無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概論

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)羅遠軍無線網(wǎng)絡(luò)的作用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，人們的需求不斷提高，移動計算技術(shù)更加得到青睞。構(gòu)造無處不在的計算環(huán)境，真正實現(xiàn)6A：任何人(anyone)在任何時候(anytime)、任何地點(anywhere)可以采用任何方式(anymeans)與其他任何人(anyother)進行任何通信(anything)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實現(xiàn)6A夢想/移動計算/普適計算(UbiquitousComputing)的核心技術(shù)?，F(xiàn)狀新技術(shù)層出不窮、新名詞是應接不暇從無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、無線體域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)到無線廣域網(wǎng)從移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)從Wi-Fi到WiMedia、WiMAX從IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20從固定寬帶無線接入到移動寬帶無線接入從藍牙到紅外、HomeRF，從UWB到ZigBee從GSM、GPRS、CDMA到3G、超3G、4G......技術(shù)主線？無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)主線從無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的角度看，有無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)和移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)(可以歸到無線局域網(wǎng)范疇)從無線網(wǎng)絡(luò)應用的角度看，有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)等核心技術(shù)主線：移動互聯(lián)網(wǎng)

or無線Internet預備知識：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

OSI參考模型

TCP/IP參考模型與OSI參考模型的對應關(guān)系

TCP/IP協(xié)議棧

TCP/IP模型應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層OSI七層模型應用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層DOD模型FTP、TELNET、SMTPTCP、UDPIP以太網(wǎng)、TokenRing、FDDI物理層-－－－－－－定義傳輸?shù)慕橘|(zhì)規(guī)格、傳輸信號的表現(xiàn)形式、接頭的類型數(shù)據(jù)鏈路層-－－－－同步、查錯、制定MAC方法網(wǎng)絡(luò)層-－－－－－－尋址、路由傳輸層-－－－－－－編定序號、控制流量、查錯和錯誤處理會話層-－－－－－－通訊雙方在傳輸前的溝通，建立傳輸時所遵循的規(guī)則表示層－－－－－－-壓縮和解壓縮、加密和解密應用層-－－－－－－直接提供服務給使用者本地ISP

應用層

傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層

鏈路層

物理層公司網(wǎng)絡(luò)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層IP與Internet簡單回顧

網(wǎng)絡(luò)層

物理層

區(qū)域ISP

網(wǎng)絡(luò)層

鏈路層

物理層基站應用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層

IPOSI參考模型的結(jié)構(gòu)

OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流TCP/IP工作的特點：封裝與解封裝

——按序?qū)訉臃庋b與層層解封裝應用層應用數(shù)據(jù)IP包頭傳輸頭應用消息（Message)數(shù)據(jù)段（DataSegment）IP凈荷

IP報文（IPPacket）協(xié)議報文（PDU）幀（Frame）幀頭幀頭實際發(fā)送的數(shù)據(jù)格式通信子網(wǎng)的實質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)的層次模型對應OSI模型的下面三層，包括網(wǎng)絡(luò)層IP

數(shù)據(jù)鏈路層LLCMAC

物理層

通常，從用戶獲取通信質(zhì)量的角度考慮，網(wǎng)絡(luò)通信把傳輸層納入功能實現(xiàn)的范疇，以改善最終的數(shù)據(jù)傳輸服務質(zhì)量。

無線網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)

IEEE802.X協(xié)議模型IEEE802.11x無線局域網(wǎng)協(xié)議體系IEEE802.11x標準較為完整的協(xié)議體系

概述本課程的學習目的

了解和掌握無線計算機網(wǎng)絡(luò)（移動互聯(lián)網(wǎng)）的基本原理與性能特點。無線＝移動學習本課程的要求

MAC&路由(ROUTING，MobileIP&AdHoc);

MAC-MediaAccessControl，信道接入控制

QoS（QualityofService）服務質(zhì)量與TCP;

學習方法與參考書

《無線移動互聯(lián)網(wǎng):原理、技術(shù)與應用》崔勇清華出版社

《移動計算技術(shù)》徐明清華出版社

《寬帶無線移動通信網(wǎng)絡(luò)》劉宴兵科學出版社

《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導論》汪濤清華出版社基本內(nèi)容

1）WLANWPANWMANMANETWSNWMNMobileIP中的MAC和Routing,Qos,TCP,security,etc.

