网络管理讲义(一)

1、2 一、网络架起通桥w自从十九世纪末第二次工业革命的开始，人们之间的联系发生了质的变化，从使用书信的异地异步通讯进入了异地同步实时联系的时代：电话的出现让世界第一次有了通信网络，第一次打破了因空间产生的联系障碍。二十世纪上半叶，战争中报话机和电台的使用第一次呈现了移动通信网络的雏形。二十世纪下半叶，手机的全球推广和INTERNET的立体建设（传输介质有太空卫星、海底电 1875年，世界上第一台电话机问世。这台电话机的发明人，是一位苏格兰青年，名叫亚贝尔。 于 1878年。贝尔在波士顿 和纽 纽约 间进行了首次长途电话通话。成功。 它的简单原理： 一端，将不同频率 和振幅 的声音转化为不同强弱和

2、频 率的电 流，另一端，将电流转化为声音。 从次，频率和振幅在以后的科技发展中成为无处不在的物理量。 1893年，尼科拉特斯拉（Nikola Tesla）在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中，他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。古列尔莫马可尼（Guglielmo Marconi）拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利12039号，“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”。从此，无线电台产生。 在当时，爱迪生已经是大发明家和资本家。 3G（第三代）网络的开通，

3、使可视电话成为可能，地球如此之大，世界又如此之小，可视电话最终的效果要让使用者达到身临奇景（其景）。第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)。西门子和大唐电信联合制定中国3G标准TD-SCDMA，2000年5月，在土耳其召开的国际电联全会上，经投票表决，由中国提出的TDD模式的TD-SCDMA系统，与欧洲提出的WCDMA和美国提出的CDMA2000同列为国际3G三大标准之一。 2008年06月10日，工业和信息

4、化部部长李毅中正和八位来自电信领域的专家以及中移动董事长王建宙就TD标准的发展展开讨论，提出于当年4月1日推广TD试商用。 此前，2007年12月中移动曾向TD终端企业下发了约3万部手机和1万部无线上网卡的采购标书。直到奥运会后，该采购协议才断断续续完成。 最终，中国呈现给世界的是一张TD-SCDMA的试验网络。这与参与北京奥运会的国际官员、媒体、运动员所用的手机都不相容。 TD-SCDMA的专利主要分布在诺基亚(32%)、爱立信(23%)、西门子(11%)、大唐(7%)手中。 当国际社会从2005年开始纷纷转入3G网络应用之时。中国的3G牌照，晚至2008年底才正式发放。 2009年1月，工

5、信部正式宣布向中国移动、中国联通、中国电信三大运营商同时发放3G牌照。 作为TD-SCDMA标准运营商的中移动，由于上市太晚，像诺基亚这样的国际手机终端制造巨头已经在3G的WCDMA模式下生产多款手机。目前国际流行3G手机没有一款是TD模式的，这直接导致了TD-SCDMA的推广乏力。 而就在TD尚未全面推广之时，已经有消息传出，中国移动正在力推未来的3.5G和4G标准，也就是说，TD将在2012年以后面临升级换代。号称中国特有的TD标准，经历10年挣扎之后，或将成为历史。 TD-SCDMA是一面镜子，它映照出了一个国家的决策能力、研发能力以及市场环境。 国家的决策必须有先决条件，那就是成熟、可

6、靠、成本可接受的技术；市场环境的搭建和培育也有先决条件，那就是人们可接受和需要的商品。所以，中国3G TD-SCDMA的失败是技术的失败，归根结底是中国原创研发能力的失败。155.美国军方对因特网的发展功勋卓著美国军方对因特网的发展功勋卓著l在网络的发展历史上， 美国的多个行业和组织，包括军方、企业、大专院校等在局域网、城域网、广域网的研发过程中可谓百花齐放、百家争鸣，有各自不同的操作系统、不同网络结构（比如令牌网、以太网等）、不同的网络协议，只有在美国军方的TCP/IP模型出现以后，各异构网络才统一连通，统一通信才成为可能，所以说，TCP/IP协议是网络的灵魂，也是因特网的灵魂。当然，浏览器

