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书名:计算机网络(第5版)
作者:Andrew S. Tanenbaum
译者:严伟
豆瓣评分:9.0
出版社:清华大学出版社
出版年份:2012-3-1
页数:739
内容简介:
本书是国内外使用最广泛、最权威的计算机网络经典教材。全书按照网络协议模型自下而上(物理层、数据链路层、介质访问控制层、网络层、传输层和应用层)有系统地介绍了计算机网络的基本原理,并结合Internet给出了大量的协议实例。在讲述网络各层次内容的同时,还与时俱进地引入了最新的网络技术,包括无线网络、3G蜂窝网络、RFID与传感器网络、内容分发与P2P网络、流媒体传输与IP语音,以及延迟容忍网络等。另外,本书针对当前网络应用中日益突出的安全问题,用了一整章的篇幅对计算机网络的安全性进行了深入讨论,而且把相关内容与最新网络技术结合起来阐述。
本书的适用对象非常广泛。由于本书的重点立足于计算机网络的基本原理,同时兼顾了Internet体系结构与TCP/IP协议等内容,因此对于学习计算机网络课程的本科生和研究生,本书都是绝佳的教材或教学参考书。本书每章后面给出了大量练习题,有助于教师根据教学目的酌情安排课后练习。此外,本书对于从事网络相关技术研究和网络应用开发的广大科研工作者也具有重要的参考价值。
作者简介:
Andrew S.Tanenbaum获得过美国麻省理工学院的理学学士学位和加利福尼亚大学伯克利分校的哲学博士学位,目前是荷兰阿姆斯特丹Vrije大学的计算机科学系的教授,并领导着一个计算机系统的研究小组。同时,他还是一家计算与图象处理学院的院长,这是由几家大学合作成立的研究生院。尽管社会工作很多,但他并没有中断学术研究。多年来,他在编译技术、操作系统、网络及局域分布式系统方面进行了大量的研究工作。目前的主要研究方向是设计规模达数百万用户的广域分布式系统。在进行这些研究项目的基础上,他在各种学术杂志及会议上发表了70多篇论文。他同时还是5本计算机专着的作者。
Tanenbaum教授还开发了大量的软件。他是Amsterdan编译器的原理设计师,这是一个被广泛使用的;用来编写可移植编译器的工具箱。他领导编写的MINIX,是一个用于操作系统教学的类UNIX(的小型操作系统。他和他的博士研究生及其他编程人员一道设计的Amoeba分布式操作系统,是一个高性能的微内核分布式操作系统。目前,可在因特网上免费得到MLNIX及Amoeba,用于教学和研究。
他的一些博士研究生,在获得学位后继续进行研究,并取得了更大的成就,赢得了社会的赞誉,对此他深感自豪。人们称他为桃李满天下的教育家。
B. 无线局域网的工作原理
无线局域网络简介
无线局域网:
无线局域网络(Wireless Local Area Networks; WLAN)是相当便利的数据传输系统,它利用射频(Radio Frequency; RF)的技术,取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络,使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它,达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
为何使用无线局域网络
对于局域网络管理主要工作之一,对于铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作,很容易令人烦躁,也不容易在短时间内找出断线所在。再者,由于配合企业及应用环境不断的更新与发展,原有的企业网络必须配合重新布局,需要重新安装网络线路,虽然电缆本身并不贵,可是请技术人员来配线的成本很高,尤其是老旧的大楼,配线工程费用就更高了。因此,架设无线局域网络就成为最佳解决方案。
什么情形需要无线局域网络
无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络,而是用来弥补有线局域网络之不足,以达到网络延伸之目的,下列情形可能须要无线局域网络
◆ 无固定工作场所的使用者
◆ 有线局域网络架设受环境限制
◆ 作为有线局域网络的备用系统
无线局域网络存取技术
目前厂商在设计无线局域网络产品时,有相当多种存取设计方式,大致可分为三大类:窄频微波(Narrowband Microwave)技术、展频(Spread Spectrum)技术、及红外线(Infrared)技术,每种技术皆有其优缺点、限制、及比较,接下来是这些技术方法的详细探讨。
展频技术
展频技术的无线局域网络产品是依据FCC(Federal Communications Committee;美国联邦通讯委员会)规定的ISM(Instrial Scientific, and Medical),频率范围开放在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz两个频段,所以并没有所谓使用授权的限制。展频技术主要又分为“跳频技术”及“直接序列”两种方式。而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术,其目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的稳定性及保密性。
一、 跳频技术 (FHSS)
跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下,接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号,对于一个非特定的接受器,FHSS所产生的跳动讯号对它而言,也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道,并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求,使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。
二、 直接序列展频技术 (DSSS)
直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum; DSSS)是将原来的讯号“1”或“0”,利用10个以上的chips来代表“1”或“0”位,使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips,一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰,而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。
基本上,在DSSS的Spreading Ration是相当少的,例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE802.11的标准内,其Spreading Ration大约在100左右。
三、 FHSS VS DSSS调变差异
无线局域网络在性能和能力上的差异,主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。然而,调变方式的选择并不完全是随意的,像FHSS并不强求某种特定的调变方式,而且,大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK,但是,IEEE 802.11草案规定要使用GFSK。至于DSSS则过使用可变相位调变 (如:PSK、QPSK、DQPSK),可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。
在抗噪声能力卜方面,采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比,可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSS和FSK内在架构的简单性,FSK无线讯号可使用非线性功率放大器,但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器,但却可以获得更多的回馈。
四、 DSSS VS FHSS之优劣
截至目前,若以现有的产品参数详加比较,可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势,而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。虽然我们可以在网际网络内看到各家厂商各说各话,但真正需要注意的是厂商在DSSS和FHSS展频技术的选择,必须要审慎端视产品在市场的定位而定,因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性,包括:抗干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。
一般而言,DSSS由于采用全频带传送资料,速度较快,未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用,因此,无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用,大都采用DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点,如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术;且因FHSS传输范围较小,所以往往在相同的传输环境下,所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多,在整体价格上,可能也会比较高。以目前企业需求来说,高速移动端点应用较少,而大多较注重传输速率、及传输的稳定性,所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。
