移動互聯(lián)網(wǎng)：原理、技術(shù)與應(yīng)用 第3版 課件全套 第1-9章 移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)- 移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)1課程大綱

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求課程安排移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動IP技術(shù)

2移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)安全移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗課程大綱

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求課程安排移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動IP技術(shù)

3移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)安全移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗移動通信技術(shù)兩個重要（但有所區(qū)別的）的概念

無線:用戶通過無線鏈路進(jìn)行通信移動:用戶網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)發(fā)生變化4無線通信

在戶外使用電磁波傳輸語音等數(shù)據(jù)

電磁波特性

光速傳播(c=3x108m/s)頻率(f)和波長(l)c=fxl高頻率意味著高能量

能量越大穿透力越強(qiáng)

長波:100-1000m(30-300kHz)和短波:20-200m(150-1500kHz)5無線傳輸機(jī)制無線傳播展現(xiàn)出的物理特性是復(fù)雜多樣的，但通常來說總結(jié)為三種主要特性:反射

衍射

散射

6無線傳輸機(jī)制反射

當(dāng)電磁波傳播經(jīng)過大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自身波長的物體時產(chǎn)生例如:從地表和建筑物上反射這些反射可能與源信號之間產(chǎn)生正向或負(fù)向干擾

7障礙建筑物RR:反射信號源接收者街道無線傳輸機(jī)制

衍射

當(dāng)電磁波在信號源和接收者之間傳播遇到不能被穿透的物體和鋸齒狀物體表面而偏離直線傳播時發(fā)生解釋了在城市和鄉(xiāng)村中，原本沿直線傳播的電磁波如何能傳播到因視線被遮擋而看不到的地方

8障礙建筑物DRR:反射D:衍射信號源接收者街道無線傳輸機(jī)制

散射

當(dāng)電磁波傳播經(jīng)過大小與自身波長相近或比較小的物體時產(chǎn)生

當(dāng)傳播路徑中存在眾多細(xì)小障礙物時產(chǎn)生.當(dāng)傳播路徑中存在小顆粒、粗糙表面和其他不規(guī)則物體時產(chǎn)生

與衍射遵循相同的原則使得傳播過來的電磁波能量朝四周散去

燈柱和路牌都有可能導(dǎo)致散射現(xiàn)象

9障礙建筑物DRSR:反射D:衍射S:散射信號源接收者D街道電磁頻譜10基礎(chǔ)–傳播特性光波沿直線傳播在

VLF,LF,andMF

波段,無線電波在地表傳播.調(diào)幅廣播使用MF波段11基礎(chǔ)–傳播特性在

VLF,LF,andMF

波段,無線電波沿地面?zhèn)鞑?調(diào)幅廣播使用MF波段在

HF

波段,電磁波往往會被地表吸收。

到達(dá)電離層(距地表大約100-500km),被吸收吸收反射電離層12基礎(chǔ)–傳播特性LOS路徑反射波定向天線的使用波沿多條路徑傳播LOS:直線傳播反射波干擾原信號VHF傳播13基礎(chǔ)–傳播特性

14高頻無線電波特性

難以繞過障礙物

多條直傳路徑

低頻無線電波特性

可以繞過障礙物傳輸模型15通常關(guān)注頻率在幾MHz到幾GHz之間的電磁波的特點(diǎn)和傳輸模型無線信道建模對以下幾方面來說是比較重要的:決定一個信號源的覆蓋范圍

決定信號源的能量需求

決定電池的使用時間

尋找調(diào)制和編碼方法以提升信道質(zhì)量

決定信道容量的上限電磁頻譜161m10m100m1km10km100km1000kmSatelliteRadioMobilePhoneWirelessLANBlueteethInfrared（1012~5X1012GHz)（2.4~2.48GHz)（2.4~2.4835GHz)（800M~2GHz)（88~108MHz)（300GHz)載頻/信道

載頻

發(fā)送者和接收者之間傳輸?shù)男畔⒈怀休d到一個特殊的頻段

信道特性

每個信道都有一個固定的頻帶寬度(KHz)和容量(bit-rate)不同的頻段(信道)之間可以并行和獨(dú)立的傳輸信息17移動網(wǎng)絡(luò)步行移動用戶

低速

小范圍漫游

通常高帶寬/低延遲交通工具

高速

大范圍漫游

通常低帶寬/高延遲

使用高性能終端設(shè)備(手機(jī))

18移動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無線主機(jī)筆記本電腦,PDA,IP電話運(yùn)行應(yīng)用19移動設(shè)備20移動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基站(AP)主要連接有線網(wǎng)絡(luò)中繼–主要負(fù)責(zé)為區(qū)域中的無線用戶和有線網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)21接入設(shè)備(AE)22移動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無線鏈路主要用來連接移動用戶和基站也用作主干鏈路多種接入?yún)f(xié)議共同保證鏈路的可接入

多種傳輸速率、傳輸距離23網(wǎng)絡(luò)類型無線電報Marconi(1896)從那時起到現(xiàn)在…收音機(jī)電視移動電話

衛(wèi)星(1960s)WLAN傳感器網(wǎng)絡(luò)

移動互聯(lián)網(wǎng)……24

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

25

蜂窩網(wǎng)

從地理上將網(wǎng)絡(luò)分成一些圓形的小區(qū)域-蜂窩傳輸能量決定蜂窩大小為什么需要蜂窩?頻率復(fù)用無線成功的依據(jù)!從1996年開始,新的移動用戶數(shù)量已經(jīng)超過固話用戶26

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

第一代(1G):模擬技術(shù)FDMA模擬調(diào)頻電路交換網(wǎng)絡(luò)通話音質(zhì)較低

無安全機(jī)制

低容量AMPS(高級移動電話系統(tǒng)800-900MHz)27

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

2G(第二代)數(shù)字編碼

高比特率聲音有限的數(shù)據(jù)傳輸速率(10Kbps)GSM,D-AMPS(TDMA)andCDMA附屬服務(wù)(數(shù)據(jù),傳真andSMS)一定程度的加密2.5G2G系統(tǒng)的擴(kuò)展(GSM)分組交換連接(GPRS)高數(shù)據(jù)傳輸率(多達(dá)百Kbps)28

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

3G(第三代)高數(shù)據(jù)傳輸率(Mbps)遠(yuǎn)不止語音服務(wù)…支持接入帶寬服務(wù)、全動態(tài)語音、視頻會議、互聯(lián)網(wǎng)接入(IP)IMT_2000W-CDMA,CDMA2000,TD-SCDMA(China)頻率分配

3G&WLAN:互補(bǔ)關(guān)系4G5G29

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

30

WLAN-無線局域網(wǎng)

本地使用無線鏈路連接

IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)

Example:WaveLan,Aironet,WiFiWirelessLAN可能被用于最后一跳的無線接入在主機(jī)和有線網(wǎng)絡(luò)之間的無線接入31

WLAN標(biāo)準(zhǔn)(待續(xù))

HIPERLAN(高性能無線局域網(wǎng))多種變化,從帶寬23.5Mb/s的類型1到帶寬155Mb/s的類型4覆蓋范圍從50米到5千米暫無相關(guān)產(chǎn)品

32

IEEE802.11x

從上世紀(jì)90年代末以來,IEEE已經(jīng)形成4個802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn):IEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11bIEEE802.11gIEEE802.11n33IEEE802.11

