第一讲 无线网络概述.

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1 第一讲 无线网络概述

2 经过40多年的发展，互联网已经成为继陆、海、空和太空之后的人类第五疆域：网络空间（Cyberspace）
互联网已经发展成为网络空间 经过40多年的发展，互联网已经成为继陆、海、空和太空之后的人类第五疆域：网络空间（Cyberspace） 1969年 4台 1971年 11台 ⁞ 2015年 近50亿台 2020年 亿台 69年 4台 71年 11台---》2015年 近50亿台 ==》2020年 1000亿台

3 2014年，中国移动互联网接入流量达20.62亿G，同比增 幅62.9%，移动互联网接入月户均流量达205M。 （工业 与信息化部）
中国互联网用户6.69亿，占全球22%，是美国2.5倍 在线教育： 2013年6720万人，预计2017年达到1.2亿人 网络购物： 2014年6月达到3.32亿 微 信： 2013年10月用户超过6亿 滴滴打车： 2014年用户突破1.5亿，最高日订单量1217万单 2014年，中国移动互联网接入流量达20.62亿G，同比增 幅62.9%，移动互联网接入月户均流量达205M。 （工业 与信息化部） 2013年中国互联网经济占GDP比重4.4%，预计到2025年 达到22% 2014年网络购物交易：2.8万亿元 2014年电子商务市场：12.3万亿元 800亿美元 2615亿美元 1500亿美元

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5 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……”

6 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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8 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 … 构造随时可用的网络环境，实现6A 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)

9 无线网络成功的关键 成熟的无线网络技术 全覆盖的无线网络基础设施 无线终端的普及 频谱资源的保证 完善的产业链
2015年中国第三方移动支付市场交易总规模达9.31万亿元，而同期美国的移动支付市场交易额仅为87亿美元(约522亿人民币)

10 历史上的无线网络 从人类的存在开始，远早于有线网络 锣、鼓、号声 火光 中苏美三国考古队在一起争论最早发明通信技术和手段的国家。
美国人说我们考古才刚挖到五百年代断层时就发现一根塑料绳子，证明我们先人发明了有线电通信； 苏联人说我们在挖到六百年代断层时找到了几块玻璃渣子，这足以证明我们先人发明了光纤通信； 中国考古人员说我们挖到七百年断层时什么也没发现。此时美苏两国人员的脸上流露出得意的表情和藐视眼光，中方考古人员说这证明我们的先人发明了无线通信。

11 故事 烟雾信号 “烽烟戏诸侯，一笑失天下” 周朝(公元前781年-770年)，陕西临潼骊山 皇帝取悦妃子褒姒（bāo sì）
协议：烟起表明敌人攻击，所以盟友能前来救援。 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。

12 无线网络的诞生 第二次世界大战时期，美军利用无线电信号结合高性能加 密技术实现了文件资料的传输，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）。 ALOHANet包括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

13 无线网络的历史 电报的发明（俄国外交家希林、美国画家莫尔斯） 电话的发明（沃森特先生，快来帮我啊！亚历山大·贝尔 ）
电磁波的发现（无形的信使，麦克斯韦 ） 无线电报的发明（要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界，马可尼） 无线电通信的发明（载着声音飞翔的电波） 传呼机的诞生（个人通信的发源地） 蜂窝式移动电话的诞生（实现个人电话的梦想） GSM手机的出现（让手机走近每一个人） 全球“铱”星系统（辉煌的失败） 智能手机的诞生 从原始社会->奴隶社会->封建社会->资本主义社会->社会主义社会，人类发展的过程是争取自由的过程，摆脱自然界的束缚和人类社会的束缚。

14 无线网络的发展 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。

15 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。

16 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。

17 无线网络分类 按照覆盖范围分类 系统内部互连/无线个域网 无线局域网 无线城域网/广域网

18 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。 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也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。

