计算机组网补充无线通信网

2019/8/16上海交通大学计算机系1《计算机组网原理》补充：无线通信网ShanghaiJiaotongUniversity2019/8/16上海交通大学计算机系2一、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IP2019/8/16上海交通大学计算机系3一、概述1.WirelessNetwork大致分成三类：(1)系统互联短距离的通信。蓝牙技术2019/8/16上海交通大学计算机系4(2)无线局域网IEEE802.11标准2019/8/16上海交通大学计算机系5(3)无线广域网低速：GSM、CDMA第2.5代GPRS高速：IEEE802.16标准2019/8/16上海交通大学计算机系6二、移动通信基本原理2019/8/16上海交通大学计算机系7移动电话系统第1代移动电话Analogvoice模拟语音第2代移动电话Digitalvoice数字语音第3代移动电话Digitalvoiceanddata(Internet，E-mail，etc.)数字语音和数据2019/8/16上海交通大学计算机系81.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10～20公里。最早在AMPS系统中使用(1982年，Bell)。2019/8/16上海交通大学计算机系92019/8/16上海交通大学计算机系102.第2代移动电话：数字语音D-AMPSGSMTheGlobalSystemforMobileCommunicationCDMACodeDivisionMultipleAccess2019/8/16上海交通大学计算机系11(1)GSM复用方式：频分+时分2019/8/16上海交通大学计算机系12工作原理2019/8/16上海交通大学计算机系13HLR：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2019/8/16上海交通大学计算机系14呼叫寻址过程2019/8/16上海交通大学计算机系15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MSC3.询问HLR4.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routingnumber给HLR，并传到MSC6.根据routingnumber，呼叫被转移到用户所在的MSC7.8.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2019/8/16上海交通大学计算机系16(2)CDMACodeDivisionMultipleAccess码分多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。2019/8/16上海交通大学计算机系171)ChipSequence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Chipsequence。发送“1”时，站点发送chipsequence的原码；发送“0”时，站点发送chipsequence的反码。2019/8/16上海交通大学计算机系18例如：A的chipsequence为00011011A发送“1”时为00011011A发送“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。2019/8/16上海交通大学计算机系192019/8/16上海交通大学计算机系202)正交特性设某站的chipsequence是S，内含S1…Si另一个站的chipsequence是T，含T1…Ti得S和T的“内积”：SxT=0SxT=0SxS=1SxŜ=-12019/8/16上海交通大学计算机系213)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+1-1-1)=(-2000+2+20-2)2019/8/16上海交通大学计算机系222019/8/16上海交通大学计算机系234)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SxC即可。例：S=Ā+B+CSxC=(Ā+B+C)xC=ĀxC+BxC+CxC=0+0+1=1见图(d)所示。2019/8/16上海交通大学计算机系242019/8/16上海交通大学计算机系252019/8/16上海交通大学计算机系263.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（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystems）。2019/8/16上海交通大学计算机系271996年ITU正式将其更名为全球移动通信系统IMT－2000，意即：在2000年左右进入商用；工作在2000MHz频段；工作带宽是2000kHz。2019/8/16上海交通大学计算机系28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2Mbps2019/8/16上海交通大学计算机系29（2）全球覆盖及全球无缝漫游、全球使用共用频段（1885－2025MHz，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10－6的数据业务。（5）低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。2019/8/16上海交通大学计算机系302000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(WidebandCDMA)CDMA2000TD-SCDMA2019/8/16上海交通大学计算机系31WCDMA（WidebandCDMA）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系统为主的欧洲厂商。2019/8/16上海交通大学计算机系32CDMA2000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。CD－MA2000是由窄频CDMA发展而来，发展路线是CDMA—CDMA1X—CDMA2000，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。2019/8/16上海交通大学计算机系33TD—SCDMA（TimeDividedSynchronizationCDMA）时分同步CDMA。由中国大唐集团提出，TD—SCDMA的优势在于，采用了智能天线、联合检测等先进技术，通过动态选择业务模式，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。2019/8/16上海交通大学计算机系34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。2019/8/16上海交通大学计算机系35三、无线局域网—802.11802.11基本概念802.11标准2019/8/16上海交通大学计算机系361.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、802.11f、802.11g、802.11h、802.11i。该系列往往简称为Wi-Fi。2019/8/16上海交通大学计算机系37802.11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(basestation)通信2019/8/16上海交通大学计算机系38基站之间由以太网相连2019/8/16上海交通大学计算机系39(2)移动主机直接通信(不需要基站)Adhoc网络，又称为MANETs(MobileAdhocNETworks)Adhoc为拉丁语，意思是：即席性。2019/8/16上海交通大学计算机系40Adhoc网的主要特点：网络的自主性各移动主机之间直接通信，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。2019/8/16上海交通大学计算机系41AdHoc网需解决路径寻找问题2019/8/16上海交通大学计算机系42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2019/8/16上海交通大学计算机系43802.11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。2019/8/16上海交通大学计算机系442)多次反射，造成multipathfading。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。2019/8/16上海交通大学计算机系453)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。2019/8/16上海交通大学计算机系462.无线局域网(1)802.11协议簇2019/8/16上海交通大学计算机系47802.11到现在为止己推出及正在制定的8个标准如下：802.11a5GHz频段上的物理层标准。802.11b2.4GHz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。2019/8/16上海交通大学计算机系48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802.11MAC规范及802.11a物理层规范。802.11i增强WLAN的安全和鉴别机制。2019/8/16上海交通大学计算机系49802.11a、b、g的比较：•802.11b是最早推出，也是目前普及最广和应用最多的WLAN标准。工作在无需申请的2.4GHz频段，通信距离100米，具有抗干扰能力强，接入方便，价格低等优点。但其传输速率只有11Mbps，满足不了动态图像传送的需要。•802.11a在很大程度上解决了