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1、无线网络总结 第1章 绪论1 1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHANET，可以算是相当早期的无线局域网络(WLAN)，标志着无线网络的诞生。2从无线网络覆盖范围看分成3大类 系统内部互连/无线个域网 无线局域网（主要采用的是IEEE802.11标准） 无线城域网/广域网3 无线局域网可以分为两大类：一，有固定基础设施的：802.11WLAN。特点：802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集（basic service set，BBS）一个基本服务集包括一个基站和若干移动站，所有的站在本BBS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信

2、时都必须通过本BSS基站。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围个基本服务区（basic service area，BBA），基本服务区BSA和 无线通信的蜂窝小区相似，在无线局域网中基本服务区BSA的范围可以有几十米直径。二，无固定基础设施的：自组织网络/移动Ad hoc网络（移动分组无线网络）特点：这种自组网络没有基本服务集中的接入点AP，而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。4 每一层对等实体采用协议进行通信。下层通过层间接口为上层提供服务。分层和协议的集合就是网络的体系结构。 5 从通信的角度看各层所提供的服务可以分为两类：面向连接的和无连接的面向连接的特点：连接就是

3、两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段，是一种可靠的服务。 无连接服务特点：两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接。是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”6 协议参考模型：OSI模型和TCP/IP模型OSI模型：法定标准，无人遵守。 TCP/IP模型 ：事实标准，全球遵守共同点：两者都是以协议栈的概念为基础并且协议栈的协议皮此相互独立两个模型中各个层的功能也大体相似不同点：O SI有7层，而TCP/IP只有4层都有网络层，传输层和应用层。OSI有三个概念是它的核心

4、：服务，接口，协议。而TCP/IP没有明确区分这三者的差异。因此OSI模型中的协议比TCP/IP模型中的协议具有更好的隐蔽性。OSI 模网络层同时支持无连接和面向连接的通信，而传输层只支持面向连接的通信，这是由传输服务对用户是可见的特点决定。TCP/IP模型网络层只支持无连接通信但在传输层上同时支持两种通信模式，可以给用户一个选择的机会。无线网络的协议模型：无线网络的协议模型也是基于分层体系结构的不同类型的无线网络所重点关注的协议层次是不一样的。无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存在路由的问题，所以它们没有制定网络层的协议，主要采用传统的网络层的IP协议。无线网络存在共享访问介质的问题，

5、所以和传统有线局域网一样，MAC协议是所有无线网络协议的重点 。第二章 无线传输技术基础1，传输媒体是指数据传输系统中发送器和接受器之间的物理路径。分为两类：导向的和非导向的。对导向媒体而言，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。对于非导向媒体，发送和接收都是通过天线实现的。 无线网络的介质是什么？ 在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信就是无线传输。 地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道。 大气和外层空间，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(wireless transmission)。 无线传输所使用的频段很广

6、，人们现在已经利用了好几个波段进行通信。紫外线和更高的波段目前还不能用于通信。无线通信的方法有无线电波、微波、蓝牙和红外线。 2，数据的传输特性以及传输质量取决于传输媒体的性质和传输信号的特性。3，无线传输有两个构造类型：定向的和全向的。在定向结构中发送天线将电磁波聚集成波束后发射出去，发射和接收天线线必须精确校准。在全向的情况下发射信号沿所有方向传输出去。4，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。 5，微波传输的主要损耗来源于衰减，干扰也可以是微波产生损失。微波(以及无线电广播频段)的损耗公式（微波的损耗随距离的平方而变化

7、） d表示距离，表示波长其单位是一样的 单位是分贝(dB)描述6，理想辐射模型：7，天线增益天线增益(antenna gain)是天线定向性的度量。与由理论的全向天线(各向同性天线)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： G：天线增益 Ae：有效面积 f：载波频率 ：光速 3108m/s ：载波波长C=f 分贝(dB)描述8，直线传输系统中损伤的类别： 衰减和衰减失真(attenuation and attenuation distortion) 自由空间损耗(free space loss) 噪声(noise) 大气吸收(atmosph

