無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述 PDF課件

第一講概述無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀國外研究/開發(fā)狀況無線移動通信的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)移動計(jì)算及移動網(wǎng)絡(luò)移動計(jì)算的驅(qū)動移動應(yīng)用多樣化無線通信網(wǎng)絡(luò)Internet移動計(jì)算的目標(biāo)普適計(jì)算（Pervasive/ubiquitous）移動設(shè)備的用戶可在任何時間任何地點(diǎn)服務(wù)訪問不同的服務(wù)。普適計(jì)算虛線為無線鏈路；實(shí)線為有線鏈路全球移動用戶約15億sinkWSN無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線熱點(diǎn)（hot-spot）機(jī)場、飯店、會議設(shè)施、咖啡廳、火車站甚至，美國國內(nèi)航班開通Wi-Fi業(yè)務(wù)（２００７）。。Verizon的子公司Airefone公司全球熱點(diǎn)數(shù)量2002年48002005年650002006年３月JiWire數(shù)據(jù)>10萬(美國４萬,英國1.3萬)來自：國務(wù)院發(fā)展研究中心：歐美WiFi市場最新動態(tài)Gartner集團(tuán)報告全球熱點(diǎn)數(shù)2002年用戶250萬2005年用戶930萬(預(yù)測數(shù)據(jù)）無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀I(lǐng)DC預(yù)測WLAN市場預(yù)計(jì)每年將增長29%2007年，在專業(yè)移動PC中安裝WLAN系統(tǒng)的普及率從2002年的9%飆升到90%。ＩＤＣ調(diào)查：34%的用戶在家庭使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，而只有27%的用戶在工作場所使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)

Analysys（易觀國際）公司報告美國和西歐公共無線局域網(wǎng)(P-WLAN：Public-WLAN)市場將從2002年的3,340萬美元增長到2009年的55億美元美國：2250萬-〉28億西歐：1090萬-〉26.4億包括，法國、德國、瑞典、瑞士、英國美國的無線部署

BoingoWireless預(yù)測未來美國本土的潛在熱點(diǎn)達(dá)到二百萬個212conferencecenters3,032trainstations5,352airports53,500hotels72,720businesscenters202,600gasstations480,298restaurants,barsandcafés1,111,300retailstores歐洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀

移動用戶數(shù)2003年74.9million2007年86.8millionWLAN熱點(diǎn)數(shù)2002年10002003年70002008年70000HomeWLAN2003年$160million2008年$290million歐洲——”MAGNET”

MAGNET(MypersonalAdaptiveGlobalNET)開始于2004.1(為期兩年），投資1814萬歐元設(shè)計(jì)歐洲、亞洲和北美洲18個國家的37家

網(wǎng)絡(luò)以個人及個人的需求為中心資源和設(shè)備不局限于個人周圍取決于時間、位置和環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)組成、配置和連通亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀

臺灣在2005年年底，臺灣將有80％以上的地區(qū)覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)信號——除了一些偏遠(yuǎn)小地方。在2004年年底“無線臺北”（WirelessTaipei）計(jì)劃開始著手建設(shè)后，市民在臺北捷運(yùn)站附近即可享受到各式便捷服務(wù)。2006年臺北將完成全市WLAN無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，預(yù)計(jì)將覆蓋90%的人口，成為全球第一個寬帶“無線城”（WirelessCity）。預(yù)計(jì)2006年使用用戶20萬“無線網(wǎng)絡(luò)城市”帶來的一些優(yōu)勢。。。不單單是無線接入，還使其他一些服務(wù)成為可能，如無線網(wǎng)絡(luò)+城市地理位置服務(wù)。。交通信息、附近商場促銷信息等無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字身份認(rèn)證系統(tǒng)相結(jié)合?！，F(xiàn)場狀況查詢（如有多少人排隊(duì)）固定公共設(shè)施監(jiān)控與管理。。如公交汽車信息人員定位電視服務(wù)亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀

日本2004年WLAN設(shè)備（包括AP與無線網(wǎng)絡(luò)卡）出貨量與銷售金額則達(dá)到達(dá)485萬2000臺和430億日元。2008年出貨量與銷售金額分別可望達(dá)到979萬9000臺與529億日元。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商DoCoMo,Vodafone,au(KDDI)手持設(shè)備制造商N(yùn)EC,Sony,Sharp,Panasonic內(nèi)容服務(wù)Weathernews,Sega,Bandai亞洲無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國的WLAN發(fā)展情況高等院校、大公司中國移動“隨e行”GPRS+WLAN…二選1中國電信“天翼通”ADSL+WLAN中國網(wǎng)通“無線伴旅”寬帶DIA接入＋WLAN中國聯(lián)通WLAN+CDMA1X…..CDMA1XvsGPRS我國的WLAN發(fā)展情況

易觀國際撰寫的《中國Wi-Fi市場白皮書:機(jī)遇、動力和挑戰(zhàn)》預(yù)測，在未來三年內(nèi)，Wi-Fi技術(shù)在中國的企業(yè)市場將有望以45%的年增長率獲得四倍的增長。2008年，非內(nèi)置Wi-Fi設(shè)備(AP、外部PCI卡等等)預(yù)計(jì)達(dá)到100億人民幣。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景環(huán)境監(jiān)測信息收集節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)撒落在一個給定監(jiān)測區(qū)域內(nèi)用戶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用場景(2)執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)UCLAUCB：SMARTDUST(Cont’d)無線傳感器設(shè)備:Sinks&SensorsStargate(Intel,Crossbow):X-Scalebased,400MHz32MBRAM,Flash;runsLinux802.11:fastback-channelKinemetricsdigitizer信息收集節(jié)點(diǎn):sinkSinkexampleSensor:examplesCisco

產(chǎn)品線MobileWirelessWirelessIntegratedSwitchesandRoutersWirelessIPTelephonyWirelessLANWirelessNetworkManagementWirelessSecurityServers解決方案CiscoStructuredWireless-AwareNetworkFrameworkWirelessMobilitySolutionsforServiceProviders（現(xiàn)在聯(lián)想）部分手機(jī)廠商

Nokia Nokia9500、筆記本網(wǎng)卡NokiaD211可在GPRS、HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))和WLAN覆蓋范圍內(nèi)提供“總在線”的互聯(lián)網(wǎng)接入。Motorola

寬帶無線 WLAN/WPANEricsson位置服務(wù)無線電子郵件移動互聯(lián)網(wǎng)支持代理論壇和標(biāo)準(zhǔn)化組織

IEEEIETF(TheInternetEngineeringTaskForce)3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject)第三代合作伙伴計(jì)劃、3GPP23G技術(shù)規(guī)范機(jī)構(gòu)前者：WCDMA,TD-SCDMA，后者：cdma2000Wi-Fi、WiMax、Zigbee,Bluetooth移動無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展第一代移動電話—語音(頻段)第二代移動電話（2G）—數(shù)字語音

各種制式D-AMPS(DigitalAdvancedMobilePhoneSystem)GSM(GlobalSystemforMmunications)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)PDS(基于D-AMPS,日本制式)無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)2G——D-AMPS（美國）

國際標(biāo)準(zhǔn)是IS-54/IS-136與AMPS兼容（模擬和數(shù)字混合模式）采用850MHz和1900MHz頻帶語音的數(shù)字化工作由手機(jī)完成數(shù)字化+TDM2G——GSM（全球通）

采用FDM技術(shù)（發(fā)送和接收頻率不同）共有124對單工信道在每個頻段又采用TDM為多個用戶提供服務(wù)GSM的頻段更寬，數(shù)據(jù)率高于D-AMPS信道控制廣播控制信道（基站發(fā)布信息）專用控制信道（呼叫建立）公共控制信道（訪問請求）GSM：GlobalSystemforMobilecommunications2G——CDMA

（CodeDivisionMultipleAccess）國際標(biāo)準(zhǔn)是IS-95CDMA的特點(diǎn)每個站使用整個頻段發(fā)送信號；多個站的信號可以線性疊加；利用編碼技術(shù)分離并發(fā)的傳輸；CDMA的關(guān)鍵接收端能提取出期望的信號，同時拒絕所有其他的信號，并把這些信號當(dāng)作噪聲。2.5G——語音為主兼顧數(shù)據(jù)EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)GSM的增強(qiáng)版本更高的數(shù)據(jù)率GPRS(GeneralPacketRadioService)層疊分組網(wǎng)絡(luò)(GSM)在語音系統(tǒng)的cell中發(fā)送/接收IP分組GSM→GPRS→EDGE(384Kbps)→EGPRS(470Kbps)第三代移動電話（3G）—數(shù)字語音和數(shù)據(jù)ＩＭＴ２０００（MobileTelecommunicationSystem2000）——國際移動通信系統(tǒng)2000，第三代移動通信系統(tǒng)….“3G的學(xué)名”

