《计算机组网原理》

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1、 计算机组网原理 补充：无线通信网Date1上海交通大学计算机系一、概述二、移动通信基本原理三、无线局域网802.11四、宽带无线接入802.16五、兰牙技术六、移动IPDate2上海交通大学计算机系一、概述 1. Wireless Network大致分成三类： (1) 系统互联短距离的通信。蓝牙技术 Date3上海交通大学计算机系(2) 无线局域网IEEE 802.11标准 Date4上海交通大学计算机系(3) 无线广域网低速： GSM、CDMA第2.5代 GPRS高速： IEEE 802.16标准Date5上海交通大学计算机系二、移动通信基本原理Date6上海交通大学计算机系移动电话系统

2、n第1代移动电话Analog voice 模拟语音 n第2代移动电话Digital voice 数字语音n第3代移动电话Digital voice and data (Internet，E-mail，etc.) 数字语音和数据Date7上海交通大学计算机系1. 第1代移动电话：模拟语音蜂窝的概念 移动电话主要采用频率复用，但分配给 移动电话的频段很少，远不能满足用户的 需要。 因此就提出将地区划分成小区，称为蜂 窝（Cell），每个蜂窝内使用一组频率， 相隔一段距离后，相同的频率又可重复使 用。每个蜂窝区域的范围约为1020公里。最早在AMPS系统中使用(1982年，Bell)。Date8上海

3、交通大学计算机系Date9上海交通大学计算机系2 . 第2代移动电话： 数字语音 D-AMPS GSM The Global System for Mobile CommunicationCDMA Code Division Multiple AccessDate10上海交通大学计算机系(1) GSM复用方式：频分+时分Date11上海交通大学计算机系工作原理Date12上海交通大学计算机系HLR：用户原登记注册地区的数据库 VLR：用户移动到外地后，当地的数 据库 AC：用于认证，保护用户不被非法用 户盗用 EIR：其中登记有移动电话的设备类 型，用于识别设备类型Date13上海交通大学计算

4、机系呼叫寻址过程Date14上海交通大学计算机系步骤：1. 呼叫目的移动电话 2. 电话网识别移动电话号码，传送此呼叫到相应的 MSC 3. 询问HLR 4. 该移动用户不在本地，转发到用户所在地的VLR （漫游） 5. VLR返回routing number给HLR，并传到MSC 6. 根据routing number，呼叫被转移到用户所在的 MSC 7.8. 目的地MSC直接从VLR中访问到目的用户的参数 9. 将呼叫送达目的基站及目的用户移动电话 10. 移动电话回答对方的呼叫Date15上海交通大学计算机系(2) CDMACode Division Multiple Access码分多

5、重访问采用编码方式实现信道复用，具 有容量大、保密性好、抗干扰性强 等优点。Date16上海交通大学计算机系1)Chip Sequence每个比特(bit)时间被分成m个短 的时间片，称为Chip (薄片)。通常每个比特有64个或128个Chip ，以下我们以8个Chip为例。每个站点被指定一个唯一的m位的代 码，称为Chip sequence。发送“1”时，站点发送chip sequence 的原码；发送“0”时，站点发送chip sequence 的反码。Date17上海交通大学计算机系例如： A的chip sequence为 00011011 A发送“1”时为 00011011 A发送“

6、0”时为 11100100为解释时容易理解，用“+1”代替“1”， 用“-1”代替“0”。见下图所示。Date18上海交通大学计算机系Date19上海交通大学计算机系2) 正交特性 设某站的chip sequence是S，内含S1Si 另一个站的chip sequence是T，含T1Ti得S和T的“内积积”：S x T = 0 S x T = 0S x S = 1S x = -1Date20上海交通大学计算机系3) 发送时的复用见图 (c)其中“-”表示该站未发送。如 B 、C 站均发送1，则得：(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) + ( -1 +1 -1 +1 +1 +1 -

7、1 -1) = (-2 0 0 0 +2 +2 0 -2 ) Date21上海交通大学计算机系Date22上海交通大学计算机系4) 接收时的还原运用内积规则如收到复用后的S，欲还原C，只需求S x C即可。 例： S = + B + CS x C =( + B + C ) x C = x C + B x C + C x C= 0 + 0 + 1 = 1见图见图 (d)所示。Date23上海交通大学计算机系Date24上海交通大学计算机系Date25上海交通大学计算机系3. 第三代移动电话第一、二代移动通信的标准是由各 个国家制定的，因而互通性、兼容性很 差。为移动通信的漫游带来很大困难。国际电

8、信联盟（ITU）希望在制定第 三代(3G)标准时有一个统一的规范。 1985年ITU首先提出了第三代移动通信 系统，当时被称为“未来公众陆地移动通 信系统”，即FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication Systems）。Date26上海交通大学计算机系1996年ITU正式将其更名为全球移动 通信系统IMT2000，意即： 在2000年左右进入商用； 工作在2000MHz频段； 工作带宽是2000kHz。Date27上海交通大学计算机系按ITU总目标，第三代移动通信系统 有如下目标和特征： （1）提供高速率和多种速率支持多 种业务，能支

