无线移动网络简介-讲座ppt课件

.,1,移动无线网络发展-从蜂窝移动通信到无处不在的计算,暨南大学计算机科学系周继鹏,.,2,三种移动无线网络,蜂窝无线通信目前仍然是最大的效益获得者无线Internet2008年1月调查美国有62%人无线上网.各种新型手持移动终端的出现,给美国移动万维网(MoblieWeb)注入巨大动力.Adhoc无线网络无固定基础设施,.,3,蜂窝无线通信概述-无线寻呼和无绳电话,无线寻呼面向单向广播应用面向全社会,无绳电话面向室内应用面向特定个体,PSTN:公用服务电话网PSIN：公用交换通信网络,.,4,蜂窝移动通信,第一代模拟蜂窝移动通信(analogvoice)由Bell实验室发明,1982年首次在美国安装.第二代数字蜂窝移动通信(Digitalvoice)CDMA(1993),TDMA(1996北美),GSM(1991欧洲)第三代数字蜂窝移动通信(Digitalvoice)多媒体数据传输,与Internet的连接,.,5,第一代模拟蜂窝移动通信,历史回顾：1978年由美国的贝尔实验室成功开发了,1982年首次在美国安装.主要特点：用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在其呼叫结束以前一直占用一个频段调制方式：FM业务的种类单一，主要是话音业务系统的保密性较差频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户容量之间的矛盾十分突出,.,6,第二代数字蜂窝移动通信-GSM,历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统欧洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）网络在欧洲开始铺设，由于其优越的性能，在全球范围内以惊人的速度得以扩张，目前已是全球最大的蜂窝通信系统。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通，之后中国电信和中国联通都采用了GSM。主要特点：微蜂窝小区结构数字化技术-语音信号数字化新的调制方式-GMSK、QPSK等FDMA/TDMA频谱利用率高，系统容量大便于实现通信安全保密传输速率-300多K/S,.,7,第二代数字蜂窝移动通信-CDMA,历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95CDMA)，目前已分别在中国香港、韩国、北美等国家和地区投入使用，用户反映良好。CDMA系统的主要特点：用户的接入方式采用码分多址（CDMA）软容量、软切换，系统容量大抗多径衰落可运用话音激活、分集接收等先进技术,.,8,第三代数字蜂窝移动通信,第三代移动和个人通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率数据的传输，除了语音和数据传输外，还能传送高质量的活动图像。最具代表性的IMT-2000(国际移动通信-2000)技术标准，其中所涉及的CDMA技术分为三类：WCDMA技术，cdma2000技术，TD-SCDMA(时分-同步码分多址)技术。3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。,.,9,第三代数字蜂窝移动通信,3G的主要特点：支持移动多媒体业务宽带CDMA技术高频谱效率FDMA/TDMA/CDMA从电路交换到分组交换从媒体(media)到多媒体(Multi-media)高保密性全球范围无缝漫游系统微蜂窝结构,.,10,第四代数字蜂窝移动通信正在研究,第四代移动通信技术可称为宽带(Broadband)接入和分布网络,具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力,对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量的影像服务,将首次实现三维图像的高质量传输。第四代移动通信可以在不固定的无线平台和跨越不同频带的网络中提供无线服务,可以在任何地方宽带接入互联网(包括卫星通信),能够提供信息通信之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。,.,11,第四代数字蜂窝移动通信的特点,4移动通信技术的信息传输速率要比3高一个等级,即从Mb/s提高到10b/s。4是一个全数字通信网,具有更高的带宽和更高的比特率。4系统采用智能技术,有很强的智能性、适应性和灵活性。通过第四代移动通信标准的制定来解决GSM、CDMA和TDMA三大分支兼容问题。4G将支持交互式多媒体业务,如视频会议,无线因特网等。4系统的网络将是一个完全自治、自适应的网络。