第10章-无线网络技术.ppt

1、计算机网络高级教程,1,吴功宜 编著,“十一五”国家重点图书 计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版） 计算机网络 高级教程,计算机网络高级教程,2,第10章无线Ad hoc网络、无线传感器网络与无线网格网,计算机网络高级教程,3,网络技术发展的主线,计算机网络高级教程,4,无线网络技术的研究与发展,计算机网络高级教程,5,无线Ad hoc的基本概念,计算机网络高级教程,6,Ad hoc术语的来源,Ad hoc来源于拉丁语本意是“向这个” 英文名称：Ad hoc network Self-organizing network Infrastructureless

2、 network Multi-hop network Ad hoc在英语中的含义是： “for the specific purpose only” “为某个特定目的、临时的、事先未准备的” 1991年5月：IEEE正式采用“Ad hoc网络” 一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络,计算机网络高级教程,7,PRNET残存性自适应网络SURAN,1972年：PRNET项目验证可行性，但是不能支持大型网络环境的需要 1983年：启动了残存性自适应网络SURAN项目 SURAN项目研究任务： 如何将无线分组网技术用于支持更大规模的网络 开发了能够适应战场快速变化的自适应网络协议 SURAN计

3、划的三个具体的目标： 开发出符合分组无线网络协议的产品 开发并验证适合上万个结点的组网方法 开发并验证存在复杂电子干扰条件下可生存的分 组无线网络技术,计算机网络高级教程,8,GloMo计划,1994年：启动了全球移动信息系统GloMo计划； 1996年2000年WINGs研究项目 无线自适应移动信息系统WAMIS 多跳、移动环境下支持实时多媒体业务 的高速分组无线网络 主要目标：如何将无线移动自组网与 Internet无缝地连接起来,计算机网络高级教程,9,Ad hoc网络的应用,军事领域 民用领域 办公环境的应用 特殊环境的应用 个人区域网络中的应用 家庭无线网络的应用,计算机网络高级教程

4、,10,无线局域网WLAN与Ad hoc网结构比较：一跳与多跳,计算机网络高级教程,11,Ad hoc 特征： 无线 移动 自组织 对等 多跳 Ad hoc网结点： 主机 路由器,计算机网络高级教程,12,Ad hoc网络特征,由一组带有无线通信收发设备的移动结点组成的多跳、临时和无中心的自治系统； 移动结点本身具有路由和分组转发的功能，可以通过无线方式自组成任意的拓扑； 可以独立工作，也可以接入到移动无线网络或Internet； 当接入到移动无线网络或Internet时，由于带宽与电源功率的限制，一般不会作为中间的承载网络，而是作为末端的子网出现，不转发其他网络穿越本网络的分组。,计算机网络

5、高级教程,13,无线Ad hoc研究的基本内容,计算机网络高级教程,14,Ad hoc网络层次结构模型,计算机网络高级教程,15,Ad hoc技术研究的主要内容,计算机网络高级教程,16,信道接入技术的研究,“一跳共享”与“多跳共享”的概念,计算机网络高级教程,17,“隐终端”与“暴露终端”的概念,隐终端：C结点,暴露终端：C、D结点,计算机网络高级教程,18,Ad hoc网络信道接入协议的研究,计算机网络高级教程,19,Ad hoc网络路由协议的研究,计算机网络高级教程,20,Ad hoc网络QoS技术的研究,计算机网络高级教程,21,Ad hoc网络多播技术的研究,计算机网络高级教程,22

6、,Ad hoc网络安全技术的研究,计算机网络高级教程,23,WNS技术研究,计算机网络高级教程,24,WNS的基本概念,计算机网络高级教程,25,对无线传感器网络技术发展的预测,美国MIT技术评论（2001年）在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络列为21世纪改变世界的10大技术之首； 商业周刊预测无线传感器网络将与其他三项技术一起，在不远的将来要掀起新的产业高潮； 我国的一份关于未来20年可预见的技术报告中，关于信息技术的157项技术中有7项与无线传感器网络相关； 2006年我国公布的国家中长期科学与技术发展规划纲要中确定的信息技术的三个前沿方向中，其中有两项与无线传感器网络直接相关。

7、,计算机网络高级教程,26,无线传感器网络（wireless sensor network， WSN ）,传感器网络三要素：传感器、感知对象和观察者； 如果说Internet改变了人与人之间的沟通方式，那么无线传感器网络将会改变人类与自然界的交互方式； 人们可以通过传感网络直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。,计算机网络高级教程,27,无线传感器网络产生与发展的过程,1994年William J.Kaiser在论文“Low Power Wireless Integrated Microsensers”中提出了无线传感器网络的概念，当时研究的重点是低功耗、无线集成

8、微型传感器，而不涉及网络技术； 1998年，Gregory J.Pottie在他的论文中从网络的角度诠释了无线传感器网络WSN的概念； 人们对无线传感器网络的作用和意义有了全新的认识，甚至有人提出“Network is Sensor”的观点； 无线传感器网络蕴藏着的巨大的商业价值与应用前景，是21世纪人类在信息技术研究领域面临的一次重大地挑战。,计算机网络高级教程,28,结点芯片： 数据采集 数据处理 数据融合 数据缓存 数据转发,计算机网络高级教程,29,无线传感器网络的特点,网络规模 ：结点数量与分布的地理范围 自组织网络 :自动形成转发监测数据的多 跳无线网络系统 拓扑结构的动态变化 :

9、具有动态的系统可 重构性 802.15.4标准：低功耗、低速率、低成本,计算机网络高级教程,30,无线传感器网络研究,网络拓扑控制 网络协议 网络安全 时钟同步 结点定位,数据融合 数据并行处理 无线传输 嵌入式操作系统 应用层协议,计算机网络高级教程,31,无线传感器网络涉及： 传感器技术 计算机网络技术 无线传输技术 嵌入式计算技术 分布式信息处理技术 微电子制造技术 软件编程技术,计算机网络高级教程,32,WNS关键技术的研究,计算机网络高级教程,33,无线传感器结点结构,计算机网络高级教程,34,无线传感器结点的限制,电源能量对结点寿命的影响 环境对通信距离与信道质量的影响 计算、存储

10、能力对结点协同工作质量的影响,计算机网络高级教程,35,电源对无线传感器结点的限制,计算机网络高级教程,36,无线传感器网络协议结构,计算机网络高级教程,37,基于功能的无线传感器网络参考模型,计算机网络高级教程,38,WSN研究的基本内容,计算机网络高级教程,39,无线传感器网络路由协议基本类型,计算机网络高级教程,40,传感器网络MAC协议基本类型,计算机网络高级教程,41,传感器网络定位算法基本类型,计算机网络高级教程,42,无线传感器网络的时间同步协议与算法的基本类型,计算机网络高级教程,43,数据融合技术的基本类型,计算机网络高级教程,44,无线传感器网络在各层次可能受到攻击的类型,计算机网络高级教程,45,WMN关键技术的研究,计算机网络高级教程,46,WMN与WLAN、WBAN的关系,计算机网络高级教程,47,无线网格网WMN的定义,在Ad hoc技术基础上发展起来，并承袭了部分WLAN特征，是一种基于多跳路由、对等结构、高容量的新型网络结构。它本身可以动态扩展，具有自组网、自配置、自修复的特征。 支持分散控制与管理、Web业务，以及VoIP与多媒体等无线通信业务。 作为对WLAN、WiMAX技术的补充，成为解决无线接入“最后一公里”问题的新的技术方案。,计算机网络高级教程,