最新的无线网络技术论文
最新的无线网络技术论文 最新的无线网络技术论文篇一 无线Mesh网络技术 摘要: 无线mesh 网络 是新近出现的一种无线多跳网状拓扑网络,是 一种非常有前途的无线接入网络技术。本文简要介绍了无线mesh的网络结构、特 点、 应用 ,并 分析 了 影响 无线mesh网性能的主要技术因素。关键词:无线mesh网,宽带无线接入,无线多跳网 在宽带无线接入领域,各种无线通信技术蓬勃 发展 的同时,一种新的 无线网络技术——无线mesh网络也逐渐发展起来,引起了人们广泛的注意。无线 mesh网,即无线网状网,也称为无线多跳网,它可以和多种宽带无线接入技术如 802.11、802.16、802.20以及3G移动通信等技术相结合,组成一个含有多跳无线链 路的无线网状网络。这种无线网状网,可以大大增加无线系统的覆盖范围,同时可 以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性,是一种非常有发展前途的宽带无线 接入技术。
无线Mesh网的网络架构 传统的无线接入技术中,主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。
这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点,例如移动通信系统中的基站、 802.11WLAN中的AP等等。中心节点一方面与各个无线终端通过单跳无线链路相 连,控制各无线终端对无线网络的访问就;另一方面,中心节点又通过有线链路与 有线骨干网相连,提供到骨干网的连接。而在无线mesh网络中,采用网状mesh拓扑 结构,也可以说是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种mesh网络结构中,各网络 节点通过相临其他网络节点,以无线多跳方式相连。
无线mesh网主要由两种网络节点组成:mesh路由器和mesh终端。Mesh 路由器除了具有传统的无线路由器的网关/中继功能外,还具有支持mesh网络互 连的路由功能。Mesh路由器通常具有多个无线接口,这些无线接口可以是基于相 同的无线接入技术构建,也可以是基于不同的无线接入技术。与传统的无线路由 器相比,无线mesh路由器可以通过无线多跳通信,以低得多的发射功率获得同样的 无线覆盖范围。在无线mesh网络中,由mesh路由器互连构成无线骨干网,这个无线骨干网再通过其中的网关mesh路由器与外部网络如Internet相连。Mesh终端也具 有一定的mesh网络互连和分组转发功能,但是一般不具有网关桥接功能。通 常,mesh终端通常只具有一个无线接口,实现复杂度远小于mesh路由器。Mesh终端 可以是笔记本电脑、掌上电脑、PDA以及手机等终端设备。Mesh终端之间互连 可以构成一个小型对等通信网络。mesh路由器和mesh终端之间混合组网如下图 所示: 无线mesh网与同样采用多跳网状拓扑的Adhoc网相比,也有所不同。
Adhoc网络是由移动终端设备组成的无线分布式多跳网络,其中一般不包含静止 的节点设备;而无线mesh网中的无线路由器大多是静止的设备,而用户终端也可 以是静止或移动的无线接入终端。此外,adhoc网的设计目的是为了实现用户移动 终端设备之间的对等网络通信,而无线mesh网络着重的是给终端用户提供无线接 入功能。
无线Mesh网络的特点 与传统的无线接入技术相比,无线mesh网具有一些新的特点: 1.无线多跳网络 无线mesh网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下,扩展现有 无线网络的覆盖范围。另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间,提 供非视距连接。为了实现这些目标,不可避免的要采用多跳mesh网络。多跳mesh 网络架构中,无线链路间更短、发射功率更小、节点间干扰更少和频率重用效率 更高,这样可以在不牺牲信道容量的前提下获得更高的系统容量。