蜂窝组网的概念将被突破,以达到更完美的覆盖。,.,12,第四代数字蜂窝移动通信具有统一的协议和多模式的通信设备,.,13,蜂窝移动通信系统的组成,.,14,蜂窝移动通信系统,蜂窝移动通信系统主要是由移动台（MS）、无线基站子系统（BSS）和网络交换子系统（NSS）三大部分组成.移动台（MS-MobileStation）:由移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）组成。无线基站子系统（BSS-BaseStationSystem):无线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由移动交换中心（MSC）控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发台（BTS）。,网络交换子系统(NSS-NetworkSwitchSubsystem):网络交换子系统主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。,图：蜂窝移动通信系统的组成,.,16,蜂窝的概念,GeographicalseparationCapacity(frequency)reuseBackboneconnectivity,.,17,蜂窝的结构示意图,在每7个相邻的蜂窝中频率不重复使用。使蜂窝变小，能增加更多的用户。,.,18,蜂窝通信原理,移动站、基站和移动交换中心（MSC）的基本蜂窝系统,.,19,注册和通话,注册：当移动电话开机时，它扫描预先设置的21个预先设置的控制信道，找出一个最强信号的信道。移动电话传输它的ID到MSC。MSC为它随机赋予一个到目标用户的信道。移动电话进行呼叫和通话。,移交（handoff）,移交：移动站（MS）从一个蜂窝转移到另一个蜂窝。每一个基站（BS）经常性地监控一个移动站（MS），当信号的能量减弱到一定阈值时，就要另一个基站监控它。,.,21,无线互联网络WirelessInternetAccess,.,22,无线Internet,.,23,无线局域网（WLAN）,无线网络与有线网络并无不同：用户设备通过无线网卡，以无线（Radio）的方式连接到网络的接入点上（AccessPoint），使用网络资源。,.,24,无线网络的组成元件,接入点（AccessPoint）：相当于LAN中集线器（HUB）的功能，将信号转送到目的地。无线网卡：在用户端设备（电脑，PDA）上，与AP传输数据。相当有线网卡的作用。,AccessPointWirelessUSBWirelessPCMCIA,.,25,无线网的连接,.,26,无线网络构架,两个用户端设备通信只要无限网卡就可以，不需透过AP传送。要连接到Internet就要经过AP。,.,27,网络慢游,.,28,802.11,多种传输速率802.11b:11,5.5,2,1Mbps;2.4GHz802.11a：最大54Mbps；5.7GHz802.11n：最大100Mps，利用MIMO和OFDM技术传输范围Indoor：20-25metersOutdoor:50100meters传输能量到达100mW,.,29,无线Internet的选择:Bluetooth,1998:BluetoothSIG:Ericsson,IBM,Intel,Nokia,Toshiba一种有线网络代替技术最大传输速率700Kbps2.4Ghz传输范围10+meters低传输能量1mw802.15和Bluetooth标准,.,30,802.11和Bluetooth将溶合,Cordlessheadset,802.11和Bluetooth共同接入优势互补,802.11,Bluetooth,LANAP,.,31,无线移动自组网络MobileAdHocNetworks(MANET),.,32,有固定基础设施的网络和无固定基础设施的网络,有固定基础设施的网络蜂窝移动网络无限局域网:标准802.11,无固定基础设施的网络Adhoc网络Adhoc网络:标准802.11Adhoc网络的研究可以参照有基础设施的网络解决相关问题:如信道分配,暴露站/隐蔽站问题,路由等问题.,.,33,无固定基础设施的无线局域网自组网络(adhocnetwork),自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。可独立工作，也可与Internet或蜂窝无线网络连接。,.,34,Adhoc无线网络的特点,无固定基础设施移动结点无中心自组织多跳路由动态拓扑有限能量,.,35,Adhoc网络结点的结构,Adhoc网络中的结点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。