2000的含義:當(dāng)時希望2000年在2000MHz頻點(diǎn)左右推 動3G期待的性能高質(zhì)量的語音傳輸消息機(jī)制（取代email、fax、SMS、chat…）多媒體（聽音樂、看視頻/電影/電視…）訪問Internet視頻會議、群玩游戲、e-commerce…單一的標(biāo)準(zhǔn)化世界IMT-2000

W-CDMA(WidebandCDMA)頻分雙工直接序列擴(kuò)頻歐,日,韓,中CDMA2000頻分雙工多載波CDMA基于IS-95并與之兼容美國TD-SCDMA大唐,西門子兩者比較比如:W-CDMA頻帶3.84MHzcdma20001.2288Mcdma2000小區(qū)間同步而W-CDMA小區(qū)間異步UMTS:全球移動通信系統(tǒng)

多cell環(huán)境下的全球無縫操作全球漫游:多模式、多波段、低成本終端，便攜服務(wù)&QoS與Internet的多媒體接口基于核心GSM,與IMT-2000一致傳輸技術(shù)FDD模式:=WCDMATDD模式:已經(jīng)死掉了2G/3G移動和帶寬的折衷

WiMax第四代移動通信系統(tǒng)WMN無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(1)混合無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢歐洲國家一般認(rèn)為4G是以IPv6為基礎(chǔ)的，網(wǎng)絡(luò)的所有單位都有自己的IP地址；諾基亞認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是有線無線的統(tǒng)一。愛立信認(rèn)為最終的4G應(yīng)該是以IPv6為基礎(chǔ)的共同核心網(wǎng)，多種無線接入網(wǎng)絡(luò)共存的網(wǎng)絡(luò)。摩托羅拉認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)是IPv6網(wǎng)絡(luò)，接入系統(tǒng)則是多種無線接入方式的統(tǒng)一。朗訊認(rèn)為4G是現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)和WLAN的結(jié)合。ＩＰ是核心無線寬帶接入＋各種觀點(diǎn)也隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展而不斷演變,融合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

＋WLAN/WMAN/WMNWMAN:WiMax-basedWMN:無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)無線通信架構(gòu)

無線通信技術(shù)

ZigBee無線個域網(wǎng)（WPAN）

無線局域網(wǎng)（WLAN）

無線網(wǎng)絡(luò)通信中的隱藏節(jié)點(diǎn)和暴露節(jié)點(diǎn)問題abcd不可行!abcd可行!abcd可行!如何實(shí)現(xiàn)???箭頭的方向表示相鄰節(jié)點(diǎn)間的通信無線城域網(wǎng)（WMAN）

移動計(jì)算需求

一般需求處理多媒體流量—數(shù)據(jù)、音頻和視頻運(yùn)動中的無縫服務(wù)—用戶smart設(shè)備多樣性的無線接入—無縫接入高級移動管理獨(dú)立于IP版本先應(yīng)式、always-on智能集成控制移動計(jì)算涉及的基本部件

移動電話、PDA、 Internet和其他新設(shè)備…SMS、WAP、I-mode和 J2ME/J2EEGSM/GPRS、CDMA、 Bluetooth、WLAN、移 動AdHoc網(wǎng)絡(luò)和MobileIP移動計(jì)算主要問題

移動的主要問題協(xié)議機(jī)制應(yīng)能允許具有不同能力的移動設(shè)備自組(adhoc)組網(wǎng)在廣域蜂窩和短程通信的IP廣播為多模移動設(shè)備提供無縫連通而實(shí)現(xiàn)水平切換和垂直切換，切換算法包括QoS標(biāo)準(zhǔn)額外的安全問題需要對通過不同接入網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)進(jìn)行賬號管理和計(jì)費(fèi)管理有關(guān)頻譜問題移動環(huán)境的局限