消费者选购无线局域网络时需要特别注意下列的特性,以决定自己合适的产品,包括:
◎ 涵盖范围;
◎ 传输率;
◎ 受Multipath影响程度;
◎ 提供资料整合程度;
◎ 和有线的基础设施之间的互操性;
◎ 和其它无线的基础设施之间的互操性;
◎ 抗干扰程度;
◎ 简单、易操作;
◎ 保密能力;
◎ 低成本;
◎ 电流消耗情况。
IEEE 802.11之相关信息
因应无线局域网络的强烈需求,美国的国际电子电机学会于1990年11月召开了802.11委员会,开始制定无线局域网络标准。
承袭IEEE802系列,802.11规范了无线局域网络的介质存取控制 (Medium Access Control ; MAC)层及实体 (Physical ;PHY)层。此较特别的是由于实际无线传输的方式不同,IEEE802.11在统一的 MAC层下面规范了各种不同的实体层,以因应目前的情况及未来的技术发展。目前802.11中制订了三种介质的实体,为了未来技术的扩充性,也都提供了多重速率 (Mulitiple Rates)的功能。这三个实体分别是:
一、2.4GHz Direct Sequence Spread Spectrum
速率1Mbps时用DBPSK调变 (Difference By Phase Shift Keying)
速率2Mbps 时用DQPSK调变 (Difference Quarter Phase Shift Keying)
接收敏感度 –80dbm
用长度11的Barker码当展频PN码
二、2.4GHz Frequency Hopping Spread Spectrum
速率1Mbps时用 2-level GFSK调变,接收敏感度 –80dbm,
速率2Mbps时用4-level GFSK调变,接收敏感度 –75dbm,
每秒跳2.5个 hops
Hopping Sequence在欧美有22组,在日本有4组
三、Diffused IR
速率1Mbps时用16ppm调变,接收敏感度2 ×10-5mW/平方公分
速率2Mbps时用4ppm调变,接收敏感度8 ×10-5mW/平方公分
波长850nm~950nm
其中前两种在2.4GHz的射频方式是依据ISM频段以展频技术可做不须授权使用的规定,这个频段的使用在全世界包含美国、欧洲、日本及台湾等主要国家都有开放。第三项的红外线由于目前使用上没有任何管制(除了安全上的规范),因此也是自由使用的。
IEEE 802.11 MAC的基本存取方式称为 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance),与以太网络所用的CSMA/CD (Collision Detection)变成了碰撞防止(Collision Avoidance),这一字之差是很大的。因为在无线传输中感测载波及碰撞侦测都是不可靠的,感测载波有困难。另外通常无线电波经天线送出去时,自己是无法监视到的,因此碰撞侦测实质上也做不到。在802.11中感测载波是由两种方式来达成,第一是实际去听是否有电波在传,及加上优先权的观念。另一个是虚拟的感测载波,告知大家待会有多久的时间我们要传东西,以防止碰撞。
无线局域网络之产品简介
Access Point
一般俗称为网络桥接器,顾名思义即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之桥梁,因此任何一台装有无线网卡之PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络之资源。除此之外,AP本身又兼具有网管之功能,可针对接有无线网络卡之PC作必要之控管。
Wireless LAN Card
一般称为无线网络卡,其与传统之Ethernet网络卡的差别是在于前者之资料传送乃是借由无线电波,而后者则是透过一般的网络线。
目前无线网络卡的规格大致可分成2M, 5M, 11M,三种,而其适用之界面可分为PCMCIA, ISA, PCI三种界面。
Antenna
一般称为天线,此天线与一般电视,火腿族,大哥大所用之天线不同,其原因乃是因为频率不同所致,WLAN所用之频率为较高2.4GHz之频段。
天线之功能乃是将source之信号,借由天线本身的特性而传送至远处,至于能传多远,一般除了考虑source的output power强度之外,其另一重要因素乃是天线本身之dBi值,即俗称的增益值,dB值愈高,相对所能传达之距离也更远。通常每增加8dB则相对之距离可增至原距离的一半。
一般天线有所谓指向性(Uni-direction)与全向性(Omni-direction)两种,前者较适合于长距离使用,而后者则较适合区域性之应用。
产品Q & A
Q1:何谓无线网络?
ANS:一般来讲,所谓无线,顾名思义就是利用无线电波来作为资料的传导,而就应用层面来讲,它与有线网络的用途完全相似,两者最大不同的地方是在于传输资料的媒介不同。除此之外,正因它是无线,因此无论是在硬件架设或使用之机动性均比有线网络要优势许多。
Q2:无线网络与有线网络相较之下,有那些优点?
ANS:就使用上它的机动性,便利性,是有线网络所不及,就成本上,它可省下一笔可观的布线费用,修改装潢费用,基本上使用的空间较为弹性许多。
Q3:无线网络对人体是否有所影响?
ANS:因无线网络的发射功率较一般的大哥大手机要微弱许多,无线网络发射功率约60~70mW,而大哥大手机发射功率约200mW左右,而且使用的方式亦非像手机一般直接接触于人体,因此较无安全上之考量。
Q4:若要架构一个无线网络,其最基本之配备需要有那些?
ANS:一般架设无线网络的基本配备就是一片无线网络卡及一台桥接器(AP),如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源。
Q5:无线网络就使用是否会被干扰或影响其它设备运作?
ANS:基本上无线网络所使用之频段是属于ISM 2.4GHz的高频率范围,就日常生活,或办公室等等所用之电器设备是不会相互干扰,因频率差异甚多,而且无线网络本身共有12个信道可供调整,自然干扰的现象就不必担心。
Q6:何谓ISM频段?
ANS:ISM(Instrial Scientific Medical) Band,此频段( 2.4~2.4835GHz)主要是开放给工业,科学、医学,三个主要机构使用,该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来,属于Free License,并没有所谓使用授权的限制。
Q7:何谓展频 (Spread Spectrum)?
ANS:展频技术主要又分为“跳频技术”及“直接序列”两种方式。而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术,其目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的稳定性及保密性。对于一个非特定的接受器,Spread Spectrum所产生的跳动讯号对它而言,只算是脉冲噪声。因此对整体而言是一种较具安全性的通讯技术。
Q8:何谓跳频(Frequency-Hopping Spread Spectrum)?
ANS:跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum;FHSS)在同步、且同时的情况下,接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号,对于一个非特定的接受器,FHSS所产生的跳动讯号对它而言,只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道,并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求,使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔 (Dwell Time)为400ms。
Q9:何谓直接序列展频(Direct Sequence Spread Spectrum)?
ANS:直接序列展频技术(Direct Sequence Spread Spectrum; DSSS)是将原来的讯号“1”或“0”,利用10个以上的chips来代表“1”或“0”位,使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips,一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰,而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。
基本上,在DSSS的Spreading Ration是相当少的,例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE 802.11的标准内,其Spreading Ration只有11,但FCC的规定是必须大于10,而实验中,最佳的Spreading Ration大约在100左右。
Q10:无线网络所能含盖的范围有多广?
ANS:一般无线网络所能含盖的范围应视环境的开放与否而定,若不加外接天线而言,在视野所及之处约250M,若属半开放性空间,有隔间之区域,则约35~50M左右,当然若加上外接天线,则距离可达更远,此关系到天线本身之增益而定,因此需视客户之需求而加以规划之。
Q11:无线网络于使用之过程其保密性为何?
