无线网络技术要点

1 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 2 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 1 天波传播 通过高空电离层反射传播 短波适用 2 空间波传播 通过直线传播和地面反射传播 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 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 1 长波 表面波传播 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 3 微波 空间波 散射波传播 按传播行为方式划分 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 2 反射 当电波遇到比波长大得多的物体时发生 3 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 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 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 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 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 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 调制 将输入信息变换为适于信道传输形式 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 4 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 5 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 移动性 灵活性 可伸缩性 经济性 2 局限性 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 6 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 4 2 483GHz5 1 5 350GHz 5 4 5 725GHz 5 7 5 850GHz 2 4 2 483GHz2 4 2 485GHz 5 1 5 850GHz 5GHZ 信 道 数 量 324315109 速 率 Mbps62424100300 调 制 方 式 CCK DSSS OFDMCCK DSSS OF DM MIMO OFDM DSSS CC K MU MIMO OFDM 9 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 7 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 16m 2 无线工作特性 可工作在频分双工或时分双工模式 规定了两种调制方式 单载波和 OFDM 3 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 SCDMA 5 4G 移动通信技术 1 定义 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 8 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 1GHz 10 6GHz 9 3 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 850 900nm 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 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 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 10 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 RFD 4 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 11 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 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 缺点是可扩充性略差 分级结构网络 1 单频分级 所有节点使用同一频率通信 需要网关节点支持 2 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 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 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 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 自组织按需距离向量 基于传统距离向量路由机制 算法简单清晰 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 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 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 1 MAC 地址过滤 12 2 服务标识符 SS