第一讲 无线网络概述.

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1 第一讲 无线网络概述

2 基本概念 无线通信（Wireless Communication） 无线网络（Wireless Networks）
其实无线通信比有线通信的历史更悠久 无线通信（Wireless Communication） 广义：没有“线”的通讯，甚至不需要物理传输媒介； 心灵感应、量子之间的纠缠态等； 狭义：利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息 交换的一种通信方式。 无线网络（Wireless Networks） 采用无线通讯技术组建的网络； 包括： 允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络； 为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术； 与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线。 老师问：“最早的通讯方式是什么？”有的喊烽火，角落里传出一声：“托梦”。老师：“你给我滚出去……”

3 无线网络简介 无线网络新技术层出不穷、新名词应接不暇： 从无线局域网、无线个域网、无线体域网、无线城域网到 无线广域网；
从移动Ad Hoc网络到无线传感器网络、无线Mesh网络； 从Wi-Fi到WiMedia、WiMAX； 从IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、IEEE802.20； 从固定宽带无线接入到移动宽带无线接入； 从蓝牙到红外、HomeRF、NFC，从UWB到ZigBee； 从GSM、GPRS、CDMA到3G、超3G、4G、5G、...... HomeRF工作组是由美国家用射员会领导、于1997年成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。它推出HomeRF的标准集成了语音和数据传送技术，工作频段为2.4GHz，数据传输速率达到100Mbit/s，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。 “UWB”（ultra wideband）是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的最先进的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。 UWB的特点在于不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。由于原来的无线通信在通信时需要连续发出载波（电波），自然要消耗电能。而UWB是发出瞬间尖波形电波－也就是所谓的脉冲电波－直接按照0或1发送出去。由于只在需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。

4 无线网络简介 利用无线电波作为信息传输的媒介的通信网络，摆脱了网 线的束缚，在应用层面，与有线网络的用途完全相似，两 者最大不同在于通信的媒介不同。 无线网络在硬件架设、安装成本和应用机动性方面比有线 网络更据优势。 主要用3G、蓝牙、WIFI等无线通信技术实现无线网络。 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。 相关技术：无线充电

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6 概述 通信基础设施 两个关键技术 终极目标 WWW：世界有线互联网 骨干网络：有线电视、光纤或卫星,
最后一公里（Last kilometer），在英美也常被称为“最 后一英里”（Last Mile），原意指完成长途跋涉的最后 一段里程，被引申为完成一件事情的时候最后的而且是关 键性的步骤（通常还说明此步骤充满困难）。 通信行业经常使用“最后一公里”来指代从通信服务提供 商的机房交换机到用户计算机等终端设备之间的连接。 通信基础设施 WWW：世界有线互联网 骨干网络：有线电视、光纤或卫星, 最后一公里（Last kilometer）服务：通信、电力、电缆、无线, … 填补漏洞：全球无线网络 两个关键技术 无线通信网络 光通信网络 注：目前还有无线光通信技术 (Optical Wireless Communication，OWC)， 又称自由空间激光通信(Free Space Optics，FSO) 终极目标 无处不在的访问信息高速公路 克服：全球等待（World Wide Waiting） 中国科学技术大学无线 光通信与网络研究中心 量子通讯还比较遥远

7 “未来网”？ 满足人类“未来”需求的网络 过去网 近代网 现在网 未来网 ??? 牢不可破的安全 浏览搜索 社交网络 随时随地的服务
爆发增长的经济 流媒体资源共享 通讯 电子邮件 电子商务 通信 无处不在的感知 身临其境的通信 邮政网络 -道路 电话网络 -电缆 互联网 -光缆/电磁波 量子、全光、空间…… 过去网 人工交换 近代网 电路交换 1870s- 现在网 分组交换 1970s- 未来网 ???

