移动互联网：原理、技术与应用 第3版 课件 CH1 移动互联网基础

移动互联网基础1课程大纲

引言

移动互联网的概念与特点协议和标准化组织移动互联网的设计要求课程安排移动互联网基础无线接入技术移动自组织网络无线传感器网络移动IP技术

2移动互联网传输机制移动云计算移动互联网安全移动互联网的应用移动互联网实验课程大纲

引言

移动互联网的概念与特点协议和标准化组织移动互联网的设计要求课程安排移动互联网基础无线接入技术移动自组织网络无线传感器网络移动IP技术

3移动互联网传输机制移动云计算移动互联网安全移动互联网的应用移动互联网实验移动通信技术两个重要（但有所区别的）的概念

无线:用户通过无线链路进行通信移动:用户网络接入点发生变化4无线通信

在户外使用电磁波传输语音等数据

电磁波特性

光速传播(c=3x108m/s)频率(f)和波长(l)c=fxl高频率意味着高能量

能量越大穿透力越强

长波:100-1000m(30-300kHz)和短波:20-200m(150-1500kHz)5无线传输机制无线传播展现出的物理特性是复杂多样的，但通常来说总结为三种主要特性:反射

衍射

散射

6无线传输机制反射

当电磁波传播经过大小远远大于自身波长的物体时产生例如:从地表和建筑物上反射这些反射可能与源信号之间产生正向或负向干扰

7障碍建筑物RR:反射信号源接收者街道无线传输机制

衍射

当电磁波在信号源和接收者之间传播遇到不能被穿透的物体和锯齿状物体表面而偏离直线传播时发生解释了在城市和乡村中，原本沿直线传播的电磁波如何能传播到因视线被遮挡而看不到的地方

8障碍建筑物DRR:反射D:衍射信号源接收者街道无线传输机制

散射

当电磁波传播经过大小与自身波长相近或比较小的物体时产生

当传播路径中存在众多细小障碍物时产生.当传播路径中存在小颗粒、粗糙表面和其他不规则物体时产生

与衍射遵循相同的原则使得传播过来的电磁波能量朝四周散去

灯柱和路牌都有可能导致散射现象

9障碍建筑物DRSR:反射D:衍射S:散射信号源接收者D街道电磁频谱10基础–传播特性光波沿直线传播在

VLF,LF,andMF

波段,无线电波在地表传播.调幅广播使用MF波段11基础–传播特性在

VLF,LF,andMF

波段,无线电波沿地面传播.调幅广播使用MF波段在

HF

波段,电磁波往往会被地表吸收。

到达电离层(距地表大约100-500km),被吸收吸收反射电离层12基础–传播特性LOS路径反射波定向天线的使用波沿多条路径传播LOS:直线传播反射波干扰原信号VHF传播13基础–传播特性

14高频无线电波特性

难以绕过障碍物

多条直传路径

低频无线电波特性

可以绕过障碍物传输模型15通常关注频率在几MHz到几GHz之间的电磁波的特点和传输模型无线信道建模对以下几方面来说是比较重要的:决定一个信号源的覆盖范围

决定信号源的能量需求

决定电池的使用时间

寻找调制和编码方法以提升信道质量

决定信道容量的上限电磁频谱161m10m100m1km10km100km1000kmSatelliteRadioMobilePhoneWirelessLANBlueteethInfrared（1012~5X1012GHz)（2.4~2.48GHz)（2.4~2.4835GHz)（800M~2GHz)（88~108MHz)（300GHz)载频/信道

载频

发送者和接收者之间传输的信息被承载到一个特殊的频段

信道特性

每个信道都有一个固定的频带宽度(KHz)和容量(bit-rate)不同的频段(信道)之间可以并行和独立的传输信息17移动网络步行移动用户

低速

小范围漫游

通常高带宽/低延迟交通工具

高速

大范围漫游

通常低带宽/高延迟

使用高性能终端设备(手机)

18移动网络网络基础设施无线主机笔记本电脑,PDA,IP电话运行应用19移动设备20移动网络网络基础设施基站(AP)主要连接有线网络中继–主要负责为区域中的无线用户和有线网络之间传送数据21接入设备(AE)22移动网络网络基础设施无线链路主要用来连接移动用户和基站也用作主干链路多种接入协议共同保证链路的可接入

多种传输速率、传输距离23网络类型无线电报Marconi(1896)从那时起到现在…收音机电视移动电话

卫星(1960s)WLAN传感器网络

移动互联网……24

网络类型蜂窝网

无线局域网(WLAN)PAN卫星

25

蜂窝网

从地理上将网络分成一些圆形的小区域-蜂窝传输能量决定蜂窝大小为什么需要蜂窝?频率复用无线成功的依据!从1996年开始,新的移动用户数量已经超过固话用户26

蜂窝网:演进

第一代(1G):模拟技术FDMA模拟调频电路交换网络通话音质较低

无安全机制

低容量AMPS(高级移动电话系统800-900MHz)27

蜂窝网:演进

2G(第二代)数字编码

高比特率声音有限的数据传输速率(10Kbps)GSM,D-AMPS(TDMA)andCDMA附属服务(数据,传真andSMS)一定程度的加密2.5G2G系统的扩展(GSM)分组交换连接(GPRS)高数据传输率(多达百Kbps)28