2.支持adhoc方式网络互连,具有自组织、自管理、自愈能力 无线mesh网具有网络结构灵活、易于部署和配置、容错以及网状连接 多点到多点通信等特点,使得无线mesh网的初始部署成本相当低,并且可以根据需 要逐步扩容。自组织自愈能力使得无线meh网不需要网络管理员来手工配置网络, 而可以自动发现新节点,自动完成配置过程,自动维护网络正常运行,在出现节点/ 链路故障时也可自动调整完成网络自愈。
3.多种类型的网络接入 在无线mesh网中,既支持无线终端接入骨干网,又支持无线终端之间的对等网络通信。此外,把无线mesh网技术与其他无线网络相结合,可以通过无线 mesh网给这些无线网络的终端用户提供无线接入业务。
4.移动性以及能耗限制与节点类型相关 无线mesh网中,mesh路由器一般为静止不动的设备,而mesh终端可以 是移动或固定设备。同时,mesh路由器一般没有能耗的限制,而mesh终端则需要采 用能耗较小的网络通信协议。这样,MAC以及路由协议需要针对mesh路由器和 mesh终端设备分别设计和优化。
与同样具有自组织、自管理以及多跳无线adhoc拓扑的adhoc网络相比, 无线mesh网也有自己与adhoc网络不同的特点: 5.具有无线基础设施骨干网 无线mesh网内,由mesh路由器组成一个无线骨干网,专门用于给终端 客户提供可靠网络连接。这个无线骨干网在无线域内提供了大覆盖范围、连通性 以及健壮性。反观Adhoc网络则是基于各个不可靠的终端用户来进行通信,不存在 专门提供网络连接服务的基础骨干网,这给adhoc的应用带来了很大的限制。
6.集成性 无线mesh网可以通过mesh路由器的网关/桥接功能,整合现有多种无 线 网络 技术,如802.11、802.16、3G移动通信等。这样,通过mesh路由器组成的 无线骨干网,可以把多种不同无线网络连接到一起,形成一个“无线互联网”。而 adhoc网络由于是用户终端自组网,而用户终端一般不具备这种网关/桥接的功能。
7.路由和配置功能的专门化 在adhoc网络中,每个终端用户设备都要为所有其他节点执行路由和 配置功能。而在无线mesh网中,虽然mesh终端也有路由转发功能,但是主要还是由 mesh路由器来执行路由和配置功能,大大减轻了普通mesh终端的负载。
8.拓扑结构的相对稳定 adhoc网络中,由于终端用户的移动性和不可靠性,网络拓扑和连接的 变化较大,使得路由协议和网络配置和部署带来了很大的挑战。无线mesh网 中,mesh路由器一般是静止不动设备且较用户终端可靠的多。9.功耗限制减少 无线mesh网络中,mesh路由器一般为静止不动的设备,与adhoc网中的 移动终端相比,基本没有功耗限制。这样,在设计mesh路由器的物理层、MAC层以 及网络层路由协议时,基本可以不考虑功耗限制,这大大简化了协议设计,同时还 可以采用性能较高的设计方案。
无线Mesh网的 应用 同样作为无线多跳网络,与adhoc网络技术只用于军事以及专用特殊 网络不同,无线mesh网的 研究 开发是由实际应用需求为驱动力的,其应用场景和 应用范围相当广泛,并且有着不可替代的作用和优势。无线mesh网可以和 802.11WLAN、802.16WMAN以及3G等各种无线接入技术相结合,实现家庭网络、 社区网络、 企业 网络以及城域网络内的多层次多范围的无线应用。
1.宽带家庭网络互连 现在,宽带家庭网络互连大多采用802.11WLAN来实现,在WLAN中AP 的放置需要现场勘察,但仍不免产生覆盖不到的盲区。为了消除盲区,可在家庭互 连网络中采用无线mesh网技术,放置多个小型mesh路由器,以多跳mesh网络互连 家庭内部数字设备可以有效的消除盲区,同时还可以大大提高网络容错性,且可减 少由于迂回访问产生造成的网络拥塞。
