无线网络技术要点.docx

1. 无线通信和无线网络技术概述1. 无线网络分类. 1.从覆盖范围分类 无线局域网WLAN 无线个域网WPAN 无线城域网/广域网WMAN/WWAN 卫星网络：最大的无线广域网 2. 从应用目的分类1.无线互联接入网络2.物联传感网络3.无线传感网 (WSN)4.无线体域网(WBAN)和可穿戴设备 二.无线通信系统1. 无线电通信定义无线电通信，radio communication，利用无线电波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式，简称无线通信2. 无线电通信组成 发射机：信源，发送设备 接收机：信宿，接收设备 传输介质：信道，天线3.无线电通信过程：4. 无线电通信类型 按技术体制分类：模拟、数字、数模兼容等 按工作波长分类：中波、超短波、短波、微波等 按无线传输方式分类：微波中继、卫星等 按工作状态分类：固定、移动等 按在通信网中的位置分类：无线传输、无线接入5. 无线电通信传播方式 按传播空间划分l 1.天波传播：通过高空电离层反射传播，短波适用l 2.空间波传播：通过直线传播和地面反射传播l 3.表面波传播：地波传播，以绕射方式，沿着地球表面传播，中长波适用l 4.散射传播：利用大气对流层和电离层的不均匀性来散射传播 按波长方式划分l 1.长波：表面波传播l 2.中、短波：表面波、天波传播，短波电离层通信用于海外使馆、远洋船队、边防哨所、应急通信；短波/超短波地面通信用于陆军电台、对空电台、特种通信(武警、公安)、无绳电话l 3. 微波：空间波、散射波传播 按传播行为方式划分l 1. 绕射：当接收机和发射机间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生l 2.反射：当电波遇到比波长大得多的物体时发生l 3. 散射：当波穿行的介质存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常大时，发生散射6. 无线传输介质无线传输介质：数据传输系统中发送方和接收方之间物理路径，可分导向和非导向两类l 1.导向传输介质：有线通信，包括双绞线、同轴电缆(粗缆和细缆)、光纤、电力线等l 2.非导向传输介质：无线通信和无线网络，如无线电波、微波、红外线等7.损耗1. 传输过程中的损耗l 1.模拟信号损耗引发的随机改动降低了信号质量，数字信号损耗将导致位差错l 2.通信损耗：衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径、折射等2.自由空间损耗3. 大气吸收4. 噪声5. 多径6. 折射8.衰减和衰减失真l 含义：信号强度随传输介质距离而下降。有线介质衰减为指数值：每单位距离一个固定分贝数。无线介质衰减是更复杂的距离函9.调制l 调制：将输入信息变换为适于信道传输形式l 信号源信息通常包含直流分量和频率较低频率分量，称为基带信号。基带信号一般不能直接用于传输，需变换为一个远高于基带频率的信号，即已调信号 解调; 将基带信号从载波中提取出来，使接收方能正确处理10. 常用调制方式1.模拟调制：连续变化的信号调制一个高频正弦波。调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)2.数字调制：用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制。振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)、移相键控(PSK)3.脉冲调制：用脉冲序列作为载波脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)、脉位调制(PPM)、脉码调制(PCM)、脉频调制(PFM)11. 扩频（ Spread Spectrum，SS ）技术1.是什么：扩频技术将信号扩展到较宽频带中，2.分类：主要有跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频两种(DSSS)3. 特点： 对各类噪声如多径失真具有免疫性 可隐藏和加密信号，接收方须知道扩频码，才可恢复原始信息 多个用户可独立使用同样较高带宽，几乎无干扰12. 复用和多址定义：两点间信道中同时传输互不干扰多个信号称信道复用，而多点间实现互不干扰多边通信称多址接入。复用方式：频分FDM、时分TDM、码分CDM、空分SDM复用等MINO技术1. 含义：Multiple Input Multiple Output，多入多出利用多发射、多接收天线进行空间和时间分集，利用多天线抑制信道衰落。发送收方均采用多根天线或天线阵列，构成无线MIMO系统 三.无线局域网1. 定义l WLAN，计算机网络与无线通信技术相结合的产物，通常指采用无线传输介质的计算机局域网2.典型标准 IEEE802.11：常见IEEE 802.11a/b/g/n/ac等，WiFi是IEEE802.11的商业名称 HiperLAN： 由欧洲ETSI开发，包括HiperLAN1、HiperLAN2、室内无线骨干网 HiperLink室外接入有线基础设施 HiperAccess 四种标准。3. 无线局域网的特点1. 优点l 移动性、灵活性、可伸缩性、经济性2. 局限性l 可靠性、兼容性与共存性、带宽与系统容量、覆盖范围、干扰、安全性、能耗、多业务与多媒体、移动性、小型化和低成本等4. 分类（了解）根据网络拓扑和应用要求分：对等、基础架构、接入和中继等5. 无线局域网的组成1. 站(STA)：主机或终端，WLAN基本组成单元，客户端，具备无线网络接口的计算机设备，包括终端用户设备、无线网络接口和网络软件三部分按移动性分为固定站、半移动站和移动站服务区(SA) ：WLAN能覆盖的区域范围2. 无线介质(WM)：WLAN中站或AP间通信传输介质，空气是无线电波和红外线传播的良好介质，由物理层标准定义3. 无线接入点(AP)有胖AP、瘦AP两大类4. 分布式系统(DS)6. 拓朴结构的类型 根据逻辑拓扑分：对等式、基础架构式和线型、星型、环型等 根据控制方式分：无中心分布式、有中心集中控制式7. 