1997:IEEE802.11最原始的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段，最高2Mbps帶寬調(diào)制:FHSS或DSSS安全:WEP&WPA兼容b和g協(xié)議34IEEE802.11a1999:IEEE802.11a5GHz頻段，最高54Mbps帶寬調(diào)制:OFDM安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”不兼容802.11,b和g35IEEE802.11b1999:IEEE802.11b2.4GHz頻段，最高11Mbps帶寬

調(diào)制:DSSSwithCCK安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11和g36IEEE802.11g2003:IEEE802.11g2.4GHz頻段，最高54Mbps帶寬調(diào)制:采用OFDM，帶寬高于20Mbps,采用補(bǔ)充編碼鍵控的DSSS，帶寬最高20Mbps 安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11和b37IEEE802.11n2009:IEEE802.11n2.4GHz頻段，最高54Mbps傳輸速率調(diào)制:MCS調(diào)制編碼表規(guī)定了各種調(diào)制機(jī)制安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11a/b/g38網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN

衛(wèi)星39

個人局域網(wǎng)(PAN)

使各種設(shè)備之間可以短距連接

10米范圍內(nèi)家用電器,辦公設(shè)備,“可穿戴”計算設(shè)備IrDA(紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會)對使用紅外線作為無線用戶最后一跳連接的技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)傳輸速率總共為4Mb/s,但僅能達(dá)到115Kb/s范圍在幾米內(nèi)，僅能直線傳播

容易受到干擾40

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

41

衛(wèi)星

衛(wèi)星天線在地球表面的軌道是固定的

兩個或多個（地表）地面站之間的通信主要靠外太空的多個衛(wèi)星來作為中繼站上行鏈路:地面->衛(wèi)星

下行鏈路:衛(wèi)星->地面

42地面站

地面站衛(wèi)星TCP工作良好?高度:36000km120ms延遲

課程大綱

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求課程安排移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動IP技術(shù)

43移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)安全移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗IEEEIEEE–電氣與電子工程師協(xié)會1963建立AIEE-

無線電工程師協(xié)會(1912):IRE-the

美國電氣工程師協(xié)會(1884)總部設(shè)在紐約在160個國家中擁有超過425,000名會員51.4%的會員在美國宗旨:致力于推動電工技術(shù)在理論方面的發(fā)展和應(yīng)用方面的進(jìn)步.44IEEE-知名協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE802

IEEE802.3————以太網(wǎng)IEEE802.11————無線局域網(wǎng)IEEE802.15————藍(lán)牙IEEE802.16————寬帶無線接入…45IETF46IETF—國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組

公開性質(zhì)的大型民間國際團(tuán)體，匯集了與互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和互聯(lián)網(wǎng)順利運(yùn)作相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者、運(yùn)營者、投資人和研究人員首次會議于1986年1月16日召開每年召開三次會議對所有對此行業(yè)感興趣的人士開放IETF-文稿

互聯(lián)網(wǎng)草案互聯(lián)網(wǎng)草案是IETF相關(guān)領(lǐng)域相關(guān)工作組的工作文稿，其他工作組也可以發(fā)布草案?；ヂ?lián)網(wǎng)草案沒有正式的定位，可以在任何時間被修改或刪除;因此不能在任何正式的文檔中被引用。47IETF-文稿

RFC—征求評議文件RFC是由工程師和計算機(jī)科學(xué)家以備忘錄的形式描述適用于互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方法、行為、研究和創(chuàng)新工作。它提交同行評審或簡單地表達(dá)新概念,信息或(偶爾的)工程上的小幽默。IETF將其中一些發(fā)布，作為互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的RFC。48IETF-工作組IETF工作組是IETF的主要機(jī)構(gòu)，主要復(fù)雜制定規(guī)范和指南，而這其中許多最后將變成標(biāo)準(zhǔn)和建議

工作組通常用來解決特定的問題或產(chǎn)生一個或多個特定的可交付成果(指導(dǎo)方針、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等)。49IETF-主要的工作組ApplicationsInternetOps&MgmtRAIRoutingSecurityTransport50ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織—ISO1946在倫敦建立宗旨:在世界范圍內(nèi)促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展51什么是標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是一種提供可以持續(xù)使用,以確保材料、產(chǎn)品、流程和服務(wù)是適合相應(yīng)目的的需求、規(guī)范、指南或特征的文檔。

ISO已經(jīng)發(fā)布了超過19500個國際標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可以從ISO商店或它們的成員那里購買。52ITU國際電信聯(lián)盟

ITU-RITU-TITU-DITU-T確保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)有效和及時的覆蓋電信行業(yè)的所有領(lǐng)域為國際電信行業(yè)的服務(wù)制定關(guān)稅和會計制度53中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會CCSA（中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）54其他組織

ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會）ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)ARIB（日本無線工業(yè)及商貿(mào)聯(lián)合會）55課程大綱

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求課程安排移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動IP技術(shù)

56移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)安全移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求即時接入

支持突發(fā)流量提供無縫的移動性

支持服務(wù)質(zhì)量控制QoS提供安全保障

提供靈活的組網(wǎng)方式57課程大綱

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計要求課程安排移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動IP技術(shù)

58移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)安全移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗課程安排

59無線移動互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識重要網(wǎng)絡(luò)類型前沿技術(shù)無線接入技術(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動IP技術(shù)移動互聯(lián)網(wǎng)安全無線接入技術(shù)60課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展6161無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)是一種將無線電波作為傳播媒介的網(wǎng)絡(luò)用戶最后一跳使用無線的方式連接，這就使得在建筑物或校園中的各處都可以連接上網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)通常使用有線連接62部署無線網(wǎng)絡(luò)的建筑物63無線通信的歷史古列爾莫-馬可尼于1896發(fā)明無線電報通過使用模擬信號編碼字母數(shù)字字符的方式來進(jìn)行通信跨大西洋發(fā)送電報信號1914–首次使用無線電波進(jìn)行語音通話20世紀(jì)60年代發(fā)射通信衛(wèi)星無線技術(shù)的進(jìn)步收音機(jī)，電視，移動電話，通信衛(wèi)星最近衛(wèi)星通信，無線網(wǎng)絡(luò)，蜂窩網(wǎng)技術(shù)64發(fā)展無線網(wǎng)絡(luò)的原因移動通信的需求無線通信使用在采用有線比較困難或完全無法實(shí)現(xiàn)的地方一種通信系統(tǒng)必須能快速部署通信設(shè)備必須以較低的初始成本進(jìn)行安裝相同的信息必須被廣播到許多地方65無線通信的類型蜂窩網(wǎng)無線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無線廣播66無線應(yīng)用67無線網(wǎng)絡(luò)存在的問題在一個不受控的環(huán)境中運(yùn)營,所以更容易受到干擾,造成信號損失、噪音，更容易被竊聽通常，無線設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率低于有線設(shè)備相對于無線傳輸媒介，在有線傳輸媒介中更容易實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用68如何使用無線網(wǎng)絡(luò)?

