Wireless Networks

Why Do We Need A Network?

点对点的通信通常不实用

• Devices are too far apart
• Too many connections for large # of devices

对于n个设备，成对的点对点通信所需的连接总数是n(n-1)/2!

网络技术的类型

网络使用两种主要技术将信息和数据从一端发送至另一端。

Circuit switching

• 网络在两方之间建立了物理连接
• 连接不能被其他方使用
• 例如，电话网络、第一代蜂窝网络

优点

• 电路专用于连接：无干扰，不被其他设备共享
• 保证连接过程中的全部带宽
• 保证服务质量：以固定数据率传输的信息，只有传播延迟

缺点

• 效率低下: 电路可能没有被完全使用
• 电路在传输前需要额外的延迟来建立

Packet switching

• 所有各方之间没有专门的联系
• 几方共享一个连接
• 如：计算机网络、无线局域网络

无线网络同时使用两种技术

• 电路交换适用于语音通信
• 分组交换适用于数据通信

在发送方，信息被分解成一系列的小数据包。数据包由一部分信息和一个包含控制信息的数据包头组成。

• 然后，发送方将所有数据包逐一送入网络。
• 在每个路由器，数据包被接收，暂时存储在本地缓冲区，并传递给下一个路由器。
• 每个数据包独立通过网络
• 在接收端，在接收到所有数据包之后
  • 数据包头被删除
  • 信息被重新组合

Advantages

• 更高的链接效率：许多数据包可以在一段时间内共享同一个链接
• 适应不同数据率的传输：两个具有不同数据速率的设备可以交换信息
• 不要阻止来电：即使流量很大，它仍然接受数据包，但传递延迟会增加。
• 可以使用优先权

Disadvantages

• 端到端的数据包延迟会有很大变化
  • 每个路由器都会引入一个延迟
  • 受不同数据包大小、采取的路线等的影响。
• 每个数据包都带有额外的头信息：额外的开销降低了通信效率
• 每个节点需要更多的处理

Network Classification

无线网络可以用不同的方式进行分类

• 覆盖区域
• 基础设施

Coverage Area

Short range wireless networks: 短距离无线网络被限制在一个有限的区域内

• WPAN (Wireless Personal Area Network)
• WLAN (Wireless Local Area Network)：覆盖公司大楼、学校校园、制造厂、家庭
• 在为工业、科学、医疗（ISM）用途保留的非授权频谱上运行
  • 不需要获得许可证，而且是免费的
  • 全球可用
  • 最常见的频段是在2.4GHz，其他5GHz、6GHz和60GHz的频段也经常被使用。

Long range wireless networks: 长距离无线网络跨越大地理区域，目标是提供大范围的覆盖，甚至是全球覆盖。

• WWAN (Wireless Wide Area Network)：无线广域网可以覆盖一个城市，一个州，甚至整个国家
  • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
• Satellite Network
• 无线连接是作为一种服务产品提供的，需要购买

Infrastructure

基于基础设施的无线网络

• 移动计算机/设备通过集线器连接到有线网络
• 例如，蜂窝系统（基站基础设施）
• 例如，一台笔记本电脑通过WLAN接入点接入互联网

Ad hoc 无线网络

• 不需要基础设施，临时设置一个网络以满足即时需求
• 例如，救援、家庭网络、无线传感器网络