8、eric absorption) 多径(multi path) 折射(refraction) 9，10，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。 平面衰退(flat fading)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。 选择性衰退(selective fading)无线电信号的不同光谱成分的影响是不相等的。 11，扩频技术：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(frequency hopping spread spectrum，FHSS)：在固定间隔里从一个频率跳到另一个频

9、率。更新的一种技术是直接序列(direct sequence spread spectrum，DSSS)：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(spreading code)。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。码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)是一种基于DSSS的具有扩频功能的多路技术。 第三章 无线局域网（WLAN）1，无线局域网两个典型的标准：IEEE802.11系列标准 HiperLAN系列标准2，隐藏终端，暴露终端，插入终端影响系统的可靠性。3，FCC（美国联邦通信委员

10、会）为无线局域网系统分配了两种频段：专用频段：避开了比较拥挤的用于蜂窝电话和个人通信服务的1-2GHz的频段，采用了更高的频段。免费许可的频段：ISM 2.4GHz U-NII5.4GHz4，无线局域网的分类：按频段分：专用频段和自由频段不需要执照的自由频段主要分为红外和主要2.4GHz和5GHz频段的无线电两种。按业务类型：面向连接的业务和面向非连接的业务面向连接的业务主要是为了传输语音等实时性较强的业务技术：TDMA（时分多址）和ATM（异步时分复用Asynchronous Transfer Mode,）主要标准：HiperLAN2和BlueTooth蓝牙面向非连接的主要用于高速数据传输技

11、术：基于分组和Ip的技术标准：IEEE802.11.x5，无线局域网的物理结构：站（station，STA），基站（Base Station，BS）无线介质（wireless medium，WM），接入点（access point，AP）分布式系统（distribution system，DS）站(点)也称主机(Host)或终端(Terminal)，是无线局域网的最基本组成单元,网络是进行数据传输的，人们把连接在无线局域网中的设备称为站，站在无线局域网中成为客户端，它是具有无线网络接口的计算设备包括以下几部分： (1)终端用户设备(2)无线网络接口 (3)网络软件无线局域网中站之间可以直接通信

12、也可以通过基站或接入点进行通信。把无线局域网所能覆盖的区域称为服务区域（service area，SA）把由无线局域网中移动的无线收发机及地理环境所确定的通信覆盖区域称为基本服务区，也常称为小区（cell）它是构成无线局域网的最小单元在一个BSA内彼此之间相互联系，相互通信的一组主机组成了一个基本业务组（basic service set，BSS），BSS不可能太大，通常在100米以内。无线接入点类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。是一种特殊的站，通常处于BSA的中心，固定不动。AP的功能：(1)作为接入点，完成其他非AP的站对分布式系统的接入访问和同一BSS中的不同站间的通信联

13、结。 (2)作为无线网络和分布式系统的桥接点完成无线局域网与分布式系统间的桥接功能。 (3)作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理。 6，无线局域网的拓扑结构： 从物理拓扑分类看:单区网SCN和多区网MCN 从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、环型 从控制方式方面来看:无中心分布式（自组织网络）、有中心集中控制式 从与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立WLAN 7，BSS是无线局域网的基本构造模块，两种几本拓扑结构或组网方式：分布对等式拓扑和基础结构集中式拓扑单个BSS称为单区网。多个BSS通过DS互联构成多区网。分布对等式拓扑：分布对等式网络是一种独立的(Indep

14、endent) BSS(IBSS)，它至少有两个站。是一种典型的、以自发方式构成的单区网，该工作模式被称作特别网络或自组织网络(Ad Hoc Network)。对于IBSS注意：一是IBSS是单区网但单区网比ing不一定是IBSS。二，IBSS不能接入DS；基础结构集中式拓扑：在一个基础结构中如果一个站想要和同一BSS内的另一个站通信必须经过源站到AP和AP到宿站的两跳过程并由AP进行转接。8，IEEE 802.11a使用通用网络信息基础结构（universal networking information infrastructure，UNII）的频带。UNII-1频段(5.155.25GH

