第10章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

第10章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)第一頁(yè)，共40頁(yè)。目錄概述Wi-Fi蜂窩網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙CDMA移動(dòng)IP第二頁(yè)，共40頁(yè)。概述除大多數(shù)常用的有線網(wǎng)絡(luò)外，還有各種不需要有線電纜就可以進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)，這些都被稱為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。第三頁(yè)，共40頁(yè)。概述電磁波譜第四頁(yè)，共40頁(yè)。概述紅外線光譜中波長(zhǎng)自0.76至400微米的近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波，遙控器優(yōu)點(diǎn)：成本低、傳播范圍和方向及距離可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射干擾，也不受干擾等等只支持一對(duì)一的通信第五頁(yè)，共40頁(yè)。概述射頻：頻率范圍從300KHz～30GHz之間。其中音頻在300-3400HZ，公眾調(diào)頻廣播使用87-108MHz頻段，無(wú)線電話一般使用902-928MHz頻段，GPS一般使用1.575/1.227GHz頻段IEEE802.11B/G/N使用2.400-2.4835GHz頻段，藍(lán)牙和無(wú)繩電話也使用2.400-2.4835GHz頻段，IEEE802.11A使用5.725-5.850GHz第六頁(yè)，共40頁(yè)。Wi-Fi：802.11Wi-Fi，其實(shí)就是IEEE802.11b的別稱是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)現(xiàn)在IEEE802.11這個(gè)

標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱作Wi-Fi實(shí)際上Wi-Fi是無(wú)線局

域網(wǎng)聯(lián)盟（WLANA）

的一個(gè)商標(biāo)第七頁(yè)，共40頁(yè)。802.11標(biāo)準(zhǔn)802.11a802.11b802.11g802.11n第八頁(yè)，共40頁(yè)。802.11體系結(jié)構(gòu)無(wú)線站點(diǎn)STA（station）無(wú)線接入點(diǎn)AP（accesspoint）獨(dú)立基本服務(wù)組IBSS（independentbasicserviceset）基本服務(wù)組BSS（basicserviceset）分布式系統(tǒng)DS（distributionsystem）擴(kuò)展服務(wù)組ESS（extendedserviceset）第九頁(yè)，共40頁(yè)。802.11體系結(jié)構(gòu)一個(gè)無(wú)線站點(diǎn)STA可以是包含無(wú)線網(wǎng)卡和無(wú)線客戶端軟件的任何設(shè)備。AP主要用來(lái)控制有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接的連接。在對(duì)等模式下，將兩臺(tái)或以上的客戶端連接到一起，就可以創(chuàng)建最簡(jiǎn)單的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。這種不含AP的BSS稱為IBSS（獨(dú)立基本服務(wù)組）第十頁(yè)，共40頁(yè)。802.11體系結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)架構(gòu)模式下，采用單元結(jié)構(gòu)。每個(gè)單元中AP控制所有通信，確保所有STA都能平等訪問(wèn)介質(zhì)。不同STA之間無(wú)法直接通信。單個(gè)AP覆蓋的區(qū)域稱為基本服務(wù)組(BSS)。要擴(kuò)大覆蓋，可通過(guò)分布系統(tǒng)DS連接多個(gè)BSS。多個(gè)BSS構(gòu)成一個(gè)ESS（擴(kuò)展服務(wù)組）。第十一頁(yè)，共40頁(yè)。802.11MAC協(xié)議802.11的MAC層使用了CSMA/CA（載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免）。CSMA/CA協(xié)議中，不進(jìn)行沖突檢測(cè)，而是采用了沖突避免的方法由于無(wú)線鏈路的錯(cuò)誤率較高，802.11的鏈路層使用了確認(rèn)和重傳機(jī)制第十二頁(yè)，共40頁(yè)。802.11MAC協(xié)議（1）如果檢測(cè)的信道空閑，那么將等待一個(gè)短時(shí)間后發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。這段等待的時(shí)間成為分布幀間間隔（DistributedInter-frameSpace,DIFS）（2）如果檢測(cè)到信道忙，選取一個(gè)隨機(jī)值，繼續(xù)檢測(cè)信道。當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)，隨機(jī)值遞減；當(dāng)檢測(cè)到信道忙時(shí)，隨機(jī)值不變。當(dāng)隨機(jī)值減為0時(shí)，發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。