想要解決無線網(wǎng)絡(luò)存在的問題，首先要為無線網(wǎng)絡(luò)制定各種標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.1x

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G、4G、5G69課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展7070處理局域網(wǎng)和城域網(wǎng)限制網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)可變大小的數(shù)據(jù)包規(guī)定IEEE802底層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層

LLC子層

MAC子層

物理層IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族

71IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族

72IEEE802.22RAN“RegionalAreaNetwork”30-100km54-862MHz18MbpsBW=6,7,8MHz課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展7373AP關(guān)聯(lián)場景(日常生活中)74多個接入點(diǎn)（在圖中用圓標(biāo)注出來）提供大量帶寬，用戶必須從中選擇一個“最好”的接入點(diǎn)。AP關(guān)聯(lián)場景(在WMN)用戶會連接哪個AP?

左邊的AP:信號強(qiáng),

但負(fù)載重并且遠(yuǎn)離主干網(wǎng)絡(luò)

右邊的AP:信號弱,

但負(fù)載輕并且靠近主干網(wǎng)絡(luò)75802.11WLAN類型依賴基礎(chǔ)設(shè)施自組織優(yōu)勢部署靈活最大化降低布線難度應(yīng)對災(zāi)難時具有更好的魯棒性(例如,地震)不足相對于有線網(wǎng)絡(luò)來說帶寬較低需要遵循無線頻譜規(guī)律76網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施自組織網(wǎng)絡(luò)APAPAPwirednetworkAP:AccessPoint802.11WLAN(待續(xù))工作組77802.11802.11802.11a802.11b802.11g802.11nProtocolReleasedateOp.FrequencyDatarate(Max)Range(indoor)Range(outdoor)Legacy19972.5~2.5GHz2Mbit/s802.11a19995.15~5.35/5.47~5.725/5.725~5.875GHz54Mbit/s~25m~75m802.11b19992.4~2.5GHz11Mbit/s~35m~100m802.11g20032.4~2.5GHz54Mbit/s~25m~75m802.11n20072.4GHzor5GHz540Mbit/s~50m~125m關(guān)聯(lián)過程IEEE802.11協(xié)議的關(guān)聯(lián)過程掃描被動掃描用戶掃描監(jiān)聽可用AP發(fā)出的信標(biāo)幀主動掃描用戶向AP發(fā)送代理請求數(shù)據(jù)幀用戶決定最適合接入的AP用戶與接收信號強(qiáng)度指示最強(qiáng)的AP連接用戶向AP發(fā)送連接請求AP回復(fù)連接請求，開始權(quán)限認(rèn)證78MAC(媒體訪問控制)層基本接入機(jī)制:CSMA/CA半雙工信道，沖突無法避免先偵聽再發(fā)送，一旦信道空閑且節(jié)點(diǎn)完成一個隨機(jī)時間段的等待就嘗試發(fā)送使用ACK信息保證可靠性存在隱藏站點(diǎn)和暴露站點(diǎn)問題79隱藏站點(diǎn)問題A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，C接收不到A發(fā)送的數(shù)據(jù)

C想要向B發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)聽到的信道是空閑的在B處發(fā)生沖突，但A并不知道A對于C來說就是隱藏站點(diǎn)

BAC15暴露站點(diǎn)問題B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，C想向D發(fā)送數(shù)據(jù)C在B的信號覆蓋范圍內(nèi)，所以C必須要等待，因為偵聽到的信道是忙碌的因為A不在C的信號覆蓋范圍，所以C的等待是不必要的C對于B來說就是暴露站點(diǎn)BACD16避免隱藏站點(diǎn)問題A和C想要向B發(fā)送數(shù)據(jù)A首先發(fā)送RTS幀C接收到B發(fā)送的CTS就先不會發(fā)送避免暴露站點(diǎn)問題B想要向A發(fā)送數(shù)據(jù)，C想要向另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)現(xiàn)在C不需要再等待，因為它不會收到從A發(fā)送過來的CTS幀解決方案ABCRTSCTSCTSABCRTSCTSRTS17

協(xié)調(diào)功能分布式和集中式無線介質(zhì)訪問協(xié)調(diào)功能分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)83分布式協(xié)調(diào)功能DCF通過動態(tài)的選擇競爭窗口CW來實(shí)現(xiàn)沖突避免機(jī)制使用BEB(二進(jìn)制指數(shù)后退算法):傳輸數(shù)據(jù)包時，在[0,CW]之間選擇一個隨機(jī)數(shù)執(zhí)行后退算法

當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送RTS幀之后沒有收到回復(fù)的CTS幀,它就會增加競爭窗口大小CW加倍(直到上限)當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳輸，它就將當(dāng)前競爭窗口大小存儲為CWmin84分布式協(xié)調(diào)功能DCF(待續(xù))85點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF駐留在AP(接入點(diǎn))來協(xié)調(diào)通信

AP等待PIFS時長后占用信道AP發(fā)送CF-Poll幀通知接收PCF管理的站點(diǎn)允許其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸PCF的優(yōu)先權(quán)優(yōu)于DCF86幀的類型協(xié)議類型幀類型和子類型與DS之間交互更多片段

重操作

能源管理

更多數(shù)據(jù)

WEP次序

FCDuration/IDAddress1Address2Address3SequenceControlAddress4DATAFCS2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4

bytesNAV信息

或者PS-Poll幀BSSID–BSS標(biāo)識TA–發(fā)送者

RA–接收者SA–源DA–目的IEEE48bit地址個體/群組

全局/本地46bit地址MSDU序列號分片號CCITCRC-32多項式上層數(shù)據(jù)最大2048byte256byte上層數(shù)據(jù)包頭87物理層直序擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)2.4GHz:1–2Mbps跳頻技術(shù)(FHSS)2.4GHz:2Mbps紅外線技術(shù)(IR)2.4GHz:1and2Mbps正交頻分多路復(fù)用技術(shù)（OFDM）–IEEE802.11a5.0GHz:6-54Mbps高速DSSS技術(shù)–IEEE802.11b2.4GHz:5.5Mbps–11Mbps多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）–IEEE802.11n2.4GHz/5GHz:300Mbps88選擇一個AP:

什么是用戶想要的?接入合適的資源接入一個特定的網(wǎng)絡(luò)(適當(dāng)?shù)?因特網(wǎng)接入低延遲如果用戶之前沒有與該AP連接過，則應(yīng)最小化配置和建立連接的時間合理的價格(最好免費(fèi))89提出新關(guān)聯(lián)方法的原因接收信號強(qiáng)度不是最適宜決定用戶建立連接的因素較高的接收信號強(qiáng)度并不表示有高吞吐量接收信號強(qiáng)度反映下行鏈路狀況但并不反映上行鏈路狀況吞吐量大小取決于AP服務(wù)的用戶數(shù)量90提出新關(guān)聯(lián)方法的原因(待續(xù))用戶無法感知網(wǎng)絡(luò)性能在傳統(tǒng)方法中，用戶在掃描接入點(diǎn)的過程中無法獲取其通信信道品質(zhì)、干擾情況或者傳輸功率等相關(guān)的信息。為了優(yōu)化接入和重接入過程上行和下行鏈路狀況、用戶數(shù)量等情況需要應(yīng)用到關(guān)聯(lián)機(jī)制中用戶需要將自身與AP關(guān)聯(lián)起來，以獲得連接互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的最佳路徑91AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL92AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL93基于全局優(yōu)化的方法在整個網(wǎng)絡(luò)做全局優(yōu)化對所有AP和用戶的關(guān)聯(lián)進(jìn)行全局考慮

