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1、无线网络复习word版无线网络技术导论复习资料第2章1。无线传输媒体传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。传输媒体可分为导向的和非导向的两类。1导向媒体 指电磁波被引导沿某一固定媒体前进,例如双绞线、同轴电缆和光纤。2非导向媒体 指大气和外层空间等,它们提供了传输电磁波信号的手段,但不引导它们的传播方向,这种传输形式通常称为无线传播 。3感兴趣的3个频段 在电信用的电磁波频谱中,感兴趣的3个频段是：微波、无线电广播频段和红外线频谱段。 1微波：1GHz100GHz,可实现高方向性的波束,而且非常适用于点对点的传输,也可用于卫星通信。2无线电广播频段：30MHz1GHz,适用于全

2、向应用。3红外线频谱段：31011Hz21014Hz,适于本地应用,在有限的区域内对于局部的点对点及多点应用非常有用。 4地面微波 地面微波系统主要用于长途电信服务,可代替同轴电缆和光纤,通过地面接力站中继。 常见的用于传输的频率范围为2GHz40GHz。频率越高,可能的带宽就越宽,因此可能的数据传输速率也就越高。 微波传输的主要损耗来源于衰减。微波的损耗公式微波的损耗随距离的平方而变化 。损伤的另一个原因是干扰,随着微波应用的不断增多,传输区域重叠,干扰始终是一个威胁。频率越高衰减越大,较高的微波频率对长途传输没有什么用处,但却非常适用于近距离传输。频率越高,使用的天线就越小、越便宜。 5卫

3、星微波通信卫星实际上一个微波接力站,用于将两个或多个称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。卫星使用上下行两个频段：接收一个频段上的传输信号,放大或再生信号后,再在另一个频段上将其发送出去。 卫星主要应用：电视广播、长途传输和个人用商业网络。 卫星传输的最佳频率范围为1GHz10GHz。其特点为：卫星通信距离远,一个地面站发送到另一个地面站接收,约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面,也带来一系列问题。卫星微波是广播设施,许多站点可以向卫星发送信息,同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。 6广播无线电波广播无线电波是全向性的,不要求使用碟形天线,天线也无须严格地安装到一个精

4、确地校准位置上。无线电波 的频率范围为3KHz300GHz。非正式术语广播无线电波 包括VHF频段和部分的UHF频段：30MHz1GHz。广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径干扰。 7红外线红外线传输不能超过视线范围,距离短。红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。红外线不需要频率分配许可。8光波 频率更高的光波,主要指非导向光波,而非用于光纤的导向光波。它提供非常高的带宽,成本也很低,相对容易安装,而且与微波不同,不要求FCC许可。激光的强度是它的弱点,不易瞄准。激光束不能穿透雨或者浓雾,白天太阳的热量是气流上升也会激光束产生偏差。 2。天线天线是实

5、现无线传输最基本的设备。天线可看作一条电子导线或导线系统,该导线系统或用于将电磁能辐射到太空或用于将太空中的电磁能收集起来。1辐射模式 一个天线辐射出去的功率是全方位的,然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相等的。 描述天线性能特性的常用方法是辐射模式,它是作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。 2天线类型 包括：偶级天线和抛物反射天线。3天线增益 天线增益是天线定向性的度量。与由理论的全向天线在各个方向所产生的输出相比,天线增益定义为在一特定方向上的功率输出。 天线增益与有效面积的关系：式中G为天线增益,A为有效面积,f为载波频率,c为光速和为载波波长。3。传播方式由天线辐射出去的信

6、号以三种方式传播：地波、天波和直线方式。1地波：地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行,且可传播相当远的距离,较好地跨越可视 的地平线。 2天波：天波信号可以通过多个跳跃,在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行 3直线LOS ：当要传播的信号频率在30MHz以上时,天波与地波的传播方式均无法工作,通信必须用直线方式。 无线传播类型示意图4。直线传输系统中的损伤主要的损伤包括：衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径和折射 等。5。移动环境中的衰退通信系统所面临的最具挑战性的技术问题是移动环境中的衰退现象。在移动环境中,两个天线中的一个相对于另一个在移动,各种障碍物的相对位置会随时间而改变

