无线网络技术复习

《无线网络技术》课程期末复习指导《无线网络技术》课程介绍了无线网络的概念、基本原理及其典型的技术方法和系统。要求学生掌握的主要内容有：无线传输技术基础、无线局域网、无线个域网、无线城域网、无线广域网、移动Adhoc网络等。通过学习这些内容，为今后开展无线网络技术领域的研究和开发工作打下良好的基础。为了同学更好地复习和掌握这门课程的知识，下面按照教学大纲要求，对各章的复习要点进行归纳总结，供大家复习时参考。一、期末复习的主要内容第1章无线网络技术概论1.计算机网络的发展历程计算机网络的发展经过四个阶段，即：诞生阶段、形成阶段、互联互通阶段和高速网络技术阶段。1）诞生阶段：20世纪50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络。一直到20世纪60年代中期，第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统。2）形成阶段：20世纪60年代中期至70年代第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，典型代表是美国的ARPANET。（现在意义的计算机网络形成）此阶段提出资源子网和通信子网的概念。3）互联互通阶段：20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，实现互联互通。典型代表：ISO-OSI/RM和TCP/IP参考模型。4）高速网络技术阶段：20世纪90年代末至今的第四代计算机网络，伴随局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术、多媒体网络、智能网络等，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。2.无线网络的兴起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。无线网络的历史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间。1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHANET，可以算是相当早期的无线局域网络(WLAN)。1）无线网络分类从无线网络覆盖范围看，可以分为：系统内部互连/无线个域网、无线局域网和无线城域网/广域网。从无线网络的应用角度看，还可以划分出无线传感器网络、无线Mesh网络、无线穿戴网络、无线体域网等。（1）系统内部互连/无线个域网：系统内部互连是指通过短距离的无线电，将一台计算机的各个部件连接起来。蓝牙(BlueTooth)是一种典型的短距离无线网络，将这些部件以无线的方式连接起来。除蓝牙外，传统的红外无线传输技术、家庭射频和目前最新的Zigbee、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连，构建无线个域网、无线体域网等。（2）无线局域网：第一类是有固定基础设施的:802.11WLAN；第二类是无固定基础设施的:自组织网络/移动Adhoc网络。（3）无线城域/广域网络：蜂窝电话所使用的无线电网络就是一个低带宽无线系统的例子。高带宽广域无线网络正在迅速发展,。相应的标准有的已经开发出来，如IEEE802.16，有的正在制订完善中，如IEEE802.20。（4）无线传感器网络：无线传感网络(WSN，wirelesssensornetworks)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。（5）无线Mesh网络：无线Mesh网络(无线网状网络)是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，是由移动AdHoc网络顺应人们无处不在的Internet接入需求演变而来，被形象称为无线版本的Internet。在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。（6）无线穿戴网络：无线穿戴网络是基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBee技术等)与可穿戴式计算机(wearcomp)技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网(PAN)。3。网络体系结构计算机网络就是计算机的集合，不管是有线网络还是无线网络，和计算机系统一样，计算机网络也是由硬件和软件两部分构成，没有网络软件支持的网络硬件无法真正成为能够向人们提供服务的系统。网络体系结构研究的对象就是网络软件。1）协议分层相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，绝大多数网络采用了分层的思想，网络软件被组织成一堆相互叠加的层(layer或者level)，每一层都建立在其下一层的基础之上。每一层对等实体采用协议进行通信。下层通过层间接口为上层提供服务。分层和协议的集合就是网络的体系结构。2）服务的类型包括：面向连接的服务和无连接服务。（1）面向连接的服务：连接就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段，是一种可靠的服务。（2）无连接服务：两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接。它是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(besteffortdelivery)或“尽力而为”。3）协议参考模型包括：OSI模型和TCP/IP模型。其中OSI模型是法定标准，无人遵守；TCP/IP模型是事实标准，全球遵守。4）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是不一样的。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。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，MAC协议是所有无线网络协议的重点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。对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经小心地作了优化，而优化的基础是一些假设条件对于有线网络是成立的，但对于无线网络却并不成立。