容易得到一個全局最優(yōu)解，但難以具體實(shí)現(xiàn)94AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL95AP選擇和優(yōu)化信道分配問題創(chuàng)新點(diǎn)AP選擇的優(yōu)化可以平衡整個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載通過最小化瓶頸AP，使全網(wǎng)可以獲得更高的帶寬利用率，進(jìn)而獲得更高的吞吐量RAkl,SPark@WMSCI200596用戶需求分布圖AP信號強(qiáng)度圖優(yōu)化函數(shù)和約束條件xij

=abinaryvariable;1whendemandclusteriisassignedtoAPj

and0otherwise

Ci=thecongestionfactor

Bj=themaximumbandwidthofAPjTi=theaveragetrafficloadofademandclusteri

L=totalnumberofdemandcluster

M=totalnumberofcandidateAPs97AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL98在無線網(wǎng)絡(luò)中使用關(guān)聯(lián)控制來實(shí)現(xiàn)公平和負(fù)載均衡YigalBejerano@MOBICOM2004創(chuàng)新點(diǎn)數(shù)學(xué)公式建模無線網(wǎng)絡(luò)中用戶-AP關(guān)聯(lián)問題考慮公平性和負(fù)載均衡的結(jié)合提出保證解有界的近似算法提供最大最小公平性99最大最小公平的帶寬分配方案是指在該方案的基礎(chǔ)上提升某用戶吞吐量只能通過削弱和它吞吐量相等或比其小的用戶。問題:如何通過最大最小公平性的方法來實(shí)現(xiàn)用戶與AP的關(guān)聯(lián)?最大最小公平性：運(yùn)行實(shí)例

B:帶寬向量100Y:AP負(fù)載向量101最大最小負(fù)載均衡：運(yùn)行實(shí)例

最小最大化負(fù)載均衡，最大最小公平102瓶頸鏈路的檢測-例子103取整方法-例子104AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL105改進(jìn)關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)的基本方法更改IEEE802.11協(xié)議信標(biāo)幀在信標(biāo)幀中，除了傳統(tǒng)的信號強(qiáng)度以外，增加我們自己的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)用戶根據(jù)這些參數(shù)選擇AP動態(tài)分布式方法106AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL107在基于802.11的mesh網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)提出兩種新的動態(tài)關(guān)聯(lián)方法Airtime關(guān)聯(lián)方法端對端QoS感知關(guān)聯(lián)方法創(chuàng)新點(diǎn)關(guān)聯(lián)架構(gòu)符合IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)考慮信道狀況和備選AP的負(fù)載Georgeathanasiou@INFOCOM2007108提出的方法:airtime關(guān)聯(lián)方法關(guān)聯(lián)基于airtime參數(shù)來做決定Airtime參數(shù)提供包含忙碌信道數(shù)量信息的STAAP上行鏈路負(fù)載下行鏈路負(fù)載

:Channelaccessoverhead:Protocoloverhead:Numberofbitsintestframe:Frameerrorrate:Bitrate

:Averageuplinkerrorprobability:Averageuplinktransmissionrate:NumberofSTAsassociatedwithAP109提出的方法:端對端Qos感知關(guān)聯(lián)機(jī)制根據(jù)airtime關(guān)聯(lián)方法,STA1關(guān)聯(lián)提供最小airtime值的MAP但是，根據(jù)QoS感知跨層方法STA1的關(guān)聯(lián)決定受自己的路由的影響<無線mesh網(wǎng)絡(luò)>綠線:ExpectedtotalroutingairtimecosttoMAP2紅線:數(shù)據(jù)流(airtime關(guān)聯(lián)方法)110提出的方法:端對端QoS感知關(guān)聯(lián)機(jī)制(待續(xù))基于關(guān)聯(lián)airtime值和路由airtime值來做關(guān)聯(lián)決定端對端QoS感知關(guān)聯(lián)方法的主要步驟STA計算幀錯誤率并發(fā)送探測響應(yīng)請求，其中包含想要接收

該請求的接收者的地址

關(guān)聯(lián)用戶的數(shù)量，路由airtime值和STA計算為每一個備選MAP計算STA計算

并選擇airtime值最小的MAP

:TotalweightedcostcalculatedforMAPi:Associationairtimecostsforuplink:Associationairtimecostsfordownlink:Routingairtimecost111AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL112基于網(wǎng)絡(luò)特征感知的AP選擇用戶不僅僅只基于AP信號強(qiáng)度來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇，考慮的因素還包括:互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的可用性接入開銷注冊難度關(guān)聯(lián)/授權(quán)然后發(fā)現(xiàn)這些因素是耗時和麻煩的，而且很低效，并帶有不確定性RMahy,ASlide@IEEEContributionDoc113選擇一個網(wǎng)絡(luò):

目前糟糕的現(xiàn)狀

要選擇一個曾經(jīng)訪問過并確定能正常工作的熟知的SSID，而對未知的SSID的選擇，仍然存在很多問題…用戶無法確定哪個互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可用，直到：

關(guān)聯(lián)上注冊上支付后互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)相關(guān)的一些疑問:互聯(lián)網(wǎng)接入完全可用嗎?IPv6網(wǎng)絡(luò)可用嗎?(例如:3GPP的需求)可以用諸如VoIP、Email、IPsecVPNs、流媒體之類應(yīng)用嗎?其他人可以連接我的主機(jī)嗎？(例如:遠(yuǎn)程桌面)114方法使這些信息可以在關(guān)聯(lián)之前被獲取互聯(lián)網(wǎng)接入可用性的一般范疇接入開銷使用EAP進(jìn)行自動注冊這一功能的可用性…和用于注冊的憑證類型方法：把信息單元(IE，1字節(jié)凈荷/總共3字節(jié))加入到信標(biāo)中加入其它新的IE到探測響應(yīng)中115服務(wù)特性IE在信標(biāo)信息中攜帶占用單字節(jié)表示互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可用性的類別標(biāo)識服務(wù)是否是付費(fèi)的標(biāo)識注冊是否可以116接入開銷IE當(dāng)有需要時加入到探測響應(yīng)幀中

一系列8位元組.每一個具有均等優(yōu)先級現(xiàn)在是一種ISO42173字符的字符串持續(xù)時間為分鐘級價格是尾數(shù)(mantissa)乘以10的指數(shù)(exp)117該方法如何解決自動登記問題使功能可以被發(fā)現(xiàn),同時提供一種方法，用以發(fā)現(xiàn)什么類型的證書是目標(biāo)WLAN可接受的，什么類型的證書又是供移動基站使用的希望實(shí)際的注冊過程中使用EAPBeaconProbeRequestProbeResponseAuthenticateAssociateAAA

ServerEAPIdentityEAPTLS(expected)SpecificEnrollmentMessagesoverEAP118注冊實(shí)例:信用卡的新ISP賬戶基站通過信標(biāo)幀得知AP支持自動注冊基站使用請求信息元素IE來獲取更多的憑證信息AP和移動基站支持一種通用的注冊方法，

所以基站連接，然后再使用802.1x/EAPTTLS與AAA服務(wù)器建連基站通過EAP信道提供信用卡信息AAA服務(wù)器返回未來基站用來進(jìn)行802.1x授權(quán)的可長期使用的用戶名/密碼