7、,由此会产生比较复杂的传输结果。1多径传播 通常障碍物及周边环境所产生的多径传播有3种传播机制,即：反射R、散射S和衍射D。3种重要传播机制的示意图2衰退类型 移动环境中的衰退效果可以分为快速或慢速 ；衰退效果也可以分为平面的或选择性的。1平面衰退或称非选择性的衰退,接收到的信号的所有频率成分同时按相同的比例波动。2选择性衰退无线电信号的不同光谱成分的影响是不相等的。 6。多普勒效应多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的。多普勒效应指出,波在波源移向观察者时频率变高,而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为,波速为c,观察者移动

8、速度为v,当观察者走近波源时观察到的波源频率为/,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为/。多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括光波、电磁波。 在无线移动通信中,当移动台移向基站时,频率变高,远离基站时,频率变低,所以在移动通信中要充分考虑多普勒效应。尤其是高速移动宽带接入网络必须考虑多普勒效应。 7。信号编码技术1数据、信号和传输的模拟与数字之分 模拟和数字大致分别与连续和离散相对应 。数据、信号和传输经常使用这两个术语。数据定义为传达某种意义或信息的实体；信号是数据的电气或电磁表示；传输是通过信号的传播和处理进行数据通信的过程。2模拟数据和数字数据 模拟数据在一段时间

9、内具有连续的值,例如,声音和视频是连续变化的强度样本。数字数据的值是离散的,例如文本和整数。 3模拟信号和数字信号 模拟信号就是一个连续变化的电磁波,根据它的频率可以在多种类型的媒体上传播。如铜线媒体、光纤、无线空间。数字信号是一个电压脉冲序列,这些电压脉冲可以在铜线媒体上传输,不适宜直接在无线媒介中传播。 4数字信号的优缺点 优点：通常比使用模拟信号便宜,且较少受噪声的干扰。缺点：比模拟信号的衰减要严重 。5数据的信号表示 1数字数据,数字信号：比起将数字数据编码为模拟信号的设备来,将数字数据编码为数字信号的设备不则复杂且不昂贵。2模拟数据,数字信号：将模拟数据转换为数字形式允许对模拟数据使

10、用现代数字传输和交换设备。3数字数据,模拟信号：有些传输媒体,例如光纤和卫星只传输模拟信号。4模拟数据,模拟信号：模拟数据很容易被转换为模拟信号。 6模拟传输和数字传输 模拟信号和数字信号都可以在适宜的传输媒体上传输,处理这些信号的方法是传输系统的功能。模拟传输是传输模拟信号的方法,它不考虑信号的内容。数字传输与信号的内容有关 7信号编码准则对任一给定的通信任务来说,选择一种特定的组合的理由是不同的,而后3种技术与无线通信密切相关,因为无线传输系统主要是采用模拟载波信号进行传输。1数字到模拟：数字数据和数字信号必须转换成模拟信号进行无线传输。2模拟到模拟：基带模拟信号,诸如话音或视频,通常都必

11、须调制到高频的载波上进行传输。 3模拟到数字：先于传输之前,通常将话音数字化后再在导向的或非导向的媒体上传输,这样可以改进传输质量并可利用TDM方式。对于无线传输来说,结果得到的数字信号必须调制到一个模拟载波上。 决定接收器能够成功解释所收到信号的因素主要有：信噪比、数据率和带宽。编码机制也可以用来改进传输性能。编码机制是一种简单的从数据位到信号元素的映射关系。8数字数据与模拟信号 最常用的应用是通过公用网传输数字数据。网并不适用于处理来自用户端的数字信号。数字设备通过调制解调器与网络相连,调制解调器将数字数据转换成模拟信号,或将模拟信号转换成数字数据。调制技术涉及对载波信号的3个特性中的一个