,.,36,Adhoc网络结点的结构,.,37,Adhoc网络的结构,需要多跳路由才能到达目标,.,38,Adhoc网络的结构,拓扑动态变化,.,39,自组织和动态拓扑,.,40,Adhoc网络的两种结构,平面结构所有节点地位平等层次结构网络被划分为簇（Cluster）每个簇由簇首节点(ClusterHead)和簇成员节点(ClusterMember)构成簇首节点可形成更高一级的网络,平面结构,层次结构,.,41,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem),A,B,C,D,当A和C检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。,.,42,其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题(exposedstationproblem),A,D,C,B,B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。,.,43,AdHoc网络与无线局域网,主要研究集中在物理层和数据链路层,移动终端的所有通信必须经过无线接入点进行,无线局域网为单跳网络，不存在路由问题,AdHoc网络的研究内容主要以路由协议为核心的网络层设计,AdHoc网络中移动终端的通信是对等的,单跳与多跳,研究重点不同,通信模式不同,.,44,AdHoc网络与Sensor网络,Sensor网络可以看作是一种特殊类型的AdHoc网络各个无线节点分布在某一区域。传感器负责收集区域内的传感信号，将它们发到网关节点网关具有更大的处理能力，能进一步处理信息，并且具有更大的发送范围，可将信息送往某个大型网络（Internet）并且到达最终的用户,.,45,移动AdHoc网络(MANET)与移动IP,MANET,移动IP,.,46,Adhoc网络的应用,城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等）企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、港口、建筑、煤矿、石油/化工、环保、.应急/救援通信系统工业自动化控制智能交通传感器监测网络家庭安全监测系统战场侦察网络、战地监测网络、信息中继各种远程监测/监控系统（如环保、水文、地质、资源保护、研究等）公安/交警/消防.,.,47,在城域网中的运用,.,48,与其他移动通信技术的结合,与其他移动通信技术的结合,.,50,移动现场办案,AP和终端都可移动,“网格化布警”,.,51,现场布控/紧急通信,.,52,Adhoc网络需要研究的问题,Adhoc网络的路由协议Adhoc网络的信道分配方案Adhoc网络的位置服务Adhoc网络的暴露站/隐蔽站问题Adhoc网络的容错问题Adhoc网络与其它网络的融合问题,.,53,普适计算或无处不在的计算UbiquitousComputing,.,54,无处不在计算的理念,无处不在计算(UbiquitousComputing)是美国施乐公司PARC研究中心的MarkWeiser，1991年在ScientificAmerican杂志上发表的题为TheComputerforthe21stCentury的文章中首次提出来的理念现在计算机使用的最大弊端是计算机本身吸引了人们太多的注意力和使用不方便，计算机应该融入人们的生活和工作环境，成为一个自然、方便的工具。,.,55,无处不在计算的理念,无处不在计算的本质就是要创造一个与人们的生活完美结合并具备计算和通信能力的环境无处不在计算将开创计算领域的第三次浪潮。第一次浪潮是主机计算，人们通过字符终端共享主机计算时代；第二次浪潮是桌面计算时代，即个人电脑网络通讯时代。,.,56,MainframeComputing,DesktopComputing,UbiquitousComputing,.,57,计算机是什么?无处不在的计算,DesktopPC,TabletPC,PocketPC,PhonePC,WristPC,无线连接,.,58,无处不在计算的特征（1）,以人为中心的计算，使计算机的使用符合人的习惯.透明性:不可见的计算，将计算机自然、合理地嵌入到人们日常工作和生活环境（办公室、家庭）中，使其从人们的视线中消失。人们通过新一代自然交互界面，进行自然、方便的交互随时随地:在任何时间和地点，人们通过任何设备和网路，访问任何信息.,.,59,无处不在计算的特征（2）,许多手持式和可穿戴式计算机大量遍布在每个办公室、每个人的，各种规格的无线计算设备许多传感设备和控制设备通过无线网络传输，语音识别控制，基于不可见软件和计算服务实现多种控制。可以让用户随时随地的工作和交流。将繁多的信息进行处理，用户可以高效的工作和思考，可以相互之间进行联系和协同工作是一个高度智能化的