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互联网技术及新应用 第四讲：无线通信网络 主要内容 无线通信概述 无线自组织网络概述 无线传感器网络概述 认知无线电网络概述 概述：从无线通信谈起 无线通信 利用无线电波来作为媒介进行传输，常用频率为100kHz – 60GHz 就应用层面来讲，它与有线网络的用途完全相同 由于无线，在硬件架设和使用灵活性方面比有线网络具有更多优势 无线网络的挑战 无线网络的两个主要挑战在于其无线和移动 无线(Wireless) 可以不局限于基础设施 传输容易出错 连接可能中断 基于电池供电 无线广播信道引发安全性问题 移动(Mobility) 与固定(Stationary)相对 节点定位问题 路由寻址问题 漫游切换问题 主要内容 无线通信概述 无线自组织网络概述 无线传感器网络概述 认知无线电网络概述 Ad Hoc网络（自组织网络） Ad hoc网络(自组织网络) 通常即为Wireless Ad hoc Network Ad Hoc源于拉丁语，意思是“for this”引申为“for this purpose only”，即“为某种目的设置的，特别的”意思，即Ad hoc网络是一种有特殊用途的网络 突出移动性时也称为 Mobile Ad hoc Network (MANET) 网络定义 Ad Hoc网络 由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的自治系统 移动终端具有路由和报文转发功能，可通过无线连接构成任意的网络拓扑 网络可以独立工作，也可以接入Internet或蜂窝无线网络（以末端子网的形式接入现有网络） 每个移动终端兼备路由器和主机两种功能 作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序 作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作 网络特点 节点间的路由通常由多跳（Hop）组成。由此称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施的网络 没有固定的基础设施 动态的网络拓扑（移动性） 多跳 自行组织：寻址，路由，分簇，定位，功率控制 能量受限 可扩展性强 带宽受限，拥塞经常发生 Ad hoc网络的应用 Ad Hoc网络的应用特性 网络的自组织特性提供了廉价并且快速部署网络的可能; 多跳和中间节点的转发特性可以在不降低网络覆盖范围的条件下减少每个终端的发射功率，从而降低了天线和相关发射／接收部件的设计难度和成本，为移动终端的小型化、低功耗提供了可能; 从共享无线信道的角度来看，Ad Hoc网络降低了信号冲突的概率，提高了信道利用率。 从用户的角度看，低功率的无线电波产生的电磁辐射较少，对人身体的影响较小以及减少被截获和监听的概率。 比较 蜂窝移动通信系统与自组织网络的区别 蜂窝移动通信系统 网络基础设施包括基站、基站控制器、移动交换机以及相关的中继连路等 网络架设周期长，维护和管理耗费人力、物力 Ad Hoc网络 不需固定网络设施的支持可独立组网 部署速度要快得多 网络的拓扑结构是动态变化的 研究重点 网络体系结构 分级的Ad Hoc网络需要研究分簇机制和分簇算法 如需提供多种业务并支持服务质量时，需要对原有协议栈进行重新设计 服务质量保证 QoS保证是系统性问题，不同层都要提供相应的机制 应用层要提供自适应编码和压缩技术，网络层要提供QoS路由，链路层要提供资源预留策略等 必要时，需要采用跨层设计的思想解决具体场景的问题 研究重点 信道接入技术 存在隐终端和暴露终端等MAC层问题，需要通过专门设计的信道接入技术解决 路由协议 设计多跳路由，应对移动性等挑战 传输层服务 无线信道的衰落、干扰、节点移动等因素会造成报文很容易冲突和丢失，影响TCP的性能 研究重点 能耗节省机制 自适应功率控制调整移动节点的功率，以便在传输范围和干扰之间进行折衷 智能休眠机制、采用合适的路由算法、使用功耗小的硬件来减少节点的能量消耗 网络的公平性 各节点根据信道接入算法自主接入网络，容易出现不公平接入现象 安全问题 Ad Hoc网络安全性较差，易受窃听和攻击 无线局域网的特殊问题 无线局域网的特殊问题 2. 对信道进行预约 802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。 2. 对信道进行预约 802.11 允许要发送数据的站对信道进行预约。 主要内容 无线通信概述 无线自组织网络概述 无线传感器网络概述 认知无线电网络概述 无线传感器网络典型工作方式 使用飞行器将大量传感器节点（数量从几百到几千个）抛撒到感兴趣区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。 节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的数据通过多跳路由到达网关。 网关（一些文献也称为Sinknode）是一个特殊的节点，可以通过Internet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信。 传感器网络 与Ad hoc (MANET) 网络的区别 节