移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：原理、技術(shù)與應(yīng)用 第3版 課件 CH1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)1課程大綱

引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求課程安排移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP技術(shù)

2移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動(dòng)云計(jì)算移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)課程大綱

引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求課程安排移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP技術(shù)

3移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動(dòng)云計(jì)算移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)移動(dòng)通信技術(shù)兩個(gè)重要（但有所區(qū)別的）的概念

無線:用戶通過無線鏈路進(jìn)行通信移動(dòng):用戶網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)發(fā)生變化4無線通信

在戶外使用電磁波傳輸語音等數(shù)據(jù)

電磁波特性

光速傳播(c=3x108m/s)頻率(f)和波長(zhǎng)(l)c=fxl高頻率意味著高能量

能量越大穿透力越強(qiáng)

長(zhǎng)波:100-1000m(30-300kHz)和短波:20-200m(150-1500kHz)5無線傳輸機(jī)制無線傳播展現(xiàn)出的物理特性是復(fù)雜多樣的，但通常來說總結(jié)為三種主要特性:反射

衍射

散射

6無線傳輸機(jī)制反射

當(dāng)電磁波傳播經(jīng)過大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自身波長(zhǎng)的物體時(shí)產(chǎn)生例如:從地表和建筑物上反射這些反射可能與源信號(hào)之間產(chǎn)生正向或負(fù)向干擾

7障礙建筑物RR:反射信號(hào)源接收者街道無線傳輸機(jī)制

衍射

當(dāng)電磁波在信號(hào)源和接收者之間傳播遇到不能被穿透的物體和鋸齒狀物體表面而偏離直線傳播時(shí)發(fā)生解釋了在城市和鄉(xiāng)村中，原本沿直線傳播的電磁波如何能傳播到因視線被遮擋而看不到的地方

8障礙建筑物DRR:反射D:衍射信號(hào)源接收者街道無線傳輸機(jī)制

散射

當(dāng)電磁波傳播經(jīng)過大小與自身波長(zhǎng)相近或比較小的物體時(shí)產(chǎn)生

當(dāng)傳播路徑中存在眾多細(xì)小障礙物時(shí)產(chǎn)生.當(dāng)傳播路徑中存在小顆粒、粗糙表面和其他不規(guī)則物體時(shí)產(chǎn)生

與衍射遵循相同的原則使得傳播過來的電磁波能量朝四周散去

燈柱和路牌都有可能導(dǎo)致散射現(xiàn)象

9障礙建筑物DRSR:反射D:衍射S:散射信號(hào)源接收者D街道電磁頻譜10基礎(chǔ)–傳播特性光波沿直線傳播在

VLF,LF,andMF

波段,無線電波在地表傳播.調(diào)幅廣播使用MF波段11基礎(chǔ)–傳播特性在

VLF,LF,andMF

波段,無線電波沿地面?zhèn)鞑?調(diào)幅廣播使用MF波段在

HF

波段,電磁波往往會(huì)被地表吸收。

到達(dá)電離層(距地表大約100-500km),被吸收吸收反射電離層12基礎(chǔ)–傳播特性LOS路徑反射波定向天線的使用波沿多條路徑傳播LOS:直線傳播反射波干擾原信號(hào)VHF傳播13基礎(chǔ)–傳播特性

14高頻無線電波特性

難以繞過障礙物

多條直傳路徑

低頻無線電波特性

可以繞過障礙物傳輸模型15通常關(guān)注頻率在幾MHz到幾GHz之間的電磁波的特點(diǎn)和傳輸模型無線信道建模對(duì)以下幾方面來說是比較重要的:決定一個(gè)信號(hào)源的覆蓋范圍

決定信號(hào)源的能量需求

決定電池的使用時(shí)間

尋找調(diào)制和編碼方法以提升信道質(zhì)量

決定信道容量的上限電磁頻譜161m10m100m1km10km100km1000kmSatelliteRadioMobilePhoneWirelessLANBlueteethInfrared（1012~5X1012GHz)（2.4~2.48GHz)（2.4~2.4835GHz)（800M~2GHz)（88~108MHz)（300GHz)載頻/信道

