• 第01讲 无线网络、移动网络 第一节 无线网络。
      第二节 移动网络。
      第三节 无线局域网IEEE 802.11。
      第四节 蜂窝网络。
      第五节 移动IP网络。
      第六节 其他典型无线网络简介。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图1 讲义编号NODE50923300070100000101：针对本讲义提问 ]
    • 学习目标：
      1.掌握无线网络基本结构以及无线链路与无线网络主要特性。
      2.理解移动网络基本概念与基本原理，掌握间接路由与直接路由过程。
      3.理解IEEE 802.11无线局域网体系结构，CSMA/CA协议。
      4.了解移动通信网络体系结构、2G网络、3G网络、4G/LTE网络以及5G网络特点。
      5.掌握移动IP基本原理及工作过程，了解移动通信网络的移动管理技术。
      6.了解WiMax、蓝牙、ZigBee等无线网络基本特性。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图2 讲义编号NODE50923300070100000102：针对本讲义提问 ]

    • 第一节 无线网络
      一、无线网络基本结构
      无线网络基本组成如图7.1所示，主要包括以下几个部分。
      1）无线主机。如同在有线网络中一样，主机是运行应用程序的端系统设备。无线主机（wireless host）可以是便携机、掌上机、智能手机或者桌面计算机。主机本身可能移动，也可能不移动。
      第七章　无线与移动网络 - 图3
      2）无线链路。主机通过无线通信链路（wireless communication link）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（base station）是无线网络基础设施的一个关键部分。基站在有线网络中没有明确的对应设备，负责向与之相关联的无线主机发送数据和接收主机发送的数据。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。
      无线链路将位于网络边缘的主机连接到基站，基站与更大的网络基础设施相连，因此基站在无线主机和网络基础设施之间起着链路层中继作用。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图4 讲义编号NODE50923300070100000103：针对本讲义提问 ]
    • 无线主机与基站关联，并通过基站实现通信中继的无线网络通常被称为基础设施模式（infrastructure mode），因为所有传统的网络服务（如地址分配和路由选择）都由网络通过基站向关联的主机提供。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（Ad Hoc Network），或称为特定网络，也称为Ad Hoc网络。
      在无线网络中，如果支持无线主机移动，则当一台移动主机移动超出一个基站的覆盖范围，而到达另一个基站的覆盖范围后，它将改变其接入到网络基础设施的基站，这一过程称作切换（hand off）。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图5 讲义编号NODE50923300070100000104：针对本讲义提问 ]

    • 二、无线链路与无线网络特性
      无线网络与有线网络最主要的区别是使用了无线链路，而无线链路的独有特性，在很大程度上决定了无线网络的特性。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。图7.3显示了较为流行的无线链路标准的两种主要特性，即覆盖区域和链路速率。
      第七章　无线与移动网络 - 图6
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图7 讲义编号NODE50923300070100000105：针对本讲义提问 ]
    • 如果用IEEE 802.11无线局域网络，替代原有网络中的有线以太网，则需要用无线网卡替代主机的有线网卡，用接入点替代以太网交换机，但网络层及其以上层次不需要有任何变化。有线网络与无线网络的重要区别主要在数据链路层和物理层。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（fading）。电磁波在穿过物体（如墙壁）时强度将减弱。即使在自由空间中，信号也会衰减，这使得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（path loss）。
      2）干扰。在同一个频段发送信号的电波源将相互干扰。例如，2.4GHz无线电话和802.11b无线局域网在相同的频段中传输。因此802.11b无线局域网用户若同时利用2.4GHz无线电话通信，将会导致网络和电话都不会工作得特别好。除了来自发送源的干扰，环境中的电磁噪声（如附近的电动机、微波）也能形成干扰。
      3）多径传播。多径传播使得接收方收到的信号变得模糊。位于发送方和接收方之间的移动物体还会导致多径效应随时间而改变。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图8 讲义编号NODE50923300070100000106：针对本讲义提问 ]
    • 通过上述比较可以得出，无线链路中的比特差错将比有线链路中更为常见。因此，无线链路协议（如IEEE 802.11的MAC协议）不仅采用有效的CRC错误检测码，还采用了链路层ARQ协议来重传受损的帧。
      无线链路与有线链路之间的差异并非仅仅只有较高的、时变的误比特率这一项。在有线广播链路中，所有结点能够接收到所有其他结点在物理链路中传输的信号，而在无线链路中，情况并非如此简单。如图7.4所示，假设站点A正在向站点B发送数据，站点C也在向站点B发送数据。
      由于站点A和站点C之间的物理环境阻挡（例如，一座大山或者一座建筑），导致站点A和站点C彼此互相检测不到对方发送的信号，导致站点A和站点C同时向站点B发送数据时，发生碰撞，站点B无法正确接收任何一方的数据，这就是所谓的隐藏终端问题（hidden terminal problem）。
      第七章　无线与移动网络 - 图9
      第七章　无线与移动网络 - 图10
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图11 讲义编号NODE50923300070100000107：针对本讲义提问 ]

