无线网络技术复习提纲

复习提纲——第一章无线网络概述、分类1复习提纲试分析和比较无线网络和有线网络，可以从传输方式、组网结构等方面进行比较。2有线网络与无线网络的组网方式无论采用哪种传输技术,无线网络的拓扑结构基本上是一样,可归结为两个基本类:无中心拓扑和有中心拓扑根据无线接入点AP的不同功用,可实现不同的组网方式点对点模式基础结构模式多AP模式无线网桥模式无线中继模式Mesh模式3点对点模式无中心拓扑结构,由无线工作站（主机/终端）组成,用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯,该网络无法接入到有线网络中,只能独立使用.无需AP,安全由各个客户端自行维护点对点模式中的一个节点必须能同时”看”到网络中的其他节点,否则就认为网络中断,因此对等网络只能用于少数用户的组网环境,比如4至8个用户.4自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点基础结构模式由无线接入点AP、无线工作站以及分布式系统构成。无线接入AP用于在无线工作站和有线网络之间接收、缓存和转发数据，所有无线通信都经过AP完成，是有中心拓扑结构。AP可连接有线网络，实现无线网络和有线网络的互联5AP因特网分布系统DS基本服务集BSSBSSID多AP模式由多个AP以及连接它们的分布式系统组成的基础架构模式网络相同SSID的无线网络间可以漫游6AP1AAP2AESS扩展服务集SSIDBSSBSS无线网桥模式利用一对无线网桥连接两个有线或者无线局域网网段7WB1AWB2A以太网以太网无线中继模式无线中继器用来在通信路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围8AP1AAP2A以太网以太网WBMesh结构让网络中的每个节点都可以发送和接收信号基站和基站之间的无线互联有多条路径连在一起形成网络，网络有多条路径形成回联如果某一条路径失败，可以切换到另外一条路径上，不会造成网络中断9复习提纲——第二章无线电频谱、特点及可用范围无线电频谱资源的价值微波传输的特殊性扩频技术工作原理、类型、区别天线及其参数、天线方向性信号损伤的多径问题10无线电频谱、特点及可用范围无线电频谱是一种特殊的自然资源无线电频谱资源是有限的无线电频谱资源在一定时间、地区和频域内，可以被设备共享无线电频谱可以被利用但不会被消耗掉，是一种非消耗的资源无线电波有固有的传播特性，它不受行政区域、国家边界的限制无线电频谱资源极易受到污染ITU国际电信联盟给出适宜于无线通信的波长是从长波至微波不等,即3kHz至3000GHz不等。11无线电频谱资源的价值频谱资源是运营商最重要的战略资源之一,其拥有的频谱资源的多少直接决定了其网络能够承载多少用户频谱资源为什么值钱?12电磁波在同一频段的干扰造成了无线电频谱资源的有限性,各种无限制式对有限的频谱资源的争夺造成了它的高价值微波传输的特殊性微波是一种波长很短的无线电波具有类似光的传播特性微波在自由空间只能像光波一样沿直线传播，绕射能力很弱在传播过程中遇到不均匀介质时，将产生折射和反射现象13微波通信地面上进行远距离微波通信需要采用“中继”方式地球是个椭球体，地面是个球面。地面上某点发出的沿直线传播的微波射束，经过一定地段后，就会离开地平线而逐渐射向远方空间。因此，在地平线以远的地点自然就接收不到微波信号了。无线电波在空间传播过程中，能量要受到损耗。频率越高，衰减越大。微波射束的能量，经过一定地段损耗后，将大为减少14微波通信欲实现地面上A、B两地间的远距离微波通信，也必须采用“接力”方式，逐段收发放大，最终到达远距离收信端。15微波通信“接力”就是“中继”。微波中继通信也叫微波接力通信例如，为了实现北京至上海之间的微波通信，必须在北京和上海之间设置若干个中间接力站，每个中间接力站把上一站发来的微波信号接收下来，放大等处理后，转发到下一站，如此一站接续一站，最终到达上海(或北京)收信端16扩频技术工作原理、类型、区别复用与扩频技术的直观印象17扩频技术扩频原始信号和比它速率高得多的扩频序列相乘，从而延展它的频带18跳频扩频19跳频技术如何实现频谱扩展每一跳频驻留时间的瞬时所占的信道带宽是窄带频谱依照跳频图案随时间的变化，这些瞬时窄带频谱在一个很宽的频带内跳变，形成一个跳频带宽。由于跳频速率很快，从而在宏观上实现了频谱的扩展。2021直接序列扩频直接序列扩频(DirectSequenceSS，DSSS)用具有高码率的扩频码序列在发送方直接扩展信号频谱，而接收方则用相同扩频码序列进行解扩，即把拓宽的扩频信号还原成原始信息。DSSS中，原始信号中的每一位在传输信号中以多位表示，即使用扩展编码。例如说在发射端将“1”用11000100110，而将“0”用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成“1”是00110010110就恢复成“0”，这就是解扩。扩展编码能将信号扩展至更宽的频带范围上，该频带范围与使用位数成正比。