ANS:基本上GEMPLEX之无线网络技术采DSSS系统,本身就具有防窃听之功能,另外再加上资料加密功能(WEP40bits)的双重防护下,因此其安全性是相当周全。
Q13:何谓桥接器(Access Point)?
ANS:Access Point,一般俗称为网络桥接器,顾名思义即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之桥梁,因此任何一台装有无线网卡之PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络之资源。除此之外,AP本身又兼具有网管之功能,可针对接有无线网络卡之PC作必要之控管。
Q14:Access Point在使用上可同时支持多少工作站?
ANS:理论上是可以支持到一个CLASS C,但为了让工作站本身有足够之频宽可利用,一般建议一台AP约支持20~30左右之工作站为最佳状态。
Q15:何谓漫游(Roaming)功能?
ANS:如同大哥大一般,可漫游在不同的基地台之间,无线网络工作站亦可漫游在不同的AP之间,只要AP群的ESSID定义一样,则自然无线网络工作站可自由的漫游于无线电波所能含盖之区域。
Q16:若无线网络之设备架设于室外,其如何防止雷击?
ANS:基本上无线网络可配置避雷器之设备,此设备可选购装设于无线网络设备上,以利外来之突波造成系统损坏。
Q17:何谓Access Control?
ANS:基本上每张无线网卡上都有一组独一无二的硬件地址,即所谓的MAC address,经由Access Control table可定义某些卡可登入此AP,某些卡被拒绝登入,如此便能达到控管的机制,可避免非相关人员随意登入网络,窃取资源。
Q18:何谓ASBF?
ANS:ASBF(Automatic Scale Back Functionality),此项功能是Gemplex AP特有之功能,保证WLAN始终处于最佳的联机品质,除此之外,并提供支持多重厂商的无线网卡,但其网卡必须是符合IEEE 802.11之规范而设计。
Q19:何谓Power Management?
ANS:由于Notebook使用约2小时左右后便必须充电,若又同时使用其它外围设备,则必定更加耗电,因此此项功能乃在于有效的管理无线网络卡所消耗之电量,换句话说,它能适时控制当有DATA sending or receiving时,是处于”Wake up status”,反之则处于power down mode。
Q20:天线所使用之导线的长度是否有影响传输品质?
ANS:一般来讲,天线所使用之导线的长度,材质,阻抗匹配,均会对讯号造成某程度之影响,而最明显的就是增益衰减。通常以20 feet之长度而言就会让讯号衰减约1.2dBi左右,而平均每衰减8dBi就会让原传输之距离约缩减一半,因此导线之长度与品质在无线产品的应用上是不容忽视的。
Q21:架设指向性天线时,是否有工具可提供指示,让讯号品质达到最佳化?
ANS:Gemplex之Bridge本身有提供一套软件联机品质校正程序,其中是以图形曲线的方式呈现于屏幕上,使用者可明显看出该讯号目前强弱之状况,而加以调整天线的位置,已达最佳状态。
Q22 : 何谓 Ad-hoc ?
ANS : 构成一种特殊的无线网络应用模式,一群计算机接上无线网络卡,即可相互连接,资源共享,无需透过Access Point.
Q23 : 何谓 Infrastructure ?
ANS : 一种整合有线与无线局域网络架构的应用模式,透过此种架构模式,即可达成网络资源的共享,此应用需透过Access Point.
Q24 : 何谓 BSS ?
ANS : 一种特殊的Ad-hoc LAN的应用,称为Basic Service Set (BSS),一群计算机设定相同的BSS名称,即可自成一个group,而此BSS名称,即所谓BSSID。
Q25 : 何谓 ESS ?
ANS : 一种infrastructure的应用,一个或多个以上的BSS,即可被定义成一个Extended Service Set ( ESS ),使用者可于ESS上roaming及存取BSSs中的任何资料,其中Access Points必须设定相同的ESSID及channel才能允许roaming.
Q26 : 何谓 SNMP ?
ANS : “ Simple Network Management Protocol “,一种网管的通信协议,透过SNMP的软件可以连接至可支持SNMP的装置并可收集该装置所有的信息并做其它整合性的应用,Gemplex Wireless LAN proct 就有support此功能。
Q27 : 何谓 WEP ?
ANS : “ Wired Equivalent Protection “,一种将资料加密的处理方式,WEP 40bits的encryption 乃是IEEE 802.11的标准规范。透过WEP的处理便可让我们的资料于传输中更加安全。
无线局域网络之应用
大楼之间
大楼之间建构网络的连结,取代专线,简单又便宜。
餐饮及零售
餐饮服务业可使用无线局域网络产品,直接从餐桌即可输入并传送客人点菜内容至厨房、柜台。零售商促销时,可使用无线局域网络产品设置临时收银柜台。
医疗
使用附无线局域网络产品的手提式计算机取得实时信息,医护人员可借此避免对伤患救治的迟延、不必要的纸上作业、单据循环的迟延及误诊等,而提升对伤患照顾的品质。
企业
当企业内的员工使用无线局域网络产品时,不管他们在办公室的任何一个角落,有无线局域网络产品,就能随意地发电子邮件、分享档案及上网络浏览。
仓储管理
一般仓储人员的盘点事宜,透过无线网络的应用,能立即将最新的资料输入计算机仓储系统。
货柜集散场
一般货柜集散场的桥式起重车,可于调动货柜时,将实时信息传回office,以利相关作业之逐行。
监视系统
一般位于远方且需受监控现场之场所,由于布线之困难,可借由无线网络将远方之影像传回主控站。
展示会场
诸如一般的电子展,计算机展,由于网络需求极高,而且布线又会让会场显得凌乱,因此若能使用无线网络,则是再好不过的选择。
DSSS vs FHSS
DSSS
FHSS
展 频 特 性
将原信号 “1” 或 “0” 利用10个以上的chips代表“1” 或 “0”,使得原来较高功率,较窄频率变成具有较宽频的低功率。
同步,同时接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号。对于一个非特定的reveiver,FHSS所产生的跳动讯号对它而言,只能算是脉冲噪声而已。
调 变 差 异
PSK,DBPSK,DQPSK
GFSK
抗 噪 声 能 力
DSSS之DQPSK调变方式是采 线性放大器组成,其作用范围和抗噪声能力效果佳。
FHSS之FSK调变方式架构简单,采非线性功率放大器组成
。
差 异 性
High Speed
Long Distance
Easy Integration
适用于较固定环境中使用
作用范围较大
Low Speed
Short Range
Carrier Data Voice
Better Security
DSSS与 FHSS 之取决端视产品在市场定位而定,因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性,包括抗干扰能力,使用距离范围,频宽大小及传输资料的大小。DSSS技术适用于固定环境中,或对传输品质要求较高的应用,因此,无线厂房,无线医院,网络社区,大都采用DSSS无线技术产品。而FHSS则大都使用于需快速移动的端点,如行动电话,其无线传输的技术部份即采用FHSS展频技术。
无线网络技术比较表
Item
Specification
Wireless LAN
802.11
HOME RF
1.09
BLUETOOTH
Application High speed wireless data networking(long distance)
Wireless communication in home & SOHO
Wireless communication in short range
Technology
FHSS,DSSS
FHSS
FHSS
Frequency
RF 2.4GHz
RF 2.4GHz
RF 2.4GHz
Power
+18dbm
+18dbm
+18dbm
Data rate
11Mbps
11Mbps
1Mbps
Distance
150M
50M
10M
Transmission
DSSS: Data
FHSS: Data & Voice
Data & Voice
Data & Voice
Specification
IEEE
Home RF group
Bluetooth SIG
Interface
USB,ISA,PCI,PCMCIA
N/A
Mole
Main structure
MAC,RF,Baseband
MAC,RF,Baseband
RF,Baseband,HCI,Ling manager
Power
consumption
250mA
100mA