    • 第二节 移动网络
      一、移动网络基本原理
      无线网络不一定是移动网络，但移动网络一定是无线网络。移动网络中的移动结点是随时间改变其与网络连接位置的结点，并且一定采用无线通信技术。
      1.从网络层的角度分析用户的移动性
      用户也许带着一台装有无线网络接口卡的便携机在一座建筑物内走动，从网络层的角度看，该用户并没有移动。而且，如果该用户不论在何处都与同一个接入点相关联，从链路层角度来看该用户甚至也没有移动。
      另一种情况，用户在一辆“奔驰”的轿车内以120km/h的速度沿高速公路行驶时穿过多个无线接入网，并希望在整个旅程中保持一个与远程应用的不间断的TCP连接。这个用户毫无疑问是移动的。
      介于以上两种情况之间的是，一个用户带着一台便携机从一个地方（如办公室）到另一个地方（如住所），并且想在新地方接入网络。该用户也是移动的，只不过不需要在网络接入点之间移动时维持一个不间断的连接。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图12 讲义编号NODE50923300070100000108：针对本讲义提问 ]
    • 2.移动结点的地址始终保持不变的重要性
      对移动电话而言，当用户从一个电话网络移动到另一个电话网络的过程中，用户的电话号码（本质上是移动电话的网络层地址）始终保持不变。对便携机而言，在IP网络之间移动时，IP地址是否必须保持不变很大程度上取决于所运行的应用程序。
      对于在高速公路上行驶，同时又希望维持对一个远程应用的不间断的TCP连接的用户而言，维持相同的IP地址将会带来便利。一个因特网应用程序需要知道它与之通信的远端实体的IP地址和端口号。如果一个移动实体在移动过程中能够保持其IP地址不变，从应用的角度，移动性就变得不可见（透明）。这种透明性有十分重要的价值，即应用程序不必关心IP地址潜在的变化，并且同样的应用程序代码既可用于移动连接，又可用于非移动连接。在下面要介绍的移动IP网络提供了这种透明性，它允许移动结点在网络间移动的同时维持其永久的IP地址。
      对于一个下班后只想关闭办公室便携机，将其带回家，然后使用便携机在家中工作的用户而言。如果该用户只是将便携机作为一个客户，使用客户一服务器方式的应用（如发送/阅读电子邮件、浏览网页等），则使用特定的相同IP地址并不是那么重要。用户只要得到一个由服务于家庭的ISP临时分配的IP地址即可。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图13 讲义编号NODE50923300070100000109：针对本讲义提问 ]
    • 3.可用的有线基础设施的支持
      分析用户的移动性时，均假设了存在一个固定的基础设施让移动用户进行连接，例如，沿高速公路的无线接入网，家庭的ISP网络、办公室的无线接入网等。如果这样的基础设施不存在，那么当两个用户位于彼此的通信范围内并需要建立一个网络连接时，可以通过自组织网络来实现。
      在一个网络环境中，一个移动结点（如一台便携机或智能手机）的永久居所被称为归属网络（home network）或称为家网，在归属网络中代表移动结点执行下面讨论的移动管理功能的实体叫归属代理（home agent）或称为家代理。移动结点当前所在的非归属网络称为外部网络（foreign network）或被访网络（visited network），在外部网络中帮助移动结点做移动管理功能的实体称为外部代理（foreign agent），简称为外代理。
      对于移动用户而言，它们的归属网络可能就是其公司网络，而被访网络也许就是它们正访问的某同行所在的网络。一个通信者（correspondent）就是希望与该移动结点通信的实体。图7.6展示了移动互联网体系结构，其中，代理被配置在路由器上（例如，路由器上运行的进程），但它们也能在网络中其他主机或服务器上执行。
      第七章　无线与移动网络 - 图14
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图15 讲义编号NODE50923300070100000110：针对本讲义提问 ]

    • 二、寻址
      为了使用户移动性对网络应用透明，希望移动结点在从一个网络移动到另一个网络时保持其地址不变。当某移动结点位于一个外部网络时，所有指向此结点永久地址（parmanent address）的流量需要导向外部网络。下面讨论两种解决方案。
      1）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。外部网络只需通告其邻居它有一条非常特别的路由能到达该移动结点的永久地址，即告诉其他网络它有一条正确的路径可将数据报导向该移动结点的永久地址。
      这些邻居将在全网传播该路由选择信息，而且是当作更新路由选择信息和转发表的正常过程的一部分来做。当移动结点离开一个外部网络后，又加入另一个外部网络时，新的外部网络会通告一条新的通向该移动结点的特别路由，旧的外部网络将撤销其与该移动结点有关的路由选择信息。
      这种方法解决了两个问题，且这样做不需对网络层基础设施做重大改动。其他网络知道该移动结点的位置，很容易将数据报路由到该移动结点，因为转发表将这些数据报导向外部网络。然而这个方案有一个很大的缺陷，即扩展性不好。如果移动性管理是网络路由器的责任的话，则路由器将必须维护可能多达数百万个移动结点的转发表项。显然，这一方案不适用于大规模网络。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图16 讲义编号NODE50923300070100000111：针对本讲义提问 ]
    • 2）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。这当然需要一个移动结点（或一个代表该移动结点的外部代理）与归属代理之间的协议来更新移动结点的位置。实际移动网络采取这种方式。
      如图7.6所示，概念上最简单的方法是将外部代理放置在外部网络的边缘路由器上。外部代理的作用之一就是为移动结点创建一个所谓的转交地址（Care－Of Address，COA），该COA的网络部分与外部网络的网络部分相同，因此一个移动结点可与两个地址相关联，即永久地址和COA，COA有时又称为外部地址（foreign address），在图7.6中，移动结点的永久地址是172.198.92.7，当被访网络为79.168.14/24时，该移动结点具有的COA为79.168.14.2。
      外部代理的第二个作用就是告诉归属代理，该移动结点在它的（外部代理的）网络中具有给定的COA。该COA的作用是将数据报通过外部代理“重新路由选择”到移动结点。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图17 讲义编号NODE50923300070100000112：针对本讲义提问 ]

