无线网络与移动技术

无线网络与移动技术第1页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线网络一、无线网络概述二、无线局域网三、无线个人区域网四、无线城域网技术五、无线Adhoc网络六、无线传感器网络七、物联网

第2页，共197页，2023年，2月20日，星期六一、无线网络概述随着便携机、掌上计算机和个人电子助手PDA的出现，无线计算机网络也逐渐流行起来了。无线电子设备可以随时、随地、无缝地接入全球因特网。从网络观点来说，无线网络提出的挑战，特别是在数据链路层和网络层，与传统的有线网络的差别非常大，所以，我们需要专门讨论无线网络和移动网络。第3页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线网络可以分成以下三大类系统内部互连：蓝牙技术可以将监视器、键盘、鼠标、打印机、数码相机、耳机、扫描仪和其他的设备连接到计算机上。不需要电缆，也不需要安装驱动程序，只要把它们放到一起，然后打开开关，它们就可以工作了。无线局域网LAN：802.11，WLAN是指传输范围在100米左右的无线网络，也称为Wi-Fi无线保真度。它的推动联盟为Wi-Fi。有基础设施模式和无基础设施模式。无线广域网WAN：蜂窝电话。1G→2G→3G第4页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线网络的组成构件无线主机无线链路基站：蜂窝网络中的蜂窝塔、802.11无线网络中的接入点。Adhoc网络中没有基站网络基础设施第5页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线网络无线（移动）通信功能实体和结构（RFC2002）ling@《高级网络》6第6页，共197页，2023年，2月20日，星期六WLAN无线局域网WirelessLANling@《高级网络》7第7页，共197页，2023年，2月20日，星期六WLAN工作模式ling@《高级网络》8基本服务集合（BasicServiceSet，BSS）扩展服务集合（ExtendedServiceSet，ESS）独立基本服务集合（IndependentBasicServiceSet，IBSS）第8页，共197页，2023年，2月20日，星期六WLAN传输使用的频段第9页，共197页，2023年，2月20日，星期六WLAN物理层标准802.112Mbps，2.4GHz/IR，目前已淘汰802.11b11Mbps，2.4GHz，直序扩频DS-SS，补码键控CCK和分组二进制卷积码PBCC编码，DQPSK调制802.11a54Mbps，5GHz，正交频分复用OFDM多载波调制技术，载波数达52个802.11g802.11b＋802.11a，2.4GHz802.11n300Mbps，MIMO智能天线技术ling@《高级网络》10第10页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11b802.11b工作于2.4GHz由于最初的802.11标准存在诸多缺陷，1999年IEEE进行了很多更新，推出了802.11b标准，该标准工作在2.4GHz频带，最大数据传输速率可达11Mbps。第11页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11a802.11a工作于5.8GHz802.11b工作于公共频段，容易与同一工作频段的蓝牙、微波炉等设备形成干扰，且速度较低，为了解决这个问题，在802.11b通过的同年，802.11a标准应运而生。该标准工作于5.8GHz频段，最大数据传输速率提高到54Mbps。第12页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11b与802.11a的兼容性问题802.11a802.11b只工作于2.4GHz只工作于5.8GHz用户从802.11b标准的区域进入802.11a标准的区域中，无法与AP节点进行联系。第13页，共197页，2023年，2月20日，星期六解决问题一：双频双模双频双模（双频指同时支持2.4GHz和5.8GHz，双模指同时支持802.11b、802.11a二种模式）的AP可支持二种不同标准的WLAN网卡接入网络。802.11b/a802.11b/a2.4GHz/5.8GHz无线网的“双频自适应”，就好象有线网的“10/100M自适应”一样。第14页，共197页，2023年，2月20日，星期六解决问题二：

