無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)_第1章 緒論

1、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),主講：何淵淘he_yuan_tao@163.com,生活中的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,本課程所需要提前掌握的知識(shí),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)以太網(wǎng)的MAC，LLC協(xié)議，CSMA/CD協(xié)議TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型和ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型中各層的作用和功能網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用,本課程學(xué)習(xí)目的,無線網(wǎng)絡(luò)是今后通訊技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)了解各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)，例如性能、適用面能夠組建常用的無線網(wǎng)絡(luò)，并將無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于項(xiàng)目開發(fā)中,無線網(wǎng)絡(luò)的作

2、用,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，人們對(duì)信息需求不斷提高，移動(dòng)計(jì)算技術(shù)更加得到青睞。構(gòu)造無處不在的計(jì)算環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)6A：任何人(anyone)在任何時(shí)候(anytime)、任何地點(diǎn)(anywhere)可以采用任何方式(any means)與其他任何人(any other)進(jìn)行任何通信(anything)。,現(xiàn)狀,新技術(shù)層出不窮、新名詞是應(yīng)接不暇 無線個(gè)域網(wǎng)、從無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)到無線廣域網(wǎng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線Mesh網(wǎng)

3、絡(luò)從Wi-Fi、WiMAX從IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20從固定寬帶無線接入到移動(dòng)寬帶無線接入從藍(lán)牙到紅外、HomeRF，從UWB到ZigBee從GSM、GPRS、CDMA到3G、4G,教材:《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論》 汪濤 主編，清華大學(xué)出版社，2008.2,參考:《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理與應(yīng)用》 拉克利 主編，電子工業(yè)出版社出版社,教學(xué)方法,理論方面：掌握主流的

4、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的原理和特點(diǎn)了解無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和局限性實(shí)踐方面：進(jìn)行無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn),考核方法,撰寫課程論文，總結(jié)自己的學(xué)習(xí)體會(huì)及對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)。發(fā)揮想象力，對(duì)未來的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行展望。簡(jiǎn)單的無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)考核進(jìn)行開卷考試，考察學(xué)生對(duì)基本概念原理的了解,章節(jié)安排,第1章 緒論第2章 無線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)第3章 無線局域網(wǎng)第4章 無線個(gè)域網(wǎng)第5章 無線城域網(wǎng)第6章 無線廣域網(wǎng)第7章 移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)

5、第8章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第9章 無線Mesh網(wǎng)絡(luò),40學(xué)時(shí)理論8學(xué)時(shí)實(shí)踐,第1章 緒論,1．1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1．2 無線網(wǎng)絡(luò)的興起1．3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1．4 協(xié)議參考模型1．5 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織,1．1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程,第一階段：誕生階段第二階段：形成階段第三階段：互聯(lián)互通階段第四階段：高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)階段,第一階段：誕生階段,20世紀(jì)50年代中后期，這樣就出現(xiàn)了第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都是

6、以單個(gè)計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空和金融系統(tǒng),第二階段：形成階段,20世紀(jì)60年代中期至70年代出現(xiàn)，典型代表是美國(guó)的ARPANETIMP為網(wǎng)絡(luò)的核心提出資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的概念,第三階段：互聯(lián)互通階段,20世紀(jì)70年代末至90年代的第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)典型代表為ISO-OSI/RM和TCP/IP大量基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)核心已經(jīng)成為路由器,第四階段：高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)階段,20世紀(jì)90年代末至今的第四代計(jì)算機(jī)

7、網(wǎng)絡(luò)多媒體計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，用戶對(duì)帶寬需求增大主干道由光纖網(wǎng)絡(luò)組成用戶接入技術(shù)也有很大的變化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就像一個(gè)對(duì)用戶透明的大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。,1.2 無線網(wǎng)絡(luò)的興起,無線網(wǎng)絡(luò)興起的原因（方便快捷，節(jié)省成本）無線網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以讓人們擺脫有線的束縛，更便捷、更自由的溝通。無線網(wǎng)絡(luò)能大大降低建網(wǎng)成本，特別是邊遠(yuǎn)地區(qū)。無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的歷史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大戰(zhàn)期間(ad

