无线网络和移动网络

无线网络和移动网络无线网和移动网2第7讲无线网和移动网WirelessandMobileNetworks无线网和移动网3无线网和移动网背景:无线电话用户的数量超过了有线电话用户的数量!计算机网络:膝上电脑、掌上电脑、PDA等，任何时间任何地点接入因特网的需求两个重要的(但不同的)挑战经无线链路通信处理移动用户，改变与网络连接点无线并不总是移动，有限的移动性也并要求一定使用无线！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膝上机,PDA,IP电话运行应用程序可以是固定的(非移动的)或移动的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通常与有线网络连接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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通常用于连接移动用户到基站也用作主干链路多个接入协议协调链路接入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384Kbps56Kbps54Mbps5-11Mbps1Mbps802.15802.11b802.11{a,g}IS-95CDMA,GSMUMTS/WCDMA,CDMA2000.11p-to-plink2G3G室内10–30m室外50–200m中距离室外200m–4Km长距离室外5Km–20Km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基站连接移动用户到有线网络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无基站在链路覆盖的范围内结点仅能传输到另外的结点结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….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)来自其他源的干扰:标准的无线网络频率(如2.4GHz)由其他设备共享(如电话);设备(发动机)干扰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):ABC隐终端问题B,A彼此听到B,C彼此听到A,C彼此不能听到意味着A,C不知道它们在B处互相干扰ABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrength信号衰退:B,A彼此听到B,C彼此听到A,C不知道它们在B处互相干扰无线网和移动网12码分多址(CDMA)用于几种无线广播信道中(蜂窝,卫星等)的标准独特的”编码“分配给每个用户;即编码集合分割所有用户共享相同频率，但每个用户具有自己的”码片“序列(即编码)以对数据编码编码信号=(原始数据)X(码片序列)解码:编码的信号和码片序列的内积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13CDMA编码/解码时隙1时隙0d1=-111111-1-1-1-Zi,m=di.cmd0=111111-1-1-1-11111-1-1-1-11111-1-1-1-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0d1=-1d0=111111-1-1-1-11111-1-1-1-11111-1-1-1-11111-1-1-1-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=SZi,m.cmm=1MM无线网和移动网14CDMA:两个发送方的干扰发送方接收方无线网和移动网15IEEE802.11无线LAN802.11b2.4-5GHz无执照无线电频谱高达11Mbps在物理层的直接序列扩频(DSSS)•所有主机使用相同的码片序列广泛设置，使用基站802.11a5-6GHz范围高达54Mbps802.11g2.4-5GHz范围高达54Mbps对多路访问都使用CSMA/CA都具有基站和自组织版本无线网和移动网16802.11LAN体系结构无线主机使用基站通信基站=接入点(AP)基本服务集(BSS)(又称为“单元”)在基础设施模式中包含：无线主机接入点(AP)：基站自组织模式：仅有主机BSS1BSS2Internethub,switchor路由器APAP无线网和移动网17802.11：信道,关联802.11b：2.4GHz-2.485GHz频谱划分为11个不同的频率的信道AP管理：为AP选择频率可能干扰：信道能够与临近AP选择相同的信道!主机：必须与AP关联扫描信道，监听包括该AP的SSID（服务集标识）和MAC地址的信标帧选择AP去关联可能执行鉴别通常运行DHCP以得到在AP子网中的IP地址无线网和移动网18IEEE802.11:多路访问避免碰撞:2+结点同时传输802.11:CSMA–在传输前感知不与其他结点正在进行的传输相碰撞802.11:无碰撞检测!