專題2 無線網(wǎng)絡(luò)

1、專題2無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),2,本專題目標(biāo),基本內(nèi)容組成無線傳輸（無線傳播、編碼和調(diào)制技術(shù)）概論移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（包括傳統(tǒng)的移動(dòng)通信和當(dāng)前各類無線網(wǎng) 絡(luò)概貌）無線網(wǎng)絡(luò)（衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)WLAN、 無線自 組網(wǎng)、無線傳感網(wǎng) 、 移動(dòng)IP ）,幫助學(xué)生了解無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信的基本原理、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和方法、最新進(jìn)展、面臨的挑戰(zhàn)、及其未來，同時(shí)通過文章

2、閱讀加深對某種特定技術(shù)、特定領(lǐng)域的理解。,,3,主要內(nèi)容,第一部分 技術(shù)背景知識概述 傳輸基礎(chǔ)、通信網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議 第二部分 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP和無線應(yīng)用協(xié)議無線局域網(wǎng)、WiFi、Zigbee標(biāo)準(zhǔn)無線自組織網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò),,4,第一講　概述,國內(nèi)通信及無線通信市場無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀國外研究/開發(fā)狀況無線移動(dòng)通信的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù),,5,國內(nèi)通信及無線通信市場,6,國內(nèi)通信及無線通

3、信市場,,2010年電信業(yè)務(wù)收入構(gòu)成,2010年全國電信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào),2010年，全國電信主營業(yè)務(wù)收入累計(jì)完成8988億元，同比增長6.4%。其中，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)收入6282億元，增長11.2%，占主營業(yè)務(wù)收入的比重上升到69.9%;固定通信業(yè)務(wù)收入2707億元，下降3.3%。,7,國內(nèi)通信及無線通信市場,,2006-2010年基礎(chǔ)電信企業(yè)的增值業(yè)務(wù)收入,2010年全國電信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào),8,國內(nèi)通信及無線通信市場,,國內(nèi)Internet接入用

4、戶數(shù),2011年7月，中國互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)達(dá)到4.85億人，超過美國，躍居世界第一，手機(jī)上網(wǎng)用戶數(shù)3.18億,2010年全國電信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào),9,國內(nèi)通信及無線通信市場,,2011年6月國內(nèi)的移動(dòng)通信用戶總數(shù)已達(dá)到9.07 億,2006-2010年移動(dòng)電話用戶變化,2009年全國電信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào),10,國內(nèi)通信及無線通信市場,,國內(nèi)電信業(yè)務(wù)特性,分析顯示：移動(dòng)話務(wù)收入所占比例基本逐年上升， 其中20

5、06年占54.6%， 2007年占50.9% 2008年占55.1% 2009年占60.4% 2010年占69.9%,2010年，全國電信主營業(yè)務(wù)收入累計(jì)完成8988億元，同比增長6.4%。其中，移

6、動(dòng)通信業(yè)務(wù)收入6282億元，增長11.2%，占主營業(yè)務(wù)收入的比重上升到69.9% ；,2009年全國電信營業(yè)收入累計(jì)完成8707.3億元，同比增長4.1% 移動(dòng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)收入5090.9億元，同比增長13.2%,11,國內(nèi)通信及無線通信市場,,,,人均擁有率,12,移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),移動(dòng)計(jì)算的驅(qū)動(dòng)移動(dòng)應(yīng)用多樣化無線通信網(wǎng)絡(luò)Internet移動(dòng)計(jì)算的目標(biāo)普適計(jì)算（Pervasiv

7、e/ubiquitous）移動(dòng)設(shè)備的用戶可在任何時(shí)間任何地點(diǎn)服務(wù)訪問不同的服務(wù)。,,13,普適計(jì)算,,,,14,15,,虛線為無線鏈路；　實(shí)線為有線鏈路,全球移動(dòng)用戶突破了50億,,,,,,,,,,,,sink,WSN,,2005年國內(nèi)移動(dòng)用戶數(shù)4億2011年國內(nèi)移動(dòng)用戶數(shù)9億,16,無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,,17,無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,,無線熱點(diǎn)（hot-spot）機(jī)場、飯店、會議設(shè)施、咖啡廳、火車站甚至，美國國內(nèi)航班開通Wi-Fi業(yè)務(wù)（

8、２００７）。。Verizon的子公司Airefone公司 全球熱點(diǎn)數(shù)量2002年4800　2005年65000　2006年３月JiWire 數(shù)據(jù)>10萬(美國４萬,英國1.3萬)來自：國務(wù)院發(fā)展研究中心：歐美WiFi市場最新動(dòng)態(tài)2008年：估計(jì)在20多萬個(gè) （美國科技研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合商業(yè)情報(bào) ）2010年（預(yù)計(jì)今年中國的Wi-Fi熱點(diǎn)將超28.5萬個(gè)，是全世界總數(shù)的一半；英國3萬 ）全球熱點(diǎn)用戶數(shù)2010年全球Wi

