1、2023-1-27上海交通大学计算机系1 计算机组网原理计算机组网原理补充：无线通信网补充：无线通信网 2023-1-27上海交通大学计算机系2 一、概述一、概述 二、移动通信基本原理二、移动通信基本原理 三、无线局域网三、无线局域网802.11802.11 四、宽带无线接入四、宽带无线接入802.16802.16 五、兰牙技术五、兰牙技术 六、移动六、移动IPIP2023-1-27上海交通大学计算机系3一、概述一、概述 1.1.Wireless NetworkWireless Network大致分成三类：大致分成三类：(1)(1)系统互联系统互联 短距离的通信。短距离的通信。蓝牙技术蓝牙技术
2、 2023-1-27上海交通大学计算机系4(2)2)无线局域网无线局域网 IEEE 802.11标准标准 2023-1-27上海交通大学计算机系5(3)3)无线广域网无线广域网 低速：低速：GSM、CDMA 第第2.5代代 GPRS 高速：高速：IEEE 802.16标准标准 2023-1-27上海交通大学计算机系6 二、移动通信基本原理二、移动通信基本原理2023-1-27上海交通大学计算机系7移动电话系统移动电话系统 n第第1代移动电话代移动电话 Analog voice 模拟语音模拟语音 n第第2代移动电话代移动电话 Digital voice 数字语音数字语音n第第3代移动电话代移动电
3、话 Digital voice and data(Internet，E-mail，etc.)数字语音和数据数字语音和数据 2023-1-27上海交通大学计算机系81.第第1代移动电话：模拟语音代移动电话：模拟语音 蜂窝的概念蜂窝的概念移动电话主要采用频率复用，但分配给移动电话主要采用频率复用，但分配给移动电话的频段很少，远不能满足用户的移动电话的频段很少，远不能满足用户的需要。需要。因此就提出将地区划分成小区，称为蜂因此就提出将地区划分成小区，称为蜂窝（窝（CellCell），每个蜂窝内使用一组频率，相），每个蜂窝内使用一组频率，相隔一段距离后，相同的频率又可重复使用。隔一段距离后，相同的频率
4、又可重复使用。每个蜂窝区域的范围约为每个蜂窝区域的范围约为10102020公里。公里。最早在最早在AMPSAMPS系统中使用系统中使用(1982(1982年，年，Bell)Bell)。2023-1-27上海交通大学计算机系92023-1-27上海交通大学计算机系102.第第2代移动电话：代移动电话：数字语音数字语音 D-AMPS GSM The Global System for Mobile CommunicationCDMA Code Division Multiple Access 2023-1-27上海交通大学计算机系11(1)GSM 复用方式：频分复用方式：频分+时分时分2023-1
5、-27上海交通大学计算机系12工作原理工作原理2023-1-27上海交通大学计算机系13HLR：用户原登记注册地区的数据库用户原登记注册地区的数据库VLR：用户移动到外地后，当地的数：用户移动到外地后，当地的数据库据库AC：用于认证，保护用户不被非法用：用于认证，保护用户不被非法用户盗用户盗用EIR：其中登记有移动电话的设备类型，：其中登记有移动电话的设备类型，用于识别设备类型用于识别设备类型2023-1-27上海交通大学计算机系14呼叫寻址过程呼叫寻址过程2023-1-27上海交通大学计算机系15步骤：步骤：1.呼叫目的移动电话呼叫目的移动电话2.电话网识别移动电话号码，传送此呼叫到相应的电
6、话网识别移动电话号码，传送此呼叫到相应的MSC3.询问询问HLR4.该移动用户不在本地，转发到用户所在地的该移动用户不在本地，转发到用户所在地的VLR（漫游）（漫游）5.VLR返回返回routing number给给HLR，并传到，并传到MSC6.根据根据routing number，呼叫被转移到用户所在的，呼叫被转移到用户所在的MSC7.8.目的地目的地MSC直接从直接从VLR中访问到目的用户的参数中访问到目的用户的参数9.将呼叫送达目的基站及目的用户移动电话将呼叫送达目的基站及目的用户移动电话10.移动电话回答对方的呼叫移动电话回答对方的呼叫2023-1-27上海交通大学计算机系16(2)