12、或多个特性的操作:幅移键控、频移键控和相移键控 9模拟数据与模拟信号 当数据已经是模拟形式时,调制的主要原因有两个：为了实现有效的传输,可能需要较高的频率。对于无导向传输,实际上是不可能直接传输基带信号的,需要使用的天线直径为几千米。调制允许使用频分复用技术,可以提高信道的利用率。模拟数据的调制技术：调幅、调频和调相。 10模拟数据与数字信号 准确的说法是把模拟数据转变为数字数据的过程,称之为数字化。一旦模拟数据转变成数字数据后,就可以进行很多的工作:数字数据可以使用NRZ-L。可以通过NRZ-L以外的其他编码技术将数字数据变成数字信号。通过调制技术,数字数据也可以转换成模拟信号。.8。扩频技

13、术基本思想是：将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中,以加大干扰和窃听的难度。 第一种扩频技术称为跳频,更新的一种技术是直接序列。 1跳频扩频 在跳频扩频中,信号用看似随机的无线电频率序列进行广播,并在固定间隔里从一个频率跳到另一个频率。而接收器在接收消息时,也和发送器同步地从一个频率跳到另一个频率。 2直接序列扩频 直接序列扩频,原始信号中的每一个位在传输信号中以多个位表示,此技术使用了扩展编码。这种扩展编码将信号扩展到更宽的频带范围上,而这个频带范围与使用的位数成正比。因此,一个10位的扩展编码能够在一个频带上将信号扩展至比1位扩展编码大10倍的带宽。码分多址是一种基于DSSS的具有扩频功能的

14、多路技术。 9。差错控制技术 无论传输系统如何设计,差错总会存在,它可能会导致传输的帧中有一个或多个位被改变,对于无线传输系统更是如此,为了保障可靠的数据传输,必须进行差错控制。通常的差错控制技术包括：差错检测码、差错纠错码,也称为前向纠错FEC码和自动重发请求ARQ协议三种。 第3章1。无线局域网概述1无线局域网的覆盖范围无线局域网是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。局部区域就是距离受限的区域,是相对广域而言。两者的区别主要在于数据传输的范围不同,而引起网络设计和实现方面的一些区别。介于广域网WAN和局域网LAN之间还有一种局部网络,称为城域网。比局域网覆盖范围更小的局部网络称

15、为个域网。广义的无线局域网还包含无线城域网和无线个域网。无线网络也可以粗略分为无线广域网和无线局域网两种。 2无线局域网的特点 包括：移动性、灵活性 、可伸缩性和经济性等。3无线局域网的局限性 需要使用者在应用时考虑和注意的几个方面,包括：可靠性、带宽与系统容量、兼容性与共存性、覆盖范围、干扰、安全性、节能管理、多业务与多媒体和移动性等等。 4无线局域网的发展历程与相关标准化活动 无线局域网的发展经历了四代:第一代无线局域网:1985年,FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。 第二代无线局域网：基于标准的无线局域网 第三、四代无线局域网：符合标准的产品已经较为普及,归为第三代无线局

16、域网产品；而将符合IEEE 、HiperLAN2和IEEE,标准的产品称为第四代无线局域网产品。 5无线局域网的分类与应用 无线局域网可根据不同的层次、不同的业务、不同的技术和不同的标准以及不同的应用等进行分类。下面两个图说明了两种分类的方法。无线局域网的分类方法1无线局域网的分类方法22。无线局域网的体系结构与服务1无线局域网的组成结构 包括：站、无线介质、基站或接入点和分布式系统等组成,如下图所示。2无线局域网的拓扑结构 不同的角度有不同的分类：1从物理拓扑分类看:单区网S和多区网M2从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、环型 3从控制方式方面来看:无中心分布式、有中心集中控制式4从

