无线网络与移动通信技术基础

无线网络与移动通信技术基础第一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三移动通信与移动计算的区别MobilecommunicationinvolveonlyphysicalandMAClayersMobilecomputingincludemobilenetworking(datalink,network,transportlayers)aswellassoftwareapplicationssuchaswirelessaccesstoinformationresources,client/serverinteraction,etc.第二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三一、概述无线通信的历史中国古代烽火台1865年，麦克斯韦（J.C.Maxwell）建立了著名的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程1887年，赫兹（H.R.Hertz）首次证明了在数米远两点之间可以发射和检测电磁波；1895年5月7日，波波夫在俄国彼得堡的物理化学分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。

第三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线通信的历史1895年，马可尼(G.M.Marconi)成功地进行了约3公里的无线电通信；1897年，马可尼赴英国发展，获得科学界和实业界的重视和支持，取得了专利。1897年，马可尼建议了世界上第一家无线电器材公司-马可尼公司。1901年，他在英格兰和纽芬兰之间进行了横跨大西洋的莫尔斯电报码发射和接收试验，通信距离超过3000公里；马可尼的贡献贯穿在无线电、电视、移动电话、卫星通信等广泛领域。1909年获得诺贝尔物理学奖。第四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三移动与无线通信基本知识

Frequency(f)isthenumberofoscillations(cycles)persecond.UnitisHertzorHzWavelength(l)isthedistancecoveredbyoneoscillation(cycle)asthewavetravelsthroughspace第五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

多径效应：由于多径传播，造成多径信号的幅度、相位和到达时间不同，它们相互叠加会产生电平衰退(fading)和时延扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。移动台直射波反射波反射体散射波散射体基站第六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三移动台

阴影衰退：

由地形、地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引起的衰退为慢衰退。例如，当移动用户穿过不同高度建筑物、十字路口，接收到的信号平均功率发生变化，且是缓慢的变化。

快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化，这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素。基站障碍物第七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

多普勒（Doppler）效应：由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频率变化，距离越近，附加频率越高。移动台基站第八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Wirelesssystemstransmitandreceivewaveformsthatareoutsideofthespectrumofvisiblelight--fromabout800～30,000MHz全范围无线电频谱图第九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三极低频（ELF)军事潜艇通信甚低频（VLF)导航、声纳、航空低频（LF)航海与航空导航信标、航空导航中频（MF)中波广播、航海与航空导航信标高频（HF)短波广播、业余无线电甚高频（VHF)电视与调频广播、无线寻呼、地面移动通信超高频（UHF)电视与调频广播、无绳电话、个人无线电特高频（SHF)微波链路、卫星通信极高频（EHF)雷达、射电天文学微米波远程探测、激光通信、光空间通信红外光300kHz30MHz3000MHz300GHz3kHz频率第十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三天线Allwirelessdeviceshaveatleastoneantenna;mostusethesameantennatotransmitandreceiveTheantennamustbeatleastonequarterwavelengthinsizetoworkwell.So,nomatterhowsmallyoumakeacellularphone,theantenna

isgoingtohavetobeaboutthissize!第十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三第十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三波束转换智能天线(b)自适应阵列智能天线(a)智能天线第十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三视距通信(LOS)：LineofSight

发射天线与接收端间无障碍物。第十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展1946年，首次开通公众移动服务系统,主要用于大众安全部门，如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡。正因为一个频谱只能为一对讲话者使用，频谱成为稀有资源，日趋紧张。世界无线电管理委员会(WRC)提出频谱分配法；军事战争：无线电台短波通信长波通信1870年，丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国建立第一条电报线，1882年中国第一个电报局建立（李鸿章的业务运动）。100年以后的1982年，我国电话才234万部，电话线2.3条/1000人。到2006年，我国固定和移动电话均超过4亿台，普及率超过30％。无线/移动通信的发展第十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线/移动通信的发展

蜂窝（Celluar）概念：将通信的区域按蜂窝形状分的区域按蜂窝形状分成若干小区，两个小区间只要相隔一段距离,无线载频就可重复使用。

频率复用(频分多址),无线频谱尽可能在不同的地理位置上重复使用，每个小区由所对应的基站来服务。1946年，美国AT&T贝尔实验室首先提出这一设想，模拟蜂窝系统于1970年开发成功，1979年第一个蜂窝系统称之为先进移动电话业务的AMPS在芝加哥建成，表示真正民用付诸实现，20世纪80年代模拟蜂窝系统在很多国家建立起来（如日：HCMTS、北欧：NMT、法：TACS、德C450）大大推动了移动通信的发展。第十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蜂窝系统的三个基本参量：高容量、小区和频率复用；越区切换，位置管理为蜂窝系统所独有，较其他移动通信系统复杂不少;采用更具有更高级的数字技术与网络管理技术，信令网络与业务网络相分离的GSM被广泛采用。美国1990年IS-54，1992年IS95-98(CDMA)均为双模体制，我国采用900MHz频段的GSM(GlobalServiceforMobile)体制(FDMA/TDMA)。无线/移动通信的发展第十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三1996年：新增的面向个人的移动用户超过固定用户增长速度2000年：全球移动用户：2