40mA
Cost
High
Middle
Low
C. 无线路由器的上网原理是什么
无线路由器好比将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型产品,它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等等,而且还包括了网络地址转换(NAT)功能,可支持局域网用户的网络连接共享。
可实现家庭无线网络中的Internet连接共享,实现ADSL、Cable modem和小区宽带的无线共享接入可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。
其内置有简单的虚拟拨号软件,可以存储用户名和密码拨号上网,可以实现为拨号接入Internet的ADSL、CM等提供自动拨号功能,而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外,无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。
(3)无线网络通信原理与应用pdf扩展阅读
无线路由器的优点
1、智能管理配备
双WAM3.75Gwireless-N宽带无线路由器,让您在wifi安全保证下,随时随地享受极速连网络生活,永不掉线,智能管理配备了最新的3G和Wireless-N技术,能够自由享受无忧的网络连接,无论是在室外会议、展会、会场、工厂、家里。
2、永远在线连接
使用无线路由器,你可以将一个3G/HSDPAUSBmodem连接到它的内置USB接口,这能够让你连接上超过3.5G/HSDPA,3.75G/HSUPA,HSPA+。下载速率高达14.4Mbps。JGR-N605支持EthernetWAN接口,可以作为ADSL/Cable modem使用。
3、多功能服务
无线路由器的USB接口,它可以作为多功能服务器来帮助你建立一个属于你自己的网络,当你外出的时候,你可以使用办公室打印机,通过Webcam监控你的房子,与同事或者朋友共享文件,甚至可以下载FTP或BT文件。
4、多功能展示工具
独特3G管理中心是一个多功能展示工具,它在视觉上展示信号情况,可使用户最大限度地利用它们的连接。利用上传速度、下载速度你可以监视带宽。这种工具可以计算出每月运用的数据总量或者小时总量。
参考资料来源:网络-无线路由器
D. 无线路由器与wifi的通信原理是什么啊
无冲并线路由器是应用于用户上网、带有无线覆盖功能的路由器。wifi是需要无线路由器放出来的。
具体定义如下:
无线路由器可以看作一个转发器,将家中墙上接出的宽带网络信号通过天线转发给附近的无线网络设备(笔记本电脑、支持wifi的手机以及所有带有WIFI功能的设备)。
市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/ cable,动态xdsl,pptp四种接入方式,它还具有其它一些网络管理的功能,如dhcp服务、nat防火墙、mac地址过滤、动态域名等等功能。
市场上流行的无线路由器一般只能支持15-20个以内的设备同时在线使用。
现在已经有部分无线路由器的信号范围达到了300米。
wifi
wifi是IEEE802.11b的通行说法,是一个2.4GHz上的无线网络协议。那么现在的无线设备一般是复合IEEE802.11g标准的,而我们依旧称他们是wifi设备。
Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备(如pad、手机)哪判备等终端以无线方式互相连接的技术,事实上它是一个高频无线电信号。
无线保真是一个无线网络通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协李毁议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)
E. 无线网络的技术原理是什么
据我们所知,无线网络(wireless network)是采用无线通信技术实现的网络。无线网络既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,也包括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,可以和有线网络互为备份。主流应用的无线网络分为通过公众移动通信网实现的无线网络(如4G,3G或GPRS)和无线局域网(WiFi)两种方式。GPRS手机上网方式,是一种借助移动电话网络接入Internet的无线上网方式,因此只要你所在城市开通了GPRS上网业务,你在任何一个角落都可以通过笔记本电脑来上网。首先说,无线网络并不是何等神秘之物,可以说它是相对于我们普遍使用的有线网络而言的一种全新的网络组建方式。无线网络在一定程度上扔掉了有线网络必须依赖的网线。
这样一来,你可以坐在家里的任何一个角落,抱着你的笔记本电脑,享受网络的乐趣,而不像从前那样必须要迁就于网络接口的布线位置。这样你的家里也不会被一根根的网线弄得乱七八糟了。无线局域网名词解析。网络按照区域分类可以分为局域网,城域网和广域网。调制方式,11MbpsDSSS物理层采用补码键控(CCK)调制模式。CCK与现有的IEEE802.11DSSS具有相同的信道方案,在2.4GHzISM频段上有三个互不干扰的独立信道,每个信道约占25MHz。因此,CCK具有多信道工作特性。
F. 《无线通信原理与应用》(第二版)哪里可以完整下载
1、首先网络《无线通信原运睁理与应用》:
G. 有谁知道WiFi模块通信原理
首先,我们来理一理WiFi信号与路由器和WiFi模块的关系;WiFi模块又名串口WiFi模块,属于物联网传输层,功能是将串口或TTL电平转为符合WiFi无线网络通信标准的嵌入式模块,内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。不管是自家的WiFi信号还是商家的WiFi信号,必不可少的就是路由器。而在路由器中最关键的作用就是WiFi模块,没有WiFi模块,路由器对你来说就是一个空壳,可以说wifi模块才是把有线转换成无线的信号供大家上网的关键。举个例子:如果是AP路由的话用AP WiFi模块SKW71就可以了,有4种通信接口USB/WAN/LAN/UART,传输距离可以达到150米。
然后,我们一起来了解什么是AP以及AP WiFi模块;AP就是无线交换机,当无线AP和普通以太网交换机连接起来时,无线网络和有线网络就无缝的组合到一起了,一般是多台无线路由器扩展信号覆盖用的。比如需要布置网络的空间比较大,第一台放在一定区域做Router,但是无线信号离得远了会不稳定。那么可以在临近的区域放置第二台无线路由器,第二台通过网线连接到第一台上,这样整个区域的WiFi信号覆盖就会比较均匀了。
AP WiFi模块
AP WiFi模块SKW71是一个1T1R,符合802.11n Wi-Fi标准的无线模块。它集成了1个24K的MIPS处理器,2个高速以太网接口, 一个USB2.0接口, 一个I2S接口和多个GPIO。
SKW71的主芯片是Atheros的AR9331, 在802.11n Wi-Fi标准下,20MHz的频宽能达到72.2Mbps数据传输,40MHZ的频宽能达到150Mbps数据传输。该模块支持AP,client和中继模式以及串口WiFi。
什么情况下适合用AP wifi模块:
与WiFi模块的通讯接口为网口(WAN/LAN)
硬AP模块—模块带MCU、操作系统
产品为USB接口为从设备(如USB 3G/4G、USB摄像头等)
H. wifi的上网原理是什么
1. WiFi原理—简介
WiFi(Wireless
Fidelity),无线保真技术,又称802.11b标准,与蓝牙技术一样,同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术遵循IEEE所制定的
802.11x系列标准,主要有三个标准:较少人使用的802.11a、低速的802.11b、和高速的802.11g。尽管Wi-Fi技术也存在着诸如兼容性,安全性等方面的问题,不过它也凭借着自身的优势,如传输速度较高,可以达到11Mbps,有效距离也很长,受到厂商的青睐,占据着主流无线传输的地位。
通俗说法:
WiFi就是一种无线联网的技术,以前通过网线连接电脑,而现在则是通过无线电波来连网;常见的就是一个无线路由器,那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用WiFi连接方式进行联网,如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路,则又被称为“热点”。
2. WiFi原理—技术优势
1)
