无线网络重点总结

第一章“三网”融合：计算机网络、电信网络、广播电视网络无线网络分类（从覆盖范围）

无线个域网(WPAN)无线局域网(WLAN)无线城域网(WMAN)卫星网络【堪称最大的无线广域网WWAN】基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBee技术等)电信领域中的标准化组织ITUISO/IEC网络和通信领域的权威组织 IEEE和IEEE802委员会ISOC/IAB/IETFACM3GPP有线网络和无线网络的区别有线网络中，当发送方检测到丢包时，会判断为网络拥塞，降低发送速率，而无线网络中当发送方检测到数据丢包时，发送方应尽力重发。第二章联邦通信委员会FCC

ISM(工业科学医疗)频段，即2.4~2.4835GHz主要开放给这三类机构使用，该频段是依据FCC的定义无线传输介质传输介质可分导向和非导向两类⑴导向传输介质用于有线通信，包括双绞线、同轴电缆(粗缆和细缆)、光纤等。⑵无线通信和无线网络则使用非导向传输介质，包括无线电、微波、红外线、毫米波、光波等。无线通信的主要方式包括无线电波、微波、红外线通信损耗：衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径、折射等卫星通信中自由空间损耗是主要的传播损耗。蓝牙用在10m范围内构建ad-hocPAN的射频通信标准。网络仿真工具：OPENT【大型复杂网络】、NS2【多种网络】、MATLAB【数据计算和图像处理】解决损耗：天线增益跳频扩频(FHSS)是用一定的扩频码序列进行选择的多频率频移键控调制，使载波频率不断跳变。发送方用看似随机的无线电频率序列广播信息，并在固定间隔里从一频率跳至另一频率。接收方接收消息时，也同步跳转频率。直接序列扩频(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。第三章WLAN两个典型标准IEEE802.11：IEEE802.11工作组提出，包括多个子标准如目前常见的IEEE802.11g/n等。