19 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。

20 无线城域/广域网络 蜂窝通信 与局域网的区别：速度慢，距离远。 1G：模拟信号，只能传送语音，如大哥大；
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，语音和数据， 2000年：CDMA2000\WCDMA\TD-SCDMA；2007年：WiMAX 3G+/E3G：HSDPA、HSUPA；LTE、UMB 4G：LTE-A、802.16m 5G：无缝集成/协调异构系统 （有线或无线） 与局域网的区别：速度慢，距离远。

21 3G系统的增强与演进 E3G WLAN 移动性 时间 高 3G+ 3G 2G 1G 中 BWA 低 数据速率 <10kbps
1985 1995 2000 2005 2010 2015 高 LTE AIE/UMB HSDPA HSUPA 1xEV-DO IMT-Advanced 4G GSM cdmaOne E3G 3G+ 3G 2G 1G 中 WCDMA cdma2000 TD-SCDMA 802.16m BWA AMPS TACS 802.16e (IEEE&WiMAX) 2005—2008年 E3G（3GPPs) 2007—2010年后 IMT-Advanced(ITU) 2010—2015年后 2008年2月开始征集 2008年10月结束征集 2009年完成技术评估 802.16/WiMAX WLAN 低 数据速率 802.11/WiFi <10kbps <200kbps 300kbps-10Mbps <100Mbps 100M-1Gbps 21

22 无线网络分类 按拓扑结构分类 集中式 自组织

23 无线网络分类 从无线网络的应用角度分类 无线传感器网络 无线Mesh网络 无线穿戴网络 无线体域网 。。。
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。

24 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。

25 部署方式 信息收集节点 传感器节点 监测区域 互联网和卫星 任务管理节点 撒落在一个 给定监测区 域内 用户

26 军事应用

27 环境监测 森林火险监测 洪水监测 精确农耕 大气监测 环境的生物复杂性地图

28 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。

29 无线Mesh网络 其实可以理解为由无线网络设备（WMN Router）和信道构 建的骨干网架构，其它设备通过边缘路由器接入该网络；

30 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。 优点： 可靠性高（无单点故障） 组网灵活、维护方便 投资成本低 缺点： 路由、资源分配算法设计困难 性能差（跳数越多，性能越差） 安全性 一般用2.4GHz频段，易受干扰

31 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

32 远程监控人体的生理数据（心脏速率、血压）
体域网 血氧节点 心电呼吸节点 运动状态 节点 手持终端 （体域网协调器） PDA 社区医疗和家庭病床 急救、野战医院 和科学考察 运动员科学训练 医院、医院临床监护 信息管理系统 远程会诊 远程医疗 远程监控人体的生理数据（心脏速率、血压） 采集的数据通过网络送到负责病人的主管医生 病人获得极大的行动自由度 跟踪和监督医院内的病人和医生 医院的药物管理 正确地识别病人的敏感反应避免误诊 老人家庭环境下的护理 (tele-care) 随着社会老龄化的加剧而日趋重要

33 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 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

34 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）

35 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

36 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 。。。

37 物联网 国际电信联盟（ITU）的定义 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 2009年11月12日，江苏省、中科院、无锡市 签约共建“中国物联网研究发展中心” 。 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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39 家庭网络 在各种应用彼此孤立的情况下，数字家庭就好比是一个杂 乱的大熔炉，其中包含了能够执行各种毫不相关功能的电 子设备和应用，没有关联性。
构建家庭网络，计算、通信、娱乐以及家庭自动化系统等 就能立即协同工作，根据需要共享信息和资源，进而作为 高效统一的整体发挥作用。

40 家庭网络

41 认知无线网络(Cognitive Wireless Networks)
无线网络所面临的问题-频谱问题 联邦通信委员会(FCC)统计当前无线带宽利用率只有5~10%!!! 频谱资源的短缺 频谱短缺与浪费 之间的矛盾