亿

全球固定用户：8

亿

2004年：移动用户达到17亿，中国3.4亿2010年：移动用户达到30亿，与固定用户数量持平以移动蜂窝网用户为例第十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线/移动通信的发展终极目标：个人通信PCN(PersonalCommunicationNetworks)是人类通信的最高目标，它指使用各种可能的网络技术，实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever)、任何地点(Whereever)与任何人(Whomever)进行任何种类(Whatever)的信息交换。Anywhere,anyone,anyway,anytime第十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线网络与有线网络有何不同？无线网络通过一系列站(hops,跳)和交换机为移动用户提供其连接有线网络的入口。一个典型移动计算的点到点连接包括无线交换部分和有线广域网部分。点到点物理连接中，交换机软件十分复杂，常规的网络设计和开销计算已经不再适用。无线网络的容错性比有线网差，传输错误或者暂时的连接中断带来的后果都会比有线网中要大。这主要是因为用户不断漫游，天气原因等。容错性差将会给传输层软件和协议提出新的要求。第二十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Infrastructure-basedvs.adhocFixed,wiredbackbone;MobilesdirectlycommunicateWithAccessPoints.Nowiredbackbone;Peer-to-peer;Multi-hoproutes无线网络分类第二十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三WPAN<10mBluetoot、UWB、ZigbeeWLAN<150m11–54Mbps802.11a/b/e/gHiperLAN/2WMAN<5km802.16a/d/e–70MbpsLMDS–38MbpsWWAN<15km802.20

GSM,GPRS,CDMA,2.5G,3G无线通信网络分类图第二十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三WPAN的核心思想是：用无线电（RF）或红外线代替传统的有线电缆，以个人为中心实现信息终端的智能化互联，组建个人化信息网络。从计算机网络的角度来看，WPAN是一个局域网；从电信网络的角度来看，WPAN是一个接入网。人们把WPAN称为电信网络“最后一米”的解决方案。特征：适应范围、能耗、成本、用途等。无线个人网（WPAN）第二十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Wired/WirelessWired/WirelessWired/WirelessWired/WirelessWired/WirelessBroadbandLocalhighthroughputdeliveryLongrangedeliverywired&wireless(Backbone)数字化家居第二十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线个域网与无线局域网1、无线个域网（WPAN）概述第二十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三2、红外线无线网络(InfraredDataAssociation)

（红外线辐射波长范围:700～1300nm）红外线无线网络组成：－红外发射器（红外LED器件）－传输信道－红外接收器红外漫反射器移动客户机1移动客户机2第二十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

发射与接收设备体积小，重量轻，成本低;支持各种速率的点到点话音和数据业务;主要应用在嵌入式系统和设备中;红外频带宽，不干扰现有射频系统性能，干扰低;红外LOS，不能穿透墙，保密性强;红外数据传输率高，>1Mb/s（0.96～4Mbps）；IrDA主要应用：设备互联、信息网关设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换信息网关负责连接信息终端和互联网

2.1红外线通信特点第二十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三如何组成红外无线网络？

红外无线数据通信/控制协议－IrDA协议集（1993）红外数据网络－网络为红外漫反射器调制技术2.2红外线无线网络结构第二十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IrDA协议栈分成两部分：核心协议和可选协议。IrDA的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的复用与流量控制。IASOBEX话音与呼叫控制IrCommTinyTPIrLMPIrLAP红外线物理层IrDA协议栈2.2红外线无线网络结构第二十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三UWB技术又被称为脉冲无线电发射技术。根据美国联邦通信委员会（FCC）的定义，是指在3.1G-10.6G频段内占用10dB/带宽大于500MHz的无线发射方案。

3、超宽带（UWB）技术第三十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三UWB技术曾被广泛应用于雷达和遥感领域，作为商用无线通信技术目前正受到越来越多的关注。UWB技术即不同于传统的窄带无线传输技术，也不同于3G扩频宽带技术。传统的窄带或扩频宽带系统都需要使用载波将基带信号调制到射频上，而UWB技术不需载波，能直接调制脉冲信号，产生带宽高达几GHz的窄脉冲波形，其带宽远远大于目前任何商业无线通信技术所占用的带宽。3.1UWB概述第三十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三UWB吞吐量Highspeedatshortrange480Mb/sat~3mDoesnotpenetratewalls3.1UWB概述第三十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三UWB信号的宽频带、低功率谱密度的特性，决定了UWB无线传输技术的以下优势：易于与现有的窄带系统，如GPS、蜂窝通信系统、地面电视等共用频段，大大提高了频谱利用率；易于实现多用户的短距离高速数据通信；对多径衰落具有鲁棒性。3.1UWB概述第三十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三适合UWB技术的实际应用包括：高速无线个域网；无线以太接口链路；智能无线局域网；户外对等网络；传感、定位和识别网络

目前，UWB在多媒体设备，家庭和个人网络方面的应用前景已得到了专业界的普遍认可，UWB将促进智能网络和设备的发展，形成真正以用户为中心的无线世界。3.1UWB概述第三十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