7、CDMA Code Division Multiple Access 码分多重访问码分多重访问 采用编码方式实现信道复用，具采用编码方式实现信道复用，具有容量大、保密性好、抗干扰性强有容量大、保密性好、抗干扰性强等优点等优点。2023-1-27上海交通大学计算机系171)Chip Sequence 每个比特每个比特(bit)时间被分成时间被分成m个短个短的时间片，称为的时间片，称为Chip(薄片薄片)。通常每个比特有通常每个比特有64个或个或128个个Chip，以下我们以以下我们以8个个Chip为例。为例。每个站点被指定一个唯一的每个站点被指定一个唯一的m位的代位的代码，称为码，称为Chip
8、sequence。发送发送“1”时，站点发送时，站点发送chip sequence的原码；的原码；发送发送“0”时，站点发送时，站点发送chip sequence的反码。的反码。2023-1-27上海交通大学计算机系18例如：例如：A的的chip sequence为为 00011011A发送发送“1”时为时为 00011011A发送发送“0”时为时为 11100100 为解释时容易理解，用为解释时容易理解，用“+1”代替代替“1”，用用“-1”代替代替“0”。见下图所示。见下图所示。2023-1-27上海交通大学计算机系192023-1-27上海交通大学计算机系202)正交特性正交特性设某站的
9、设某站的chip sequence是是S，内含，内含S1Si另一个站的另一个站的chip sequence是是T，含，含T1Ti 得得S和和T的的“内积内积”：S x T=0 S x T=0 S x S=1 S x =-12023-1-27上海交通大学计算机系213)发送时的复用发送时的复用 见图见图(c)其中其中“-”表示该站未发送。表示该站未发送。如如 B、C 站均发送站均发送1，则得：，则得：(-1 -1 +1 -1+1 +1+1 -1)+(-1+1-1 +1+1 +1 -1 -1)=(-2 0 0 0 +2 +2 0 -2)2023-1-27上海交通大学计算机系222023-1-27上
10、海交通大学计算机系234)接收时的还原接收时的还原 运用内积规则运用内积规则 如收到复用后的如收到复用后的S，欲还原，欲还原C，只需求，只需求 S x C即可。即可。例：例：S=+B+C S x C=(+B+C)x C =x C+B x C+C x C =0+0+1=1 见图见图(d)所示。所示。2023-1-27上海交通大学计算机系242023-1-27上海交通大学计算机系252023-1-27上海交通大学计算机系263.第三代移动电话第三代移动电话 第一、二代移动通信的标准是由各个第一、二代移动通信的标准是由各个国家制定的，因而互通性、兼容性很差。国家制定的，因而互通性、兼容性很差。为移动
11、通信的漫游带来很大困难。为移动通信的漫游带来很大困难。国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）希望在制定第）希望在制定第三代三代(3G)标准时有一个统一的规范。标准时有一个统一的规范。1985年年ITU首先提出了第三代移动通信首先提出了第三代移动通信系统，当时被称为系统，当时被称为“未来公众陆地移动未来公众陆地移动通信系统通信系统”，即，即FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication Systems）。）。2023-1-27上海交通大学计算机系27 1996 1996年年ITUITU正式将其更名为全球移动正式将其更名为全球移动通信系统通信系统
12、IMTIMT20002000，意即：，意即：在在20002000年左右进入商用；年左右进入商用；工作在工作在2000MHz2000MHz频段；频段；工作带宽是工作带宽是20002000kHzkHz。2023-1-27上海交通大学计算机系28 按按ITUITU总目标，第三代移动通信系统有总目标，第三代移动通信系统有如下目标和特征：如下目标和特征：（1 1）提供高速率和多种速率支持多种）提供高速率和多种速率支持多种业务，能支持从话音到分组数据到多媒业务，能支持从话音到分组数据到多媒体业务，特别是体业务，特别是InternetInternet，应能根据需，应能根据需要来提供必要的带宽。其最低无线传输
