无线网络技术基础（一）无线网络技术概述

  无线网络技术，即无线通信技术和计算机网络技术不断融合发展的结果。

一、计算机网络技术

1. 出现背景：电话网络

  传统的电话网络，主要采用的是“虚电路”技术。在通话过程中，通话双方的“链路”是独占的，所有的语音内容均是经过相同的传输链路。如同在通话双方建立起一条“虚拟的电路”，因此被称为“虚电路”技术。

  “虚电路”技术，区别于现代计算机网络中的“分组交换”技术。在分组交换过程中，任何节点、任何通路都不可能被通信双方所独占，同时通信双方的数据包所经过的路径可能也是不同的。

图1-1 电话网络的出现

2. 诞生阶段：分时网络

  分时系统，顾名思义就是通信设备分时间、分阶段使用计算资源。严格意义上，分时系统并不是计算机网络，因为没有专用的网络设备存在。

图1-2 单节点网络的分时系统示意图

3. 形成阶段：ARPANET

  ARPANET，是由美国高级研究局推出的一个项目，它的出现标志着现代计算机网络技术的诞生。在ARPANET网络中，出现了专用的网络设备，即接口消息处理器（Interface Message Processor, IMP），负责处理计算机网络中的数据包。

4. 互联互通阶段：Internet

  在互联网（Internet）中，各种计算机网络（如以太网、局域网和令牌环网等）通过路由器实现不同网络的互联，最终形成全球范围内网络的互联。其中，路由器负责连接两端不同类型的网络，并实现协议转换的功能。因此，具有不同协议的网络可以通过路由器实现互联。

图1-3 ARPANET网络示意图

图1-4 Internet结构示意图

5. 高速网络阶段：光纤网络

  高速网络出现的标志，即光线网络的大规模应用。常说的“光猫”，也就是“光纤 Model”的简称。光纤网络的速度，相比于传统的ADS阶段，实现了网络速度的成倍提升。以“光纤网络”为代表的网络技术的应用，被称为高速网络阶段。

6. 万物互联阶段：泛在网络

  所谓“泛在网络（Ubiquitous/Pervasive）”，即万物互联、无处不在。计算机网络、电信网络和广播电视网络，实现了融合与互联（三网互联），这有效拓宽了网络的覆盖范围。无线传感器网、社交网络和物联网等新型网络的出现，也极大的丰富了网络的概念和互联。

二、无线通信技术

1. 无线通信技术的发展历史

  1896年，马可尼发明了无线电报技术，标志着现代无线通信技术的出现。1901年，马可尼实现了横跨大西洋的信息发送，首次实现了长距离的无线通信，但此时仅能传输有限的文本信息。

  二战时期，美国陆军进行了无线语音的传输实验，实现了无线语音通信技术在战场上的首次应用。

  20世纪60年代，美国发射了人类历史上第一颗人造通信卫星。通信卫星的出现，无疑极大拓展了无线通信的距离。

  1971年，夏威夷大学通过双向通信将五个岛屿连接到了一起，形成了Aloha网络，这也是现代无线通信网络的雏形。此时，无线通信技术和计算机网络已经出现融合发展的势头。

图2-1 Aloha网络

  20世纪90年代，移动电话的普及有力地促进了蜂窝网络技术的发展。移动电话，是无线通信技术和网络技术高度融合的产物。

2. 无线通信技术标准化组织

- 国际电信联盟

  国际电信联盟（ITU），成立于1865年，是一个联合国专门机构，负责制定全球电信标准，包括3G、4G和5G等移动通信技术的标准。

- 第三代合作伙伴计划

  第三代合作伙伴计划（3GPP），成立于1998年，是一个国际标准化组织，由来自亚洲、欧洲和北美的多个电信标准化组织组成，主要负责制定全球移动通信标准，包括GSM、UMTS、LTE和5G等。

- 欧洲电信标准化委员会

  欧洲电信标准化委员会（ETSI），成立于1988年，是一个欧洲的标准化组织，主要负责电信领域的标准化工作，包括固定、移动和卫星通信，以及互联网协议等。

- 美国无线通信和互联网协会

  美国无线通信和互联网协会（ATIS），成立于1981年，是一个北美的电信行业组织，致力于推动电信和信息技术标准的发展。

- 中国通信标准化协会

  中国通信标准化协会（CCSA），成立于2002年12月18日，是一个全国性的非营利性组织，致力于信息通信技术领域的标准化工作，包括移动通信、互联网、物联网等。

三、无线网络技术特点及标准化组织

1.无线网络特点

（1）复杂多样的协议

  不同的无线网络技术之间，物理层协议千差万别，采用的通信频率和编码方式等不尽相同。因此，无线网络协议相对于有限网络更加的复杂和多样。

（2）复杂的MAC层

  无线网络的媒体接入控制（Media Access Control, MAC），即谁能使用信道发送数据，相对于有限网络也更为复杂。

（3）物理安全和能量

  无线信号的传输，是在整个介质空间中传输的。因此，无线信号的截获相对于有线网络更为容易，这也带来一些物理安全的问题。同时，无线网络传输过程中，其具有更大的能量消耗，这也使得无线网络的节能和供电成为重要因素。

2.无线网络领域的标准化组织

- ITU（国际电信联盟）

  ITU 是联合国下属的一个专门机构，负责全球电信网络的监管和标准化工作。它的任务包括制定国际电信标准、促进全球电信网络的互联互通、推动信息通信技术（ICT）的发展以及促进全球电信资源的公平分配。ITU 包括三个主要部门：ITU-R（无线电通信部门）、ITU-T（电信标准化部门）和 ITU-D（发展部门）。

- ISO（国际标准化组织）

  ISO 是一个全球性的非政府组织，负责制定和发布国际标准。它涵盖了各种行业和领域，包括制造业、食品加工、农业、信息技术、医疗设备等。ISO 标准旨在确保产品和服务的质量、安全性和兼容性，促进国际贸易和技术创新。

- IEEE（电气和电子工程师协会）

  IEEE 是一个专业组织，致力于推动电气、电子、计算机工程以及相关领域的技术创新和卓越。它通过出版技术文献、举办会议、制定标准和认证程序来支持其成员和行业。IEEE 制定了许多广泛采用的技术标准，如以太网、Wi-Fi 和蓝牙技术。

- IAB（互联网架构委员会）

  IAB 是互联网工程任务组（IETF）的上级组织，负责监督互联网标准的开发和互联网的总体架构。IAB 的主要职责包括指导互联网标准制定过程、评估新提出的互联网标准、以及确保互联网协议和架构的长期健康发展。IAB 还负责监督互联网号码分配机构（IANA）的工作。