載頻

發(fā)送者和接收者之間傳輸?shù)男畔⒈怀休d到一個(gè)特殊的頻段

信道特性

每個(gè)信道都有一個(gè)固定的頻帶寬度(KHz)和容量(bit-rate)不同的頻段(信道)之間可以并行和獨(dú)立的傳輸信息17移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)步行移動(dòng)用戶

低速

小范圍漫游

通常高帶寬/低延遲交通工具

高速

大范圍漫游

通常低帶寬/高延遲

使用高性能終端設(shè)備(手機(jī))

18移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無線主機(jī)筆記本電腦,PDA,IP電話運(yùn)行應(yīng)用19移動(dòng)設(shè)備20移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基站(AP)主要連接有線網(wǎng)絡(luò)中繼–主要負(fù)責(zé)為區(qū)域中的無線用戶和有線網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)21接入設(shè)備(AE)22移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無線鏈路主要用來連接移動(dòng)用戶和基站也用作主干鏈路多種接入?yún)f(xié)議共同保證鏈路的可接入

多種傳輸速率、傳輸距離23網(wǎng)絡(luò)類型無線電報(bào)Marconi(1896)從那時(shí)起到現(xiàn)在…收音機(jī)電視移動(dòng)電話

衛(wèi)星(1960s)WLAN傳感器網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)……24

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

25

蜂窩網(wǎng)

從地理上將網(wǎng)絡(luò)分成一些圓形的小區(qū)域-蜂窩傳輸能量決定蜂窩大小為什么需要蜂窩?頻率復(fù)用無線成功的依據(jù)!從1996年開始,新的移動(dòng)用戶數(shù)量已經(jīng)超過固話用戶26

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

第一代(1G):模擬技術(shù)FDMA模擬調(diào)頻電路交換網(wǎng)絡(luò)通話音質(zhì)較低

無安全機(jī)制

低容量AMPS(高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)800-900MHz)27

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

2G(第二代)數(shù)字編碼

高比特率聲音有限的數(shù)據(jù)傳輸速率(10Kbps)GSM,D-AMPS(TDMA)andCDMA附屬服務(wù)(數(shù)據(jù),傳真andSMS)一定程度的加密2.5G2G系統(tǒng)的擴(kuò)展(GSM)分組交換連接(GPRS)高數(shù)據(jù)傳輸率(多達(dá)百Kbps)28

蜂窩網(wǎng):演進(jìn)

3G(第三代)高數(shù)據(jù)傳輸率(Mbps)遠(yuǎn)不止語音服務(wù)…支持接入帶寬服務(wù)、全動(dòng)態(tài)語音、視頻會(huì)議、互聯(lián)網(wǎng)接入(IP)IMT_2000W-CDMA,CDMA2000,TD-SCDMA(China)頻率分配

3G&WLAN:互補(bǔ)關(guān)系4G5G29

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

30

WLAN-無線局域網(wǎng)

本地使用無線鏈路連接

IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)

Example:WaveLan,Aironet,WiFiWirelessLAN可能被用于最后一跳的無線接入在主機(jī)和有線網(wǎng)絡(luò)之間的無線接入31

WLAN標(biāo)準(zhǔn)(待續(xù))

HIPERLAN(高性能無線局域網(wǎng))多種變化,從帶寬23.5Mb/s的類型1到帶寬155Mb/s的類型4覆蓋范圍從50米到5千米暫無相關(guān)產(chǎn)品

32

IEEE802.11x

從上世紀(jì)90年代末以來,IEEE已經(jīng)形成4個(gè)802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn):IEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11bIEEE802.11gIEEE802.11n33IEEE802.11

1997:IEEE802.11最原始的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段，最高2Mbps帶寬調(diào)制:FHSS或DSSS安全:WEP&WPA兼容b和g協(xié)議34IEEE802.11a1999:IEEE802.11a5GHz頻段，最高54Mbps帶寬調(diào)制:OFDM安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”不兼容802.11,b和g35IEEE802.11b1999:IEEE802.11b2.4GHz頻段，最高11Mbps帶寬