    • 三、移动结点的路由选择
      在寻址中描述了一个移动结点如何得到一个COA，以及归属代理又是如何被告知该地址的。接下来讨论数据报应怎样寻址并转发给移动结点。目前有两种不同的方法，间接路由选择与直接路由选择。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图18 讲义编号NODE50923300070100000113：针对本讲义提问 ]
    • 1.移动结点的间接路由选择
      对于一个想给移动结点发送数据报的通信者，在间接路由选择（indirect routing）方法中，通信者只是将数据报寻址到移动结点的永久地址，并将数据报发送到网络中去，完全不知道移动结点是在归属网络中，还是正在访问某个外部网络，因此移动性对于通信者来说是完全透明的。这些数据报首先被路由到移动结点的归属网络，如图7.7中的步骤1。
      第七章　无线与移动网络 - 图19
      归属代理除了负责与外部代理交互以跟踪移动结点的COA外，还负责监视到达的数据报。这些数据报寻址的结点的归属网络与该归属代理所在的网络相同，但这些结点当前却在某个外部网络中。归属代理截获这些数据报，然后按步骤2的过程转发它们。通过使用移动结点的COA，该数据报先转发给外部代理（图7.7中的步骤2），然后再从外部代理转发给移动结点（图7.7中步骤3）。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图20 讲义编号NODE50923300070100000114：针对本讲义提问 ]
    • 归属代理需要用该移动结点的COA来设置数据报地址，以便网络层将数据报路由选择到外部网络。另一方面，需要保持通信者数据报的原样，因为接收该数据报的应用程序应该不知道该数据报是经由归属代理转发而来的。为此，归属代理将通信者的原始完整数据报，封装在一个新的（较大的）数据报中，这个较大的数据报被路由并交付到移动结点的COA。“拥有”该COA的外部代理将接收并拆封该数据报，即从较大的封装数据报中取出通信者的原始数据报，然后再向移动结点转发该原始数据报（图7.7中的步骤3）。
      接下来考虑某移动结点如何向一个通信者发送数据报。这相当简单，因为移动结点可直接将其数据报寻址到通信者（使用自己的永久地址作为源地址，通信者的地址作为目的地址）。因为移动结点知道通信者的地址，所以没有必要通过归属代理迂回传输数据报。如图7.7中的步骤4。
      下面列出支持移动性所需要的网络层新功能，对间接路由选择进行小结。
      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一个新网络时，随之而来就要注册一个新的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。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图21 讲义编号NODE50923300070100000115：针对本讲义提问 ]
    • 2.移动结点的直接路由选择
      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（triangle routing problem），该问题是指即使在通信者与移动结点之间存在一条更有效的路由，发往移动结点的数据报也要先发给归属代理，然后再发送到外部网络。
      直接路由选择（direct routing）克服了三角路由选择的低效问题，但却是以增加复杂性为代价的。在直接路由选择方法中，通信者所在网络中的一个通信者代理（correspondent agent）先获取该移动结点的COA。这可以通过让通信者代理向归属代理询问得知，这里假设与间接路由选择情况类似，移动结点具有一个在归属代理注册过的最新的COA。
      与移动结点可以执行外部代理的功能相类似，通信者本身也可能执行通信者代理的功能。在图7.8中显示为步骤1和步骤2。通信者代理将数据报直接通过隧道技术发往移动结点的COA，这与归属代理使用的封装/拆封技术相类似，参见图7.8的步骤3和步骤4。
      第七章　无线与移动网络 - 图22
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图23 讲义编号NODE50923300070100000116：针对本讲义提问 ]
    • 直接路由选择克服了三角路由选择问题，同时也引入了两个重要问题。
      1）需要一个移动用户定位协议（mobile－user location protocol），以便通信者代理向归属代理查询获得移动结点的COA（图7.8中的步骤1和步骤2）。
      2）当移动结点从一个外部网络移到另一个外部网络时，对于间接路由选择，将数据报转发到新的外部网络可以容易地通过更新由归属代理维持的COA来解决。然而，使用直接路由选择时，归属代理仅在会话开始时被通信者代理询问一次COA。因此，当必要时在归属代理中更新COA，这并不足以解决将数据路由选择到移动结点新的外部网络的问题。一种解决方案是创建一个新的协议来告知通信者变化后的COA。
      另一种方案通过将首次发现移动结点的外部网络中的外部代理标识为锚外部代理（anchor foreign agent），当移动结点到达一个新的外部网络后，移动结点向新的外部代理注册，并且新外部代理向锚外部代理提供移动结点的新COA。当锚外部代理收到一个发往已离开的移动结点的封装数据报后，它可以使用新的COA重新封装数据报并将其转发给该移动结点。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图24 讲义编号NODE50923300070100000117：针对本讲义提问 ]
    • 第02讲 无线局域网、蜂窝网络、移动IP网络及其他类型网络第三节 无线局域网IEEE 802.11
      IEEE 802家族是由一系列局域网（Local Area Network，LAN）技术规范所组成的。IEEE 802.11发表于1997年，是原始标准，支持速率2Mbit/s，工作在2.4GHz的ISM（Industrial Scientific Medical）频段。定义了物理层数据传输方式：DSSS（直接序列扩频，1Mbit/s）、FHSS（跳频扩频，2Mbit/s）和红外线传输，在MAC层采用了类似有线以太网CSMA/CD协议的CSMA/CA协议。图7.9展示了IEEE 802.11发展过程中的技术转变。
      第七章　无线与移动网络 - 图25
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图26 讲义编号NODE50923300070200000101：针对本讲义提问 ]

    • 表7.1总结了4个比较流行的无线局域网IEEE 802.11标准的主要特征，包括IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g和IEEE 802.11n。
      表7.1 IEEE 802.11标准小结
      这4个IEEE 802.11标准具有许多共同特征。
      ·都使用相同的介质访问控制协议CSMA/CA，该协议将在下节进行讨论。
      ·链路层帧使用相同的帧格式。
      ·都具有降低传输速率以传输更远距离的能力。
      ·都支持“基础设施模式”和“自组织模式”两种模式。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图27 讲义编号NODE50923300070200000102：针对本讲义提问 ] | 标准 | 频率范围/GHz | 数据率 | 物理层 | | —- | —- | —- | —- | | IEEE 802.11b | 2.4 | 最高为11 Mbit/s | 扩频 | | IEEE 802.11a | 5 | 最高为54 Mbit/s | OFDM | | IEEE 802.11g
      IEEE 802.11n | 2.4
      2.4/5 | 最高为54 Mbit/s
      最高为600 Mbit/s | OFDM
      MIMO/OFDM |


    • 一、IEEE 802.11体系结构
      IEEE 802.11体系结构的基本构件由两部分组成。
      ·基站（base station），又称为接入点（Access Point，AP）。
      ·基本服务集（Basic Service Set，BSS）。一个BSS包含一个或多个无线站点和一个接入点的中央基站。
      图7.10显示了IEEE 802.11无线局域网体系结构，其中有3个BSS中的AP，它们连接到一个互连设备上（如交换机或者路由器），互连设备又连接到Internet中。在一个典型的家庭网络中，有一个AP和一台将该BSS连接到Internet中的路由器（通常综合成为一个单元）。
      第七章　无线与移动网络 - 图28
      每个IEEE 802.11无线站点都具有一个6字节的MAC地址，该地址存储在该站适配器（即IEEE 802.11网络接口卡）的固件中。每个AP的无线接口也具有一个MAC地址。与以太网类似，这些MAC地址由IEEE管理，理论上是全球唯一的。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图29 讲义编号NODE50923300070200000103：针对本讲义提问 ]