UWB无线技术基于共用频段思想，打破短距离无线通信频率资源供不应求及不兼容的现状，为频谱管理和无线系统工程中存在的诸多问题提供有效的解决方案；UWB技术能为无线个域网接入技术提供低功耗、高带宽且易于实现的底层技术支撑，实现便携设备和固定设备、个人电脑和娱乐设备的空中接口，建立可兼容的全IP网络；UWB系统能在短距离内支持高达400Mb/s的信息传输率，并可通过减小传输速率来增加传输距离，实现精确的定位跟踪；同时，UWB设备具有能支持有效多次反射路由机制的精确位置跟踪功能，更有利于在动态节点的自组织网（adhoc）中实现定位。3.1UWB概述第三十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三UWB接口设备MeasuredUWBPulsetrainoutput3.1UWB概述第三十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三4、蓝牙（Bluetooth）技术

蓝牙以公元10世纪一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。发明蓝牙技术的是瑞典爱立信公司。1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔五家公司经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团（BluetoothSIG）。99年7月发布Bluetooth1.0标准。至今加盟蓝牙SIG的公司已达到2000多个，蓝牙具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。第三十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙技术主要面向10m范围内的个人网络。各类数据及语音设备（信息家电）,通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet),多个微微网之间也可以互连形成分布式网络从而方便、快速地实现各类设备之间的通信（数据、音频、图象等）。蓝牙技术是公开的无线数据和话音通信标准(IR传输和短距无线电链路），无线收发器集成于9×9mm2的微芯片内，可方便地嵌入到便携式设备中,从而增加设备的通信选择性。蓝牙同步语音信道支持64Kbps数据传输率；非同步信道可支持：721Kbps，非对称，单向最大速率432.6Kbps，上下链路对称最大速率4、蓝牙（Bluetooth）技术第三十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三BasicfactsOperatesintheunlicensedIndustrial-Science-Medical(ISM)bandat2.45GHz.Adoptsfrequency-hoptransceiverstocombatinterferenceandfading.Thenominalradiorange:10meterswithatransmitpowerof0dBm.Theextendedradiorange:100meterswithamplifiedtransmitpowerof20dBm.Majortechnologyforshort-rangewirelessnetworksandwirelesspersonalareanetwork.Anenablingtechnologyformulti-hopadhocnetworks.LowcostofBluetoothchips(about$5/chip).4、蓝牙（Bluetooth）技术第三十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙应用：话音/数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人网络和信息的共享和交换。第四十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙系统基本特征：(1)网络拓扑(2)交换模式(3)节能模式(4)抗干扰性能(5)鉴权、加密(6)话音编码(7)软件结构4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

蓝牙包括核心协议(Core)和简档（Profile）两个部分。协议主要定义蓝牙的技术细节（如串口仿真协议、逻辑链路控制和适配协议等），而简档定义相应的实现协议栈，这样即可为全球兼容性奠定基础。

蓝牙标准主要定义底层协议，也定义一些高层协议和相关接口。整个协议体系结构分为4层：

(1)核心协议层（链路管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议L2CAP、服务检测协议SDP）(2)线缆替代协议层（RFCOMM）(3)电话控制协议层（TCB,BIN/AT）(4)其它协议层（与Internet应用相关的高层协议，如PPP、UDP/TCP/IP、OBEX/vCard/vCal、IrMC、E-mail、WAP等)4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙协议栈图第四十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Openproblem:amethodforforminganefficientscatternetunderapracticalnetworkingscenario.Twomethods:Bluetree

andBluenet4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三微微网（Piconet）Asimpleon-hopstar-likenetworkAmasterunitUpto7activeslaveunitsUnlimitednumberofpassiveslaveunits.散布网（Scatternet）AgroupofconnectedpiconetsAunitservesasabridgebetweentheoverlappingpiconetsinproximity.4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙无线电规范调制: GFSK

数据速率（峰值）:4Mbps

RF频段: 2.4GHz,ISM

RF载波: 23/79

载波间隔: 1

传输功率:0.1w

微微网接入:FH-TDD-TDMA

频跳率: 1600

分布式网络的接入:FH-CDMA4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三跳频的时分双工（FH-TDD-TDMA）4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三从应用的角度，它与日前广泛应用于微波通信中一点多址技术十分相似，很容易穿透障碍物，实现全方位的语音与数据传输，非视距通信。蓝牙也使用2.4GHz频段，采用跳频扩频技术。对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对应于时隙包，跳频速率有所降低；由于使用较高的跳频速率，使其抗干扰能力较高。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kbps。链路层和应用层进行安全管理。在链路层中，它提供了认证、加密和密钥管理等功能，每个用户都有一个个人标识码（PIN），被译成128bit链路密钥来进行单双向认证。蓝牙设备还有ID标识。4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙安全性：物理层：蓝牙跳频速度达1600跳/s，属快速跳频，加上通信的短距离的特性，提供一定程度的物理层的安全特性。链路层：蓝牙链路级的安全特性在L2CAP协议中完成。基于链路密钥的概念，密钥为128比特长的随和序列。蓝牙设备在每次建链时都要核对密钥，通信时该密钥将用于鉴权和加密。业务级：采用了安全管理器的概念，安全管理器可以对每一个设备和服务指定信任等级和访问极限，满足蓝牙设备和服务的安全接入。4、蓝牙（Bluetooth）技术第四十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEE802.15ProposedbyIEEE802.15WPANWorkingGroup(1999)DevelopconsensusstandardsforPANsorshortdistancewirelessnetworks.