无线局域网的体系结构8. IEEE 802.11标准号802.11b802.11a802.11g802.11n802.11ac工作频率2.42.483GHz5.15.350GHz5.45.725GHz5.75.850GHz2.42.483GHz2.42.485GHz5.15.850GHz5GHZ信道数量324315109速率Mbps62424100300调制方式CCK/DSSS OFDMCCK/DSSS/OFDMMIMO-OFDM/DSSS/CCKMU-MIMO/OFDM9. CSMA/CA机制不能解决问题原因 1.无线传输时信号有衰减 2.无线信号覆盖范围有限 五.无线城域网和广域网概述1.无线城域网概述含义： Wireless Metropolitan Area Network，WMAN，覆盖一个城市区域范围内的无线网络，提供较大范围内的无线接入2. IEEE 802.16（WiMax）1. IEEE 802.16 标准的类型 固定宽带无线接入空中接口标准：802.16a、802.16d 移动宽带无线接入空中接口标准：802.16e、 802.16m2. 无线工作特性l 可工作在频分双工或时分双工模式l 规定了两种调制方式：单载波和OFDM3.2G移动通信技术1. 定义：第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为核心，无法直接传送如子邮件、软件等信息，以通话，短信，日期等传送功能为主4.3G移动通信技术2. 1. 定义第三代移动通信技术，支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，能够同时传送声音及数据信息 下行速度峰值理论可达3.6Mbit/s，上行速度峰值可达384kbit/s 2. 技术标准中国电信CDMA2000、中国联通WCDMA，中国移动TD-SCDMA美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA5.4G移动通信技术1. 定义l 第四代移动通信技术，基于IP协议的高速蜂窝移动网，各种移动通信技术从现有3G演进，在LTE（Long Term Evolution）阶段完成统一，传输速率达到100Mbps或更高集3G与WLAN于一体，能快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等，以100Mbps以上的速度下载 2. 技术标准: 2010年ITU确定LTE-Advanced 和 WirelessMAN-Advanced（IEEE802.16m）2G，3G，4g 特点 六.无线个域网概述1.无线个域网的定义定义：无线个人区域网，WirelessPersonal Area Network，WPAN，一种范围较小的、采用无线连接的个人信息网络2. 无线个域网的分类低速WPAN通信速率：0.25Mbps通信距离：10m工作频率：2.4GHz 高速WPAN通信速率：55Mbps通信距离：10m工作频率：2.4GHz超高速WPAN通信速率：110/200/480Mbps通信距离：10m、4m和4m以下工作频率：3.1GHz10.6GHz3. 无线个域网的关键技术1. IrDA(红外)技术 概述：利用红外线（波长850900nm）通信2. 超宽带(UWB)技术 概述：Ultra Wide Band，超宽带，一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。基于IEEE 802.15.3a，超高速、短距离无线接入技术，较宽频谱上传输极低功率信号3. HomeRF技术（家庭射频）4. 蓝牙技术5. ZigBee技术4.不同技术的特点5. Zigbee标准1. 什么是ZigBee？l 一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术l 近距离无线连接，依据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信l 主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等2. 技术特点 速率低、 功耗低、 成本低、 网络容量大、 时延短、 安全、有效范围小3. ZigBee网络的拓朴结构 星型结构：一个协调点+若干终端节点。协调点FFD，位于网络中心，负责建立维护整个网络 网状型结构：冗余度较高，每个节点均可与其它节点通信，一个会被推荐为协调点，如首个在信道中通信的节点 树型结构：节点可采用Cluster-Tree路由传输数据和控制信息，末端叶节点一般为RFD4. ZigBee网络协议为达到低成本、低功耗、可靠性高等设计目标，采用Cluster-Tree(簇树)与按需距离矢量(AODV)路由相结合的路由算法 七.卫星通信网络1.卫星网络分类 从轨道高度分类：低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、静止轨道（GEO）和高椭圆轨道（HEO）2.Ad Hoc网络概述定义义：无线自组织网络，又称无线对等网络、多跳网、无基础设施网，由若干无线终端构成的一个临时性、无中心的网络，不需要任何基础设施3. MANET的拓朴结构1.对等式网络结构l 所有节点完全对等，源节点与目标节点通信时存在多条路径，健壮性好，相对比较安全l 缺点是可扩充性略差 分级结构网络l1. 单频分级：所有节点使用同一频率通信，需要网关节点支持l2.多频分级网络：不同级采用不同通信频率，簇成员的功能较简单，不需维护复杂的路由信息。较高的系统吞吐量，节点定位简单4. MANET网络的典型路由协议 1.DSDV（ Destination Sequenced Distance Vector ）l 目标序列距离向量路由协议，基于Bellman Ford算法，距离向量协议的改进l 路由表通过序列号区分路由的新旧，路由表项包括：目标地址、到达目标节点的量值（最小跳数）、去往目标节点的下一跳、目标节点相关序列号l 使用两类更新报文：完全转存（通告全部信息）、递增更新（仅通告更新信息）2. AODV（Ad Hoc On-demand Distance Vector）l 自组织按需距离向量l 基于传统距离向量路由机制，算法简单清晰l 使用目标序列号防止循环发生，解决了无穷计数问题，易于编程实现l 支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但可能会有过时路由l 周期性广播报文，需要消耗一定的能量和网络带宽5. 无线局域网的安全技术