    • 配置AP的无线局域网经常被称作基础设施无线局域网（infrastucture wireless LAN），其中的“基础设施”是指AP连同互联AP和一台路由器的有线以太网。IEEE 802.11站点也能将它们自己组合在一起形成一个自组织网络，图7.11展示了这个自组织网络，该自组织网络无中心控制并与“外部世界”无连接。它是由彼此已经发现相互接近且有通信需求的移动设备“动态”形成，并且在它们所处环境中没有预先存在的网络基础设施。当聚在一起的用户需要通过携带的便携机交换数据时，在没有AP的情况下，一个自组织网络就可能形成了。
      第七章　无线与移动网络 - 图30
      在IEEE 802.11标准中，每个无线站点在能够发送或者接收网络层数据之前，必须与一个AP相关联。当网络管理员安装一个AP时，首先为该AP分配一个单字或双字的服务集标识符（Service Set Identifier，SSID），然后还必须为该AP分配一个信道号。以IEEE 802.11b为例，IEEE 802.11b将频谱划分为11个不同频率的信道。每个AP只能选择一个信道，所以可能存在干扰，因为相邻的AP可能选择相同的信道。为了避免干扰，可以从信道的特点进行分析，当且仅当两个信道由4个或更多信道隔开时它们才无重叠，特别是信道1、6和11的集合是唯一的3个非重叠信道的集合。
      一种可行的方案是，网络管理员可以在同一个物理网络中安装3个IEEE 802.11b的AP，为这些AP分配信道1、6和11，然后将每个AP都连接到一台交换机上。当一个用户的无线站点能接收到3个AP很强的信号时，为了接入因特网，用户的无线站点需要与其中一个AP相关联，并加入其中一个子网。建立关联后无线站点自身会跟AP之间创建一个虚拟链路，关联的AP会与用户的无线站点互相发送数据帧，用户通过关联的AP接入因特网。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图31 讲义编号NODE50923300070200000104：针对本讲义提问 ]
    • 无线主机如何发现AP呢？IEEE 802.11标准规定，每个AP周期性地发送信标帧（beacon frame），每个信标帧包括该AP的SSID和MAC地址。用户的无线站点，可以通过扫描11个信道，获得正在发送信标帧的AP。通过信标帧得到可用AP后，选择其中一个AP进行关联。
      发现AP的过程分为被动扫描（passive scanning）和主动扫描（active scanning）。被动扫描指的是无线主机扫描信道和监听信标帧的过程，其原理如图7.12a所示。无线主机也能够进行主动扫描，主动扫描是指无线主机，通过向位于无线主机范围内的所有AP广播探测帧的过程，其原理如图7.12b所示。在探测到多个可选AP后，可以选择其中一个AP与之关联。
      第七章　无线与移动网络 - 图32
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图33 讲义编号NODE50923300070200000105：针对本讲义提问 ]

    • 二、IEEE 802.11的MAC协议
      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（CSMA with collision avoidance）。尽管以太网和IEEE 802.11都使用载波侦听随机接入，但这两种MAC协议有着重要的区别。IEEE 802.11使用碰撞避免而以太网使用碰撞检测；由于无线信道相比有线信道具有较高的误比特率，IEEE 802.11使用链路层确认/重传（ARQ）方案。
      支持信道预约的CSMA/CA协议的原理如图7.13所示。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隔（Distributed Inter－Frame Space，DIFS）的短时间后，发送一个很短的请求发送（Request To Send，RTS）控制帧。RTS帧包括源地址、目的地址和本次通信所需的持续时间等信息。若目的站正确收到源站发来的RTS帧，且物理介质空闲，则等待一个短帧间间隔（Short Inter－Frame Spacing，SIFS）时间后，发送一个很短的允许发送（Clear To Send，CTS）控制帧作为响应，其中包括本次通信所需的持续时间等信息。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图34 讲义编号NODE50923300070200000106：针对本讲义提问 ]
    • 这样，源站和目的站周围的其他站点可以监听到两者要通信，其他站点在其持续通信时间内不会发送，这个时间段称为网络分配向量（Network Allocation Vector，NAV），NAV是其他站根据监听到的RTS或CTS帧中的持续时间来确定数据帧传输的时间。源站收到CTS帧后，再等待一段SIFS时间后，即可发送数据帧，若目的站正确收到了源站发来的数据帧，在等待时间SIFS后，就向源站发送确认帧（ACK）。
      第七章　无线与移动网络 - 图35
      CSMA/CA通过RTS和CTS帧的交换，可以有效避免隐藏站问题，实现信道的预约占用，从而可以有效避免数据帧传输过程中的冲突，这也是该协议名称的含义。当然，这种机制也并不能完全消除冲突，例如两个站点同时发送RTS帧就会冲突，此时由于不能成功收到CTS帧，每个尝试发送数据的站会随机避让一段时间再尝试。由于RTS和CTS帧很短，所以这类帧的冲突与数据帧的冲突相比，造成的信道资源“浪费”要小很多。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图36 讲义编号NODE50923300070200000107：针对本讲义提问 ]

    • 三、IEEE 802.11帧
      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7.14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。
      第七章　无线与移动网络 - 图37
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图38 讲义编号NODE50923300070200000108：针对本讲义提问 ]

