计算机网络-CH8-无线网络课件

计算机网络基础知识主讲：朱毅zhuyi@无线网络1无线局域网WLAN2无线个人区域网WPAN3无线城域网WMAN4ad-hoc网络5无线传感器网络WSN覆盖范围几种无线网络的比较

1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用户数据率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX一、无线局域网（WLAN,WiFi）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

(AccessPoint)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(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。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。

与接入点AP建立关联(association)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。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。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。一、无线局域网（WLAN,WiFi）二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点AP。整个网络的范围大约在10m左右。无线个人区域网

WPAN和个人区域网

PAN(PersonalAreaNetwork)并不完全等同，因为PAN不一定都是使用无线连接的。WPAN和WLAN的不同

WPAN是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。WPAN都工作在2.4GHz的ISM频段。但WLAN却是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

1).蓝牙系统(Bluetooth)最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802.15.1。蓝牙的数据率为720kb/s，通信范围在10米左右。蓝牙使用TDM方式和扩频跳频FHSS技术组成不用基站的皮可网(piconet)。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

皮可网(piconet)Piconet直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。这种主从工作方式的个人区域网实现起来价格就会比较便宜。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

蓝牙系统中的皮可网和扩散网

MMSSPSSSSSP皮可网2扩散网皮可网1M——主设备S——从设备P——搁置的设备二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

2).低速WPAN

低速WPAN主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是2~250kb/s。低速WPAN的标准是IEEE802.15.4。最近新修订的标准是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中典型代表是ZigBee。ZigBee技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10~80m），传输数据速率低，并且成本低廉。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的特点功耗非常低。在工作时，信号的收发时间很短；而在非工作时，ZigBee结点处于休眠状态，非常省电。对于某些工作时间和总时间之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。网络容量大。一个ZigBee的网络最多包括有255个结点，其中一个是主设备，其余则是从设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过64000个结点。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的标准在IEEE802.15.4标准基础上发展而来的。所有ZigBee产品也是802.15.4产品。IEEE802.15.4只是定义了ZigBee协议栈的最低的两层（物理层和MAC层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由ZigBee联盟定义的。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的协议栈

物理层MAC层网络层应用层IEEE802.15.4定义ZigBee联盟定义ZigBee协议栈二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的组网方式可采用星形和网状拓扑，或两者的组合FFDFFDFFDFFDFFDRFD端设备路由器FFDFFD协调器有一个全功能设备FFD充当网络的协调器。ZigBee网络中数量最多的端设备是精简功能设备RFD结点。

3).高速WPAN高速WPAN用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11~55Mb/s的数据率，标准是802.15.3，。IEEE802.15.3a工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速WPAN，它使用超宽带UWB技术。UWB技术工作在3.1~10.6GHz微波频段，有非常高的信道带宽。超宽带信号的带宽应超过信号中心频率的25%以上，或信号的绝对带宽超过500MHz。超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，可支持100~400Mb/s的数据率，可用于小范围内高速传送图像或DVD质量的多媒体视频文件。二、无线个人区域网WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

三、无线城域网WMAN

(WirelessMetropolitanAreaNetwork)

2002年4月通过了802.16无线城域网的标准。欧洲的ETSI也制订类似的无线城域网标准HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。WiMAX

WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess

WiMAX常用来表示无线城域网WMAN，这与Wi-Fi常用来表示无线局域网WLAN相似。IEEE的802.16工作组是无线城域网标准的制订者，而WiMAX论坛则是802.16技术的推动者。两个正式标准802.16d（它的正式名字是802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2~66GHz频段）。802.16的增强版本，即802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2~6GHz频段），它向下兼容802.16-2004。

802.16无线城域网服务范围的示意图

ISP802.11WLAN802.11热点802.11WLAN802.16802.16802.16基站802.16因特网802.16基站802.16802.16电信网三、无线城域网WMAN

(WirelessMetropolitanAreaNetwork)

四、Ad-hoc网络

Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP而搭建起的对等网络结构，只要安装了无线网卡的计算机彼此之间即可实现无线互联；其原理是网络中的一台电脑主机建立点对点连接相当于虚拟AP，而其它电脑就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。Adhoc网络的前身是分组无线网（PacketRadioNetwork）。对分组无线网的研究源于军事通信的需要，并已经持续了近20年。早在1972年，美国DARPA（DefenseAdvancedResearchProjectAgency）就启动了分组无线网.DAPRA又在1993年启动了高残存性自适应网络（SURAN,SURvivableAdaptiveNetwork）项目。研究如何将prnet的成果加以扩展，以支持更大规模的网络，还要开发能够适应战场快速变化环境下的自适应网络协议。1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统（GloMo,GlobleMobileInformationSystems）项目。在分组无线网已有成果的基础上对能够满足军事应用需要的、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究，并一直持续至今。1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“Adhoc网络”来描述这种特殊的对等式无线移动网络。四、Ad-hoc网络Adhoc网络的特点

Adhoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点：

1.无中心：Adhoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

2.自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

四、Ad-hoc网络Adhoc网络的特点

3.多跳路由：当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，Adhoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。

4.动态拓扑：Adhoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。四、Ad-hoc网络Ad-hoc网络的应用军事应用：军事应用是Adhoc网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，它是数字人战场通信的首选技术。Adhoc网络技术已经成为美军战术互联网的核心技术。美军的近期数字电台和无线互联网控制器等主要通信装备都使用了Adhoc网络技术。四、Ad-hoc网络方睿紧急和临时场合：在发生了地震、水灾、强热带风暴或遭受其他灾难打击后，固定的通信网络设施（如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络设施、卫星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毁或无法正常工作，对于抢险救灾来说，这时就需要Adhoc网络这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的自组织网络技术。类似地，处于边远或偏僻野外地区时，同样无法依赖固定或预设的网络设施进行通信。Adhoc网络技术的独立组网能力和自组织特点，是这些场合通信的最佳选择。Ad-hoc网络的应用四、Ad-hoc网络

传感器网络：传感器网络是Adhoc网络技术的另一大应用领域。对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术。而考虑到体积和节能等因素，传感器的发射功率不可能很大。使用Adhoc网络实现多跳通信是非常实用的解决方法。分散在各处的传感器组成Adhoc网络，可以实现传感器之间和与控制中心之间的通信。Ad-hoc网络的应用四、Ad-hoc网络

个人通信：个人