9、-Fi設(shè)備出貨量將達(dá)到8億，這一數(shù)字在2011年有望刷新至10億。目前，Wi-Fi設(shè)備出貨量累計(jì)達(dá)到20億，全球10%的人口正使用著10億個(gè)Wi-Fi設(shè)備 (Wi-Fi聯(lián)盟首席執(zhí)行官EdgarFigueroa，2010年7月 ),18,無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,IDC（International Data Corporation）預(yù)測WLAN市場預(yù)計(jì)每年將增長29%2007年，在專業(yè)移動(dòng)PC中安裝WLAN系統(tǒng)的普及率從2002年的9%飆升

10、到90%。ＩＤＣ調(diào)查：34%的用戶在家庭使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，而只有27%的用戶在工作場所使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò) 2009年全球WLAN芯片從2008年的12億美元增長到30億美元Analysys（易觀國際）公司報(bào)告美國和西歐公共無線局域網(wǎng)(P-WLAN：Public-WLAN)市場從2002年的3,340萬美元增長到2009年的55億美元美國：2250萬=〉28億西歐：1090萬=〉26.4億包括，法國、德國、瑞典、瑞士、英國

11、,,19,無線熱點(diǎn),,,20,美國的無線部署,Boingo Wireless 預(yù)測未來美國本土的潛在熱點(diǎn)達(dá)到二百萬個(gè)212 conference centers3,032 train stations5,352 airports53,500 hotels72,720 business centers202,600 gas stations480,298 restaurants, bars and cafés1

12、,111,300 retail stores,,21,美國— Starbucks連鎖店,2001年加入MobileStar成為第一個(gè)提供Wi-Fi　Internet接入服務(wù)的零售業(yè)主,22,歐洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,移動(dòng)用戶數(shù)2003年74.9million2007年86.8millionWLAN熱點(diǎn)數(shù)2002年10002003年70002008年700002009年125000Home WLAN2003年　$160　m

13、illion2008年　$290　million,23,歐洲— — “Cloud”http://www.thecloud.net/,Europe最大的公共WiFi網(wǎng)絡(luò)(2003年成立)遍布英國7,000多個(gè)點(diǎn) （2006年５月）在每個(gè)熱點(diǎn)上，都可以隨意打Wireless VoIP, Skype WiFi 2012年將達(dá)約30,000個(gè)英國電信董事會主席邁克爾·雷克最近力挺WiFi說：“最近一年半時(shí)間里，我們的WiF

14、i使用量從幾百萬分鐘發(fā)展到幾十億分鐘。英國很多用戶已經(jīng)把WiFi作為主要接入方式，3G網(wǎng)絡(luò)只作為備份?！钡聡何磥硭哪杲?0,000個(gè)熱點(diǎn)在線服務(wù)：on-line hot-spot locatorCloud被世界經(jīng)濟(jì)論壇評為2006年36個(gè)技術(shù)先鋒之一已經(jīng)在其它歐洲市場部署并開始運(yùn)營Germany、France、Sweden、Italy、Spain、Benelux, Finland, Denmark, Norway, Icel

15、and,24,歐洲— — ”MAGNET”,MAGNET(My personal Adaptive Global NET)開始于2004.1(為期兩年），投資1814萬歐元設(shè)計(jì)歐洲、亞洲和北美洲18個(gè)國家的37家,網(wǎng)絡(luò)以個(gè)人及個(gè)人的需求為中心資源和設(shè)備不局限于個(gè)人周圍取決于時(shí)間、位置和環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)組成、配置和連通,,25,亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,臺灣在2005年年底，臺灣80％以上的地區(qū)覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)信號— — 除了一些偏遠(yuǎn)小

16、地方。在2004年年底“無線臺北”（Wireless Taipei）開始著手建設(shè)后，市民在臺北捷運(yùn)站附近即可享受到各式便捷服務(wù)。2006年臺北完成全市WLAN無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，覆蓋90%的人口，成為全球第一個(gè)寬帶“無線城”（Wireless City）。2006年使用用戶20萬左右“無線網(wǎng)絡(luò)城市”帶來的一些優(yōu)勢。。。不單單是無線接入，還使其他一些服務(wù)成為可能，如無線網(wǎng)絡(luò)+城市地理位置服務(wù)。。交通信息、附近商場促銷信息等無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)

17、字身份認(rèn)證系統(tǒng)相結(jié)合?！，F(xiàn)場狀況查詢（如有多少人排隊(duì)）固定公共設(shè)施 監(jiān)控與管理。。如公交汽車信息人員定位 電視服務(wù),當(dāng)前用戶流失嚴(yán)重！! !。。。,26,亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,日本2004年WLAN設(shè)備（包括AP與無線網(wǎng)絡(luò)卡）出貨量與銷售金額達(dá)到485萬和430億日元。2008年出貨量與銷售金額分別約為980萬與529億日元。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商　　DoCoMo, Vodafone, au(KDDI)手持設(shè)備制造商　　NEC

18、, Sony, Sharp, Panasonic內(nèi)容服務(wù)　　Weathernews, Sega, Bandai(游戲服務(wù)),27,亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,中國高等院校、大公司中國移動(dòng)“隨e行”：GPRS+WLAN…二選1中國電信“天翼通”：ADSL+WLAN中國網(wǎng)通“無線伴旅”：寬帶DIA接入＋WLAN中國聯(lián)通：WLAN+CDMA1X…..CDMA1X vs GPRS2010年底，中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通三大運(yùn)營