8 × ✔ 为什么要研究未来网？ 未来网 互联网 人类未来需求=〉新型网络应用 扩展 移动 安全 质量 能耗 扩展 质量 移动 安全 能耗
电子邮件、浏览搜索、电子商务、流媒体、社交网络。。。 × 扩展 移动 安全 质量 能耗 未来网 扩展 质量 移动 安全 能耗 ✔ 互联网 量子技术、全光技术、空间技术、信息安全技术、集成电路技术。。

9 为什么要用无线网络？ 唯一的方法使我们从物理附件中脱离出来 唯一的方法来解决无处不在的访问 快速重新配置 在历史建筑中看不见的通信
不需要土地许可证 更多… 无论你在哪里,你都是被连接的 – Ubinet：泛在网络 提供方便的同时也带来隐私安全问题

10 为什么要用无线网络？ 构造无处不在的计算环境，真正实现6A 无线网络技术是实现6A梦想/移动计算的核心技术。 任何人(Anyone)
在任何时候(Anytime) 任何地点(Anywhere) 可以采用任何方式(Any means) 与其他任何人(Any other) 进行任何通信(Anything)。 无线网络技术是实现6A梦想/移动计算的核心技术。

11 无线网络成功的关键 构建基础设施 新型网络技术 开发的杀手级应用 找到客户

12 无线网络历史 无线系统的历史 人类的存在的开始，远早于有线网络 烟雾信号 一个周朝的故事(公元前781年-770年)

13 故事 周朝的一个古老的故事 “烽烟戏诸侯，一笑失天下” 周(1122 BC to 256 BC) 骊山

14 故事 协议：烟起表明敌人攻击，所以盟友能前来救援。 皇帝以此取悦他的妃子（褒姒bāo，sì）
公元前771年，犬戎兵至，幽王再燃烽火，诸侯不再出兵救援，幽王被杀，褒姒被掳，此后杳无音信，生死未卜。 点燃烟没有攻击 协议失败!

15 历史 …经过很长很长的时间... 1880: 赫兹——初步演示实际无线通信
1897: 马可尼——通过一个18mile路径无线传输到一 艘拖船 (他是一个商人!) 1921: 底特律警察局（警车无线电调度在2-mhz频段） 1932: 纽约的无线电调度(2 MHz) 1934: 194个市政警察无线电系统和58个国家警察站 采用的是移动无线电公共安全

16 历史 一个有趣的转折：通用汽车在俄亥俄州开始跳舞时，一 辆警车接近——干扰点火系统， FFC进来了！
1935: 重大突破--FM的出生，埃德温·阿姆斯特朗 1946: 贝尔电话实验室-152 MHz (单工) 1948: 计算机的问世 1948: 香农的论文信息理论的诞生 1948: 维纳的书 控制理论的诞生

17 历史 1956: FCC--450 MHz (单工) 1959:贝尔电话实验室表示32 MHz频段为高容量的移动收 音机
1968:贝尔电话实验室对FFC提出了蜂窝的概念 1969: FCC--450 MHz ( 全双工传输) 1974: FCC-- 40 MHz 带宽分配在800 ~ 900 MHz范围内 1979: 贝尔电话实验室.蜂窝技术的开发

18 历史 1981: FCC--蜂窝移动电话服务释放40MHz带宽约 900MHz。 AT&T垄断,频段A和频段B的创建
1982: AT&T 被分成RBOCs (地区贝尔运营公司) 1986: FCC分配5 MHz扩展频段 1988: 在北美TDMA被投票作为数字蜂窝标准 1992: GSM可操作性德国D2系统 1993: 在北美CDMA被投票作为另一个标准

19 历史 1994: 美国TDMA（IS-54）在华盛顿州西雅图市可 操作;日本PDC的可操作性在日本东京， 六宽带中 的两个PCS由FCC许可拍卖 1995: CDMA在香港可操作 1996: 美国国会通过电信改革法案法案——放松管 制法案”显然是任何人都可以进入别人的业务。。 “包括联邦政府:the auction money for the six broadband PCS licensed band从拍卖六宽频的个 人通信业务授权赚来的钱 (120 MHz) 达到近200亿 美元

20 历史 1996: NTT（日本电报电话公司） &Ericsson （爱立信公司） 启动发展3G
1997: US TIA 为 3G选择了CDMA；宽频的CDMA 被通用移动通信系统认为作为3G移动通信技术 在 UMTS 在韩国举行的研讨会上(一个国家采用 IS- 95作为基础设施) : 3GPP 和 3GPP2 为国际标准协调活 动--W-CDMA, IMT2000, cdma2000, 3G TDD- CDMA …

21 历史 2000之后 3G,B3G:高速度，大范围覆盖 4G/5G: 宽带无线,少强调覆盖、无线集成工作!
宽带无线接入: WLANs, WPANs, … 迅速展开: 移动ad hoc网络(MANETs)和无线传感器网络 无线局域网和蜂窝系统的集成 MANETs和蜂窝系统的整合无线网格网络 Small Cell：即小型蜂窝基站的统称 Femtocell、Picocell、Metrocell及Microcell