9、持从话音到分组数据到多 媒体业务，特别是Internet，应能根据 需要来提供必要的带宽。其最低无线传 输要求是： 快速移动环境：最高速率达114kbps 步行环境： 最高速率达384kbps 室内环境： 最高速率达2Mbps Date28上海交通大学计算机系（2）全球覆盖及全球无缝漫游、全球使 用共用频段（18852025MHz，2110 2200MHz）。但不要求各系统在无线传输 设备及网络内部技术完全一致，而要求 在网络接口、互通及业务能力方面的统 一或协调。 （3）高频谱效率。 （4）高服务质量：具有长话的话音质量 ，比特错误率小于106的数据业务。 （5）低成本、低功耗、小体积、高保

10、密 等良好的商业特性。 Date29上海交通大学计算机系2000年月ITU从全球各大公司提 交的10种第三代通信技术标准建议 中选择了三种作为3G应用的技术标 准。即：W-CDMA (Wideband CDMA)CDMA2000TD-SCDMADate30上海交通大学计算机系WCDMA（Wideband CDMA）宽带 CDMA。该标准由欧洲国家提出。WCDMA源于 欧洲和日本几种技术的融合。WCDMA采用 直扩模式，载波带宽为5MHz，数据传送 可达到每秒2Mbps（室内）及384Kbps（ 移动空间）。WCDMA与GSM网络有良好的 兼容性和互操作性，其支持者主要是以 GSM系统为主的欧洲

11、厂商。Date31上海交通大学计算机系CDMA2000是美国电信标准组织用于第三代 CDMA的名称。该标准由美国高通北美公 司为主导提出，摩托罗拉、朗讯和三星 等厂商都有参与。CDMA2000是由窄频 CDMA发展而来，发展路线是CDMA CDMA1XCDMA2000，技术的延续性强。 但是CDMA2000的多载传输方式比起WCDMA 的直扩模式，对频率资源利用率偏低。Date32上海交通大学计算机系TDSCDMA（Time Divided Synchronization CDMA）时分同 步CDMA。由中国大唐集团提出，TDSCDMA的 优势在于，采用了智能天线、联合检测 等先进技术，通过动

12、态选择业务模式， 有较高的频率利用率，不需要对称频段 ，只需很少的启动频率，而且TDD方式适 合承载不对称数据业务。Date33上海交通大学计算机系据2003年10月报道：世界上已颁发的119张3G牌照中 有112张为WCDMA，7张为CDMA2000。Date34上海交通大学计算机系三、无线局域网 802.11 802.11基本概念 802.11标准Date35上海交通大学计算机系1.无线局域网：802.11为了规范无线局域网移动数据通信所 使用的频率和通信方式，1997年起IEEE陆续公布了802.11标 准系列：802.11a、802.11b、802.11d、802.11e、802.11

13、f、802.11g、802.11h、802.11i。该系列往往简称为Wi-Fi。Date36上海交通大学计算机系802.11定义了物理层和MAC层的工作 ， 在802.11之上能运行IP协议。它有两种工作模式： (1) 通过基站(base station)通信Date37上海交通大学计算机系基站之间由以太网相 连Date38上海交通大学计算机系(2) 移动主机直接通信 ( 不需要基站 )Ad hoc 网络， 又称为MANETs (Mobile Ad hoc NETworks)Ad hoc为拉丁语，意思是：即席性 。Date39上海交通大学计算机系Ad hoc网的主要特点： 网络的自主性各移动主

14、机之间直接通信，不需要借助其 它网络基础设施。 动态变化的网络拓扑结构移动主机的位置及成员数经常在变动。 分布式控制移动主机兼具路由器和主机功能，主机间 地位平等。 多跳(multihop)无线网络涉及路由选择问题。Date40上海交通大学计算机系Ad Hoc网需解决路径寻找问题Date41上海交通大学计算机系 移动主机自身的局限性如：发射功率小，电池寿命短。 无线网络的局限性如：带宽有限，碰撞冲突的特殊性。 网络生命周期短一旦工作结束，原有网络即告消失。 网络安全性差Date42上海交通大学计算机系802.11与802.3因处理的对象不同， 工 作时有以下差异： 1) 无线电波的功率小，使侦

15、听的范围有 限，而且信号与噪音的区分更困难。A 和 C收不到各自发出的信号。Date43上海交通大学计算机系2) 多次反射，造成multipath fading。在室内环境中，发射信号会在多个物 体表面(如：墙面、桌子、天花板、人) 发生反射，在不同平面反射后的信号到 达接收点时会产生频移，并且比原始信 号稍有延迟。 在接收端出现多个信号的 叠加，使接收端的误码率增加。Date44上海交通大学计算机系3) 固定通信的应用程序不适用于移动通 信。 4) 移动主机在不同的cell(蜂窝)之间移动 时对外界是透明的。 Portal。Date45上海交通大学计算机系2.无线局域网 (1) 802.11

16、协议簇Date46上海交通大学计算机系802.11 到现在为止己推出及正在制定 的 8个标准如下： 802.11a 5GHz频段上的物理层标准。 802.11b 2.4GHz频段上的物理层标准 。 802.11d 当前802.11规定的操作只在几个国家是合法的，该标准扩充802.11在其它国家的应用。 802.11e 改进和管理WLAN的服务质量 ，保证多媒体业务的传输。 Date47上海交通大学计算机系 802.11f 实现不同厂商WLAN之间的互操作，保证网内访问点之间信息的互操作。 802.11g 是802.11b的扩充，通过提高传输率来增强802.11b的性能和应用。 802.11h 增强5GHz频段的802.11MA