无线网络和移动网络

第6章无线网络和移动网络,6.1概述6.3WiFi：802.11无线LAN6.4蜂窝因特网接入6.5移动管理：原理6.6移动IP6.7蜂窝网中的移动性管理,引言,无线网络：经无线链路组成的通信网络。移动网络：用户改变与网络的连接点。员工下班后将笔记本电脑关机后带回家上网工作。,3,无线网络组成元素,4,基站通常与有线网络连接负责协调与之相关联的多个无线主机的传输；（向主机发送数据或从主机接收数据）链路层中继：多个无线主机通过基站连接、通信，并与更大网络相连。如蜂窝塔、802.11接入点,无线网络组成元素,5,无线链路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；,无线网络组成元素,室内10-30m,室外50-200m,室外中等距离200m4Km,室外长距离5Km20Km,.056,.384,1,4,5-11,54,2G:IS-95,CDMA,GSM,2.5G:UMTS/WCDMA,CDMA2000,802.15,802.11b,802.11a,g,3G:UMTS/WCDMA-HSPDA,CDMA2000-1xEVDO,4G:LTWEWIMAX,802.11a,gpoint-to-point,200,802.11n,数据传输数率(Mbps),部分无线网络标准的链路特性,7,无线网络的通信模式：基础设施模式移动用户通过基站连接到有线网络。,无线网络的通信模式,8,无线网络的通信模式：自组织模式无基站节点自己组织成为一个网络节点自己提供选路等服务,AdHoc网络,无线网络的通信模式,9,6.2无线链路和网络特征,无线链路不同于有线链路：（在链路层及以下的有区别）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)。距离越远，信号越弱。来自其他源的干扰:同频段发送信号互相干扰。多路径传播:无线电信号反射离开物体，以不同的时间到达目的地。接收信号模糊。无线链路更容易出现比特差错。CRC校验，链路层ARQ协议,10,隐藏终端问题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的时候发生干扰。,信号衰退:B,A彼此听到B,C彼此听到A,C所处的位置信号强度不足，检测不到对方的传输。不能听到对方的干扰,无线链路信号广播中的问题：,多路访问控制协议CSMA/CA,11,6.3WiFi：802.11无线LAN,相关标准：802.11b、802.11a、802.11g、802.11n无线频率和数据速率不同；都使用CSMA/CA多路访问和相同的帧格式；都具有基站模式和自组织模式。,PHY,802.11(1/2Mbps),802.11b(5.5/11Mbps),802.11g(54Mbps),802.11a(54Mbps),802.11n(300Mbps),12,6.3.1802.11LAN体系结构,基本构件基本服务集(BSS)：接入点(AP)，基站。无线主机：使用基站通信。,BSS1,BSS2,交换机或路由器,AP2,AP1,H1,BBS2,BBS1,被动扫描:自APs发出信标帧H1向选择的AP发送关联请求帧选择的AP向H1发送关联响应帧,信道和关联,14,6.3.4在相同的IP子网中的移动性,同一个IP子网中部署多个BSS，用户H1在多个BSS间移动时，仍然可以保持自己的IP地址和所有正在进行的TCP连接？H1收到AP1的信号逐渐减弱，而收到更强的AP2的信号。解除旧的关联，建立新AP2关联。交换机:H1关联的AP是哪个呢？交换机的自学习功能实现。,H1,BBS2,BBS1,15,将cells与广域网相连;管理呼叫建立;处理移动(切换）;,移动交换中心MSC,收发基站(BTS)类似802.11AP;移动用户通过BTS与网络相连;空中接口:在移动用户和BTS之间的物理和链路层协议;,cell,蜂窝：一个地理区域被分成多个地理小的覆盖区域（Cell）,6.4蜂窝因特网体系结构概述,全球移动通信系统（GSM）标准1G:模拟FDMA，用于语音通信2G：主要语音服务，扩展对数据的支持。（2.5G）3G：高速率的语音/数据通信。支持因特网的服务。CDMA4G：TD-LTE,FDD-LTE,16,6.4蜂窝因特网体系结构概述,17,6.5移动管理：原理,移动结点是随着时间改变它与网络连接位置的结点。从网络层的角度，用户如何移动？,用户仅在相同的无线接入网中移动。,用户在接入网之间移动，同时维持进行的连接。,用户在该接入网之间移动，当在网间移动时关闭连接。,保持移动结点的地址不变的重要性？,18,移动:术语,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，代表它执行移动管理功能的实体。,广域网,通信者,19,转交地址(COA):在被访网络中的地址.(如79,129.13.2),广域网,被访网络（外部网络）: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),外部代理:在被访网络中代表移动用户执行移动管理功能的实体。,通信者:要与移动用户通信的实体。,移动:术语,20,如何实现与移动结点进行通信？,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?,21,移动寻址方法：,由路由器处理:路由器通过交换路由信息，通告移动用户在外部网络的路径。路由表指示移动用户位于的地方。对端用户无改变。,22,移动寻址方法：,由路由器处理:路由器通过交换路由信息，通告移动用户在外部网络的路径。