無線網(wǎng)絡(luò)的局限網(wǎng)絡(luò)框架的異構(gòu)性頻繁中斷連接有限的通信帶寬移動性的影響移動計(jì)算機(jī)的限制頻繁中斷連接與有限帶寬移動性的影響缺少感知移動的應(yīng)用內(nèi)在的透明編程模式(面向?qū)ο?、面向組件，很少面向問題的) 缺少環(huán)境測試和設(shè)置API支持缺少感知移動的系統(tǒng)已有傳輸協(xié)議在異構(gòu)固網(wǎng)/無線混合網(wǎng)絡(luò)中效率差網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用會話和表示都不適合無線和移動環(huán)境操作系統(tǒng)缺少與環(huán)境相關(guān)的條件和信號處理C/S模式除非改變，否則不恰當(dāng)和低效率的移動計(jì)算機(jī)的限制電池壽命短(max~5hours)收到竊聽和破壞的威脅=>不可靠可用性太差(一般不用時會關(guān)閉電源以保存能量)能力有限(顯示、內(nèi)存、輸入設(shè)備和磁盤空間)缺少de-facto通用體系容納手持設(shè)備、通話器、筆記本和其他設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通支持不同網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)不同路由機(jī)制的融合支持組播技術(shù)服務(wù)質(zhì)量（跨層次的問題）應(yīng)用程序的無縫運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)性能的保障（帶寬、延遲和吞吐量)在多接入信道網(wǎng)絡(luò)中,如果保證QoS仍然是一個難題可靠數(shù)據(jù)傳輸無線鏈路的TCP性能安全性（跨層次的問題）無線傳輸介質(zhì)的安全性用戶鑒別認(rèn)證信息傳輸?shù)募用墚悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)融合互聯(lián)技術(shù)（IP路由、移動adhoc路由、其他網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制）Addressing模式（IP地址、手機(jī)號碼、adhoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識）定位（IP網(wǎng)絡(luò)的層次路由、adhoc網(wǎng)絡(luò)的平面路由、傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)）組播（不同網(wǎng)絡(luò)整合之后的組播機(jī)制）垂直和水平無縫切換垂直和水平無縫切換

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通（續(xù)）

傳輸媒介接入技術(shù)的多樣性WPAN（IEEE802.15x、Zigbee、UWB:Ultra-wideband）WLAN（IEEE802.11x）WMAN（IEEE802.16x、IEEE802.20）WWAN4G傳輸媒介接入技術(shù)的多樣性IEEE802.15x(個人域網(wǎng))802.15.1Bluetooth802.15.2解決WPAN與WLAN共存問題802.15.3高速WPAN:802.15.4低速WPAN:節(jié)電技術(shù)和低復(fù)雜度方案-傳感器,遠(yuǎn)程控制,和家庭自動化IEEE802.11x(無線局域網(wǎng))802.11a54Mbps/5GHz20-30meter802.11b11Mbps/2.4GHz(WiFi:WirelessFidelity)50-100meter802.11eQoSsupport802.11g54Mbps/2.4GHz…與11b兼容50-100meter802.11i解決WLAN安全認(rèn)證問題IEEE802.16x802.16a固定寬帶無線接入(WiMax:WorldinteroperabilityforMicrowaveAccess)802.16e固定移動寬帶無線接入(標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2005年底完成)IEEE802.20移動寬帶無線訪問….高通控制服務(wù)質(zhì)量(1/3)應(yīng)用程序的無縫運(yùn)行垂直和水平無縫切換切換是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本功能，但其過程將對應(yīng)用程序的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。切換使得一些timer的對應(yīng)用的(負(fù)面)影響連接保持（針對面向連接的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）節(jié)點(diǎn)移動時如何保持高層連接不斷是應(yīng)用程序無縫運(yùn)行的關(guān)鍵傳輸協(xié)議的性能改進(jìn)針對無線傳輸環(huán)境對傳統(tǒng)的傳輸協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)TCP的擁塞控制機(jī)制和無線鏈路丟失之間的關(guān)系如何使得TCP信源區(qū)分路由器緩存溢出丟失和無線鏈路丟失!服務(wù)質(zhì)量(２/3)網(wǎng)絡(luò)性能的保障（帶