22 无线网络的诞生 无线网络的历史起源可以追朔到七十年前的第二次世界大 战。美军利用无线电信号结合高强度加密技术实现了文件 资料的传输，并在军事领域广范应用。 1971年，夏威夷大学的研究员从中得到灵感创造了第一个 基于封包式技术的无线电通讯网络--ALOHANet，可以算是 早期的无线局域网络（WLAN）。 这个WLAN包括了7台计算机，采用双向星型拓扑（bi-directional star topology）横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡 岛（Oahu Island）上。 从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。 ALOHANet使用新的介质访问技术，称为ALOHA随机存取（ALOHA random access），后来发展为以太网通信协议802.3

23 无线网络的诞生 1990年，电气电子工程师学会IEEE正式启用了802.11项目.
IEEE802.11标准诞生后，出现了802.11a(1999)和802.11b(1999)， g(2003)，802.11n(2009)，无线网络时代来临。

24 Wi-Fi ≠ IEEE 1999年无线以太兼容性联盟（WECA）成立，后更名无线联 盟（Wi-Fi），建立了用于验证802.11b产品互操作能力的 一套测试程序； 2004年起，验证的802.11b产品使用名称是Wi-Fi。 Wi-Fi认证已扩展到802.11g、802.11n； 在无线局域网标准的采纳和市场化推进中，起到了主导作 用。

25 无线网络的发展 无线热点（hot-spot）：网络运营商提供的WIFI接入， 机场、饭店、会议设施、咖啡厅、火车站、校园。

26 无线网络的发展 美国Starbucks连锁店2001年加入MobileStar成为第一个提 供Wi-Fi Internet接入服务的零售业主。用户可到 Starbucks的Card Rewards站点注册，向顾客提供每天两个 小时的免费Wi-Fi接入。

27 无线网络的发展 根据CTIA（Cellular Telecommunications Industry Association，美国无线通信和互联网协会）发布的研究报 告，截至2011年6月，美国无线服务用户已经超过人口总数。 有3.276亿名无线服务用户，而美国全国人口总数为3.155 亿。 无线网络流量比起去年同期增长超过一倍。智能手机和PDA 比去年同期增长了57%智能手机已经成为一般消费者生活中 不可缺的物品。 除了移动设备以外，美国人在2011年前6个月总共使用了1. 15兆分钟在无线上网上，比去年同期成长1%。此外，在这 期间发出的短信数量达到惊人的1.14兆则，比去年同期的 9.829千亿通增长了16%。

28 无线网络的发展 IDC调查： In-Sat：2009年WLAN芯片组市场超33亿美元 欧洲“The Cloud”：
2010年Wi-Fi热点数〉10万 2010年Wi-Fi手机1亿 2012年Wi-Fi双模手机将超过10亿部 In-Sat：2009年WLAN芯片组市场超33亿美元 欧洲“The Cloud”： Europe最大的公共Wi-Fi网络运营商： 遍布英国6,000多个点，以每周100点的速度递增，已经 在其它欧洲市场部署并开始运营： Germany、France、Sweden、Italy、Spain、Belgium、 the Netherlands、Luxembourg。

29 无线网络的发展 台湾在2004年底开始“无线台北”（Wireless Taipei）计 划建设，市民在台北客运站附近即可享受到各式无线服务；
香港成为全球领先的无线城市：“香港政府WiFi通”于 正式开通，首批共有35个WiFi热点投入使用； 至2009年6月无线热点数达到8000个，覆盖区域为公共图书 馆、体育场馆、文化康乐中心、就业中心、社区会堂、大 型公园和政府大楼等地点，不包括住宅和商业街区； 用户的上网终端(笔记本、手机、相机等)会搜索到 “freegovwifi”并自动联通，用户和密码均为 “govwifi”。使用时限为1小时，如需继续使用再次登陆 即可。

30 无线网络的发展 TechTarget中国进行了“2012年企业IT业务优先程度”调 查。根据调查数据显示，2012年，企业最关心的是无线网 络。 很多企业为了方便办公，都开始给员工配备移动设备，近4 成的企业发放笔记本电脑，近3成发放智能手机。

31 无线网络分类 无线网络的分类一般按照网络覆盖范围或应用领域 来划分： 从无线网络覆盖范围看： 系统内部互连/无线个域网 无线局域网
无线城域网/广域网

32 系统内部互联/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(Blue Tooth)是一种典型短距离无线网络，将这些部 件以无线的方式连接起来，多采用主从模式。 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。