BeaconProbeRequestProbeResponseAuthenticateAssociateAAA

ServerEAPIdentityEAPTTLS(expected)SpecificEnrollmentMessagesoverEAP119接受憑證IE和提供憑證IE接受憑證IE

(被WLAN接受)不需要證書

(開放注冊)一次性PIN碼

長期的共享密碼

用戶名/密碼組合

來自于某一受信證書發(fā)放機(jī)構(gòu)的X.509證書鏈自簽發(fā)的X.509證書

附加PIN碼的自簽發(fā)X.509證書

附加用戶名/密碼的自簽發(fā)X.509證書信用卡物理位置

提供憑證IE

(由WLAN提供)無長期的共享密碼

用戶名/密碼

X.509證書PKCS12數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成一次性密碼(OTP)當(dāng)加入新的EAP方法時這兩列應(yīng)該是可以擴(kuò)展的120AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL121基于掃描和測試的方法

用戶自己來控制AP關(guān)聯(lián)掃描可用AP來獲取AP列表通過測試列表上的AP來選擇一個合適的AP輕量級AP關(guān)聯(lián)方法122AP關(guān)聯(lián)方法AP關(guān)聯(lián)方法全局優(yōu)化改進(jìn)的關(guān)聯(lián)選擇參數(shù)掃描和測試優(yōu)化信道分配動態(tài)跨層關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特征感知關(guān)聯(lián)優(yōu)化公平性VIRGIL123VIRGIL:

改進(jìn)的接入點(diǎn)選擇方法什么是VIRGIL一個自動進(jìn)行AP發(fā)現(xiàn)和選擇的系統(tǒng)快速連接

運(yùn)行一系列的測試通過估計帶寬和往返周期

尋找阻塞和重定向端口AnthonyJ.Nicholson@MobiSys2006124VIRGIL操作過程掃描所有可用AP測試掃描列表里的每個未加密AP獲取AP性能參數(shù)(SSID,MAC地址,信號強(qiáng)度等等.)嘗試從AP獲取DHCP地址如果成功，探測AP在本地數(shù)據(jù)庫中存儲測試結(jié)果基于測試結(jié)果選擇最優(yōu)AP125VIRGIL:探測AP“Quality”是一個高度主觀的概念帶寬端口流量往返周期126VIRGIL:探測AP(待續(xù))127AP的基本信息ESSID,MAC地址和信道號加密(開啟或關(guān)閉)信號強(qiáng)度,噪聲級,發(fā)射功率DHCP成功(由AP分配IP地址？)上次掃描的時刻從上次掃描開始被發(fā)現(xiàn)的次數(shù)對于通過DHCP分配IP地址的AP

往返周期估計(ms)帶寬估計(比特/秒)加密(開啟或關(guān)閉)每個掃描端口的端口狀態(tài)(開放,關(guān)閉,或重定向)VIRGIL:探測AP(待續(xù))通過維護(hù)數(shù)據(jù)庫來提升性能，但不做重復(fù)掃描更新時間戳字段每30分鐘，但這是一個可以配置的值128VIRGIL:選擇最優(yōu)的AP基于測試結(jié)果通過“開放端口”AP給用戶分配一個DHCP地址

至少會有一個端口是開放的129仿真:連接時間和連接質(zhì)量130實(shí)驗：Virgil優(yōu)于SSS。Virgil發(fā)現(xiàn)可用AP的頻率比基于信號強(qiáng)度來選擇發(fā)現(xiàn)AP的方案提升了22%-100%。Virgil發(fā)現(xiàn)的AP的性能質(zhì)量也更好（基于網(wǎng)絡(luò)帶寬）。課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G131131802.15WPAN無線個域網(wǎng)(WPANs)短距功率低成本低小型網(wǎng)絡(luò)在單人可操作空間中通信132802.15WPAN(待續(xù))802.15802.15.1802.15.2802.15.4b802.15.3a802.15.3b802.15.4802.15.3802.15.4a133

工作組總結(jié)802.15.1:WPAN/藍(lán)牙802.15.2:共存工作組802.15.3:高速(HR)WPAN工作組

802.15.3a:WPAN高速可選物理層工作組

802.15.3b:MAC修改工作組

802.15.4:低速(LW)WPAN工作組(Zigbee)802.15.4a:WPAN低速可選物理層802.15.4b:修訂和增強(qiáng)UWB論壇藍(lán)牙什么是藍(lán)牙?工作在2.45GHz頻段在10米范圍內(nèi)互聯(lián)，速度可達(dá)1Mbps預(yù)計藍(lán)牙芯片成本為5美元低能耗可采用報文交換和分組交換兩種模式提供同步和異步的數(shù)據(jù)服務(wù)BluetoothIEEE802.11AUWBfrequency2.4Ghz5GHz3.1~10.6GHzMAXdatarate1Mbps54Mbps100Mbps~1GbpsRange5~10m35~50m10~30mThenumberofchannel7912…..134超寬帶(UWB)什么是UWB?使用較大帶寬傳輸數(shù)據(jù)(>500MHz)對稀缺的無線帶寬利用率高

在無線個域網(wǎng)連接中傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)2002年2月14日FCC的報告指令授權(quán)使用未經(jīng)許可的UWB2005年11月ITU-R就UWB提交了一份建議報告UWB的優(yōu)勢利用距離和吞吐量的反比關(guān)系高帶寬:超大吞吐量低能耗輕便靈活無干擾135超帶寬(UWB)(待續(xù))WirelesstechnologyPowermWRagemeterBW/channelRatebpsCDMA1xEVDO600~20001.25MHz2.4M802.16(WiMAX)250~400025MHz120M802.11g(WiFi)50~10025MHz54MBluetooth1~101MHz<1MUWB<3010~30500MHz100M~1G136現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)對比主要應(yīng)用無線USB玩具和游戲消費(fèi)電子產(chǎn)品位置跟蹤手機(jī)課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展137137138802.16WMAN

城域網(wǎng)

(WMAN)能夠通過連接802.11協(xié)議熱點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍可達(dá)31英里提出一種工作在10-66GHz和2-11GHz兩個頻段的點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了MAC子層和物理層802.16WMAN(待續(xù))工作組總結(jié)139802.16802.16.g802.16.h802.16.k802.16.j802.16.f802.16.m802.16.i802.16f:空中接口管理信息庫

802.16g:空中接口管理流程和服務(wù)要求

802.16h:優(yōu)化在免執(zhí)照的頻帶上運(yùn)作的共存機(jī)制

802.16i:移動管理信息庫

802.16j:多跳中繼規(guī)范

802.16k:802.16橋接

802.16m:增強(qiáng)的空中接口.移動應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)100Mbps固定應(yīng)用速率達(dá)1GbpsWiMax技術(shù)全球微波接入的互操作性(WiMax)提供固定的，移動的，便攜的移動無線寬帶連接以75Mb/s的速率連接

工作組

WiMAX10-66GHz技術(shù)工作組

兩份MAC系統(tǒng)配置文件

兩份初級的物理層配置文件

WiMAX2-11GHz技術(shù)工作組

定義MAC層和物理層系統(tǒng)配置文件

IEEE802.16e和HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)

