第6章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

第6章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)6.1概述6.3WiFi：802.11無(wú)線LAN6.4蜂窩因特網(wǎng)接入6.5移動(dòng)管理：原理6.6移動(dòng)IP6.7蜂窩網(wǎng)中的移動(dòng)性管理引言無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：經(jīng)無(wú)線鏈路組成的通信網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：用戶改變與網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)。員工下班后將筆記本電腦關(guān)機(jī)后帶回家上網(wǎng)工作。3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成元素網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線主機(jī)運(yùn)行應(yīng)用程序；便攜機(jī)、PDA、IP電話；可以是固定的或移動(dòng)的；4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

基站通常與有線網(wǎng)絡(luò)連接負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)與之相關(guān)聯(lián)的多個(gè)無(wú)線主機(jī)的傳輸；（向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或從主機(jī)接收數(shù)據(jù)）鏈路層中繼：多個(gè)無(wú)線主機(jī)通過基站連接、通信，并與更大網(wǎng)絡(luò)相連。

如蜂窩塔、802.11接入點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成元素5網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

無(wú)線鏈路連接移動(dòng)用戶到基站；也用作主干鏈路；多個(gè)接入?yún)f(xié)議協(xié)調(diào)鏈路接入；各種數(shù)據(jù)速率，傳輸距離；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成元素室內(nèi)10-30m室外50-200m室外中等距離200m–4Km室外長(zhǎng)距離5Km–20Km.056.384145-11542G:IS-95,CDMA,GSM2.5G:UMTS/WCDMA,CDMA2000802.15802.11b802.11a,g3G:UMTS/WCDMA-HSPDA,CDMA2000-1xEVDO4G:LTWEWIMAX802.11a,gpoint-to-point200802.11n數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率(Mbps)部分無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的鏈路特性7網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信模式：基礎(chǔ)設(shè)施模式移動(dòng)用戶通過基站連接到有線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信模式8無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信模式：自組織模式無(wú)基站節(jié)點(diǎn)自己組織成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自己提供選路等服務(wù)AdHoc網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信模式96.2無(wú)線鏈路和網(wǎng)絡(luò)特征無(wú)線鏈路不同于有線鏈路：（在鏈路層及以下的有區(qū)別）衰減的信號(hào)強(qiáng)度：當(dāng)無(wú)線電信號(hào)傳播通過物質(zhì)時(shí)，信號(hào)削弱(路徑損失)。距離越遠(yuǎn)，信號(hào)越弱。來自其他源的干擾:同頻段發(fā)送信號(hào)互相干擾。多路徑傳播:無(wú)線電信號(hào)反射離開物體，以不同的時(shí)間到達(dá)目的地。接收信號(hào)模糊。無(wú)線鏈路更容易出現(xiàn)比特差錯(cuò)。CRC校驗(yàn)，鏈路層ARQ協(xié)議10ABC隱藏終端問題B,A彼此聽到B,C彼此聽到A,C彼此不能聽到意味著A,C不知道它們?cè)贐的時(shí)候發(fā)生干擾。ABCA’s信號(hào)強(qiáng)度spaceC’s信號(hào)強(qiáng)度信號(hào)衰退:B,A彼此聽到B,C彼此聽到A,C所處的位置信號(hào)強(qiáng)度不足，檢測(cè)不到對(duì)方的傳輸。不能聽到對(duì)方的干擾無(wú)線鏈路信號(hào)廣播中的問題：多路訪問控制協(xié)議CSMA/CA116.3WiFi：802.11無(wú)線LAN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：802.11b、802.11a、802.11g、802.11n無(wú)線頻率和數(shù)據(jù)速率不同；都使用CSMA/CA多路訪問和相同的幀格式；都具有基站模式和自組織模式。PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(300Mbps)126.3.1802.11LAN體系結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件基本服務(wù)集(BSS)：接入點(diǎn)(AP)，基站。無(wú)線主機(jī)：使用基站通信。BSS1BSS2因特網(wǎng)交換機(jī)或路由器AP2AP1H1BBS2BBS11231被動(dòng)掃描:自APs發(fā)出信標(biāo)幀H1向選擇的AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀選擇的AP向H1發(fā)送關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀AP2AP1H1BBS2BBS112234主動(dòng)掃描:自H1廣播探測(cè)請(qǐng)求幀自APs發(fā)送探測(cè)響應(yīng)H1向選擇的AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求幀選擇的AP向H1發(fā)送關(guān)聯(lián)的響應(yīng)幀信道和關(guān)聯(lián)146.3.4在相同的IP子網(wǎng)中的移動(dòng)性同一個(gè)IP子網(wǎng)中部署多個(gè)BSS，用戶H1在多個(gè)BSS間移動(dòng)時(shí)，仍然可以保持自己的IP地址和所有正在進(jìn)行的TCP連接？H1收到AP1的信號(hào)逐漸減弱，而收到更強(qiáng)的AP2的信號(hào)。解除舊的關(guān)聯(lián)，建立新AP2關(guān)聯(lián)。交換機(jī):H1關(guān)聯(lián)的AP是哪個(gè)呢？交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能實(shí)現(xiàn)。H1BBS2BBS115將cells與廣域網(wǎng)相連;

