第七章：無(wú)線與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

一、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

（一）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

包括無(wú)線主機(jī)、無(wú)線鏈路、基站（蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩塔、IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)中的接入點(diǎn)）和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

無(wú)線主機(jī)不通過(guò)基站（即沒(méi)有基站），直接與另一個(gè)無(wú)線主機(jī)直接通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式稱為自組織網(wǎng)絡(luò)，或稱為特定網(wǎng)絡(luò)，也稱為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。

（二）無(wú)線鏈路與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性

無(wú)線鏈路的特殊性，決定了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中有一些不同于有線網(wǎng)絡(luò)的特性，比如隱藏站的問(wèn)題。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)最主要的區(qū)別是使用了無(wú)線鏈路，重要區(qū)別主要在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

無(wú)線鏈路的特點(diǎn)：信號(hào)強(qiáng)度的衰減（路徑損耗）、干擾、多徑傳播

（三）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式包括基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織網(wǎng)絡(luò)模式。

主要區(qū)別在于基礎(chǔ)設(shè)施模式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中有基站，而自組織網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有基站。

二、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

（一）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基本原理：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)一定是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不一定是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)是隨時(shí)間改變其與網(wǎng)絡(luò)連接位置的結(jié)點(diǎn)，并且一定采用無(wú)線通信技術(shù)。

（二）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的術(shù)語(yǔ)

1、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的永久居所∶歸屬網(wǎng)絡(luò)，家網(wǎng)。

2、在歸屬網(wǎng)絡(luò)中代表移動(dòng)結(jié)點(diǎn)執(zhí)行移動(dòng)管理功能的實(shí)體︰歸屬代理，家代理。

3、移動(dòng)結(jié)點(diǎn)當(dāng)前所在非歸屬網(wǎng)絡(luò)︰外部網(wǎng)絡(luò)，被訪網(wǎng)絡(luò)。

4、在外部網(wǎng)絡(luò)中幫助移動(dòng)結(jié)點(diǎn)做移動(dòng)管理功能的實(shí)體︰外部代理。

5、通信者︰與該移動(dòng)結(jié)點(diǎn)通信的實(shí)體。

（三）移動(dòng)尋址

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)尋址的基本策略包括間接路由選擇和直接路由選擇。

（1）間接路由選擇對(duì)通信方來(lái)說(shuō)，通信過(guò)程透明，但存在三角路由問(wèn)題，很多移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用間接路由策略。

（2）直接路由可以避免三角路由問(wèn)題，但對(duì)通信方不透明。

移動(dòng)結(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)用到兩個(gè)地址，一個(gè)是永久地址，另一個(gè)是轉(zhuǎn)交地址（COA）。

將移動(dòng)性功能從網(wǎng)絡(luò)核心搬到網(wǎng)絡(luò)邊緣，由該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的歸屬網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

（1）將外部代理放置在外部網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器上。外部代理為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)造一個(gè)轉(zhuǎn)交地址。

（2）移動(dòng)結(jié)點(diǎn)與永久地址和COA都相連。

（3）外部代理告訴歸屬代理該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的COA。

間接路由選擇網(wǎng)絡(luò)層功能：

（1）移動(dòng)結(jié)點(diǎn)到外部代理的協(xié)議：注冊(cè)，取消。

（2）外部代理到歸屬代理的注冊(cè)協(xié)議：外部代理告訴歸屬代理COA。

（3）歸屬代理數(shù)據(jù)報(bào)封裝協(xié)議：歸屬代理封裝原始數(shù)據(jù)報(bào)，轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）外部代理拆封協(xié)議：從封裝好的數(shù)據(jù)報(bào)中提取原始數(shù)據(jù)報(bào)，轉(zhuǎn)發(fā)。

三、無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11

（一）IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)的概念

一個(gè)IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)，包括移動(dòng)主機(jī)、AP、無(wú)線鏈路和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

無(wú)線主機(jī)可以通過(guò)主動(dòng)掃描或被動(dòng)掃描的方式與AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)。一個(gè)AP以及與之關(guān)聯(lián)的無(wú)線主機(jī)構(gòu)成一個(gè)基本服務(wù)集（BSS）。

IEEE 802.11的MAC協(xié)議是CSMA/CA（帶碰撞避免的CSMA）。

IEEE802.11中的標(biāo)幀的作用是幫助無(wú)線主機(jī)發(fā)現(xiàn)AP。

（二）IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.11b無(wú)線局域網(wǎng)具有11Mbit/s數(shù)據(jù)率，工作在無(wú)須許可的2.4GHz的無(wú)線頻譜上，信號(hào)傳播距離最遠(yuǎn)，且穿透力較好。

（三）IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的共同特征

（1）都使用相同的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議CSMA/CA（沖突避免）。

（2）鏈路層幀使用相同的煥格式。

（3）都具有降低傳輸速率以傳輸更遠(yuǎn)距離的能力。

（4）都支持“基礎(chǔ)設(shè)施模式”和“自組織模式”兩種模式。

CSMA/CA工作原理：當(dāng)終端A想要給終端B發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，在偵聽(tīng)到信道空閑的前提下：

（1）終端A先向終端B發(fā)送一個(gè)控制幀RTS（Request To Send）；

（2）終端B可以在可以接收數(shù)據(jù)的情況下：就會(huì)發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀CTS（clear To Send）；

（3）終端A接收到終端B發(fā)送的幀就開(kāi)始發(fā)送要發(fā)的數(shù)據(jù)幀；

（4）終端B接收到終端A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，就會(huì)向終端A發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀。

CSMA/CA協(xié)議只能避免數(shù)據(jù)幀的沖突，不能避免控制幀的沖突。（只需要記憶幾個(gè)英文縮寫的中文含義即可）

CSMA/CA通過(guò)RTS和CTS幀的交換，可以有效避免隱藏站問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信道的預(yù)約占用，從而有效避免數(shù)據(jù)幀傳輸過(guò)程中的沖突。

（四）IEEE802.11幀

控制幀：提高工作站數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?shù)據(jù)幀：運(yùn)輸想要發(fā)送的數(shù)據(jù)。管理幀：加入網(wǎng)絡(luò)，退出網(wǎng)絡(luò)的管理事宜。

MAC首部：共30字節(jié)。幀主體：幀的數(shù)據(jù)部分，不超過(guò)2312字節(jié)。尾部：幀檢驗(yàn)序列FCS，共4字節(jié)。

四、蜂窩網(wǎng)絡(luò)

蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用間接路由選擇的方法。

五、移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)IP標(biāo)準(zhǔn)由3部分組成，代理發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)以及間接路由選擇。

（1）代理發(fā)現(xiàn)通過(guò)捕獲歸屬代理或外代理定期發(fā)送的代理通告ICMP報(bào)文，發(fā)現(xiàn)歸屬代理或外代理。

（2）注冊(cè)是完成向外代理注冊(cè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的永久地址，并向歸屬代理注冊(cè)COA。

移動(dòng)IP采用間接路由選擇實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性。

六、其他典型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

（1）IEEE802.16，城域網(wǎng)技術(shù)，傳輸距離更遠(yuǎn)，接入帶寬更高。

（2）藍(lán)牙IEEE802.15.1，小范圍，低功率（2.4GHz），低成本，自組織。

（3）ZigBee（各類傳感器）IEEE802.15.4,低功率，低數(shù)據(jù)速率，低工作周期。