13、要来提供必要的带宽。其最低无线传输要求是：要求是：快速移动环境：最高速率达快速移动环境：最高速率达114114kbps kbps 步行环境：步行环境：最高速率达最高速率达384384kbps kbps 室内环境：室内环境：最高速率达最高速率达2 2Mbps Mbps 2023-1-27上海交通大学计算机系29（2 2）全球覆盖及全球无缝漫游、全球使用）全球覆盖及全球无缝漫游、全球使用共用频段（共用频段（188518852025MHz2025MHz，211021102200MHz2200MHz）。但不要求各系统在无线传输）。但不要求各系统在无线传输设备及网络内部技术完全一致，而要求设备及网络内部
14、技术完全一致，而要求在网络接口、互通及业务能力方面的统在网络接口、互通及业务能力方面的统一或协调。一或协调。（3 3）高频谱效率。）高频谱效率。（4 4）高服务质量：具有长话的话音质量，）高服务质量：具有长话的话音质量，比特错误率小于比特错误率小于10106 6的数据业务。的数据业务。（5 5）低成本、低功耗、小体积、高保密等）低成本、低功耗、小体积、高保密等良好的商业特性。良好的商业特性。2023-1-27上海交通大学计算机系30 20002000年月年月ITUITU从全球各大公司提从全球各大公司提交的交的1010种第三代通信技术标准建议种第三代通信技术标准建议中选择了三种作为中选择了三种作
15、为3G3G应用的技术标应用的技术标准。即：准。即：W-CDMA(Wideband CDMA)W-CDMA(Wideband CDMA)CDMA2000 CDMA2000 TD-SCDMA TD-SCDMA2023-1-27上海交通大学计算机系31 WCDMAWCDMA（Wideband CDMAWideband CDMA）宽带）宽带CDMACDMA。该标准由欧洲国家提出。该标准由欧洲国家提出。WCDMAWCDMA源于源于欧洲和日本几种技术的融合。欧洲和日本几种技术的融合。WCDMAWCDMA采用采用直扩模式，载波带宽为直扩模式，载波带宽为5 5MHzMHz，数据传送，数据传送可达到每秒可达到每
16、秒2 2MbpsMbps（室内）及（室内）及384384KbpsKbps（移动空间）。（移动空间）。WCDMAWCDMA与与GSMGSM网络有良好网络有良好的兼容性和互操作性，其支持者主要是的兼容性和互操作性，其支持者主要是以以GSMGSM系统为主的欧洲厂商。系统为主的欧洲厂商。2023-1-27上海交通大学计算机系32 CDMA2000 CDMA2000 是美国电信标准组织用于第三代是美国电信标准组织用于第三代CDMACDMA的名称。该标准由美国高通北美公的名称。该标准由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、朗讯和三星司为主导提出，摩托罗拉、朗讯和三星等厂商都有参与。等厂商都有参与。CDCD
17、MA2000MA2000是由窄频是由窄频CDMACDMA发展而来，发展路线是发展而来，发展路线是CDMACDMACDMA1XCDMA1XCDMA2000CDMA2000，技术的延续性强。，技术的延续性强。但是但是CDMA2000CDMA2000的多载传输方式比起的多载传输方式比起WCDMAWCDMA的直扩模式，对频率资源利用率偏低。的直扩模式，对频率资源利用率偏低。2023-1-27上海交通大学计算机系33TDTDSCDMASCDMA（Time DividedTime Divided Synchronization CDMA Synchronization CDMA）时分同步）时分同步CDMA
18、CDMA。由中国由中国大唐集团提出，大唐集团提出，TDTDSCDMASCDMA的的优势在于，采用了智能天线、联合检测优势在于，采用了智能天线、联合检测等先进技术，通过动态选择业务模式，等先进技术，通过动态选择业务模式，有较高的频率利用率，不需要对称频段，有较高的频率利用率，不需要对称频段，只需很少的启动频率，而且只需很少的启动频率，而且TDDTDD方式适合方式适合承载不对称数据业务。承载不对称数据业务。2023-1-27上海交通大学计算机系34据据20032003年年1010月报道：月报道：世界上已颁发的世界上已颁发的119119张张3G3G牌照中牌照中有有112112张为张为WCDMAWCD
19、MA，7 7张为张为CDMA2000CDMA2000。2023-1-27上海交通大学计算机系35 三、无线局域网三、无线局域网 802.11 802.11 802.11基本概念基本概念 802.11802.11标准标准 2023-1-27上海交通大学计算机系36 1.无线局域网：无线局域网：802.11 为了规范无线局域网移动数据通信所为了规范无线局域网移动数据通信所使用的频率和通信方式，使用的频率和通信方式，1997年起年起IEEE陆续公布了陆续公布了802.11标标准系列：准系列：802.11a、802.11b、802.11d、802.11e、802.11f、802.11g、802.11h