7、也是打开因特网多媒体大门的金钥匙。上一世纪末，美国总统克林顿从国家发展战略出发，推动美国高速公路全面发展，从而掀起全球化的互联网建设。 1978年美国军方提出无线传感器网络的构想，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。从此，类似的项目在全美高校间广泛展开，著名的有UC Berkeley的Smart Dust项目，UCLA（加州大学洛杉矶分校University of California, Los Angeles）的WINS（无线网传感器）项目，以及多所机构联合攻关的SensIT计划，等等。 美军分布式传感网络

8、由各个节点构成，每个节点集成有传感器、数据处理单元和通信模块，再加上执行器。各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。可以说无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。 特点1：自适应性，传感器网络 中，所有节点地位都是平等的，没有预先指定的中心，各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没 有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。 特点2：网络拓扑动态性，节点是处于不断变化的环境中，它的状态也在相应地发生变化，加之无线通信信道的不稳定性，网络拓扑因此

9、也在不断地调整变化，而这种变化方式是无人能准确预测出来的。 特点3：传输能力的有限性，无线传感器网络通过电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。 特点4：能量有限性，为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。 特点5：安全受限性，无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动

10、入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。 1.物理层 ISO规定，为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的功 能和规程性的模块就叫做物理层。 无线传感器网络就 是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术。输介质自然要选电磁波了。不过，源信号要依靠电磁波传输必需要通过调制技术变成高频 信号，当抵达接受端时，又通过解调技术还原成原始信号。信号仅经过调制是不行的，还需要进行扩频。扩频，顾名思义，就是将待传输数据进行频谱扩展的技术。它的好处是：增强了抗干扰能力，可进行多地址通信，保密性提高。 传感器网络遵从的主要是IEEE 802.15.4

11、标准， 2.4GHz频段的物理层可提供250Kb/s的数据传输率，适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场 合；工作在869/915MHz频段的物理层则能提供20Kb/s的数据传输率，适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合。依据IEEE 802.15.4标准的协议被称为Zigbe e，其传输带宽虽然没有Wi-Fi和Blue Tooth大，但是能耗较低，非常适合无线传输。 同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。 2.MAC层协议层协议 信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了。 无线传感器网络经常使用的有三种M

12、AC协议：传感器协议（S-MAC），分布式能量意识协议（DE-MAC）和协调设备协议（MD）。S-MAC协议通过调 配节点的休眠方式来有效地分配信道；DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制，避免空闲监听和串音，其目的是减少能耗和增加网络的生存周期；MD协议则能 为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠通信。 。 总体来说，无线传感器网络的MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。 MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性 3.路由路由 在具备底层传输协议的保障后

13、，信息怎样快速地从源传输到目的地就是由路由协议来解决了。简单来说，路由要实现两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表，由路由算法初始化并负责维护。 无线传感器网络与普通的网络不同，它有自己的特点：比如能量受限，通信方式以数 据为中心，相邻节点的数据有着相似性，拓扑结构也在不断的变化等。与此对应，常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。 4.能量管理能量管理 能耗是无线传感器网络所面临的最大问题，因为节点长期处于无人值守的状况下，有效的能耗策略必不可少。 目前最常使用的策略是休眠机制，即在节点空闲时，使其处于休眠状态，此时其能耗降到最低。但是休眠的节点在转回正常状态的时候，往往会消耗大量的能量，因此寻找合理的状态转换策略是确保休眠机制成功的关键。 数据融合是另一项节能技术。多个邻近节点经常会采集同样的信息，发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担。因此，通过本地计算和筛选，确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务。实行逻辑并集运算。 操作系统TinyOS。 这个系统不同于传统意义上的操作系统，它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要的组件，就能方便地编译出面向特定