继 负责在它的 区 域 的有线网络和无线 主机之间发送分组

3、m如信元塔 802 11 接 入点 无线网和移动网6 无线网络的要素 网络基础设施 无线链路无线链路 r通常用于连接移动用户 到基站 r也用作主干链路 r多个接入协议协调链路 接入 r各种数据速率 传输距 离 无线网和移动网7 部分无线链路标准的特性 384 Kbps 56 Kbps 54 Mbps 5 11 Mbps 1 Mbps 802 15 802 11b 802 11 a g IS 95 CDMA GSM UMTS WCDMA CDMA2000 11 p to p link 2G 3G 室内 10 30m 室外 50 200m 中距离室外 200m 4Km 长距离室外 5Km 20Km

4、 无线网和移动网8 无线网络的要素 网络基础设施 基础设施模式 r基站连接移动用户到有 线网络 r切换 移动用户改变与 有线网络连接的基站 无线网和移动网9 无线网络的要素 自组织模式自组织模式 r无基站 r在链路覆盖的范围内节 点仅能传输到另外的节 点 r节点将它们组织成为一 个网络 在它们自己中 选路 无线网和移动网10 无线链路的特征 不同于有线链路 m衰减的信号强度 当无线电信号传播通过物质时 信号削弱 路径损失 m来自其他源的干扰 标准的无线网络频率 如2 4 GHz 由其他设备共享 如电话 设备 发动机 干扰 m多径传播 无线电信号反射离开物体 以稍微不同 的时间到达目的地 使得通

5、信跨越 甚至点对点 无线链路 非常 困难 无线网和移动网11 无线网络的特性 多个无线发送方和接收方产生另外的问题 不同 于多路访问 A B C 隐终端问题 rB A 彼此听到 rB C彼此听到 rA C彼此不能听到 意味着A C不知道它们在B的干扰 AB C A s signal strength space C s signal strength 信号衰退 rB A彼此听到 rB C彼此听到 rA C 不能听到在B的干扰 无线网和移动网12 码分多址 CDMA r用于几种无线广播信道中 蜂窝 卫星等 标准 r独特的 编码 分配给每个用户 即编码集合分割 r所有用户共享相同频率 但每个用户具

6、有自己 的 码片速率 序列 即编码 以对数据编码 r编码信号 原始数据 X 码片速率序列 r解码 编码的信号和码片速率序列 的内积 r允许多个用户 共存 并以最小的干扰同时传输 如果编码是 正交的 无线网和移动网13 CDMA编码 解码 时隙 1时隙 0 d1 1 1 1 11 1 1 1 1 Zi m di cm d0 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 时隙 0 信道输出 时隙 1 信道输出 信道输出 Zi m 发送方 编码 数据 比特 时隙1时隙0 d1 1 d0 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1

7、 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 时隙 0 信道输出 时隙 1 信道输出 接收方 编码 接收的输入 Di S Zi m cm m 1 M M 无线网和移动网14 CDMA 两个发送方的干扰 发送方 接收方 无线网和移动网15 第6章 概要 6 1 概述 无线 r6 2 无线链路特性 mCDMA r6 3 IEEE 802 11 无线局域网 wi fi r6 4 蜂窝因特网接入 m体系结构 m标准 e g GSM 无线网和移动网16 IEEE 802 11 无线 LAN r802 11b m2 4 5 GHz无执照无线电频 谱 m高达11 Mbps m在物理层的直接序列扩

8、频 DSSS 所有主机使用相同的码 片速率序列 m广泛设置 使用基站 r802 11a m5 6 GHz范围 m高达 54 Mbps r802 11g m2 4 5 GHz范围 m高达54 Mbps r对多路访问都使用 CSMA CA r都具有基站和自组织版 本 无线网和移动网17 802 11 LAN 体系结构 r无线主机使用基站通信 m基站 接入点 AP r基本服务集 BSS 又称为 单 元 在基础设施模式中包含 m无线主机 m接入点 AP 基站 m自组织模式 仅有主机 BSS 1 BSS 2 Internet hub switch or 路由器 AP AP 无线网和移动网18 802 1

9、1 信道 关联 r802 11b 2 4GHz 2 485GHz频谱划分为11个不同的频率 的信道 mAP管理为AP选择频率 m可能干扰 信道能够与临近AP选择相同的信道 r主机 必须与AP关联 m扫描信道 监听包括该AP的SSID和MAC地址的信 标帧 m选择AP去关联 m可能执行鉴别 第8章 m通常运行DHCP以得到在AP子网中的IP地址 无线网和移动网19 IEEE 802 11 多路访问 r避免碰撞 2 节点同时传输 r802 11 CSMA 在传输前感知 m不与其他节点正在进行的碰撞 r802 11 无碰撞检测 m当传输时由于接收的信号变弱 衰退 难以接收 感知 碰撞 m在任何场合不