管理呼叫建立;處理移動(dòng)(切換）;移動(dòng)交換中心MSC收發(fā)基站

(BTS)類似802.11AP;移動(dòng)用戶通過BTS與網(wǎng)絡(luò)相連;空中接口:

在移動(dòng)用戶和BTS之間的物理和鏈路層協(xié)議;cell移動(dòng)用戶交換中心公共電話網(wǎng)和因特網(wǎng)移動(dòng)用戶交換中心有線網(wǎng)絡(luò)蜂窩：一個(gè)地理區(qū)域被分成多個(gè)地理小的覆蓋區(qū)域（Cell）6.4蜂窩因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）標(biāo)準(zhǔn)1G:模擬FDMA，用于語(yǔ)音通信2G：主要語(yǔ)音服務(wù)，擴(kuò)展對(duì)數(shù)據(jù)的支持。（2.5G）3G：高速率的語(yǔ)音/數(shù)據(jù)通信。支持因特網(wǎng)的服務(wù)。CDMA4G：TD-LTE,FDD-LTE166.4蜂窩因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述176.5移動(dòng)管理：原理移動(dòng)結(jié)點(diǎn)是隨著時(shí)間改變它與網(wǎng)絡(luò)連接位置的結(jié)點(diǎn)。從網(wǎng)絡(luò)層的角度，用戶如何移動(dòng)？無(wú)移動(dòng)高度移動(dòng)性用戶僅在相同的無(wú)線接入網(wǎng)中移動(dòng)。用戶在接入網(wǎng)之間移動(dòng)，同時(shí)維持進(jìn)行的連接。用戶在該接入網(wǎng)之間移動(dòng)，當(dāng)在網(wǎng)間移動(dòng)時(shí)關(guān)閉連接。保持移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的地址不變的重要性？18移動(dòng):術(shù)語(yǔ)歸屬網(wǎng)絡(luò):

移動(dòng)用戶的永久的“家”。(如128.119.40/24)永久地址:

在歸屬網(wǎng)絡(luò)中的地址，總能被用于到達(dá)移動(dòng)用戶，如

128.119.40.186歸屬代理:當(dāng)移動(dòng)用戶在遠(yuǎn)地，代表它執(zhí)行移動(dòng)管理功能的實(shí)體。廣域網(wǎng)通信者19轉(zhuǎn)交地址(COA):

在被訪網(wǎng)絡(luò)中的地址.(如79,129.13.2)

廣域網(wǎng)被訪網(wǎng)絡(luò)（外部網(wǎng)絡(luò)）:移動(dòng)用戶當(dāng)前駐留的網(wǎng)絡(luò)(如79.129.13/24)永久地址:

保持不變

(如128.119.40.186)外部代理:在被訪網(wǎng)絡(luò)中代表移動(dòng)用戶執(zhí)行移動(dòng)管理功能的實(shí)體。通信者:要與移動(dòng)用戶通信的實(shí)體。移動(dòng):術(shù)語(yǔ)20如何實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信？給她父母打電話?期待她主動(dòng)聯(lián)系你?我想知道Alice現(xiàn)在到達(dá)了何處?設(shè)想朋友經(jīng)常改變地址，你怎樣找到她?21移動(dòng)尋址方法：由路由器處理:路由器通過交換路由信息，通告移動(dòng)用戶在外部網(wǎng)絡(luò)的路徑。路由表指示移動(dòng)用戶位于的地方。對(duì)端用戶無(wú)改變。22移動(dòng)尋址方法：由路由器處理:路由器通過交換路由信息，通告移動(dòng)用戶在外部網(wǎng)絡(luò)的路徑。路由表指示移動(dòng)用戶位于的地方。對(duì)端用戶無(wú)改變。讓端系統(tǒng)處理:間接選路:

從通信者到移動(dòng)用戶的通信經(jīng)過歸屬代理,然后向外部網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。直接選路:

