無線網(wǎng)絡技術概述課件

1、無線網(wǎng)絡技術第1頁，共25頁。無線網(wǎng)絡的作用隨著網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，人們的需求不斷提高，移動計算技術更加得到青睞。構造無處不在的計算環(huán)境，真正實現(xiàn)6A：任何人(anyone)在任何時候(anytime)、任何地點(anywhere)可以采用任何方式(any means)與其他任何人(any other)進行任何通信(anything)。無線網(wǎng)絡技術是實現(xiàn)6A夢想的核心技術。第2頁，共25頁?，F(xiàn)狀新技術層出不窮、新名詞應接不暇 從無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、無線體域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)到無線廣域網(wǎng)從移動Ad Hoc網(wǎng)絡到無線傳感器網(wǎng)絡、無線Mesh網(wǎng)絡從Wi-Fi到WiMedia、WiMAX從IEEE80

2、2.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20從固定寬帶無線接入到移動寬帶無線接入從藍牙到紅外、HomeRF，從UWB到ZigBee從GSM、GPRS、CDMA到3G、超3G、4G. 第3頁，共25頁。無線網(wǎng)絡的技術主線從無線網(wǎng)絡覆蓋范圍的角度看，有無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)和移動Ad Hoc網(wǎng)絡(可以歸到無線局域網(wǎng)范疇) 從無線網(wǎng)絡應用的角度看，無線接入網(wǎng)絡、有無線傳感器網(wǎng)絡、無線Mesh網(wǎng)絡等 第4頁，共25頁。教學參考書：汪濤 主編，無線網(wǎng)絡技術導論（第二版），清華大學出版社，2012.10美Steve Rackley 著，吳怡等譯，無線網(wǎng)

3、絡技術原理與應用，電子工業(yè)出版社，2012,3謝希仁編著，計算機網(wǎng)絡（第6版）無線網(wǎng)絡一章第5頁，共25頁。第1章 概述1.1 無線網(wǎng)絡的發(fā)展史1.2 無線網(wǎng)絡的興起1.3 網(wǎng)絡體系結構1.4 協(xié)議參考模型1.5 與網(wǎng)絡相關的標準化組織第6頁，共25頁。無線網(wǎng)絡指的將地理位置上分散的計算機通過無線電技術連接起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享的網(wǎng)絡。無線網(wǎng)絡中的傳輸媒介是無線電波。和有線網(wǎng)絡不同的是，這種網(wǎng)絡通信模式不需要實現(xiàn)物理布線。無線網(wǎng)絡最大的優(yōu)點是可以讓人們擺脫有線的束縛，更便捷、更自由的溝通。1.1 無線網(wǎng)絡的發(fā)展史第7頁，共25頁。 無線通信網(wǎng)絡的歷史起源可以追朔到六十年前的第二次世界大戰(zhàn)期

4、間。1971年時，夏威夷大學的研究員創(chuàng)造了第一個基于封包式技術(分組交換)的無線電通訊網(wǎng)絡ALOHANET，可以算是相當早期的無線局域網(wǎng)絡(WLAN)。 第8頁，共25頁。無線網(wǎng)絡分類 從無線網(wǎng)絡覆蓋范圍看無線個域網(wǎng)無線局域網(wǎng)無線城域網(wǎng)/廣域網(wǎng)從無線網(wǎng)絡的應用角度看，還可以劃分出無線傳感器網(wǎng)絡、無線Mesh網(wǎng)絡、無線穿戴網(wǎng)絡、無線體域網(wǎng)等，這些網(wǎng)絡一般是基于已有的無線網(wǎng)絡技術，針對具體的應用而構建的無線網(wǎng)絡。 第9頁，共25頁。無線個域網(wǎng) 無線個域網(wǎng)（WPAN）指的是在便攜式通信設備之間進行短距離自組連接的網(wǎng)絡。WPAN的覆蓋范圍一般在10m半徑以內。 藍牙(Blue Tooth)是一種典型的

5、無線個域網(wǎng)技術。除藍牙外，傳統(tǒng)的紅外無線傳輸技術、家庭射頻和目前最新的Zigbee、超寬帶無線技術UWB都可以用于無線系統(tǒng)內部互連，構建無線個域網(wǎng)、無線體域網(wǎng)等。 第10頁，共25頁。無線局域網(wǎng) 第一類是有固定基礎設施的：最典型的是802.11WLAN，也就是我們都熟悉的WIFI。第二類是無固定基礎設施的:自組織網(wǎng)絡/移動Ad hoc網(wǎng)絡第11頁，共25頁。無線城域/廣域網(wǎng)絡 蜂窩電話所使用的無線電網(wǎng)絡就是一個低帶寬無線系統(tǒng)的例子 ，第一代移動通信系統(tǒng)（1G）是基于模擬傳輸?shù)模涮攸c是業(yè)務量小、質量差、交全性差、沒有加密和速度低，不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務和不能提供自動漫游等，目前已基本淘汰。在第二代移

6、動通信技術（2G）中，GSM的應用最廣泛。但是GSM系統(tǒng)只能進行電路域的數(shù)據(jù)交換，且最高傳輸速率為9.6kbit/s，難以滿足數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。因此，歐洲電信標準委員會（ETSI）推出了GPRS。第12頁，共25頁。GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務技術的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務，屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提