802.11g无法平滑升级虽然802.11a标准比起802.11b先进不少，但由于802.11b的广泛使用，无线局域网的部署和升级必须考虑到客户的既有投资，业界迫切需要一种与802.11b工作于同一频段且更为先进的技术来保证这种妥协。2001年，工作于2.4GHz频段数据速率最高达54MHz的802.11g标准获得通过。802.11a5.8GHz54Mbps802.11b2.4GHz11Mbps第15页，共197页，2023年，2月20日，星期六解决问题三：双频三模随着802.11g标准的诞生，双频产品随后也将该标准融入其中，成为全方位的无线网络解决方案。802.11g802.11a802.11b支持双频2.4GHz/5.8GHz双频三模（双频指同时支持2.4GHz和5.8GHz，三模指同时支持802.11b、802.11a、802.11g三种模式）的AP可支持三种不同标准的WLAN网卡接入网络。第16页，共197页，2023年，2月20日，星期六其他常用协议与技术介绍802.11e无线服务质量保证协议对于教师、学生等不同的无线用户，定义不同的优先传输级别，充分利用有限的带宽。802.11f无线接入点漫游协议保证移动笔记本电脑在校内不同的AP之间移动不会中断，尤其适用于今后的校园无线语音运营。802.11h动态频率与信道调整协议根据校园内同频干扰的实时特征动态调整发射频率和占用信道，避免信号叠加、碰撞造成的衰减。802.11i无线链路安全保障协议采用WPA/WPA2认证模式，采用TKIP/AES加密机制，补充了校园无线链路层的安全。802.3af以太网传输供电协议也叫PoE，AP可接受网线传输的48V直流供电，无需外接220V电源，是校园部署AP的必须。802.1X基于逻辑端口的认证协议在校园无线用户没有通过认证之前没有上网权限，相比传统的Web＋portal方式保证了安全访问。第17页，共197页，2023年，2月20日，星期六WLAN数据链路层MAC子层ling@《高级网络》18第18页，共197页，2023年，2月20日，星期六二、无线局域网2.1802.11协议栈2.2802.11服务集和关联2.3802.11物理层2.4802.11MAC子层2.5802.11MAC帧2.6802.11无线LAN提供的服务2.7802.11无线站点接入过程2.8802.11协议标准第19页，共197页，2023年，2月20日，星期六使用WLAN的场合需要主要包括：(1)不方便架设有线网络的环境;(2)使用者时常需要移动位置;(3)临时性的网络。第20页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线LAN面临的问题首先，以太网上的侦听总线载波，当总线空闲时，才开始传输数据。无线LAN中，侦听总线空闲时，并不一定能传输成功。“多径衰减”的现象，无线信号在碰到固体对象的时候会有反射现象，所以同样的无线信号可能会被收到多次。大量的软件并不知道这种移动性第21页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.1802.11协议栈高层逻辑链路控制LLCMAC子层802.11红外线802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM物理层第22页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.2802.11服务集和关联一个基本服务集BSS包括一个基站和移动站点，所有站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站点通信时，都要通过本BSS的基站，在802.11中，也叫接入点AP

。必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。一个BSS所覆盖的地理范围叫做基本服务区BSA

。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS。ESS还为无线用户提供非802.11无线局域网的接入，通过门桥来实现。第23页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11的BSS和ESS基本服务集BSS扩展的服务集

ESS接入点AP2portal基本服务集BSS接入点AP1AA’因特网漫游至其它802.x局域网分配系统DSB第24页，共197页，2023年，2月20日，星期六漫游与关联移动站点A从一个BSS漫游到另一个BSS时，仍可保持与另一个移动站点B进行通信。如果一个移动站点要加入到一个基本服务集BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联。若移动站点使用重建关联服务，就可以把这种关联转移到另一个接入点。当使用解除关联服务时，就可以终止这种关联。第25页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.3802.11物理层WLAN传输方式有红外线和无线电射频两种红外系统：优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。缺点：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。无线电射频系统：采用扩频技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在ISM频段。Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHz和5.725~5.825GHz(300MHz)扩频技术主要又分为跳频扩频FHSS和直接序列DSSS两种技术第26页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线扩频技术

直接序列频带的14个子频道第27页，共197页，2023年，2月20日，星期六扩频通信与一般无线通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调。扩频技术的优点包括：易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率;抗干扰性强，误码率低;隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小;可以实现码分多址;抗多径干扰;能精确地定时和测距;适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务;安装简便，易于维护。第28页，共197页，2023年，2月20日，星期六扩频数字通信系统的基本结构