    • 1.地址字段
      IEEE 802.11数据帧最特殊的地方就是有4个地址字段，表7.2给出的是IEEE 802.11帧的地址字段最常用的两种情况（在有基础设施的网络中只使用前3种地址，地址4多用于自组织网络）。
      结合图7.15，无线主机A向无线主机B发送数据帧，但这个数据帧必须经过AP转发。首先主机A把数据帧发送到接入点API，然后由API把数据帧发送给B。当A把数据帧发送给API时，帧控制字段中的“去往AP＝1”“来自AP＝0”。因此地址1是API的MAC地址（接收地址），地址2是主机A的MAC地址（源地址），地址3是主机B的MAC地址（目的地址）。接收地址和目的地址的区别在于接收这个帧的地址是API的MAC地址，但这个帧的最终目的地址是主机B的MAC地址。
      第七章　无线与移动网络 - 图39
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图40 讲义编号NODE50923300070200000109：针对本讲义提问 ] | 表7.2 IEEE 802.11数据帧的地址 | | | | | | | —- | —- | —- | —- | —- | —- | | 去往AP | 来自AP | 地址1 | 地址2 | 地址3 | 地址4 | | 0 | 1 | 目的地址 | AP地址 | 源地址 | － | | 1 | 0 | AP地址 | 源地址 | 目的地址 | － |

    • 当API把数据帧转发给B时，帧控制字段中的“去往AP＝0”而“来自AP＝1”。地址1是主机B的MAC地址（目的地址），地址2是API的MAC地址（发送地址），地址3是主机A的MAC地址（源地址），发送地址和源地址的区别在于发送地址是API的MAC地址，但这个帧的源地址是主机A的MAC地址。
      现在考虑另一种情况，假定要把数据报从图7.15中路由器R的接口2转发到主机C。路由器知道主机C的IP地址（要转发的数据报的目的IP地址）。路由器R使用ARP得到主机C的MAC地址。然后路由器R把要转发的数据报封装成以太网帧（假设为以太网连接），其源MAC地址是路由器R的接口2的MAC地址，而目的MAC地址是主机C的MAC地址。
      以太网帧到达AP2之后，AP2先将以太网帧转换为无线局域网IEEE 802.11帧，其中的地址1、地址2分别是主机C的MAC地址和AP2的MAC地址，地址3是路由器R的接口2的MAC地址。同理，主机C在把数据报发往路由器R时，先封装成IEEE 802.11帧发送到接入点AP2。
      这时，帧的地址1和地址2分别是AP2的MAC地址和主机C的MAC地址，而地址3是路由器R的接口2的MAC地址。AP2收到IEEE 802.11帧后，将其转换为以太网帧，其源地址是主机C的MAC地址，目的地址是路由器R在接口2的MAC地址。事实上，路由器R的接口2就是主机C的默认网关。表7.3总结了这种情况下地址字段信息。
      表7.3 数据报在路由器R和主机C之间的传输
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图41 讲义编号NODE50923300070200000110：针对本讲义提问 ] | 数据报流向 | 去往AP | 来自AP | 地址1 | 地址2 | 地址3 | 地址4 | | —- | —- | —- | —- | —- | —- | —- | | R接口2→AP2 | 以太网帧（目的地址：C的地址，源地址：R接口2地址） | | | | | | | AP2→C | 0 | 1 | C的地址 | AP2地址 | R接口2地址 | － | | C→AP2 | 1 | 0 | AP2地址 | C的地址 | R接口2地址 | － | | AP2→R如口2 | 以太网帧（目的地址：R接口2地址，源地址：C的地址） | | | | | |

    • 2.序号、持续期和帧控制字段
      在IEEE 802.11网络中，无论何时一个站点正确地接收到一个来自其他站点的帧，它都会发一个确认帧。因为确认帧可能会丢失，发送站点可能会发送一个给定帧的多个副本。使用序号可以使接收方区分新传输的帧和以前帧的重传。因此在IEEE 802.11帧中的序号字段在链路层与在传输层中的类似字段有着完全相同的目的。
      IEEE 802.11的MAC协议允许传输结点预约信道一段时间，包括传输其数据帧的时间和传输确认帧的时间。这个持续期值被包括在该帧的持续期字段中（在数据帧、RTS帧以及CTS帧中均存在）。帧控制字段包括许多子字段，其中比较重要的子字段包括类型和子类型字段，用于区分关联帧、RTS帧、CTS帧、ACK帧和数据帧。“去往AP”和“来自AP”字段用于定义不同地址字段的含义（这些含义随着使用自组织模式或者基础设施模式而改变，而且在使用基础设施模式时，也随着是无线站点还是AP发送帧而变化）。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图42 讲义编号NODE50923300070200000111：针对本讲义提问 ]


    • 第四节 蜂窝网络
      当一台无线主机位于一个IEEE 802.11接入点附近时，可以通过接入IEEE 802.11网络从而与互联网进行交互，这是建立在无线主机附近有IEEE 802.11网络的基础上的，然而大多数IEEE 802.11网络只有一个小规模覆盖范围。因此想要在任何时间、任何地点都能接入到互联网，仅靠IEEE 802.11无线局域网是不行的。
      近几年，蜂窝无线通信网发展迅速，其信号覆盖范围已经相当广阔，人们常去的地方几乎都能进行无线通信。虽然在一些偏远的地方可能没有无线信号，但从覆盖面积上来说，蜂窝无线通信网的覆盖面要比Wi-Fi无线局域网的覆盖面大得多。因此，想要随时随地接入因特网，利用蜂窝无线通信网是一个不错的选择。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图43 讲义编号NODE50923300070200000112：针对本讲义提问 ]

