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1、计算机网络基础知识,主讲：朱毅 ,无线网络,1 无线局域网 WLAN 2 无线个人区域网 WPAN 3 无线城域网 WMAN 4 ad-hoc网络 5 无线传感器网络WSN,覆盖范围,几种无线网络的比较,1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s,用户 数据率,PAN LAN MAN WAN,802.15.4 ZigBee,802.15.1 蓝牙,802.15.3 超宽带,802.11g, a,802.11b,802.16,2G 移动通信,3G 移动通信,4G 移动通信,Wi-Fi,WiMAX,一、无线局域网（WLAN, WiFi）,一个基本服务集 B
2、SS 包括一个基站和若干个移动站， 所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信， 但在和本 BSS 以外的站通信时 ， 都要通过本 BSS 的基站。,AP1,AP2,基本服务集内的基站叫做接入点 AP (Access Point) 其作用和网桥相似。,AP1,AP2,当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配 一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID 和一个信道。,AP1,AP2,一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP 连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System)， 然后再接入到另一个基本服务集，构成 扩展的服务集ESS (Extended Se
3、rvice Set)。,AP1,AP2,ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供 到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接 的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。,AP1,AP2,移动站 A 从某一个基本服务集漫游到 另一个基本服务集（到 A 的位置）， 仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。,与接入点 AP建立关联(association),一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点 AP，并与此接入点建立关联。 建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。 只有关联的 AP 才向这个移
4、动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。,一、无线局域网（WLAN, WiFi）,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点 AP。 整个网络的范围大约在 10 m 左右。 无线个人区域网 WPAN 和个人区域网 PAN (Personal Area Network)并不完全等同，因为 PAN 不一定都是使用无线连接的。,WPAN 和 WLAN 的不同,WPAN 是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功
5、率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。WPAN 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 频段。 但 WLAN 却是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),1). 蓝牙系统(Bluetooth),最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是 IEEE 802.15.1 。 蓝牙的数据率为 720 kb/s，通信范围在 10 米左右。 蓝牙使用 TDM 方式和扩频跳频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。,二、 无线个
6、人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),皮可网(piconet),Piconet 直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。 每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。 通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。 这种主从工作方式的个人区域网实现起来价格就会比较便宜。,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),蓝牙系统中的皮可网和扩散网,M,M,S,S,P,S,S,S,S,S,P,皮可网
7、2,扩散网,皮可网 1,M,主设备,S,从设备,P,搁置的设备,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),2). 低速 WPAN,低速 WPAN 主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是 2 250 kb/s。 低速 WPAN 的标准是 IEEE 802.15.4。最近新修订的标准是 IEEE 802.15.4-2006。 低速 WPAN 中典型代表是 ZigBee。 ZigBee 技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10 80 m），传输数据速率低，并且成本低廉。,二、
8、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),ZigBee 的特点,功耗非常低。在工作时，信号的收发时间很短；而在非工作时，ZigBee 结点处于休眠状态，非常省电。对于某些工作时间和总时间之比小于 1% 的情况，电池的寿命甚至可以超过10 年。 网络容量大。一个 ZigBee 的网络最多包括有255 个结点，其中一个是主设备，其余则是从设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过 64000 个结点。,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),ZigBee 的标准,在 IEEE 80
9、2.15.4 标准基础上发展而来的。 所有 ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。 IEEE 802.15.4 只是定义了 ZigBee 协议栈的最低的两层（物理层和 MAC 层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由 ZigBee 联盟定义的。,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),ZigBee 的协议栈,物理层,MAC 层,网络层,应用层,IEEE 802.15.4 定义,ZigBee 联盟定义,ZigBee 协议栈,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),Zig
10、Bee 的组网方式可采用星形和网状拓扑，或两者的组合,FFD,FFD,FFD,FFD,FFD,RFD,端设备,路由器,FFD,FFD,协调器,有一个全功能设备 FFD 充当网络的协调器。 ZigBee 网络中数量最多的端设备是精简功能设备 RFD 结点。,3). 高速 WPAN,高速 WPAN 用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11 55 Mb/s的数据率，标准是 802.15.3， 。 IEEE 802.15.3a 工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速 WPAN，它使用超宽带 UWB 技术。 UWB 技术工作在 3.1 10.6 GHz 微波频段，有非常高的信道带宽。超宽带信号
11、的带宽应超过信号中心频率的 25% 以上，或信号的绝对带宽超过 500 MHz。 超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，可支持 100 400 Mb/s 的数据率，可用于小范围内高速传送图像或 DVD 质量的多媒体视频文件。,二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network),三、无线城域网 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network),2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准 HiperMAN。 WMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动
12、的和便携的）。 在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。,WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access,WiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN，这与Wi-Fi 常用来表示无线局域网 WLAN 相似。 IEEE 的 802.16 工作组是无线城域网标准的制订者，而 WiMAX 论坛则是 802.16 技术的推动者。 两个正式标准 802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2 66 GHz频段）。 802.16 的增强版本，即 802.16e
13、，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2 6 GHz频段），它向下兼容 802.16-2004。,802.16 无线城域网服务范围的示意图,三、无线城域网 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network),四、Ad-hoc网络,Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP而搭建起的对等网络结构，只要安装了无线网卡的计算机彼此之间即可实现无线互联；其原理是网络中的一台电脑主机建立点对点连接相当于虚拟AP，而其它电脑就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。Ad hoc网络的前身是分组无线网（Packet Radio Network）。对分组无线网的研究源于军事
14、通信的需要，并已经持续了近20年。早在1972年，美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）就启动了分组无线网.,DAPRA又在1993年启动了高残存性自适应网络（SURAN,SURvivable Adaptive Network）项目。研究如何将prnet的成果加以扩展，以支持更大规模的网络，还要开发能够适应战场快速变化环境下的自适应网络协议。 1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统（GloMo,Globle Mobile Information Systems）项目。在分组无线网已有成果的基础上对能够满足军事应用需要的、可快速
15、展开、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究，并一直持续至今。 1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”来描述这种特殊的对等式无线移动网络。,四、Ad-hoc网络,Ad hoc网络的特点,Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点： 1.无中心：Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。2.自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。,四、Ad-hoc网络,Ad hoc网络的特点,3.多跳路由：当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。4.动态拓扑：Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。,四、Ad-hoc网络,Ad-hoc网络的应用,
