1、1,移动无限网络发展 -从蜂窝电话到AD HOC,暨南大学计算机科学系 周继鹏,2,三代移动无线网络,蜂窝无线通信目前仍然是最大的效益获得者 无线Internet在美国校园中最多的Internet接入是无线在其它国家和地区也在跟进，2.5G和3G技术出现 Ad hoc 无线网络无固定基础设施,3,蜂窝无线通信概述 -无线寻呼和无绳电话,无线寻呼,无绳电话,PSTN:公用服务电话网 PSIN：公用交换通信网络,4,蜂窝移动通信,第一代模拟蜂窝移动通信(analog voice) 由Bell实验室发明, 1982年首次在美国安装. 第二代数字蜂窝移动通信(Digital voice) CDMA(1
2、993),TDMA(1996北美) , GSM(1991欧洲) 第三代数字蜂窝移动通信(Digital voice)Cellular, wireless LAN, Bluetooth, etc. Supports multimedia services: data, voice, video, image),5,蜂窝移动通信系统,蜂窝移动通信系统主要是由移动台（MS）、无线基站子系统（BSS）和网络交换子系统（NSS）三大部分组成. 移动台（MS-Mobile Station）:由移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）组成。 无线基站子系统（BSS-Base Station System):无
3、线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由移动交换中心（MSC）控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。,网络交换子系统(NSS-Network Switch Subsystem):网络交换子系统主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。,图：蜂窝移动通信系统的组成,7,蜂窝的概念,Geographical separation Capacity (frequency) reuse Backbone connectivity,8,Mobile Cellular System,
4、9,蜂窝的结构示意图,在每7个相邻的蜂窝中频率不重复使用。 使蜂窝变小，能增加更多的用户。,10,蜂窝通信原理,移动站、基站和移动交换中心（MSC）的基本蜂窝系统,11,注册和通话,注册：当移动电话开机时，它扫描预先设置的21个预先设置的控制信道，找出一个最强信号的信道。 移动电话传输它的ID到MSC。 MSC为它随机赋予一个到目标用户的信道。 移动电话进行呼叫和通话。,移交（handoff）,移交：移动站（MS）从一个蜂窝转移到另一个蜂窝。 每一个基站（BS）经常性地监控一个移动站（MS），当信号的能量减弱到一定阈值时，就要另一个基站监控它。,13,无线互联网络,Wireless Inter
5、net Access,14,无线Internet,15,无线局域网（WLAN）,无线网络与有线网络并无不同： 用户设备通过无线网卡，以无线（Radio）的方式连接到网络的接入点上（Access Point），使用网络资源。,16,无线网络的组成元件,接入点（Access Point）：相当于LAN中集线器（HUB）的功能，将信号转送到目的地。 无线网卡：在用户端设备（电脑，PDA）上，与AP传输数据。相当有线网卡的作用。,Access PointWireless USBWireless PCMCIA无线网卡,17,无线网的连接,18,无线网络构架,两个用户端设备通信只要无限网卡就可以，不需透过
6、AP传送。要连接到Internet就要经过AP。,19,网络慢游,20,802.11,Several options and rates 802.11 b: 11, 5.5, 2, 1 Mbps; 2.4 GHz 802.11 a up to 54 Mbps in 5.7 GHz band 802.11 n, up to 100Mps with MIMO and OFDM technologies Range Indoor 20 - 25 meters Outdoor: 50 100 meters Transmit power up to 100 mW,21,无线Internet的选择:Blu
7、etooth,1998: Bluetooth SIG : Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba A cable replacement technology Max rate 700Kbps 2.4 Ghz Range 10+ meters Single chip radio + baseband at low power (1mw) 802.15 and Bluetooth standard,22,802.11和Bluetooth将溶合,Cordless headset,Both 802.11 and Bluetooth will be used for
8、access Complementary benefits,802.11,Bluetooth,LAN AP,23,Mobile Ad Hoc Networks(MANET),无线移动自组网络,24,有基础设施网络和无基础设施网络,有固定基础设施的无线局域网,基本服务集BSS,扩展的服务集 ESS,基本服务集BSS,A,B,漫游,接入点 AP,接入点 AP,分配系统 DS,门桥,门桥,802.x 局域网,因特网,25,无固定基础设施的无线局域网 自组网络(ad hoc network),自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,自组网络没有上述基本服务集中
9、的接入点 AP 而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。,26,Ad hoc无线网络的特点,无固定基础设施 移动结点 无中心 自组织 多跳路由 动态拓扑 有限能量,27,Ad hoc网络结点的结构,Ad hoc网络中的结点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。,28,Ad hoc网络结点的结构,从物理结构上
10、分，结点可以分为：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。手持机一般采用（a）的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台，一个结点可能包括通信车内的多个主机。这可以来用如图（c）所示的结构，以实现多个主机共享一或多个电台。多电台不仅可以用来构建叠加的网络，还可用作网关结点来互联多个Ad hoc网络。,29,Ad hoc网络结点的结构,30,Ad hoc网络的结构,需要多跳路由才能到达目标,31,Ad hoc网络的结构,拓扑动态变化,32,Ad hoc网络的两种结构,平面结构和分级结构 平面结构中，所有结点的地位平等所以又可以称为对等式结构。,33,Ad hoc网络的分级结构,而
11、分级结构中，网络被划分为簇（cluster），每个簇由一个接头（cluster-header）和多个簇成员（cluster member）组成，这些接头形成了高一级的网络，在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。分级结构中，接头结点负责簇间数据的转发。簇头可以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生。,34,Ad hoc网络的分级结构,分级结构又可以分为单频分级和多频分级 。 单频率分级网络只有一个通信频率，所有结点使用同一个频率通信。,而在多频率分级网络中，不同级采用不同的通信频率。低级结点的通信范围较小，而高级的结点要覆盖较大的范围。高级结点同时处于多个级中，有多
12、个频率，用不同的频率实现不同级的通信。在图所示的两级网络中，接头结点有两个频率。频率1用于接头与簇成员的通信，而频率2用于接头之间的通信。,36,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题 叫做隐蔽站问题(hidden station problem),A,B,C,D,当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。,37,其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据 这就是暴露站问题(exposed station problem),A,D,C,B,B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。 C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。,