    • 一、蜂窝网络体系结构
      蜂窝移动网络发展十分迅速，到目前为止，世界上已有超过30种不同的标准。第一代蜂窝移动通信（1G）是为语音通话设计的模拟FDMA系统。1G蜂窝移动通信网络历史悠久，已经被淘汰了。第二代蜂窝移动通信（2G）的代表性体制就是最流行的GSM（Global System for Mobile Communication）系统，该系统使用200kHz的带宽，除了基本的语音通信，还能提供低速数字通信（短信服务）。为了能够提供接入互联网服务，2G蜂窝移动通信系统增加了如GPRS和EDGE等技术，这些技术是从2G到3G的一个过渡的衔接性技术。
      下面以2G蜂窝移动通信网络为例，对蜂窝网络体系结构进行描述。蜂窝是指由一个蜂窝网覆盖的区域被分成许多称作小区（Cell）的地理覆盖区域，小区如图7.16左侧的六边形所示。每个小区包含一个收发基站（Base Transceiver Station，BTS），负责向位于其小区内的移动站点发送或接收信号。一个小区的覆盖区域取决于许多因素，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。
      第七章　无线与移动网络 - 图44
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图45 讲义编号NODE50923300070200000113：针对本讲义提问 ]
    • 2G蜂窝系统的GSM标准的空中接口使用了FDMA/TDMA组合技术。使用纯FDMA，信道被划分成许多频段，每个呼叫分配一个频段。使用纯TDMA，时间被划分为帧，每个帧又被进一步划分为时隙，每个呼叫在循环的帧中被分配使用特定的时隙。在组合FDMA/TDMA系统中，信道被划分为若干子频带；对于每个子频带，时间又被划分为复用帧的时隙。因此，对于一个组合FDMA/TDMA系统，如果信道被划分为F个子频带，并且时间被划分为T个时隙，那么该信道将能够支持F×T个并发的呼叫。
      一个GSM网络的基站控制器（Base Station Controller，BSC）通常服务于几十个收发基站，BSC的责任是为移动用户分配BTS无线信道，执行寻呼（paging）（找出某移动用户所在的小区），执行移动用户的切换。基站控制器及其控制的收发基站共同构成了GSM基站系统（Base Station System，BSS）。
      移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）在用户鉴别和账户管理（决定是否允许某个移动设备与蜂窝网络连接）以及呼叫建立和切换中起着决定性的作用。单个MSC通常包含多达5个BSC。一个蜂窝服务提供商的网络将由若干个MSC构成，并使用称为网关MSC的特殊MSC将提供商的蜂窝网络与更大的公共电话网相连。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图46 讲义编号NODE50923300070200000114：针对本讲义提问 ]

    • 二、蜂窝网络中的移动性管理
      GSM标准采用了一种间接路由选择方法管理移动性。移动用户向某个蜂窝网提供商订购了服务，该蜂窝网就成为了这些用户的归属网络。移动用户当前所在网络称为被访网络。GSM的归属网络维护一个称作归属位置注册器（Home Location Register，HLR）的数据库，HLR中包括每个用户的永久蜂窝电话号码、用户个人信息以及这些用户当前的位置信息。
      如果一个移动用户当前漫游到另一个提供商的蜂窝网络中，HLR中将包含足够多的信息，来获取被访网络中对移动用户的呼叫应该路由选择到的地址。当一个呼叫定位到一个移动用户后，通信者将与归属网络中的归属MSC（home MSC）联系。
      GSM的被访网络维护一个称作访问者位置注册器（Visitor Location Register，VLR）的数据库。VLR为每一个当前在其服务网络中的移动用户包含一个表项，VLR表项随着移动用户进入和离开网络而出现或消失。VLR通常与移动交换中心（MSC）在一起，该中心协调到达或离开被访网络的呼叫建立。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图47 讲义编号NODE50923300070200000115：针对本讲义提问 ]
    • 一个服务商的蜂窝网络将为其用户提供归属网络服务，同时为在其他蜂窝服务商订购服务的移动用户提供被访网络服务。当一个通信者对一个手机移动通信用户进行呼叫时，图7.17描述了一个呼叫如何定位到被访网络中的一个移动GSM用户。
      第七章　无线与移动网络 - 图48
      当移动用户进入地理上相邻的另一个小区时，将与该小区的基站相关联，这样就出现了切换（hand－off）。移动用户的呼叫初始时通过一个基站（旧基站）路由选择到移动用户，而在切换后它经过另一个基站（新基站）路由选择到移动用户。基站之间切换不仅导致移动用户向/从一个新的基站传输/接收信号，而且导致正在进行的呼叫重新进行路由选择。实际的蜂窝网络切换过程比较复杂，会涉及非常复杂的信令交换，在此不再详细解释。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图49 讲义编号NODE50923300070200000116：针对本讲义提问 ]

    • 三、移动通信2G/3G/4G/5G网络
      1.2G网络
      GSM，全球移动通信系统，是由欧洲电信标准组织ETSI制定的一个数字移动通信标准。GSM系统与第一代蜂窝系统相比，它的信令和语音信道都是数字式的，因此被看作是第二代（2G）移动电话系统的开端。GSM系统自20世纪90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图50 讲义编号NODE50923300070200000117：针对本讲义提问 ]
    • 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WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA三大技术标准。
      3G是由国际电信联盟（ITU）率先提出并负责组织研究的、采用宽带CDMA技术的通信系统。工作频段为2000MHz，最高业务速率第一阶段为2000kbit/s。1996年第三代移动通信系统正式更名为国际移动通信2000（IMT2000）。3G移动通信系统框图如图7.18所示。
      第七章　无线与移动网络 - 图51
      IMT2000系统由终端（UIM＋MT）、无线接入网（RAN）与核心网（CN）三部分组成。终端部分完成移动终端功能，包括用户识别模块UIM和移动台MT，其中UIM的作用相当于GSM的SIM卡；无线接入网完成用户接入业务的全部功能，包括所有与空中接口相关的功能，以使核心网受无线接口影响最小；核心网由交换网和业务网组成，交换网完成呼叫及承载控制等功能，业务网完成支撑业务所需功能，包括位置管理等。无线接口（UNI）为移动台与基站之间的接口；RAN－CN接口为无线接入网与核心网之间的接口；NNI为核心网与其他IMT2000家族核心网之间的接口。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图52 讲义编号NODE50923300070200000118：针对本讲义提问 ]
    • 3.4G/LTE网络
      随着移动用户对高速率数据业务需求的提高，3G系统逐渐暴露了一些问题，例如，不能支持较高的通信速率、不能真正实现不同频段、不同业务环境间的无缝漫游等。针对这些不足，第四代移动通信技术开始出现。
      3GPP组织从2004年开始了长期演进（Long Term Evolution，LTE）的标准化项目。相比传统的移动通信网络，LTE系统在无线接入技术（空中接口）和网络结构方面都发生了巨大的变化。3GPP选择了正交频分多路复用（OFDM）技术作为LTE下行空中接口的无线传输技术，而采用单载波频分复用（Single Carrier Frequency Division Multiple Access，SC－FDMA）作为上行空中接口的无线传输技术。
      从网络结构上看，整个网络只包括两层，即接入层和核心网。网络结构将原来的基站控制器功能实体取消，使网络结构朝扁平化方向发展。LTE系统要求基站（evolved Node B，e－NodeB）和接入网关在用户平面直接互联以降低接入时延，将3G网中的无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）的底层功能在基站实现，也就是e－NodeB的高层功能在接入网关（Access Gateway，AGW）实现，同时在核心网层面取消传统的电路交换而采用基于分组交换的核心网结构。LTE系统架构如图7.19所示。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图53 讲义编号NODE50923300070200000119：针对本讲义提问 ]
    • 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。在5G时代，无线通信领域将可能不再出现类似3G时代的TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000、WiMax和4G时代的TD－LTE、FDD－LTE的标准之争，全球5G技术有望共用一个标准。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、随时随地可接入性等要求，以解决未来移动互联网的流量风暴、网络拥塞等问题。
      2013年5月，韩国三星电子宣布成功开发5G的核心技术。可在28GHz超高频段以1Gbit/s以上速率传输数据，最长距离达2km，远快于4G技术。下载一部高清电影也许只需要1s，预计未来将实现10Gbit/s的传输速率。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图54 讲义编号NODE50923300070200000120：针对本讲义提问 ]