2.社区网络互连 采用无线mesh网技术,通过在社区内放置多个mesh路由器可以将社区 内各用户家庭网络互连,形成一个社区无线多跳网络。有了这个社区无线互连网 络,就可以在社区内用户家庭之间共享若干个Internet接入设备,而不必在每个用户 家庭安装Internet接入设备。而且,社区无线mesh网还可以容许社区用户家庭无需 通过远端服务提供商网络,就可以在社区本地相互访问,共享社区内网络资源。此 外,社区无线mesh网的网状拓扑结构,也给社区用户提供了更加可靠的网络连接, 增强了网络容错性和健壮性。
3.企业网络互连 目前 ,802.11WLAN已经在企业办公室写字楼中得到了广泛的应用,但这些WLAN或者相互没有连接,或者采用不太 经济 的有线以太网方式相连。
而采用无线mesh网技术,通过mesh路由器将这些WLAN互连,一方面可以解决 WLAN网络之间连通性 问题 ,另一方面相对采用有线互连方式还可以节约成本, 灵活部署,同时提高了网络的容错性和健壮性。
4.城域网络互连 通过无线mesh网络,整合802.16WMAN、802.11WLAN以及3G等其他 无线接入技术可以形成一个城域大范围、多层次、多样化接入方式的无线接入网 络,使得城域无线接入网络的覆盖广度深度都大大增加。
无线Mesh网络的关键技术因素 无线mesh网作为一种新的无线接入网络技术,需要考察 影响 其性能 的关键技术因素。这些技术因素如下: 1.物理层无线电技术 新兴的物理层无线电技术如定向智能天线、自适应调制编码、MIMO 技术以及多无线电/多信道系统已经成为下一代无线接入系统的不可或缺的关键 技术。此外,为了进一步改善无线射频性能以及高层协议的控制,更先进的可重配 置无线电、感知无线电、甚至 软件无线电技术都已开始在无线系统中有所运用。
这些高级物理层无线电技术的开发设计不仅对物理层性能起着决定性作用,而且 要求进行整合物理层、MAC层和网络层进行整体设计,以便最大限度的提高整个 网络性能。
2.MAC层多址访问机制 无线mesh网是分布式无线多跳网状网。现有的无线网络MAC机制大 多都是针对单跳无线网络设计的,这种面向单跳无线网络设计的MAC机制并不适 于分布式无线多跳网状网络,如802.11WLAN的MAC机制在无线链路跳数达到四 跳时,性能下降非常大。同时,在无线mesh网这种分布式无线多跳网状网中,由于实 现时间同步和码 管理困难,采用TDMA和CDMA多址接入也比较复杂。此外,在无 线mesh网络中,还要求能够有效的进行空间频率重用,以提高网络容量。这样, MAC层机制设计将成为影响无线mesh网性能和成功与否的关键技术因素之一。
3.Mesh拓扑连接的维持无线mesh网的很多技术特点和优势来自于其mesh网状连接,mesh连接 的维护也就成为无线mesh网的MAC和路由协议设计中的一个关键。一般来说,需 要在无线mesh网中实现网络自 组织和拓扑控制算法,设计具有拓扑感知能力的 MAC和路由协议。
4.Mesh路由协议 无线mesh网络中,mesh路由协议的设计是一个关键。首先,在无线多跳 mesh网络中,路由协议不能仅仅根据“最小跳数”来进行路由选择,而要综合考虑多 种性能度量指标来进行路由选择。其次,mesh路由协议要提供网络容错性和健壮 性支持,能够在无线链路失效时,迅速选择替代链路避免业务提供中断。第三,mesh 路由协议要能够利用流量工程技术,在多条路径间进行负载均衡,尽量最大限度利 用系统资源。第四,路由协议要求能同时支持mesh路由器和mesh终端。对于静止 不动的mesh路由器,由于没有功耗限制,可以采用比现有adhoc路由协议简单得多 的路由协议;而对于mesh终端,则需要采用类似adhoc的路由协议。这样,就需要一 种行之有效的路由协议能够自适应支持mesh路由器和mesh终端。