第29页，共197页，2023年，2月20日，星期六跳频通信(frequencehoppingspreadspectum,FHSS)IEEE802.11标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;(Industrial,Scientific,Medical)跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。第30页，共197页，2023年，2月20日，星期六跳频扩频通信的技术要点将分配的频带划分为多个子频带，子频带称为信道；每一个信道带宽相同；信道按跳频序列的规律被随机的使用；跳频序列是根据一个伪随机码决定；发送双方使用同一个伪随机码。第31页，共197页，2023年，2月20日，星期六直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s;系统实际发送的信号d(t)是发送数据a(t)与伪随机码c(t)模二加的结果;直接序列扩频(directsequencespreadspectrum,DSSS)第32页，共197页，2023年，2月20日，星期六直接序列扩频的技术要点将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异或操作,然后将编码后的数据调制在载波上进行发送;同一个WLAN中的所有结点使用相同的伪随机的二进制序列；属于同一个WLAN中的所有结点使用同一个分配的频带，使用同样的伪随机的二进制序列，它们之间的传输会产生相互干扰，因此也存在采用介质访问控制方法问题。第33页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.4802.11MAC子层与802.3以太网不同，802.11MAC协议并没有实现冲突检测，这主要有两个原因。第一个原因，在无线网络的适配器上接收信号的强度往往会远远小于发送信号的强度，所以，若要实现冲突检测，需要在硬件上付出更多的化费；第二个原因，因为在无线局域网中存在着“隐藏站”问题、“暴露站”问题和“衰减”问题，导致无线站点无法检测到所有冲突。第34页，共197页，2023年，2月20日，星期六Signalfading衰减:B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachotherinterferringatB无线信号衰减问题A

BCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrengthsignalstrength信号强度足以在B处产生干扰信号弱，不足以检测到对方传输信号弱，不足以检测到对方传输第35页，共197页，2023年，2月20日，星期六A的作用范围C的作用范围ABCD当A、C相距较远时，因为检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。未能检测出媒体上已存在的信号，不能发现潜在介质竞争者的问题叫作隐藏终端问题(hiddenstationproblem)1.无线局域网中的特殊问题

隐藏终端问题第36页，共197页，2023年，2月20日，星期六有障碍物时的隐藏终端问题ABCHiddenterminalproblem：B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachothermeansA,Cunawareoftheirinterference干扰atBA,C之间有障碍物时的隐藏终端问题第37页，共197页，2023年，2月20日，星期六隐藏站隐藏站是指在接收站点的覆盖范围内，而在发送站点的覆盖范围外的站点。在采用单向传输信道的情况下，由于隐藏站感知不到发送站点的发送，而有可能同时向这个接收站点发送数据，从而导致冲突。发送站点在冲突后需要重传冲突的帧，这样会降低信道利用率。第38页，共197页，2023年，2月20日，星期六暴露终端问题B的作用范围C的作用范围ADCB？B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露终端问题(exposedstationproblem)第39页，共197页，2023年，2月20日，星期六暴露站暴露站是指在发送站点通信范围内，而在接收站通信范围外的站点。暴露站因感知到发送站点的发送而延迟发送。但是，由于它在接收站点的通信范围外，它的发送实际上并不会造成冲突，这样就引入不必要的延迟，并造成信道利用率的降低，因此是通信接入结束研究中需要解决的问题。在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站点进行通信。这与无线局域网有很大的区别。第40页，共197页，2023年，2月20日，星期六隐蔽站和暴露站隐蔽站问题（HiddenStationProblem）暴露站问题（ExposedStationProblem）ling@《高级网络》41○RTS-CTS握手机制可以解决隐蔽发送站问题●当B收到A发出的RTS而响应CTS后，C同样可以收到○但是会引发掩蔽接收站问题●如果此时D向C发送RTS，C无法做出响应，D只能不断超时重发RTS，浪费了资源，C称为A的隐蔽接收站○双信道方式可解决掩蔽接收站问题●数据和控制在不同信道上传输○RTS-CTS握手机制可在一定程度上解决暴露站问题●B向A发送RTS，C收不到A向B回送的CTS，C可判断自己是暴露站，就可向D发送数据○但是仍然可能存在暴露发送站和暴露接收站问题●C判断可以向D发送，就发出RTS，D回复CTS，然而该CTS与B发送给A的数据报文在C处碰撞，使C收不到CTS，C重复发送RTS，做无用功，C为暴露发送站●若D要向暴露站C发送数据，RTS在C处冲突，C无法正常收到RTS，也就无法接收来自D的数据，C为暴露接收站○双信道方式可解决第41页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.802.11MAC层包括两个子层802.11支持两种操作模式：分布式协调功能DCF（必须实现）点协调功能PCF（选用）第42页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11的MAC层包括两个子层MAC层无争用服务（选用）争用服务（必须实现）分布协调功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)点协调功能PCF(PointCoordinationFunction)物理层2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第43页，共197页，2023年，2月20日，星期六