19、商部署的WiFi熱點(diǎn)總和已經(jīng)超過30萬個(gè)——其中中國電信11.5萬個(gè)，中國移動(dòng)11萬個(gè)，中國聯(lián)通7.5萬個(gè)。,28,我國的WLAN發(fā)展情況,易觀國際撰寫的《中國Wi-Fi市場白皮書:機(jī)遇、動(dòng)力和挑戰(zhàn)》預(yù)測，北京、天津、青島、武漢、上海、南京、杭州、廣州、深圳、揚(yáng)州等城市正在建造無線城市在未來三年內(nèi)，Wi-Fi技術(shù)在中國的企業(yè)市場將有望以45%的年增長率獲得四倍的增長中國移動(dòng)董事長王建宙2011年5月初對外宣布2011年第一季度W

20、iFi數(shù)據(jù)量已經(jīng)占到公司全部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的30%中國移動(dòng)今年將投入100億元部署WiFi網(wǎng)絡(luò)，3年內(nèi)熱點(diǎn)數(shù)量將達(dá)到100萬個(gè)中國電信市場部總監(jiān)何志強(qiáng)說，目前，中國電信在全國有30萬個(gè)WiFi熱點(diǎn)，到今年年底，將增加到70萬個(gè)，到2012年，熱點(diǎn)數(shù)將增加到100萬個(gè),29,我國主導(dǎo)的WAPI標(biāo)準(zhǔn),原因及發(fā)展歷程WIFI所采用的WEP加密技術(shù)的安全性不足相關(guān)國家信息主權(quán)的安全性考慮我國于2003年著手推動(dòng)WAPI標(biāo)準(zhǔn)…2004年

21、3月，美國務(wù)卿鮑威爾、商務(wù)部長埃文斯、貿(mào)易代表佐立克聯(lián)名致信，要求中國放棄WAPI標(biāo)準(zhǔn)。稱這一標(biāo)準(zhǔn)是國際貿(mào)易的壁壘。 2006年3月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的投票中,WAPI以懸殊的得票率負(fù)于美國標(biāo)準(zhǔn)802.11i. 2008年4月，在ISO/IECJTC1/SC6日內(nèi)瓦會議認(rèn)為802.11i仍無法滿足無線網(wǎng)絡(luò)的安全需求,故專門設(shè)立一個(gè)研究階段,研究將WAPI以何種方式推進(jìn)為國際標(biāo)準(zhǔn).,30,我國主導(dǎo)的WAPI標(biāo)準(zhǔn),2008年7月，在

22、包括ISO/IEC總部官員、中方代表、IEEE代表等參加的WAPI特別會議上,IEEE代表和美國代表改變原本堅(jiān)決反對WAPI提案的立場,達(dá)成了WAPI可作為獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)的共識. 2009年4月，中國工信部召集手機(jī)廠商開會，宣布今后國內(nèi)所有2G和3G手機(jī)都可以使用WAPI技術(shù) 2009年6月1日至5日召開的東京會議上,包括美國代表在內(nèi)的參會成員一致同意,將WAPI作為無線局域網(wǎng)絡(luò)接入安全機(jī)制獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)形式推進(jìn)為國際標(biāo)準(zhǔn)。(其中美國代表杰

23、西·沃克既是英特爾的安全架構(gòu)師,也是802.11i標(biāo)準(zhǔn)的編輯者)，從而獲得打破IEEE壟斷的希望。 2010年7月，ISO/IEC日前發(fā)布WAPI基礎(chǔ)框架方法標(biāo)準(zhǔn)，這意味著我國自主研發(fā)的無線局域網(wǎng)鑒別與保密基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)WAPI標(biāo)準(zhǔn)國際化取得突破然而，2011年6月，WAPI國際化再受干擾，在美國舉行的ISO/IEC JTC1 SC6全會及工作組會議，我國核心專家簽證受阻現(xiàn)在市場上已經(jīng)有了一定款式的手機(jī)支持WAPI…,31,無

24、線傳感網(wǎng),MIT技術(shù)評論和商業(yè)周刊(Business Week)將無線傳感網(wǎng)列為二十一世紀(jì)最有影響的技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將從 “Computer is the network” => “Sensor is the network”無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將極大地改善信息獲取的瓶頸無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將改變?nèi)祟愓J(rèn)識自然、改造自然的能力無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將改變戰(zhàn)爭的方式國家中長期規(guī)劃（2006-2020）將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為亟需突破的關(guān)鍵技

25、術(shù)之一,,32,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),蜂窩網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的是人與人；傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的是人與物、物與物物與物通信業(yè)務(wù)是未來通信業(yè)務(wù)的主體據(jù)估計(jì)，到2017年全世界將有7萬億個(gè)無線設(shè)備服務(wù)于70億人，M2M（Machine2Machine)業(yè)務(wù)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人與人的通信來自中國移動(dòng)中國移動(dòng)的M2M業(yè)務(wù)已經(jīng)呈現(xiàn)加速增長，截至2009年底，全網(wǎng)M2M終端數(shù)約300萬臺，平均年增長率110%中國移動(dòng)已經(jīng)將發(fā)展M2M業(yè)務(wù)作為一項(xiàng)發(fā)展戰(zhàn)略,