2）教材涉及內(nèi)容3)教學內(nèi)容順序：按照通信子網(wǎng)模型自下而上

MAC－>網(wǎng)絡(luò)層－>傳輸層－>（應用層）成績考核

要素：出勤率，平時作業(yè)，實驗，期末考試注意事項:1）實驗環(huán)節(jié)：三次課，給出要求，設(shè)計完成

2）課程內(nèi)容時間安排(總共18次課)

前言：1MAC：5～6MobileIP:3～4AdHocRouting:4~5

Qos&TCP:2~3

引言無線Internet技術(shù)無線＝移動節(jié)點移動網(wǎng)絡(luò)移動wireless＝mobile移動通信系統(tǒng)VS無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的區(qū)分，融合趨勢

3G中的IMSWPANWLANWMANMANETWSNWMN第一章無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)一、計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的三條主線

1、Internet技術(shù)2、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

PRnetMobileInternetMobileAdHocWSN/WMN3、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)NetworkSecurityARPNet－>TCP/IP－>InternetWAN/MAN/LANNetworkArchitecture&Protocols二、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢早期主要用于軍事領(lǐng)域1972年美國國防部高級研究計劃署DARPA的無線分組網(wǎng)PRnet(PacketRadionetwork，PRnet)

(為AdHoc起奠基作用)20世紀60年代末的民用無線分組校園網(wǎng)絡(luò)Alohanet

(為802.11WLAN的CSMA/CA的MAC訪問起重要作用)AdHoc殘存性自適應網(wǎng)絡(luò)(SurvivableAdaptiveNetwork）應用于海軍的短波自適應網(wǎng)絡(luò)HF-ITF從是否具有基礎(chǔ)設(shè)施角度來看，移動無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可分為兩類

基于基礎(chǔ)設(shè)施VS無基礎(chǔ)設(shè)施蜂窩移動通信AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動IP通信可以在任何地點，任何時刻移動節(jié)點與基站之間進行通信迅速構(gòu)建的移動自組織基站與基站之間通過路由器、交換機無線移動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組IEEE:一種特殊的、自組織、對等式、多跳、無線移動網(wǎng)絡(luò)AdHoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動節(jié)點組成的多跳、臨時和無中心的自治系統(tǒng)。節(jié)點具有路由和分組轉(zhuǎn)發(fā)的功能，可組成任意的拓撲?？梢元毩⒐ぷ?，也可以接入移動無線網(wǎng)絡(luò)或Internet.AdHoc網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN

無線網(wǎng)格網(wǎng)(WirelessMeshNetwork)多跳AdHoc網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN

無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN，wirelesssensornetworks)是當前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域。綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)，是由移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)順應人們無處不在的Internet接入需求演變而來，被形象稱為無線版本的Internet。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點都可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動重新路由到一個通信流量較小的鄰近節(jié)點進行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個節(jié)點進行傳輸，直到到達最終目的地為止。發(fā)展趨勢：融合1）基于基礎(chǔ)設(shè)施為核心骨干網(wǎng)的無所不在的無線接入的無線網(wǎng)絡(luò)。

WPAN，WLAN，WMAN2）特定應用的自組織移動網(wǎng)絡(luò)

美軍戰(zhàn)爭數(shù)據(jù)鏈，傳感器網(wǎng)絡(luò)應用國防科技大學 http://Copyright

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reserved.52Macro-CellMicro-CellUrbanIn-BuildingPico-Cell無線通信架構(gòu)

Global

SuburbanRandy

Katz?WWWCable

modemHomeNetworkGatewayVideoServerLANInternet現(xiàn)狀

Core

Networks

IP

basedInternetPSTNOptical

NetworksISDNPDNOther

serversModem/

xDSL無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展InternetWWWOtherServicesWAP

mobile

phone

Hot-spot36論壇和標準化組織

IEEE(The

Institute

of

Electrical

and

Electronics

Engineers

)

IETF(

The

Internet

Engineering

Task

Force

)

3GPP(The

3rd

Generation

Partnership

Project

)、3GPP2

IPDR(The

Internet

Protocol

Detail

Record

)

Wi-Fi（wirelessfidelity，無線相容性認證

）三、無線網(wǎng)絡(luò)的基本形式1、無線局域網(wǎng)WLAN，IEEE802.11標準

IEEE802.11──無線局域網(wǎng)（WirelessLAN）介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范。通常在建筑內(nèi)和室內(nèi)進行無線傳輸，距離一般不超過200M。其中，802.11b又稱為Wi-Fi，傳輸峰值11Mb/s802.11a802.11b802.11g802.11n802.11e802.11b，所謂的高速無線網(wǎng)絡(luò)或Wi-Fi

標準，1999年再度發(fā)表IEEE802.11b高速無線網(wǎng)絡(luò)標準，在2.4GHz頻段上運用DSSS技術(shù)，且由于這個衍生標準的產(chǎn)生，將原來無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度提升至11Mbps并可與以太網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）相媲美。

802.11g，802.11b的繼任者，在802.11b所使用的相同的2.4GHz頻段上提供了最高54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率