10、能感知所有碰撞 隐终端 衰退 m目标 避免碰撞 CSMA C ollision A voidance A B C AB C A s signal strength space C s signal strength 无线网和移动网20 IEEE 802 11 MAC协议 CSMA CA 802 11发送方 1 如果感知信道空闲则 在DIFS Distributed Inter 帧 Space 后 传输整 个帧 无碰撞检测 2 如果感知信道忙 则 启动随机回退时间 定时器倒计时直到信道空闲 当定时器超时传输 如果无ACK 增加随机回退间隔 跳转2 802 11接收方 如果针接收OK 在SIFS后

11、返回ACK 由于隐终端问题 需要 ACK 发送方接收方 DIFS data SIFS ACK 无线网和移动网21 避免碰撞 续 思想 允许发送方 预约 信道 而不是数据帧的随机访 问 避免长数据帧的碰撞 r发送方首先使用CSMA向BS传输小请求发送 RTS 分 组 mRTS仍可能与其他碰撞 但它们较短 rBS为响应RTS广播允许发送 CTS rRTS为所有站点听到 m发送方传输数据帧 m其他站点推迟传输 使用小预约分组 避免数据帧完全碰撞 无线网和移动网22 碰撞避免 RTS CTS交换 AP AB 时间 RTS A RTS B RTS A CTS A CTS A DATA A ACK A A

12、CK A 预约碰撞 推迟 无线网和移动网23 帧控制持续期 地址 1 地址 2 地址 4 地址 3 有效载荷CRC 226662 6 0 2312 4 序号控制 802 11帧 编址 地址2 无线主机或AP 传输该帧的MAC 地址 地址1 无线主机或接收 该帧AP的MAC 地址 地址3 与AP连接的路由器接 口的MAC地址 地址4 仅用于自组织模式 无线网和移动网24 因特网 路由器 AP H1 R1 AP MAC地址 H1 MAC地址 R1 MAC地址 地址1地址2地址3 802 11 R1 MAC地址 AP MAC地址 dest 地址source 地址 802 3帧 802 11帧 编址

13、无线网和移动网25 帧 控制 持续期 地址 1 地址 2 地址 4 地址 3 有效载荷CRC 226662 6 0 2312 4 序号 控制 类型 来自 AP 子类型 到 AP 更多 标识 WEP 更多 数据 功率 管理 重试Rsvd 协议 版本 2 2411111111 802 11帧 其他 预约传输时间 RTS CTS 的长度 帧序号 用于可靠的ARQ 帧类型 RTS CTS ACK 数据 无线网和移动网26 集线器或 交换机 AP 2 AP 1 H1BBS 2 BBS 1 802 11 在相同子网中的移动 路由器 rH1停留在相同的IP子 网中 IP 地址能够维持 相同 r交换机 哪个A

14、P与H1 关联 m自学习 第5章 交换机 将看到来自H1的帧并 记住 哪个交换机端口能 被用于到达 H1 无线网和移动网27 M 覆盖半径 S S S P P P P M S 主设备 从设备 停用设备 不活动的 P 802 15 个人域网络 r小于10 m直径 r替代电缆 鼠标 键盘 耳机 r自组织 无基础设施 r主 从设备 m从设备 向主设备 请求发 送许可 m主设备同意请求 r802 15 由蓝牙规格参数 演化而来 m2 4 2 5 GHz 无线电波段 m高达 721 kbps 无线网和移动网28 第6章 概要 6 1 概述 无线 r6 2 无线链路 特性 mCDMA r6 3 IEEE

15、802 11 无线局域网 wi fi r6 4 蜂窝因特网接入 m体系结构 m标准 e g GSM 无线网和移动网29 移动用户 交换中心 公共电话网 和因特网 移动用户 交换中心 蜂窝网络体系结构的组件 q 将cells与广域网相连 q 管理呼叫建立 详情见后 q 处理移动 详情见后 移动交换中心MSC q 覆盖地理区域 q基站 BS 类比 802 11 AP q 移动用户通过BS与 网络相连 q 空中接口 在移动 用户和BS之间的物理 和链路层协议 发射区cell 有线网络 无线网和移动网30 蜂窝网 第一跳 共享移动用户到BS无线电频谱 的两种技术 rFDMA TDMA结合 将频谱划 分

16、为频道 再将每个频道划 分为时隙 rCDMA 码分多址 频段 时隙 无线网和移动网31 蜂窝标准 简要概述 2G系统 语音信道 rIS 136 TDMA FDMA TDMA结合 北美 rGSM 移动通信全球系统 FDMA TDMA结合 m广泛部署 rIS 95 CDMA 码分多址 IS 136 GSM IS 95 GPRS EDGE CDMA 2000 UMTS TDMA FDMA 不要淹死在字母汤的 碗里 仅使用它们作 用参考 无线网和移动网32 Cellular 标准 简要概述 2 5 G系统 语音和数据信道 r提供给那些等不及3G服务的人 2G扩展 r通用分组无线电服务 GPRS m从 GSM演化而来 m数据在多个信道发送 如果可能的话 rEnhanced Data rates for Global Evolution EDGE m也从GSM演化而来 使用增强调制 m数据率高达 384K rCDMA 2000 阶段1 m数据率高达 144K m从 IS 95演化而来 无线网和移动网33 Cellular 标准 简要概述 3G系统 语音 数据 r通用移动电信服务 UMTS mGSM