8、-hoc)1971年時(shí)，夏威夷大學(xué)的研究員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)ALOHANET，可以算是相當(dāng)早期的無線局域網(wǎng)絡(luò),無線網(wǎng)絡(luò)分類,從無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍看系統(tǒng)內(nèi)部互連/無線個(gè)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(luò)的應(yīng)用角度看無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)無線穿戴網(wǎng)絡(luò)、無線體域網(wǎng)這些網(wǎng)絡(luò)一般是基于已有的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對(duì)具體的應(yīng)用而構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)。,系統(tǒng)內(nèi)部互連/無線個(gè)域網(wǎng),系統(tǒng)內(nèi)部互連是指通過短距離的

9、無線電，將一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件連接起來。 藍(lán)牙(Blue Tooth)是一種典型的短距離無線網(wǎng)絡(luò)，將這些部件以無線的方式連接起來 。紅外、家庭射頻和目前最新的Zigbee（紫蜂）、超寬帶無線技術(shù)UWB都可以用于無線系統(tǒng)內(nèi)部互連。,無線局域網(wǎng),無線局域網(wǎng)協(xié)議:802.11WLAN，包括802.11a, 802.11b, 802.11g,Wi-Fi無線局域網(wǎng)分類。第一類是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的:提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入第二類是無固定基礎(chǔ)設(shè)施

10、的:自組織網(wǎng)絡(luò)/移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，適用于軍事需要,無線城域/廣域網(wǎng)絡(luò),WiMAX全球微波接入互操作性，基于802.16。蜂窩電話所使用的無線電網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)低帶寬無線系統(tǒng)的例子 ,例如3G技術(shù)。高帶寬廣域無線網(wǎng)絡(luò)正在迅速發(fā)展。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)有的已經(jīng)開發(fā)出來，如IEEE 802.16，有的正在制訂完善中，如IEEE 802.20。,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN，wireless sensor networks)是當(dāng)前在國(guó)際上備受

11、關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。 綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)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(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通。,無線Mesh網(wǎng)絡(luò),無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)) 是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完

12、全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)，是由移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)順應(yīng)人們無處不在的Internet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(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動(dòng)重新路由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸

13、。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。,無線穿戴網(wǎng)絡(luò),無線穿戴網(wǎng)絡(luò)是基于短距離無線通信技術(shù)(藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)等)與可穿戴式計(jì)算機(jī)(wearcomp)技術(shù)、穿戴在人體上、具有智能收集人體和周圍環(huán)境信息的一種新型個(gè)域網(wǎng)(PAN)。,1.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)分為硬件和軟件兩部分，二者缺一不可網(wǎng)絡(luò)也是由軟硬件兩部分構(gòu)成，沒有網(wǎng)絡(luò)軟件支持的網(wǎng)絡(luò)硬件無法真正成為能夠向人們

14、提供服務(wù)的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的對(duì)象就是網(wǎng)絡(luò)軟件。網(wǎng)絡(luò)軟件高度復(fù)雜,1.3.1 協(xié)議分層,通訊所需要完成的工作數(shù)據(jù)通路激活網(wǎng)絡(luò)如何表示接受數(shù)據(jù)方發(fā)起方檢查對(duì)方是否做好準(zhǔn)備對(duì)方是否做好文件接受工作格式不兼容的處理出現(xiàn)差錯(cuò)和事故的處理,分層設(shè)計(jì),分層設(shè)計(jì)有效得解決了一個(gè)復(fù)雜的問題 網(wǎng)絡(luò)軟件被組織成一堆相互疊加的層，每一層都建立在其下一層的基礎(chǔ)之上每一層對(duì)等實(shí)體采用協(xié)議進(jìn)行通信下層通過層間接口為上層提供服務(wù)分層和協(xié)議

15、的集合就是網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),五層模型實(shí)例,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議棧,層和協(xié)議的集合就是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一個(gè)特定系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議（每層一個(gè)協(xié)議）稱為協(xié)議棧,1.3.2 層次設(shè)計(jì)問題,數(shù)據(jù)發(fā)送方和接受方的標(biāo)示數(shù)據(jù)包可能被破壞，需要差錯(cuò)控制保證數(shù)據(jù)包按序接受快發(fā)送方和慢接受方協(xié)調(diào)速度分組的最大長(zhǎng)度讓多個(gè)通訊進(jìn)程共享一條線路（多路復(fù)用）路由選擇,1.3.3 服務(wù)的類型,面向連接的服務(wù)連接就是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。