15、z)用于室内；UNII-2频段(5.255.35GHz)用于室内或者室外；UNII-3频段(5.7255.825GHz)用于室外9，IEEE 802.11使用帧交换协议实现可靠传输。四帧交换：源站点首先向目的站点发布一个请求发送帧（request to send，RTS）目的站点用一个清除发送帧（clear to send，CTS）响应收到CTR之后源站点发送数据帧而目的站点以一个ACK响应10，IEEE 802.11i定义了MAC层的安全和认证机制。该标准致力于解决有线等效加密机制中安全性的缺陷问题。IEEE 802.11i着重三个主要的安全性领域：认证、密钥管理和数据传递的保密性。首先，在

16、移动站点和之间的一次交换是双方在将要使用的安全能力集合上达到一致。接下来涉及AP和移动站点之间的一次交换提供了安全认证。AS负责向AP分发密钥，AP在依次向移动站点管理和分发密钥。在移动站点和之间的数据采用强加密 来保护数据的传递。 第四章无线个域网（WPAN）1，无线个域网的标准：IEEE 802.15标准。IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区域网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准。 2，无线个域网的技术：蓝牙(Blue Tooth) IrDA HomeRF UWB Zigbee 3，802.15.1是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无线通信规范的一个正式标

17、准。4，蓝牙技术是一种支持点对点，点对多点语音和数据业务的短距离无线通信技术。 蓝牙最基本的网络结构是微微网piconet。一个微微网中的从设备单元最多可以有7个。5，Zigbee的基础是IEEE802.15.46，蓝牙协议体系结构 (1)无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式和传输功率在内的空中接口细节。 (2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。 (3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。这包括诸如认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因

18、素。 (4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。L2CAP提供无连接和面向连接服务。 (5)服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。6，蓝牙是基带通讯，蓝牙无线电采用的是时分复用（time division duplex，TDD）规则。蓝牙最基本的网络结构微微网主从设备之间建立两类链路：面相同步连接，异步无连接7，与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同，L

19、2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一个链路层协议。 L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路。 L2CAP三种类型的逻辑信道： (1)无连接(connectionless)：支持无连接服务。每个信道是单向的，该信道类型一般用于主站向多个从站广播。 (2)面向连接(connection-oriented)：支持面向连接的服务。每个信道是双向的(全双工)。 每个方向中定义一个服务质量(quality of service，QoS)的流规范。 (3)信令(signaling)：提

20、供L2CAP实体间信令报文的交换。信道标示符（channel identifier，CID）与每个逻辑信道相关联。在信道的每一端面向连接的信道都被指定一个唯一的CID，以标识此连接，并将它与每端的L2CAP用户相关联。无连接信道由一个值为2的CID标识，信令信道由一个值为1的CID标识。在主站与任一从站间，只存在一条无连接信道和一条信令信道，但可能存在多条面向连接信道。 第五章无线城域网1，无线城域网技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来 IEEE 802局域网(LAN)/城域网(MAN)成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入标准。 IEEE 802.16又称为IEEE WMAN空中

21、接口标准，是适用于2-66GHz频段的空中接口规范。 IEEE 802.16.1负责制定频率范围在1066GHz的无线接口标准 IEEE 802.16.2负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准 IEEE 802.16.3负责制定频率范围在211GHz之间无线接口标准 WiMAX论坛成立，在全球范围内推广802.16协议。2，IEEE 802.16d是目前所有标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个版本。IEEE 802.16协议中定义了两种网络结构：点到多点(PMP)结构和网格(Mesh)结构。 网络拓扑结构点对多点结构即一个基站为多个用户站提供服务，从基站单用户站的链路称为下行链路，从用户站到

