第8章無線網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡

第8章無線網(wǎng)絡和

移動通信網(wǎng)絡第8章無線網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡無線局域網(wǎng)8.1寬帶無線8.2

藍牙8.3

移動自組織網(wǎng)絡8.4無線局域網(wǎng)利用電磁波取代纜線進行信息傳遞，可作為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的延伸、補充、或替代。移動性：通信范圍不再受環(huán)境條件限制，無線局域網(wǎng)有效范圍一般為300米，Wimax可實現(xiàn)50公里的覆蓋，同線粗纜最遠500m，單模光纖最遠3Km；靈活性：安裝容易、使用簡單，可將網(wǎng)絡延伸到線纜無法達到的地方，可方便增、刪、改；組網(wǎng)靈活，可通過基礎結構介入骨干網(wǎng)，也可自組網(wǎng)（adhoc）?？缮炜s性：在適當位置添加接入點（AccessPointAP）和擴展點（ExtendPointEP）即可完成網(wǎng)絡擴充。經(jīng)濟性：可用于物理布線困難和不適合進行物理布線的地方，如危險區(qū)和古建筑等場合；節(jié)省線纜和附件的費用，省去布線工序和人工費用；網(wǎng)絡投入迅速提高經(jīng)濟效益；臨時網(wǎng)絡使用，價格低成本；線路頻繁更換場合，節(jié)省長期成本；8.1無線局域網(wǎng)8.1.1無線局域網(wǎng)的組成無線局域網(wǎng)是由站點（Station，STA）、接入點（AccessPoint，AP）、獨立基本服務組（IndependentBasicServiceSet，IBSS）、基本服務組（BasicServiceSet，BSS）、分布式系統(tǒng)（DistributedSystem，DS）、擴展服務組（ExpandService，ESS）6大部分組成。無線局域網(wǎng)的組成站點(stationSTA)也稱主機(Host)或終端(Terminal)，是無線局域網(wǎng)的最基本組成單元,包括以下幾部分：(1)終端用戶設備：臺式計算機、手機、筆記本電腦等；(2)無線網(wǎng)絡接口：無線網(wǎng)卡及驅動程序；(3)網(wǎng)絡軟件：網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議以及網(wǎng)絡應用程序。無線局域網(wǎng)中的站是可以移動的，分為以下三種：固定站：位置不動的站，如臺式機；半移動站：經(jīng)常改變位置，但位置改變過程中不通信，如筆記本電腦移動站：移動中保持通信，傳輸速度限定在2-10m/s，如手機。無線局域網(wǎng)的組成無線接入點(accesspointAP)：接入點可以理解為用戶無線網(wǎng)絡的無線交換機，固定不動，它是無線網(wǎng)絡的核心。它的作用是提供STA和現(xiàn)有骨干網(wǎng)絡有線網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡之間的橋接。AP可以接入有線局域網(wǎng)也可以不接入有線局域網(wǎng)，但在多數(shù)時候AP與有線網(wǎng)絡相連，以便能為無線用戶提供對有線網(wǎng)絡的訪問。AP通常由一個無線輸出口和一個以太網(wǎng)接口（802.3接口）構成，橋接軟件符合802.1d橋接協(xié)議。

無線局域網(wǎng)的組成無線局域網(wǎng)中的站可以直接互相通信，也可以通過接入點或基站進行通信。站之間的通信距離由天線的輻射范圍和應用環(huán)境而決定?；痉战M（BSS）：802.11在網(wǎng)絡構成上采用單元結構，將整個系統(tǒng)分成許多單元，每個單元稱為一個基本服務組，基本服務組由一個AP和一組任意數(shù)量的STA組成，每個基本服務組都有一個唯一的標識，稱為BSSID。無線局域網(wǎng)的組成分布式系統(tǒng)(distributionsystemDS)：為了覆蓋更大的區(qū)域，把多個BSA通過分布式系統(tǒng)連接起來，形成一個擴展業(yè)務區(qū)ESA(Extendedservicearea)，通過DS互相連接起來的屬于同一個ESA的所有主機組成一個擴展業(yè)務組ESS(Extendedserviceset)。無線局域網(wǎng)的組成分布式系統(tǒng)信道(DSM:distributionsystemmedia)：連接不同BSA的通信信道，可以是有線鏈路也可以是無線鏈路。連接骨干網(wǎng)一般采用有線局域網(wǎng)；連接其他BSS可采用無線分布式系統(tǒng)(WDS:Wirelessdistributionsystem)；分布式系統(tǒng)接口(Portal):

用于連接骨干網(wǎng)和無線

局域網(wǎng)的接口，如：網(wǎng)

橋、路由器、網(wǎng)關。2.IEEE802.11體系結構IEEE802.11體系結構802.11滿足與其他有線802.x系列的無縫融合；應用程序感覺不到任何不同，除了:帶寬低、接入時間長;無線節(jié)點的高層協(xié)議（應用協(xié)議、TCP、IP）與有線節(jié)點的高層協(xié)議一樣；數(shù)據(jù)鏈路層中的LLC與其他IEEE802的局域網(wǎng)一樣，而MAC子層為多種物理層所共用。IEEE802.11體系結構IEEE802.11體系結構IEEE802.11X系列標準對比表協(xié)議發(fā)布