802.11n，802.11n是對WLAN增進有更高吞吐量，被設(shè)計來提高WLAN有效吞吐量大于100Mbit/sec和覆蓋范圍可達400米的IEEE標準。IEEE802.11n技術(shù)也叫做多輸入，多輸出（MIMO）。無線局域網(wǎng)（WLAN）

有線網(wǎng)絡(luò)

AP2、無線城域網(wǎng)WMANIEEE802.16標準一般在室外進行無線傳輸，跨越不同建筑物，距離為不超過5KM。

802.16標準又稱為WiMAX，速率為70Mb/s；其重要特性為容量比802.11大得多，可同時支持60多個T1接入的企業(yè)用戶和數(shù)百個DSL速率接入的家庭用戶。802.16，IEEE802.16是指在一個用戶站點和一個核心網(wǎng)絡(luò)（例如公共電話網(wǎng)絡(luò)、PSTN和因特網(wǎng)）之間定義無線通信的一組標準。它被叫做無線MAN技術(shù)，其也被品牌化為WiMAX。這個無線寬帶接入標準為在DSL、電纜和其它寬帶接入方法不適用或太昂貴的城域網(wǎng)絡(luò)中提供“最后一公里”連接缺少的一個環(huán)節(jié)。802.16a，802.16標準對原來的802.11家族規(guī)范做了一定的補充。802.16a標準是為運行于無線頻率寬度在2GHz到11GHz之間的無線城域網(wǎng)而開發(fā)的，其數(shù)據(jù)速率高達75Mb/s，而且時延低、頻譜空間使用率高。其安全性是由加密特性來實現(xiàn)的。

802.16d是802.16的一個修訂版本，也是相對比較成熟并且最具實用性的一個標準版本，在2004年下半年正式發(fā)布。802.16d對2-66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相對應的多個物理層。該標準對前幾個標準進行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了802.16、802.16a等標準中的所有模式和主要特性。IEEE802.16e是移動寬帶無線接入的標準，該標準后向兼容IEEE802.16d。IEEE802.16e的物理層實現(xiàn)方式與IEEE802.16d是基本一致的，為了支持移動性，802.16e在MAC層引入了很多新的特性。IEEE802.16e具有以下基本特征：1)高速移動。802.16e可以同時支持固定(16d)和移動(16e)無線接入，其移動速率目標為車速移動(通常認為可以達到120km/h)。2)寬帶接入。系統(tǒng)在不同的載波帶寬和調(diào)制方式下可以獲得不同的接入速率。以10MHz載波帶寬為例，若采用OFDM-64QAM調(diào)制方式，除去開銷，則單載波帶寬可以提供約30Mbit/s的有效接入速率，由蜂窩或扇區(qū)內(nèi)的所有用戶共享。3)城域覆蓋范圍。802.16e的單基站覆蓋范圍在幾km量級，應用于城域范圍。4)主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務802.16e系統(tǒng)將接入基于IP協(xié)議的核心網(wǎng)，主要面向個人用戶提供數(shù)據(jù)接入業(yè)務，也可以提供話音業(yè)務。

無線城域網(wǎng)（WMAN）

小型商務

T1/E1服務

家居DSL服務企業(yè)級T1/E1服務

手持設(shè)備的

游牧區(qū)域3、AdHoc網(wǎng)絡(luò)

MobileAdHocNetwork=>MANET

節(jié)點的位置在不斷移動變化中無中心、自組織、對等網(wǎng)絡(luò)、多跳路由、動態(tài)拓撲46MANET網(wǎng)絡(luò)

4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WirelessSensorNetwork,WSN

一個數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，絕大部分流量是由各個傳感器流向接收器節(jié)點（Sink節(jié)點），也稱處理中心節(jié)點。一類特別的AdHoc網(wǎng)絡(luò)，其與一般AdHoc網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別在于其多數(shù)節(jié)點常常是不移動的。http://Copyright

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reserved.23傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信體系

Internet/衛(wèi)星sinkEDC

B

A傳感器節(jié)點

傳感區(qū)域任務管理節(jié)點

傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)分類

層次體系結(jié)構(gòu)

分簇體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集成有傳感器模塊和通信模塊，其中傳感器模塊借助于形式多樣的傳感器，測量周邊環(huán)境因素，獲取溫度、濕度、噪聲、物體大小、振動、移動速度、方向等信息。應用實例：軍事偵察，環(huán)境監(jiān)控，衛(wèi)生醫(yī)療，空間探索等5、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN，WirelessMeshNetwork，又稱無線網(wǎng)狀網(wǎng)、無線網(wǎng)格網(wǎng)等)

和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一樣，也是一種應用性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，仍然主要是以前面介紹的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的，特別是和移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著非常密切的聯(lián)系。為了能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信中無處不在的通信目標，需要基于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)出一種完全適用于民用通信的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，WMN技術(shù)就隨著這一需求而出現(xiàn)。傳統(tǒng)基站方案的無線通信系統(tǒng)