22、基站的链路称为上行链路，业务仅在用户站和基站之间传递。网格结构和点对多点结构最大的不同在网格结构中业务可以通过其他用户站转发，也就是说网格结构中业务可以不通过基站直接在用户站之间传递3，802.16d的协议栈模型MAC层由3个子层组成，特定服务汇聚子层，公共部分子层，安全子层。特定服务汇聚子层CS：提供了对来自外部网络的数据进行转换或映射的机制，包括对来自外部网络的服务数据单元SDU进行分类，并将它们与正确的MAC服务流标识（SFID和连接标识（CID）相关联。为了与各种不同的外部网络接口，协议定义了多种CS层规范。MAC公共部分子层（SPS）：实现MAC层的所有核心功能，包括系统接入，带宽接

23、入，连接建立和连接维护。安全子层：提供鉴权，安全密钥交换和加密功能。 第六章无线广域网1，无线广域网(WWAN)是指覆盖全国或全球范围内的无线网络，提供更大范围内的无线接入，与无线个域网、无线局域网和无线城域网相比，它更加强调的是快速移动性。典型的无线广域网的例子就是GSM移动通信系统和卫星通信系统。目前全球的无线广域网主要采用两大技术分别是GSM及CDMA技术，预计将来这两套技术仍将以平行的步调发展，逐步向3G、超3G技术过渡，可以达到384k2Mbps2，无线广域网网络标准还不是很成熟，专门从事无线广域网移动宽带无线接入技术标准制定的工作组是802.20 。IEEE802.20技术即移动宽

24、带无线接入技术（mobile broadband wireless access，MBWA）也被称为Mobile-Fi 第七章移动Ad Hoc网络1，移动Ad Hoc网络由一组无线移动节点组成，是一种不需要依靠现有固定通信网络基础设施的、能够迅速展开使用的网络体系，所需人工干预最少，是没有任何中心实体、自组织、自愈的网络。各个网络节点相互协作、通过无线链路进行通信、交换信息，实现信息和服务的共享。网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络，而常常不需要事先示警或通知，而且不会破坏网络中其他节点的通信。移动Ad Hoc网络节点可以快速的移动，必须即作为路由器又作为主机，能够通过数据分组的发

25、送和接受而进行无线通信。因此，网络节点在网络中的位置是快速变化的，缺少通信链路的情况也经常发生。2，GloMo计划的研究目标是支持无线装置之间随时随地的以太网类多媒体连接，解决移动Ad Hoc网络的M （移动（mobile），多跳（multihop），多媒体（multimedia）问题3，Ad Ho cMAC协议分类：移动Ad Hoc网络的媒介访问控制协议大致包括3类：三类协议区别：各自的信道访问策略不同竞争协议(Contention Protocol)分配协议(Allocation Protocol )竞争协议和分配协议的组合协议(也称混合协议(Hybrid Protocol)。 竞争协议使

26、用直接竞争来决定信道访问权，并且通过随机重传来解决碰撞问题。 特点：使用异步通信模式。 性能：协议简单，在低传输载荷条件下运行良好（碰撞次数少，信道利用率高，分组传输时延小）。 但：不适用于传输载荷大的情况，会导致协议性能下降，碰撞次数增多分配协议使用通不通信模式，采用某种传输时间安排算法将时隙映射为节点。这种映射导致一个发送时间安排决定了一个节点在其特定的时隙内允许访问信道。时隙可以是静态分配也可以是动态分配从而可以得到固定长度的传输时间安排、可变长度的传输时间安排。 特点：往往等到中等到繁重传输载荷条件下运行良好，只有在这种情况下才可能利用所有的时隙。缺点：轻传输载荷的条件下不利，因为人为