20、、802.11i。该系列往往简称为该系列往往简称为Wi-Fi。2023-1-27上海交通大学计算机系37 802.11定义了物理层和定义了物理层和MAC层的工作，层的工作，在在802.11之上能运行之上能运行IP协议。协议。它有两种工作模式：它有两种工作模式：(1)通过基站通过基站(base station)通信通信2023-1-27上海交通大学计算机系38基站之间由以太网相连基站之间由以太网相连2023-1-27上海交通大学计算机系39(2)移动主机直接通信移动主机直接通信(不需要基站不需要基站)Ad hoc 网络，网络，又称为又称为MANETs(Mobile Ad hoc NETworks
21、)Ad hocAd hoc为拉丁语，意思是：即席性。为拉丁语，意思是：即席性。2023-1-27上海交通大学计算机系40 Ad hoc网的主要特点：网的主要特点：网络的自主性网络的自主性 各移动主机之间直接通信，不需要借助其各移动主机之间直接通信，不需要借助其它网络基础设施。它网络基础设施。动态变化的网络拓扑结构动态变化的网络拓扑结构 移动主机的位置及成员数经常在变动。移动主机的位置及成员数经常在变动。分布式控制分布式控制 移动主机兼具路由器和主机功能，主机间移动主机兼具路由器和主机功能，主机间地位平等。地位平等。多跳多跳(multihop)无线网络无线网络 涉及路由选择问题。涉及路由选择问题
22、。2023-1-27上海交通大学计算机系41Ad Hoc网需解决路径寻找问题网需解决路径寻找问题2023-1-27上海交通大学计算机系42 移动主机自身的局限性移动主机自身的局限性 如：发射功率小，电池寿命短。如：发射功率小，电池寿命短。无线网络的局限性无线网络的局限性 如：带宽有限，碰撞冲突的特殊性。如：带宽有限，碰撞冲突的特殊性。网络生命周期短网络生命周期短 一旦工作结束，原有网络即告消失一旦工作结束，原有网络即告消失。网络安全性差网络安全性差2023-1-27上海交通大学计算机系43 802.11与与802.3因处理的对象不同，工因处理的对象不同，工作时有以下差异：作时有以下差异：1)无
23、线电波的功率小，使侦听的范围有限，无线电波的功率小，使侦听的范围有限，而且信号与噪音的区分更困难。而且信号与噪音的区分更困难。A 和和 C收不到各自发出的信号。收不到各自发出的信号。2023-1-27上海交通大学计算机系442)多次反射，造成多次反射，造成multipath fading。在室内环境中，发射信号会在多个物在室内环境中，发射信号会在多个物体表面体表面(如：墙面、桌子、天花板、人如：墙面、桌子、天花板、人)发生反射，在不同平面反射后的信号到发生反射，在不同平面反射后的信号到达接收点时会产生频移，并且比原始信达接收点时会产生频移，并且比原始信号稍有延迟。号稍有延迟。在接收端出现多个信
24、号的在接收端出现多个信号的叠加，使接收端的误码率增加。叠加，使接收端的误码率增加。2023-1-27上海交通大学计算机系453)固定通信的应用程序不适用于移动通信。固定通信的应用程序不适用于移动通信。4)移动主机在不同的移动主机在不同的cell(蜂窝蜂窝)之间移动之间移动时对外界是透明的。时对外界是透明的。Portal。2023-1-27上海交通大学计算机系462.2.无线局域网无线局域网(1)802.11(1)802.11协议簇协议簇2023-1-27上海交通大学计算机系47 802.11 802.11 到现在为止己推出及正在制定的到现在为止己推出及正在制定的8 8个标准如下：个标准如下：8
25、02.11802.11a a 5GHz 5GHz频段上的物理层标准。频段上的物理层标准。802.11802.11b b 2.4GHz 2.4GHz频段上的物理层标准。频段上的物理层标准。802.11d802.11d 当前当前802.11802.11规定的操作只在规定的操作只在 几个国家是合法的，该标准几个国家是合法的，该标准 扩充扩充802.11802.11在其它国家的应在其它国家的应 用。用。802.11802.11e e 改进和管理改进和管理WLANWLAN的服务质量，的服务质量，保证多媒体业务的传输。保证多媒体业务的传输。2023-1-27上海交通大学计算机系48 802.11802.1
