无线网络技术第1章绪论

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1、无线网络技术,主讲：何渊淘 he_yuan_,生活中的无线网络设备,本课程所需要提前掌握的知识,计算机网络的基础知识 以太网的MAC，LLC协议，CSMA/CD协议 TCP/IP网络模型和ISO/OSI网络模型 网络模型中各层的作用和功能 网络的各种应用,本课程学习目的,无线网络是今后通讯技术发展的趋势 了解各种无线网络技术的特点，例如性能、适用面 能够组建常用的无线网络，并将无线网络应用于项目开发中,无线网络的作用,网络技术快速发展，人们对信息需求不断提高，移动计算技术更加得到青睐。 构造无处不在的计算环境，真正实现6A：任何人(anyone)在任何时候(anytime)、任何地点(anyw

2、here)可以采用任何方式(any means)与其他任何人(any other)进行任何通信(anything)。,现状,新技术层出不穷、新名词是应接不暇 无线个域网、从无线局域网、无线城域网到无线广域网 Ad Hoc网络、无线传感器网络、无线Mesh网络 从Wi-Fi、WiMAX 从IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20 从固定宽带无线接入到移动宽带无线接入 从蓝牙到红外、HomeRF，从UWB到ZigBee 从GSM、GPRS、CDMA到3G、4G,教材:无线网络技术导论 汪涛 主编，清华大学出版社，2008.2,参考:无线网络技术原理与应

3、用 拉克利 主编，电子工业出版社出版社,教学方法,理论方面： 掌握主流的无线网络技术的原理和特点 了解无线网络的应用和局限性 实践方面： 进行无线局域网组网实验,考核方法,撰写课程论文，总结自己的学习体会及对无线网络的认识。发挥想象力，对未来的无线网络进行展望。 简单的无线局域网组网实验考核 进行开卷考试，考察学生对基本概念原理的了解,章节安排,第1章 绪论 第2章 无线传输技术基础 第3章 无线局域网 第4章 无线个域网 第5章 无线城域网 第6章 无线广域网 第7章 移动Ad hoc网络 第8章 无线传感器网络 第9章 无线Mesh网络,40学时理论 8学时实践,第1章 绪论,11 计算机

4、网络的发展历程 12 无线网络的兴起 13 网络体系结构 14 协议参考模型 15 网络相关的标准化组织,11 计算机网络的发展历程,第一阶段：诞生阶段 第二阶段：形成阶段 第三阶段：互联互通阶段 第四阶段：高速网络技术阶段,第一阶段：诞生阶段,20世纪50年代中后期，这样就出现了第一代计算机网络 第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统 广泛应用于航空和金融系统,第二阶段：形成阶段,20世纪60年代中期至70年代出现，典型代表是美国的ARPANET IMP为网络的核心 提出资源子网和通信子网的概念,第三阶段：互联互通阶段,20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络 典型代表为

5、ISO-OSI/RM和TCP/IP 大量基于TCP/IP的网络产品出现 网络核心已经成为路由器,第四阶段：高速网络技术阶段,20世纪90年代末至今的第四代计算机网络 多媒体计算机出现，用户对带宽需求增大 主干道由光纤网络组成 用户接入技术也有很大的变化 整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。,1.2 无线网络的兴起,无线网络兴起的原因（方便快捷，节省成本） 无线网络最大的优点是可以让人们摆脱有线的束缚，更便捷、更自由的沟通。 无线网络能大大降低建网成本，特别是边远地区。 无线网络的出现 无线网络的历史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间(ad

6、-hoc) 1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHANET，可以算是相当早期的无线局域网络,无线网络分类,从无线网络覆盖范围看 系统内部互连/无线个域网 无线局域网 无线城域网/广域网 从无线网络的应用角度看 无线传感器网络 无线Mesh网络 无线穿戴网络、无线体域网 这些网络一般是基于已有的无线网络技术，针对具体的应用而构建的无线网络。,系统内部互连/无线个域网,系统内部互连是指通过短距离的无线电，将一台计算机的各个部件连接起来。 蓝牙(Blue Tooth)是一种典型的短距离无线网络，将这些部件以无线的方式连接起来 。 红外、家庭射频和目前最新的

7、Zigbee（紫蜂）、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连。,无线局域网,无线局域网协议:802.11WLAN，包括802.11a, 802.11b, 802.11g,Wi-Fi 无线局域网分类。 第一类是有固定基础设施的:提供高速互联网接入 第二类是无固定基础设施的:自组织网络/移动Ad hoc网络，适用于军事需要,无线城域/广域网络,WiMAX全球微波接入互操作性，基于802.16。 蜂窝电话所使用的无线电网络就是一个低带宽无线系统的例子 ,例如3G技术。 高带宽广域无线网络正在迅速发展。相应的标准有的已经开发出来，如IEEE 802.16，有的正在制订完善中，如IEEE 802