DCF子层在每一个节点使用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。

DCF向上提供争用服务。适用于有基础设施和无基础设施两种模式MAC层无争用服务争用服务分布协调功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)点协调功能PCF(PointCoordinationFunction)物理层2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第44页，共197页，2023年，2月20日，星期六PCF子层使用集中控制的接入算法(在AP)将发送数据权轮流交给各个站，避免碰撞。仅用于基础设施模式。MAC层无争用服务争用服务分布协调功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)点协调功能PCF(PointCoordinationFunction)物理层2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第45页，共197页，2023年，2月20日，星期六3.帧间间隔802.11规定，所有站点在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续侦听信道），才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔IFS。常用的帧间间隔有三种：短帧间间隔SIFS点协调功能帧间间隔PIFS分布协调功能帧间间隔DIFS第46页，共197页，2023年，2月20日，星期六三种帧间间隔时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲发送第1帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS其他站有帧要发送SIFS，即短(Short)帧间间隔，长度为28s，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用SIFS的帧类型有：ACK帧、CTS帧、由过长的MAC帧分片后的数据帧，以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧。第47页，共197页，2023年，2月20日，星期六三种帧间间隔时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲发送第1帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS其他站有帧要发送PIFS，即点协调功能帧间间隔（比SIFS长），是为了在开始使用PCF方式时（没有争用）优先接入到媒体中。PIFS的长度是SIFS加一个时隙(slot)长度（其长度为50s），即78s。时隙长度的确定：在一个BSS内，当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，其他站就都能检测出信道已转变为忙态。第48页，共197页，2023年，2月20日，星期六三种帧间间隔时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲发送第1帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS其他站有帧要发送DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的IFS），在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS长度=PIFS+1个时隙长度，因此DIFS的长度为128s。第49页，共197页，2023年，2月20日，星期六4.虚拟载波侦听为了减少冲突，802.11采用虚拟载波侦听机制。源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间），写到数据帧的“持续时间”字段，以微秒为单位。通知给所有其它站点，在这一段时间都不要发送数据。“虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。第50页，共197页，2023年，2月20日，星期六网络分配向量NAV网络分配向量NAV，指出了必须经过多少时间，该站点才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。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NAV。第51页，共197页，2023年，2月20日，星期六帧间间隔IFS与虚拟载波侦听NAV时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲发送第1帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS其他站有帧要发送⑶信道从忙态变为空闲时，发送数据帧的站点不仅要等待一个DIFS间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间，以便再次重新试图接入到信道⑴当源站发送它的第一个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间DIFS后就可发送⑵目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔SIFS后，向源站发送确认帧ACK第52页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.CSMA/CA协议工作原理802.11的MAC层采用CSMA/CA机制。当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。第53页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线网络协议：CSMA/CA协议有线局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多点接入/冲突检测。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此IEEE802.11全新定义了一种新的协议，即载波侦听多点接入/冲突避免（CSMA/CA）。一方面，载波侦听查看介质是否空闲；另一方面，通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，则优先发送。不仅如此，为了使系统更加稳固，IEEE802.11还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA协议。