    • 第五节 移动IP网络
      移动IP（Mobile IP）由IETF开发，允许计算机移动到外地时，仍然保留其原来的IP地址。移动IP是一个灵活的标准，支持许多不同的运行模式，代理与移动结点相互发现的多种方式，使用单个或多个COA，以及多种形式的封装。
      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。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图55 讲义编号NODE50923300070200000121：针对本讲义提问 ]

    • —、代理发现
      移动IP定义了一个归属代理或外部代理来向移动结点通告其服务的协议，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。
      代理发现（agent discovery）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：代理通告或者代理请求。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图56 讲义编号NODE50923300070200000122：针对本讲义提问 ]
    • 1.代理通告（agent advertisement）
      外部代理或归属代理使用一种现有路由器发现协议的扩展协议来通告其服务。该代理周期性地在所有连接的链路上广播一个类型字段为9（路由器发现）的ICMP报文。路由器发现报文也包含路由器（即该代理）的IP地址，因此允许一个移动结点知道该代理的IP地址。路由器发现报文还包括了一个移动性代理通告扩展，其中包含了该移动结点所需的附加信息。在移动性代理通告扩展中有以下一些较重要的字段。
      ·归属代理位（H）。指出该代理是它所在网络的一个归属代理。
      ·外部代理位（F）。指出该代理是它所在网络的一个外部代理。
      ·注册要求位（R）。指出在该网络中的某个移动用户必须向某个外部代理注册。特别是，一个移动用户不能在外部网络（如使用DHCP）中获得一个转交地址，并假定由它自己承担外部代理的工作，无须向外部代理注册。
      · M、G封装位。指出除了“IP中的IP”（IP－in－IP）封装形式外，是否还要用其他的封装形式。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图57 讲义编号NODE50923300070200000123：针对本讲义提问 ]
    • ·转交地址（COA）字段。由外部代理提供的一个或多个转交地址的列表。在下面的例子中，COA将与外部代理关联，外部代理将接收发给该COA的数据报，然后再转发到适当的移动结点。移动用户再向其归属代理注册时将选择这些地址中的一个作为其COA。
      图7.20所示为移动性代理通告扩展的ICMP路由器发现报文。
      第七章　无线与移动网络 - 图58
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图59 讲义编号NODE50923300070200000124：针对本讲义提问 ]
    • 2.代理请求（agent solicitation）
      一个想知道代理的移动结点不必等待接收代理通告，就能广播一个代理请求报文，该报文只是一个类型值为10的ICMP报文。收到该请求的代理将直接向该移动结点单播一个代理通告，于是该移动结点将继续处理，就好像刚收到一个未经请求的通告一样。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图60 讲义编号NODE50923300070200000125：针对本讲义提问 ]

    • 二、向归属代理注册
      移动IP定义了移动结点和/或外部代理向一个移动结点的归属代理注册或注销COA所使用的协议。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。下面考虑前一种情况，共涉及4个步骤，如图7.21所示。
      第七章　无线与移动网络 - 图61
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图62 讲义编号NODE50923300070200000126：针对本讲义提问 ]
    • 1）当收到一个外部代理通告后，移动结点立即向外部代理发送一个移动IP注册报文。注册报文承载在一个UDP数据报中，并通过端口434发送。注册报文携带以下内容：一个由外部代理通告的COA、归属代理的地址（HA）、移动结点的永久地址（MA）、请求的注册寿命（lifetime）和一个64位的注册标识（identification）。请求的注册寿命指示了注册有效的秒数。如果注册没有在规定的时间内在归属代理上更新，则该注册将变得无效。注册标识就像一个序号，用于匹配收到的注册应答与注册请求。
      2）外部代理收到注册报文并记录移动结点的永久IP地址。外部代理知道现在它应该查收这样的数据报，即它封装的数据报的目的地址与该移动结点的永久地址相匹配。然后外部代理向归属代理的端口434发送一个移动IP注册请求报文（同样封装在UDP数据报中），其中包括COA、HA、MA、封装格式要求、请求的注册寿命以及注册标识。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图63 讲义编号NODE50923300070200000127：针对本讲义提问 ]
    • 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。自此以后，归属代理接收到发往移动结点的数据报时，会将数据报封装，并以隧道方式发送给COA。归属代理发送一个移动IP注册应答，该应答报文中包含有HA、MA、实际注册寿命和被认可的请求报文注册标识。
      4）外部代理接收注册应答，然后将其转发给移动结点。到此，注册便完成了，移动结点就能接收到发往其永久地址的数据报了。
      当某个移动结点离开其网络时，外部代理无须显示地取消某个COA的注册。当移动结点移动到一个新网（不管是另一个外部网络还是其归属网络）并注册一个新COA时，上述情况将自动发生。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图64 讲义编号NODE50923300070200000128：针对本讲义提问 ]