17、与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立WLAN 3无线局域网的服务 与WLAN体系结构和工作原理密切相关的服务主要有两种类型:STA服务和分布式系统服务,这两种服务均由MAC层使用。标准中定义了九种服务,三种用来移动数据,其余六种是管理操作。 1STA服务 由STA提供的服务被称为STA服务,它存在于每个STA和AP中。SS包括：认证、解除认证和#。 2.分布式系统服务 由DS提供的服务被称为分布式系统服务。在WLAN中,DSS通常由AP提供。包括：联结、重新联结 、解除联结、分布和集成。 3服务之间的关系 对于通过WM进行直接通信的STA均有认证状态和联结状态两个状态变量。这两个变量为每个

18、远端STA建立了三种本地状态：状态1：初始启动状态,未认证,未联结；状态2：已认证,未联结；状态3：已认证,已联结。3. 无线局域网的协议体系无线局域网协议体系 1物理层工作在的ISM波段上的直接序列扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。工作在的ISM波段上的跳频扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。工作在波长介于850nrn950nm的红外波段上,其数据速率为1Mb/s和2Mb/s。 2IEEE 1信道结构 IEEE 使用通用网络信息基础结构UNII的频带。UNII-1频段用于室内；UNII-2频段用于室内或者室外；UNII-3频段用于室外。2编码和调制 使用正交频分多路复用OFDM。O

19、FDM也称为多载波调制,在不同频率上使用多个载波信号,在每个信道上发送若干位,类似于FDM。然而,在OFDM中,所有的子信道被指定给单个的数据源。3 是IEEE 802.11 DSSS模式的一个扩充,提供了在ISM频段上5.5 Mb/s和11 Mb/s的数据速率。该标准为在相同的分片速度、相同带宽下获得更高的数据速率,使用了一种名为补码键控的调制模式。 4IEEE IEEE 将的数据率扩展到20Mb/s以上,达到54Mb/s。与相同,操作在范围内,因而二者是兼容的。该标准的设计使得的设备在连接到一个的AP上时仍能工作,的设备连接到一个的AP上时也仍能工作。4。 IEEE 802.11 媒体访问

20、控制层IEEE802。11MAC层覆盖了三个功能区,包括：可靠的数据传送、接入控制以及安全。 1可靠的数据传送 使用帧交换协议。当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时,它向源站点返回一个确认帧。此交换被作为一个原子单元处理,它不会被其他站点发出的传送打断。如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏,源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK,它会重发该帧。为了更进一步地增强可量性,可以使用四帧交换。RTS/CTS 2接入控制 考虑了两类方案：分布接入协议和集中接入协议 。1分布协调功能： DCF子层利用一个简单的载波监听多点接入CSMA算法：如果一个站点有一个MAC帧要发送,它监听媒体。如果

21、媒体空闲,站点可以发送,否则,该站点必须等到当前发送已完成才能发送。为确保此算法起到平滑和公平的作用,DCF包括一套相当于优先级模式的时延,用帧间间隔IFS实现。2点协调功能 PCF是一个在DFC之上实现的替代接入方式。该操作由中央轮询主机的轮询组成。点协调者在发布轮询时使用PIFS。由于PIFS小于DIFS,点协调者能获得媒体,并在发布轮询及接收响应期间,锁住所有的非同步通信。 5。其他标准IEEE 关注的是桥操作。是作为管理范畴更新被提及。对MAC层作了一些修正以改进服务质量并解决了一些安全问题。IEEE 致力于解决在来自多个厂商的接入点之间的互操作能力问题。 处理频谱和功率管理问题。 定

22、义了MAC层的安全和认证机制。定义了无线资源测量,增强了其功能,为较高层提供了无线和网络测量的机制。 IEEE 是一个纠正标准中编辑的和技术问题的工作组正在进行着的活动。 正研究对物理层和MAC层的增强范围,以改进信息流通量。 6。 Wi-Fi保护接入着重三个主要的安全性领域：认证、密钥管理和数据传递的#性。要求使用认证服务器AS并定义了一个更为健壮的认证协议。 第四章一、4.3.4 蓝牙协议体系结构100页蓝牙为分层协议体系结构,它由核心协议、电缆替代协议和控制协议以及接纳协议组成。蓝牙标准文档构成 由核心规范和概要规范两组。1核心规范:描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构

