无线网络：理解和应对互联网环境下网络互连所带来的挑战 PDF下载

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内容简介

本书是一本专门介绍无线组网技术的图书，书中系统地阐述和总结了目前无线组网技术的历史发展、研究现状和发展趋势。全书共11章，主要内容包括无线个域网、无线局域网、无线城域网、第二代蜂窝通信、第三代蜂窝通信等关键技术和方法。本书结构合理、逻辑性强、文字流畅、通俗易懂，避免了烦琐的技术细节。

作者简介

JACK L. BURBANK 约翰霍普金斯大学应用物理实验室通信和网络技术研究组的主要研究人员。他还是IEEE Communications杂志的副编辑。

JULIA ANDRUSENKO约翰霍普金斯大学应用物理实验室的通信工程师。

JARED S. EVERETT 是一位电子和计算机工程师，同时也是IEEE通信协会和IEEE信息理论协会的会员。

WILLIAM T. M. KASCH 约翰霍普金斯大学应用物理实验室高级技术人员。他的研究兴趣包括IEEE/IETF标准和无线网络设计。

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目　　录
Wireless Networking: Understanding Internetworking Challenges
出版者的话
译者序
前言
第1章　引言 1
1.1　数据网络与蜂窝网络 1
1.2　无线互联网的历史 2
1.3　无线与有线的差异 3
1.4　无线互联网：不同的模型 4
1.5　分层通信模型 6
1.6　无线数据网络技术概述 9
1.6.1　WPAN 10
1.6.2　WLAN 11
1.6.3　WMAN 13
1.7　蜂窝网络技术概述 15
第2章　无线生态系统 18
2.1　无线标准化过程 18
2.2　IEEE 18
2.3　IETF 20
2.4　3GPP 22
2.5　3GPP2 24
2.6　国际电信联盟 25
2.7　Wi-Fi联盟 29
2.8　WiMAX论坛 30
2.9　蓝牙SIG 31
2.10　总结 32
第3章　无线个域网 33
3.1　蓝牙 33
3.1.1　LE蓝牙 42
3.1.2　蓝牙应用示例 45
3.1.3　蓝牙性能 45
3.2　ZigBee 46
3.2.1　IEEE 802.15.4 46
3.2.2　ZigBee联盟和规范 60
3.2.3　802.15.4的性能 69
3.3　UWB 69
第4章　无线局域网 73
4.1　最初的802.11规范 73
4.1.1　802.11无线网络 74
4.1.2　最初的802.11媒体访问控制 75
4.1.3　最初的IEEE 802.11物理层 81
4.1.4　最初的IEEE 802.11部署 83
4.2　IEEE 802.11b 83
4.2.1　IEEE 802.11b 5.5Mbps HR-DSSS PHY 84
4.2.2　IEEE 802.11b 5.5Mbps HR-DSSS接收机 84
4.2.3　IEEE 802.11b 11Mbps HR-DSSS PHY 85
4.2.4　IEEE 802.11b DSSS 帧结构 85
4.3　IEEE 802.11a 86
4.4　IEEE 802.11g 89
4.5　IEEE 802.11e 89
4.5.1　IEEE 802.11e MAC 90
4.5.2　混合协调功能 90
4.5.3　EDCF中的QoS支持 90
4.5.4　EDCF中的信道接入 91
4.6　IEEE 802.11n 92
4.6.1　IEEE 802.11n PHY增强 93
4.6.2　MIMO 93
4.6.3　三类MIMO技术：空间分集、空间复用和波束赋形 93
4.6.4　信道结构 95
4.6.5　802.11n调制和编码方案 102
4.6.6　IEEE 802.11n MAC增强 108
4.7　IEEE 802.11安全模型 113
4.7.1　有线等效加密 113
4.7.2　802.11i 115