33 无线局域网 第一类是有固定基础设施的：802.11 WLAN 第二类是无固定基础设施的：自组织网络（Ad hoc网络）
无固定的路由器，网络中节点可随意移动并能以任意方式相互通信。 每个节点都能实现路由器的功能而在网络中搜寻、维护到另一节点 的路由。 自组织网可用在事故的突发现场以及人们希望能迅速共享信息的会 议、办公室等场所。

34 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 广域网系统的例子。 1G：模拟信号，只能传送语音，如大哥大、二哥大；
2.5、2.75G：数字信号，可以传送语音和数据，如GPRS、EDGE； 3G：数字信号，可以传送语音和数据， CDMA2000\WCDMA\TD-SCDMA 与局域网的区别：速度慢，距离远。

35 第X代移动通信技术 1G: 模拟--AMPS（高级移动电话业务）和其相关, 只有语 音服务
2G: 数字 -- IS-54/IS-136, GSM, IS-95, 主要是语音服 务和低日期率服务 2.5G: GPRS 和 EDGE, 基于GSM通信面向3G短期解决方案 3G: IMT-2000, cdma2000, W-CDMA 3.9G：LTE，LTE R8引入了OFDM、MIMO等技术 4G: LTE-A，载波聚合、协作多点发送和接收、接力传输、 多天线增强等 5G: 无缝集成/协调异构系统 （有线或无线）

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37 无线城域/广域网络 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IEEE “最后一英里”， 有的正在制订完善中，如IEEE \LTE（4G）

38 无线网络分类 从无线网络的应用角度看，可 以分为： 这些网络一般是基于已有的无 线网络技术，针对具体的应用 而构建的无线网络。
无线传感器网络 无线Mesh网络 无线穿戴网络 无线体域网等； 这些网络一般是基于已有的无 线网络技术，针对具体的应用 而构建的无线网络。

39 无线传感器网络 无线传感网络(WSN，wireless sensor networks)。
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。 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。 实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。

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41 无线Mesh网络 无线Mesh网络是一种与传统无线网络完全不同的新型无线 网络，由移动Ad Hoc网络人们无处不在的Internet接入需 求演变而来，被形象称为无线版本的Internet 。 基站设备大幅减少，为无线网络服务商减少70%多的营运、 安装成本。扩大网络仅需要将设备接上电源。如：手机网 络。

42 无线Mesh网络 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。 若最近的AP流量过大导致拥塞，数据可自动重新路由到一 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。 也属于Ad hoc网络的范畴，主要特点： 节点不移动 节点自身性能比较强（计算、存储） 能耗不是重点关注问题，电池容量较大或者有电源供电

43 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) 人体传感器网络：脉搏 、心跳监控等传送至手 持设备 可穿戴的媒体播放：音 乐媒体传送至无线耳机 通信终端应用：个人实 时数据传送至网络 视频流应用：采访摄像 、药片照相机

44 无线穿戴网络

45 延迟/中断容忍网络 Delay/Disruption-Tolerant Networking
基于TCP/IP协议的因特网服务模型基于以下假设： 在通信持续时间里，源和目的之间存在端到端路径 任何一对节点之间的最大往返时间不会太长 丢包率较小 实际中存在一类不满足以上假设的网络，称为有缺陷 的网络（challenged networks），比如： 陆地移动网络：链路经常性中断 采用非寻常媒体的网络：延迟可能很长 传感器网络：节点资源受限，通信需要按计划调度

46 延迟/中断容忍网络 DTN的特点： 长延时（分钟级及以上） 节点资源有限 间歇性连接 不对称数据速率 低信噪比（高误码率）

47 几种无线网络的比较 用户 数据率 1 Gb/s 100 Mb/s 802.15.3 超宽带 4G 10 Mb/s Wi-Fi 1 Mb/s
覆盖范围 PAN LAN MAN WAN ZigBee 蓝牙 超宽带 802.11g, a 802.11b 802.16 2G 移动通信 3G 4G Wi-Fi WiMAX 1 Gb/s 100 Mb/s 10 Mb/s 1 Mb/s 100 kb/s 10 kb/s