传输介质不同，CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA采用能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式

第54页，共197页，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA带冲突避免的载波侦听多址访问

CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidanceling@《高级网络》55帧间间隔（InterFrameSpace，IFS）SIFS=28μs；PIFS=78μs;DIFS=128μs当站点有帧要发送时，先用载波侦听的方法检测信道，若收到的相对信号强度超过一定门限值，说明其他站正在占用信道发送。若检测到信道空闲，在等待DIFS后进行发送（考虑高优先级帧可能要发送）。目的站正确接收后，经过SIFS，向源站发送ACK帧确认。若源站在规定时间内没有收到ACK（重传计时器超时），则重传该帧，直到收到ACK或超过重传次数后放弃发送。当信道从忙变为空闲时，任何一个站先等待DIFS时间，然后进入争用窗口，等待随机退避时间，以减少碰撞概率。第55页，共197页，2023年，2月20日，星期六冲突避免技术退避时间算法第i次退避时，在[1,22+i]中随机选择等待的时隙数虚拟载波侦听VirtualCarrierSense源站把将要占用信道的时间（包括目的站回复确认帧所需时间）通知给其他所有站，以便其他站在这一段时间都停止发送数据信道预约源站先发送RTS，包括源地址、目的地址和预计将要占用信道时间（包括确认时间），若信道空闲，目的站就发送响应CTSling@《高级网络》56第56页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11站点发送数据的过程DIFSSIFS数据帧ACK确认帧源站点目的站点所有其它站点信道忙第57页，共197页，2023年，2月20日，星期六争用信道当信道从忙态变为空闲时，任何一个站点要发送数据帧时，不仅都必须等待一个DIFS的间隔，而且还要进入争用窗口，并计算一个随机退避时间，以便再次重新试图接入到信道。在争用窗口这段时间内，有可能出现多个站点争用信道的情况。争用信道比较复杂，有关站点要执行二进制指数退避算法。第58页，共197页，2023年，2月20日，星期六信道空闲时，不是立即发送，而是等待一个随机时间。Why？信道从忙变为空闲时，任何要发送数据帧的站，都要执行退避算法，计算随机退避时间，以便再次重新试图接入。若站点选择的随机回退值不同，就可以避免冲突。802.11仍可能会出现冲突：站点是相互隐藏的。站点选择了相同的回退值。第59页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11二进制指数退避算法第i次退避就在{0,1,…,22+i-1}个时隙中随机地选择一个，使得不同站点选择相同退避时间的概率进一步减少。第1次退避是在8个时隙（而不是2个）{0,1,…,7}中随机选择一个；第2次退避是在16个时隙（而不是4个）{0,1,…,15}中随机选择一个。……当时隙达到255时（对应于第6次退避）就不再增加了。

第60页，共197页，2023年，2月20日，星期六退避计时器根据退避时间设置退避计时器。站点每经历一个时隙的时间就检测一次信道。若检测到信道空闲，退避计时器就继续倒计时；若检测到信道忙，就冻结退避计时器的剩余时间，重新等待信道变为空闲，并再经过时间DIFS后，从剩余时间开始继续倒计时。如果退避计时器的时间减小到零时，就开始发送整个数据帧。第61页，共197页，2023年，2月20日，星期六图例冻结剩余的退避时间帧帧帧帧帧DIFSDIFSDIFSDIFS争用窗口争用窗口争用窗口争用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt冻结冻结冻结冻结冻结802.11的退避机制第62页，共197页，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA算法⑴若站点最初有数据要发送（而不是发送不成功再进行重传），且检测到信道空闲，在等待时间DIFS后，就发送整个数据帧。⑵否则，站点执行CSMA/CA协议的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器，并等待确认。⑶当退避计时器时间减到零时（这时信道只可能是空闲的），站点就发送整个帧并等待确认。第63页，共197页，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA算法（续）⑷发送站若收到确认，就知道已经发送的帧被目的站正确收到了。这时如果要发送第二帧，就要从上面的步骤⑵开始，执行CSMA/CA协议的退避算法，随机选定一段退避时间。若源站在规定时间内没有收到ACK确认帧，就必须重传此帧，直到收到确认帧为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。第64页，共197页，2023年，2月20日，星期六使用退避算法的情况仅在下面的情况下才不使用退避算法：检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧。以下几种情况都必须使用退避算法：⑴在发送第一个帧之前检测到信道处于忙态。⑵在每一次的重传后。⑶在每一次的成功发送后。第65页，共197页，2023年，2月20日，星期六6.信道预约802.11允许要发送数据帧的站对信道进行预约。这样可以避免长数据帧的冲突。用RTS和CTS，是可选的。第66页，共197页，2023年，2月20日，星期六A的作用范围B的作用范围对信道进行预约ACBDERTSRTS源站A在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送