4.7.3　WiFi安全接入 116
4.8　其他的WLAN技术 116
4.8.1　高性能无线局域网 116
4.8.2　WAPI 119
4.9　IEEE 802.11 WLAN技术的性能 119
4.9.1　最初的IEEE 802.11 MAC性能分析 119
4.9.2　IEEE 802.11b物理层标准的性能 120
4.9.3　802.11g性能 122
4.9.4　IEEE 802.11a性能 123
4.9.5　IEEE 802.11的性能 123
4.10　IEEE 802.11未来的发展 126
扩展阅读及在线资源 127
第5章　WMAN 128
5.1　固定WiMAX技术概览 131
5.1.1　IEEE 802.16网络概述 133
5.1.2　IEEE 802.16 MAC层 134
5.1.3　IEEE 802.16物理层 149
5.1.4　系统配置 161
5.2　应用 161
5.3　演进 162
5.4　WiMAX到蜂窝技术的过渡 162
扩展阅读 163
第6章　第二代蜂窝通信 164
6.1　历史视角 164
6.2　第二代蜂窝通信技术概述 165
6.3　2G部署 166
6.4　本章概览 166
6.5　GSM介绍 166
6.5.1　GSM的历史 168
6.5.2　GSM早期历史 169
6.5.3　阶段1、阶段2、阶段2 概述 171
6.5.4　GERAN以及向3GPP的演进 172
6.5.5　GSM版本概述 172
6.6　GSM技术概要 175
6.6.1　CS域和PS域 176
6.6.2　GSM网络架构 176
6.6.3　标识符和地址 184
6.6.4　空中接口整体架构 187
6.6.5　GSM物理和逻辑信道 191
6.7　GSM物理层 198
6.7.1　物理层参考配置 198
6.7.2　信道编码和交织 199
6.7.3　突发建立 200
6.7.4　调制 201
6.7.5　PHY附加功能 201
6.8　GSM空中接口信令 202
6.8.1　GSM层2信令：LAPDm 203
6.8.2　GSM层3信令 203
6.9　GPRS概述 204
6.9.1　GPRS附着 205
6.9.2　GPRS移动性管理状态模型 207
6.9.3　PDP上下文 208
6.9.4　服务质量的配置 209
6.9.5　路由、隧道和封装 210
6.9.6　无线资源操作模式 212
6.9.7　GPRS协议架构 214
6.9.8　分段和封装 215
6.9.9　GPRS物理层 216
6.9.10　RLC/MAC层 218
6.9.11　GPRS LLC层 224
6.9.12　GPRS SNDCP层 226
6.9.13　GPRS GMM/SM层 226
6.10　GSM安全 227
6.10.1　保密 227
6.10.2　认证 227
6.10.3　加密 227
6.11　EDGE增强 228
6.11.1　自适应调制编码 228
6.11.2　增量冗余 230
6.12　GSM演进 230
6.12.1　GERAN（Rel-5） 231
6.12.2　EDGE演进（Rel-7） 232
6.12.3　VAMOS（Rel-9） 236
6.13　全球移动通信系统应用 237
GSM扩展阅读 238
致谢 239
第7章　第三代蜂窝通信 240
7.1　通用移动通信系统/宽带码分多址接入 240
7.1.1　W-CDMA 历史背景 240
7.1.2　W-CDMA演进 242
7.1.3　UMTS/WCDMA技术概述 243
7.1.4　UMTS密钥特点 249
7.1.5　WCDMA 物理层 253
7.1.6　高速分组接入（HSPA） 258
7.1.7　WCDMA的应用 263
7.1.8　其他UMTS读物推荐 263
7.2　移动WiMAX 263
7.2.1　WiMAX网络参考模型 264
7.2.2　固定WiMAX和移动WiMAX技术 265
7.2.3　移动WiMAX的OFDMA物理层 266
7.2.4　高级天线系统 269
7.2.5　移动WiMAX的新前向纠错 270
7.2