48 综合应用场景 物联网 家庭网络 车载网络 卫星网络 军事网络 。。。

49 物联网 按照国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决：
物到物（Thing to Thing，T2T） 人到物（Human to Thing，H2T） 人到人（Human to Human，H2H） 物联网是连接物品的网络，有些学者在讨论物联网时，常提到 M2M的概念，其实就是Machine to Machine 2010年3月9日，中国物联网标准联合工作组筹备工作 启动，目标是整合国内物联网相关标准化资源，联合产 业各方面共同开展物联网技术研究，积极推进物联网标 准化工作，加快符合中国发展需求的物联网技术标准。

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51 家庭网络

52 家庭网络

53 无线网络推动计算的进化 计算的进化 第一代，主机型计算（Mainframe Computing）多人共享 一台大型机
第二代，个人机计算（Personal Computing）一个人在 一台电脑上 第三代，网络计算（Internet Computing）一个人使用 在互联网上的很多服务 第四代，普适计算（Pervasive Computing）许许多多的 设备通过全球网络为许多人提供个性化的服务

54 无线网络推动计算的进化 普适计算 Ubiquitous Computing 或 Pervasive Computing；
又称普存计算、普及计算； 是一个强调和环境融为一体的计算概念，而计算机本身 则从人们的视线里消失； 在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、 以任何方式进行信息的获取与处理，或者获得不同的服 务。

55 普适计算 无线网络的终极目标 普适计算移动设备的用户可在任何时间任何地点服务访 问不同的服务。

56 无线网络推动计算的进化 无线网络的驱动 移动应用多样化 Internet 无线通信网络

57 网络设计方法 设计方法学 分层架构 自顶向下: 自底向上: 邮政系统 电话系统 行政规划 计算机网络 设计任务分解到不同的设计子任务
整理所有子任务组装成一个 分层架构 邮政系统 电话系统 行政规划 计算机网络

58 举例 设计实例

59 OSI参考模型 开放系统互连 (OSI) 由国际标准化组织建立(ISO) 一个理论框架来开发协议标准 分为七层
具有严格的协议结构,可以更好地理解! 标准推行太慢以致于不能被用于实践! 被 TCP/IP 所代替

60 OSI 模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

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62 应用层 为应用程序访问OSI环境提供方法； 为支持分布式应用程序提供管理功能和有用的机 制；
主机上一般用途的应用程序,如telnet、ftp、电 子邮件等等。

63 表示层 定义应用程序之间的数据格式； 提供数据转换服务,如数据压缩和加密。

64 会话层 在终端系统应用之间提供控制对话的机制； 重点服务 对话原则: 双工 分组:流标记 故障恢复: 检查点

65 传输层 在终端系统之间提供可靠、透明数据传输； 提供端到端的错误恢复，用于在数据链路层或系统 故障产生未发现的错误；
提供流量控制和拥塞控制。

66 网络层 在一个子网数据传输提供了一种机制(路由)； 避免了更高层了解底层的网络技术的需要； 提供拥塞控制和负载平衡 。

67 数据链路层 从点对点提供了可靠的数据传输(直接链接) 提供错误恢复机制
错误检测和FEC (前向纠错，Forward Error Correction) ARQ（Automatic Repeat Request,自动重发请求）

68 物理层 设备之间提供物理接口 设置规则：哪些部分是从一个到另一个通过 处理机械、电气、功能、程序接口和设备的特点 这里才是真实的通信!

69 模块化设计理念 通信任务分割成一些模块, 每个模块有一个协议 (P2P协议)； 每一层执行的一个所需的通信功能子集；
每一层都是依赖于下一层来执行更原始的功能； 每一层为更高一层提供服务； 每一层的变化不应该需要其他层改变。

70 对等通信 peer-to-peer communication
为了使数据分组从源传送到目的地，源端OSI模型的每一 层都必须与目的端的对等层进行通信。

71 TCP/IP协议簇 美国 DARPA 为ARPANET建立； 使用在互联网上，成为事实上的标准； 没有官方模型只有一个工作模型；
由Vint Cerf 和 Robert Kahn定义 (1974) ； 在 UCLA（加州大学洛杉矶分校）和 BBN（宽带网） 第一次测试； 第一次在 Internet中传输：从 UCLA到 SRI （Stanford Research Institute）。

72 五层模型的TCP/IP 应用层 传输层 (传输控制协议TCP) 网络层 (互联网协议IP) 数据链路层 物理层

73 物理层 数据传输设备和传输介质之间的物理接口 详细说明： 传输媒介的特点 自然信号 数据传输速率 …

74 数据链路层 端系统之间和网络的数据交换 提供目的地地址 调用服务,如优先级 软件依赖于物理网络

75 网络层 (IP) 系统可以连接到不同的网络 跨多个网络的路由功能 终端系统和路由器的执行 路由器： 处理器，它连接了两个网络
主要功能是数据从一个网络传递到其他网络