42 认知无线网络(Cognitive Wireless Networks)
网络通过观察、学习和优化自己的行为，提高端到 端的效能 通过对无线通信网络环境的交互感知作用，进行智能规划、 决策和调度、自组织的实现组网并自适应于具体无线通信 环境，有效地优化网络资源的管理和使用状况； 要求认知无线网络不仅能够感知当前的状况以采取相应的 自适应行动，并且具备记忆、思考和学习的能力。 认知无线网络技术不仅可以提高网络资源的利用效率、提供无线电通信兼容性和自适应于无线网络资源的动态变化，更能适应复杂电磁环境下通信资源和通信手段的限制与反限制、攻击与保护等。

43 认知无线网络(Cognitive Wireless Networks)
无线网络所面临的问题-异构性问题 传统网 C 核心网 家庭网 数字广播网 超高速接入 RGW AP C 广播 PAN WLAN AP AP AP AR AR AP Ad-hoc Network MBWA 2G. 3G.4G 移动通信 Linear-Cell Home Pico-Cell Micro-Cell Macro-Cell Mega-Cell

44 认知无线网络(Cognitive Wireless Networks)
认知无线电实施的条件 不应当影响预约用户的服务质量、信号质量等 认知无线网络可以达到多种网络的大融合——当前正在研究进展中 国外研究计划 2003年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)提供1700万美元启 动了下一代无线通信计划(XG)，重点解决频谱资源的动态使用。 欧盟FP6、FP7项目：2008年启动5个有关频谱资源和异构网融合 的项目，投入超过5000万欧元；主要面向工程实现和标准化。 标准化 IEEE、国际电信联盟ITU等对认知无线电系统的标准化非常积极， 分别成立了专门的工作组 2011年的世界无线电大会大会将认知无线电系统作为重点议程

45 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

46 标准推行太慢以致于不能被用于实践! 被TCP/IP代替！
OSI参考模型 开放系统互连(OSI)，一个理论框架来开发协议标准 由国际标准化组织建立(ISO) 标准推行太慢以致于不能被用于实践! 被TCP/IP代替！

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48 TCP/IP协议簇 美国DARPA为ARPANET建立，成为事实上的标准； 由Vint Cerf和Robert Kahn定义(1974)；
第一次在Internet中传输：从UCLA到SRI（Stanford Research Institute）。

49 五层模型的TCP/IP 连接层负责建立电路连接，是整个网络的物理基础，典型的协议包括 以太网、ADSL等等；
应用层负责传送各种最终形态的数据，是直接与用户打交道的层，典 型协议是HTTP、FTP等。

50 OSI与TCP/IP

51 模块化设计理念和对等原则 通信任务分割成一些模块, 每个模块有一个协议； 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。 对等原则：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。

52 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

53 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。

54 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。 TCP对拥塞的控制，对于有线网络优先减慢速度，缓解拥塞，而无线 网络更重要的问题是数据分组丢失； 无线链路经常是不对称信道。 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。

55 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

56 与网络相关的标准化组织 电信领域中最有影响的组织：ITU(国际电信联盟) 三个主要部门：
International Telecommunications Union 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。 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。 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） 电信发展ITU-D（普及电信技术）

57 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。

58 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。

59 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）

60 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

61 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

62 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。 

63 信道特性复杂 无线信道复杂多变⇒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。

64 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。

65 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。

66 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。

67 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。

68 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。

69 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。

70 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。

71 开放性问题和热点话题 深海深空通信： 水下通信 深空通信 深海深空通信中底层的大口径天线和微弱信号检测和接收也是难题。
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。 深空通信 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； 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。 深海深空通信中底层的大口径天线和微弱信号检测和接收也是难题。

72 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：
有线网络也存在这样的问题 业务的建模和预测： 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； 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。

73 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 ）： 对发射信号预编码，使干扰在接收端重叠，压缩干扰信号所占资 源，弱化其对游泳信号的影响，提高信道容量； 即：通过压缩干扰所占的信号维度，使系统获得最大自由度； 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。 

74 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。

75 有人建议在ICN的内容命名中引入密码学方面的内容，如公钥、签名、MD5等，但是我认为不合适
开放性问题和热点话题 毫米波通信的信道建模： 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。 有人建议在ICN的内容命名中引入密码学方面的内容，如公钥、签名、MD5等，但是我认为不合适