調(diào)制:DSSSwithCCK安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11和g36IEEE802.11g2003:IEEE802.11g2.4GHz頻段，最高54Mbps帶寬調(diào)制:采用OFDM，帶寬高于20Mbps,采用補(bǔ)充編碼鍵控的DSSS，帶寬最高20Mbps 安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11和b37IEEE802.11n2009:IEEE802.11n2.4GHz頻段，最高54Mbps傳輸速率調(diào)制:MCS調(diào)制編碼表規(guī)定了各種調(diào)制機(jī)制安全:WEP&WPA“Wi-Fi認(rèn)證”兼容802.11a/b/g38網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN

衛(wèi)星39

個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)

使各種設(shè)備之間可以短距連接

10米范圍內(nèi)家用電器,辦公設(shè)備,“可穿戴”計(jì)算設(shè)備IrDA(紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì))對(duì)使用紅外線作為無線用戶最后一跳連接的技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)傳輸速率總共為4Mb/s,但僅能達(dá)到115Kb/s范圍在幾米內(nèi)，僅能直線傳播

容易受到干擾40

網(wǎng)絡(luò)類型蜂窩網(wǎng)

無線局域網(wǎng)(WLAN)PAN衛(wèi)星

41

衛(wèi)星

衛(wèi)星天線在地球表面的軌道是固定的

兩個(gè)或多個(gè)（地表）地面站之間的通信主要靠外太空的多個(gè)衛(wèi)星來作為中繼站上行鏈路:地面->衛(wèi)星

下行鏈路:衛(wèi)星->地面

42地面站

地面站衛(wèi)星TCP工作良好?高度:36000km120ms延遲

課程大綱

引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的概念與特點(diǎn)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求課程安排移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)無線接入技術(shù)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP技術(shù)

43移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸機(jī)制移動(dòng)云計(jì)算移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)IEEEIEEE–電氣與電子工程師協(xié)會(huì)1963建立AIEE-

無線電工程師協(xié)會(huì)(1912):IRE-the

美國電氣工程師協(xié)會(huì)(1884)總部設(shè)在紐約在160個(gè)國家中擁有超過425,000名會(huì)員51.4%的會(huì)員在美國宗旨:致力于推動(dòng)電工技術(shù)在理論方面的發(fā)展和應(yīng)用方面的進(jìn)步.44IEEE-知名協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE802

IEEE802.3————以太網(wǎng)IEEE802.11————無線局域網(wǎng)IEEE802.15————藍(lán)牙IEEE802.16————寬帶無線接入…45IETF46IETF—國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組

公開性質(zhì)的大型民間國際團(tuán)體，匯集了與互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和互聯(lián)網(wǎng)順利運(yùn)作相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者、運(yùn)營者、投資人和研究人員首次會(huì)議于1986年1月16日召開每年召開三次會(huì)議對(duì)所有對(duì)此行業(yè)感興趣的人士開放IETF-文稿

互聯(lián)網(wǎng)草案互聯(lián)網(wǎng)草案是IETF相關(guān)領(lǐng)域相關(guān)工作組的工作文稿，其他工作組也可以發(fā)布草案。互聯(lián)網(wǎng)草案沒有正式的定位，可以在任何時(shí)間被修改或刪除;因此不能在任何正式的文檔中被引用。47IETF-文稿

RFC—征求評(píng)議文件RFC是由工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家以備忘錄的形式描述適用于互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方法、行為、研究和創(chuàng)新工作。它提交同行評(píng)審或簡(jiǎn)單地表達(dá)新概念,信息或(偶爾的)工程上的小幽默。IETF將其中一些發(fā)布，作為互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的RFC。48IETF-工作組IETF工作組是IETF的主要機(jī)構(gòu)，主要復(fù)雜制定規(guī)范和指南，而這其中許多最后將變成標(biāo)準(zhǔn)和建議

工作組通常用來解決特定的問題或產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)特定的可交付成果(指導(dǎo)方針、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等)。49IETF-主要的工作組ApplicationsInternetOps&MgmtRAIRoutingSecurityTransport50ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織—ISO1946在倫敦建立宗旨:在世界范圍內(nèi)促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展51什么是標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是一種提供可以持續(xù)使用,以確保材料、產(chǎn)品、流程和服務(wù)是適合相應(yīng)目的的需求、規(guī)范、指南或特征的文檔。

ISO已經(jīng)發(fā)布了超過19500個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可以從ISO商店或它們的成員那里購買。52ITU國際電信