SimilargoalstoBluetooth:wirelessnetworkingofcomputingdevicessuchasPCs,PDAs,peripherals,cellphones,pagers,andconsumerelectronicsaimedatstandardizingMAC

andPhysicallayersofBluetoothAlsodealingwithotherissues

–e.g.,coexistenceandinteroperabilitywithinthenetworks第五十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEE802.15Fourtaskgroups(workinprogress)802.15WPANTaskGroup1:(802.15.1)BasedonBluetoothanddefiningMACandPHYlayersspecifications802.15WPANTaskGroup2:(802.15.2)CoexistenceofWPANandWLANoperatinginsame2.4GHzband802.15WPANTaskGroup3:(802.15.3)Publishnewstandardforhighrate(20Mbps)WPANs,andProvideameansforlow-powerandlow-costsolutionsforportableconsumerelectronics,multimediaapplications,etc802.15WPANTaskGroup4:(802.15.4)Lowdatarate(200kbpsmaximum)solutionswithlongbatterylife(monthstoyears)andlowcomplexity;Targetedatsensors,interactivetoys,smartbadges,etc.第五十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

ZigBee是一种新兴的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络通信技术（IEEE802.15.4标准），主要用于近距离无线连接，类似蓝牙。ZigBee适合于承载数据流量较小的业务，如遥控、传感器等，满足工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业和医用设备控制等领域的特定需求。例如，在无线传感器环境中众多传感器之间相互协调实现通信，只需要很少的能量，以接力的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器。ZigBee标准规定了两个物理层：一个与蓝牙一样，也采用2.4GHz波段及跳频技术；另一个868/915MHz直接序列扩频（相应的数据传送率为20～40Kbps）。5、ZigBee技术第五十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三功耗低—在待机模式下，两节5号电池可用半年～2年；速率低－基本速率是250kb/s；当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134米，并获得更高的可靠性；成本低—Zigbee数据传输速率低，协议简单，又无专利费，所以成本大为降低；网络容量大—每个Zigbee网络最多可支持255个设备；时延短—通常时延为15～30毫秒；安全性—Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128；有效覆盖范围10～75米之间，具体依据实际发射功率大小和各种不同应用模式而定，能够覆盖普通家庭或办公室环境。5、ZigBee技术第五十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三根据ZigBee联盟的观点，ZigBee家庭应用如下：

（1）空调系统的温度控制器,灯光、窗帘的自动控制；

（2）老年人与行动不便者的紧急呼叫器；

（3）电视与音响的万用遥控器,无线键盘、鼠标、玩具等；

（4）烟雾侦测器；

（5）智慧型标签。

5、ZigBee技术第五十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三四、无线局域网第五十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Peer-to-peer(adhoc)Adhocnetworkmode-thereisnocentralcontroller,wirelessaccesscardsuseMACprotocols(e.g.,IEEE802.11usesCSMA/CA)toresolvesharedaccessofthechannel.无线局域网结构第五十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线局域网结构ConfigurationwithAccessPoints(APs)Clientservermodel-manyPCsorlaptopsphysicallyclosetoeachother(20–500m)arelinkedtoacentralhub(AP).APcontrolsthesharedaccessofthechannels,

e.g.,byselectingoneofthehoppingsequences,andthewirelesscardstuneintothecorrespondingsequence.TheAPactsas

abridgebetween

thewirelessand

wirednetwork第五十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三80年代，伴随着以太局域网迅猛发展，无线网络以不用架线、灵活性强等之长补“有线”所短，赢得了特定市场的认可，但当时无线网遵循IEEE802.3标准,存在着易受其他微波噪声干扰,性能不稳定,传输速率低且不易升级等弱点,不同厂商产品也不兼容,限制了无线网进一步应用。这样，制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事日程。目前，WLAN主要是IEEE802.11x系列与HiperLAN／x系列两种标准。1997年6月，IEEE802.11标准通过。在MAC层以下，IEEE802.11规定了三种发送及接收技术：－扩频技术－红外技术－窄带技术第五十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三在一个典型WLAN环境中，接入点(AP)进行数据发送和接受，一个AP能够在几十～上百米的范围内连接多个无线用户。在同时具有有线和无线网络的情况下，AP可以通过标准的Ethernet电缆与有线网络相连，作为无线网络和有线网络的连接点。WLAN终端用户可通过无线网卡等访问网络。在距离较远的无线网络环境中，通过室外无线网桥来实现几公里、几十公里的远端局域网连接中心局域网。大多数的WLAN产品都使用了扩频技术。由于慢跳跳频系统实现简单，因此低速WLAN常常采用这种技术。第五十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线LAN特性：无线LAN使用无线电或红外线信号来处理数据传输,以替代电缆。从TCP/IP协议和网络软件的观点来看,无线和有线LAN是一样的。无线网络由电脑、周边设备和存取点(相当于有线网络的集线器)组成。同有线网卡一样,无线网卡也有PCMCIA、PCI和ISA等几种接口方式。使用频段：2.4GHz5GHz有效数据传输率受限于周围的电磁场如要距离微波炉在3米。另外,为提高传输的可靠性,一般会加入进行错误校验的起始封包,这会导致10%～15%的传输率损失。第六十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEE802.11a与IEEE802.11b（Wi-Fi）IEEE802.11a工作在5GHz