直接序列扩频原理22一个周期直接序列扩频原理23扩频的应用扩频码如何区分手机1与手机2的信号？24扩频的应用手机2接收端的解扩码为W2解扩后信号变成了低频信号，只应有两个码元同一个码元内高低电平的变化会进行积分，积分的值才是最终值25什么是天线？把从导线上传下来的电流信号做为无线电波发射到空间收集无线电波并产生电信号26天线参数解析天线参数方向性：辐射的方向增益：集中辐射的能力波束宽度：描述辐射方向与抗干扰能力极化：调整振子方向以提高增益27天线参数——方向性发射器设备通过发射天线向空间发射电磁波，是有方向性的发射天线的作用就是将电磁能量会聚到一个很窄的方向上发射出去，形成一个电磁波束，天线的指向就是波束指向。如果天线转到某个方向上时，发现了目标回波，那么天线所指的方向就是目标所在的方向。

28天线的方向性天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性根据方向性的不同，天线有全向和定向两种全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束全向天线会向四面八方发射信号，前后左右都可以接受到信号，定向天线就好像在天线后面罩一个碗壮的反射面，信号只能向前面传递，射向后面的信号被反射面挡住并反射到前方，加强了前面的信号强度29天线的方向性广播电视发射天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益，见图(a)；对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，见图(b)；对搜索雷达、警戒雷达天线则要求天线方向图为扇形波束，见图(c)等。30信号损伤多径：在发送器和接收器之间产生了不止一条，而是许多条不同的路径。3132复习提纲——第三章无线局域网定义、标准和组成IEEE802.11MAC设计目标可靠数据传送访问接入控制、CSMA/CA原理33无线局域网定义、标准和组成WLAN的基本元素——BSS

BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（BasicServiceSet）BSS是802.11网络的基本结构Stations(STA)：任何的无线终端设备。34DS（DistributionSystem）：连接多个BSS网络及有线网络BSS2APBSS1APDS无线局域网的组成基本元素——DSAP1SSID＝“marketing”SSID：ServiceSetID服务集识别码STASTASTA无线局域网的组成ESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)DS无线局域网的组成ESS（ExtendedServiceSet）是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。AP1AP2BSSID1<->SSIDSSID＝“marketing”SSID＝“marketing”ESSBSSID1<->SSIDSSID是一个ESS的网络标识BSSID是一个BSS的标识1208E1208E无线局域网的组成38IEEE802.11MAC设计目标IEEE802.11MAC39可靠数据传送IEEE802.11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(ACK)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靠性，可以使用四帧交换。（RTS/CTS）40隐终端(Hiddenterminal)效应侦听到信道“闲”可能结果不正确，由于：(a)隐蔽站问题----在发送方侦听不到:A,C不能互相听到，中间有障碍物、信号衰减，A、C于是都发给B，B处此时会产生冲突。(b)信号强度衰减问题----C在发送，由于信号传输衰减，传到A处时，A听不到，A以为听到信道闲，也发，接收站B处此时产生冲突。