76 传输层(TCP) 保证 可靠的数据交付 正确的顺序交付 独立于应用程序的性质 两个终端的端对端协议支持交互

77 应用层 支持用户应用程序, e.g. http, telnet, ftp, SNMP, ... 依赖于应用程序

78 TCP/IP 簇

79 OSI 与 TCP/IP

80 分层设计的优缺点 优点： 设计简单 统一标准 便于查找故障 缺点： 不能达到最优 尤其对无线网络来说 MAC层和网络层耦合严重，互相影响

81 无线网络的协议 无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协 议成为一个重点和难点； 不同类型的无线网络所重点关注的路由协议不同；
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，数据链路层中的MAC协议是所有无线网络协议 的重点； 不同类型的无线网络所重点关注的路由协议不同； 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，而无线Mesh网络则需重点研究。

82 无线网络的协议 对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经精心 地作了优化，但优化的基础是一些假设条件对于有 线网络是成立的，对于无线网络却并不成立。 如TCP拥塞的控制，对于有线网络优先减慢速度，缓解拥 塞，而无线网络往往是分组丢失造成； 不对称信道； 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。

83 与网络相关的标准化组织 众多的网络生产厂商各有其思路，若无法协调，不 同的计算机系统则不能通信。 电信领域中最有影响的组织：ITU
国际标准领域中最有影响的组织 ISO IEEE Internet标准领域中最有影响的组织 IAB IETF、IRTF

84 与网络相关的标准化组织 电信领域中最有影响的组织：ITU（International Telecommunications Union）国际电信联盟；多个欧洲国 家于1865年成立的制定国际电信标准的专门机构，1947年 ITU成为了联合国的代理机构，成员几乎扩展到每一个成员 国。 三个主要部门：无线电通信ITU-R（无线电频率分配）、标 准化ITU-T（标准建议）和电信发展ITU-D（普及电信技 术）。 ITU-T的任务是对电话、电报和数据通信接口提出一些技术 性建议，政府可按需采纳或拒绝。

85 国际标准领域中最有影响的组织 ISO，International Organization for Standardization， “国际化标准组织”。成立于1947年2月23日，由89个成员 国的国家标准组织组成。负责为大量学科领域制定标准， 从螺丝螺纹到电话的的外形，目前已发布了13000多个标准； 当某国或领域需要一个国际标准时，ISO启动标准制定，从 草案到标准需要多次修订，成员投票通过后正式成为标准， 一般需要几年； 通信领域ISO与 ITU紧密合作以避免推出两个正式但不相容 的标准，ISO是ITU-T的一个成员。

86 国际标准领域中最有影响的组织 IEEE ，Institute of Electrical and Electronics Engineers 电气和电子工程师协会，国际性的电子技术与 信息科学工程师的协会，世界上最大的专业技术组织之一 （成员人数），拥有来自175个国家的36万会员。 1963年1月1日由美国无线电工程师协会(IRE, 创立于1912 年)和美国电气工程师协会(AIEE,创建于1884年)合并而成， 在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产 品等领域中都是主要的权威。 IEEE发表多种杂志，学报，书籍和每年组织300多次专业会 议。IEEE定义的标准在工业界有极大的影响。

87 国际标准领域中最有影响的组织 IEEE 802又称为LMSC(Lan/Man Standard Committee)局域 网/城域网标准委员会，负责起草局域网/城域网的物理层 和数据链路层草案，并送交美国国家标准协会（ANSI）批 准和在美国国内标准化。 IEEE还把草案送交国际标准化组织（ISO）。ISO把这个802 规范称为ISO 8802标准，因此，许多IEEE标准也是ISO标准。 如，IEEE 802.3标准就是ISO 802.3标准 IEEE 以太网标准 IEEE 无线局域网标准（WIFI） IEEE 个域网标准（蓝牙） IEEE 无线城域网标准（WIMAX） IEEE 移动带无线接入（4G）

88 Internet领域中最有影响的组织 IAB是（Internet Architecture Board）Internet 体系委 员会。源于美国ARPANET项目。负责ARPANET的研发和监管。 1989年民用重组，转变为公开而自治的机构，重组后负责 网络互联相关技术的研发和标准的制定： IRTF：（Internet Research Task Force）研究任务组，专注于 Internet的长期研究。 IETF：（Internet Engineering Task Force）工程任务组，处理短 期的工程事物。 标准定义采用ISO模式