26、1f f 实现不同厂商实现不同厂商WLANWLAN之间的互之间的互 操作，保证网内访问点之间操作，保证网内访问点之间 信息的互操作。信息的互操作。802.11802.11g g 是是802.11b802.11b的扩充，通过提的扩充，通过提 高传输率来增强高传输率来增强802.11b802.11b的的 性能和应用。性能和应用。802.11802.11h h 增强增强5GHz5GHz频段的频段的802.11802.11MACMAC 规范及规范及802.11a802.11a物理层规范。物理层规范。802.11i802.11i 增强增强WLANWLAN的安全和鉴别机制。的安全和鉴别机制。2023-1-
27、27上海交通大学计算机系49802.11a802.11a、b b、g g的比较：的比较：802.11b802.11b是最早推出，也是目前普及最广和应是最早推出，也是目前普及最广和应用最多的用最多的WLANWLAN标准。工作在无需申请的标准。工作在无需申请的2.4GHz2.4GHz频段，通信距离频段，通信距离100100米，具有抗干扰能力强，米，具有抗干扰能力强，接入方便，价格低等优点。但其传输速率只有接入方便，价格低等优点。但其传输速率只有11Mbps11Mbps，满足不了动态图像传送的需要。，满足不了动态图像传送的需要。802.11a802.11a在很大程度上解决了在很大程度上解决了802.
28、11b802.11b的不足，的不足，最大传输速率为最大传输速率为54Mbps54Mbps。但是它使用需要申请。但是它使用需要申请的的5GHz5GHz频段，与频段，与802.11b802.11b不兼容，而且传输过不兼容，而且传输过程中信号损耗大，穿越墙壁困难，因而用户比程中信号损耗大，穿越墙壁困难，因而用户比802.11b802.11b少。少。2023-1-27上海交通大学计算机系50802.11g802.11g是是20032003年年6 6月公布的标准。它与月公布的标准。它与802.11b802.11b兼容，升级容易，传输速率达兼容，升级容易，传输速率达54Mbps54Mbps，而且对障碍物的
29、穿透能力较强，同时又具有而且对障碍物的穿透能力较强，同时又具有802.11a802.11a的优点。所以被认为将成为的优点。所以被认为将成为WLANWLAN的主的主流标准。流标准。物理层物理层 最大最大 标准标准 传输速率传输速率 传输距离传输距离 频段频段 802.11b 11(5.5)Mbps 100802.11b 11(5.5)Mbps 100米米 2.42.4GHzGHz 802.11a 54(24)Mbps 80 802.11a 54(24)Mbps 80米米 5.05.0GHzGHz 802.11g 54(10-20)Mbps 150 802.11g 54(10-20)Mbps 15
30、0米米 2.42.4GHzGHz括孤中为实际传输速率。括孤中为实际传输速率。2023-1-27上海交通大学计算机系51IEEE802.11 IEEE802.11 体系结构体系结构2023-1-27上海交通大学计算机系52BSS：Basic Service Set基本服务集合，相当于一个蜂窝基本服务集合，相当于一个蜂窝（Cell）。）。由一组执行相同由一组执行相同MAC协议，争用协议，争用同一共享媒体的接入站组成。同一共享媒体的接入站组成。BSS内的移动主机可以是分布式的，内的移动主机可以是分布式的，也可通过位于也可通过位于Access Point（接入点）（接入点）的基站接入。的基站接入。20
31、23-1-27上海交通大学计算机系53ESS：Extended Service Set 扩展服务集合。扩展服务集合。由多个由多个BSS通过一个分布式系统通过一个分布式系统互联而成，像一个单一的逻辑局域网。互联而成，像一个单一的逻辑局域网。一般来说，分布式系统是一个有一般来说，分布式系统是一个有线主干局域网。线主干局域网。2023-1-27上海交通大学计算机系54(2)802.11(2)802.11 物理层物理层 802.11802.11协议的物理层除使用红外线外，主协议的物理层除使用红外线外，主要采用扩频要采用扩频(spread spectrum)(spread spectrum)技术进行通信