U-NII频带，峰值传输率为54Mbps，从而避开了拥挤的2.4GHz频段。物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps，传输距离可远至20km以上。采用正交频分复用的独特扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口、10Mbps以太网无线帧结构接口和TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEE802.11b(Wi-Fi)标准，峰值传输率为11Mbps

IEEE802.11b（Wi-Fi）工作在2.4GHz，峰值传输速率为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右；直接序列扩频，无需直线传播。第六十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEEWLAN标准IEEE802.11标准主要是对物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。第六十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEE802.11a谱系

＃

802.11g，工作于2.4GHz，与802.11b兼容，最高速率54Mbps。

＃

802.11c为MAC/LLC增强；801.11d对应802.11b版本，适应不能使用2.4GHz国家和地区；

＃802.11e则是一个瞄准扩展QoS标准，其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略；

＃802.11f用于改善802.11协议的切换机制，使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游；

＃802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率和选择无线信道，而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准；

＃802.11i及802.1x主要着重于安全性，802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议，802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP，可对以太网端口鉴权；

＃802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN/2网络的互连互通；

＃802.11/WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN-HiperLAN及日本ARAB-HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口；

＃802.11n已将速率增强至108~320Mbps；并进一步改进其管理开销及效率；

＃802.11/HT，以进一步增强802.11的传输能力，取得更高的吞吐量；

＃802.11Plus第六十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

802.11b的典型解决方案

对等解决方案

对等解决方案是一种最简单的应用方案，只要给每台PC安装一片无线网卡，即可相互访问。如需与有线网络连接，可以为其中一台PC再安装一片有线网卡，无线网中其余PC即利用这台PC作为网关，访问有线网络或共享打印机等设备。单接入点解决方案

接入点相当于有线网络中的集线器。无线接入点可连接周边无线终端，形成星形网络结构，同时通过10Base-T端口与有线网络相连，使整个无线网终端都能访问有线网络的资源，并可通过路由器访问Internet。多接入点解决方案

当网络规模较大，超过了单个接入点的覆盖半径时，可以采用多个接入点分别与有线网络相连，从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络，所有无线终端可以通过就近的接入点接入网络，访问整个网络的资源，从而突破无线网覆盖半径的限制。

第六十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线中继解决方案无线接入器还有另外一种用途，即充当有线网络的延伸。比如在工厂车间中，车间具有一个网络接口连接有线网，而车间中许多信息点由于距离很远使得网络布线成本很高，还有一些信息点由于周边环境比较恶劣，无法进行布线。由于这些信息点的分布范围超出了单个接入点的覆盖半径，我们可以采用两个接入点实现无线中继，以扩大无线网络的覆盖范围无线冗余解决方案

对于网络可靠性要求较高的应用环境，比如金融、证券等，接入点一旦失效，整个无线网络会瘫痪，将带来很大损失。因此，可以将两个接入点放置在同一位置，从而实现无线冗余备份的方案。多蜂窝漫游工作方式

在一个大楼中或者在很大的平面里面部署无线网络时，可以布置多个接入点构成一套微蜂窝系统，这与移动电话的微蜂窝系统十分相似。微蜂窝系统允许一个用户在不同的接入点覆盖区域内任意漫游，随着位置的变换，信号会由一个接入点自动切换到另外一个接入点。第六十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

蓝牙技术主要面向近距离信息设备如手机、电器设备、数码相机以及PC等的连接,1Mbps的速率使其可以方便、快速地传送较广泛一类数据，如数码相片、email、话音、文件等。Wi-Fi技术是无线Ethernet。通过在PC内插入PCIMCA卡，无线传送速率可达到11Mbps，并通过AccessPoint接入网络，并可将多个用户连上宽带DSL。蓝牙技术vsWi-Fi技术第六十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三蓝牙的最高速率为2Mbps,和现有的无线LAN相同。另一个缺点是：它们的传输距离只有几米～几十米远,而无线LAN最远可达100米。无线LAN技术可以实现在有限空间内的移动连网。在其性能已提升至和有线LAN同等后,家庭用户将更乐于接受它。对家庭用户而言,不需要电缆连接是无线LAN最好的一个优点。蓝牙技术vsWi-Fi技术（续）第六十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三内蒙太盐集团要求将各分公司与总部联网,运行用友财务软件。7个点用有线相联,另7个较远(5km)点用无线相联。集团总部是一个WindowsNT局域网,采用TCP/IP协议。由于用友财务软件要求链路速率较高,因而采用朗讯公司WaveLANTurbo无线网络产品(有效速率相当于10M以太网)。

无线网络系统设计既要考虑通信速率,又要最大限度地节省投资,因此系统设计成一点对多点的方式,总部用了一台WavePOINT-Ⅱ(无线网桥),并用全向天线加一增益放大器与远端7个点相联,远端6台工作站分别用WaveLANTurbo/ISA(无线网卡)并以定向天线对总部,另1个点用WaveLAN/EC(无线外接单元),同样以定向天线对总部。定向天线全部采用了高增益栅状天线,这种天线可以抗强风。有的设备离天线较远,电缆较长,故采用了低损耗微波电缆,整个系统实现了高速率低费用的目标。无线LAN实例第六十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线局域网的欧洲标准-HIPERLANEuropeanTelecomStandardsInstitute（ETSI）提出HIPERLAN

