第1章 无线网络技术导论绪论

无线网络技术基础主讲：汪涛无线网络的作用网络技术快速发展，人们的需求不断提高，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(anywhere)可以采用任何方式(anymeans)与其他任何人(anyother)进行任何通信(anything)。无线网络技术是实现6A梦想/移动计算/普适计算(UbiquitousComputing)的核心技术。现状新技术层出不穷、新名词是应接不暇从无线局域网、无线个域网、无线体域网、无线城域网到无线广域网从移动AdHoc网络到无线传感器网络、无线Mesh网络从Wi-Fi到WiMedia、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、超3G、4G......技术主线？无线网络的技术主线从无线网络覆盖范围的角度看，有无线个域网、无线局域网、无线城域网、无线广域网和移动AdHoc网络(可以归到无线局域网范畴)从无线网络应用的角度看，有无线传感器网络、无线Mesh网络等教材:《无线网络技术导论》汪涛主编，清华大学出版社，2008.2教学方法课题讲授做理论引导，以自学为主辅助一定的无线网络组网实验考核方法撰写课程论文，总结自己的学习体会及对无线网络的认识，并对未来的无线网络技术发展进行展望。简单的无线局域网组网实验考核章节安排第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Adhoc网络第8章无线传感器网络第9章无线Mesh网络第1章绪论1．1计算机网络的发展历程1．2无线网络的兴起1．3网络体系结构1．4协议参考模型1．5与网络相关的标准化组织1．6本书结构1．1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，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络。一直到20世纪60年代中期，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。第二阶段：形成阶段20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，典型代表是美国的ARPANET。（现在意义的计算机网络形成）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是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，实现互联互通。典型代表：ISO-OSI/RM和TCP/IP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，伴随局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术、多媒体网络、智能网络等，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。无线网络的历史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间。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(WLAN)。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，还可以划分出无线传感器网络、无线Mesh网络、无线穿戴网络、无线体域网等，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(BlueTooth)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。除蓝牙外，传统的红外无线传输技术、家庭射频和目前最新的Zigbee、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连，构建无线个域网、无线体域网等。无线局域网第一类是有固定基础设施的:802.11WLAN第二类是无固定基础设施的:自组织网络/移动Adhoc网络无线城域/广域网络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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IEEE802.16，有的正在制订完善中，如IEEE802.20。无线传感器网络无线传感网络(WSN，wirelesssensornetworks)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AdHoc网络顺应人们无处不在的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。简单的说，计算机网络就是计算机的集合，不管是有线网络还是无线网络，和计算机系统一样，计算机网络也是由这两部分构成，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。协议分层相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，绝大多数网络采用了分层的思想，网络软件被组织成一堆相互叠加的层(layer或者level)，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连接。是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(besteffortdelivery)或“尽力而为”。协议和服务的关系协议参考模型OSI模型：法定标准，无人遵守。TCP/IP模型：事实标准，全球遵守。OSI参考模型TCP/IP参考模型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IP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。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。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，当然对于一些特殊的网络和特殊应用。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国际标准领域中最有影响的组织ISOIEEEInternet标准领域中最有影响的组织IABIETF、IRTF