89 无线网络与有线网络相比的特点 信道特性复杂 资源(频率、代码、时间和空间)有限 能量有限(移动设备) 网络安全威胁大

90 信道特性复杂 无线网络与有线网络的本质区别在于传输信道不同。
相对于带宽、噪声都比较恒定的有线信道，无线信道不仅 带宽资源紧缺，噪声和干扰严重，而且信道状况多变。 无线信道中，信号要受到自由空间传播、地面和建筑物的 反射、多普勒效应和多径等多种衰落效应的影响。 目前的信道模型一般将无线信号的衰落分为慢衰落（或大 尺度衰落）和快衰落（或小尺度衰落）。 慢衰落模型对信号的平均能量、信号在自由空间传播的距离 衰落以及地面反射造成的衰落进行建模； 快衰落对多普勒效应和多径引起的衰落进行建模。 

91 信道特性复杂 无线信道复杂多变的特点决定了相应的网络协议的多样性。 邻域 广播链路
网络中通信链路的基本单位是节点的邻域，即一跳可覆盖的范围。 但是无线网络邻域的范围随发射信号的强度、信道的参数和接收机的灵敏 度而变化。 发射节点的信号可以直接到达邻域节点，同时又对邻域内的其他节点有干 扰，因此不一定邻域覆盖的节点越多越好，邻域大小的问题（功率控制） 是无线网络吞吐量和能量消耗研究中都经常考虑的问题。 广播链路 在多跳的无线信道中，路由节点之间的链路不是像有线网络那样的点到点 链路，而是同邻域一样的多路访问信道，这使得路由节点也面临信道访问 冲突问题。

92 实际系统中的全向天线，其范围并不是理想的球形。
信道特性复杂 无线网络中的网络接口是天线，也称为空中接口； 天线分类 全向(omni-direction)天线 定向(directional)天线 多(multi-)天线。 全向天线具有广播的特性，是当前科学研究和产 品实现的主流。 实际系统中的全向天线，其范围并不是理想的球形。

93 能量有限 无线网络中的移动节点依靠电池来提供能量，能 量决定节点的生存期，从而影响整个网络的吞吐 量表现和公平性表现。
能量也决定无线节点上运行的应用程序的性能。 能耗优化 路由算法要综合考虑对带宽和能量的优化； 对无线网络协议的媒介访问层和物理层设计要考虑功率 管理； 工作在移动设备上的应用程序和操作系统要考虑能量消 耗与性能之间的平衡。

94 网络安全问题更加严重 无线信道共享型的链路环境使网络容易受到链路 层的攻击，包括被动窃听和主动假冒、信息重放 和信息破坏。
节点在敌方环境（如战场）漫游时缺乏物理保护， 使网络容易受到已经泄密的内部节点（而不仅仅 是外部节点）的攻击。 无线网络的拓扑和成员经常改变，节点间的信任 关系经常变化。 在设计无线网络时，需要仔细考虑窃听、欺骗和 拒绝服务攻击等。

95 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 当今无线通信的发展面临的问题主要源自：
越来越远的传输需求，如深空通信挑战极端电磁环境下 的极限传输能力； 越来越丰富的业务需求，如无线多媒体通信业务使得带 宽效率与服务质量矛盾尖锐； 越来越复杂的电磁干扰，如宽带移动通信面临越来越突 出的容量瓶颈；等等。 以上问题一直是信息通信领域业界和学术界高度 关注的焦点，也是发展战略性新兴产业面临的核 心技术难题。

96 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 网络信息论： 主要从信息论角度研究网络的容量、性能界等；
该方向从P. R. Kumar的一篇文章开始后如火如荼，吸 引了一大批信息论高手来探讨； Piyush Gupta and P. R. Kumar, “The Capacity of Wireless Networks,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-46, no. 2, pp , March 2000. 但是目前得到的结论大部分都是一些界，这些界的松紧 不好评断，或者得到的是特殊信道和网络条件下的闭合 表达式，不具备普适性。