32、。技术进行通信。根据不同的扩频技术提出了若干个标准，这些根据不同的扩频技术提出了若干个标准，这些扩频技术主要是：扩频技术主要是：FHSSFHSS Frequenc Frequenc Hopping SpreadHopping Spread Spectrum Spectrum 跳频扩频跳频扩频 DSSSDSSS Direct Sequence Spread Direct Sequence Spread Spectrum Spectrum 直接序列扩频直接序列扩频 以上两个标准于以上两个标准于19971997年提出，工作在年提出，工作在2.42.4GHz GHz ISMISM频段，传输速率为频段，
33、传输速率为1 1或或2 2MbpsMbps。2023-1-27上海交通大学计算机系55 OFDM OFDM Orthogonal Frequency DivisionOrthogonal Frequency Division Multiplexing Multiplexing 正交频分复用正交频分复用 19991999年提出的年提出的802.11a802.11a，工作在，工作在5GHz5GHz频段频段 ，传输速率最高为传输速率最高为5454MbpsMbps。20012001年提出的年提出的802.11g802.11g采用相同的采用相同的OFDMOFDM，但工作在但工作在2.4GHz2.4GHz
34、频段，速率为频段，速率为1111MbpsMbps54Mbps54Mbps。HR-DSSSHR-DSSS High Rate DSSS High Rate DSSS 高速直接序列扩频高速直接序列扩频 19991999年提出的年提出的802.11b802.11b，工作在，工作在2.4GHz ISM2.4GHz ISM频段，传输速率最高为频段，传输速率最高为1111MbpsMbps。2023-1-27上海交通大学计算机系56名称解释：名称解释：FCCFCC Federal Communication Commission Federal Communication Commission 联邦通信委员
35、会联邦通信委员会 (美国美国)FCC FCC对频段的划分作出规定。对频段的划分作出规定。ISMISM Industrial Industrial、ScientificScientific、Medical Medical 工业、科学和医学工业、科学和医学 该频段不需经许可就可以使用。该频段不需经许可就可以使用。另一个不需经许可就能使用的频段是另一个不需经许可就能使用的频段是 5GHz5GHz，它划归国家信息基础设施使用。，它划归国家信息基础设施使用。2023-1-27上海交通大学计算机系571)FHSS1)FHSS Frequenc Frequenc Hopping Spread Hopping
36、 Spread Spectrum Spectrum 2023-1-27上海交通大学计算机系58扩频技术简介扩频技术简介 扩频技术最初是为军事及情报部门的需扩频技术最初是为军事及情报部门的需求而开发的。求而开发的。早期的通信使用固定的频早期的通信使用固定的频率，很容易被敌方侦测到，并加以窃听率，很容易被敌方侦测到，并加以窃听或干扰。扩频技术的基本思想是将携带或干扰。扩频技术的基本思想是将携带信息的信号扩散到较宽的频谱带宽上，信息的信号扩散到较宽的频谱带宽上，接收端必须知道所传播的扩频信号相关接收端必须知道所传播的扩频信号相关参数才能正确地恢复发送信号，如果接参数才能正确地恢复发送信号，如果接收端
37、没有调整到正确的频率，它收到的收端没有调整到正确的频率，它收到的扩频信号将是一片噪声。扩频信号将是一片噪声。2023-1-27上海交通大学计算机系59 下图是扩频数字通信系统的一般模型。下图是扩频数字通信系统的一般模型。输入的数据首先进入信道编码器，并产输入的数据首先进入信道编码器，并产生模拟信号，这个模拟信号具有围绕某生模拟信号，这个模拟信号具有围绕某个中心频率的、相对较窄的带宽。个中心频率的、相对较窄的带宽。2023-1-27上海交通大学计算机系60 然后这个信号被一个伪随机数字序然后这个信号被一个伪随机数字序列进行调制，通过调制使传输信号的带列进行调制，通过调制使传输信号的带宽有显著增加
