什么是无线网络

1、什么是无线网络无线电波作为信息传输的媒介，摆脱了网线的束缚，在应用层面，与有线网络的用途完全相似，两者最大不同在于传输资料的媒介不同。无线网络在硬件架设、和应用机动性网络更据优势。主要用3G、WIFI实现无线网络。无线网络最大的优点是可以让人们摆脱有线的束缚，更便捷、更自由的沟通。1无线网络的诞生美国Starbucks连锁店2001年加入MobileStar成为第一个提供Wi-Fi Internet接入服务的零售业主。用户可到Starbucks的Card Rewards站点注册，向顾客提供每天两个小时的免费Wi-Fi接入。随后咖啡办公成为时尚。2无线网络推动计算的进化普适计算（Ubiquito

2、us computing 或 pervasive computing），又称普存计算、普及计算，是一个强调和环境融为一体的计算概念，而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。计算的进化第一代，主机型计算（Mainframe computing）很多人共享一台大型机第二代，个人机计算（personal computing）一个人在一台电脑上第三代，网络计算（internet computing）一个人使用在互联网上的很多服务第四代，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

3、化（个性化）的服务3无线网络的协议模型不同类型的无线网络所重点关注的协议层次不同。无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协议也是一个重点。无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，数据链路层中的MAC协议是所有无线网络协议的重点无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存在路由的问题，所以它们没有制定网络层的协议，主要采用传统的网络层的IP协议，而无线Mesh网络则需重点研究。 4无线传输媒体传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。传输媒体可分为：导向的(guided)：电磁波被引导沿某一固定媒体前进，例如双绞线、同轴电缆和光纤。非导向的(unguided)：提

4、供传输电磁波信号的手段，但不引导电磁波传播的方向，这种传输形式被称为无线传播(wireless transmission)，如大气和外层空间。5典型的无线传输数字性能 无线传输的主要损耗来源于衰减。无线的损耗公式：传输的损耗随距离的平方而变化 而双绞线与同轴电缆的损耗随距离的指数变化。因此无线的中继设备比电缆的中继设备可以放得更远。有线网络中的损耗与距离的关系式为：L=Ed 其中d代表距离，E代表其他关系变量。6典型的无线传输数字性能 损伤的另一个原因是干扰，随着无线应用的不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个威胁。因此，频带的分配需要严格控制。 （ITU-R）频率越高衰减越大，较高的微波频率

5、对长途传输没有什么用处，但却非常适用于近距离传输。频率越高，使用的天线就越小、越便宜。7无线电波广播无线电波是全向性的，不要求使用定向天线，天线也无须严格地安装到一个精确地校准位置上。无线电波(Radio) 是笼统术语，一般频率范围为3KHz300GHz。非正式术语广播无线电波：30MHz1GHz，该频段是广播通信的有效频段，应用广泛。电离层对30MHz以上频率的电磁波没有干扰；雨雪对低于1 GHz以下频率的电磁波没有衰减；根据衰减公式，波长越大衰减越小广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径干扰。 来自多条路径不同延迟的信号重叠 。电视信号被飞机阻挡后出现重影。8天线天线（antenna)是一

6、种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线可看作一条电子导线或导线系统，在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件，是实现无线传输最基本的设备。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。主要任务：发送时，将无线电频率电能转换为电磁能辐射到周围的环境中；接收时，将撞击到天线上的电磁能转化为无线电频率的电能，合成到接收器中。9辐射模式辐射模式的实际大小是任意的，重要的是每个方向上与天线位置的距离，相对距离决定相对功率。全向天线（各向同性天线）：辐射模式为以天线为中心的球体，各方向辐射功率相同。有向天线：所指

7、方向的功率最大。10天线类型1、偶级天线：半波偶极、1/4波垂直天线。半波偶极天线：由等长度的两个在同一直线上的导线组成，两条导线由一个小的供电间隙分开，天线长度是可最有效传输的信号波长的一半。求2.4Ghz天线的长度，因为c=f (c：波传播速度,：波长,：频率), =c/f=300000000m/s2.4GHz=300000000m/s2400000000Hz=0.125m11天线类型偶级天线：半波偶极、1/4波垂直天线。1/4波偶极天线：天线长度是可最有效传输的信号波长的1/4，是汽车无线电和便携无线电中最常见的类型。12移动环境中的衰退-多径传播对于视距传输，衍射和散射信号不重要对于非

8、视距传输，衍射和散射是接收的主要手段13多普勒效应多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的。多普勒效应指出，波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为，波速为c，观察者移动速度为v，当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为(v-c)/。 14数字数据与模拟信号调幅ASK:用载波频率的两个不同振幅表示二个二进制值。容易受增益变化的影响，效率较低（在语音线路上只能达到1200bps）调频FSK:载波的频率随数字信号改变，而载波的幅度保持恒定。可用限幅器消除噪

9、声干扰,容易实现（modem）调相PSK:用载波的不同相位直接表示数字信息。15多路复用实现多路复用的关键把多路信号汇合到一条信道上之后，在接收端必须能正确地分割出各种信号。分割信号的依据利用信号之间的差别信号频率上的不同信号出现时间上的不同信号码型结构上的不同16微波扩频通信技术扩频通信技术在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路他们申请了美国专利#2.292.387。当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到19世纪80年代才引起关注将它用于敌对环境中的无线通信系统。典型应用是GPS、3G移动通信、WLAN