26、,33,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),,人類社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步關(guān)系圖,34,日本U-Japan 計(jì)劃2004-2007年共投入29億美元到2010年將帶來371億美元直接收益?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)是四項(xiàng)重點(diǎn)戰(zhàn)略之一,韓國U-Korea 戰(zhàn)略 IT839戰(zhàn)略：到2010年計(jì)劃投入700億美元泛在傳感網(wǎng)USN是三大基礎(chǔ)建設(shè)之一U-Life計(jì)劃：2014年建成松島泛在城市—250億美元,新加坡 “下一代I-Hub” 計(jì)劃,歐洲：1999年eEurope

27、計(jì)劃 ? 2005年i2010計(jì)劃。,臺灣的U-Taiwan 推動(dòng),中國 國家03專項(xiàng)16個(gè)重大專項(xiàng)之三2015年全面推進(jìn)泛在網(wǎng)建設(shè)《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006-2020年）》在重大專項(xiàng)、優(yōu)先主題、前沿領(lǐng)域三個(gè)層面均明確列入傳感器網(wǎng)絡(luò),美國：“智慧地球”2008年IBM“互聯(lián)網(wǎng) + 物聯(lián)網(wǎng) = 智慧地球”? 奧巴馬政府高度重視，刺激經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇?？赡苌仙秊閲覒?zhàn)略。,35,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),傳感網(wǎng)的早期發(fā)展歷程二戰(zhàn)期間：

28、Britain’s Radar Network冷戰(zhàn)時(shí)期： SOSUS（Sound Surveillance System） NORAD （North American Aerospace Defense Command）1970- ：REMBASS（Remote Battlefield Sensor System）1980- ：分布式傳感網(wǎng)（Distributed Sensor Networks (DSN)）項(xiàng)目確定了其技

29、術(shù)構(gòu)架，包括傳感器(聲學(xué)), 通信，處理技術(shù)和算法，分布式軟件，軍方很快意識到傳感網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，成為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的核心組成部分。,,36,21世紀(jì)的傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng),隨著集成電路、MEMS、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與無線通訊等信息技術(shù)的的高速發(fā)展，傳感網(wǎng)已從有限范圍的信息感知擴(kuò)展到各個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能感知。 1999年后得到快速發(fā)展。代表性時(shí)間和項(xiàng)目：DAPAR 1998 : Sensor Information Technology (Sen

30、s IT ） 中科院 1999：《知識創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究》MIT 1999: 提出物聯(lián)網(wǎng) (IoT, Internet of Things）的概念中科院 2002：無線傳感網(wǎng)及演示系統(tǒng)ITU 2005: “物聯(lián)網(wǎng)”年度報(bào)告科技部 2006：973、863“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”國 家 2006：《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》美國

31、2008：智慧地球歐盟 2009：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線圖日本 2009：i-Japan計(jì)劃 中國 2009：感知中國,37,,溫家寶總理針對“物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)”發(fā)展連續(xù)4次明確指示: 2009年6月，就“智慧地球”做出批示，要求認(rèn)真研究。2009年7月，視察中科院長春光機(jī)所，強(qiáng)調(diào)抓住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇。2009年8月，視察無錫“中科院傳感網(wǎng)工程中心”，指示建設(shè)“感知中國”中心。2009年11月

32、3日，在首都科技界講話指出加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)發(fā)展，使其成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。,“我們需要早點(diǎn)謀劃未來，早點(diǎn)攻破核心技術(shù)。”,38,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)分布,,39,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),一般特性: 節(jié)點(diǎn)能量受限通信容量受限存儲容量受限通信范圍受限=〉短距離、大規(guī)模、無線自治傳感器網(wǎng)絡(luò),,40,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景,部署方式,,41,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)）,,軍事應(yīng)用,42,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典

33、型應(yīng)用場景（續(xù)）,環(huán)境監(jiān)測 森林火險(xiǎn)監(jiān)測 洪水監(jiān)測 精確農(nóng)耕 大氣監(jiān)測 環(huán)境的生物復(fù)雜性地圖,43,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)）,遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程監(jiān)控人體的生理數(shù)據(jù)（心臟速率、血壓）采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到負(fù)責(zé)病人的主管醫(yī)生病人獲得極大的行動(dòng)自由度跟蹤和監(jiān)督醫(yī)院內(nèi)的病人和醫(yī)生醫(yī)院的藥物管理正確地識別病人的敏感反應(yīng)避免誤診老人家庭環(huán)境下的護(hù)理 (tele-care) 隨著社會老齡化的加劇而日趨重要,44,無線

