計算機網(wǎng)絡基礎知識主講：朱毅zhuyi@無線網(wǎng)絡1無線局域網(wǎng)WLAN2無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN3無線城域網(wǎng)WMAN4ad-hoc網(wǎng)絡5無線傳感器網(wǎng)絡WSN覆蓋范圍幾種無線網(wǎng)絡的比較

1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用戶數(shù)據(jù)率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1藍牙802.15.3超寬帶802.11g,a802.11b802.162G移動通信3G移動通信4G移動通信Wi-FiWiMAX一、無線局域網(wǎng)（WLAN,WiFi）一個基本服務集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時，都要通過本BSS的基站。

AP1AP2基本服務集內(nèi)的基站叫做接入點AP

(AccessPoint)其作用和網(wǎng)橋相似。AP1AP2當網(wǎng)絡管理員安裝AP時，必須為該AP分配一個不超過32字節(jié)的服務集標識符SSID

和一個信道。AP1AP2一個基本服務集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)

DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一個基本服務集，構成擴展的服務集ESS(ExtendedServiceSet)。AP1AP2ESS還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當于一個網(wǎng)橋。

AP1AP2移動站A從某一個基本服務集漫游到另一個基本服務集（到A的位置），仍可保持與另一個移動站B進行通信。

與接入點AP建立關聯(lián)(association)一個移動站若要加入到一個基本服務集BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此接入點建立關聯(lián)。建立關聯(lián)就表示這個移動站加入了選定的AP所屬的子網(wǎng)，并和這個AP之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。只有關聯(lián)的AP才向這個移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個移動站也只有通過關聯(lián)的AP才能向其他站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。一、無線局域網(wǎng)（WLAN,WiFi）二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

在個人工作地方把屬于個人使用的電子設備用無線技術連接起來自組網(wǎng)絡，不需要使用接入點AP。整個網(wǎng)絡的范圍大約在10m左右。無線個人區(qū)域網(wǎng)

WPAN和個人區(qū)域網(wǎng)

PAN(PersonalAreaNetwork)并不完全等同，因為PAN不一定都是使用無線連接的。WPAN和WLAN的不同

WPAN是以個人為中心來使用的無線個人區(qū)域網(wǎng)，它實際上就是一個低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術。WPAN都工作在2.4GHz的ISM頻段。但WLAN卻是同時為許多用戶服務的無線局域網(wǎng)，它是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

1).藍牙系統(tǒng)(Bluetooth)最早使用的WPAN是1994年愛立信公司推出的藍牙系統(tǒng)，其標準是IEEE802.15.1。藍牙的數(shù)據(jù)率為720kb/s，通信范圍在10米左右。藍牙使用TDM方式和擴頻跳頻FHSS技術組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

皮可網(wǎng)(piconet)Piconet直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡的覆蓋面積非常小。每一個皮可網(wǎng)有一個主設備(Master)和最多7個工作的從設備(Slave)。通過共享主設備或從設備，可以把多個皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個范圍更大的擴散網(wǎng)(scatternet)。這種主從工作方式的個人區(qū)域網(wǎng)實現(xiàn)起來價格就會比較便宜。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

藍牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴散網(wǎng)

MMSSPSSSSSP皮可網(wǎng)2擴散網(wǎng)皮可網(wǎng)1M——主設備S——從設備P——擱置的設備二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

2).低速WPAN

低速WPAN主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動化與控制等領域，其速率是2~250kb/s。低速WPAN的標準是IEEE802.15.4。最近新修訂的標準是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中典型代表是ZigBee。ZigBee技術主要用于各種電子設備（固定的、便攜的或移動的）之間的無線通信，其主要特點是通信距離短（10~80m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的特點功耗非常低。在工作時，信號的收發(fā)時間很短；而在非工作時，ZigBee結點處于休眠狀態(tài)，非常省電。對于某些工作時間和總時間之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。網(wǎng)絡容量大。一個ZigBee的網(wǎng)絡最多包括有255個結點，其中一個是主設備，其余則是從設備。若是通過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，整個網(wǎng)絡最多可以支持超過64000個結點。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的標準在IEEE802.15.4標準基礎上發(fā)展而來的。所有ZigBee產(chǎn)品也是802.15.4產(chǎn)品。IEEE802.15.4只是定義了ZigBee協(xié)議棧的最低的兩層（物理層和MAC層），而上面的兩層（網(wǎng)絡層和應用層）則是由ZigBee聯(lián)盟定義的。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的協(xié)議棧

物理層MAC層網(wǎng)絡層應用層IEEE802.15.4定義ZigBee聯(lián)盟定義ZigBee協(xié)議棧二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

ZigBee的組網(wǎng)方式可采用星形和網(wǎng)狀拓撲，或兩者的組合FFDFFDFFDFFDFFDRFD端設備路由器FFDFFD協(xié)調(diào)器有一個全功能設備FFD充當網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器。ZigBee網(wǎng)絡中數(shù)量最多的端設備是精簡功能設備RFD結點。

3).高速WPAN高速WPAN用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11~55Mb/s的數(shù)據(jù)率，標準是802.15.3，。IEEE802.15.3a工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標準的超高速WPAN，它使用超寬帶UWB技術。UWB技術工作在3.1~10.6GHz微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號的帶寬應超過信號中心頻率的25%以上，或信號的絕對帶寬超過500MHz。超寬帶技術使用了瞬間高速脈沖，可支持100~400Mb/s的數(shù)據(jù)率，可用于小范圍內(nèi)高速傳送圖像或DVD質(zhì)量的多媒體視頻文件。二、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

三、無線城域網(wǎng)WMAN

(WirelessMetropolitanAreaNetwork)

