无线网络讲义无线网络的应用背景ne”到“u”：构建无所不在的网络普适计算(Pervasive Computing / Ubiquitous Computing ) 泛在网(ubiquitous network )无线城市 普适计算 n202X年，IBM提出普适计算(又叫普及计算)的概念。所谓普适计算（Pervasive Computing / Ubiquitous Computing）指的是，无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式；无论何时何地，只要需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息。普适计算是网络计算的自然延伸，它使得不仅个人电脑，而且其它小巧的智能设备也可以连接到网络中，从而方便人们即时地获得信息并采取行动。 计算的进化n第一代，主机型计算（Mainframe computing）很多人共享一台大型机 n第二代，个人机计算（personal computing）一个人在一台电脑上 n第三代，网络计算（internet computing）一个人使用在互联网上的很多服务 n第四代，普适计算（pervasive computing）许许多多的设备通过全球网络为许多人提供人格化（个性化）的服务泛在网 n“泛在网”即广泛存在的网络，它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物(“4A”)都能顺畅地通信为目标。n与传统电信网络相比，泛在网络至少有三条显著区别：从人和人之间的网络到人和物、物和物之间的网络;从有许可的网络到无许可的网络;从单一的网络到融合的网络。n在技术方面，建设“无处不在的网络”不仅要依靠有线网络的发展，还要积极发展无线网络。其中Wi-Fi、3G、ADSL、FTTH、电子标签、无线射频等技术都是组成“无处不在网络”的重要技术.目前，随着经济发展和社会信息化水平的日益提高，构建“泛在网络社会”，带动信息产业的整体发展，已经成为一些发达国家和城市追求的目标。 “U”计划战略n日本U-Japan计划n韩国U-Korea战略n新加坡“下一代I-Hub”计划nU-China战略 n在u-Japan中，u的理念又被细化为三方面：普及(universal)、面向用户(user-oriented)以及独特性(u-nique)。无线城市n使用高速宽带无线技术覆盖城市行政区域，向公众提供利用无线终端或无线技术获取信息的服务，提供随时随地接入和速度更快的无线网络,从而使在现有的第二代移动通信网络上不能使用、未来第三代移动通信网络上效果不够理想的高速度的新业务、新功能被开发出来,是城市信息化和现代化的一项基础设施，也是衡量城市运行效率、信息化程度以及竞争水平的重要标志。无线城市案例 n无线费城计划 n台北无线城市网络n上海嘉定无线城市n北京无线城市 n中国的无线城市计划 北京、天津、青岛、武汉、上海、南京、杭州、广州、深圳、扬州，成都，洛阳 关于以太网的回顾（1）-特点n可持续发展的以太网简单性灵活性与TCP/IP的紧密结合，延伸了平面传输空间（无连接的特征）速率升级关于以太网的回顾（2）-技术特征n1971年，夏威夷大学（University of Hawaii）的研究人员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络，被称为ALOHNET网络，是最早的无线局域网络。这个WLAN包括了7台计算机，采用双向星型拓扑（bi-directional star topology）横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛（Oahu Island）上。从这时开始，无线局域网可以说是正式诞生了。关于以太网的回顾（2）-技术特征n物理层nMAC层CSMS/CD二元指数退避算法nLLC层n问题：空间如何扩展？-如何适应自然环境？无线网络技术构成-空间覆盖的互补性无线局域网 WLAN三无线个人区域网 WPAN三无线城域网 WMAN (IEEE802.16 )宽带移动接入WBMA (IEEE802.20 )无线局域网的结构组成n有固定基础设施的无线局域网AP1AP2一个基本服务集 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)。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。 无线网络服务内容n关联n分离n重新关联n分发n融合n认证n解除认证n私密性n数据投递无线网络服务-关联(association)n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。n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。n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的 AP 才能向其他站点发送数据帧。移动站与 AP 建立关联的方法n被动扫描，即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。n信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等）。n主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。热点(hot spot)n现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入 Wi-Fi 的服务。这样的地点就叫做热点。n由许多热点和 AP 连接起来的区域叫做热区(hot zone)。热点也就是公众无线入网点。n现在也出现了无线因特网服务提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到 WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。应用案例-移动自组网络(ad hoc network) 自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点n自组网络是没有固定基础设施（即没有 AP）的无线局域网。这种网络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。移动自组网络的应用前景 n在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。n这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。 n当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的， 无线传感器网络 WSN (Wireless Sensor Network) n由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。n无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。n由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。n无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。 传感器结点的形状(a)和组成(b) 存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)(b)无线传感器网络主要的应用领域 n环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；n战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；n医疗中对病房的监测和对患者的护理；n在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；n城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。 移动自组网络和移动 IP 并不相同 n移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。n移动 IP 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。n移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。 几种不同的接入n固定接入(fixed access)在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变。n移动接入(mobility access)用户设置能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换时，通信仍然是连续的。n便携接入(portable access)在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。n游牧接入(nomadic access)用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站 Wi-Fi认证(wireless fidelity )n由于无线技术的多样性，各种无线设备互不兼容，为了解决该问题，厂商自发组成了非盈利组织Wi-Fi联盟。凡是通过其兼容性的测试产品，都被准予打上“Wi-Fi CERTIFIED”标记。我们在选购无线产品时，最好选购有Wi-Fi标记的产品，以保证产品之间的兼容性。了解IEEE 802作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准过去二十年内在局域网领域独领风骚。这些协议包括了802.3 Ethernet协议、802.5 Token Ring协议、802.3 100BASET快速以太网协议等。 标准n标准是IEEE于202X年推出的，它工作于频段，物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频)或FSSS(跳频扩频)技术 正交频分复用 OFDM 。它主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端的无线接入问题。系列标准n802.11i 几种常用的 802.11 无线局域网标准 标准频段数据速率物理层优缺点802.11b2.4 GHz最高为11 Mb/sHR-DSSS最高数据率较低，价格最低，信号传播距离最远，且不易受阻碍 802.11a5 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g2.4 GHz最高为54 Mb/sOFDM最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比 802.11b贵无线网络物理层相关技术nISM频段n扩频技术n直序扩频DSSSn跳频扩频FHSSn正交频分复用技术OFDMnWi-FiISM频段n无线网络的工作频段，ISM(Industrial Scientific Medical) Band，此频段( 2.42.4835GHz)主要是开放给工业，科学、医学，三个主要机构使用，该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来，属于Free License，并没有所谓使用授权的限制。扩频技术n大多数的WLAN产品都使用了扩频技术。扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带无线通信技术。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠。并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。n扩频技术主要又分为跳频技术及直接序列两种方式。直序扩频DSSSn所谓直接序列扩频，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。OFDM（正交频分复用）nOFDM（正交频分复用）是通过无线电波进行大量数字数据传输的 FDM 调节技术。OFDM 把无线信号分为多种小型的子信号，然后在接收器的不同频率中进行同步传输。（WLAN）和（WiMAX）技术便使用 OFDM 作为物理层的通讯标准。局域网信道访问机制的讨论n历史的演进纯ALOHA分槽ALOHACSMA( 持续、非持续、P-持续)CSMA-CDn基本模式集中（同步时间槽/令牌轮询）竞争（完全