8、.20。,无线传感器网络,无线传感网络(WSN，wireless sensor networks)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。 综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。,无线Mesh网络,无线Mesh网络(无线网状网络) 是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，是由移动Ad Hoc网络顺应人们无处不在的

9、Internet接入需求演变而来，被形象称为无线版本的Internet 。 在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。,无线穿戴网络,无线穿戴网络是基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBee技术等)与可穿戴式计算机(wearcomp)技术、穿戴在人体上、具有

10、智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网(PAN)。,1.3 网络体系结构,计算机分为硬件和软件两部分，二者缺一不可 网络也是由软硬件两部分构成，没有网络软件支持的网络硬件无法真正成为能够向人们提供服务的系统。 网络体系结构研究的对象就是网络软件。 网络软件高度复杂,1.3.1 协议分层,通讯所需要完成的工作 数据通路激活 网络如何表示接受数据方 发起方检查对方是否做好准备 对方是否做好文件接受工作 格式不兼容的处理 出现差错和事故的处理,分层设计,分层设计有效得解决了一个复杂的问题 网络软件被组织成一堆相互叠加的层，每一层都建立在其下一层的基础之上 每一层对等实体采用协议进行通信 下层通过

11、层间接口为上层提供服务 分层和协议的集合就是网络的体系结构,五层模型实例,网络体系结构和协议栈,层和协议的集合就是网络体系结构 一个特定系统所使用的一组协议（每层一个协议）称为协议栈,1.3.2 层次设计问题,数据发送方和接受方的标示 数据包可能被破坏，需要差错控制 保证数据包按序接受 快发送方和慢接受方协调速度 分组的最大长度 让多个通讯进程共享一条线路（多路复用） 路由选择,1.3.3 服务的类型,面向连接的服务 连接就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段，是一种可靠的服务。 无连接服务 两个实体之间的通信不需要先建立好一个

12、连接。 是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。,两种服务类型的具体实现,固定电话网络 因特网（基于邮政系统）,两种服务的差别,两种服务的典型实现 通讯节点是否预留资源 数据是否在同一条路径上传输 数据包到达的顺序是否会改变 是否与其他设备共享同一条通讯线路（复用） 资源利用率高还是低 是否能保证服务质量 计费方式的差别,为什么要使用无连接的服务？,1.3.4 协议和服务的关系,什么是实体（通讯实体）？ 实体是任何可以接受和发送信息的硬件和软件进程 实体是特定的软件模块 什么是协议？ 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合

13、 协议的语法规定交换信息的格式 协议的语义规定接受方、发送方的操作 什么是服务？ 系统中下层为上层软件提供的操作，又称为原语,相邻两层的关系,哲学家-翻译-秘书结构,层级结构的优点,每一层所完成任务较少，容易优化 层之间耦合度小，易于替换 功能进行分割，每层能高效的完成任务,邮件收发的过程,网络分层的优势,每层针对一个特定的问题，代码量小，易于优化。 层之间关系简介，便于进行复杂功能的实现。 每层向外提供简洁的接口，便于代码复用（面向对象）。,1.4 协议参考模型,ISO/OSI模型：法定标准，无人遵守。 TCP/IP模型 ：事实标准，全球遵守。,1.4.1 OSI参考模型,OSI模型每层功能

14、,物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层,模型中的协议,1.4.2 TCP/IP参考模型,比较OSI与TCP/IP模型（1）,两种模型的差别 模型和协议栈产生先后顺序不同 关于服务、接口、协议明确度不同 层间耦合度存在差异 层数目不同 网络层和传输层支持服务类型不同,比较OSI与TCP/IP模型（2）,为什么TCP/IP获得了成功 出现的时机 协议的复杂程度 协议是否容易实现 政策的失误,无线网络的协议模型（1）,不同类型的无线网络所重点关注的协议层次是不一样的。 无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存在路由的问题，所以它们没有制定网络层的协议，主要采用传统的网络层的I

15、P协议 无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，MAC协议是所有无线网络协议的重点,无线网络的协议模型（2）,无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协议也是一个重点 不同国家频谱使用方式不同 对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经小心地作了优化，而优化的基础是一些假设条件对于有线网络是成立的，但对于无线网络却并不成立 滑动窗口，wifi的隐藏站点问题 应用层的协议并不是无线网络的重点，只要支持传统的应用层协议就可以了,1.6 与网络相关的标准化组织,电信领域中最有影响的组织 ITU （国际电信联盟） 国际标准领域中最有影响的组织 ISO （国际标准化组织） IEEE（电子电器工程师协会） Internet标准领域中最有影响的组织 IAB（Internet体系结构委员会） IETF （Internet工程任务组） 、IRTF （Internet研究任务组） 标准化不仅仅是技术的问题,