隐终端是指在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端。LocationSignalstrengthABC41暴露终端(Exposedterminal)效应当节点B向节点A发送数据时，节点C也希望向节点D发送数据。节点C侦听信道，它将听到节点B正在发送数据，于是错误地认为它此时不能向节点D发送数据，但实际上它的发送不会影响节点A的数据接收，这就导致节点C所谓暴露终端问题的出现。暴露终端是指在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端。ABCD42隐终端问题解决方式节点A欲发送一数据包给节点B,首先A发送一RTS给B;B发送CTS;A收到CTS后发送数据;C监听到CTS，知道有节点在发送数据，A和B数据传输时间C不会发数据包。

43暴露终端问题解决方式1、发送者发送RTS。2、接收者返回CTS。3、邻居节点：如果收到CTS（信道busy）则保持安静，不能传输数据。如果只收到RTS而没收到CTS,可以传输数据。

44接入控制无线接入过程45STA(工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据幀前，要经过三个阶段才能接入:(1)扫描(SCAN)(2)认证(Authentication)(3)关联(Association)

无线接入第一阶段:扫描（SCAN)阶段若无线站点STA设成Ad-hoc模式：STA先寻找是否已有BSS（与STA所属相同的SSID）存在，如有，则参加（join）；若无,则会自己创建一个BSS，等其他站来join。若无线站点STA设成Infrastructure模式：1、主动扫描方式（特点：能迅速找到） STA依次在11个信道发出ProbeRequest帧，寻找与STA所属有相同SSID的AP，若找不到有相同SSID的AP，则一直扫描下去…2、被动扫描方式（特点：找到时间较长，但STA节电）STA被动等待AP每隔一段时间定时送出的Beacon信标幀，该帧提供了AP及所在BSS相关信息：“我在这里”…接入控制46

无线接入第二阶段:认证（Authentication）阶段当STA找到与其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根据收到的AP信号强度，选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。802.11提供几种认证方法，有简单有复杂，如采用802.1x/EAP认证方法时大致为：

STA向AP发送认证请求AP向认证服务器发送请求信息要求验证STA的身份认证服务器认证完毕后向AP返回相应信息如果STA身份不符，AP向STA返回错误信息如果STA身份相符，AP向STA返回认证响应信息

接入控制47

无线接入第三阶段:关联（Association）阶段当AP向STA返回认证响应信息、身份认证获得通过后，进入关联阶段。STA向AP发送关联请求AP向STA返回关联响应至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，可以开始向AP传送数据幀。接入控制48无线接入过程示意图AuthenticationServerAPSTAProbeRequestProbeResponse●●●ProbeRequestProbeResponseSSID比较AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse扫描认证关联Y49MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。接入控制50分布协调功能DCF----争用服务（必选项）(DistributedCoordinationFunction) DCF在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此DCF向上提供争用服务。

点协调功能

PCF----无争用服务（可选项）

(PointCoordinationFunction) PCF使用AP集中控制的接入算法将发送数据权轮流交给各个站从而避免了冲突的产生接入控制51CSMA/CACSMA/CA+ACK接收方在CRC正确时立即返回ACK没有接收到ACK则在随机退让时间后重传数据帧52CSMA/CA问题53当网络负载大时竞争窗口越小，站点选择的随机值越接近导致太多冲突当网络负载轻时竞争窗口越大，站点等待时间越长