16、 面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個(gè)階段，是一種可靠的服務(wù)。 無連接服務(wù)兩個(gè)實(shí)體之間的通信不需要先建立好一個(gè)連接。是一種不可靠的服務(wù)，常被描述為“盡最大努力交付”(best effort delivery)或“盡力而為”。,兩種服務(wù)類型的具體實(shí)現(xiàn),固定電話網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)（基于郵政系統(tǒng)）,兩種服務(wù)的差別,兩種服務(wù)的典型實(shí)現(xiàn)通訊節(jié)點(diǎn)是否預(yù)留資源數(shù)據(jù)是否在同一條路徑上傳輸數(shù)據(jù)包到達(dá)的順序是否會(huì)改變是否與其他設(shè)備共

17、享同一條通訊線路（復(fù)用）資源利用率高還是低是否能保證服務(wù)質(zhì)量計(jì)費(fèi)方式的差別,為什么要使用無連接的服務(wù)？,1.3.4 協(xié)議和服務(wù)的關(guān)系,什么是實(shí)體（通訊實(shí)體）？實(shí)體是任何可以接受和發(fā)送信息的硬件和軟件進(jìn)程實(shí)體是特定的軟件模塊什么是協(xié)議？協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合協(xié)議的語法規(guī)定交換信息的格式協(xié)議的語義規(guī)定接受方、發(fā)送方的操作什么是服務(wù)？系統(tǒng)中下層為上層軟件提供的操作，又稱為原語,相鄰兩層的關(guān)系,哲學(xué)家-

18、翻譯-秘書結(jié)構(gòu),層級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),每一層所完成任務(wù)較少，容易優(yōu)化層之間耦合度小，易于替換功能進(jìn)行分割，每層能高效的完成任務(wù),郵件收發(fā)的過程,網(wǎng)絡(luò)分層的優(yōu)勢(shì),每層針對(duì)一個(gè)特定的問題，代碼量小，易于優(yōu)化。層之間關(guān)系簡(jiǎn)介，便于進(jìn)行復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)。每層向外提供簡(jiǎn)潔的接口，便于代碼復(fù)用（面向?qū)ο螅?1.4 協(xié)議參考模型,ISO/OSI模型：法定標(biāo)準(zhǔn)，無人遵守。TCP/IP模型 ：事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，全球遵守。,1.4.1 OSI參考模型,OSI

19、模型每層功能,物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層,模型中的協(xié)議,1.4.2 TCP/IP參考模型,比較OSI與TCP/IP模型（1）,兩種模型的差別模型和協(xié)議棧產(chǎn)生先后順序不同關(guān)于服務(wù)、接口、協(xié)議明確度不同層間耦合度存在差異層數(shù)目不同網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層支持服務(wù)類型不同,比較OSI與TCP/IP模型（2）,為什么TCP/IP獲得了成功出現(xiàn)的時(shí)機(jī)協(xié)議的復(fù)雜程度協(xié)議是否容易實(shí)現(xiàn)政策的失誤,無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模

20、型（1）,不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)所重點(diǎn)關(guān)注的協(xié)議層次是不一樣的。無線局域網(wǎng)、無線個(gè)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(luò)層的協(xié)議，主要采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)存在共享訪問介質(zhì)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(luò)協(xié)議的重點(diǎn),無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模型（2）,無線頻譜管理的復(fù)雜性，也導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議也是一個(gè)重點(diǎn)不同國(guó)家頻譜使用方式不同對(duì)于傳輸層協(xié)議來說，雖然大多數(shù)TCP都已經(jīng)小心地作了優(yōu)

21、化，而優(yōu)化的基礎(chǔ)是一些假設(shè)條件對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)是成立的，但對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)卻并不成立滑動(dòng)窗口，wifi的隱藏站點(diǎn)問題應(yīng)用層的協(xié)議并不是無線網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)，只要支持傳統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議就可以了,1.6 與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織,電信領(lǐng)域中最有影響的組織ITU （國(guó)際電信聯(lián)盟）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域中最有影響的組織ISO （國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）IEEE（電子電器工程師協(xié)會(huì)） Internet標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域中最有影響的組織IAB（Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)）