RTS(RequestToSend)，包括源地址、目的地址和持续时间（包括这次通信的确认帧时间）。RTS第67页，共197页，2023年，2月20日，星期六A的作用范围B的作用范围对信道进行预约802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。CTSACBDECTS若媒体空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送

CTS(ClearToSend)，它包括这次通信所需的持续时间（从RTS帧中将此持续时间复制到CTS帧中）。A收到CTS帧后就可发送其数据帧。

CTS第68页，共197页，2023年，2月20日，星期六A和B通信时，对附近站点C、D和E的影响C能收到RTS，但收不到CTS。所以，C可以给其它站点发送数据。D能收到CTS，E能收到RTS和CTS。所以D、E在A和B通信阶段不能发送数据。A的作用范围B的作用范围CTSACBDECTSRTSRTSCTSRTS第69页，共197页，2023年，2月20日，星期六使用RTS和CTS避免冲突APAtimeRTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)DIFSSIFSSIFSSIFS所有其它站点推迟访问第70页，共197页，2023年，2月20日，星期六RTS和CTS帧较短，冲突持续时间较短。APABtimeRTS(A)RTS(B)RTS(A)CTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)ACK(A)预约冲突reservationcollisiondefer第71页，共197页，2023年，2月20日，星期六RTS和CTS帧

以及数据帧和ACK帧的传输时间关系时间DIFSRTSSIFS时间RTS后设置NAVDIFS争用窗口推迟接入源站时间目的站ACK其他站CTSSIFSSIFS数据CTS设置NAV数据后设置NAV第72页，共197页，2023年，2月20日，星期六使用RTS和CTS帧，可以提高性能隐藏终端问题被减轻了，因为长Data帧只有在信道预约后才被发送。因为RTS帧和CTS帧较短，涉及RTS帧或CTS帧的碰撞仅持续很短时间。一旦RTS帧和CTS帧被正确传输，后续的Data帧和ACK帧应该能够无碰撞地发送。但是RTS帧和CTS帧的引入，也引入了时延，消耗了网络资源。所以RTS帧和CTS帧仅仅用于为长数据帧预约信道。可以设置一个RTS门限值，超过门限值时，才使用RTS帧和CTS帧。第73页，共197页，2023年，2月20日，星期六7.点协调功能PCF点协调功能工作模式PCF是一种无争用服务，某些AP有此功能。AP使用集中控制接入算法，将发送数据权轮流交给各个站点，从而避免冲突。AP通过使用短的帧间间隔PIFS，获得优先发送权。AP一旦有了优先发送权，就可以轮流向各个无线站点发送查询请求，从而控制无线信道的访问。第74页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.5802.11MAC帧三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧。除此之外，还有一些首部是由物理层使用的，但这些首部绝大多数被用来处理所涉及的调制技术。802.11MAC帧主要由三大部分组成：首部、帧主体和帧校验序列。帧首部共30字节，帧的复杂性都体现在帧的首部。帧主体就是帧的数据部分，不超过2312字节。帧校验序列FCS是尾部，共4字节。第75页，共197页，2023年，2月20日，星期六类型从AP子类到AP更多标识WEP更多数据功率管理重试Rsvd协议版本22411111111802.11frame:

序号、持续期、数据和帧控制字段预约信道传输时间，包括传输数据帧和确认帧的时间，用于RTS和CTS帧中通常是IPorARP通常小于1500B用于区分关联,RTS,CTS,ACK和数据帧类似于TCP”序号”字段的作用。用于可靠ARQ，使接收方区分是新帧还是重传帧。帧控制持续期address1address2address4address3有效载荷CRC22666260-23124序号控制是否加密在基础设施模式和自组织模式中的含义不同。第76页，共197页，2023年，2月20日，星期六IEEE802.11帧的4个地址字段帧控制持续期address1address2address4address3有效载荷CRC22666260-23124序号控制Address2:发送该帧的主机或AP的MAC地址Address1:

接收该帧的主机或AP的MAC地址Address3:MAC帧目的地址Address4:

只用在DS内部802.11数据帧有四个地址字段。“到DS”和“从DS”两个子字段，有4种组合，用于定义802.11帧中的几个地址字段的含义。第77页，共197页，2023年，2月20日，星期六802.11帧的地址字段情况到DS从DS地址1地址2地址3地址400目的地址源地址BSSID----01目的地址BSSID源地址----10BSSID源地址目的地址---11RAPTAP目的地址源地址Adhoc从AP到站点从站点到APDS内部第78页，共197页，2023年，2月20日，星期六Adhoc的数据帧的地址格式BSSAB地址1地址2地址3地址4A→B的帧地址格式BABSSID第79页，共197页，2023年，2月20日，星期六数据帧的地址格式BSS2接入点AP2接入点AP1A因特网分配系统DSBAP2→B的帧地址格式A→AP1的帧地址格式AP1→AP2的帧地址格式BSS1地址1地址2地址3地址4AP1AB地址1地址2地址3地址4BAP2A地址1地址2地址3地址4AP2AP1BA第80页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.6802.11无线LAN提供的服务802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务，这些服务分为两类，5种分布式服务和4种站服务。分布式服务涉及到对单元（cell）的成员关系的管理，并且会与其它单元中的站点进行交互。与之相反。站服务则只管理一个单元内部的活动。第81页，共197页，2023年，2月20日，星期六5种分布式服务由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来，或者将它们与AP解除关联。⑴建立关联：当移动站点进入一个新的单元后，立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系。第82页，共197页，2023年，2月20日，星期六5种分布式服务（续）⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP。⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下，帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。⑸