无线电波的覆盖范围广,基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小,半径大约只有50英尺左右约合15米,而WiFi的半径则可达300英尺左右约合100米,办公室自不用说,就是在整栋大楼中也可使用。最近,由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉,该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺接近100米的通信距离扩大到4英里约6.5公里。
2)
虽然由WiFi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙差一些,传输质量也有待改进,但传输速度非常快,可以达到11mbps,符合个人和社会信息化的需求。
3)
厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”,并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样,由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方,用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内,即可高速接入因特网。也就是说,厂商不用耗费资金来进行网络布线接入,从而节省了大量的成本。
3. WiFi原理—网络架构
一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP,如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网,也可不要AP,只需要每台电脑配备无线网卡。AP为Access
Point简称,一般翻译为“无线访问接入点”,或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP,就像一般有线网络的Hub一般,无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用,无线保真更显优势,有线宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后,连接到一个AP,然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够,甚至用户的邻里得到授权后,则无需增加端口,也能以共享的方式上网。
4. WiFi原理—工作原理
WiFi所遵循的802.11标准是以前军方所使用的无线电通信技术,且至今还是美军军方通信器材对抗电子干扰的重要通信技术。因为,WiFi中所采用的SS(SpreadSpectrum,展频)技术具有非常优良的抗干扰能力,并且当需要反跟踪、反窃听是同时具有很出色的效果,所以不需要担心WiFi技术不能提供稳定的网络服务。
一句话简单概括通信原理:采用2.4G频段,实现基站与终端的点对点无线通讯,链路层采用以太网协议为核心,以实现信息传输的寻址和校验。可以实现通讯距离从几十米到两、三百米的多设备无线组网。
WiFi是现有通信系统的补充,可看作是3G的一种补充,无线接入技术则主要包括IEEE的802.11、802.15、802.16和802.20标准,分别指WLAN、无线个域网WPAN:蓝牙与uwb、无线城域网WMAN:WIMAX和宽带移动接入WBMA等。一般地说WPAN提供超近距离的无线高数据传输速率连接;WMAN提供城域覆盖和高数据传输速率;WBMA提供广覆盖、高移动性和高数据传输速率;WiFi则可以提供热点覆盖、低移动性和高数据传输速率。现在OFDM、MIMO(多入多出)、智能天线和软件无线电等技术都开始应用到无线局域网中以提升WiFi性能,比如说802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合,使数据速率成倍提高。另外,天线及传输技术的改进使得无线局域网的传输距离大大增加,可以达到几公里。
I. 无线WiFi什么原理
现在无线WiFi已经成为了我们生活中不可缺少的一部分,走到哪,哪里就有WiFi。我为大家整理了无线WiFi的原理,供大家参考阅读!
无线WiFi的原理
无线WiFi俗称无线宽带,全称Wireless Fideliry。无线局域网又常被称作WiFi网络,这一名称来源于全球最大的无线局域网技术推广与产品认证组织——WiFi联盟(WiFi Alliance)。作为一种无线联网技术,WiFi早已得到了业界的关注。WiFi终端涉及手机、PC(笔记本电脑)、平板电视、数码相机、投影机等众多产品。目前,WiFi网络已应用于家庭、企业以及公众热点区域,其中在家庭中的应用是较贴近人们生活的一种应用方式。由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖,适合充当家庭中的主导网络,家里的其他具备WiFi功能的设备,如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等,都可以通过WiFi网络这个传输媒介,与后台的媒体服务器、电脑等建立通信连接,实现整个家庭的数字化与无线化,使人们的生活变得更加方便与丰富。目前,除了用户自行购置WiFi设备建立无线家庭网络外,运营商也在大力推进家庭网络覆盖。比如,中国电信的“我的E家”,将WiFi功能加入到家庭网关中,与有线宽带业务绑定。今后WiFi的应用领域还将不断扩展,在现有的家庭网、企业网和公众网的基础上向自动控制网络等众多新领域发展。
无线通信的简述
与有线传输相比,无线传输具有许多优点。或许最重要的是,它更灵活。无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆。所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的,电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。
在无线通信中频谱包括了9khz到300000Ghz之间的频率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线,然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。
信号通过空气传播,直到它到达目标位置为止。在目标位置,另一个天线接收信号,一个接收器将它转换回电流。接收和发送信号都需要天线,天线分为全向天线和定向天线。在信号的传播中由于反射、衍射和散射的影响,无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的地,形成多径信号。
无线通信的基本原理
无线通信是利用电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。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信,人们把二者合称为无线移动通信。简单讲,无线通信是仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式。
1,无线频谱
所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的,电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。声音和光是电磁波得两个例子。无线频谱(也就是说,用于广播、蜂窝电话以及卫星传输的波)中的波是不可见也不可听的——至少在接收器进行解码之前是这样的。
“无线频谱”是用于远程通信的电磁波连续体,这些波具有不同的频率和波长。无线频谱包括了9khz到300 000Ghz之间的频率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。例如,AM广播涉及无线通信波谱的低端频率,使用535到1605khz之间的频率。
无线频谱是所有电磁波谱的一个子集。在自然界中还存在频率更高或者更低的电磁波,但是他们没有用于远程通信。低于9kz的频率用于专门的应用,如野生动物跟踪或车库门开关。频率高于300 000Ghz的电磁波对人类来说是可见的,正是由于这个原因,他们不能用于通过空气进行通信。例如,我们将频率为428570Ghz的电磁波识别为红色。
当然,通过空气传播的信号不一定会保留在一个国家内。因此,全世界的国家就无线远程通信标准达成协议是非常重要的。ITU就是管理机构,它确定了国际无线服务的标准,包括频率分配、无线电设备使用的信号传输和协议、无线传输及接收设备、卫星轨道等。如果政府和公司不遵守ITU标准,那么在制造无线设备的国家之外就可能无法使用它们。
2,无线传输的特征
虽然有线信号和无线信号具有许多相似之处——例如,包括协议和编码的使用——但是空气的本质使得无线传输与有线传输有很大的不同。当工程师门谈到无线传输时,他们是将空气作为“无制导的介质”。因为空气没有提供信号可以跟随的固定路径,所以信号的传输是无制导的。