IEEE802.11g工作于2.4GHz，

IEEE802.11n进一步使用MIMO和OFDM等，

WiFi是IEEE802.11的商业名称。HiperLAN：采用移动通信广泛使用的高斯最小频移键控调制。无线局域网的组成结构及功能站：也称主机或终端，是无线局域网的最基本组成单元，一般作为客户端，是具有无线网络接口的计算机设备。无线介质(WM)：无线局域网中站与站之间、站与接入点之间通信的传输介质无线接入点(基站)(AP)：作为接入点，完成其他非AP的站对分DS的接入访问和同一BSS中不同站间的通信联结作为无线网络和分布式系统的桥接点完成WLAN与DS间的桥接功能。作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理。分布式系统(DS)：把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个扩展业务区ESA，通过DS互相连接起来的属于同一个ESA的所有主机组成一个扩展业务组ESS。无线局域网的拓扑结构分布对等式拓扑(IBSS)和基础架构集中式拓扑(基础架构BSS)分布对等式拓扑（IBSS）优：不需要预先计划，可按需随时构建；典型的自治方式单区网，不需依赖AP，任意两站间可直接通信缺：各站竞争公用信道，站点数过多，竞争会影响网络性能；另IBSS不能接入DS基础架构集中式网络（基础架构BSS）缺：与IBSS相比基础架构BSS的可靠性较差，如AP出故障或遭破坏，整个BSS就会瘫痪；AP的复杂度较高，成本也较高；另外两站通信需AP转接，占用链路，增加传输时延；优：各站布局受环境限制小；AP可实现对各站同步、移动和节能管理等，可控性好；有接入DS或骨干网的逻辑接入点，可伸缩性较强；网络业务量增大时，网络吞吐和时延性能恶化并不剧烈；各站不需保持邻居关系，路由复杂性和物理层实现复杂度较低隐藏终端是指在接收节点的覆盖范围内而在发送节点覆盖范围外的节点。因侦听不到发送节点的发送而可能向同样的接收节点发送分组，造成接收节点处的分组碰撞暴露终端指在发送节点的侦听范围之内,而在接收节点的干扰范围之外的节点。隐藏终端”和“暴露终端”的存在，会造成adhoc网络时隙资源的无序争用和浪费，增加数据碰撞的概率，严重影响网络的吞吐量、容量和数据传输时延。RTS/CTS协议即请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决“隐藏终端”，解决暴露终端问题也采用RTS/CTS，但并不能完全解决。IEEE802.11若干子标准比较IEEE802.11物理层组成及各功能物理汇聚子层：侦听载波和对不同物理层形成不同格式分组物理介质相关子层：识别相关介质传输信号使用的调制与编码技术物理管理子层：为不同物理层选择信道物理层优化：使用双频多模技术MAC层优化：1》IEEE802.11分布式协调功能【DCF】两种工作模式：CSMA/CA和RTS/CTSCSMA/CA工作机制：检测到信道空闲期大于某一IFS后立即开始发送帧，否则延迟发送至到检测到所需的IFS，然后选择退避时间进行退避，结束后重新开始上述过程RTS/CTS：主要解决隐藏终端问题【4次握手】2》IEEE802.11e增强分布式通道存取【EDCA】蓝牙：支持点对点及点对多点通信，2.4GHz频段，数据速率为1Mbps，采用时分传输方案实现全双工传输。第四章WMAN【城域网】解决城域网最后一公里接入问题IEEE802.16标准为基础的无线城域网IEEE802.16，也称WiMax，移动性优于WiFi。IEEE802.20【无线广域网WWAN】无线局域网【WLAN】——WiFi——IEEE802.11无线个域网【WPAN】——IEEE802.15无线城域网【WMAN】——WiMax——IEEE802.16无线广域网【WWAN】——Mobile-Fi——IEEE802.20第六章移动AdHoc网络定义：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。移动AdHoc网络中，每个节点既可作为主机，也可作为中间路由设备MANET的特点拓扑结构动态变化：无固定通信设施，网络节点随机移动资源有限：节点的能量和网络带宽有限多跳通信：实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信安全性较低：无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁MANET的拓扑结构分两种：对等式结构和分级结构分级结构网络分单频分级和多频分级【分层/分簇结构】单频分级中所有节点使用同一频率通信，需要网关节点支持多频分级网络中，不同级采用不同通信频率对等式网络结构【平面结构】所有节点完全对等，源节点与目标节点通信时存在多条路径，健壮性好，相对比较安全缺点是可扩充性略差网络规模较小时采用平面式结构，规模较大时采用分级结构。无线自组织网络==AdHoc网络==MANET网络==无线对等网络AdHoc路由协议分类表格驱动类路由协议(又称主动式路由协议)源节点初始化按需驱动类路由协议(又称反应式路由协议)表格驱动路由反应式路由主动式路由协议：DSDV【表格驱动】反应式路由协议：AODV【按需驱动】DSDV实例分析ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由协议示例DSDV实例分析图(a)中节点A和节点B起始路由表节点A的路由表节点B的路由表图(b)中节点D移动到新位置，节点B的路由更新更新后节点B的路由表路由环回现象产生，即A或B想要向D发送的数据会在A和B之间来回转发，无法到达真正的目标。

DSDV实例分析包含序号的路由更新，解决环回现象(a)中节点A初始路由表(a)中节点B初始路由表DSDV实例分析节点D移动到(b)图所示位置(b)中节点A路由表更新(b)中节点B路由表更新(b)中节点C路由表更新AODV路由示例典型按需路由协议实例ABCEFDGAODV示例网络拓扑AODV路由示例ABFDGRREQ逆向路径CEB接收RREQ并创建逆向路由