34、傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)）,執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)的傳感器網(wǎng)絡(luò),,UCLA,45,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)）,46,,識別攀爬、撞擊、掏洞、拋物、低空飛行物等目標(biāo),,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)） ——機(jī)場防入侵系統(tǒng),47,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)） ——智能交通系統(tǒng),48,電網(wǎng)面臨威脅，電網(wǎng)需要 “堅(jiān)強(qiáng)”、需要“智能”,無

35、線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)） ——智能電網(wǎng),49,,,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景（續(xù)） ——自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表,2007年初，美國已經(jīng)有29個(gè)州李恪確定將傳感器網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)程抄表。Zigbee聯(lián)盟估計(jì)幾年內(nèi)僅美國市場相關(guān)的市場規(guī)模就達(dá)到600億美元以上，由此帶來更多的增值業(yè)務(wù)則難以估計(jì)。,50,未來傳感器網(wǎng)絡(luò),未來傳

36、感器網(wǎng)絡(luò)將是泛在網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)有機(jī)組成部分；中科院研究生院和微電子所、上海微系統(tǒng)所專門成立了泛在與傳感網(wǎng)研究中心,51,傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備UCB（加州伯克利大學(xué)）：SMART DUST,當(dāng)初目標(biāo)（1992年）1 mm3自治傳感器節(jié)點(diǎn)上千個(gè)傳感器組成一個(gè) 無線網(wǎng)絡(luò)研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題開發(fā)相應(yīng)的有用示范系提供測試平臺應(yīng)用對象軍用/民用,52,,傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備UCB：SMART DUST（續(xù)）,53,Stargate (In

37、tel, Crossbow):X-Scale based, 400MHz32MB RAM, Flash; runs Linux,,信息收集節(jié)點(diǎn): sink,Sink example,Sensor: examples,傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 —傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn),54,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),當(dāng)前的困境還沒有真正意義上的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用出現(xiàn)！當(dāng)前最大規(guī)模的示范網(wǎng)絡(luò)是美國國防

38、部高級計(jì)劃署（DARPA）支持的1000傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)真的會是短距離、大規(guī)模的么？傳感器網(wǎng)絡(luò)??傳感器+網(wǎng)絡(luò),,55,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求,,國家相關(guān)科技任務(wù)現(xiàn)有部署國家重大專項(xiàng)“新一代寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)”（03專項(xiàng)）在“短距離無線互聯(lián)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目中，于2008-2012四個(gè)年度分別在無線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)方面分別部署了20多個(gè)課題。2009傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究 傳感器

39、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化與測試驗(yàn)證平臺研究 中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備、接入設(shè)備研制與規(guī)模化制造技術(shù) 低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)系列節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)設(shè)備的研制與產(chǎn)業(yè)化 低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)核心芯片及片上系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 傳感網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的結(jié)合技術(shù)及其M2M業(yè)務(wù)應(yīng)用研究與示范驗(yàn)證 2010中間件軟件、電磁頻譜監(jiān)測、核心芯片研發(fā) 面向民用機(jī)場周界防入侵監(jiān)視的新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證 面向智能電網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證 面向太湖藍(lán)藻爆發(fā)監(jiān)測的傳感器網(wǎng)

40、絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證 面向地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證 面向邊疆地區(qū)公共安全的無線感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成開發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有國家部署情況,國家相關(guān)科技任務(wù)現(xiàn)有部署國家重大專項(xiàng)“新一代寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)”（03專項(xiàng)）在“短距離無線互聯(lián)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目中，于2008—2011四個(gè)年度分別在無線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)方面分別部署了20多個(gè)課題。2011物聯(lián)網(wǎng)總體研究及其技術(shù)體系 物聯(lián)網(wǎng)測試驗(yàn)證平臺泛在

41、網(wǎng)絡(luò)下多終端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)控制平臺及關(guān)鍵技術(shù)2012基于IPv6的低功耗 傳感網(wǎng)技術(shù)及其驗(yàn)證基于Web的無線泛在服務(wù)智能交通物聯(lián)網(wǎng)總體研究智能醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)總體研究,2011年5月，工信部推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)，投資5億元，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有國家部署情況,58,WiNG (Wireless Network Group)體系結(jié)構(gòu)蜂窩和ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的混合體系系統(tǒng)無線路由器系統(tǒng)測量大型WLAN的流量建模協(xié)議分

42、布式分組調(diào)度算法多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的TCP性能傳感器網(wǎng)絡(luò)中組播通信,ＮＳＦ,,無線網(wǎng)絡(luò) ——UCLA:WiNG group,59,產(chǎn)品線Mobile WirelessWireless Integrated Switches and RoutersWireless IP TelephonyWireless LANWireless Network Management

43、Wireless Security Servers解決方案Cisco Structured Wireless-Aware Network　FrameworkWireless Mobility Solutions for Service Providers,無線網(wǎng)絡(luò) ——Cisco,60,無線網(wǎng)絡(luò),61,無線網(wǎng)絡(luò),62,無線網(wǎng)絡(luò),63,（現(xiàn)在聯(lián)想）,無線網(wǎng)絡(luò),64,部分手機(jī)廠商,NokiaN

