第7章 无线与移动网络

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第7章 无线与移动网络

第一节        无线网络

        一、无线网络基本结构[识记]

        无线网络基本组成主要包括以下几个部分:

        （1）无线主机。主机是运行应用程序的端系统设备。

        （2）无线链路，主机通过无线通信链路连接到一个基站或者另一台无线主机不同的无线链路技术具有不同的传输速率和不同的传输距离。

        （3）基站。基站通常负责协调与之相关联的多个无线主机的传输。

        （4）网络基础设施。通常是大规模有线网络，如internet、公司网络或电话网络等。

        无线主机不通过基站（即没有基站），直接与另一个无线主机直接通信的无线网络模式称为自组织网络，或称为特定网络，也称为Ad Hoc网络。

        二、无线链路与无线网络特性[识记]

        无线链路有别于有线链路的主要表现在以下方面:

        （1）信号强度的衰减。信号强度随着发送方和接收方距离的增加而减弱，有时称其为路径损耗。

        （2）干扰。在同一个频段发送信号的电波源将相互干扰。

        （3）多径传播。多径传播使得接收方收到的信号变得模糊。

第二节        移动网络

        一、移动网络基本概念与术语[识记]

        无线网络不一定是移动网络但移动网络定是无线网络。

        移动网络基本原理的主要内容有:

        （1）从网络层的角度分析用户的移动性。

        （2）移动结点的地址始终保持不变的重要性。

        （3）可用的有线基础设施的支持。

        二、移动寻址[领会]

        外部网络可以通过向所有其他网络发通告，告诉它们该移动结点正在它的网络中。这通常可通过交换域内与域间路由选择信息来实现，而且只需对现有路由选择基础设施做很少的改动即可。

        将移动性功能从网络核心搬到网络边缘，由该移动结点的归属网络来实现。在移动结点的归属网络中的归属代理也能跟踪该移动结点的外部网络。

        三、移动结点的路由选择[领会]

        支持移动性所需要的网络层新功能有:

        （1）移动结点到外部代理的协议。当移动结点连接到外部网络时，它向外部代理注册。类似地，当一个移动结点离开该外部网络时,它将向外部代理取消注册。

        （2）外部代理到归属代理的注册协议。外部代理将向归属代理注册移动结点的COA。当某移动结点离开其网络时，外部代理不需要显式地向归属代理注销COA,因为当移动结点移动到个新网络时，随之而来就要注册个新的COA，这将完成源COA的注销。

        （3）归属代理数据报封装协议。将通信者的原始数据报封装在一个目的地址为COA的数据报内,并转发出去。

        （4）外部代理拆封协议。从封装好的数据报中取出通信者的原始数据报，然后再将该原始数据报转发给移动结点。

        间接路由选择方法存在一个低效的问题，即三角路由选择问题。

第三节        无线局域网IEEE 802.11

        一、典型IEEE 802.11无线局域网标准[识记]

        1.IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和IEEE 802.11n标准具有以下共同特征:

        （1）都使用相同的介质访问控制协议CSMA/CD。

        （2）链路层帧使用相同的帧格式。

        （3）都具有降低传输速率以传输更远距离的能力。

        （4）都支持“基础设施模式”和“自组织模式”两种模式。

        2.IEEE 802.11体系结构的基本构件由两部分组成:

        （1）基站，又称为接入点（AP）。

        （2）基本服务集（BSS）一个BSS包含一个或多个无线站点和一个接人点的中央基站。

        每个IEEE 802.11无线站点都具也具有一个6字节的MAC地址，该地址存储在该站适配器的固件中。每个AP的无线接口也具有一个MAC地址。与以大网类似，这些MAC地址由IEEE管理，理论上是全球唯一的。

        二、IEEE 802.11的MAC协议[领会]

        多个站点（无线站点或AP）可能同时经相同信道传输数据帧，因此需要一个多路访问控制协议来协调传输。IEEE 802.11的MAC协议采用CSMA/CA协议，又称为带碰撞避免的CSMA。

        支持信道预约的CSMA/CA协议的原理:源站在发送数据之前，必须先监听信道，若信道空闲，则等待一个分布式帧间间隙（DIFS）的短时间后，发送一个很短的请求发送（RTS）控制帧。RTS帧包括源地址、目的地址和本次通信所需要的持续时间等信息。

        三、IEEE 802.11帧[识记]

        IEEE 802.11帧共有3种类型:控制帧、数据帧和管理帧。802.11数据帧结构如图7-1所示，其中，MAC首部共30字节；帧主体，也就是帧的数据部分，不超过2312字节，不过IEEE 802.11帧的长度通常都是小于1500字节；尾部是帧检验序列FCS，共4字节。

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第四节        蜂窝网络

        一、蜂窝网络的体系结构[识记]