导致不必要的延迟IEEE802.11优化技术Q：无线站点监听时如何判定信道“忙”？A：802.11标准规定在物理层的空中接口进行载波监听，通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值来判定是否有其他的无线站点在信道上发送数据。CSMA的基础是载波监听虚拟载波侦听VCS物理载波侦听PCS网卡在发送数据时首先对通信介质上的载波进行监听。如果发现信号强度超过一定阈值（出现载波）则认为其他站点正在传送信息，继续监听。54虚拟载波监听虚拟载波监听(VirtualCarrierSense)源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其MAC帧首部字段“持续时间”中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据,这样大大减少了冲突的机会。“虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送幀中的“持续时间”才不发送数据，这种效果好像是其他站都监听了信道。当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量NAV(NetworkAllocationVector)，NAV指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。55IEEE802.11优化技术Q：当一个节点的位置发生改变后，如何进行通信？A：使用移动IP机制，1）不必改变地址就可以实现不间断的通信；2）不必采用主机路由，不会造成路由表的膨胀等问题；3）可以在多种媒介之间提供移动功能；4）可以实现任意大范围内对移动性的支持。移动IPv4工作原理移动检测使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理移动检测使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理①代理公告转交地址配置使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理①代理公告使用外地代理转交地址绑定注册使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理②注册请求②注册请求③注册应答③注册应答处理注册请求和应答接收/发送分组使用外地代理转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理代理ARP和免费ARP隧道IP头标IP数据IP头标IP数据IP头标家乡代理处IP-in-IP封装外地代理处IP-in-IP解封装源：家乡代理地址目的：外地代理地址分组分组分组分组知道移动节点的家乡地址移动检测使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理移动检测使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理①代理公告转交地址配置使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理①代理公告通过DHCP等方式获取配置转交地址绑定注册使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理②注册请求③注册应答注册过程与外地代理无关接收/发送分组使用配置转交地址家乡代理通信对端移动节点外地代理代理ARP和免费ARP隧道分组分组分组IP头标IP数据IP头标IP数据IP头标家乡代理处IP-in-IP封装移动节点处IP-in-IP解封装源：家乡代理地址目的：配置转交地址三角路由问题通过家乡地址来唯一标识移动节点，使得通信对端不需要知道移动节点的位置信息移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址,使得移动对于通信对端以及IP层以上的应用是透明的,但是同时也带来了三角路由问题移动节点直接向通信对端发送分组到移动节点的分组通过家乡代理转发家乡代理通信对端移动节点外地代理此外，还存在入口过滤问题:当移动到外地时，防火墙可能过滤源地址为移动节点家乡地址的分组三角路由问题移动IPv6基本工作过程移动检测和地址自动配置家乡代理通信对端移动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoA移动检测和地址自动配置家乡代理通信对端移动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoA①路由器公告无状态地址自动配置生成CoA到家乡代理绑定注册家乡代理通信对端移动节点接入路由器家乡地址：HoA转交地址：CoA绑定更新(BindingUpdate)绑定应答(BindingAck)绑定缓存HoA<->CoA绑定注册过程不需要接入路由器参与和通信对端通信过程：不支持任何移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点IPv6-in-IPv6隧道IP头标IP数据IP头标IP数据IP头标家乡代理处