正如有线信号一样,无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线,然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。信号通过空气传播,直到它到达目标位置为止。在目标位置,另一个天线接收信号,一个接收器将它转换回电流。
注意,在无线信号的发送端和接收端都使用了天线,而要交换信息,连接到每一个天线上的收发器都必须调整为相同的频率。
3,天线
每一种无线服务都需要专门设计的天线。服务的规范决定了天线的功率输出、频率及辐射图。天线的“辐射图”描述了天线发送或接收的所有电磁能的三维区域上的相对长度。“定向天线”沿着一个单独的方向发送无线电信号。这种天线用在来源需要与一个目标位置(如在点对点连接中)通信时。定向天线还可能用在多个接收节点排列在一条线上时。或者,它可能用在维持信号的一定距离上的强度比覆盖一个较广的地理区域更重要时,因为天线可以使用它的能量在更多的方向发送信号,也可以在一个方向上发送更长的距离。使用定向天线无线服务的一些例子包括卫星下行线路和上行线路,无线LAN以及太空、海洋和航空导弹。
与之相比,“全向天线”在所有的方向上都与相同的强度和清晰度发送和接收无线信号。这种天线用在许多不同的接收器都必须能够获得信号时,或者用在接收器的位置高度易变时。电视台和广播站使用全向天线,大多数发送移动电话的发射塔也是如此。
无线信号传输中的一个重要考虑是天线可以将信号传输的距离,同时还使信号能够足够强,能够被接收机清晰地解释。无线传输的一个简单原则是,较强的信号将传输的比较弱的信号更远。
正确的天线位置对于确保无线系统的最佳性能也是非常重要的。用于远程信号传输的天线经常都安装在塔上或者高层的顶部。从高处发射信号确保了更少的障碍和更好的信号接收。
4,信号传播
在理想情况下,无线信号直接在从发射器到预期接收器的一条直线中传播。这种传播被称为“视线”(Line Of Sight,LOS),它使用很少的能量,并且可以接收到非常清晰的信号。不过,因为空气是无制导介质,而发射器与接收器之间的路径并不是很清晰,所以无线信号通常不会沿着一条直线传播。当一个障碍物挡住了信号的路线时,信号可能会绕过该物体、被该物体吸收,也可能发生以下任何一种现象:发射、衍射或者散射。物体的几何形状决定了将发生这三种现象中的那一种。
(1)反射、衍射和散射
无线信号传输中的“反射”与其他电磁波(如光或声音)的反射没有什么不同。波遇到一个障碍物并反射——或者弹回——到其来源。对于尺寸大于信号平均波长的物体,无线信号将会弹回。例如,考虑一下微波炉。因为微波的平均波长小于1毫米,所以一旦发出微波,它们就会在微波炉的内壁(通常至少有15cm长)上反射。究竟哪些物体会导致无线信号反射取决于信号的波长。在无线LAN中,可能使用波长在1~10米之间的信号,因此这些物体包括墙壁、地板天花板及地面。
在“衍射”中,无线信号在遇到一个障碍物时将分解为次级波。次级波继续在它们分解的方向上传播。如果能够看到衍射的无线电信号,则会发现它们在障碍物周围弯曲。带有锐边的物体——包括墙壁和桌子的角——会导致衍射。
“散射”就是信号在许多不同方向上扩散或反射。散射发生在一个无线信号遇到尺寸比信号的波长更小的物体时。散射还与无线信号遇到的表面的粗糙度有关。表面也粗糙,信号在遇到该表面是就越容易散射。在户外,树木会路标都会导致移动电话信号的散射。
另外,环境状况(如雾、雨、雪)也可能导致反射、散射和衍射
(2)多路径信号
由于反射、衍射和散射的影响,无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的地。这样的信号被称为“多路径信号”。多路径信号的产生并不取决于信号是如何发出的。它们可能从来源开始在许多方向上以相同的辐射强度,也可能从来源开始主要在一个方向上辐射。不过,一旦发出了信号,由于反射、衍射和散射的影响,它们就将沿着许多路径传播。
无线信号的多路径性质既是一个优点又是一个缺点。一方面,因为信号在障碍物上反射,所以它们更可能到达目的地。在办公楼这样的环境中,无线服务依赖于信号在墙壁、天花板、地板以及家具上的反射,这样最终才能到达目的地。
多路径信号传输的缺点是因为它的不同路径,多路径信号在发射器与接收器之间的不同距离上传播。因此,同一个信号的多个实例将在不同的时间到达接收器,导致衰落和延时。
5,窄带、宽带及扩展频谱信号
传输技术根据它们的信号使用了无线频谱的部分大小而有所不同。一个重要区别就是无线使用窄带还是宽带信号传输。在“窄带”,发射器在一个单独的频率或者非常小的频率范围上集中信号能量。与窄带相反,“宽带”是指一种使用无线频谱的相对较宽频带的信号传输方式。
使用多个频率来传输信号被称为扩展频谱技术,换句话说,在传输过程中,信号从来不会持续停留在一个频率范围内。在较宽的频带上分布信号的一个结果是它的每一个频率需要的功率比窄带信号传输更小。信号强度的这种分布使扩展频谱信号更不容易干扰在同一个频带上传输的窄带信号。
在多个频率上分布信号的另一个结果是提高了安全性。因为信号是根据一个只有获得授权的发射器和接收器才知道的序列来分布的,所以未获授权的接收器更难以捕获和解码这些信号。
扩展频谱的一个特定实现是“跳频扩展频谱”(Frequency Hopping Spread Spectrum ,FHSS)。在FHSS传输中,信号与信道的接收器和发射器知道的同一种同步模式在一个频带的几个不同频率之间跳跃。另一种扩展频谱信号被称为“直接序列扩展频谱”(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)。在DSSS中,信号的位同时分布在整个频带上。对每一位都进行了编码,这样接收器就可以在接收到这些位时重组原始信号。
6,固定和移动
每一种无线通信都属于以下两个类别之一:固定或移动。在“固定”无线系统中,发射器和接收器的位置是不变的。传输天线将它的能量直接对准接收器天线,因此,就有更多的能量用于该信号。对于必须跨越很长的距离或者复杂地形的情况,固定的无线连接比铺设电缆更经济。
不过,并非所有通信都适用固定无线。例如,移动用户不能使用要求他们保留在一个位置来接收一个信号的服务。相反,移动电话、寻呼、无线LAN以及 其它许多服务都在使用“移动”无线系统。在移动无线系统中,接收器可以位于发射器特定范围内部的任何地方。这就允许接收器从一个位置移动到另一个位置,同时还继续接受信号。
无线通信原理的发展现状
1,分类
无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波,它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽,通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。
2,热点技术
(1)4G
第四代移动电话行动通信标准,指的是第四代移动通信技术,外语缩写:4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式(严格意义上来讲,LTE只是3.9G,尽管被宣传为4G无线标准,但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced,因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求)。4G是集3G与WLAN于一体,并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载,比目前的家用宽带ADSL(4兆)快25倍,并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。很明显,4G有着不可比拟的优越性。
(2)ZigBee技术
ZigBee技术主要用于无线个域网(WPAN),是基于IEE802.15.4无线标准研制开发的,是一种介于RFID和蓝牙技术之间的技术提案,主要应用在短距离并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee协议比蓝牙、高速率个域网或802.11x无线局域网更简单使用,可以认为是蓝牙的同族兄弟。
(3)WLAN与WAPI
WLAN(无线局域网)是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段,可提供传统有线局域网的所有功能,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它是通用无线接入的一个子集,支持较高传输速率(2Mb/s~54Mb/s,甚至更高),利用射频无线电或红外线,借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)、GMSK、OFDM等技术,甚至将来的超宽带传输技术UWBT,实现固定、半移动及移动的网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。目前,原则上WLAN的速率尚较低,主要适用于手机、掌上电脑等小巧移动终端。1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN先河,WLAN领域现在主要有IEEE802.11x系列与HiperLAN/x系列两种标准。
WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的缩写。WAPI作为我国首个在计算机网络通信领域的自主创新安全技术标准,能有效阻止无线局域网不符合安全条件的设备进入网络,也能避免用户的终端设备访问不符合安全条件的网络,实现了“合法用户访问合法网络”。WAPI安全的无线网络本身所蕴含的“可运营、可管理”等优势,已被以中国移动、中国电信为代表的极具专业能力的运营商积极挖掘并推广、应用,运营市场对WAPI的应用进一步促进了其他行业市场和消费者关注并支持WAPI。目前市场上已有50多款来自全球主要手机制造商的智能手机支持WAPI,包括诺基亚、三星、索爱、酷派。而中国三大电信运营商也都已开始或完成第一批WAPI热点的招标和竞标工作,以中国移动为例,到目前为止已实际部署了大概10万个WAPI热点。这意味着WAPI的生态系统已基本建成,WAPI商业化的大门已经打开。
(4)短距离无线通信(蓝牙、RFID、IrDA)
蓝牙(Bluetooth)技术,实际上是一种短距离无线电技术。利用蓝牙技术,能够有效地简化掌上电脑、笔试本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信,从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效,进而为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段,其数据速率为1Mbps,采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术为免费使用,全球通用规范,在现今社会中的应用范围相当广泛。
RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前RFID产品的工作频率有低频(125kHz~134kHz)、高频(13.56MHz)和超高频(860MHz~960MHz),不同频段的RFID产品有不同的特性。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域,例如WalMart、Tesco、美国国防部和麦德龙超市都在它们的供应链上应用RFID技术。在将来,超高频的产品会得到大量的应用。
IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术,也许是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前其软硬件技术都很成熟,在小型移动设备,如PDA、手机上广泛使用。事实上,当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权,因而红外通信成本低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点;且由于数据传输率较高,适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外,红外线发射角度较小,传输安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输,2个相互通信的设备之间必须对准,中间不能被其他物体阻隔,因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接(而蓝牙就没有此限制,且不受墙壁的阻隔)。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。
(5)WiMAX
WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作系统,可以替代现有的有线和DSL连接方式,来提供最后一英里的无线宽带接入,其技术标准为IEEE 802.16,其目标是促进IEEE 802.16的应用。相比其他无线通信系统,WiMAX的主要优势体现在具有较高的频谱利用率和传输速率上,因而它的主要应用是宽带上网和移动数据业务。
(6)超宽带无线接入技术UWB
UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在10米左右的范围内实现数百Mb/s至数Gb/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势,主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。
对于UWB技术,应该看到,它以其独特的速率以及特殊的范围,也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特点,它很适合组建家庭的高速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲击,但对当前的移动技术、WLAN等技术的威胁不大,反而可以成为其良好的补充。
(7)EnOcean
EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”,这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。EnOcean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量,从光、热、电波、振 动、人体动作等获得微弱电力。这些能量经过处理以后,用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块,实现真正的无数据线,无电源线,无电池的通讯系统。 EnOcean无线标准ISO/IEC14543-3-10使用868MHz,902MHz,928MHz和315MHz频段,传输距离在室外是300 米,室内为30米。
(8)Z-Wave
Z-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格, Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz,868.42MHz信号的有效覆盖范围在室内是30m,室外可超过100m,适合于窄带宽应用场合。Z-Wave技术也是低功耗和低成本的技术,有力地推动着低速率无线个人区域网。
J. 从1G到4G:无线通信原理浅析
1G——2G——2.5G——3G——4G
让我们从一个电磁波开始
我们知道,随时间变化的电场产生磁场 , 随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。
但是有一个问题, 传输距离短 ,这些电磁波往往是低频的,发射能力很弱,所以我们需要找一些高频信号把这些低频信号载到遥远的地方。像这样把低频信号加载到高频信号上去,叫做调制,他的反过程叫做解调。好,现在我们可以发射信号了
还有一个问题, 信号衰减 ,怎么办?不能增加发射功率,那样只能让手机越做越大,要用蜂窝。每个蜂窝中有一个基站,对信号进行放大增强。为了不冲突,相邻的蜂窝之间不能使用相同频段的信号(相同频段,互相干扰,所以在蜂窝之上进行跳频传输)
有了这些理论,我们的1G网络诞生了。1G网络传输的是模拟信号,他采集到模拟信号,经过放大加强,调制之后发射出去,然后通过蜂窝进行传输。
简易的振荡发射电路,(声音采集,放大,调制)它可以用作无线麦克,无线遥控和窃听,1G网络最经典的应用就是大哥大。模拟信号手机,9字头的号码,只能打电话,不可以互通短信。当时的大哥大设备极其昂贵,只有香港的大哥们用得起,所以江湖人称大哥大,绝对是身份与地位的象征,在当时的上流社会,就像阿玛尼一样流行。
但是大哥大有一个特性十分令人忧伤,就是 1G网络通话不能保密 ,只要我们用一个振荡电路,调到相应的频率,就可以窃听语音通话,商业洽谈,私人聚会,情侣之间,都可以,甚至有私家侦探通过窃听大哥大来调查婚外情。日本作家东野圭吾还以这种窃听为原型写了一本悬疑书,叫做《嫌疑人X的现身》。 被人窃听,这实在是太糟糕了。另外通话质量差,不能提供数据业务都昭示着它终将被时代所淘汰,成为历史。
那么穗芹怎么保密呢, 电磁波整段传输十分容易被窃听 ,一位科学家就想,可不可以把它化整为零,切成小的数据块在不同的频段和时段来传输呢。这就码缺的是数字通信的雏形。这位科学家没有想到,这样一个简单的想法,竟给通信领域带来了翻天覆地的变革。
数字信号产生,很简单,就是对模拟信号进行采样量化, 采样频率是指一秒钟内采样的次数。量化位数是对信号的幅度进行数字化。位数越高越接近原始的波形。
而量化采样所带来的问题就是 失真 ,那么如何保真?