38、，即频谱被扩展。在接收宽有显著增加，即频谱被扩展。在接收端，使用相同的数字序列对扩频信号进端，使用相同的数字序列对扩频信号进行解调。最后，信号进入信道解码器被行解调。最后，信号进入信道解码器被还原成数据。还原成数据。伪随机数使用一些被称为种子伪随机数使用一些被称为种子(seed)的初始值通过某个算法得到。在的初始值通过某个算法得到。在通信过程中，除非知道算法和种子，否通信过程中，除非知道算法和种子，否则不可能推测出这个序列。因此，只有则不可能推测出这个序列。因此，只有与发送方共享信息的接收器才能够成功与发送方共享信息的接收器才能够成功地将信号解码。地将信号解码。2023-1-27上海交通大学计
39、算机系612)2)DSSS DSSS 使用直接序列方式扩频，原始信号中使用直接序列方式扩频，原始信号中的一个比特在传输信号中采用的一个比特在传输信号中采用Chipping Chipping code(code(切片编码切片编码)被转换成多个比特被转换成多个比特(在在802.11802.11中为中为1111个个)，称为，称为Barker Barker sequencesequence。这种切片编码将信号扩展这种切片编码将信号扩展到较宽的频带范围，而这个频带范围与到较宽的频带范围，而这个频带范围与使用的比特数成正比。使用的比特数成正比。2023-1-27上海交通大学计算机系623)3)OFDMOF
40、DM 不同的信道采用频分多路复用不同的信道采用频分多路复用(FDM)(FDM)方式，但不同的信道在相位上是正交的方式，但不同的信道在相位上是正交的(成直角成直角)。802.11a802.11a使用了使用了5252个频率，个频率，其中其中4848个用于传送数据，个用于传送数据，4 4个用于同步。个用于同步。2023-1-27上海交通大学计算机系63(3)802.11 MAC(3)802.11 MAC 子层协议子层协议1)1)隐藏站点与暴露站点问题隐藏站点与暴露站点问题 问题产生的原因是：每个移动主机问题产生的原因是：每个移动主机的发射功率有限，其发出的信号只使一的发射功率有限，其发出的信号只使一
41、定半径范围内的机器能够检测到。定半径范围内的机器能够检测到。从从而存在两种错误的判断，即：而存在两种错误的判断，即：隐藏站点隐藏站点 暴露站点暴露站点 2023-1-27上海交通大学计算机系64 Hidden station problemHidden station problem A A发送报文给发送报文给B B，但因，但因C C在在A A的信号范围之外，的信号范围之外，C C没有察觉没有察觉A A的发射信号，如果的发射信号，如果C C也发报文给也发报文给B B，则会造成则会造成C C和和A A信号的重叠，使此次发送失效信号的重叠，使此次发送失效。见图见图 4-11(4-11(a)a)20
42、23-1-27上海交通大学计算机系65 图图4-26(a)4-26(a)表示表示A A隐藏在隐藏在B B的后面，在的后面，在C C的信的信号范围之外，号范围之外，A A检测不到检测不到C C的信号，可能造成在的信号，可能造成在B B点处点处A A和和C C的信号冲突。的信号冲突。2023-1-27上海交通大学计算机系66 Exposed station problemExposed station problem 在图在图4-11(b)4-11(b)中，如果中，如果B B发送报文给发送报文给A A，但，但C C暴露在暴露在B B的发送信号范围之内，的发送信号范围之内，C C检测到有信号，检测到
43、有信号，它就不会发报文。但事实上，在这种情况下它就不会发报文。但事实上，在这种情况下C C发报文给发报文给D D应该是没有问题的。应该是没有问题的。2023-1-27上海交通大学计算机系67 在图在图4-264-26中，中，A A发报文给其它主机，但发报文给其它主机，但B B正好正好位于位于A A的信号范围之内，的信号范围之内，B B因检测到因检测到A A的信号，的信号，B B将不会发报文给将不会发报文给C C。2023-1-27上海交通大学计算机系682)IEEE802.11 MAC2)IEEE802.11 MAC层结构层结构2023-1-27上海交通大学计算机系69DCFDCF：Distr
44、ibuted Coordination FunctionDistributed Coordination Function分布式协调功能分布式协调功能使用类似使用类似CSMACSMA的算法解决竞争问题。的算法解决竞争问题。PCFPCF：Point Coordination FunctionPoint Coordination Function点协调功能点协调功能由点协调器采用轮询的方法，所以没有由点协调器采用轮询的方法，所以没有竞争问题。竞争问题。属可选功能。属可选功能。2023-1-27上海交通大学计算机系70 CSMA/CA CSMA/CA CSMA with Collision Avoi
