《无线网络教学》课件

无线网络教学欢迎学习无线网络课程课程介绍课程目标学习内容概览掌握无线网络基本原理从物理层到应用层学习主流无线技术标准理论与实践并重考核方式平时作业占30%第一章无线网络基础无线通信历史1从摩尔斯电码到5G一个多世纪的技术变革无线网络的优势2便携性与灵活性部署简便无线网络的劣势3带宽限制无线电波基础电磁波原理频率与波长电场与磁场垂直传播频率越高，波长越短能量以波的形式传递不同频段应用场景各异无线信号传播自由空间损耗距离增加信号衰减多径效应信号反射产生多条路径阴影效应无线网络分类按应用场景分类家庭、企业、公共区域按覆盖范围分类、、、WPAN WLANWMAN WWAN按功能用途分类无线个人区域网络（）WPAN蓝牙技术ZigBee技术NFC技术短距离无线通信技术低功耗、低速率无线技近场通信，距离厘米级术频段，通信距

2.4GHz离10m左右适用于传感器网络无线局域网（）WLANWi-Fi技术IEEE

802.11标准系列基于标准从到IEEE

802.

11802.11a/b/g

802.11ax高速无线接入，覆盖左传输速率从几到100m MbpsGbps右级别典型应用场景家庭、办公室、公共热点无线城域网（）WMANWiMAX技术宽带无线接入IEEE

802.16标准固定与移动场景覆盖范围几公里到数十公里典型速率数十Mbps无线广域网（）WWAN蜂窝移动通信网络卫星通信网络2G/3G/4G/5G逐代演进覆盖全球范围覆盖范围广，移动性强适用于偏远地区通信速率从Kbps到Gbps级别传输延迟较大第二章标准IEEE

802.111997年

802.11原始标准1，2Mbps

2.4GHz21999年

802.11a/b，最高5GHz/

2.4GHz54Mbps2003年

802.11g3，

2.4GHz54Mbps42009年

802.11n技术，最高MIMO600Mbps2013年

802.11ac5，最高5GHz

6.9Gbps62020年

802.11ax Wi-Fi6技术，更高效率OFDMA物理层IEEE

802.11OFDM技术MIMO技术正交频分复用多输入多输出频谱利用率高提高传输速率DSSS技术频段使用直接序列扩频

2.4GHz和5GHz抗干扰能力强不同国家规定不同层IEEE

802.11MACCSMA/CA机制载波侦听多路访问碰撞避免/退避算法随机等待减少碰撞RTS/CTS机制解决隐藏终端问题帧格式

802.11管理帧控制帧信标帧请求发送Beacon RTS探测请求响应允许发送/CTS认证与关联帧ACK确认数据帧携带上层协议数据支持分片与重组网络架构Wi-Fi12基本服务集（BSS）扩展服务集（ESS）一个与多个客户端多个通过互连AP BSSDS3无线分布式系统（WDS）之间无线互连AP接入过程Wi-Fi扫描主动扫描发送探测请求被动扫描接收信标帧认证确认客户端身份开放式或共享密钥关联建立逻辑连接分配关联标识AID安全机制Wi-Fi1WEPRC4加密，安全性低已被淘汰2WPATKIP加密，动态密钥过渡方案3WPA2AES-CCMP加密目前主流4WPA3SAE认证，增强隐私保护逐步推广中第三章移动通信网络1G（模拟）语音通话，无数据服务2G（数字）短信和低速数据3G（宽带）移动互联网初步应用4G（高速）高清视频和移动办公5G（超宽带）万物互联和低延迟应用蜂窝网络原理小区划分频率复用六边形覆盖结构相同频率间隔使用切换机制小区分裂保证移动性连续服务根据容量需求调整网络（）2G GSM系统架构关键技术终端、基站系统、时分多址MS BSSTDMA核心网NSS频段900/1800MHz数据业务分组数据GPRS增强数据速率EDGE网络3GWCDMA CDMA2000TD-SCDMA欧洲主导标准北美主导标准中国主导标准双工模式从演进时分双工FDD IS-95TDD最高2Mbps速率1xEV-DO高速数据频谱效率高网络（）4G LTE系统架构关键技术MIMO应用E-UTRAN无线接入网OFDMA下行多址空间复用EPC演进分组核心网SC-FDMA上行多址波束成形全IP架构扁平化网络结构降低延迟网络5G新空口（NR）网络切片毫米波频段不同业务独立资源更灵活帧结构满足差异化需求核心网演进边缘计算服务化架构降低时延云原生设计本地数据处理第四章无线网络协议应用层、、等HTTP FTPSMTP传输层、协议TCP UDP网络层、、路由协议IP ICMP链路层、

802.11MAC LLC物理层调制解调、编码移动IP工作原理归属代理和外部代理支持终端跨网络移动三角路由问题数据包先经过归属网络路径不是最优优化方案直接路由路由优化无线应用协议（）WAPWAP协议栈WAP网关应用层WAE协议转换会话层WSP内容适配事务层WTP连接移动网与互联网安全层WTLS传输层WDP第五章无线网络性能吞吐量（Throughput）延迟（Latency）抖动（Jitter）单位时间内传输数据量数据从源到目的地所需时间数据包延迟的变化受信道质量影响影响实时应用体验影响音视频质量无线信道容量Shannon定理MIMO技术C=B·log₂1+SNR多天线收发带宽和信噪比决定容量上限空间复用提高容量信道编码接近限Shannon、码LDPC Turbo无线网络干扰同频干扰相同频道信号互扰小区规划避免邻频干扰相邻频道能量泄漏频道间隔控制共存问题不同无线技术互扰