GSM解决了1G网络的所有疑难杂症,他使用13和15字头的号码,抗干扰能力强,安全性高,支持低速数据业务(比如浏览网站,短信和彩信),但是这一切依旧不能改变 GSM效率低下 的事实。
GSM网络使用的是电路交换,类似于我们所使用的电话,通信双方通过拨号连接到网络,然后进行通信,一旦连接建立,始终占用信道,直到停止拨号。这就是我们所俗称的长连接。
所以GSM这种特点为他带来了两个极其尖锐的缺点。
1.信道利用率低,信道有限,一旦拨号,即使什么也不做,也会占用信道,限制了带宽,限制了数据业务的应用,也无法实现移动的多媒体业务。造成资源的浪费。
2.短信送达不及时,当用户发送短信的时候,短消息首先被发送到短信中心的服务器中,再由服务器转发给接收用户。如果用户不在线,不能正常通信,则该条短消息进行一定的延时后重新发送。如果接收方一直不上网,由于服务器缓存有限,也许过上一两天,这条短信就丢掉了。
于是GPRS网络应运而生了,通用无线分组业务,GPRS采用分组交换技术来提高效率,用户只有在发送或接收数据期间才占用资源。这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道,从而提高了资源的利用率。另外GPRS使用了实时在线策略, 手机一开机就自动附着到GPRS网络上,采用这种附着方式连接网络是免费的,用户只有数据流量传递时,才会收取费用。以流量为依据,多用多收,少用少收。所以我们可以看到,从GPRS开始,2G网络的性能有了极大的提高,同时也有了数据流量的概念,为之后3G时代的开启奠定了基础。所以说GPRS是承前启后的一部杰作,我们习惯上把他定义为2.5G网络。
GPRS在获得极大成功的同时,也为我们带来了新的问题:数据迟族辩片如何重组,如何排序,如何同步,以及如何纠错。这些问题在经典的TCPIP中,给出了详尽的答案,不作赘述。可以看出,当进入2.5G分组时代,所面临的已经是网络问题了,互联网与通信网相融合已经初露端倪。
随着手机上网用户的激增,GPRS开始变得拥挤,不堪重负 ,效率低下又一次来临了。如何提高效率,频率已经趋于饱和,而且已经运用了分组技术,那么我们还能怎么办?
可以看出,通信技术的每一次进步,都是对原有系统的切割细化过程。无线电波在传输过程中有衰减,那么我们把传输距离切割,加入多个基站,形成蜂窝系统,使中远距离通信成为可能。模拟信号在传输中易被窃听,那么我们把模拟信号进行切割,形成数字信号跳频传输,使数据安全得以保障,于是有了GSM网络。GSM是单用户独占信道,效率低下,我们把信道的使用权进行切割,多用户分时共用信道,于是有了分组网络GPRS。由于用户激增,GPRS变得拥挤,我们为每个用户贴上识别码,多用户同时共用信道,于是有了3GCDMA网络。
三个标准共存,谁也不能保证自己能笑到最后,用穷举法去应对不确定性才是大国战略,所以中国并没有竭尽全力去发展TD-SCDMA,而是让联通购买WCDMA使用权,电信购买CDMA2000使用权,而让在GPRS时代大赚了一笔的移动去开发TD-SCDMA。
WCDMA全称为Wideband CDMA宽频分码多重存取,联通2G时代的基建本身就很少很差,所以直接跳过这些2G基站,在各大城市建设了很多新的WCDMA基站。所以3G时代在城市里,联通的信号是最好的。机型也最多,由于WCDMA是欧洲制式,那时任何一款水货智能机基本上都支持WCDMA(iphone,爱立信、诺基亚、富士通、夏普,三星,谷歌)。以前诺基亚一家独大,他的GSM系统在全球极其完善,因此WCDMA具有先天的市场优势。是当时世界上使用最广泛,服务种类最丰富的3G标准,占据全球80%以上市场份额。
CDMA2000是高通的技术,其中的CDMA20003x方案是3G标准,实际上就是把三个低速的CDMA20001x信道捆绑在一起,应用了多路载波技术,达到了提速的目的,虽然简单,但是由于没有采用新的通信协议,不用新建基站,所以对于走农村包围城市路线的电信来说是不小的福音,因而从CDMA2000城市到村镇,覆盖面最广。但是手机终端较贵。因为高通要收取的高额专利费。所以很多手机厂商做多模手机时,联通+移动版和电信版往往会分开来做,而三网通手机往往会昂贵不少,那就是交的专利钱。
TD-SCDMA就很一般了,中国的国企,执行能力非常强悍,能够吃苦耐劳,但是因为通信技术起步较晚,技术不成熟,产业链不完整,导致产品远远落后于上述两个标准,传输速度很慢,基站笨重且辐射大(由于建筑物密集,一般大城市都限制基站布设,谁也不愿意这样一个庞然大物整天在自己头上朝着自己辐射高频电磁信号),而且由于技术方面的原因,移动速度超过120KM/小时,接受不到稳定的信号,这是简直是出差族的噩梦。但由于中国人自己研发,具有知识产权,所以被大量用作军用通信网的核心交换任务。所以TD-SCDMA的最大用户不是中国人民,而是中国人民解放军。
从2G时代的时分、频分到3G时代的码分,其实无线通信信道的效率已经被我们压榨的差不多了,当人们还在疑惑通信速率是否已经到达瓶颈的时候,来自IT行业的降维打击到来了。
碎碎念了这么多,感谢你能看到这里,在不远的将来,我们将会迎来5G时代,科技在进步,愿我们的生活也将越加美好。