27、时隙化信道而引入时延，结果分配协议的时延相对于竞争协议是非常大的。混合协议可以被描述为两种或着更多协议的组合，这里的混合局限于竞争协议和分配协议特点：在传输载荷重时表现为分配协议的性能，在传输载荷轻时表现出竞争协议的性能。4，根据使用的碰撞回避机制，竞争协议可以分为无碰撞回避机制和有碰撞回避机制。 （1ALOHA协议(2载波侦听多址访问协议(CSMA) 异步随机访问协议 存在“隐含终端”问题(3基于控制分组握手的访问控制协议(1)多址访问与碰撞回避(MACA)协议(2)MACAW协议(3)FAMA协议(4)IEEE 802.11 MAC协议(5)MACA-BI协议多址访问和碰撞回避（multi

28、ple access with collision avoidance，MACA）协议解决了隐藏终端和暴露终端的问题特点：使用控制分组握手诊断来减轻隐含终端干扰并使显现的终端个数最少，采用了两种固定长度的段分组，即请求发送（request to send，RTS）和允许发送（clear to send，CTS）。和802.11可靠传输协议的区别：802.11是通过四帧交换达到可靠传输的，而当节点RTS后会警告所有位于源点接受范围内的站点一个交换正在进行，为避免同时发送帧产生冲突， 这些站点抑制帧的发送。同样，CTS警告警告所有位于目的帧接受范围内的站点。而在MACA中A首先发送一个RST分组其

29、中包括将要发送数据的长度，B接收到RST分组并且不再退避之中就立即应答一个CTS分组包括将要发送数据的长度。旁听RST分组的任何节点推迟其全部发送，直到有关CRT的分组完成为止。旁听CRT分组的任何节点推迟其发送推迟时间等于预定数据发送时间。5，分配类协议 1.时分多址访问协议(TDMA) 2.五步预留协议(FPRP) 3.跳频预留多址访问协议(HRMA)时分多址访问协议(TDMA)：根据时隙的分配策略可以分为两类：动态TDMA和静态TDMA实现：TDMA协议按照网络中最大节点数量来做出其时间安排，对于一个有N个节点的网络TDMA协议使用的帧长度为N个时隙，每个节点分得一个唯一的一个时隙。优点

30、：因为在每帧中每个节点能够唯一的一次访问一个时隙所以对于任何类型的分组都不存在碰撞的威胁。缺点：信道访问时延受帧长的限制，由于系统规模和帧长之间的等价性，典型的TDMA协议在大型的网络系统中扩展性差。6，混合类协议 1.混合时分多址访问协议(HTDMA) 2.TDMA和CSMA的混合协议 3.ADAPT协议 4.ABROAD协议 5.AGENT协议 6.Meta-协议混合时分多址访问协议(HTDMA)由竞争协议中的载波侦听多址访问与碰撞回避CSMA/CA协议，虚拟载波侦听RTS/CTS协议和分配协议（TDMA）的混合协议。特点：是一种动态、按需分配的媒介访问控制协议HTDMA协议的信道由两个组

31、成部分组成：竞争时段，该协议在该时段竞争所需时隙和更新传输时间安排；用户信息时段，在该时段内传输用户 数据。这两个时段交替工作。优点： 通过RTS和CTS的交互使每个节点了解到相邻节点的时隙使用状态从而避免了ad hoc网络中的“隐含终端”和“显现终端”的问题； 通过竞争手段合理利用每个时隙，克服了传统的固定TDMA中的资源浪费问题 通过采用划分时隙的方法充分利用了带宽更有利于数据、话音的同时传输从工程的角度讲克服了802.11中接收到RTS/CTS后对于退避时间的大量复杂计算，利于实现ADAPT协议 解决隐藏节点干扰问题：将基于载波监听多址访问协议CSMA和碰撞回避握手的竞争协议综合到时分多址访问协议TDMA分配协议中。(CSMA+碰撞回避+TDMA)7, 根据网络节点获取路由信息的方法来对移动Ad Hoc网络的路由算法进行分类 表格驱动类路由协议(又称主动式路由协议) 源节点初始化按