(HIghPErformanceRadioLocalAreaNetwork)

特点如下：工作频段在5.12~5.30GHz和17.1~17.3GHz；采用窄带GMSK调制，支持的物理层传输速率为23.5Mbps/23.5MHz带宽；接入协议采用CSMA/CA；主要支持点到点传输；具有节能管理。第六十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线LAN的安全性

IEEE802.11产品的安全机制以WEP（WiredEquivalentProtection）的安全机制为主，在安装无线网络后即可手动设置接入密码，当AccessPoint中设定使用WEP加密认证后，我们就可以将不知道密码的用户排除在无线网络之外。但该加密技术有瑕疵，无线网络的密码在所有无线网络终端上都相同，很容易被窃取，存在管理困扰。无线网络安全解决方案可从软硬件两方面着手，透过内建软件增加加密安全机制的关卡，或是直接在硬件设计上进行加密处理。这两种方式各有优缺点，软件的解决方案增加CPU的运算负担，但成本较低，硬件的方式则正好相反。第七十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三市场情况：2001年无线局域网市场总金额达到150亿美元。Gartner认为：2005年全球无线市场复合平均增长率将达到22%。无线局域网最主要的驱动因素是带宽需求的与日俱增，允许便携计算机以更灵活的方式进行Email，访问Web内容，不能物理布线的特定信息服务类型以及其他企业应用。2002年，Wi-Fi(WirelessFidelity)开始一鸣惊人，全球销售出了1800万个Wi-FiAP。Intel为迅驰的市场运作展开了高达3亿美元的计划，Wi-Fi成为新款笔记本电脑标配。Wi-Fi可以使相距几英里之遥的两个天线间发生联系，交换数据。它的短途无线数据传输速度是拨号方式的200倍，但价格不比拨号贵。而与3G相比，Wi-Fi的优势还在于终端先行，笔记本电脑让每个用户都感觉使用方便。第七十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

国内市场无线AP系列3COMofficeConnectAP支持802.11g规范，成熟速率达到54Mbps最大传输距离100米；兼容802.11b规范；支持256位WPA加密，保障无线安全性，40/64位何128位WEP共享密钥加密，支持多达128个并发用户，自动选择通信量最小的信道，提供无故障连接；取得Wi-Fi认证。CiscoAironet1100SeriesAP基于CiscoIOS软件，支持802.11b规范，支持VLAN划分，能管理16个VLAN；支持QoS保证，根据各种需求提供流量。支持代理移动IP，子网间无缝漫游。DLINKDWL－2000AP＋第七十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

TPLINKTL-WR641GMIMO网卡DWL-G650MMIMO无线路由器DI-634M第七十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三五、无绳电话通信系统－用无线信道代替电话线，在限定的业务区内自由移动的电话系统。1970s，美，第一代无绳电话通信系统(CT1)模拟技术英，第二代无绳电话通信系统(CT2)数字技术1992年，ETSI，泛欧数字无绳电话通信系统（DECT）1994年，FCC－JTC个人接入通信系统（PACS）日本，个人便携电话系统（PHS）第七十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三小灵通（PHSPersonalHandyphoneSystem）PHS核心技术由日本NTT研制。1994年，日本推出PHS系统实验网，1995年7月，经日本邮电省批准，NTT和DDI率先推出基于PHS技术的移动电话服务，1995至1997是PHS技术在日本发展的主要时期，自1997年12月始，PHS用户不断减少并最终在日本走向衰落。我国小灵通技术是将PHS技术和程控交换技术相结合而开发的技术，目前广泛使用的小灵通系统有PAS或者PCS以及PHS等几种，而并非单纯的PHS系统。2003年底，全国的小灵通用户数已经超过3500万。它采用微蜂窝技术，将电话以数字无线方式接入固定电话网，作为固定电话的补充和延伸（无线连接代替固定电话最后几百米的电缆连接），充分利用固定电话网资源，因此也被称为无线市话。第七十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三小灵通PAS组成－现有的固定电话网络上通过V5接口将本地交换机（LS）与个人手持电话系统—无线本地环路（PHS-WLL）相连接，再与空中话务控制器（ATC）结合在一起，从而实现用固定电话网来提供移动业务。小灵通系统采用微蜂窝技术，将整个服务区划分为多个微小区。与移动通信系统不同，小灵通系统不是采用为每个小区分配固定的频率，而是随着通话过程为小区自行分配最佳的频段和信道。第七十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三PHS优势：

小灵通资费低，系统和手机发射功率小、终端机身小巧且待机时间长，频率利用率高。小灵通基站和终端的发送功率目前主要分为三类，即10mW、20mW的小功率基站，200mW、500mW的大功率基站，以及同样属于大功率基站的卫星定位系统（GPS）基站。小灵通的基站发送功率均小于500mW，远小于移动通信系统基站的发送功率3000mW。同样，小灵通手机的发射功率仅为10mW，也小于普通手机600～1000mW的发送功率。