23、的细节。2概要规范:考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术,以实现特定的应用模型。核心协议分成五层协议栈：（1）无线电：确定扩频、跳频的使用和传输功率在内的空中接口细节。（2）基带：考虑微微网中得连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。（3）链路管理协议栈：负责蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。（4）逻辑链路控制和自适应协议：使高层协议适应基带。（5）服务发现协议：询问设备信息、服务与服务特征,是蓝牙间建立连接成为可能。应用模型 大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。本质上,一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要文件定义了支持一特

24、定应用模型的协议和协议特性。蓝牙技术优点 包括：可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；具有很强的移植性,可应用于多种通信场合,如WAP、GSM、DECT等,引入身份识别后可以灵活地实现漫游；低功耗,对人体伤害小；蓝牙集成电路简单,成本低廉,实现容易,易于推广。二、4.5.5 五种类型的逻辑信道109页：（1）链路控制：被用于在链路接口管理分组的通信流。（2）链路管理：参与站点之间传输链路管理信息。（3）用户异步：传送异步的用户数据。（4）用户等时：传送等时术语等时,指已知周期的计时中重发的数据块相同的用户数据。（5）用户同步：传输同步的用户数据。三、4.5.6 信道控制110页：链路建立和

25、维护期间的操作状态方面理解： 维持：默认状态。这是一个低功率状态,只有一个本地时钟在工作。 连接：设备作为主站或从站连接到微微网。七个子状态： 寻呼：设备发起一个寻呼。 寻呼扫描：设备监听自身带DAC的寻呼。 主站响应：作为主站运行的设备受到从站发来的寻呼。 从站响应：作为从站运行的设备受到从站发来的寻呼。 查询：设备发布查询,查找范围内的设备标识。 查询扫描：设备监听查询。 查询响应：一个已发布查询的设备受到的查询响应。第五章一、5.2.3 IEEE802.16d MAC由三个子层组成：特定服务会聚子层,公共安全子层,安全子层。1特定服务会聚子层提供对外部网络的数据进行转换或映射的机制,它包

26、括对来自外部网络的服务数据单元进行分类,并将他们与正确的MAC服务流标识SFID和连接标识CID相关联。2MAC公共安全子层实现MAC层的所有核心功能,包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护。3安全子层提供鉴权、安全密钥交换和加密功能。二 IEEE802.16的物理层可以支持单载波又可以支持多载波,支持多载波即支持OFDM技术。基于单载波的物理层又分为WirelessMANSC和WirelessMANSca两种。WirelessMANSC的操作频段为1066GHz,且为视距操作；而WirelessMANSca的操作频段低于11GHz,为非视距操作。基于多载波的物理层规范则分为Wireles

27、sMANOFDM和WirelessMANOFDMA,两种规范均基于OFDM多载波技术,操作频段均低于11GHz。三、5.6.1 服务类别的定义IEEE802.16协议支持4种服务：1、主动授予服务UGS为周期性、定长分组的固定比特率服务流。UGS服务流的关键QoS参数为：主动授予大小、每间隔授予、推荐授予间隔、可容忍的授予抖动。2、实时查询服务rtPS为周期性、变长分组的实时变比特率服务流,如MPEG视频业务流。rtPS服务流的关键QoS参数为：建议轮询间隔,可容忍的轮询抖动,最小预留业务速率。3、非实时查询服务nrtPS为非周期、变长分组的非实时变化比特率服务流,如高宽带的FTP业务流。nrtPS服务流的关键QoS参数为：建议轮询间隔、最小预留业务速率和业务优先级。4、尽力而为服务BE的特点是不提供完整的可靠性,通常执行一些错误控制和有限重传机制,其稳定性由高层协议来保证。BE服务流的关键QoS参数为：最小预留业务