2002年4月通過了802.16無線城域網(wǎng)的標準。歐洲的ETSI也制訂類似的無線城域網(wǎng)標準HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動的和便攜的）。在許多情況下，無線城域網(wǎng)可用來代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時又稱為無線本地環(huán)路。WiMAX

WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess

WiMAX常用來表示無線城域網(wǎng)WMAN，這與Wi-Fi常用來表示無線局域網(wǎng)WLAN相似。IEEE的802.16工作組是無線城域網(wǎng)標準的制訂者，而WiMAX論壇則是802.16技術的推動者。兩個正式標準802.16d（它的正式名字是802.16-2004），是固定寬帶無線接入空中接口標準（2~66GHz頻段）。802.16的增強版本，即802.16e，是支持移動性的寬帶無線接入空中接口標準（2~6GHz頻段），它向下兼容802.16-2004。

802.16無線城域網(wǎng)服務范圍的示意圖

ISP802.11WLAN802.11熱點802.11WLAN802.16802.16802.16基站802.16因特網(wǎng)802.16基站802.16802.16電信網(wǎng)三、無線城域網(wǎng)WMAN

(WirelessMetropolitanAreaNetwork)

四、Ad-hoc網(wǎng)絡

Ad-Hoc結構是一種省去了無線AP而搭建起的對等網(wǎng)絡結構，只要安裝了無線網(wǎng)卡的計算機彼此之間即可實現(xiàn)無線互聯(lián)；其原理是網(wǎng)絡中的一臺電腦主機建立點對點連接相當于虛擬AP，而其它電腦就可以直接通過這個點對點連接進行網(wǎng)絡互聯(lián)與共享。Adhoc網(wǎng)絡的前身是分組無線網(wǎng)（PacketRadioNetwork）。對分組無線網(wǎng)的研究源于軍事通信的需要，并已經(jīng)持續(xù)了近20年。早在1972年，美國DARPA（DefenseAdvancedResearchProjectAgency）就啟動了分組無線網(wǎng).DAPRA又在1993年啟動了高殘存性自適應網(wǎng)絡（SURAN,SURvivableAdaptiveNetwork）項目。研究如何將prnet的成果加以擴展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡，還要開發(fā)能夠適應戰(zhàn)場快速變化環(huán)境下的自適應網(wǎng)絡協(xié)議。1994年，DARPA又啟動了全球移動信息系統(tǒng)（GloMo,GlobleMobileInformationSystems）項目。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎上對能夠滿足軍事應用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。1991年成立的IEEE802.11標準委員會采用了“Adhoc網(wǎng)絡”來描述這種特殊的對等式無線移動網(wǎng)絡。四、Ad-hoc網(wǎng)絡Adhoc網(wǎng)絡的特點

Adhoc網(wǎng)絡是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中所有結點的地位平等，無需設置任何的中心控制結點。網(wǎng)絡中的結點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉發(fā)能力。與普通的移動網(wǎng)絡和固定網(wǎng)絡相比，它具有以下特點：

1.無中心：Adhoc網(wǎng)絡沒有嚴格的控制中心。所有結點的地位平等，即是一個對等式網(wǎng)絡。結點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡。任何結點的故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行，具有很強的抗毀性。

2.自組織：網(wǎng)絡的布設或展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施。結點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，結點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡。

四、Ad-hoc網(wǎng)絡Adhoc網(wǎng)絡的特點

3.多跳路由：當結點要與其覆蓋范圍之外的結點進行通信時，需要中間結點的多跳轉發(fā)。與固定網(wǎng)絡的多跳不同，Adhoc網(wǎng)絡中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡結點完成的，而不是由專用的路由設備（如路由器）完成的。

4.動態(tài)拓撲：Adhoc網(wǎng)絡是一個動態(tài)的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡結點可以隨處移動，也可以隨時開機和關機，這些都會使網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化。四、Ad-hoc網(wǎng)絡Ad-hoc網(wǎng)絡的應用軍事應用：軍事應用是Adhoc網(wǎng)絡技術的主要應用領域。因其特有的無需架設網(wǎng)絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，它是數(shù)字人戰(zhàn)場通信的首選技術。Adhoc網(wǎng)絡技術已經(jīng)成為美軍戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)的核心技術。美軍的近期數(shù)字電臺和無線互聯(lián)網(wǎng)控制器等主要通信裝備都使用了Adhoc網(wǎng)絡技術。四、Ad-hoc網(wǎng)絡方睿緊急和臨時場合：在發(fā)生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊后，固定的通信網(wǎng)絡設施（如有線通信網(wǎng)絡、蜂窩移動通信網(wǎng)絡的基站等網(wǎng)絡設施、衛(wèi)星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對于搶險救災來說，這時就需要Adhoc網(wǎng)絡這種不依賴任何固定網(wǎng)絡設施又能快速布設的自組織網(wǎng)絡技術。類似地，處于邊遠或偏僻野外地區(qū)時，同樣無法依賴固定或預設的網(wǎng)絡設施進行通信。Adhoc網(wǎng)絡技術的獨立組網(wǎng)能力和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。Ad-hoc網(wǎng)絡的應用四、Ad-hoc網(wǎng)絡

傳感器網(wǎng)絡：傳感器網(wǎng)絡是Adhoc網(wǎng)絡技術的另一大應用領域。對于很多應用場合來說傳感器網(wǎng)絡只能使用無線通信技術。而考慮到體積和節(jié)能等因素，傳感器的發(fā)射功率不可能很大。使用Adhoc網(wǎng)絡實現(xiàn)多跳通信是非常實用的解決方法。分散在各處的傳感器組成Adhoc網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)傳感器之間和與控制中心之間的通信。Ad-hoc網(wǎng)絡的應用四、Ad-hoc網(wǎng)絡

個人通信：個人