    • 第六节 其他典型无线网络简介
      —、WiMax
      全球微波互联接入（World Interoperability for Microwave Access，WiMax）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。从严格意义讲，WiMax不是一个移动通信系统的标准，而是一种城域网（MAN）技术。按照IEEE 802.16标准，网络运营商部署一个信号塔，可以覆盖超过数千米的区域，覆盖区域内任何地点的用户都可以接入到蜂窝网络，从而使用户能够便捷地在任何地方连接到运营商的宽带无线网络，从而接入Internet。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图65 讲义编号NODE50923300070200000129：针对本讲义提问 ]

    • 二、蓝牙
      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，而 IEEE 802.11是一个大功率、中等范围、高速率的“ 接入” 技术。为此，IEEE 802.15.1网络优势被 称为无线个人区域网络（Wireless Personal Area Network，WPAN )标准。IEEE 802.15.1 的链路层和物理层基于早期用于个人区域网络的蓝牙（Bluetooth)规范，所以通常也将IEEE 802.15.1网络称为蓝牙网络。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图66 讲义编号NODE50923300070200000130：针对本讲义提问 ]

    • 三、ZigBee
      IEEE的第二个个人区域网络标准是IEEE 802.15.4，被称为ZigBee。虽然蓝牙网络提供了一种“电缆替代”方案，且数据速率达到几兆位每秒，但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。高带宽网络通常意味着高功耗、高成本，但是并非所有的网络应用都需要高带宽，例如，室内温度与湿度监测应用都是使用简单、低功率、低工作周期、低成本的智能传感器设备，并不需要高带宽。，ZigBee是非常适合于这类设备的。
      ZigBee定义了20kbit/s、40kbit/s、100kbit/s和250kbit/s不同数据速率，取决于信道的频率。
      ZigBee网络结点可以分两类：“简化功能设备”和“全功能设备”。多个“简化功能设备”通常在单个“全功能设备”控制下，作为从设备运行，与蓝牙网络的从设备非常相似。一个“全功能设备”能够作为一个主设备运行，就像在蓝牙中控制多个从设备那样，并且多个“全功能设备”还能够配置为一个网状（mesh）网络，其中“全功能设备”在它们之间发送帧。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图67 讲义编号NODE50923300070200000131：针对本讲义提问 ]
    • 本章小结
      本章介绍无线链路和无线网络特性、移动网络基本原理、无线局域网IEEE 802.11、蜂窝网络、移动IP网络、WiMax、蓝牙、ZigBee等内容。
      无线网络基本组成包括无线主机、基站、无线链路和网络基础设施。无线网络模式包括基础设施模式和自组织网络模式，主要区别在于基础设施模式无线网络中有基站，而自组织网络没有基站。无线链路的特殊性，决定了无线网络有一些不同于有线网络的特性，比如隐藏站问题。
      移动网络首先一定是无线网络。移动网络实现移动结点寻址的基本策略包括间接路由选择和直接路由选择。间接路由选择对通信方来说，通信过程透明，但存在三角路由问题，很多移动网络采用间接路由策略。直接路由可以避免三角路由问题，但对通信方不透明。移动结点在移动过程中会用到两个地址，一个是永久地址，另一个是转交地址。归属代理和外代理实现移动结点的移动跟踪与管理。
      IEEE 802.11是目前应用最广泛的无线局域网技术。一个IEEE 802.11无线局域网，包括移动主机、AP、无线链路和网络基础设施。一个AP以及与之关联的无线主机构成一个基本服务集（BSS）。无线主机可以通过主动扫描或被动扫描的方式与AP进行关联。IEEE 802.11的MAC协议是CSMA/CA。CSMA/CA通过RTS和CTS帧的交换，可以有效避免隐藏站问题，实现信道的预约，从而有效避免数据帧传输过程中的冲突。
      另外，CSMA/CA采用确认帧对成功接收的数据帧进行确认。IEEE 802.11帧比较特殊的一点是帧中有4个地址字段，其中地址1、地址2和地址3在不同情形下取值不同，地址4多用于自组织网络模式。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图68 讲义编号NODE50923300070200000132：针对本讲义提问 ]
    • 蜂窝网络是典型的移动通信网络，其基本组成主要包括移动台（移动终端）、基站、无线链路（空中接口）、基站控制器、移动交换中心和基础设施网络等。蜂窝网络移动性管理采用的是间接路由选择。实现移动管理的实体包括HLR和VLR，移动台主要涉及两个号码，手机号和漫游号。目前，移动通信网络已由1G、2G、3G发展到目前主流的4G网络，技术也由最初的FDMA，经历了FDMA/TDMA、CDMA，发展到4G网络的OFDMA和MIMO等新技术。最新一代的移动通信网络，即5G网络也即将走入人们的生活。
      移动IP包括3部分：代理发现、注册以及间接路由选择。代理发现通过捕获归属代理或外代理定期发送的代理通告ICMP报文，发现归属代理或外代理。注册是完成向外代理注册移动结点的永久地址，并向归属代理注册COA。移动IP采用间接路由选择实现移动性。
      [ 第七章　无线与移动网络 - 图69 讲义编号NODE50923300070200000133：针对本讲义提问 ]

    • [ 第七章　无线与移动网络 - 图70 讲义编号NODE50923300070200000134：针对本讲义提问 ] | 简答题
      1.简述无线主机发现AP的过程。

      | | | | —- | —- | —- | | 第七章　无线与移动网络 - 图71 | | | | | 『正确答案』每个AP周期性地发送信标帧，每个信标帧包括该AP的SSID和MAC地址（2分）。用户的无线站点可以通过扫描11个信道，获得正在发送信标帧的AP（2分）。通过信标帧得到可用AP后，选择其中一个AP进行关联（1分）。
      『答案解析』参见教材P252。

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