通信者得到移動(dòng)用戶的外部地址,直接向移動(dòng)用戶發(fā)送。對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)移動(dòng)用戶無(wú)擴(kuò)展性23注冊(cè)：向歸屬代理告知轉(zhuǎn)交地址歸屬代理獲得移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的COA及其外部代理的信息廣域網(wǎng)歸屬網(wǎng)絡(luò)被訪網(wǎng)絡(luò)1移動(dòng)用戶經(jīng)外部代理分配個(gè)一個(gè)COA，加入外部網(wǎng)絡(luò)2外部代理向歸屬代理:告知移動(dòng)結(jié)點(diǎn)在它的網(wǎng)絡(luò)及其COA。241、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)間接路由選擇廣域網(wǎng)歸屬網(wǎng)絡(luò)被訪網(wǎng)絡(luò)3241通信者使用移動(dòng)用戶的歸屬地址來尋址歸屬代理截取分組，轉(zhuǎn)發(fā)給外部代理外部代理接收分組，轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)用戶移動(dòng)用戶直接回答通信者251、間接選路分組的封裝和拆封永久地址:128.119.40.186轉(zhuǎn)發(fā)地址COA:79.129.13.2dest:128.119.40.186由通信者發(fā)送的分組dest:79.129.13.2dest:128.119.40.186由歸屬代理向外部代理發(fā)送的分組：一個(gè)分組封裝在另一個(gè)分組數(shù)據(jù)中dest:128.119.40.186外部代理將收到的分組進(jìn)行解封，轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)用戶分組26間接路由選擇網(wǎng)絡(luò)層需要新增的功能：移動(dòng)結(jié)點(diǎn)到外部代理的協(xié)議外部代理到歸屬代理的注冊(cè)協(xié)議歸屬代理數(shù)據(jù)報(bào)封裝協(xié)議外部代理拆封協(xié)議移動(dòng)用戶使用兩個(gè)地址:永久地址:由通信者所用(因此移動(dòng)用戶位置對(duì)通信者是透明的)轉(zhuǎn)交地址:由歸屬代理所用，以將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)用戶1、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)間接路由選擇27移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)對(duì)通信者而言是透明的：進(jìn)行中的連接能被維持者！三角形選路:

通信者-歸屬網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)用戶當(dāng)通信者和移動(dòng)用戶位于相同網(wǎng)絡(luò)時(shí)，低效1、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)間接路由選擇28廣域網(wǎng)歸屬網(wǎng)絡(luò)被訪網(wǎng)絡(luò)4251通信者請(qǐng)求，接收移動(dòng)用戶的外部地址通信者轉(zhuǎn)發(fā)到外部代理外部代理接收分組，轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)用戶移動(dòng)用戶直接響應(yīng)通信者32、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)直接路由選擇29克服三角形選路問題。對(duì)通信者非透明:

通信者必須從歸屬代理得到轉(zhuǎn)交地址，通過移動(dòng)用戶定位協(xié)議實(shí)現(xiàn)。如果移動(dòng)用戶改變被訪網(wǎng)絡(luò)會(huì)怎樣?通過錨外部代理FA解決。2、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)直接路由選擇30廣域網(wǎng)1在會(huì)話開始時(shí)訪問的外部網(wǎng)絡(luò)錨外部代理24新的外部代理35通信者代理通信者新的外部網(wǎng)絡(luò)錨外部代理:FA位于首個(gè)被訪網(wǎng)絡(luò)中。移動(dòng)結(jié)點(diǎn)到新的外面網(wǎng)絡(luò)獲得新的COA后，向FA注冊(cè)。數(shù)據(jù)總是首先路由到錨FA，由FA根據(jù)新的COA轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)結(jié)點(diǎn)。2、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)經(jīng)直接路由選擇316.6移動(dòng)IP支持移動(dòng)性的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議合起來稱為移動(dòng)IP?？紤]的要素：歸屬代理、外部代理s、外部代理注冊(cè)、轉(zhuǎn)交地址、封裝。移動(dòng)IP標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)部分:代理發(fā)現(xiàn)對(duì)歸屬代理注冊(cè)數(shù)據(jù)報(bào)的間接選路321、移動(dòng)IP:代理發(fā)現(xiàn)代理發(fā)現(xiàn)：外部代理/歸屬代理向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過其服務(wù)的協(xié)議，以及移動(dòng)結(jié)點(diǎn)請(qǐng)求一個(gè)外部代理或歸屬代理的服務(wù)所使用的協(xié)議。實(shí)現(xiàn)方法：代理通告:外部/歸屬代理通過周期性廣播ICMP報(bào)文通告服務(wù)(類型字段=9)代理請(qǐng)求：移動(dòng)代理廣播請(qǐng)求報(bào)文，向代理請(qǐng)求代理通過。(類型字段=10)331、移動(dòng)IP:代理通告擴(kuò)展ICMP路由器發(fā)現(xiàn)報(bào)文R比特:請(qǐng)求注冊(cè)H,F比特:歸屬和/或外部代理

RBHFMGV比特

保留

type=16

類型=9

編碼=0

=9

檢查和

路由器地址

標(biāo)準(zhǔn)ICMP字段

移動(dòng)代理通告擴(kuò)展

長(zhǎng)度

序號(hào)

注冊(cè)壽命

0或更多的轉(zhuǎn)交地址

0

8

16

24

342、移動(dòng)IP:向歸屬代理注冊(cè)例子

被訪網(wǎng)絡(luò):79.129.13/24

歸屬代理

HA:128.119.40.7

外部代理

COA:79.129.13.2

COA:79.129.13.2

….