当传输时由于接收的信号变弱(衰退)，难以接收(感知碰撞)在任何场合不能感知所有碰撞：隐终端，衰退目标:避免碰撞:CSMA/CA(CollisionAvoidance)ABCABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrength无线网和移动网19IEEE802.11MAC协议:CSMA/CA802.11发送方(1)如果感知信道空闲则在DIFS(DistributedInterFrameSpace，分布协调功能帧间间隔，最长的IFS)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802.11接收方-如果针接收OK在SIFS(短帧间间隔，ShortInterFrame)后返回ACK(由于隐终端问题，需要ACK)发送方接收方DIFSdataSIFSACK无线网和移动网20避免碰撞思想: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发送方首先使用CSMA向BS传输小请求发送(RTS)分组RTS仍可能与其他碰撞(但它们较短)BS为响应RTS广播允许发送(CTS)RTS为所有站点听到发送方传输数据帧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21碰撞避免:RTS-CTS交换APAB时间DATA(A)预约碰撞推迟无线网和移动网22帧控制持续期地址1地址2地址4地址3有效载荷CRC22666260-23124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23因特网路由器APH1R1APMAC地址H1MAC地址R1MAC地址地址1地址2地址3802.11R1MAC地址APMAC地址dest.地址source地址802.3帧802.11帧:编址无线网和移动网24帧控制持续期地址1地址2地址4地址3有效载荷CRC22666260-23124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22411111111802.11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25集线器或交换机AP2AP1H1BBS2BBS1802.11:在相同子网中的移动路由器H1停留在相同的IP子网中:IP地址能够维持相同交换机:哪个AP与H1关联?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26M覆盖半径SSSPPPPMS主设备从设备停用设备(不活动的)P802.15:个人域网络小于10m直径替代电缆(鼠标,键盘，耳机)自组织:无基础设施主/从设备:从设备(向主设备)请求发送许可主设备同意请求802.15:由蓝牙规格参数演化而来2.4-2.5GHz无线电波段高达721kbps无线网和移动网27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将cells与广域网相连管理呼叫建立处理移动移动交换中心MSC覆盖地理区域基站(BS)类比802.11AP移动用户通过BS与网络相连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28蜂窝网:第一跳共享移动用户到BS无线电频谱的两种技术FDMA/TDMA结合:将频谱划分为频道，再将每个频道划分为时隙CDMA:码分多址频段时隙无线网和移动网29蜂窝标准:简要概述2G系统:语音信道IS-136TDMA:FDMA/TDMA结合(北美)GSM(移动通信全球系统):FDMA/TDMA结合广泛部署IS-95CDMA:码分多址GSM不要淹死在字母汤的碗里：仅使用它们作为参考无线网和移动网30Cellular标准:简要概述2.5G系统:语音和数据信道提供给那些等不及3G服务的人:2G扩展通用分组无线电服务(GPRS)从GSM演化而来数据在多个信道发送(如果可能的话)EnhancedDataratesforGlobalEvolution(EDGE)也从GSM演化而来,使用增强调制数据率高达384KCDMA-2000(阶段1)数据率高达144K从IS-95演化而来无线网和移动网31Cellular标准:简要概述3G系统:语音/数据通用移动电信服务(UMTS)GSM下一步,但使用CDMACDMA-2000…..由于更多(并且更为有趣)蜂窝网主题设计到移动性无线网和移动网32Whatis移动?移动谱,从网络的角度:无移动高度移动性无线用户，使用相同的接入点移动用户，在维持进行中的连接时通过多个接入点(像移动电话一样)移动用户，使用DHCP与网络连接/断连无线网和移动网33移动:词汇归属网络:移动用户的永久的“家”(如128.119.40/24)永久地址:在归属网络中的地址，总能被用于到达移动用户，如128.119.40.186归属代理:当移动用户在远地，代表它执行移动功能的实体广域网通信者无线网和移动网34移动:词汇（续）转交地址:在被访网络中的地址.(如79,129.13.2)广域网被访网络:移动用户当前驻留的网络(如79.129.13/24)永久地址:保持不变(如128.119.40.186)归属代理:在被访网络中代表移动用户执行移动功能的实体通信者:要与移动用户通信无线网和移动网35你怎样与云游的朋友联系？搜索所有的电话簿?给她父母打电话?期待她主动联系你?我想知道Alice现在到达了何处?设想朋友经常改变地址，你怎样找到她?无线网和移动网36移动:方法让选路处理:路由器使用通常的选路表交换，通告移动用户在驻留地的节点永久地址选路表指示移动用户位于的地方对端用户无改变让端系统处理:间接选路:从通信者到移动用户的通信经过归属代理,然后向远地转发直接选路:通信者得到移动用户的外部地址,直接向移动用户发送无线网和移动网37移动:方法让选路处理:路由器使用通常的选路表交换，通告移动用户在驻留地的节点永久地址选路表指示移动用户位于的地方对端用户无改变让端系统处理:间接选路:从通信者到移动用户的通信经过归属代理,然后向远地转发直接选路:通信者得到移动用户的外部地址,直接向移动用户发送对数以百万计移动用户无扩展性无线网和移动网38移动:注册Endresult:外部代理knowsabout移动用户归属代理knowslocationof移动用户广域网归属网络被访网络1移动用户contacts外部代理onentering被访网络2外部代理contacts(联系)归属代理home:“this移动用户isresidentinmynetwork”无线网和移动网39移动经间接选路wideareanetwork归属网络被访网络3241通信者使用移动用户的归属地址来寻址归属代理截取分