        蜂窝是指由一个蜂窝网覆盖的区域被分成许多称作小区的地理覆盖区域。每个小区包含一个收发基站（BTS），负责向位于其小区内的移动站点发送或接收信号。一个小区的覆盖区城取决于许多因素,包括BTS的发射功率用户设备的传输功率小区中的障碍建筑物以及基站天线的高度等。

        二、移动通信2G/3G/4G/5G网络[识记]

        1.2G网络

        GSM即全球移动通信系统。GSM系统的业务，即为用户提供的服务，可以分为承载业务、电信业务和附加业务三大类。GSM系统采用的是FDMA和TDMA混合接人的方式。

        2.3G网络

        第三代移动通信系统简称3G。是将无线通信与互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，能处理图像音频和视频流等多种媒体，提供包括浏览网页、电话会议和电子商务等多种信息服务。ITU在2000年确定了WCDDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大技术标准。

        IMT2000系统由终端（UIM＋MT）、无线接人网（RAN）与核心网（CN）三部分组成。

        3.4G/LTE网络

        LTE系统架构分为两部分，即演进后的核心网（EPC）和演进后的接入网（E-UTRAN）。其中，EPC又可分为两部分:一个是移动管理实体（MME）,负责移动性控制；另一个是服务网关（S-GW）,负责数据分组的路由与转发。

        LTE系统支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）以及半双工FDD（H-FDD）方式。FDD方式是指上行和下行信号分别在两个不同的频带上发送，且上下行频带间必须留有一定的保护间隔，以避免上下行信号间的干扰。TDD方式与FDD方式不同，发送和接收信号在相同的频带内，依据不同时队区分上下行信号。相对而言，TDD更适合在以IP分组业务为主要特征的移动蜂窝通信系统中使用。

        LTE系统中，0FDM成为主要的多址技术。OFDM频谱效率高，各载波部分重叠。且保持良好的正交性，避免了用户之间的干扰，实现了较大的小区容量，OFDM带宽扩展性强，其带宽取决于使用的子我波数量，OFDM具有很好的抗多径衰落能力。

        4.5G网络

        第五代移动通信技术（5G）是4G之后的延伸，目前正在研究中。5G技术的目的是构建网络社会，意味着除满足超高速率传输需求外，还需满足超高容量、超可靠性、随时随地可接人性等要求，以解决未来移动互联网的流量风暴、网络拥塞等问题。

第五节        移动IP网络

        一、移动IP标准[识记]

        移动IP标准由3部分组成:代理发现，向归属代理注册以及数据报的间接路由选择。

        二、代理发现[识记]

        代理发现指的是当某移动IP站点到达一个新网络时,不管是连到一个外部网络还是返回其归属网络，它都必须知道相应的外部代理或归属代理的身份。这是新外部代理的发现，通过一个新的网络地址，才使移动结点中的网络层知道它已进入一个新的外部网络。代理发现可以通过以下两种方式实现:代理通告或代理请求。

        三、向归属代理注册[识记]

        一旦某个移动IP结点收到一个COA，则该地址必须要向归属代理注册。这可通过外部代理（由它向归属代理注册该COA）或直接通过移动IP结点自己来完成。

        通过外那代理向归属代甲往北就涉及4个步骤:

        （1）当收到一个外那代理通告后，移动结点立即向外部代理发送一个移动IP注册报文。

        （2）外部代理收到注册报文并记录移动结点的永久IP地址。

        （3）归属代理接收注册请求并检查真实性和正确性。归属代理把移动结点的永久IP地址与COA绑定。

        （4）外部代用接收注册应答，然后将其转发给移动结点。

第六节        其他典型无线网络简介

        一、WiMax[识记]

        全球微波互联接人（WiMnx）又称为IEEE 802.16标准，其目的是在更大范围内为用户提供可以媲美有线网络的无线通信解决方案。

        在“最后一公里”无线宽带接入方面，WiMax相比无线局域网和传统的蜂窝移动网络具有非常鲜明的优势；更远的传输距离，可以达到50km；更高速的宽带接人，最高可达30Mbit/s。

        二、蓝牙[识记]

        IEEE 802.15.1网络以小范围、低功率和低成本运行。它本质上是一个低功率、小范围、低速率的“电缆替代"技术,用于互联笔记本、串行设备、蜂窝电话和智能手机。IEEE 802.15.1网络优势被称为无线个人区域网络（WPAN）标准。IEEE 802.15.1的链路层和物理层基于早期用于个人区城网络的蓝牙（Bluetooth）规范，所以通常也将IEEE 802.15.1网络称为蓝牙网络。IEEE 802.15.1网络以TDM方式工作于无须许可的2.4GHz无线电波段，每个时隙长度为625μs。

        三、ZigBee[识记]

        IEEE的第二个个人区城网络标准是IEEE 802.15.4，被称为ZigBee。ZigBee较之蓝牙仍有其独特目标，即ZigBee主要以低功率、低数据速率、低工作周期应用为目标。

        ZigBee网络结点可以分两类:“简化功能设备”和“全功能设备”。