7、升至56甚至114Kbps。第13頁，共25頁。分組交換技術是計算機網(wǎng)絡上一項重要的數(shù)據(jù)傳輸技術。為了實現(xiàn)從傳統(tǒng)語音業(yè)務到新興數(shù)據(jù)業(yè)務的支持，GPRS在原GSM網(wǎng)絡的基礎上疊加了支持高速分組數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡，向用戶提供WAP瀏覽（瀏覽因特網(wǎng)頁面）、E-mail等功能，推動了移動數(shù)據(jù)業(yè)務的初次飛躍發(fā)展，實現(xiàn)了移動通信技術和數(shù)據(jù)通信技術（尤其是Internet技術）的完美結合。GPRS是介于2G和3G之間的技術，也被稱為2.5G。第14頁，共25頁。第三代移動通信系統(tǒng)（3G），也稱IMT 2000，其最基本的特征是智能信號處理技術，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供各種寬帶信息業(yè)務，例如高速數(shù)據(jù)、慢速

8、圖像等。第三代移動通信標準有WCDMA，CDMA2000和TDS-CDMA三大分支。第四代移動通信技術（4G）是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像的技術產品。4G是3G技術的進一步演化，是在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡和技術的基礎上不斷地提高無線通信的網(wǎng)絡效率和功能。4G的核心技術包括軟件無線電技術、OFDM技術、MIMO技術、智能天線等。第15頁，共25頁。除由電信系統(tǒng)發(fā)展起來的無線移動廣域網(wǎng)外外，其它的高帶寬廣域無線網(wǎng)絡也在迅速發(fā)展。它們最初的關注點是提供一種能繞過電話系統(tǒng)接入因特網(wǎng)的無線城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)技術。相應的標準有的已經(jīng)開發(fā)出來：無線城域網(wǎng)標準IEEE 802.16無線廣域網(wǎng)標準IEEE

9、 802.20第16頁，共25頁。無線傳感器網(wǎng)絡 無線傳感網(wǎng)絡(WSN，wireless sensor networks)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。 第17頁，共25頁。無線Mesh網(wǎng)絡無線Mesh網(wǎng)絡(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡) 是由移動Ad Hoc網(wǎng)絡順應人們無處不在的In

10、ternet接入需求演變而來，被形象稱為無線版本的Internet 。在無線Mesh網(wǎng)絡中，任何無線設備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。這種結構的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點進行傳輸，直到到達最終目的地為止。第18頁，共25頁。無線穿戴網(wǎng)絡無線穿戴網(wǎng)絡是基于短距離無線通信技術(藍牙和ZigBee技術等)與可穿戴式計算機(wearcomp)技術、穿戴在人

11、體上、具有智能收集人體和周圍環(huán)境信息的一種新型個域網(wǎng)(PAN)。 第19頁，共25頁。1.3 網(wǎng)絡體系結構計算機網(wǎng)絡就是計算機的集合，不管是有線網(wǎng)絡還是無線網(wǎng)絡，和計算機系統(tǒng)一樣，計算機網(wǎng)絡也是由這兩部分構成，沒有網(wǎng)絡軟件支持的網(wǎng)絡硬件無法真正成為能夠向人們提供服務的系統(tǒng)。網(wǎng)絡體系結構研究的對象就是網(wǎng)絡軟件。第20頁，共25頁。網(wǎng)絡體系結構是指網(wǎng)絡各組成部件和各部件所應完成功能的精確定義，以及完成這些功能所應遵循的各種協(xié)議的總稱。大多數(shù)的網(wǎng)絡的體系結構都采用層次結構模型；因此，網(wǎng)絡體系結構也可定義為網(wǎng)絡的層次結構模型以及各層協(xié)議的集合。或者說，分層和每層協(xié)議的總和，稱為網(wǎng)絡體系結構。體系結構說

12、明了網(wǎng)絡的總體功能。但是，對層數(shù)的設置和每層功能及協(xié)議，不同體的系結構看法不一。第21頁，共25頁。TCP/IP參考模型 無線網(wǎng)絡的協(xié)議模型是什么樣？第22頁，共25頁。無線網(wǎng)絡的協(xié)議模型 不同類型的無線網(wǎng)絡所重點關注的協(xié)議層次是不一樣的。無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)一般不存在路由的問題，所以它們沒有制定網(wǎng)絡層的協(xié)議，主要采用傳統(tǒng)IP協(xié)議。無線網(wǎng)絡存在共享訪問介質的問題，所以和傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)一樣，MAC協(xié)議是所有無線網(wǎng)絡協(xié)議的重點 第23頁，共25頁。無線網(wǎng)絡的協(xié)議模型 無線頻譜管理的復雜性，也導致無線網(wǎng)絡物理層協(xié)議也是一個重點。對于傳輸層協(xié)議來說，大多數(shù)TCP的實現(xiàn)都已經(jīng)小心地作了優(yōu)化，但優(yōu)化的基礎是對于有線網(wǎng)絡成立對于無線網(wǎng)絡卻并不成立