《计算机网络-无线网络与移动网络(第9章)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络-无线网络与移动网络(第9章)（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第9章 无线线网络络和移动动网络络第 9 章无线线网络络和移动动网络络9.1 无线局域网WLAN9.2 无线个人区域网WPAN9.3 无线城域网WMAN9.4蜂窝移动通信网9.5 展望课件制作人：谢希仁9.1 无线线局域网9.1.1 无线局域网的组成 1.有固定基础设施的无线局域网802.11AP1AP2AP1AP2n基本服务集一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站， 所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时 ，都要通过本 BSS 的基站。AP1AP2n接入点 AP (Access Point)基本服务集内的基站叫做接入点 AP。其作用和网 桥相似
2、。当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID 和一个信道。 AP1AP2n扩展的服务集ESS (Extended Service Set)一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP 连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩 展的服务集。AP1AP2n门户(portal)ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供 到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的 因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥 。 AP1AP2n漫游 移动站 A 从某一个基本服
3、务集漫游到另一个基 本服务集（到 A 的位置），仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。 1.有固定基础设础设 施的无线线局域网802.11n移动站与接入点AP建立关联u一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须 先选择一个接入点 AP，并与此接入点建立关联。u建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的 子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。u只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个 移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数 据帧。1.有固定基础设础设 施的无线线局域网802.11n移动站与 AP 建立关联的方法u被动扫描，即移动站等待接收接入站周期性
4、发出的信 标帧(beacon frame)。u信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等）。u主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从 AP 发回的探测响应帧 (probe response frame)。1.有固定基础设础设 施的无线线局域网802.11n热点(hot spot)u现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆 、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。u由许多热点和 AP 连接起来的区域叫做热区(hot zone)。热点也就是公众无线入网点。u现在也出现了无
5、线因特网服务提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)这一名 词。用户可以通过无线信道接入到 WISP，然后 再经过无线信道接入到因特网。2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点n概念自组网络是没有固定基础设施（即没有 AP） 的无线局域网。这种网络由一些处于平等状态 的移动站之间相互通信组成的临时网络。2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络n移动自组网络的应用前景u在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临 时建立的移动自组网络进行通信。u这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群 和坦克
6、群，以及海上的舰艇群、空中的机群。 u当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自 组网络进行及时的通信往往很有效的， 2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络n无线传感器网络 WSN (Wireless Sensor Network)u由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网 络。u无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处 理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部 分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。u由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈 的大小有严格的限制。u无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、 网络动态重组等方面有一定的要求。 传传感器结结点的形状存储器CPU
7、传感器 硬件电池无线 收发器(a)(b)2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络n无线传感器网络主要的应用领域u环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的 监控）；u战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资 等的监控；u医疗中对病房的监测和对患者的护理；u在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中 的安全监测；u城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控 制等。 n移动自组网络和移动IP的区别u移动IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连 接到因特网。u移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互 联网中一直在使用的各种路由选择协议。u移动自组网络是将移动性扩展到无线
8、领域中的 自治系统，它具有自己特定的路由选择协议， 并且可以不和因特网相连。 2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络2. 移动动自组组网络络又称自组组网络络n几种不同的接入方式u固定接入(fixed access)在作为网络用户期 间，用户设置的地理位置保持不变。u移动接入(mobility access)用户设置能够以 车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时， 通信仍然是连续的。u便携接入(portable access)在受限的网络覆 盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进 行网络通信，提供有限的切换能力。u游牧接入(nomadic access)用户设备的地理 位置至少在进行网络
9、通信时保持不变。如用户设 备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找 最佳的基站 9.1.2 802.11 局域网的物理层层n802.11 无线局域网的类型。u现在最流行的无线局域网是 802.11b，而另外 两种（802.11a 和 802.11g）的产品也广泛存 在。 n802.11 的物理层有以下几种实现方法：u直接序列扩频 DSSSu正交频分复用 OFDM u跳频扩频 FHSS （已很少用）u红外线 IR （已很少用） 几种常用的 802.11 无线线局域网 标准 频段 数据速率 物理层 优缺点802.11b 2.4 GHz 最高11 Mb/s 扩频 最高数据率较低，价格最低，信号传播
10、距离最远，且不易受阻碍 802.11a 5 GHz 最高54 Mb/s OFDM 最高数据率较高，支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g 2.4 GHz 最高54 Mb/s OFDM 最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比802.11b贵802.11n 2.4 GHz 最高600 Mb/s MIMO 使用多个发射和接收天线以允许更高的数据5 GHz OFDM 传输率，当使用双倍带宽(40 MHz)时速率可达600 Mb/s9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层层协议协议1. CSMA/CA 协议n无线局域网不能简
11、单地搬用 CSMA/CD 协议的原因。uCSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时 ，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设 备中要实现这种功能就花费过大。u即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在 发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有 可能发生碰撞。 无线线局域网的特殊问题问题 当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题 叫做隐蔽站问题(hidden station problem) A 的作用范围C 的作用范围ABCD无线线局域网的特殊问题问题B 向 A 发送数据，而 C
12、 又想和 D 通信。 C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。 其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据 这就是暴露站问题(exposed station problem) ADCB？B 的作用范围C 的作用范围nCSMA/CA协议u把 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。u802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用停止等待协议 。9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议层协议9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议层协议MAC 层无争用服务（选用） 争用服务 （
13、必须实现）分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA)点协调功能 PCF (Point Coordination Function)物理层MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中 的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。 MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA)点协调功能 PCF (Point Coordination Function)物理层DCF 子层层在每一个结结点使用 CSMA 机制的分 布式接入算法，让让各
14、个站通过过争用信道来获获 取发发送权权。因此 DCF 向上提供争用服务务。 MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA)点协调功能 PCF (Point Coordination Function)物理层PCF 子层层使用集中控制的接入算法把发发送数据权权 轮轮流交给给各个站从而避免了碰撞的产产生 n帧间间隔 IFS的概念u所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的 时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的 通称是帧间间隔 IFS (InterFrame Space)。u帧间间隔长度取决于该站欲发
15、送的帧的类型。高 优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得 发送权。u若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先 级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先 级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰 撞的机会。 9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议层协议ACK三种帧间间帧间间 隔 时间DIFS媒体空闲 SIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一 帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS其他站 有帧要发送SIFS，即短(Short)帧间间隔，是最短的帧间间隔，用来分隔开属 于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切 换到接收方式。使用
16、 SIFS 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、 由过长的 MAC 帧分片后的数据帧，以及所有 回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。发送第 1 帧nCSMA/CA 协议的原理u欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准 中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载 波监听。u通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限 数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发 送数据。u当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道 空闲，则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。 9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议层协议n优先级别支持信道空闲也要再等待：这是考虑到可能有其他 的站有高优先级的帧要发送。如有，就要让高 优先级帧先