44、okia9500、筆記本網(wǎng)卡Nokia D211可在GPRS、HSCSD (高速電路交換數(shù)據(jù))和WLAN覆蓋范圍內(nèi)提供“總在線”的互聯(lián)網(wǎng)接入。Motorola寬帶無線WLAN/WPANEricsson位置服務(wù)無線電子郵件移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)支持代理AppleiPhone,無線網(wǎng)絡(luò),65,無線局域網(wǎng),廣泛應(yīng)用存在的問題接入問題：接入哪個(gè)AP？服務(wù)質(zhì)量 （802.11e）公平問題TCP性能？無縫切換安全問題80

45、2.11 n 108Mbps, 最高速率320 Mbps.,66,認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Wireless Networks),無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題-頻譜問題聯(lián)邦通信委員會(FCC)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前無線帶寬利用率只有5~10%!!!,頻譜資源的短缺,頻譜短缺與浪費(fèi)之間的矛盾,,67,無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題-異構(gòu)性問題,67,,,,,,,,,,AP,超高速接入,,核心網(wǎng),,,AP,AP,,,,AR,MBWA,,傳統(tǒng)網(wǎng),2G. 3G.

46、4G 移動(dòng)通信,,,,,,,,Pico-Cell,Micro-Cell,Macro-Cell,Mega-Cell,,Linear-Cell,,,AR,,,Home,,,,,,,,家庭網(wǎng),廣播,PAN,Ad-hoc Network,C,C,認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Wireless Networks),68,認(rèn)知無線電實(shí)施的條件: 不應(yīng)當(dāng)影響預(yù)約用戶的服務(wù)質(zhì)量、信號質(zhì)量等認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到多種網(wǎng)絡(luò)的大融合——當(dāng)前正在研究進(jìn)

47、展中,認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Wireless Networks),69,國外研究計(jì)劃美國的研究項(xiàng)目2003年，美國國防部高級研究計(jì)劃署(DARPA)提供1700萬美元啟動(dòng)了下一代無線通信計(jì)劃(XG)，重點(diǎn)解決頻譜資源的動(dòng)態(tài)使用。歐洲的研究項(xiàng)目歐盟FP6、FP7項(xiàng)目；2008年啟動(dòng)5個(gè)有關(guān)頻譜資源和異構(gòu)網(wǎng)融合的項(xiàng)目，投入超過5000萬歐元；主要面向工程實(shí)現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化IEEE、國際電信聯(lián)盟ITU等對認(rèn)知無線

48、電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化非常積極，分別成立了專門的工作組2011年的世界無線電大會(WRC11)大會將認(rèn)知無線電系統(tǒng)作為重點(diǎn)議程,認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Wireless Networks),70,論壇和標(biāo)準(zhǔn)化組織,IEEEIETF( The Internet Engineering Task Force )3GPP(The 3rd Generation Partnership　Project )第三代合作伙伴計(jì)劃、3GPP23

49、G技術(shù)規(guī)范機(jī)構(gòu) 前者：WCDMA, TD-SCDMA，后者：CDMA2000Wi-Fi、WiMax、Zigbee, Bluetooth,移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,72,第一代移動(dòng)電話— 語音,,(頻段),73,第二代移動(dòng)電話（2G）— 數(shù)字語音,各種制式D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone　System)GSM (Global System for Mobile　communication

50、s)CDMA (Code Division Multiple Access)PDS ( 基于D-AMPS, 日本制式),無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),,74,2G—— D-AMPS（美國）,國際標(biāo)準(zhǔn)是IS-54/IS-136與AMPS兼容（模擬和數(shù)字混合模式）采用850MHz和1900MHz頻帶語音的數(shù)字化工作由手機(jī)完成數(shù)字化+TDM,,75,2G— — GSM （全球通）,采用FDM技術(shù)（發(fā)送和接收頻率不同）共有124對單工信道在每個(gè)

51、頻段又采用TDM為多個(gè)用戶提供服務(wù)GSM的頻段更寬，數(shù)據(jù)率高于D-AMPS信道控制廣播控制信道（基站發(fā)布信息）專用控制信道（呼叫建立）公共控制信道（訪問請求）,GSM：Global System for Mobile communications,76,2G— — CDMA（Code Division Multiple Access）,國際標(biāo)準(zhǔn)是IS-95CDMA的特點(diǎn)每個(gè)站使用整個(gè)頻段發(fā)送信號；多個(gè)站的信號可以線性疊

52、加；利用編碼技術(shù)分離并發(fā)的傳輸；CDMA的關(guān)鍵接收端能提取出期望的信號，同時(shí)拒絕所有其它的信號，并把這些信號當(dāng)作噪聲。,77,2.5G— — 語音為主兼顧數(shù)據(jù),EDGE (Enhanced Data rates for GSM　Evolution)GSM的增強(qiáng)版本更高的數(shù)據(jù)率GPRS (General Packet Radio Service)層疊分組網(wǎng)絡(luò)(GSM)在語音系統(tǒng)的cell中發(fā)送/接收IP分組,GSM →