ICMP代理通告

移動(dòng)代理

MA:128.119.40.186

注冊(cè)請(qǐng)求.

COA:79.129.13.2

HA:128.119.40.7

MA:128.119.40.186

Lifetime:9999

identification:714

….

注冊(cè)請(qǐng)求

COA:79.129.13.2

HA:128.119.40.7

MA:128.119.40.186

Lifetime:9999

identification:714

encapsulationformat

….

注冊(cè)回答

HA:128.119.40.7

MA:128.119.40.186

Lifetime:4999

Identification:714

encapsulationformat

….

注冊(cè)回答

HA:128.119.40.7

MA:128.119.40.186

Lifetime:4999

Identification:714

….

時(shí)間

35GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的組成如下：通信者M(jìn)SCMSCMSCMSCMSC有線公共電話網(wǎng)不同的蜂窩網(wǎng)，由不同提供商運(yùn)營(yíng)6.7蜂窩網(wǎng)中的移動(dòng)性管理36處理蜂窩網(wǎng)中的移動(dòng)歸屬網(wǎng)絡(luò):你注冊(cè)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供商(如SprintPCS,Verizon)歸屬位置注冊(cè)器(HLR):歸屬網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含永久蜂窩電話號(hào)，配置信息(服務(wù)，參數(shù)選擇，賬單),有關(guān)當(dāng)前位置的信息(能夠位于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò))被訪網(wǎng)絡(luò):移動(dòng)用戶當(dāng)前駐留的網(wǎng)絡(luò)訪問者位置注冊(cè)(VLR):對(duì)每個(gè)在網(wǎng)中的用戶具有表項(xiàng)的數(shù)據(jù)庫(kù)一個(gè)服務(wù)商的蜂窩網(wǎng)絡(luò)將為其用戶提供歸屬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)為其在其他蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商訂購(gòu)服務(wù)的用戶提供被訪網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。37公共交換電話網(wǎng)移動(dòng)用戶歸屬移動(dòng)用戶交換中心HLR歸屬網(wǎng)絡(luò)被訪網(wǎng)絡(luò)通信者移動(dòng)用戶交換中心VLRGSM:移動(dòng)用戶的間接選路1呼叫選路到歸屬網(wǎng)絡(luò)2歸屬M(fèi)SC參考HLR,得到移動(dòng)用戶在被訪網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)號(hào)碼3歸屬M(fèi)SC建立到被訪網(wǎng)絡(luò)中的MSC的2nd

呼叫路段4在被訪網(wǎng)絡(luò)中的MSC完成從基站到移動(dòng)用戶的呼叫38移動(dòng)用戶交換中心VLR舊BSS新BSS舊的選路新的選路GSM:共用MSC的基站間的切換切換目標(biāo)：經(jīng)新基站路由呼叫

(不必中斷)切換的原因:到/來自新BSS的更強(qiáng)的信號(hào)(持續(xù)連接，較少的電池消耗)負(fù)載平衡:在當(dāng)前BSS中釋放高符合信道GSM不強(qiáng)制執(zhí)行切換的原因(策略)，僅關(guān)注如何做(機(jī)制)由舊BSS發(fā)起的切換39移動(dòng)用戶MSCVLRoldBSS13245678GSM:共用MSC的切換newBSS1.舊BSS通知切換迫近，提供了1+

新的BSS的列表2.MSC建立一條到新BSS的路徑(分配資源)3.新BSS分配為移動(dòng)用戶使用的無(wú)線電信道4.新BSS通知MSC,舊BSS:準(zhǔn)備好5.舊BSS告訴移動(dòng)用戶:執(zhí)行到新BSS的切換6.移動(dòng)用戶,新BSS發(fā)信號(hào)激活新信道7.移動(dòng)用戶發(fā)的信號(hào)經(jīng)新BSS到MSC:完成切換.MSC重路由呼叫8MSC-old-BSS資源釋放40歸屬網(wǎng)絡(luò)HomeMSCPSTN通信者M(jìn)SC錨MSCMSCMSC(a)在切換前GSM:不同MSC間的切換方法一：錨MSC:在呼叫過程中首次訪問的MSC呼叫保持經(jīng)過錨MSC選路，任何情況通信者和移動(dòng)用戶至多有3個(gè)MSC（歸屬M(fèi)SC，錨MSC，被訪問MSC）41GSM:不同MSC間的切換方法一：錨MSC:在呼叫過程中首次訪問的MSC呼叫保持經(jīng)過錨MSC選路，任何情況通信者和移動(dòng)用戶至多有3個(gè)MSC（歸屬