路由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,然后向外部网络转发。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,23,注册：向归属代理告知转交地址,归属代理获得移动结点的COA及其外部代理的信息,广域网,归属网络,被访网络,24,1、移动结点经间接路由选择,广域网,归属网络,被访网络,25,1、间接选路分组的封装和拆封,永久地址:128.119.40.186,转发地址COA:79.129.13.2,26,间接路由选择网络层需要新增的功能：移动结点到外部代理的协议外部代理到归属代理的注册协议归属代理数据报封装协议外部代理拆封协议移动用户使用两个地址:永久地址:由通信者所用(因此移动用户位置对通信者是透明的)转交地址:由归属代理所用，以将数据报转发给移动用户,1、移动结点经间接路由选择,27,移动节点的移动对通信者而言是透明的：进行中的连接能被维持者！三角形选路:通信者-归属网络-移动用户当通信者和移动用户位于相同网络时，低效,1、移动结点经间接路由选择,28,广域网,归属网络,被访网络,通信者请求，接收移动用户的外部地址,通信者转发到外部代理,2、移动结点经直接路由选择,29,克服三角形选路问题。对通信者非透明:通信者必须从归属代理得到转交地址，通过移动用户定位协议实现。如果移动用户改变被访网络会怎样?通过锚外部代理FA解决。,2、移动结点经直接路由选择,30,广域网,在会话开始时访问的外部网络,锚外部代理,新的外部代理,通信者代理,通信者,新的外部网络,锚外部代理:FA位于首个被访网络中。移动结点到新的外面网络获得新的COA后，向FA注册。数据总是首先路由到锚FA，由FA根据新的COA转发至移动结点。,2、移动结点经直接路由选择,31,6.6移动IP,支持移动性的因特网体系结构与协议合起来称为移动IP。考虑的要素：归属代理、外部代理s、外部代理注册、转交地址、封装。移动IP标准的三个部分:代理发现对归属代理注册数据报的间接选路,32,1、移动IP:代理发现,代理发现：外部代理/归属代理向移动节点通过其服务的协议，以及移动结点请求一个外部代理或归属代理的服务所使用的协议。实现方法：代理通告:外部/归属代理通过周期性广播ICMP报文通告服务(类型字段=9)代理请求：移动代理广播请求报文，向代理请求代理通过。(类型字段=10),33,1、移动IP:代理通告扩展ICMP路由器发现报文,R比特:请求注册,H,F比特:归属和/或外部代理,34,2、移动IP:向归属代理注册例子,被访网络:79.129.13/24,归属代理,HA:128.119.40.7,外部代理,COA:79.129.13.2,COA:,79.129.1,3.2,.,ICMP代理通告,移动代理,MA:128.119.40.186,注册请求.,COA:,79.129.13.2,HA:128.119.40.7,MA:128.119.40.186,Lifetime:9999,identification:714,.,注册请求,COA:,79.129.13.2,HA:128.119.40.7,MA:128.119.40.186,Lifetime:9999,identification:714,encapsulationformat,.,注册回答,HA:128.119.40.7,MA:128.119.40.186,Lifetime:4999,Identification:714,encapsulationformat,.,注册回答,HA:128.119.40.7,MA:128.119.40.18,6,Lifetime:4999,Identification:714,.,时间,35,GSM蜂窝网络体系结构的组成如下：,通信者,有线公共电话网,不同的蜂窝网，由不同提供商运营,6.7蜂窝网中的移动性管理,36,处理蜂窝网中的移动,归属网络:你注册的蜂窝网络提供商(如SprintPCS,Verizon)归属位置注册器(HLR):归属网络中的数据库，包含永久蜂窝电话号，配置信息(服务，参数选择，账单),有关当前位置的信息(能够位于另一个网络)被访网络:移动用户当前驻留的网络访问者位置注册(VLR):对每个在网中的用户具有表项的数据库一个服务商的蜂窝网络将为其用户提供归属网络服务，同时为其在其他蜂窝网络服务商订购服务的用户提供被访网络服务。,37,公共交换电话网,移动用户,归属网络,被访网络,通信者,GSM:移动用户的间接选路,38,旧BSS,新BSS,旧的选路,新的选路,GSM:共用MSC的基站间的切换,切换目标：经新基站路由呼叫(不必中断)切换的原因:到/来自新BSS的更强的信号(持续连接，较少的电池消耗)负载平衡:在当前BSS中释放高符合信道GSM不强制执行切换的原因(策略)，仅关注如何做(机制)由旧BSS发起的切换,39,oldBSS,GSM:共用MSC的切换,newBSS,1.旧BSS通知切换迫近，提供了1+新的BSS的列表2.MSC建立一条到新BSS的路径(分配资源)3.新BSS分配为移动用户使用的无线电信道4.新BSS通知MSC,旧BSS:准备好5.旧BSS告诉移动用户:执行到新BSS的切换6.移动用户,新BSS发信号激活新信道7.移动用户发的信号经新BSS到MSC:完成切换.MSC重路由呼叫8MSC-old-BSS资源释放,40,PSTN,通信者,锚MSC,(a)在切换前,GSM:不同MSC间的切换,方法一：锚MSC:在呼叫过程中首次访问的MSC呼叫保持经过锚MSC选路，任何情