10、和Bluetooth。扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助(无线电频谱有限，昂贵的资源)；随着CDMA技术在通讯领域的成功Hedy Lamarr被誉为CDMA之母。17Wi-Fi联盟的作用1999年无线以太兼容性联盟(WECA)成立，后更名无线联盟(Wi-Fi )，建立了用于验证802.11b产品互操作能力的一套测试程序；2004年起，验证的802.11b产品使用名称是Wi-Fi。Wi-Fi认证已扩展到802.11g、802.11n；在无线局域网标准的采纳和市场化推进中，起到了主导作用。 18IEEE 802.11n2009年发布，采用了MIMO-OFDM技术进行了物理层的扩充，使用多个

11、发射和接收天线来允许更高的数据传输率;支持在标准带宽(20MHz)上的速率包括有 ：7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2Mbps 。使用2*MIMO时速度最高为300Mbps。 802.11n也支持双倍带宽(40MHz),当使用40MHz带宽和4*MIMO时，速度最高可达600Mbps;信道频段： 2.4GHz或5GHz兼容性：全面兼容802.11a/b/g192.4GHz/5GHz双频带20可靠的数据传递IEEE 802.11使用帧交换协议。噪声、干扰会导致丢帧。传统TCP丢帧处理能力弱。措施：当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源

12、站点返回一个确认(ACK)帧。如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏，源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK，它会重发该帧。21DCF分布协调功能DCF利用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)机制:载波侦听（CSMA）如果介质为空，则节点传输帧；如果介质为忙，则等待直到当前传输完全结束。冲突避免（Collision Avoidance）随机后退算法优先级确认协议IFS:InterFrame Space帧间间隔22DCF分布协调功能23指数后退算法(Backoff)当空闲时间 IFS，立即传输当介质

13、忙，延迟直到当前传输结束+ IFS时间开始随机后退过程选择一个随机数( 0, Cwindow)使用侦听传输线路是否变忙变忙：计时器停止，线路空闲后恢复后退过程；未变忙：发送数据；使用后退过程延迟发送的目的在于避免多个站点同时传输引起的冲突。24指数后退算法(Backoff)-竞争窗口当网络负载大时竞争窗口越小，节点选择的随机值越接近。导致太多的冲突当网络负载轻时竞争窗口越大，节点等待时间越长。导致不必要的延迟指数后退算法：竞争窗口初始化为某个最小值，发生冲突时加大窗口。直到达到最大值。25802.11的时序间隔802.11MAC协议定义了5类时序间隔：两种由物理层决定：短帧空间(SIFS)和时

14、隙 (slot time)。基于以上两种基本的时序间隔：优先级帧间空间(PIFS)、分散帧间空间(DIFS)和扩展帧间空间(EIFS)。 SIFS是最短的时序间隔，其次为时隙。时隙可视为MAC协议操作的时间单元，对于 802.11b网络，SIFS和时隙分别为10和20s。PIFS等于SIFS加1个时隙，而DIFS等于SIFS加2个时隙。EIFS比上述4类时序间隔都长得多，通常在当收到的数据帧出现错误时才使用。26优先级控制等待时间的参数 用不同帧间隔定义优先级SIFS (Short IFS)PIFS (PCF IFS)DIFS (DCF IFS)27核心协议(core protocol)形成五

15、层栈(1)无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式和传输功率在内的空中接口细节。(2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。(3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。这包括诸如认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素。(4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。L2CAP提供无连接和面向连接服务。(5)服务发现协议(service

16、discovery protocol，SDP)：询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。28蓝牙协议体系结构Core规范：描述了物理层、数据链路控制以及管理功能；Profile规范：规定了与传统/新应用相适配的协议和功能。29MANET节点结构主机：面向移动用户，完成数据处理等功能。路由器：负责路由选择、转发用户数据报功能。无线收发装置：完成数据传输功能。AD Hoc网络的关键问题：如何发现、收集和使用拓扑信息形成合理的网络结构。30MANET网络拓扑结构平面结构（完全分布式）所有节点的地位平等层次结构（分层分布式）网络被划分为簇（cluster）一个簇头和多

17、个簇成员组成簇头可形成更高一级的网络31MANET网络拓扑结构平面结构的优点：简单：所有节点能力相同，如：网络控制、路由选择、流量管理；健壮：只要存在一条路径就能通信；相对安全：节点覆盖范围较小。平面结构的缺点路由开销大：节点数目多移动性强的环境下，维持网络最新拓扑的控制开销大；可扩充性差：节点数量增多系统效能会大大降低。32MANET网络拓扑结构层次结构的优点：Cluster成员功能简单；路由信息局部化，减少路由协议开销；节点定位简单；可扩展性好；抗毁性好。层次结构的缺点Cluster头需要选择；所有传输都通过头，路由不一定最短；Cluster头是瓶颈。与有线网区别：簇头也是从移动节点中产生

18、，而非专用。33移动Ad Hoc网络的MAC层在移动Ad Hoc网络中，节点移动、无线信道脆弱、缺乏中心协调机制是在设计MAC协议时必须仔细考虑的问题。 目前有以下三类：竞争协议(Contention Protocol)；分配协议(Allocation Protocol )；混合协议(Hybrid Protocol)(竞争协议和分配协议的组合协议)。 34移动Ad Hoc网络的MAC层竞争协议(Contention Protocol)：使用直接竞争来决定信道访问权，通过重传机制解决碰撞问题；目前有以下四种协议：1ALOHA协议；2载波侦听多址访问协议(CSMA)；3基于控制分组握手的访问控制协议；4. 忙音类多址访问协议。35移动Ad Hoc网络的MAC层基于控制分组握手的访问控制协议:(1)多址访问与碰撞回避(MACA)协议:发送数据前先向接收者发送RTS帧，帧中包含将要发送的分组的长度；接收者收到RTS后，回送CTS帧，并将长