無線網(wǎng)絡技術(shù)_第1章 緒論

1、無線網(wǎng)絡技術(shù),主講：何淵淘he_yuan_tao@163.com,生活中的無線網(wǎng)絡設備,本課程所需要提前掌握的知識,計算機網(wǎng)絡的基礎知識以太網(wǎng)的MAC，LLC協(xié)議，CSMA/CD協(xié)議TCP/IP網(wǎng)絡模型和ISO/OSI網(wǎng)絡模型網(wǎng)絡模型中各層的作用和功能網(wǎng)絡的各種應用,本課程學習目的,無線網(wǎng)絡是今后通訊技術(shù)發(fā)展的趨勢了解各種無線網(wǎng)絡技術(shù)的特點，例如性能、適用面能夠組建常用的無線網(wǎng)絡，并將無線網(wǎng)絡應用于項目開發(fā)中,無線網(wǎng)絡的作

2、用,網(wǎng)絡技術(shù)快速發(fā)展，人們對信息需求不斷提高，移動計算技術(shù)更加得到青睞。構(gòu)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)。,現(xiàn)狀,新技術(shù)層出不窮、新名詞是應接不暇 無線個域網(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、無線傳感器網(wǎng)絡、無線Mesh網(wǎng)

3、絡從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寬帶無線接入從藍牙到紅外、HomeRF，從UWB到ZigBee從GSM、GPRS、CDMA到3G、4G,教材:《無線網(wǎng)絡技術(shù)導論》 汪濤 主編，清華大學出版社，2008.2,參考:《無線網(wǎng)絡技術(shù)原理與應用》 拉克利 主編，電子工業(yè)出版社出版社,教學方法,理論方面：掌握主流的

4、無線網(wǎng)絡技術(shù)的原理和特點了解無線網(wǎng)絡的應用和局限性實踐方面：進行無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實驗,考核方法,撰寫課程論文，總結(jié)自己的學習體會及對無線網(wǎng)絡的認識。發(fā)揮想象力，對未來的無線網(wǎng)絡進行展望。簡單的無線局域網(wǎng)組網(wǎng)實驗考核進行開卷考試，考察學生對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)基礎第3章 無線局域網(wǎng)第4章 無線個域網(wǎng)第5章 無線城域網(wǎng)第6章 無線廣域網(wǎng)第7章 移動Ad hoc網(wǎng)絡

5、第8章 無線傳感器網(wǎng)絡第9章 無線Mesh網(wǎng)絡,40學時理論8學時實踐,第1章 緒論,1．1 計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷程1．2 無線網(wǎng)絡的興起1．3 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)1．4 協(xié)議參考模型1．5 網(wǎng)絡相關(guān)的標準化組織,1．1 計算機網(wǎng)絡的發(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)絡技術(shù)階段,第一階段：誕生階段,20世紀50年代中后期，這樣就出現(xiàn)了第一代計算機網(wǎng)絡第一代計算機網(wǎng)絡都是

6、以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)廣泛應用于航空和金融系統(tǒng),第二階段：形成階段,20世紀60年代中期至70年代出現(xiàn)，典型代表是美國的ARPANETIMP為網(wǎng)絡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70年代末至90年代的第三代計算機網(wǎng)絡典型代表為ISO-OSI/RM和TCP/IP大量基于TCP/IP的網(wǎng)絡產(chǎn)品出現(xiàn)網(wǎng)絡核心已經(jīng)成為路由器,第四階段：高速網(wǎng)絡技術(shù)階段,20世紀90年代末至今的第四代計算機

7、網(wǎng)絡多媒體計算機出現(xiàn)，用戶對帶寬需求增大主干道由光纖網(wǎng)絡組成用戶接入技術(shù)也有很大的變化整個網(wǎng)絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng)，發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。,1.2 無線網(wǎng)絡的興起,無線網(wǎng)絡興起的原因（方便快捷，節(jié)省成本）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。無線網(wǎng)絡能大大降低建網(wǎng)成本，特別是邊遠地區(qū)。無線網(wǎng)絡的出現(xiàn)無線網(wǎng)絡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，夏威夷大學的研究員創(chuàng)造了第一個基于封包式技術(shù)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,無線網(wǎng)絡分類,從無線網(wǎng)絡覆蓋范圍看系統(tǒng)內(nèi)部互連/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)這些網(wǎng)絡一般是基于已有的無線網(wǎng)絡技術(shù)，針對具體的應用而構(gòu)建的無線網(wǎng)絡。,系統(tǒng)內(nèi)部互連/無線個域網(wǎng),系統(tǒng)內(nèi)部互連是指通過短距離的

9、無線電，將一臺計算機的各個部件連接起來。 藍牙(Blue Tooth)是一種典型的短距離無線網(wǎng)絡，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設施的:提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入第二類是無固定基礎設施

10、的:自組織網(wǎng)絡/移動Ad hoc網(wǎng)絡，適用于軍事需要,無線城域/廣域網(wǎng)絡,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)絡就是一個低帶寬無線系統(tǒng)的例子 ,例如3G技術(shù)。高帶寬廣域無線網(wǎng)絡正在迅速發(fā)展。相應的標準有的已經(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,無線傳感網(wǎng)絡(WSN，wireless sensor networks)是當前在國際上備受