2.4GHz频段尤为严重无线网络覆盖第六章无线网络规划与优化网络规划流程网络优化目标需求分析设计实施优化覆盖、容量、质量三要素→→→评估方法规划工具KPI指标和用户感知预测模型和仿真软件站点规划站点选址天线配置地理位置优势天线高度影响覆盖范围覆盖目标区域方向性天线定向覆盖避免盲区和重叠下倾角控制覆盖边界频率规划频率复用信道分配确定复用因子频段选择避免同频干扰平衡干扰和效率低频段覆盖广满足容量需求高频段容量大容量规划覆盖优化信号强度优化切换参数优化调整发射功率触发条件设置优化天线参数平衡切换成功率和频率增加覆盖站点避免乒乓切换室内覆盖增强分布式天线系统微小区部署信号增强器应用干扰控制功率控制2天线下倾干扰协调自适应功率调整减少信号越区域传播频率规划避免同频干扰维持最低所需信噪比控制小区边界干扰时频资源协调分配第七章无线网络安全无线网络面临的安全威胁安全防护策略窃听无线信号易被捕获认证验证合法用户中间人攻击伪造接入点加密保护数据机密性干扰攻击阻断服务访问控制限制使用权限未授权接入盗用网络资源入侵检测监控异常行为认证机制开放系统认证共享密钥认证无验证直接通过预共享密钥挑战响应SAE认证

802.1X认证防御离线字典攻击基于EAP的强认证加密技术WEP加密算法，已被攻破RC4TKIP动态密钥，改进WEPAES-CCMP高强度加密，当前标准无线入侵检测系统（）WIDS信号监听捕获无线流量异常分析识别可疑活动警报生成通知管理员自动响应封锁恶意设备技术VPNIPSec VPNSSL VPN网络层加密应用层加密隧道模式与传输模式基于Web浏览器ESP和AH协议易于部署和使用适合站点间连接适合远程接入第八章新兴无线技术物联网（）无线技术IoTNB-IoT LoRa蜂窝物联网技术远距离扩频技术低功耗、广覆盖免授权频段使用BLE Sigfox低功耗蓝牙3超窄带技术短距离物联网应用低速率、广覆盖车联网（）技术V2XDSRC C-V2X专用短程通信蜂窝车联网基于基于技术IEEE

802.11p4G/5G

5.9GHz频段直连和网络两种模式低延迟车辆通信更长通信距离无人机通信技术控制链路数据链路通信挑战低延迟要求高高带宽传输视频三维移动环境通常使用专有频段支持实时图像回传快速变化信道需要可靠性保障可使用公共网络电池续航限制卫星互联网LEO卫星星座波束成形技术全球覆盖低轨道减少延迟多波束覆盖消除数字鸿沟数百至数千颗卫星提高频谱效率偏远地区接入星地一体化网络卫星与地面网络融合统一管理与调度第九章无线网络测试与故障排除测试指标常见问题分析排障流程吞吐量、时延、丢包率信号覆盖不足问题定位原因分析解决方案→→信号强度、干扰水平干扰导致速率下降验证效果无线网络测试工具网络分析仪频谱分析仪场地勘测工具测量吞吐量和延迟检测干扰源绘制覆盖热力图分析协议性能分析信号质量定位最佳AP位置无线网络监控24/7性能监控实时跟踪网络状态

99.9%可用性目标确保服务连续性10ms延迟要求关键业务应用100+监控指标全面掌握网络健康状况常见故障及解决方法故障现象可能原因解决方法信号弱距离远/障碍物增加AP/调整位置连接断断续续干扰/重叠覆盖更换信道/功率控制无法连接认证问题检查密码/认证设置速度慢用户过多/干扰增加带宽/升级设备第十章无线网络发展趋势网络融合各种无线技术协同工作智能化演进自优化网络成为主流虚拟化架构软件定义无线网络安全增强零信任网络架构软件定义网络（）在无线SDN领域的应用控制平面与数据平集中式控制开放接口面分离全局网络视图北向南向API网络功能编程化优化资源分配支持创新应用集中控制分布转发网络功能虚拟化（）NFV虚拟化无线接入网（vRAN）核心网虚拟化基站功能软件化网元功能软件实现集中式基带处理灵活扩展和部署降低部署成本快速业务上线人工智能在无线网络中的应用智能资源分配预测性维护预测流量需求优化分配提前发现设备潜在故障自优化网络异常检测自动参数调整提高性能识别网络安全威胁第十一章无线网络实验实验目的实验设备介绍实验环境巩固理论知识无线路由器与接入点专业网络实验室培养实践能力网络分析仪与频谱仪可控射频环境掌握测试方法移动终端与工作站多种网络拓扑支持网络搭建实验Wi-Fi网络测试客户端连接连通性验证接入点配置搜索并选择网络性能指标测量设置和信道SSID输入认证信息配置安全参数无线网络性能测试实验无线网络安全实验WPA2安全配置强密码设置MAC地址过滤仅允许特定设备接入SSID隐藏减少被发现几率移动通信网络实验基站模拟器使用信令分析覆盖测试模拟蜂窝网络环境捕获无线接口信令测量信号强度分布支持多种制式分析协议交互过程评估小区覆盖效果课程总结回顾无线网络技术发展历程强调理论与实践结合的重要性鼓励继续探索无线通信前沿技术。