【精选】实验五 网络构建

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1、计算机科学与工程学院 物联网概论实验报告第 1 页 共 9 页实验五 网络构建姓名： 华彩凤 班级： 物联网 121 班 学号： 092312132 一、实验目的：1.了解互联网到物联网的转变过程；2.了解物联网环境下的无线宽带网络；3.了解无线传感器网络以及基于下一代 IP 协议的 6LoWPAN；4.了解 3G、4G 通信技术和标准；二、实验内容： 1.什么是 WEB1.0、WEB2.0 、WEB3.0 ，请给出 WEB3.0 与物联网的联系。2.无线网络的基本元素有哪些？无线宽带网络包含哪几种无线网络？无线宽带网络在物联网中扮演什么角色？3. IEEE802.11 的架构如何？物理层和数

2、据链路层技术有哪些特点？WiMAX 技术架构如何？物理层和数据链路层技术有哪些特点？4.请给出 802.16 的架构以及 802.16 介质访问控制的新特点？802.16 介质访问控制是如何实现的？5.为什么除了高速网络协议，物联网还需要低速网络协议？6.对比 Wi-Fi，理解蓝牙和红外技术的适用范围和特点？7.什么是 3G？目前我国实现的 3G 标准有哪些，他们的技术特点分别是什么？8. 4G 指的是什么？未来的发展方向有哪些？三、实验要求：利用网络检索相关信息，按以上内容顺序完成本次试验报告（报告内容写在下面） 。四、报告内容1.什么是 WEB1.0、WEB2.0、WEB3.0，请给出 W

3、EB3.0 与物联网的联系。计算机科学与工程学院 物联网概论实验报告第 2 页 共 9 页Web1.0：以静态、单向阅读为主；Web2.0：以分享为特征的实时网络；Web3.0：将以网络化和个性化为特征，提供更多人工智能服务。Web3.0 的主要特征概括为：“应用程序相对较小、数据处于云中、应用程序可以在任何设备上运行(PC 或移动电话)、应用程序的速度非常快并能进行很多自定义。 ”另外，网络将向人工智能进化，开放技术、开放身份、分布式万维数据库也均是其特征。Web3.0 时代将实现“无处不联网”的伟大构想，正因为如此，所有物品均联入网络，人们可以通过网络实时管理控制各自的物品，可以说人们每时

4、每刻均参与在网络之中。而“无处不联网”的场景在过去是难以想象的，由于科技水平的不断提高，这一构想即将成为现实，这就是Web3.0 物联网时代的到来。2.无线网络的基本元素有哪些？无线宽带网络包含哪几种无线网络？无线宽带网络在物联网中扮演什么角色？基本元素：SSID、BSSID无线宽带网络包含：无线个人网（WPAN） 、无线局域网（WLAN） 、无线 LANtoLAN 网桥、无线城域网(WMAN)和无线广域网（WWAN） 。WSN 与物联网的关系，如果把互联网（物联网完全依托在互联网上）比作人体，则 RFID可以视为“眼睛” ，WSN 可以视为“皮肤” 。 RFID 解决“WHO” ，利用应答器

5、，实现的是对物品的标志与识别；而 WSN 解 决 “HOW”， 利 用 传 感 器 ， 实 现对物体状态的把握；眼睛可以识别，皮肤可以感觉，眼睛的功能不在于感觉温度的变化，而皮肤的功能也不是用来辨别哪个人或哪件东西。WSN 利用无线技术可以自成体系地单独使用，也可以作为互联网的“神末梢”。3. IEEE802.11 的架构如何？物理层和数据链路层技术有哪些特点？WiMAX 技术架构如何？物理层和数据链路层技术有哪些特点？ IEEE 802.11是一种针对无线区域网路(WLAN)所制定的国际性标准，它定义了多媒体处理控制(Medium access control，MAC)子阶层，包括 MAC

6、管理协定和服计算机科学与工程学院 物联网概论实验报告第 3 页 共 9 页务，以及 1 和 2Mbps 等三种低速实体层(PHY)的操作。近年来，随著无线用户兴日俱增以及对高速多媒体服务兴起，对频宽需求也随之增加。为支援新一代无线系统。目前 802.11 标准已开发出一种在 5GHz U-NII 频段中执行的高速实体层 IEEE 802.11a PHY 标准。该标准采用 OFDM 调变方式，可提供八种不同资料传输率，其范围从 6Mbps 到 54Mbps。除了比较进阶调变系统与现有的低速 PHY 以外，802.11a PHY 的另一项重点是1/2 速率的回旋码(convolutional co

7、de)，其中还包含了实体层针对改善讯框的传输能力。然而，802.11a 的 PHY 必须工作在最初为低速 PHY 所设计的 MAC 协定中，因此，对目前的 MAC 协定来说，增加 link adaptation 能力是相当重要的。在此同时，产量(Goodput)也关系到用户实际上所接收的频寛。为分析 802.11无线区域网路，Goodput 采用了 Wireless LAN 无线晶片组。然而，由於高速 OFDMPHY 在此时间内是无效的，所以我们假设 QPSK 调变没有前向纠错(Forward errorcorrection，FEC)能力，同时分析了 MSDU (MAC service dat

8、a units)之不同大小的Goodput 效能。而此单位是由 IEEE 802.2 逻辑连结控制(Logical Link Control，LLC)子阶层所产生的。实际上，在 802.11 标准中即指出，MSDU 能够更进一步分裂成较小的 MAC 讯框。换句话说，也就是专门应用在传输的 MAC 协定资料单位(MAC protocol data units，MPDU)。物理层的主要特点： 1）由于在 OSI 之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按 OSI 的抽象模型制定一套新的物理层协