第七十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三PHS主要技术局限性：

1．基站覆盖范围小2．频繁切换影响质量3．高频率弱点：传播主要靠直射、反射。折射和穿透能力差、损耗大，衍射和绕射能力差。4．与TD-SCDMA频段相同问题1900～1920MHz之间的频段第七十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三个人接入通信系统（PACS）美国为支持PCN系统所开发的，具有容量大，覆盖面大，功耗小，功能多，成本低等特点。PACS系统的组成：无线端口控制器操作维护中心基站用户终端设备第七十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Broadbandwirelessaccess(BWA)networks–providingawirelesscommunicationpathbetweenfixedsubscribesitesandacorenetwork(e.g.,Telephone,Internet).The“lastmile”tobusinessandresidentialcustomersProvideservicesinruralareas,developingcountries,andunderservedurbanareas四、无线城域网(WMAN)

WirelessMetropolitanNetworks第八十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IEEE802.16:WirelessMANstandardPoint-to-Multipoint(broadcasting)Basestation(BS)connectedtopublicnetworksBSsserveSubscriberStations(SSs)SStypicallyservesabuildingComparedtoaWLANMultimediaQoS–connection-oriented,notonycontentionless-basedManymoreusersMuchhigherdatarates(1.5～50Mbps)Muchlongerdistances(~20miles)四、无线城域网(WMAN)

第八十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Canalsobeusedtointer-connectLANsindifferentbuildings-IEEE802.11drivesdemandforIEEE802.16四、无线城域网(WMAN)

第八十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三ETSIwirelessMANstandardsHiperMAN:equivalentto802.16aWirelessaccessunder11GHzHiperACCESSAbove11GHz(mostlylicensedusers)四、无线城域网(WMAN)

第八十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三2003年，Intel、Nokia、Fujitsu等制造商创立WiMax（WirelessInteroperabilityMicrowaveAcess，将共同支持IEEE802.16标准的无线MAN产品开发。1999年，IEEE802.16工作组成立，WiMax决定制定全球标准和认证来促进宽带无线接入网的可实施性、互操作性、兼容性（还包括与HiperMAN产品）。IEEE

802.16工作的频段是无需授权频段，范围在2～66GHz之间，在20MHz带宽时，支持高达100Mbps的共享数据传输速率。

四、无线城域网(WMAN)

第八十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三WirelessMeshNetworks(WMN)AnewentrantinthemarketplaceWirelessadhocnetworksconsistingofBSs/APsinter-connectedinmeshtopologyNoneedforwiredbackhaulconnectiontoeveryAP-eg.reachingoutdoorareaswherewiredinfrastructurewouldnotbefeasibleBasedonadhoc802.11(11aorb/gSOHOAPs)Canbecomplimentarytofuture802.16aWiMAX第八十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三Mesh-based无线城域网

Apromisingoptionforequippingruralbroadbandnetworks第八十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三四、无线城域网(WMAN)WiMax作为城域网接入手段，最大覆盖范围50公里。是一种定位于宽带IP城域网的无线接入技术。主要用于固定无线宽带接入（FBWA）、地理位置分散的信息热点回程传输，或大业务量用户的接入。WiMax采用了多种技术来应对建筑物阻挡情况下的非视距（NLOS）和阻挡视距（OLOS）的传播条件，因此其可以实现非视距传输。WiMax是解决“最后一公里”的通信接入问题。特别是对于偏远地区没有Cable和DSL服务，通过WiMax的布建将能助于最后一公里的无线宽带布建。第八十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三四、无线城域网(WMAN)链路层技术

适应TCP/IP协议对信道传输质量的要求，在链路层加入了ARQ机制，减少到达网络层的信息差错，提高系业务吞吐量。同时采用天线阵、天线极化方式等天线分集技术来应对OLOS和NLOS造成的深衰落。QoS性能

可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音（VoIP）业务。三种等级服务：固定带宽、承诺带宽、尽力而为。

第八十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三四、无线城域网(WMAN)WiMax面临的问题：技术复杂、成本较高

WiMax传播距离较远，环境复杂，导致其技术复杂。WiMax基站台费用约是2万美元。据IEEE估计，只有当每单位用户数所负担的平均成本下降至300美元以下，且基站台降至1万美元以下，则宽带无线才将有可能成为最后一公里服务。WiMax可以作为802.11x网络的延伸架构，不是取代IEEE802.11x，而是与802.11x整合。WiMax也面临IEEE802.20的考验。IEEE802.20标准是移动宽带无线接入系统（MBWA，MobileBroadbandWirelessAccess），其目标趋近于4G的设想。移动性是802.20的突出性能，它所适应的移动速度高达250km/h，其小区半径为1km。这些性能则是WiMax所无法比拟的。第八十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三MobilenetworkingInternetworkingmobilecomputerswiththefixed-networkTworequirementsMobilitytransparencyMobilityandlocationmanagement五、移动IP技术第九十页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三第九十一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三移动IP关键技术