53、GPRS → EDGE (384Kbps) →EGPRS (470 Kbps),78,第三代移動(dòng)電話（3G）— 數(shù)字語音和數(shù)據(jù),ＩＭＴ２０００（Mobile Telecommunication System 2000 ）——國際移動(dòng)通信系統(tǒng)2000，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)…. “3G的學(xué)名”2000的含義: 當(dāng)時(shí)希望2000年在2000MHz頻點(diǎn)左右推動(dòng)3G期待的性能高質(zhì)量的語音傳輸消息機(jī)制（取代email、fax、SMS、

54、chat… ）多媒體（聽音樂、看視頻/電影/電視… ）訪問Internet視頻會議、群玩游戲、e-commerce…單一的標(biāo)準(zhǔn)化世界,79,IMT-2000,W-CDMA (Wideband CDMA)頻分雙工直接序列擴(kuò)頻歐, 日,韓,中CDMA2000頻分雙工多載波CDMA基于IS-95并與之兼容美國TD-SCDMA大唐,西門子,兩者比較,,比如: W-CDMA頻帶3.84MHz cdma20

55、00 1.2288M cdma2000小區(qū)間同步 而W-CDMA 小區(qū)間異步,80,UMTS: 全球移動(dòng)通信系統(tǒng),多cell環(huán)境下的全球無縫操作全球漫游: 多模式、多波　段、低成本終端，便攜服　務(wù)& QoS與Internet的多媒體接口基于核心GSM, 與IMT-　2000一致傳輸技術(shù)FDD模式: =WCDMATDD模式:已經(jīng)死掉了,,81,2G/3G 移動(dòng)和帶寬的折衷,Wi

56、Max,,82,TD-SCDMA,以TD為核心內(nèi)容的“新一代寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)已經(jīng)啟動(dòng)（從2008年底開始）。中國移動(dòng)正在部署基于TD-SCDMA的3G網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在全國多個(gè)大城市展開…正在發(fā)展中,,83,第四代移動(dòng)通信系統(tǒng),,WMN,,84,,,無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),85,,,混合無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),86,網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢,歐洲國家一般認(rèn)為4G是以IPv6為基礎(chǔ)的，網(wǎng)絡(luò)的所有單位都有自己的IP地址；諾基亞認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是有線無線的統(tǒng)一。愛

57、立信認(rèn)為最終的4G應(yīng)該是以IPv6為基礎(chǔ)的共同核心網(wǎng)，多種無線接入網(wǎng)絡(luò)共存的網(wǎng)絡(luò)。摩托羅拉認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)是IPv6網(wǎng)絡(luò)，接入系統(tǒng)則是多種無線接入方式的統(tǒng)一。朗訊認(rèn)為4G是現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)和WLAN的結(jié)合。,ＩＰ是核心,無線寬帶接入,＋,各種觀點(diǎn)也隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展而不斷演變、融合,,87,網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢,＋,WLAN/WMAN/WMN,WMAN: WiMax-basedWMN: 無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò),,＋,4G,

58、88,泛無線通信網(wǎng)絡(luò),,,89,無線通信技術(shù),ZigBee,WiMax,,90,無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）,,Zigbee,UWB,WPAN: Wireless Personal Area Networks,91,無線局域網(wǎng)（WLAN）,,WLAN: Wireless Local Area Networks,92,多跳無線網(wǎng)絡(luò)通信中的隱藏節(jié)點(diǎn)和暴露節(jié)點(diǎn)問題,a,b,c,d,不可行!,a,b,c,d,可行!,a,b,c,d,可行!,如何實(shí)現(xiàn)?

59、??,箭頭的方向表示相鄰節(jié)點(diǎn)間的通信,,所有節(jié)點(diǎn)采用全向天線,93,無線城域網(wǎng)（WMAN）,,,WMAN: Wireless Metropolitan Area Networks,94,移動(dòng)計(jì)算需求,一般需求處理多媒體流量— 數(shù)據(jù)、音頻和視頻運(yùn)動(dòng)中的無縫服務(wù)— 用戶smart設(shè)備多樣性的無線接入— 無縫接入高級移動(dòng)管理獨(dú)立于IP版本先應(yīng)式、always-on智能集成控制,,95,移動(dòng)計(jì)算涉及的基本部件,移動(dòng)電話、PDA、

60、Internet和其他新設(shè)備…SMS、WAP、I-mode和J2ME/J2EEGSM/GPRS、CDMA、Bluetooth、WLAN、移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和Mobile IP,,,,,96,移動(dòng)計(jì)算主要問題,移動(dòng)帶來的主要問題協(xié)議機(jī)制應(yīng)能允許具有不同能力的移動(dòng)設(shè)備自組(ad hoc)組網(wǎng)在廣域蜂窩和短程通信的IP廣播為多模移動(dòng)設(shè)備提供無縫連通而實(shí)現(xiàn)水平切換和垂直切換，切換算法包括QoS標(biāo)準(zhǔn)額外的安