11、關(guān)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(lǐng)域。 綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術(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。,無線Mesh網(wǎng)絡,無線Mesh網(wǎng)絡(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡) 是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡完

12、全不同的新型無線網(wǎng)絡，是由移動Ad Hoc網(wǎng)絡順應人們無處不在的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(jié)構(gòu)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

13、。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。,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(shù)(藍牙和ZigBee技術(shù)等)與可穿戴式計算機(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域網(wǎng)(PAN)。,1.3 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu),計算機分為硬件和軟件兩部分，二者缺一不可網(wǎng)絡也是由軟硬件兩部分構(gòu)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

14、提供服務的系統(tǒng)。網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)研究的對象就是網(wǎng)絡軟件。網(wǎng)絡軟件高度復雜,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)絡如何表示接受數(shù)據(jù)方發(fā)起方檢查對方是否做好準備對方是否做好文件接受工作格式不兼容的處理出現(xiàn)差錯和事故的處理,分層設計,分層設計有效得解決了一個復雜的問題 網(wǎng)絡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之上每一層對等實體采用協(xié)議進行通信下層通過層間接口為上層提供服務分層和協(xié)議

15、的集合就是網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu),五層模型實例,網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議棧,層和協(xié)議的集合就是網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)一個特定系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議（每層一個協(xié)議）稱為協(xié)議棧,1.3.2 層次設計問題,數(shù)據(jù)發(fā)送方和接受方的標示數(shù)據(jù)包可能被破壞，需要差錯控制保證數(shù)據(jù)包按序接受快發(fā)送方和慢接受方協(xié)調(diào)速度分組的最大長度讓多個通訊進程共享一條線路（多路復用）路由選擇,1.3.3 服務的類型,面向連接的服務連接就是兩個對等實體為進行數(shù)據(jù)通信而進行的一種結(jié)合。

16、 面向連接服務具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個階段，是一種可靠的服務。 無連接服務兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接。是一種不可靠的服務，常被描述為“盡最大努力交付”(best effort delivery)或“盡力而為”。,兩種服務類型的具體實現(xiàn),固定電話網(wǎng)絡因特網(wǎng)（基于郵政系統(tǒng)）,兩種服務的差別,兩種服務的典型實現(xiàn)通訊節(jié)點是否預留資源數(shù)據(jù)是否在同一條路徑上傳輸數(shù)據(jù)包到達的順序是否會改變是否與其他設備共

17、享同一條通訊線路（復用）資源利用率高還是低是否能保證服務質(zhì)量計費方式的差別,為什么要使用無連接的服務？,1.3.4 協(xié)議和服務的關(guān)系,什么是實體（通訊實體）？實體是任何可以接受和發(fā)送信息的硬件和軟件進程實體是特定的軟件模塊什么是協(xié)議？協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(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？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,哲學家-

18、翻譯-秘書結(jié)構(gòu),層級結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,每一層所完成任務較少，容易優(yōu)化層之間耦合度小，易于替換功能進行分割，每層能高效的完成任務,郵件收發(fā)的過程,網(wǎng)絡分層的優(yōu)勢,每層針對一個特定的問題，代碼量小，易于優(yōu)化。層之間關(guān)系簡介，便于進行復雜功能的實現(xiàn)。每層向外提供簡潔的接口，便于代碼復用（面向?qū)ο螅?1.4 協(xié)議參考模型,ISO/OSI模型：法定標準，無人遵守。TCP/IP模型 ：事實標準，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)絡層傳輸層會話層表示層應用層,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、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)絡層和傳輸層支持服務類型不同,比較OSI與TCP/IP模型（2）,為什么TCP/IP獲得了成功出現(xiàn)的時機協(xié)議的復雜程度協(xié)議是否容易實現(xiàn)政策的失誤,無線網(wǎng)絡的協(xié)議模

20、型（1）,不同類型的無線網(wǎng)絡所重點關(guān)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)的網(wǎng)絡層的IP協(xié)議無線網(wǎng)絡存在共享訪問介質(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)絡協(xié)議的重點,無線網(wǎng)絡的協(xié)議模型（2）,無線頻譜管理的復雜性，也導致無線網(wǎng)絡物理層協(xié)議也是一個重點不同國家頻譜使用方式不同對于傳輸層協(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)化的基礎是一些假設條件對于有線網(wǎng)絡是成立的，但對于無線網(wǎng)絡卻并不成立滑動窗口，wifi的隱藏站點問題應用層的協(xié)議并不是無線網(wǎng)絡的重點，只要支持傳統(tǒng)的應用層協(xié)議就可以了,1.6 與網(wǎng)絡相關(guān)的標準化組織,電信領(lǐng)域中最有影響的組織ITU （國際電信聯(lián)盟）國際標準領(lǐng)域中最有影響的組織ISO （國際標準化組織）IEEE（電子電器工程師協(xié)會） Internet標準領(lǐng)域中最有影響的組織IAB（Internet體系結(jié)構(gòu)委員會）