WMN結(jié)構(gòu)示意圖6、無線個域網(wǎng)WPANIEEE802.15短距離無線網(wǎng)絡(luò)

覆蓋范圍為數(shù)米，也可稱為“最后1米”的解決方案，主要用于家庭和小型辦公室場合，主要技術(shù)包括紅外技術(shù)、藍牙，zigbee，超寬帶等所有個人移動設(shè)備可通向外部世界的無線傳輸環(huán)境。

蜂窩電話、汽車、筆記本、鍵盤、麥、鼠標、耳機。。。http://Copyright

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reserved.6bluetooth

藍牙是無線技術(shù)規(guī)范

短程：最大傳輸距離10m（高能達到100m）

性能中等：721Kbps

動態(tài)配置：自組聯(lián)網(wǎng)/漫游

低能耗(<

2.5mW)：適用于手持應用

模塊大?。?/p>

9x9

mm

支持語音和數(shù)據(jù)傳輸http://Copyright

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reserved.7bluetooth的應用

藍牙好在哪里？

沒有線纜連接時!

個域網(wǎng)

(PAN)

使得一組個人設(shè)備協(xié)同工作

位置感知服務(例如：漫游)

僅在有限范圍內(nèi)并且需要時訪問額外資源

充當進入Internet的橋梁

構(gòu)建居家網(wǎng)絡(luò)

運動中組網(wǎng)http://Copyright

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reserved.8整潔辦公空間需要電池供給能量連接計算機以及其他外部設(shè)備802.11802.11http://Copyright

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reserved.9支持自組織網(wǎng)絡(luò)臨時性不需要適配器http://Copyright

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reserved.10充當訪問Internet的接入點

蜂窩架構(gòu)http://Copyright

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reserved.11

PDACell

PhoneCordless

Phone

Base

Station

xDSLAccess

Point

InkjetPrinterHome

Audio

System構(gòu)建居家網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

Digital

Camera

Computer

Scanner

MP3Player12

Pay

Phone&

Access

Point

Hotel

Phone&

Access

Point

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reserved.Headset

MP3

Playerhttp://

運動中的連接Car

Audio

System

PDA

Cell

PhoneLaptop車載步行靜止步行靜止/桌面機室室

內(nèi)GSM,

IS

-

D

95,

-

AMPS外http://Copyright

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reserved.53MobilityMbps1101000,1WidebandCellular

W-LANBluetoothLANLAN—熱點—高速率WAN—覆蓋范圍廣PAN—連通性—替代線纜無線通信技術(shù)MediaMediaTV/Radio/TV/Radio/PersonalPersonalservicesservicesMobilityMobilityHigh

speedHigh

speedServicesServicesInternetInternet/ERP/ERPE

mailE-

-mailE

learningE-

-learningE

commerceE-

-commerceComputerComputerMobility57

Services

移動

VoIP

寬帶數(shù)據(jù)

電路交換過渡到分組交換Telecommunication數(shù)據(jù)分發(fā)廣播和出版娛樂多媒體信息訪問訪問內(nèi)聯(lián)網(wǎng)

IP

MobilityWideband無線Internet

Internet與移動集成四、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)

不同路由機制的融合

支持組播技術(shù)

服務質(zhì)量（跨層次的問題）

應用程序的無縫運行

網(wǎng)絡(luò)性能的保障（帶寬、延遲和吞吐量）

安全性（跨層次的問題）

無線傳輸介質(zhì)的安全性

用戶鑒別認證

信息傳輸?shù)募用軣o線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題——異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通（1/2）

軟件系統(tǒng)的融合

互聯(lián)技術(shù)（IP路由、ad

hoc路由、其他

網(wǎng)絡(luò)的路由機制）

Addressing模式（IP地址、手機號碼、

ad

hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點標識）

定位（IP網(wǎng)絡(luò)的層次路由、ad

hoc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)整合之后的組播機制）

垂直和水平無縫切換http://Copyright

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reserved.69

campus-basedin-house垂直切換metropolitan

area

水平

切換垂直和水平無縫切換

具有不同傳輸特性的異構(gòu)

的固定/移動網(wǎng)絡(luò)的集成這個問題既涉及到網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，還涉及到regional

切

換

時

的

服

務

質(zhì)

量

。70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（2/2）

傳輸介質(zhì)接入技術(shù)的多樣性

WPAN（IEEE

802.15x、Zigbee、UWB）

WLAN（IEEE

802.11x、HiperLAN、DSRC）

WMAN（IEEE

802.16x、IEEE

802.20）

WWAN（4G）2005/6年

更多的Hotspot

802.11&GPRS&3G集成在單個設(shè)備中2007年

802.16a,

802.16e

(Wi-Max)

802.20

(Mobile-Fi)

4G

&

Mobile