61、全問題需要對通過不同接入網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)進(jìn)行賬號管理和計(jì)費(fèi)管理有關(guān)頻譜問題,,97,移動(dòng)環(huán)境的局限,無線網(wǎng)絡(luò)的局限網(wǎng)絡(luò)框架的異構(gòu)性頻繁中斷連接有限的通信帶寬移動(dòng)性的影響移動(dòng)計(jì)算機(jī)的限制,,98,頻繁中斷連接與有限帶寬,,,99,移動(dòng)性的影響,缺少感知移動(dòng)的應(yīng)用內(nèi)在的透明編程模式(面向?qū)ο?、面向組件，很少面向問題的)缺少環(huán)境測試和設(shè)置API支持缺少感知移動(dòng)的系統(tǒng)已有傳輸協(xié)議在異構(gòu)固網(wǎng)/無線混合網(wǎng)絡(luò)中效率差網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

62、會話和表示都不適合無線和移動(dòng)環(huán)境操作系統(tǒng)缺少與環(huán)境相關(guān)的條件和信號處理除非改變C/S模式，否則是不恰當(dāng)和低效率的,,100,移動(dòng)計(jì)算機(jī)的限制,電池壽命短(max ~ 5 hours)收到竊聽和破壞的威脅 ? 不可靠可用性太差(一般不用時(shí)會關(guān)閉電源以保存能量)能力有限(顯示、內(nèi)存、輸入設(shè)備和磁盤空間)缺少de-facto通用體系容納手持設(shè)備、通話器、筆記本和其他設(shè)備,,101,無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通支持不同網(wǎng)

63、絡(luò)接入技術(shù)不同路由機(jī)制的融合支持組播技術(shù)服務(wù)質(zhì)量（跨層）應(yīng)用程序的無縫運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)性能的保障（帶寬、延遲和吞吐量)在多接入信道網(wǎng)絡(luò)中, 如果保證QoS仍然是一個(gè)難題可靠數(shù)據(jù)傳輸無線鏈路的TCP性能安全性（跨層）無線傳輸介質(zhì)的安全性用戶鑒別認(rèn)證信息傳輸?shù)募用?,102,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通,網(wǎng)絡(luò)融合互聯(lián)技術(shù)（IP路由、移動(dòng)ad hoc路由、其他網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制）Addressing模式（IP地址、手機(jī)號碼、ad hoc

64、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識）定位（IP網(wǎng)絡(luò)的層次路由、ad hoc網(wǎng)絡(luò)的平面路由、傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）組播（不同網(wǎng)絡(luò)整合之后的組播機(jī)制）垂直和水平無縫切換,,103,垂直和水平無縫切換,,,104,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通（續(xù)）,傳輸媒介接入技術(shù)的多樣性WPAN（IEEE 802.15x、Zigbee、UWB:Ultra-wideband）WLAN（IEEE 802.11x）WMAN（IEEE 802.16x）WWAN,,4G,,105,傳輸媒介接

65、入技術(shù)的多樣性,IEEE 802.15x (個(gè)域網(wǎng))802.15.1 Bluetooth802.15.2 解決WPAN與WLAN共存問題802.15.3 高速WPAN:802.15.4 低速WPAN: 節(jié)電技術(shù)和低復(fù)雜度方案-傳感器,遠(yuǎn)程 控制, 和家庭自動(dòng)化IEEE 802.11x (無線局域網(wǎng))802.11a 54Mbps /5GHz

66、 20-30meter 802.11b 11Mbps/2.4GHz (WiFi: Wireless Fidelity) 50-100meter802.11e QoS support802.11g 54Mbps/2.4GHz…與11b兼容

67、 50-100meter802.11i 解決WLAN安全認(rèn)證問題802.11s 無線mesh網(wǎng)絡(luò)802.11n 300Mbps+,,106,傳輸媒介接入技術(shù)的多樣性,IEEE 802.16x802.16a 固定寬帶無線接入 (WiMax: World interoperability for Microwave Access)802.16e 固定移動(dòng)寬帶無線接入 (標(biāo)準(zhǔn)于2

68、005年底完成)IEEE 802.20移動(dòng)寬帶無線訪問….高通控制,,107,服務(wù)質(zhì)量(1/3),應(yīng)用程序的無縫運(yùn)行垂直和水平無縫切換切換是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本功能，但其過程將對應(yīng)用程序的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。切換使得一些timer的對應(yīng)用的(負(fù)面)影響連接保持（針對面向連接的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)如何保持高層連接不斷是應(yīng)用程序無縫運(yùn)行的關(guān)鍵傳輸協(xié)議的性能改進(jìn)針對無線傳輸環(huán)境對傳統(tǒng)的傳輸協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)TCP的擁塞控制機(jī)制和無線

69、鏈路丟失之間的關(guān)系如何使得TCP信源區(qū)分路由器緩存溢出丟失和無線鏈路丟失!,,108,服務(wù)質(zhì)量(2/3),網(wǎng)絡(luò)性能的保障（帶寬、延遲、吞吐量、抖動(dòng)）Internet的兩個(gè)QoS模型均不完全適用需要擴(kuò)展、發(fā)展新的模型和機(jī)制IP網(wǎng)絡(luò)的包交換vs 傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的電路交換Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的無架構(gòu)使得QoS部署很難即使WLAN也并不容易----想想以太網(wǎng)中的QoS移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性和無線傳輸媒體的特殊性（鏈路可靠性差、隱藏節(jié)點(diǎn)和暴露節(jié)