计算机网络-CH8-无线网络

1、计算机网络基础知识主讲：魏培阳主讲：魏培阳无线网络无线网络1 无线局域网无线局域网 WLAN2 无线个人区域网无线个人区域网 WPAN3 无线城域网无线城域网 WMAN 4 ad-hoc网络网络5 无线传感器网络无线传感器网络WSN覆盖范围几种无线网络的比较 1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g, a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX一、无线局域网（WLAN, WiFi）一个基

2、本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信时 ，都要通过本 BSS 的基站。 AP1AP2基本服务集内的基站叫做接入点 AP (Access Point)其作用和网桥相似。AP1AP2当网络管理员安装 AP 时，必须为该 AP 分配一个不超过 32 字节的服务集标识符 SSID 和一个信道。 AP1AP2一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点 AP连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS (Extended Service Set

3、)。AP1AP2ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。 AP1AP2移动站 A 从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到 A 的位置），仍可保持与另一个移动站 B 进行通信。 与接入点 AP建立关联(association)一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点 AP，并与此接入点建立关联。建立关联就表示这个移动站加入了选定的 AP 所属的子网，并和这个 AP 之间创建了一个虚拟线路。只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联

4、的 AP 才能向其他站点发送数据帧。一、无线局域网（WLAN, WiFi）二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) 在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点 AP。整个网络的范围大约在 10 m 左右。无线个人区域网 WPAN 和个人区域网 PAN (Personal Area Network)并不完全等同，因为 PAN 不一定都是使用无线连接的。 WPAN 和 WLAN 的不同 WPAN 是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。WPAN

5、 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 频段。 但 WLAN 却是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。 二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) 1). 蓝牙系统蓝牙系统(Bluetooth)最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是 IEEE 802.15.1 。蓝牙的数据率为 720 kb/s，通信范围在 10 米左右。蓝牙使用 TDM 方式和扩频跳频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Perso

6、nal Area Network) 皮可网(piconet)Piconet 直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。这种主从工作方式的个人区域网实现起来价格就会比较便宜。二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) 蓝牙系统中的皮可网和扩散网 MMSSPSSSSSP皮可网 2扩散网皮可网 1M 主设备S 从设备P 搁置的设备二、 无线个人区域网 WPAN

7、 (Wireless Personal Area Network) 2). 低速 WPAN 低速 WPAN 主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是 2 250 kb/s。低速 WPAN 的标准是 IEEE 802.15.4。最近新修订的标准是 IEEE 802.15.4-2006。低速 WPAN 中典型代表是 ZigBee。ZigBee 技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10 80 m），传输数据速率低，并且成本低廉。 二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) Zig

8、Bee 的特点功耗非常低。在工作时，信号的收发时间很短；而在非工作时，ZigBee 结点处于休眠状态，非常省电。对于某些工作时间和总时间之比小于 1% 的情况，电池的寿命甚至可以超过10 年。网络容量大。一个 ZigBee 的网络最多包括有255 个结点，其中一个是主设备，其余则是从设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过 64000 个结点。 二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) ZigBee 的标准在 IEEE 802.15.4 标准基础上发展而来的。所有 ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。IEEE 802

9、.15.4 只是定义了 ZigBee 协议栈的最低的两层（物理层和 MAC 层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由 ZigBee 联盟定义的。二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) ZigBee 的协议栈 物理层MAC 层网络层应用层IEEE 802.15.4 定义ZigBee 联盟定义ZigBee协议栈二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) ZigBee 的组网方式可采用星形和网状拓扑，或两者的组合 FFDFFDFFDFFDFFDRFD端设备路由器FFDFFD协调器有一个全

10、功能设备 FFD 充当网络的协调器。ZigBee 网络中数量最多的端设备是精简功能设备 RFD 结点。 3). 高速 WPAN高速 WPAN 用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11 55 Mb/s的数据率，标准是 802.15.3， 。IEEE 802.15.3a 工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速 WPAN，它使用超宽带 UWB 技术。UWB 技术工作在 3.1 10.6 GHz 微波频段，有非常高的信道带宽。超宽带信号的带宽应超过信号中心频率的 25% 以上，或信号的绝对带宽超过 500 MHz。超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，可支持 100 400 Mb/s 的数据率，可用

11、于小范围内高速传送图像或 DVD 质量的多媒体视频文件。 二、 无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network) 三、无线城域网 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network) 2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准 HiperMAN。WMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。 WiMAXWorldwide Interoperability

12、for Microwave Access WiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN，这与Wi-Fi 常用来表示无线局域网 WLAN 相似。IEEE 的 802.16 工作组是无线城域网标准的制订者，而 WiMAX 论坛则是 802.16 技术的推动者。两个正式标准u802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2 66 GHz频段）。u802.16 的增强版本，即 802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2 6 GHz频段），它向下兼容 802.16-2004。 802.16 无线城域网服务范围的示意图 ISPU N I V E R