5.宽带Qos业务支持 与adhoc网络不同,无线mesh网的大多数应用都是具有不同Qos要求的 宽带业务。这样,除了端到端时延和公平性以外,还需要在通信协议中考虑时延抖 动、聚合吞吐量、每节点吞吐量以及分组丢失率等性能评价指标。
6.兼容性和互操作性支持 对于无线mesh网来说,最好不仅能支持mesh终端,还能支持传统的无 线终端。这就需要无线mesh网能够后向兼容传统无线终端。此外,无线mesh网络 需要能够包容整合多种异构类型无线接入网络,因而要求mesh路由器在不同异构 无线接入网络中具有互操作性。
最新的无线网络技术论文篇二 浅谈无线家庭网络技术 摘 要：科技的进步与发展，使智能系统走进了家庭，计算机普及、电讯技术发展、智能设备进步都使家庭呈现了网络集中的区域，现代化技术得到 了人们日益关注。特别是对简单、灵活与可靠的家庭网络需求愈显强烈，智能家 庭网络是在信息技术的发展和人类对居住环境的要求不断提高的基础上产生的。
简单地说，它就象是一个安装在自己家里的局域网，利用这种功能，能够有效地 把家庭里各种计算、控制、管理和通信设施进行连接，形成一个相互联系、协调 行动的整体。文章主要就是对近年来发展迅速的无线网络技术进行介绍，提炼出 PC为中心的纯数据网络、控制器数据与语音家庭网络等内容，目前应用较好的 无线家庭网络设计方案。
关键词：无线家庭网络;设计方案;研究 引言 当今信息化的一个重要方面就是因特网和移动通信的迅猛发展。大大 的改变了人们的生活方式、工作方式以及思维方式，这种巨大变化的背后，也刺 激人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求得到快速增长。智能家庭网络 应运而生，为千万个家庭注入了新的生机和活力，推进了社会发展与进步，无线 家庭技术不断得到完善，无数创新型发现日趋对这个新的浪潮起到了推波助澜的 引导作用。
有了无线网络，缠绕的缆线不见了，但网络通信依然畅通。您可以决 定从什么地方上网以及何时上网。而实现无线网络的技术离不开采用射频在配置 了无线接入功能的设备之间建立通信。
1 基于无线的传输设备 当前，无线网络技术标准工作组已经形成，主要内容包括IEEE802.11、 HomeRF、蓝牙和标准无线访问协议SWAP。这些无线传输设备均能够支撑家庭 内部传送多种信息的需要，满足人们生活。无线RF传输快速、多样、灵活的可 移动性，是一种不需要有线连接就能设置成网络功能的技术，这已经完完成全以 网络为中心的家庭全最权威与首选的家庭网络拓扑结构。
2 RF传输网络 多数的家庭网络无线系统利用扩频技术。扩展频谱通信的理论基础是 著名的山农理论公式：C=Wlog2(1+S/N)，对于给定的信道容量C，带宽W和信噪 比S/N存在着互换的关系。即在给定的信道容量不变的情况下，若减小带宽则必须传送较大的信号功率;若有较大的传输带宽则用较小的信号功率来传送，只有 带宽系统良好，才能具备多种抗干扰功能。当前使用最好、推广最多的就是两种， 这两种常用的扩频无线电技术包括跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)无线 电技术。这是两种不能相互融合与替代的，因为这两种无线电技术采用不同的频 带和不同的系统，因此，在安装前，一定要明确系统功能，因为系统的不一样， 就决定了用户选定供应商，一但选定很难更换到另一家供应商的，所以，选择系 统是非常关键的一个环节。
2.1 跳频扩频技术FHSS FHSS技术即跳频系统的载频受一伪随机码的控制而不断地跳变。信 源产生的信息用来调制频率合成器的载频，得到射频信号。PN码产生器会形成 PN码控制频率，通过合成器使频率输出随PN码变化而出现不同，结果会生成一 个载频跳动、变化的射频信号。直接序列扩频技术是要将发送的信息用伪随机码 扩展到一个很宽的频带上去，通过与接收端和发射端相同的伪随机码形成对接， 把收到的信号及时处理，设置成需要的可发送信息。简单来说，FHSS实际就是 我们通常理解的窄带载波，利用接收和传送同时能够识别的传输模式，使双方设 备保持同步，稳定的建立起一套系统逻辑通信信道。
