第01章无线网络技术概述

无线网络技术无线网络的作用随着网络技术的快速发展，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梦想的核心技术。现状新技术层出不穷、新名词应接不暇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......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，无线接入网络、有无线传感器网络、无线Mesh网络等教学参考书：1.汪涛主编，无线网络技术导论（第二版），清华大学出版社，2012.102.[美]SteveRackley著，吴怡等译，无线网络技术原理与应用，电子工业出版社，2012,33.谢希仁编著，计算机网络（第6版）无线网络一章第1章概述1.1无线网络的发展史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无线网络指的将地理位置上分散的计算机通过无线电技术连接起来实现数据通信和资源共享的网络。无线网络中的传输媒介是无线电波。和有线网络不同的是，这种网络通信模式不需要实现物理布线。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。1.1无线网络的发展史无线通信网络的历史起源可以追朔到六十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(分组交换)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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。无线个域网无线个域网（WPAN）指的是在便携式通信设备之间进行短距离自组连接的网络。WPAN的覆盖范围一般在10m半径以内。蓝牙(BlueTooth)是一种典型的无线个域网技术。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：最典型的是802.11WLAN，也就是我们都熟悉的WIFI。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，第一代移动通信系统（1G）是基于模拟传输的，其特点是业务量小、质量差、交全性差、没有加密和速度低，不能提供数据业务和不能提供自动漫游等，目前已基本淘汰。在第二代移动通信技术（2G）中，GSM的应用最广泛。但是GSM系统只能进行电路域的数据交换，且最高传输速率为9.6kbit/s，难以满足数据业务的需求。因此，欧洲电信标准委员会（ETSI）推出了GPRS。GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。分组交换技术是计算机网络上一项重要的数据传输技术。为了实现从传统语音业务到新兴数据业务的支持，GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络，向用户提供WAP浏览（浏览因特网页面）、E-mail等功能，推动了移动数据业务的初次飞跃发展，实现了移动通信技术和数据通信技术（尤其是Internet技术）的完美结合。GPRS是介于2G和3G之间的技术，也被称为2.5G。第三代移动通信系统（3G），也称IMT2000，其最基本的特征是智能信号处理技术，支持话音和多媒体数据通信，它可以提供各种宽带信息业务，例如高速数据、慢速图像等。第三代移动通信标准有WCDMA，CDMA2000和TDS-CDMA三大分支。第四代移动通信技术（4G）是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像的技术产品。4G是3G技术的进一步演化，是在传统通信网络和技术的基础上不断地提高无线通信的网络效率和功能。4G的核心技术包括软件无线电技术、OFDM技术、MIMO技术、智能天线等。除由电信系统发展起来的无线移动广域网外外，其它的高带宽广域无线网络也在迅速发展。它们最初的关注点是提供一种能绕过电话系统接入因特网的无线城域网或广域网技术。相应的标准有的已经开发出来：无线城域网标准IEEE802.16无线广域网标准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。网络体系结构是指网络各组成部件和各部件所应完成功能的精确定义，以及完成这些功能所应遵循的各种协议的总称。大多数的网络的体系结构都采用层次结构模型；因此，网络体系结构也可定义为网络的层次结构模型以及各层协议的集合。或者说，分层和每层协议的总和，称为网络体系结构。体系结构说明了网络的总体功能。但是，对层数的设置和每层功能及协议，不同体的系结构看法不一。TCP/IP参考模型无线网络的协议模型是什么样？无线网络的协议模型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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，大多数TCP的实现都已经小心地作了优化，但优化的基础是对于有线网络成立对于无线网络却并不成立的一些假设条件。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，可对其进行一定规范化，如无线个域网的蓝牙协议。1.5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