IPv6-in-IPv6封装移动节点处IPv6-in-IPv6解封装源：家乡代理地址目的：CoAIP头标IP数据IP头标IP数据IP头标移动节点处

IPv6-in-IPv6封装家乡代理处IPv6-in-IPv6解封装源：CoA目的：家乡代理地址家乡地址：HoA转交地址：CoA分组分组分组分组这种通信模式也称为双向隧道模式代理邻机发现知道家乡地址和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点绑定缓存HoA<->CoA家乡地址：HoA转交地址：CoA绑定更新绑定更新列表通信对端IPv6地址这种通信模式也称为路由优化模式和通信对端通信过程：支持移动IPv6功能家乡代理通信对端移动节点家乡地址：HoA转交地址：CoA分组分组绑定更新列表通信对端IPv6地址绑定缓存HoA<->CoA这种通信模式也称为路由优化模式使用转交地址移动IPv6的优势克服三角路由的问题，提高了效率；充足的地址空间，可以保证地址的唯一性良好的安全特性。复习提纲——第四章无线广域网概述GSM网络部署结构、关键技术WCDMA网络部署结构、关键技术75无线广域网76无线广域网77无线广域网图1和图2：各种技术标准的数据传输速率与移动速度、覆盖范围之间的关系。3G可以提供广覆盖、高移动性和中等数据传输速率；MBWA可以提供广覆盖、高移动性和高数据传输速率；WiMAX可以提供城域覆盖和高数据传输速率；WiFi可以提供热点覆盖、低移动性和高数据传输速率；WPAN可以提供超近距离的无线高速率连接；WiFi、WiMAX、MBWA和3G是互补的；竞争关系&共存关系。78IEEE802.20技术标准提供高速率数据传输MIMO技术支持高速移动降低多径引发的衰落OFDM支持高速移动切换79OFDM的基本过程将高速的串行信号通过串并转换变成了低速的并行信号将N列并行信号调制到N个正交的子载波中IEEE802.20协议纯IP架构移动终端是IP主机;而基站也是所谓的“IP基站”,它扮演着类似于有线接入网络中的接入路由器的角色。IP基站一方面利用空中接口与移动终端相连接,另一方面通过有线链路与移动核心IP网络相连。从有线链路这一侧看,IP基站与普通的接入路由器没有本质区别。80GSM（全球移动通信系统GlobalSystemforMobileCommunication）81GSM的时隙与TDMA帧频域200kHz时域0.577ms7个时隙（1~7号时隙）用来承载业务，1个时隙（0号时隙）管理控制系统82WCDMA（宽带码分多址WidebandCodeDivisionMultipleAccess）83WCDMA的技术WCDMA相对GSM，空中接口的变革GSMWCDMA空中接口FDMA、TDMACDMAGSM25MHz切成200kHz时间切成8块WCDMA扩频码区别用户正交扩频因子OVSF当一个用户选取扩频码时，只要这个扩频码的上一级码树上没有码子被占用，下一级也没有码子被占用就可以使用84复习提纲——第五章移动Adhoc网络的定义MANET体系结构MANET路由协议8586Adhoc网络体系结构单机单天线单机多天线(Transceiver)87Adhoc网络体系结构（续）Adhoc网络体系结构（续）8889平面结构的优缺点优点简单所有节点能力相同健壮性（鲁棒性）只要存在路径就能通信相对安全节点覆盖范围较小缺点路由开销大可扩展性差90层次结构的优缺点优点簇的普通成员(regularmember)功能简单路由信息本地化易于节点定位可扩展性好缺点簇头需要(动态)选择所有数据传输都通过簇头簇头是性能瓶颈耗电量大、负载重91MANET路由协议分类平面路由无需建立具有特殊簇头功能节点的层次结构；不划分区域以及所谓的区内/外不同路由所有的节点在路由机制中地位平等寻址方式是平面的层次路由节点功能不同寻址方式是分层进行的地理信息辅助路由利用地理信息进行路由选择根据节点的地理位置信息进行转发9293按需（on-demand）路由反应式（reactive）路由在源端需要时候通过路由发现过程来确定路由控制信息采用泛洪方式路由发现延迟大路由开销低两种实现技术源路由（报文头携带完整的路由信息）逐跳(hop-by-hop)路由典型协议：DSR、AODV94表驱动（tabledriven）路由协议先应式（proactive）路由传统的分布式最短路径路由协议链路状态或者距离向量协议所有节点连续更新“可达”信息每个节点维护到网络中所有节点的路由所有路由都已经存在并且随时可用无初始路由请求延迟协议开销非常高典型协议——DSDV复习提纲——第六章无线传感器网络与传统无线网络的区别无线传感器网络的节点结构、网络体系结构无线传感器网络的数据分发过程、定向扩散协议95无线传感器网络的特点

易于部署

随机部署在感兴趣的地方而无需事先规划

降低安装成本和增加部署灵活性

范围扩展

许多分布的小型无线传感器覆盖的范围超过一个有线

传感器的覆盖范围

容错能力

单个传感节点的故障不会影响网络的性能（临近节点

感测的数据类似）

移动性

节点可进行重新分布以便分布均匀（相对ad

hoc节点

的移动速度慢）969798节点结构数据采集模块传感器ADC微处理器存储器数据及信号处理模块基带处理射频模块无线射频模块电源模块图3-节点硬件结构示意图99BS层次体系特点由一个强大的基站和围着它的一系列传感节点组成与跳数相同的节点位于同一层次2-hop

layer1-hop

layer层次网络结构

3-hop

layer100分簇网络结构

分簇体系特点

传感节点组成一个cluster

每个cluster由一个head控制

每个节点与各自head交换信息

Head与BS交换信息

BS与有线网络连接headheadhead任何消息发送到BS至多2跳101Source