年份標準頻寬最高速度半徑范圍

（室內(nèi)）半徑范圍

（室外）802.1119972.4～2.5GHz2Mbit/s802.11a19995.15～5.35/5.47～5.725/5.725～5.875GHz54Mbit/s約30m約45m802.11b19992.4～2.5GHz11Mbit/s約30m約100m802.11g20032.4～2.5GHz54Mbit/s約30m約100m802.11n20092.4GHzor5GHz600Mbit/s（40MHz*4MIMO）約70m約250m802.11p20095.86～5.925GHz27Mbit/s約300m約1

000m802.11ac20115GHz867Mbit/s，1.73Gbit/s，3.47Gbit/s，6.93Gbit/s（8MIMO，160MHz）約35m8.2寬帶無線2001年第一個關于寬帶無線城域網(wǎng)的標準802.16產(chǎn)生了。2001年4月，由業(yè)界領先的通信設備公司及器件公司共同成立了一個非贏利組織——微波接入全球互操作性認證聯(lián)盟（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，WiMAX）。該聯(lián)盟旨在對基于IEEE802.16標準和ETSIHiperMAN標準的寬帶無線接入產(chǎn)品進行一致性和互操作性認證。由此，業(yè)界說的WiMAX與IEEE802.16標準可互換。1.802.16體系結構與協(xié)議棧802.16協(xié)議標準是按照3層結構體系組織的：物理層數(shù)據(jù)鏈路層會聚層2.802.16協(xié)議棧參考模型8.3藍牙藍牙以公元10世紀一位斯堪的納維亞國王的名字命名。發(fā)明藍牙技術的是瑞典愛立信公司。1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾五家公司經(jīng)過磋商，聯(lián)合成立了藍牙共同利益集團（BluetoothSIG）。99年7月發(fā)布Bluetooth1.0標準。至今加盟藍牙SIG的公司已達到2000多個，藍牙具有廣闊的應用前景和巨大的潛在市場。所謂藍牙(Bluetooth)技術，實際上是一種短距離無線電技術，使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠實現(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡。1.藍牙網(wǎng)絡結構藍牙網(wǎng)絡的基本單元是微微網(wǎng)，微微網(wǎng)由主設備（Master）單元（發(fā)起鏈接的設備）和從設備（Slave）單元構成。

M主設備，S從設備

圖8-4微微網(wǎng)

為了消除限制數(shù)量對通信的影響，同時提高頻譜的利用效率，藍牙允許同一區(qū)域內(nèi)同時存在多個微微網(wǎng)，這樣多個交疊覆蓋的微微網(wǎng)就構成一個分布式散射網(wǎng)。圖8-5散射網(wǎng)1.藍牙網(wǎng)絡結構1．藍牙外設2．文件傳輸3．傳真服務4．藍牙網(wǎng)絡5．撥號網(wǎng)絡6．語音數(shù)據(jù)7．汽車電子8．工業(yè)控制2.藍牙應用8.4移動自組織網(wǎng)絡AdHoc網(wǎng)絡是一種沒有有線基礎設施支持的移動網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的結點均由移動主機構成。AdHoc網(wǎng)絡的出現(xiàn)推進了人們實現(xiàn)在任意環(huán)境下的自由通信的進程，同時它也為軍事通信、災難救助、科學考察、臨時通信等提供了有效的解決方案。自組織網(wǎng)絡已被認為是未來移動通信技術的核心組成部分之一，其自身的獨特性，賦予它巨大的發(fā)展前景。1.移動自組織網(wǎng)絡概述移動自組織網(wǎng)絡是由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的（移動）終端結點組成的一個多跳的臨時性自治系統(tǒng)。每個(移動)終端同時具有路由器和主機兩種功能：作為主機，終端需要運行面向用戶的應用程序；作為路由器，終端需要運行相應的路由協(xié)議節(jié)點間路由通常由多跳(Hop)組成不需要網(wǎng)絡基礎設施，可以在任何地方、任何地點快速構建AdHoc網(wǎng)絡的特點（1）獨立組網(wǎng)不需要任何預先網(wǎng)絡基礎設施動態(tài)拓撲節(jié)點移動/開機/關機節(jié)點無線發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等因素影響自組織無控制中心節(jié)點故障不會影響到整個網(wǎng)絡節(jié)點之間通過無線連接形成的網(wǎng)絡拓撲結構隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度可能都是無法預測的AdHoc網(wǎng)絡的特點（2）多跳路由接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小得多的功率進行通信，因此節(jié)省了能量消耗通過中間節(jié)點參與分組轉發(fā)，能夠有效降低對無線傳輸設備的設計難度和成本，同時擴大了自組織網(wǎng)絡的覆蓋范圍AdHoc網(wǎng)絡的特點（3）特殊的無線信道特征無線信道提供的網(wǎng)絡帶寬比有線信道低得多競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞信號衰落、噪聲干擾以及信道之間的干擾等終端的局限性能量、存儲、計算等資源受限安全性差無線鏈路的開放性移動性導致節(jié)點之間信任關系的變化可擴