AODV路由示例ABCEFDGRREQ逆向路径D接收RREQ并创建逆向路由

AODV路由示例BCEFDGRREQ逆向路径AF接收RREQ并创建逆向路由

AODV路由示例BCEFDGRREQRREPAG返回RREP给A

第七章无线传感器网络【WSN】定义：由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。WSN的特点网络规模大、低速率、低功耗、低成本、短距离、高可靠、动态性无线传感器网络与传统无线网络区别：传统无线网络首要目标是提供高质量服务和高效带宽利用，其次才考虑节能；而无线传感器网络的首要目标就是能源的高效利用。WSN面临的技术挑战 通信能力有限 电源能量有限 传感器计算能力有限 传感器数量大、分布范围广 网络动态性 大规模的分布式触发器 感知数据流巨大 以数据为中心传感器、感知对象和用户是WSN的三个基本要素。传感器节点包含传感模块、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件组成传感模块负责探测目标的物理特征和现象。计算模块负责处理数据和系统管理。存储模块负责存放程序和数据。通信模块负责发送和接收网络管理和探测数据电源模块负责节点供电。嵌入式软件系统运行网络的五层协议。造成网络能量浪费主要原因：(1)如果MAC协议采用竞争方式使用共享无线信道，可能会引起多个节点之间发送的数据产生碰撞，导致重传消耗节点更多的能量。(2)节点接收并处理不必要的数据。(3)节点在不需要发送数据时一直保持对无线信道的空闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据。过度的空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能量的浪费。(4)在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多，也会消耗较多的网络能量。MAC协议分类标准采用分布式控制还是集中控制使用单一共享信道还是多个信道采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式(1)采用无线信道的时分复用方式(2)采用无线信道的随机竞争方式(3)其他MAC协议，如通过采用频分复用或者码分复用等方式定向扩散路由协议梯度Internet源源源事件事件事件SinkSinkSink(a)查询扩散(b)梯度建立(c)路径加强兴趣扩散、梯度建立和路径加强的各个阶段的示意图定向扩散(DD)是以数据为中心、查询驱动的经典路由协议汇聚节点周期性向邻居节点广播兴趣消息能量感知路由:－能量路由（1）能量路由：基于节点的可用能量（PowerAvailable）或传输路径上链路的能量需求选择数据的发送路径

最大PA路由：选取从数据源到汇聚点所有路径中节点PA之和最大的路径最小能量路由：选取从数据源到汇聚点所有路径中节点耗能之和最少的路径最大最小PA节点路由：选取从数据源到汇聚点所有路径中包含最小节点PA最大的路径能量感知路由:－能量路由（2）路径1：汇聚点-A-B-源节点，总PA为4，总a为3；路径2：汇聚点-A-B-C-源节点，总PA为6，总a为6路径3：汇聚点-D-源节点，总PA为3，总a为4；路径4：汇聚点-E-F-源节点，总PA为5，总a为6；最大PA路由：路径2最大的，但包含路径1，因不高效而排除，选择路径4；最小能量路由：路径1最大最小PA节点路由：路径3评价：全网信息理想路由SensorMAC【S-MAC】协议【休眠时间大于工作时间】主要机制：周期性侦听/睡眠的工作方式（能量）一致性的睡眠调度机制（空闲侦听）流量自适应的侦听机制（减少延迟）消息分割和突发传递（控制消息和消息延迟）节点四种状态：发送，接收，休眠，空闲第八章无线个域网【WPAN】被看作是最后一米的解决方案。四种无线网络之间的关系与通信范围WPAN按传输速率分为低速、高速和超高速三类WPAN(802.15)10米以内

WLAN(802.11)100米以内WMAN(802.16)十千米WWAN(802.20)50千米无线个域网低速WPAN802.15.4高速WPAN802.15.3超高速WPAN802.15.3a通信速率：0.25Mbps通信距离：10m工作频率：2.4GHz通信速率：55Mbps通信距离：10m工作频率：2.4GHz通信速率：110/200/480Mbps通信距离：10m、4m和4m以下工作频率：3.1GHz~10.6GHz30蓝牙核心协议(coreprotocol)形成五层栈(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(linkmanagerprotocol，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素。(4)逻辑链路控