97 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 网络层信息安全和隐私： 目前很多基于无线通信的安全和隐私是直接借用传统计算机 网络的分析方法；
无线通信和网络同有线网络有着本质的区别，信道的开放式、 计算能力的有限性、信道的时变特性，这个时候如何从无线 通信本身出发考虑安全和隐私，而且这其中隐私是比安全还 重要的且困难的方向； 目前很多安全和隐私的分析都是针对特定的网络，比如 VANET、Smart Grid、DTN等，如何从无线通信本身的特点 来分析是个值得研究的问题。

98 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 能量有效性： 软件定义网络（SDN）：
能量是无线通信里面比较根本的问题，很多技术都是针对能量本身提的； 之前基本上只考虑能量的一维特性，也就是能量的消耗，现在有能量捕获 （Energy Harvesting）的概念，这拓展了能量的维度； 在有进有出的情况下，如何去评价能量有效性，并且达到这个能量有效性 是个有意义的话题。 软件定义网络（SDN）： 以前的SDR、CR是从底层的适变性、拓展性、兼容性等角度来分析的； 现在为了更好地实现网络融合，提出了SDN，把传统网络中的数据平面和 控制平面分离，从业务本身来出发来选择网络，而不是以前的有什么样的 网络决定了什么的业务。 统一由一个控制平面来调度，打破传统的网络间的区分，这是一个很了不 起的想法。这里面的很多关键技术是很值得研究的。

99 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 深海深空通信：
水下通信一直是个比较难的问题，要么靠声呐、要么靠激光，这些 技术本身就有很多局限性的，水下信道的建模，容量的分析等等都 是难题。 深空的话主要是超长距离、大时延，以及一些星体遮挡、各种射线 和太阳黑子的影响等等，导致信道的特性十分恶劣，同时很难进行 大规模组网，因为深空的东西都是在运动的，那些相对静止的稳定 点，比如拉格朗日点就那么多，如何进行组网，这中间的调制、编 码、路由都是大问题。 底层的大口径天线和微弱信号检测和接收也是难题。

100 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 业务的建模和预测： 机器学习对无线通信的影响：
如果一个网络能对所承载的业务进行很精确的建模和预测，那么会 大大提高网络的效率； 但是业务的产生大部分是由人产生的，这个时候的建模和预测就很 难单单从物理上去分析了，地域、时间、人群等等都会产生影响。 机器学习对无线通信的影响： CR（Cognitive Radio）、SDR（Software Defined Radio）之类 的很多都类似于人工智能，自我学习、自我成长的机制是一个趋势； 但是无线通信的信道条件、网络结构相当复杂，相对于传统计算机 网络而言，有很大的不确定性，如何从无线通信的角度去阐述机器 学习，学习什么？不确定因素的建模等等都是难题。

101 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 物理层安全： 干扰对齐（ Interference Alignment，IA ）：
目前这个方向也比较热门，主要分为两个流派， 一类是从传统的信息论角度来分析安全容量，当然超过3节点的通信容 量本身就是没解决的问题。 一类是从经典的信号处理角度出发，设计协议来实现物理层安全。 干扰对齐（ Interference Alignment，IA ）： 通过压缩干扰所占的信号维度，使系统获得最大自由度； 干扰对齐能够从数学上解决资源的切蛋糕利用的局限性，从自由度 的角度来分析可用资源的刻画，然后很多基于数学空间理论的分析 在数学黎曼本身就是没解决的问题，比如预处理的数学理论结果应 该是一个不变的非平凡子空间，这个空间的寻找在数学上也是值得 研究的。 

102 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 纳米通信： 社交网络：
从微观的角度去分析和利用这些特性，这里面的天线、调制、信道 建模、容量分析统统都是新领域，同时借鉴细胞和病毒传播机理的 无线通信体制的设计，这个也是划时代的。因为靠晶体硅的时代应 该要到极致了，不然很多计算能力就上不去了。 社交网络： 基于小世界现象的社交网络的分析是一个很有趣的问题，因为六度 分割理论本身就很有意思，对他的精确数学描述和物理映射将会是 一个难题，这个直接决定了社交网络的理论基础。

103 无线通信领域的一些开放性问题和热点话题 毫米波通信的信道建模： 量子计算对传统技术的冲击：
太赫兹传输这些技术让人眼前一亮，但是频率非常高，很多现象也 跟着出现了，各种吸收和损耗，如何进行建模是个难题； 量子计算对传统技术的冲击： 现有的所有加密解密方式看似有很好的性能，但是一旦量子计算达 到了很高的水平，现有的密码体制统统作废，那对现有的各种网络 的影响会怎样？这是个很值得深思和研究的问题。