140課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G141141802.20MBWA

MBWA工作組于2002年12月11日批準(zhǔn)成立

為基于IP的服務(wù)設(shè)計一套基于數(shù)據(jù)包的正式的空中接口規(guī)范，單用戶的峰值速率超過1Mbps將在低于3.5GHz的已授權(quán)頻段上發(fā)布MBWA可以在時速高達(dá)250km/h(155miles/h)的火車或汽車上為上班族提供可靠的高速無線語音服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸142802.20特性CharacteristicTargetValueMobilityVehicularmobilityclassesupto250km/hr(asdefinedinITU-RM.1034-1)Sustainedspectralefficiency>1b/s/Hz/cellPeakuserdatarate(Downlink(DL))>1Mbps*Peakuserdatarate(Uplink(UL))>300kbps*Peakaggregatedataratepercell(DL)>4Mbps*Peakaggregatedataratepercell(UL)>800kbps*AirlinkMACframeRTT<10msBandwidthe.g.,1.25MHz,5MHzCellSizesAppropriateforubiquitousmetropolitanareanetworksandcapableofreusingexistinginfrastructure.Spectrum(Maximumoperatingfrequency)<3.5GHzSpectrum(FrequencyArrangements)SupportsFDD(FrequencyDivisionDuplexing)andTDD(TimeDivisionDuplexing)frequencyarrangementsSpectrumAllocationsLicensedspectrumallocatedtothemobileserviceSecuritySupportAES(AdvancedEncryptionStandard)143課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G144144802.22WRAN

IEEE802.22是全球第一個基于認(rèn)知無線電的標(biāo)準(zhǔn)

無線寬帶接入在不產(chǎn)生干擾的前提下復(fù)用電視的頻段物理層確定下行鏈路OFDMA參數(shù)已經(jīng)確定上行鏈路OFDMA參數(shù)將很快確定下來145功能需求146功能需求(待續(xù))147課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展1481483G技術(shù)3G技術(shù)優(yōu)于其他數(shù)字通信技術(shù)，如：GSM(全球移動通信系統(tǒng))全球通用的通信標(biāo)準(zhǔn)

首先應(yīng)用于北美的IS-136TDMA標(biāo)準(zhǔn)3G技術(shù)WCDMA或者UMTS-FDD(通用移動電信系統(tǒng)——頻分雙工)直接擴(kuò)展CDMA2000-1x-EvDO/EvDV多載波UMTS–TDD(時分雙工)orTD-SCDMA(時分-同步碼分多址)時間編碼1493G技術(shù)的優(yōu)勢改進(jìn)的數(shù)字語音通信

大帶寬–高數(shù)據(jù)傳輸速率大用戶容量

以寬帶的速度提供像E-mail，短信服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)接入這樣的高速分組數(shù)據(jù)服務(wù).更多消費(fèi)者可能想要的服務(wù)

位置服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)游戲

流媒體服務(wù)

家居監(jiān)視和控制

誰知道在世界各地漫游時還有什么別的想要的服務(wù)？1503G性能堪比公共電話的語音通話質(zhì)量144Kbps-用戶在高速交通工具中384Kbps-靜止不動或小范圍慢速移動多達(dá)2Mbps-諸如辦公應(yīng)用之類的固定應(yīng)用對稱/非對稱數(shù)據(jù)傳輸速率支持分組交換和電路交換數(shù)據(jù)服務(wù),如互聯(lián)網(wǎng)(IP)流量和實(shí)時視頻151課程大綱引言IEEE802標(biāo)準(zhǔn)族802.11(WiFi)802.15(Bluetooth,UWB)802.16(WiMax)802.20802.22

蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3G4G及5G技術(shù)發(fā)展1521524G技術(shù)無縫移動(漫游)在不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間隨意漫游整合不同的無線通信方式

室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(如.無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙);蜂窩網(wǎng);收音機(jī)和電視，衛(wèi)星通信全速移動時速率達(dá)100Mb/s(大范圍);低速移動時速率達(dá)1Gbit/s(局部范圍)整合語音，數(shù)據(jù)，視頻的IP化通信系統(tǒng)IPRAN1531534G技術(shù)(待續(xù))開放統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)流控制傳輸協(xié)議(SCTP)取代TCP單個連接中同時存在多條數(shù)據(jù)流服務(wù)定位協(xié)議(SLP)自動資源發(fā)現(xiàn)通過基于IP的服務(wù)和地址代理使所有網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)自動配置1541545G第五代移動通信技術(shù)5G應(yīng)用場景移動互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)我國2013年2月成立IMT-2020（5G）推進(jìn)組155156移動自組織網(wǎng)絡(luò):MANET157課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)移動自組織網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)依賴于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施PSTNGSMAP不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)AdHoc158159移動自組織網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)A,C之間進(jìn)行通信B作為中繼協(xié)議需求基站示例自組織網(wǎng)絡(luò)示例

僅有移動節(jié)點(diǎn)主機(jī)和路由器

多跳基站+移動節(jié)點(diǎn)基站和移動節(jié)點(diǎn)之間無線鏈路基站之間的有線鏈路；160三類不同的無線自組織網(wǎng)絡(luò)移動自組織網(wǎng)絡(luò)(MANET)可能高速移動的節(jié)點(diǎn)電池能量有限無線自組織傳感器/設(shè)備網(wǎng)絡(luò)相對固定的電池能量十分有限大規(guī)模的無線自組織骨干網(wǎng)絡(luò)快速部署的無線基礎(chǔ)設(shè)施主要為固定節(jié)點(diǎn)共同點(diǎn)自組織方式部署,沒有基礎(chǔ)設(shè)施S-D節(jié)點(diǎn)之間的路由可能會包含多跳161MANET特性無線和移動性

自組織動態(tài)部署資源有限完全分布式主機(jī)和路由器

…162應(yīng)用

緊急狀況如:災(zāi)難救援醫(yī)療救助軍事行動應(yīng)用163軍事應(yīng)用1981:美國為海軍建立了一套高頻自組織網(wǎng)絡(luò);1991:美國建立了一套“改進(jìn)的高頻自組織數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”,其中充分利用了短波自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù);1994:美國采用寬帶技術(shù)提升戰(zhàn)術(shù)通信的機(jī)動性和生存能力;近年來:美國，英國，法國，荷蘭和其他一些國家都使用單兵作戰(zhàn)系統(tǒng);等等.…164應(yīng)用臨時或智能應(yīng)用環(huán)境,例如:會議室應(yīng)用視頻點(diǎn)播智能辦公蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的覆蓋盲區(qū)等等.165挑戰(zhàn)頻譜分配(ISM波段)介質(zhì)訪問非集中式:TDMA無法使用移動性無干擾接入路由鏈路經(jīng)常中斷網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓疌S80240333CUIYong166挑戰(zhàn)多播樹形可能無法工作?能源利用率電池數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)TCP性能面向連接假設(shè)節(jié)點(diǎn)是靜止的丟包和長RTT位置服務(wù)安全和隱私167自組織網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)應(yīng)用層新應(yīng)用傳輸層擁塞和流量控制

網(wǎng)絡(luò)層尋址和路由

鏈路層介質(zhì)訪問物理層誤碼和接口

移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)168169課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)動機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)中的介質(zhì)訪問問題信號強(qiáng)度的降低和距離的平方成比例發(fā)送者可能會應(yīng)用CS和CD,但沖突會發(fā)生在接收者處發(fā)送者可能無法偵聽到?jīng)_突的發(fā)生，例如，CD故障CS可能會故障，例如，終端是“隱藏的”的情況170MAC層協(xié)議單信道MAC協(xié)議ALOHA,CSMA,MACA,MACAW,FAMA…多信道MAC協(xié)議DBTMA,HRMA,RICH,MCSMA,MMAC…基于功率控制的MAC協(xié)議PAMAS,PAM,PCMA使用定向天線的MAC層協(xié)議DBTMA,DMAC171172課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)競爭性協(xié)議ALOHA經(jīng)典ALOHA協(xié)議