（3）如果收到了確認(rèn)，那么就發(fā)送下一幀，重復(fù)上述過(guò)程。如果在指定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)幀，就回到第二步，在更大的范圍內(nèi)選取一個(gè)隨機(jī)值第十三頁(yè)，共40頁(yè)。802.11MAC協(xié)議由于無(wú)線信號(hào)的衰減問(wèn)題，有時(shí)候站點(diǎn)認(rèn)為信道空閑時(shí)，其實(shí)是會(huì)發(fā)生碰撞的所以，在送出數(shù)據(jù)前，站點(diǎn)可以先送一個(gè)請(qǐng)求傳送幀(RequesttoSend，RTS)來(lái)預(yù)約信道當(dāng)AP收到RTS幀后，廣播一個(gè)允許發(fā)送幀（CleartoSend，CTS）。CST幀有兩個(gè)作用，一個(gè)是允許申請(qǐng)方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個(gè)是通知其他的站點(diǎn)暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)。RTS幀和CTS幀都很小，因此用比較小的代價(jià)可以避免沖突。第十四頁(yè)，共40頁(yè)。802.11幀結(jié)構(gòu)802.11幀格式如圖10-7所示。802.11幀由三個(gè)基本部分組成：MAC幀頭、幀體、幀校驗(yàn)序列(FCS)組成。第十五頁(yè)，共40頁(yè)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)蜂窩移動(dòng)通信是采用蜂窩無(wú)線組網(wǎng)方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過(guò)無(wú)線通道連接起來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶在活動(dòng)中可相互通信。第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）是指最初的模擬、僅限語(yǔ)音的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)，制定于上世紀(jì)80年代。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用了數(shù)字化。第三代移動(dòng)通信技術(shù)主要采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)。4G是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。第十六頁(yè)，共40頁(yè)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)蜂窩組網(wǎng)是指移動(dòng)網(wǎng)的組網(wǎng)形狀像蜂窩一樣。蜂窩技術(shù)把一個(gè)地理區(qū)域分成若干個(gè)小區(qū)，稱作“蜂窩”(即Cell)，蜂窩技術(shù)因此而得名。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）、無(wú)線基站子系統(tǒng)(BSS)和移動(dòng)臺(tái)（MS）三大部分組成。第十七頁(yè)，共40頁(yè)。交換網(wǎng)路子系統(tǒng)(NSS)交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動(dòng)性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)是由六個(gè)功能單元組成的，分別是移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC），訪問(wèn)用戶位置寄存器（VLR）、歸屬用戶位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）、移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）和操作維護(hù)中心（OMC）。第十八頁(yè)，共40頁(yè)。無(wú)線基站子系統(tǒng)（BSS）BSS系統(tǒng)是在一定的無(wú)線覆蓋區(qū)中由MSC控制，通過(guò)無(wú)線接口直接與MS進(jìn)行通信。它主要負(fù)責(zé)完成無(wú)線發(fā)送接收和無(wú)線資源管理等功能?；咀酉到y(tǒng)由基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）組成。第十九頁(yè)，共40頁(yè)。移動(dòng)臺(tái)（MS）移動(dòng)臺(tái)就是移動(dòng)客戶設(shè)備部分，它由移動(dòng)物理設(shè)備(MS)和SIM卡組成。移動(dòng)物理設(shè)備就是我們平時(shí)所說(shuō)的手機(jī)和手機(jī)一樣可以進(jìn)行收發(fā)的移動(dòng)終端。它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收。第二十頁(yè)，共40頁(yè)。操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）OSS是相對(duì)獨(dú)立的一部分，包括移動(dòng)用戶管理，移動(dòng)設(shè)備管理和網(wǎng)絡(luò)操作等多塊。