前沿

前　　言Wireless Networking: Understanding Internetworking Challenges在信息化时代初期，人们陶醉于家用个人电脑，通过有线网络获取、分享信息，通过各种有线技术进行“互联网”体验。随着人们对信息的需求不断增加，这些有线技术也变得更加先进，功能更强大。但是，随着时间的推移，人们开始渴望更多的功能，更便捷的通信，而笔记本电脑的普及和无线网络技术的出现，使得这一需求得到满足。虽然最初的无线网络技术只提供了一些基本功能，但它们前景可观，其后通信迅速转向信息设备移动化，人们可以更加随心所欲地访问信息。伴随着“宽带大众化”的口号，无线互联网的时代已经到来。
但是，高效的无线网络互联仍然面临着一些关键性的技术难题。更高的容量、更多的功能以及更少的使用限制，这是人们对于无线技术的需求，但这些需求却很难同时得到满足。另外，业界面临的频谱资源短缺的问题日益突出，这要求无线通信能更高效地利用稀缺的频谱资源。这些问题对于网络行业的发展是很大的挑战。为了满足不断增长的用户需求，市场上已经出现了各种各样相互竞争的无线技术。
我们认为这是一个激动人心的时代。在过去的15年间，我们很高兴见证了技术的进步，甚至也为业界做出了一些贡献。我们觉得竞争是好事，虽然有时会产生一些不好的影响，但总体上竞争有利于行业健康发展。事实上，即使某些技术没有获得市场的认可，却仍可能在业界极具影响力。技术进步的道路上充满了商业上的失败，却孕育了整个业界的创新。
不可否认的是，当前无线网络的情况非常复杂，很多相互竞争的技术试图解决同样的问题。保持知识和专业技能与时俱进无疑是一个艰巨的任务，我们也面临着这个问题。如果你去看看我们的办公室，你会发现我们有大量图书，涵盖了你可以想到的关于无线技术的所有主题。对于某些特定主题，我们有自己最喜爱的内容，并在书上相应的地方做了标记，从而可以反复翻阅这些重要的文字和图表。但让我们沮丧的是，目前业界缺少一本能够涵盖所有我们感兴趣的话题的书籍。为什么一本书不能同时涵盖Wi-Fi和全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications, GSM）？为什么一本书不能同时考虑无线环境中的蓝牙和传输控制协议（Transmission Control Protocol, TCP）的性能？毕竟，在这个复杂的无线互联世界里，对我们任何一个人而言，很难把工作范围限定在某个特定技术。我们一直期盼能有一本书涵盖我们关心的所有方面。有太多次，我们以为找到了一本这样的书，最后却发现它对我们关心的方面只是浅尝辄止，大部分内容都是一般的工程性主题，而那些内容在其他书中已经出现过无数次。还有些书只是对技术规范长篇大论，仅仅陈述了某些技术是什么（what），却没有说清楚该技术为什么（why）要这样以及该技术怎样（how）达到目的。我们一些人在大学教授关于无线网络的课程，却一直苦恼于没有合适的教材。简而言之，我们还没有发现符合我们要求的有关无线组网（网络）技术的书，这就是我们决定写本书的原因。
本书的目的是全面概述整个无线组网技术领域，但没能在书中面面俱到，否则那将是一本特别厚重的书。我们将10000 页的规范整合进400 页的书中，并专注于无线技术“重要”和“有趣”的方面。我们没有花费太多篇幅去讲解基础内容，目前已经有了很多相关方面的资料可供读者参考。本书并没有讲解技术规范中的每一个细节，而是聚焦于有趣的部分。收进本书的内容是我们看书时反复翻阅并做标记的内容，都是一些比较重要的文字和图表。
我们不仅陈述了某项技术是什么（what），同时还试图说清楚该技术为什么（why）要这样以及该技术怎样（how）实现。我们希望编写一本浓缩了关键内容和关键图表的书，并希望本书值得你一次又一次地在上面做标记、加书签，使它成为你寻找答案的首要选择。我们还希望本书不仅能够帮助你掌握无线网络的现状，还能够帮助你理解它的历史和发展趋势。最后，我们希望你阅读本书时能乐在其中，正如我们写书时一样。
致谢我们在此对本书编写过程中所有帮助过我们的朋友深表谢意。非常感谢Brian Haberman 和Phil Chimento两位博士，他们在组网方面具有丰富的经验，与他们多年的合作对我们在专业方面的成长和本书的编写工作帮助很大。衷心感谢在MIMO通信技术方面具有丰富经验的Feng Ouyang博士帮助撰写该部分内容。
感谢约翰霍普金斯大学应用物理实验室对本书编写的支持。
还要特别感谢Robert Nichols对我们在该领域的研究给予了长期的支持。
最后，对于朋友和家人在我们编写本书的过程中给予的关爱和支持表示衷心感谢。
Jack L. BurbankJulia AndrusenkoJared S. EverettWilliam T.M. Kasch