应用层的协议并不是无线网络的重点，只要支持传统的应用层协议就可以了，当然对于一些特殊的网络和特殊应用。4。与网络相关的标准化组织1）电信领域中最有影响的组织：ITU2）国际标准领域中最有影响的组织，包括：ISO和IEEE3）Internet标准领域中最有影响的组织，包括：IAB、IETF、IRTF第2章无线传输技术基础1。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)和非导向的(unguided)两类。1）导向媒体指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。2）非导向媒体指大气和外层空间等，它们提供了传输电磁波信号的手段，但不引导它们的传播方向，这种传输形式通常称为无线传播(wirelesstransmission)。3）感兴趣的3个频段在电信用的电磁波频谱中，感兴趣的3个频段是：微波、无线电广播频段和红外线频谱段。（1）微波：1GHz~100GHz，可实现高方向性的波束，而且非常适用于点对点的传输，也可用于卫星通信。（2）无线电广播频段：30MHz～1GHz，适用于全向应用。（3）红外线频谱段：3×1011Hz～2×1014Hz，适于本地应用，在有限的区域(如一个房间)内对于局部的点对点及多点应用非常有用。4）地面微波地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继。常见的用于传输的频率范围为2GHz～40GHz。频率越高，可能的带宽就越宽，因此可能的数据传输速率也就越高。微波传输的主要损耗来源于衰减。微波(以及无线电广播频段)的损耗公式微波的损耗随距离的平方而变化。损伤的另一个原因是干扰，随着微波应用的不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个威胁。频率越高衰减越大，较高的微波频率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。5）卫星微波通信卫星实际上一个微波接力站，用于将两个或多个称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。卫星使用上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行)上将其发送出去。卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络。卫星传输的最佳频率范围为1GHz～10GHz。其特点为：卫星通信距离远，一个地面站发送到另一个地面站接收，约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面，也带来一系列问题。卫星微波是广播设施，许多站点可以向卫星发送信息，同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。6）广播无线电波广播无线电波是全向性的，不要求使用碟形天线，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)的频率范围为3KHz~300GHz。非正式术语广播无线电波(broadcastradio)包括VHF频段和部分的UHF频段：30MHz～1GHz。广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径干扰。7）红外线红外线传输不能超过视线范围，距离短。红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。红外线不需要频率分配许可。8）光波频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波。它提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳的热量是气流上升也会激光束产生偏差。2。天线天线是实现无线传输最基本的设备。天线可看作一条电子导线或导线系统，该导线系统或用于将电磁能辐射到太空或用于将太空中的电磁能收集起来。1）辐射模式一个天线辐射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相dL42lg10等的。描述天线性能特性的常用方法是辐射模式，它是作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。2）天线类型包括：偶级天线和抛物反射天线。3）天线增益天线增益(antennagain)是天线定向性的度量。与由理论的全向天线(各向同性天线)在各个方向所产生的输出相比，天线增益定义为在一特定方向上的功率输出。天线增益与有效面积的关系：式中G为天线增益，A为有效面积，f为载波频率，c为光速和λ为载波波长。3。传播方式由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波、天波和直线方式。1）地波(groundwave)：地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可视的地平线。2）天波(skywave)：天波信号可以通过多个跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行3）直线LOS(lineofsight)：当要传播的信号频率在30MHz以上时，天波与地波的传播方式均无法工作，通信必须用直线方式。无线传播类型示意图4。直线传输系统中的损伤主要的损伤包括：衰减和衰减失真(attenuationandattenuationdistortion)、自由空间损耗(freespaceloss)、噪声(noise)、大气吸收(atmosphericabsorption)、多径(multipath)和折射(refraction)等。5。移动环境中的衰退通信系统所面临的最具挑战性的技术问题是移动环境中的衰退现象。在移动环境中，两个天线中的一个相对于另一个在移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，由此会产生比较复杂的传输结果。1）多径传播通常障碍物及周边环境所产生的多径传播有3种传播机制，即：反射（R）、散射（S）和衍射（D）。3种重要传播机制的示意图cAfAeeG222442）衰退类型移动环境中的衰退效果可以分为快速或慢速；衰退效果也可以分为平面的