代理搜索注册数据包的选择隧道技术移动IP应用实例：Motorla公司的iDEN系统第九十二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三现今Internet网络层协议IPv4路由算法不支持主机漫游。一般情况下，在IP网络中，当接入某一子网的移动到其他子网覆盖的区域时，如果不及时转换为包含新网址在内的IP地址的话，那么IP数据包就无法到达MC。在现有IP地址分层体系结构下，主机在Internet的位置是由其IP地址确定的，主机必须在网中处于其IP地址标示之处，才可以接收到数据。解决WLAN无缝漫游的关键技术就是移动IP，将WLAN服务区域进一步扩大，使各区域相互连接在一起，保证WLAN访问服务区域从“点”发展成“面”。如果一边使用WLAN接入服务，一边移动接入位置，那么一旦超越子网覆盖范围，就会无法继续进行通信，此时就要用到移动IP技术。第九十三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三MobileIP协议历史

第一个MobileIP，由哥大J.Ioannidis设计虚拟移动子网、IPIP(IPinIP)、打包Sony公司的F.Terqoka虚拟IP（VIP）使用了特定路由器来记忆移动主机位置，并定义了新的IP头选项来传递数据。IBMC．Perking&Y．Reckter也利用现有IP协议中LooseSourceRouting来支持主机的移动1994年,A．Myles和C．Perking分析了前三种协议基础上，重新设计了一种协议MIP，并将它提交给IETF。第九十四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三1992年由IETF(InternetEngineeringTaskForce)下的IP工作组制定移动IP草案，1996年11月公布为建议标准(ProposedStandard)。该标准包括下面的RFC文件：

RFC2002：定义了MobileIP协议；

RFC2003、2004、1701：定义MobileIP中用到的三种隧道技术；

RFC2005：叙述MobileIP的应用；

RFC2006：定义MobileIP管理信息库MIB。第九十五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三客户机移动时，除了在链路层上要提供越区切换的能力外，在网络层也需要提供支持。移动IP为网络层方案，与运行媒介无关。移动IP提供了一种路由机制，使得移动节点可以以一个永久的IP地址（homeaddress）连接到任何链路上，并使得在切换链路时仍可保持正常通信，具有可扩展性、可靠性和安全性等优点。第九十六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三当移动终端检测出它已经漫游至外地网时，它将通过外地网的AP从外地代理处获得一个转交地址（CareofAddress）。转交地址有两种类型：外地代理转交地址和配置转交地址。移动终端把这个转交地址通过Internet通知它的宿主代理。此后，其它子网发给该移动主机的IP数据报仍将发给其宿主网，在宿主网由宿主代理通过ARP，把发至移动终端的IP数据报进行重新装配，装配时只把IP数据报的宿主IP地址域作为移动主机的转交地址（隧道技术），然后再发送出去。

第九十七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三InternetHomeAgentForeignAgentCorrespondentHostMobileStationIPtunnelingpathIncomingPacketRouteOutgoingPacketRoute1234DiagramforbasicmobileIProuting(triangularrouting)第九十八页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三IPv6移动性管理问题IPv6在网络层实现了移动性管理，相非链路层。IPv6协议本身在移动功能支持上已经远强于IPv4，但仍需要移动IP实现移动管理，以提供应用层或高层协议对于移动的透明性。IPv6在以下方面作了改变：

—邻居发现协议增强了移动管理能力：

·MC转交地址自动配置；MC和移动代理之间的相互发现；网络地址前缀的发现，简化移动检测过程。

—端到端的可选消息，减小对中间节点路由器性能影响。

—安全协议IPSec提供安全认证和数据传输的安全保证。

—无需外部代理及其转交方式，增强端到端通信能力。

—路由优化作为必然的通信方式而得到支持。第九十九页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三MosquitoNetProjectStanfordUniversityResearchinMobileIPAimedatrelaxingtherequirementofforeignagentavailability第一百页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三六、WirelessInternet第一百零一页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三第一百零二页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三第一百零三页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三MobileAccesstotheWWWMobilebrowser:mobi-awarebrowserDynamicURLMobisaicprojectattheUniversityofWashingtonLocation-sensitveresources,dynamicinformation,activedocumentsWebExpressUsingproxyapproachtoimprovemetworkperformancedistributedsystem,client,serverOptimizingtechnology:caching,differencing,protocolreduction,Headerreduction第一百零四页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三无线应用协议-WAP

97年6月,Ericsson,Motorola,Nokia,P发起成立WAP论坛。98年5月,WAP1.0;99年6月WAP1.0;99年12月,WAP1.2。

WAP专为移动因特网设计，解决手机上网。WAP规范包括无线应用环境和无线协议。无线应用环境独立于网络和设备，包括无线标记语言、无线电话应用接口及WAP内容格式。无线协议包括无线会话层、无线传输层安全机制、无线传输协议、无线网络接口定义等。第一百零五页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三WAP协议应用结构模型

第一百零六页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三

WAP协议层结构与因特网协议层一一对应。无线数据报协议WDP替代TCP协议,与HTTP协议对应的是无线会话协议WSP,WSP采用了压缩技术,以减少通信对无线频率资源的占用。

无线标记语言(WML)将提供导航支持、数据输入、超链路、文本和图像显示；WML是与因特网HTML相似的浏览语言。

WAP手机：Nokia7110，Simens3568i,MotorolaA6188

WAP手机能够提供的内容：新闻、电子邮件、股市、银行、航班、酒店、天气预报以及移动办公等等。第一百零七页，共一百一十九页，编辑于2023年，星期三WAP协议框架与因特网协议对应关系图