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM網(wǎng)內(nèi)各種部件功能的監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。第二十一頁(yè)，共40頁(yè)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)蜂窩的概念是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的概念，其思想是用許多小功率的發(fā)射機(jī)來(lái)代替單個(gè)的大功率發(fā)射機(jī)，每一個(gè)小的覆蓋區(qū)只提供服務(wù)范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。第二十二頁(yè)，共40頁(yè)。頻率復(fù)用由于小區(qū)制中，每個(gè)基站發(fā)射功率有限，覆蓋范圍有有限。因此在相距一定距離的小區(qū)可以重復(fù)使用同一段工作頻率。簇（cluster）：共同使用全部可用頻率的K個(gè)小區(qū)叫做一簇。典型值為4、7或12。A如圖所示，左邊的簇N值為4，右邊的簇N值為7。第二十三頁(yè)，共40頁(yè)。多址接入技術(shù)多址技術(shù)即區(qū)分信道或用戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線路，擴(kuò)大了通信容量。當(dāng)以傳輸信號(hào)的載波頻率不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為頻分多址（FDMA）方式；當(dāng)以傳輸信號(hào)存在的時(shí)間不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為時(shí)分多址（TDMA）方式；當(dāng)以傳輸信號(hào)的碼型不同來(lái)區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為碼分多址（CDMA）方式。第二十四頁(yè)，共40頁(yè)。多信道共用技術(shù)信道分配策略可分為兩類：固定的信道分配策略和動(dòng)態(tài)的信道分配策略。固定信道分配法：將某一組信道固定分配給某一基站，即基站的頻點(diǎn)是固定不變的。小區(qū)內(nèi)的任何呼叫都只能使用該小區(qū)中的空閑信道，如果該小區(qū)的所有信道都已被占用，則呼叫阻塞，用戶得不到服務(wù)。動(dòng)態(tài)信道分配法：不是將信道固定地分配給某個(gè)基站，而是多個(gè)基站均可使用同一信道，每次呼叫請(qǐng)求來(lái)的時(shí)候，為它服務(wù)的基站就向MSC請(qǐng)求一個(gè)信道。第二十五頁(yè)，共40頁(yè)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性管理無(wú)線接口三個(gè)功能層之一，其中定義了移動(dòng)用戶位置更新、定期更新、鑒權(quán)、開(kāi)機(jī)接入、關(guān)機(jī)退出、臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)標(biāo)識(shí)號(hào)重新分配和設(shè)備識(shí)別等過(guò)程。第二十六頁(yè)，共40頁(yè)。位置更新用戶的位置信息存儲(chǔ)在歸屬位置寄存器（HLR）和訪問(wèn)位置寄存器（VLR）中。如果MS在新的VLR覆蓋區(qū)中登記，一般由VLR分配一個(gè)臨時(shí)識(shí)別碼(TMSI)并發(fā)送給HLR。由HLR給VLR提供鑒權(quán)參數(shù)，并把用戶新的參數(shù)全部發(fā)送給VLR，同時(shí)通知舊VLR刪除該MS得有關(guān)用戶數(shù)據(jù)。如果位置更新發(fā)生在VLR中的不同位置區(qū)之間，則不需要重新更換新的TMSI，也不需要進(jìn)行HLR更新。第二十七頁(yè)，共40頁(yè)。切換切換可以分為小區(qū)內(nèi)切換，BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)切換，MSC內(nèi)不同BSC之間切換和MSC間切換。越區(qū)切換分為兩大類：一類是硬切換，另一類是軟切換。硬切換是指在新的連接建立以前，先中斷舊的連接。而軟切換是移動(dòng)臺(tái)在從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，先建立與新基站的通信，直到接收到原基站信號(hào)低于一個(gè)門限值時(shí)再切斷與原基站的通信的切換方式。第二十八頁(yè)，共40頁(yè)。漫游漫游業(yè)務(wù)的提供一般分成三個(gè)步驟：位置更新，呼叫轉(zhuǎn)移和呼叫建立。呼叫轉(zhuǎn)移：主叫用戶撥打號(hào)碼，通過(guò)公眾固定網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)到被叫用戶的MSC最近的GMSC。HLR請(qǐng)當(dāng)前的MSC/VLR分配一個(gè)移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼(MSRN)給被叫用戶,并將此號(hào)碼送給HLR。GMSC利用MSRN重新接續(xù)路由。呼叫建立：MSC根據(jù)MSRN查出該用戶的IMSI，將其轉(zhuǎn)換成信令數(shù)據(jù)，在MSC控制區(qū)域內(nèi)的登記位置中發(fā)出尋呼。第二十九頁(yè)，共40頁(yè)。藍(lán)牙

藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙這個(gè)名稱來(lái)自于第十世紀(jì)的一位丹麥國(guó)王。第三十頁(yè)，共40頁(yè)。工作原理藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。時(shí)分雙工傳輸方案被用來(lái)實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。使用IEEE802.15協(xié)議。藍(lán)牙技術(shù)采用跳頻擴(kuò)展技術(shù)（FHSS），跳頻速率為每秒1600次。為了避免干擾藍(lán)牙采用了AFH（AdaptiveFrequencyHopping）自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)。第三十一頁(yè)，共40頁(yè)。工作原理藍(lán)牙技術(shù)可以支持點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)的通信。多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以組成一個(gè)短距離的AD-HOC網(wǎng)絡(luò)，稱之為微微網(wǎng)（piconet）。多個(gè)微微網(wǎng)可以同時(shí)存在在一個(gè)區(qū)域，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用不同的物理頻段。藍(lán)牙設(shè)備有很多標(biāo)準(zhǔn)的功率，因此不同功率的藍(lán)牙設(shè)備具有不同的覆蓋范圍。Class3，有效距離是1米Class2，有效距離為10米。Class1，一般用于工業(yè)應(yīng)用，覆蓋范圍可以達(dá)到100米。第三十二頁(yè)，共40頁(yè)。CDMACDMA系統(tǒng)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)具有具有抗干擾、抗多徑衰落的能力。(2)系統(tǒng)容量大。(3)CDMA系統(tǒng)具有軟容量特性。(4)不需要復(fù)雜的頻率分配。(5)CDMA系統(tǒng)具有軟切換功能。(6)由于CDMA的低發(fā)射功率，還具有保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。(7)設(shè)備簡(jiǎn)單，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電池利用時(shí)間也更長(zhǎng)。第三十三頁(yè)，共40頁(yè)。CDMACDMA系統(tǒng)具有以下主要缺點(diǎn)：(1)由于采用擴(kuò)展頻譜，所以占用頻譜較寬。(2)由于用戶的不完全正交，系統(tǒng)具有碼分多址系統(tǒng)特有的多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)。第三十四頁(yè)，共40頁(yè)。CDMA原理CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)CDMA系統(tǒng)是以碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。第三十五頁(yè)，共40頁(yè)。移動(dòng)IP由于移動(dòng)的計(jì)算機(jī)要訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)上的資源，所以需要一個(gè)IP地址。但是計(jì)算機(jī)漫游過(guò)程中，IP的權(quán)限有發(fā)現(xiàn)改變。為了使計(jì)算機(jī)能訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，并且其他計(jì)算機(jī)也能訪問(wèn)這臺(tái)移動(dòng)的計(jì)算機(jī)。所以出現(xiàn)了移動(dòng)IP技術(shù)。移動(dòng)IP技術(shù)就是讓計(jì)算機(jī)在互聯(lián)網(wǎng)及局域網(wǎng)中不受任何限制的即時(shí)漫游，也稱移動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)。移動(dòng)IP是移動(dòng)通信和基于IP的Internet技術(shù)的融合。第三十六頁(yè)，共40頁(yè)。工作原理移動(dòng)IP主要由三個(gè)功能實(shí)體組成移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（mobilenode）：具有永久IP地址的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。本地代理（homeagent）：有一個(gè)端口與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)本地鏈路相連的路由器，它根據(jù)移動(dòng)用戶的轉(zhuǎn)交地址，采用隧道技術(shù)轉(zhuǎn)交移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。外地代理（foreignagent）：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的漫游鏈路上的路由器，它通知本地用戶代理自己的轉(zhuǎn)交地址，是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)漫游鏈路的缺省路由器。第三十七頁(yè)，共40頁(yè)。移動(dòng)IP功能實(shí)體第三十八頁(yè)，共40頁(yè)。移動(dòng)IP