2.2 直接序列扩频技术DSSS DSSS技术主要是能够生成碎片或切分码比特模式。具备可靠性的特 征，主要体现就是切分码程度或所传送数据比特长度。自身有着纠错能力，一般 情况下，数据不需要直接发送，这是一种创新性的技术，性能大大提升，功能更 加强劲。
3 以PC为中心的纯数据网络 一些软件和硬件供应商，通过另一种途径形成方案，大多数为无线局 域网，这种家庭网络解决方案主要就是通过家庭PC机完成的，PC是系统的中心 控制设备，这样的系统设置，只需要一台PC就能够完全实现网络主控器功能， 为家庭与Internet之间提供寻址和路由引导功能。
这种方法较为直接，人们在原来熟悉的PC领域，再加上最新技术， 就能完全理解并实现新型家庭网络技术结合系统，目前还要不断完善阶段，最终 大规模应用将会形成新的消费市场挑战。主要因素一是围绕PC而建的家庭网络就必须保持PC永远开机，达到时时运行。有些安装好的系统软件，与其不能兼 容，如果使用这种方式，就必须保证其他运行在PC上的软件或硬件不能妨碍PC 执行通信任务。消费者最希望的是网络速度快，运行良好，也就是说，如果PC 出现问题，可以重做系统，但通信网络出现问题，则是人们无法接受的，选择网 络系统对人们非常重要，也是关键的一步，这决定了人们的消费体验。二是围绕 PC而建的家庭网络只能处理家庭中与PC相关的文件、打印等，这些网络共享不 能很好的解决掉语音通信问题，而现代的控制与监控应用更是无法快速实现与完 成。
4 控制器数据与语音家庭网络 通过微处理器完成的数字交换技术，做为通信服务器，让家庭中传送 语音数据流成为可能，寻址和路由功能的实现，使人们快速完成网络应用。通过 功能强大的板上RF收发器传送家庭网络传输要素。收发器是一种现代专利，主 要技术构成是数字扩频技术，毫中技术的较为成熟，目前可控范围超过了家庭周 围几百英尺距离。
控制器具有的高带宽容量、用于语音和数据传输的强健的家庭网络， 系统能够把家庭内外几百英尺进行接入，实现互通功能。
5 几种无线家庭网络技术 现在，能全部提供家庭网络的频段有902-928MHz、2400-2483MHz、 5-6GHz三个主要段，最常用的则是第二个2400-2483MHz这一频段，这个频段是 人们接受的，其稳定性较好。无线传输方式可以选择频率跳跃和直接无线连接两 种。在2450MHz附近的频率上，以频率跳跃为例，能够为人们提供1M左右的带 宽，通过每秒跳频超过75次，为人们提供可靠的供应。无论是跳频方式还是直接 传输，都使得单个的用户必须与许多人共用这一频段，因而在技术规范上必须严 格规范干扰。无线电频段是需要审批流程的，但是网络的频段一直是开放的，人 们可以无干扰的进行关注与连接。
IEEE802.11 工作组已经为发展无线局域网的可互操作协议工作了许 多年。802.11重点支持较高的数据速率，只能是数据通信功能。
HomeRF无线标准主要适用各类家庭范围，能够保证计算机和其他设 备间的无线通信，其开放性工业标准符合现行通信规范。HomeRF是 IEEE802.11与DECT相互融合的产物，通过密切的结合，达到降低语音数据成本的作用。
Bluetooth比较特殊，其表现主要就是阵营不同。厂商开发的是低成本、 小范围的系统，其功能主要是连接各类电子信息设备。蓝牙技术就是其中的一款， 跳频快、较稳定、低功耗、低代价。
6 结束语 总的来讲，IEEE802.11是一种选用于家庭、办公的企业无线网络，人 们能够连接多台PC，还能保持文件和图形的传送，是一种应用于高端的WLAN 技术。HomeRF标准可应用于家庭中的移动数据和语音设备与主机之间的通信， 在传送声音、音乐以及影像数据方面有优势。而蓝牙技术能够替代线缆，当前的 市场上，各种技术同时存在，不久的将来，产品与市场会向融合的方向发展，形 成完全兼容与统一的新形式，满足人们生产与生活需求。