45、dance CSMA with Collision Avoidance如检测到信道空闲，则主机发送报文，不如检测到信道空闲，则主机发送报文，不管发送过程中是否发生冲突，发送站都将管发送过程中是否发生冲突，发送站都将报文发送完毕。报文发送完毕。如检测到信道忙，则发送站等待，直至信如检测到信道忙，则发送站等待，直至信道空闲时再发送。道空闲时再发送。如果发生冲突，则各站等待一个随机时间如果发生冲突，则各站等待一个随机时间(使用以太网的二进制指数后退算法使用以太网的二进制指数后退算法)后再次尝后再次尝试。试。2023-1-27上海交通大学计算机系71 MACAW MACAW Multiple Acce
46、ss with Collision Multiple Access with Collision Avoidanca Avoidanca for Wirelessfor Wireless 该方式在正式发送报文之前有一个预该方式在正式发送报文之前有一个预处理过程，即发送站与接收站之间先交处理过程，即发送站与接收站之间先交换两个短帧换两个短帧(30(30字节字节)：RTSRTS：Request To SendRequest To Send CTS CTS：Clear To SendClear To Send 两个短帧中都包含了发送报文的长度。两个短帧中都包含了发送报文的长度。2023-1-27上海
47、交通大学计算机系72 任何移动主机任何移动主机(A)(A)在发送报文前先发一在发送报文前先发一个个RTSRTS，接收主机，接收主机(B)(B)如果同意接收，则如果同意接收，则送回一个送回一个CTSCTS，见图，见图4-274-27。2023-1-27上海交通大学计算机系73 A A收到收到CTSCTS后就可发送数据帧，同时启动一后就可发送数据帧，同时启动一个定时器。个定时器。B B正确地收到数据帧后发一个确认正确地收到数据帧后发一个确认帧帧ACKACK，A A收到收到ACKACK，则此次发送即告结束。如，则此次发送即告结束。如果果A A在定时器时间内没有收到确认，则重新开在定时器时间内没有收到
48、确认，则重新开始前面的过程。始前面的过程。这个方法的基本思想是：在通信之前发送这个方法的基本思想是：在通信之前发送方和接收方之间互发短帧方和接收方之间互发短帧(RTS(RTS和和CTS)CTS)，发送和，发送和接收方周围的站点就会监测到这些短帧，从而接收方周围的站点就会监测到这些短帧，从而不会在即将到来的数据帧期间发送自己的帧。不会在即将到来的数据帧期间发送自己的帧。检测到检测到RTSRTS帧的任何其它站点均向帧的任何其它站点均向A A关闭，关闭，并且保持足够长的时间不发帧，使并且保持足够长的时间不发帧，使A A可以无冲可以无冲突地收到数据帧。所有检测到突地收到数据帧。所有检测到CTSCTS帧
49、的站点均帧的站点均向向B B关闭，并在后继数据到来期间保持沉默。关闭，并在后继数据到来期间保持沉默。2023-1-27上海交通大学计算机系74 下面结合图下面结合图4-124-12与图与图4-274-27解释使用解释使用RTSRTS和和CTSCTS后为什么能解决隐藏站点和暴露站点问题。后为什么能解决隐藏站点和暴露站点问题。暴露站点问题的解决：暴露站点问题的解决：在图在图4-12(a)4-12(a)中，中，C C位于位于A A的范围之内，但在的范围之内，但在B B的范围之外，在的范围之外，在A A发数据时存在暴露站点问题。发数据时存在暴露站点问题。现在现在C C收到收到A A发出的发出的RTSR
50、TS，知道，知道A A将向将向B B发数据，发数据，C C在内部发一个在内部发一个NAV(Network Allocation NAV(Network Allocation Vector)Vector)信号，阻止本站向信号，阻止本站向A A发数据帧。同时发数据帧。同时C C只要不和只要不和CTSCTS产生干扰，就可以随意地在产生干扰，就可以随意地在A A发送发送数据帧时向除数据帧时向除A A以外的其它站点发送自己的帧。以外的其它站点发送自己的帧。2023-1-27上海交通大学计算机系75 图图4-12(4-12(a)a)2023-1-27上海交通大学计算机系76隐藏站点问题的解决：隐藏站点问题