13、 S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 热点802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特网802.16 基站802.16802.16电信网三、无线城域网 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network) 四、Ad-hoc网络网络 Ad-Hoc结构是一种省去了无线结构是一种省去了无线AP而搭建起的对等而搭建起的对等网络结构，只要安装了无线网卡的计算机彼此之间即网络结构，只要安装了无线网卡的计算机彼此之间即可实现无线互联；其原理是网络中的一台电脑主机建可实现无线互联；其原理是网络中

14、的一台电脑主机建立点对点连接相当于虚拟立点对点连接相当于虚拟AP，而其它电脑就可以直接，而其它电脑就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。通过这个点对点连接进行网络互联与共享。 Ad hoc网络的前身是分组无线网（网络的前身是分组无线网（Packet Radio Network）。对分组无线网的研究源于军事通信的需）。对分组无线网的研究源于军事通信的需要，并已经持续了近要，并已经持续了近20年。早在年。早在1972年，美国年，美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）就启动了分组无线网）就启动了分组无线网.DAPRA又在1993年

15、启动了高残存性自适应网络（SURAN,SURvivable Adaptive Network）项目。研究如何将prnet的成果加以扩展，以支持更大规模的网络，还要开发能够适应战场快速变化环境下的自适应网络协议。1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统（GloMo,Globle Mobile Information Systems）项目。在分组无线网已有成果的基础上对能够满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究，并一直持续至今。1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”来描述这种特殊的对等式无线移动网络。 四、Ad-hoc网络网

16、络Ad hoc网络的特点 Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等地位平等，无需设置任何的中心控制结点。，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点：与普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点： 1.无中心：无中心：Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开地位平等，即

17、是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。的抗毁性。 2.自组织：自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。 四、Ad-hoc网络网络Ad hoc网络的特点 3.多跳路由：多跳路由：当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，当结点要与其覆盖范围之

18、外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。用的路由设备（如路由器）完成的。 4.动态拓扑：动态拓扑：Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。结构随时发生变化。四、Ad-hoc网络网络Ad-hoc网络的应用 军事应用：军事

19、应用：军事应用是军事应用是Ad hoc网络技术的主要网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，它是数字人战场通信的首展开、抗毁性强等特点，它是数字人战场通信的首选技术。选技术。Ad hoc网络技术已经成为美军战术互联网网络技术已经成为美军战术互联网的核心技术。美军的近期数字电台和无线互联网控的核心技术。美军的近期数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了制器等主要通信装备都使用了Ad hoc网络技术。网络技术。四、Ad-hoc网络网络方睿 紧急和临时场合：紧急和临时场合：在发生了地震、水灾、强热带在发生了地

20、震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难打击后，固定的通信网络设施风暴或遭受其他灾难打击后，固定的通信网络设施（如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络（如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络设施、卫星通信地球站以及微波接力站等）可能被全设施、卫星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毁或无法正常工作，对于抢险救灾来说，这时就部摧毁或无法正常工作，对于抢险救灾来说，这时就需要需要Ad hoc网络这种不依赖任何固定网络设施又能快网络这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的自组织网络技术。类似地，处于边远或偏僻速布设的自组织网络技术。类似地，处于边远或偏僻野外地区时，同样无法依赖固定或预设的

21、网络设施进野外地区时，同样无法依赖固定或预设的网络设施进行通信。行通信。Ad hoc网络技术的独立组网能力和自组织特网络技术的独立组网能力和自组织特点，是这些场合通信的最佳选择。点，是这些场合通信的最佳选择。Ad-hoc网络的应用四、Ad-hoc网络网络 传感器网络：传感器网络：传感器网络是传感器网络是Ad hoc网络技术的网络技术的另一大应用领域。对于很多应用场合来说传感器网另一大应用领域。对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术。而考虑到体积和节能等络只能使用无线通信技术。而考虑到体积和节能等因素，传感器的发射功率不可能很大。使用因素，传感器的发射功率不可能很大。使用Ad hoc

22、网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。分散在网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。分散在各处的传感器组成各处的传感器组成Ad hoc网络，可以实现传感器之网络，可以实现传感器之间和与控制中心之间的通信。间和与控制中心之间的通信。Ad-hoc网络的应用四、Ad-hoc网络网络 个人通信：个人通信：个人局域网（个人局域网（PAN,Personal Area Network）是）是Ad hoc网络技术的另一应用领域。不网络技术的另一应用领域。不仅可用于实现仅可用于实现PDA、手机、手提电脑等个人电子通信、手机、手提电脑等个人电子通信设备之间的通信，还可用于个人局域网之间的多跳通设备之间的通信，还可用于个人局域网之间的多跳通信。蓝牙技术中的超网（信。蓝牙技术中的超网（Scatternet）就是一个典型）就是一个典