如果用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送，就直接發(fā)送.干擾和沖突嚴(yán)重18.4%的信道利用率173

Station

1Station2Station

(N–1)Station

NBUSInterfaceALOHA一般模型ALOHA174基站1基站2基站N–1基站N

到達(dá)6542317傳輸傳輸傳輸沖突重傳沖突重傳沖突重傳沖突重傳ttttt…T02345671T0T0T0T0ALOHA操作過程:ALOHA時隙ALOHA協(xié)議

把信道分成若干等長時隙.如果用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則必須在時隙的起始處發(fā)送.提高了信道利用率，但增加了時間開銷35%

信道利用率

175

沖突和轉(zhuǎn)發(fā)沖突和轉(zhuǎn)發(fā)會話1會話2T0T0tt到達(dá)到達(dá)

到達(dá)到達(dá)競爭性協(xié)議載波偵聽多路訪問協(xié)議(CSMA)ALOHA協(xié)議太容易發(fā)生沖突而且信道利用率低.CSMA協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽信道中是否有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在信道空閑時自己才發(fā)送數(shù)據(jù)(最初用于IEEE802.3以太網(wǎng)中)176競爭性協(xié)議MACAMACA使用控制消息握手來避免沖突RTS(請求發(fā)送消息)

在發(fā)送實(shí)際數(shù)據(jù)包之前，發(fā)送者先向接收者發(fā)送一個短RTS包，以此來請求發(fā)送實(shí)際數(shù)據(jù)包的權(quán)利CTS(清除發(fā)送消息)

接收者在準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)后授予發(fā)送者實(shí)際數(shù)據(jù)包的發(fā)送權(quán)控制消息包含發(fā)送者地址接收者地址數(shù)據(jù)包大小177Karn’90time-out

data;NAKMACA改進(jìn)協(xié)議該改進(jìn)方法出現(xiàn)在802.11協(xié)議中，稱作DFWMAC(分布式無線MAC)idlewaitfortherighttosendwaitforACKsenderreceiverpacketreadytosend;RTStime-out;RTSCTS;dataACKRxBusyidlewaitfordataRTS;RxBusyRTS;CTSdata;ACKACK:positiveacknowledgementNAK:negativeacknowledgementRxBusy:receiverbusytime-out

NAK;RTS178MACAWMACAW(無線MACA)：MACA協(xié)議的一個修訂版發(fā)送者監(jiān)聽信道，如果周圍站點(diǎn)無人發(fā)送RTS(RequestToSend)

消息，則發(fā)送一個RTS消息.接收者回復(fù)CTS(ClearToSend)消息鄰居節(jié)點(diǎn)如果接收到CTS,則停止發(fā)送數(shù)據(jù).如果接收到RTS消息而不是CTS消息,則停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收到返回的CTS消息.接收者在收到數(shù)據(jù)消息后回復(fù)ACK消息.鄰居節(jié)點(diǎn)在收到該ACK消息之前都停止發(fā)送數(shù)據(jù).沖突沒有沖突檢測.當(dāng)沒收收到CTS消息時，發(fā)送者就知道產(chǎn)生了沖突它們等待指數(shù)退避時間.179競爭性協(xié)議FAMA基于一種由數(shù)據(jù)發(fā)送者和接收者之間的載波偵聽操作和沖突避免會話組成的信道訪問規(guī)則.FAMA-NCS180FAMA181FAMA-NPS182課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)競爭性協(xié)議BTMA傳輸信道被分為兩部分:傳輸數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)信道傳輸忙音信號的控制信道183競爭性協(xié)議DBTMABTMA方法的擴(kuò)展.傳輸數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)信道傳輸控制信息(RTS和CTS消息)和忙音消息的控制信道.184HRMA一種基于半雙工、慢跳頻擴(kuò)頻的多信道MAC層協(xié)議使用預(yù)留和握手機(jī)制使通信雙方保留一個跳變頻率來保證無干擾傳輸.可以看做一種為每個時隙分配獨(dú)立頻段的時隙預(yù)留協(xié)議.185收方驅(qū)動跳頻協(xié)議RICH與HRMA協(xié)議的原理相似RICH是由接收方發(fā)起的多信道MAC協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)按照一個共用的跳頻序列改變傳輸信道，通過分組握手后，停留在當(dāng)前的跳隙上進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的傳輸，其他的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)跳頻。RICH協(xié)議無需載波偵聽和分配單獨(dú)的碼字，卻能夠有效減輕隱藏終端問題。RICH協(xié)議和HRMA協(xié)議類似，只能應(yīng)用于跳頻網(wǎng)絡(luò)中，對于采用DSSS等機(jī)制的系統(tǒng)卻不適用。186多信道CSMA協(xié)議MCSMAMCSMA協(xié)議是在單信道的CSMA/CA協(xié)議基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)。每個節(jié)點(diǎn)需要N個無線收發(fā)器，可以同時偵聽N個信道基于預(yù)留的多信道機(jī)制性能好，但傳輸時延會增大。187動態(tài)私有信道協(xié)議

動態(tài)私有信道（DynamicPrivateChannel，DPC）協(xié)議采用一個廣播控制信道CCH和多個單播數(shù)據(jù)信道DCH進(jìn)行通信。其中CCH可以被所有的節(jié)點(diǎn)共享，接入該信道是基于競爭模式的。DPC是面向連接的，只要某個DPC是空閑的，每個節(jié)點(diǎn)都可以使用該信道進(jìn)行單播數(shù)據(jù)傳輸。188MMAC協(xié)議

支持節(jié)點(diǎn)動態(tài)切換信道MMAC利用信標(biāo)將時間劃分為固定的時間間隔，收發(fā)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)分組傳輸前在ATIM窗口中進(jìn)行信道協(xié)商。MMAC協(xié)議無需專門的控制信道，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并且每個節(jié)點(diǎn)僅需要一個無線收發(fā)器。但是，該協(xié)議需要節(jié)點(diǎn)間的時間同步。189190課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)功率控制信號MAC協(xié)議PAMAS