9、议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。数据链路层的主要特点；数据链路层传输的是数据帧，链路层负责转发数据，链路管理，主要有交换机和网桥等WiMax1. 基站和用户之间的连接基站使用视线或非视线点对多点连接为用户提供服务，这段连接被称为最后一英里。在城市中，由于建筑物的阻挡，基站与用户之间多使用非视线通信。与 WiFi 不同的计算机科学与工程学院 物联网概论实验报告第 4 页 共 9 页是，多数的 802.16 协议采用时分双工或者频分双工支持全双工传输并提供服务

10、质量，即基站可以根据用户的需求分配上行传输（由用户到基站）和下行传输（由基站到用户）信道各自的带宽。2. 基站和上层网络的连接基站通过光纤、电缆、微波连接等其他告诉的点对点连接与上层的网络相连，这段连接被称为回程。回程需要的是告诉、稳定的连接。WiMAX 使用了两个频宽范围。1）1066GHz 毫米的波频段。它可以供分配的频宽较大，因此有较大的数据载荷能力。它使用于数据高速传输，但由于波长较短，适合视线传输，可作为回程连接的载波。2）211GHz 厘米波频段。它相对毫米波波长较长，受阻碍去的干扰较小，适合做非视线传输的载波，因此所用于基站和用户之间的点到多点数据传输。WiMax 物理层采用正交

11、频分复用技术，频谱利用率较高；支持时分双工、频分双工，同时也支持半频分双工；可支持移动和固定的情况，移动速度最高可达 120km/h；带宽划分灵活，系统的带宽范围为 1.25-20MHz；使用先进的多天线技术提高系统容量和覆盖范围；采用了混合自动重传、自适应调制编解码和功率控制技术；采用了先进的信道编码技术增加通信质量，扩大覆盖范围。4.请给出 802.16 的架构以及 802.16 介质访问控制的新特点？802.16 介质访问控制是如何实现的？IEEE 802.16 负责对无线本地环路的无线接口及其相关功能制定标准，它由三个小工作组组成，每个小工作组分别负责不同的方面：IEEE 802.16

12、.1 负责制定频率为 10G 到 60G赫兹的无线接口标准；IEEE 802.16.2 负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准；IEEE 802.16.3 负责制定频率范围在 2G 到 10G 赫兹之间获得频率使用许可的应用的无线接口标准。我们可以看到，802.16.1 所负责的频率是非常高的，而它的工作也是在这三个组中走在最前沿的。由于其所定位的带宽很特殊，在将来 802.16.1 最有可能会引起工业界的兴趣。 IEEE 802.16 无线服务的作用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路径，这个核心网络可以是公用电话网络也可以是因特网。IEEE 802.16 标准所关心的是用户的收发计

13、算机科学与工程学院 物联网概论实验报告第 5 页 共 9 页机同基站收发机之间的无线接口。其中的协议专门对在网络中传输大数据块时的无线传输地址问题做了规定，协议标准是按照三层结构体系组织的。 三层结构中的最底层是物理层，该层的协议主要是关于频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射机同接收机之间的同步、数据传输率和时分复用结构等方面的。对于从用户到基站的通信，标准使用的是按需分配多路寻址时分多址 DAMA-TDMA 技术。按需分配多路寻址DAMA 技术是一种根据多个站点之间的容量需要的不同而动态地分配信道容量的技术。时分多址 TDMA 是一种时分技术，它将一个信道分成一系列的帧，每个帧都包含很多的小

14、时间单位，称为时隙。时分多路技术可以根据每个站点的需要为其在每个帧中分配一定数量的时隙来组成每个站点的逻辑信道。通过 DAMATDMA 技术，每个信道的时隙分配可以动态地改变。 在物理层之上是数据链路层，在该层上 IEEE 802.16 规定的主要是为用户提供服务所需的各种功能。这些功能都包括在介质访问控制 MAC 层中，主要负责将数据组成帧格式来传输和对用户如何接入到共享的无线介质中进行控制。MAC 协议对基站或用户在什么时候采用何种方式来初始化信道做了规定。因为 MAC 层之上的一些层如 ATM 需要提供服务质量服务QoS，所以 MAC 协议必须能够分配无线信道容量。位于多个 TDMA 帧

15、中的一系列时隙为用户组成一个逻辑上的信道，而 MAC 帧则通过这个逻辑信道来传输。IEEE 802.16.1 规定每个单独信道的数据传输率范围是从 2M 比特/秒到 155M 比特/秒。 在 MAC 层之上是一个会聚层，该层根据提供服务的不同提供不同的功能。对于 IEEE 802.16.1 来说，能提供的服务包括数字音频/视频广播、数字电话、异步传输模式 ATM、因特网接入、电话网络中无线中继和帧中继。5.为什么除了高速网络协议，物联网还需要低速网络协议？高速网络协议用于连接网络中的节点，其特点是快速、容量大，功耗相对较高；而低速网络协议用于连接物联网中的传感、信号采集点，其特点是速度足够，连接广泛，功耗相对较低。物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非智能的。低速网络协议适应物联网中那些能力较低的节点。其特点有：1、低速率；2、低通信半径；3、低计算能力，和低能量要求。我们对物联网中各种各样的物体进行操作的前提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实现全面互联互通的前提。无线低速网络协议包括：蓝牙、红外、ZigBee 等等。计算机科学与工程学院