蜂窝网:演进

3G(第三代)高数据传输率(Mbps)远不止语音服务…支持接入带宽服务、全动态语音、视频会议、互联网接入(IP)IMT_2000W-CDMA,CDMA2000,TD-SCDMA(China)频率分配

3G&WLAN:互补关系4G5G29

网络类型蜂窝网

无线局域网(WLAN)PAN卫星

30

WLAN-无线局域网

本地使用无线链路连接

IEEE802.11WLAN标准

Example:WaveLan,Aironet,WiFiWirelessLAN可能被用于最后一跳的无线接入在主机和有线网络之间的无线接入31

WLAN标准(待续)

HIPERLAN(高性能无线局域网)多种变化,从带宽23.5Mb/s的类型1到带宽155Mb/s的类型4覆盖范围从50米到5千米暂无相关产品

32

IEEE802.11x

从上世纪90年代末以来,IEEE已经形成4个802.11协议标准:IEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11bIEEE802.11gIEEE802.11n33IEEE802.11

1997:IEEE802.11最原始的无线网络协议标准2.4GHz频段，最高2Mbps带宽调制:FHSS或DSSS安全:WEP&WPA兼容b和g协议34IEEE802.11a1999:IEEE802.11a5GHz频段，最高54Mbps带宽调制:OFDM安全:WEP&WPA“Wi-Fi认证”不兼容802.11,b和g35IEEE802.11b1999:IEEE802.11b2.4GHz频段，最高11Mbps带宽

调制:DSSSwithCCK安全:WEP&WPA“Wi-Fi认证”兼容802.11和g36IEEE802.11g2003:IEEE802.11g2.4GHz频段，最高54Mbps带宽调制:采用OFDM，带宽高于20Mbps,采用补充编码键控的DSSS，带宽最高20Mbps 安全:WEP&WPA“Wi-Fi认证”兼容802.11和b37IEEE802.11n2009:IEEE802.11n2.4GHz频段，最高54Mbps传输速率调制:MCS调制编码表规定了各种调制机制安全:WEP&WPA“Wi-Fi认证”兼容802.11a/b/g38网络类型蜂窝网无线局域网(WLAN)PAN

卫星39

个人局域网(PAN)

使各种设备之间可以短距连接

10米范围内家用电器,办公设备,“可穿戴”计算设备IrDA(红外线数据协会)对使用红外线作为无线用户最后一跳连接的技术进行标准化

数据传输速率总共为4Mb/s,但仅能达到115Kb/s范围在几米内，仅能直线传播

容易受到干扰40

网络类型蜂窝网

无线局域网(WLAN)PAN卫星

41

卫星

卫星天线在地球表面的轨道是固定的

两个或多个（地表）地面站之间的通信主要靠外太空的多个卫星来作为中继站上行链路:地面->卫星

下行链路:卫星->地面

42地面站

地面站卫星TCP工作良好?高度:36000km120ms延迟

课程大纲

引言

移动互联网的概念与特点协议和标准化组织移动互联网的设计要求课程安排移动互联网基础无线接入技术移动自组织网络无线传感器网络移动IP技术

43移动互联网传输机制移动云计算移动互联网安全移动互联网的应用移动互联网实验IEEEIEEE–电气与电子工程师协会1963建立AIEE-

无线电工程师协会(1912):IRE-the

美国电气工程师协会(1884)总部设在纽约在160个国家中拥有超过425,000名会员51.4%的会员在美国宗旨:致力于推动电工技术在理论方面的发展和应用方面的进步.44IEEE-知名协议标准IEEE802

IEEE802.3————以太网IEEE802.11————无线局域网IEEE802.15————蓝牙IEEE802.16————宽带无线接入…45IETF46IETF—国际互联网工程任务组

公开性质的大型民间国际团体，汇集了与互联网架构和互联网顺利运作相关的网络设计者、运营者、投资人和研究人员首次会议于1986年1月16日召开每年召开三次会议对所有对此行业感兴趣的人士开放IETF-文稿

互联网草案互联网草案是IETF相关领域相关工作组的工作文稿，其他工作组也可以发布草案。互联网草案没有正式的定位，可以在任何时间被修改或删除;因此不能在任何正式的文档中被引用。47IETF-文稿

RFC—征求评议文件RFC是由工程师和计算机科学家以备忘录的形式描述适用于互联网和网络系统的方法、行为、研究和创新工作。它提交同行评审或简单地表达新概念,信息或(偶尔的)工程上的小幽默。IETF将其中一些发布，作为互联网标准的RFC。48IETF-工作组IETF工作组是IETF的主要机构，主要复杂制定规范和指南，而这其中许多最后将变成标准和建议

工作组通常用来解决特定的问题或产生一个或多个特定的可交付成果(指导方针、标准规范等)。49IETF-主要的工作组ApplicationsInternetOps&MgmtRAIRoutingSecurityTransport50ISO国际标准化组织—ISO1946在伦敦建立宗旨:在世界范围内促进标准化工作的发展51什么是标准

标准是一种提供可以持续使用,以确保材料、产品、流程和服务是适合相应目的的需求、规范、指南或特征的文档。

ISO已经发布了超过19500个国际标准，这些标准可以从ISO商店或它们的成员那里购买。52ITU国际电信