基于MACA的多信道MAC協(xié)議RTS/CTS握手信號在控制信道上交互，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)信道上傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，控制信道上發(fā)送忙音有選擇地關(guān)閉某些不需要接收和發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，節(jié)省能量191能量控制MAC協(xié)議PCMPCM協(xié)議在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)消息的過程中，周期性地提高發(fā)射功率至最高功率阻止了鄰近節(jié)點(diǎn)因無法感知數(shù)據(jù)消息的發(fā)送而可能導(dǎo)致的沖突有效提高了系統(tǒng)的吞吐量192能量節(jié)省MAC協(xié)議PCMA采用多信道，一個專門用于忙音信號，另一個用于其他控制消息和數(shù)據(jù)消息目標(biāo)：在節(jié)能的同時提高信道利用率RPTS/APTS消息類似于RTS/CTS消息，不同的是并不使鄰近節(jié)點(diǎn)立即推遲發(fā)送193194課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議單信道MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議基于功率控制的MAC協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)使用定向天線的MAC層協(xié)議有許多優(yōu)勢:降低信號干擾增加系統(tǒng)吞吐量提高信道利用率使用定向天線的MAC層協(xié)議使用一種RTS/CTS交互機(jī)制使用定向天線來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包例子基于定向忙音的MAC層協(xié)議(DBTMA)使用定向天線來傳輸RTS,CTS,數(shù)據(jù)幀和忙音.使用定向天線的MAC層協(xié)議195196課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議競爭性協(xié)議帶有預(yù)約機(jī)制的競爭性協(xié)議帶有調(diào)度機(jī)制的競爭性協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)其他MAC層協(xié)議能量控制MAC協(xié)議(PCM)允許節(jié)點(diǎn)基于單個數(shù)據(jù)包來改變自身的發(fā)送功率基于接收者的自動速率協(xié)議(RBAR)使用速率適應(yīng)的方法交叉載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議(ICSMA)可用帶寬被分成兩個大小相等的信道握手是在兩個信道之間交叉進(jìn)行的197其他MAC協(xié)議多信道MAC協(xié)議(MMAC)多個數(shù)據(jù)傳輸信道沒有專門的控制信道.基于信道用途可將信道分為三類:高優(yōu)先權(quán)信道(HIGH),中優(yōu)先權(quán)信道(MID)和低優(yōu)先權(quán)信道(LOW)多信道載波偵聽訪問MAC協(xié)議(MCSMA)可用帶寬被分為多個信道.198199課程大綱

引言媒介訪問控制層(MAC)協(xié)議競爭性協(xié)議帶有預(yù)約機(jī)制的競爭性協(xié)議帶有調(diào)度機(jī)制的競爭性協(xié)議使用定向天線的MAC層協(xié)議其他協(xié)議MAC層協(xié)議總結(jié)MAC層協(xié)議總結(jié)無線介質(zhì)容易出現(xiàn)隱藏站點(diǎn)和暴露站點(diǎn)的問題協(xié)議主要基于CSMA/CA基于RTS/CTS的信號使用Ack增加可靠性競爭窗口用于擁塞控制IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)公平性問題仍未確定200CS80240333CUIYong201移動自組織網(wǎng)絡(luò):MANETCS80240333CUIYong202課程大綱

MANET中的路由MANET路由協(xié)議設(shè)計先應(yīng)式協(xié)議DSR和優(yōu)化AODV反應(yīng)式協(xié)議OLSRDSDV混合協(xié)議ZRP,LANMAR總結(jié)CS80240333CUIYong203MANET單播路由主機(jī)的移動性因移動而導(dǎo)致的鏈路失效/恢復(fù)可能與其他原因?qū)е碌耐悊栴}具有不同的特性不穩(wěn)定性

當(dāng)節(jié)點(diǎn)快速移動時鏈路失效/恢復(fù)的概率可能會更高需要新的性能標(biāo)準(zhǔn)

不管如何移動路由都要保持穩(wěn)定能量消耗提出的方法有些專門適用MANET的方法其他的是對舊協(xié)議進(jìn)行修改，并應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)的沒有一個協(xié)議是運(yùn)行良好的一些研究者嘗試開發(fā)自適應(yīng)協(xié)議CS80240333CUIYong204典型的協(xié)議按需/反應(yīng)式

當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)時，源節(jié)點(diǎn)通過一種路由發(fā)現(xiàn)過程來計算路由;全局/預(yù)計算

從一開始就計算出到所有目的節(jié)點(diǎn)的路由

通過周期性的路由更新來維護(hù)路由表混合式

結(jié)合上述兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由.優(yōu)勢&不足?互聯(lián)網(wǎng)路由器?BGP/OSPF/ISIS/RIP?CS80240333CUIYong205如何權(quán)衡路由發(fā)現(xiàn)的延遲預(yù)計算協(xié)議因為維護(hù)著包含所有路由的路由表所以延遲較低反應(yīng)式協(xié)議因為只有在X試圖向Y發(fā)送數(shù)據(jù)時才計算X到Y(jié)的路由，所以可能會產(chǎn)生很大的延遲路由發(fā)現(xiàn)/維護(hù)的開銷反應(yīng)式路由因為只有在有需求時才計算路由，所以開銷會較小預(yù)計算協(xié)議因為需要不斷進(jìn)行路由更新，所以開銷可能（但不是必須的）會很大取決于流量類型和移動方式CS80240333CUIYong206如何向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息路由反應(yīng)式預(yù)計算事先沒有路由呢?有什么簡單的解決方法?CS80240333CUIYong207數(shù)據(jù)洪泛

BASEFHJDCGIK表示相連的節(jié)點(diǎn)在彼此的傳輸范圍內(nèi)ZY表示已經(jīng)收到數(shù)據(jù)包P的節(jié)點(diǎn)MNL從S向D發(fā)送一個數(shù)據(jù)包CS80240333CUIYong208數(shù)據(jù)洪泛BASEFHJDCGIK表示數(shù)據(jù)包P的傳輸方向表示首次接收到數(shù)據(jù)包P的節(jié)點(diǎn)ZY廣播MNLCS80240333CUIYong209數(shù)據(jù)洪泛

BASEFHJDCGIK節(jié)點(diǎn)H從兩個鄰居處都接收到數(shù)據(jù)包P:潛在的沖突ZYMNLCS80240333CUIYong210數(shù)據(jù)洪泛BASEFHJDCGIK節(jié)點(diǎn)C從G和H接收到數(shù)據(jù)包P,但不再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去,因為節(jié)點(diǎn)C已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)過一次數(shù)據(jù)包P了ZYMNLCS80240333CUIYong211數(shù)據(jù)洪泛BASEFHJDCGIKZYM節(jié)點(diǎn)J和K都向節(jié)點(diǎn)D廣播數(shù)據(jù)包P

因為節(jié)點(diǎn)J和K互為隱藏節(jié)點(diǎn),它們的傳輸可能會產(chǎn)生沖突=>

盡管使用洪泛的方法，但數(shù)據(jù)包P可能不會被發(fā)送給節(jié)點(diǎn)DNLCS80240333CUIYong212數(shù)據(jù)洪泛

BASEFHJDCGIKZY因為節(jié)點(diǎn)D是接收數(shù)據(jù)包P的目的節(jié)點(diǎn)，

所以節(jié)點(diǎn)D不會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包PMNLCS80240333CUIYong213數(shù)據(jù)洪泛

BASEFHJDCGIK

洪泛完成

從節(jié)點(diǎn)S無法到達(dá)的節(jié)點(diǎn)接收不到數(shù)據(jù)包P(例如,節(jié)點(diǎn)Z)

對于所有到S的路徑都經(jīng)過D的節(jié)點(diǎn)，也接收不到數(shù)據(jù)包P(例如:節(jié)點(diǎn)N)ZYMNLCS80240333CUIYong214數(shù)據(jù)洪泛

BASEFHJDCGIK洪泛的方法可能會把數(shù)據(jù)包發(fā)給太多節(jié)點(diǎn)(在最壞的情況下,所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)都可能會受到數(shù)據(jù)包)ZYMNLCS80240333CUIYong215數(shù)據(jù)洪泛