集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络（具有不同的编址方案或帧格式）传输，该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式。第83页，共197页，2023年，2月20日，星期六4种站服务4种站服务用于管理单元内的活动。⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后，AP会向移动站点发送一个质询帧，看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧，然后发回给AP，就可以证明它是知道密钥的；如果AP检验正确，则该移动站点就会被正式加入到单元中。⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。⑶保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法。第84页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.7802.11无线站点接入过程现在许多地方能够向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务。这样的地点就叫作热点。热点也就是公众无线入网点。由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区。因为无线信道的使用日益增多，所以出现了无线因特网服务提供者WISP这一名词。用户可以通过无线信道接入到WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。第85页，共197页，2023年，2月20日，星期六Wi-Fi丛林Wi-Fi丛林是一个物理位置，无线站点可以从两个或多个AP中收到很强的信号。每个AP都可能位于不同的子网中，并被独立分配一个信道。当一个移动站点进入一个Wi-Fi丛林时，需要加入其中一个子网，并与其中的一个AP进行关联，然后才能发送数据。关联需要经历三个阶段：扫描、认证和关联第86页，共197页，2023年，2月20日，星期六无线站点接入过程认证服务器AP站点ProbeRequestProbeResponseProbeRequestProbeResponseSSID比较AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse扫描认证关联Y第87页，共197页，2023年，2月20日，星期六1.扫描阶段Adhoc模式，站点寻找是否已经有独立基本服务集IBSS，并且与站点具有相同的服务集标识符SSID。若存在，则加入（join）；若不存在，则创建一个IBSS，等其他站来加入。基础设施模式，无线站点首先需要寻找一个AP。寻找AP有两种扫描方法：被动扫描方式，站点被动等待AP每隔一段时间定时送出的信标帧。主动扫描方式，站点主动发出探测请求帧，寻找与站点所属BSS有相同SSID的AP，然后等待从AP发回的探测响应帧。若找不到有相同SSID的AP，则一直扫描下去。第88页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.认证阶段站点找到相同服务集标识符SSID的AP后，选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。802.11标准提供了认证和加密两个规范定义。定义了两种认证服务：开放系统认证，是802.11的缺省认证方法，包括提出认证请求和返回认证结果两个步骤。共享密钥认证，共享密钥通过独立于IEEE802.11的安全信道分发给各个站点和AP成员提供认证。第89页，共197页，2023年，2月20日，星期六认证过程802.11标准定义的加密规范是有线等效保密WEP。WEP认证的目的是向一个合法的AP证明这个移动设备知道密钥。共享密钥认证需要在站点和AP之间进行4次交互，使用经WEP加密的密文传输。认证过程：⑴站点向AP发送认证请求帧，启动认证过程；⑵AP利用WEP算法产生一个128字节的随机数-质询正文，并放在认证响应帧中发送给移动站点；⑶移动站点用WEP密钥加密这个随机数，然后发回AP。移动站点必须要知道密钥才能够成功加密随机数；⑷AP对站点的加密结果进行解密，并返回认证结果。如果解密后的质询正文与发送的原质询正文相匹配，则返回“正”的认证结果；反之，认证结果为“负”，站点不能加入该无线网。第90页，共197页，2023年，2月20日，星期六3.关联阶段当AP向站点返回认证响应信息，身份认证获得通过后，就进入关联阶段。在这一阶段站点向AP发送关联请求帧，AP向站点返回关联响应帧。关联过程结束后，站点就能够得到该BSS提供的服务了。至此，接入过程才完成，站点初始化完毕，可以开始向AP传送数据帧。第91页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.8IEEE802.11协议标准目前最热门的WLAN技术就是IEEE的802.11及其相关标准。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz频段或使用红外(IR)IEEE802.11a(1999)，54Mbps，12个信道，最多8个互不重叠，工作在5GHz频段IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段IEEE802.11g(2003.6),54Mbps，11个信道，最多3个互不重叠，工作在2.4GHz频段（802.11g兼容802.11b）第92页，共197页，2023年，2月20日，星期六

IEEE802.11/11b/11a/11g的比较

802.11802.11b802.11a802.11g网络拓扑Infrastructure（BSS、ESS）制定时间97年6月99年9月99年9月01年11月工作频段2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz带宽2/1Mbps11/5.5/2/1Mbps可达54Mbps可达54Mbps传输距离100米50~150米10~30米50~150米业务数据数据、图像语音、数据、图像语音、数据、图像第93页，共197页，2023年，2月20日，星期六三、无线个人区域网WPANWPAN把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来构成自组网络，不需要AP，范围约10米。WPAN不同于WLAN。WPAN是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。WLAN却是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。WPAN标准由IEEE的802.15工作组制定，包括MAC层和物理层这两层标准。WPAN都工作在2.4GHz的ISM频段。WPAN有三种：蓝牙系统、低速WPAN和高速WPAN。第94页，共197页，2023年，2月20日，星期六蓝牙系统(Bluetooth)蓝牙的最初目的是用短距离、低功率和廉价的无线收发器将计算设备与通信设备、外设等连接起来，后来又扩张它的目标涉足无线局域网领域，但它和802.11系统是互相干扰的。最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802.15.1。蓝牙的数据率为720kb/s，通信范围10米左右。蓝牙使用TDM方式和扩频跳频FHSS技术组成不用基站的皮可网(piconet)。第95页，共197页，2023年，2月20日，星期六皮可网(piconet)Piconet直译就是“微微网”，表示这种无线网络的覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。还可以有多至255个停留节点，这些节点被主节点置于低功耗状态。当一个节点处于低功耗状态时，除了响应来自主节点的激活信号或信标信号以外，不能做任何其它事情。通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。第96页，共197页，2023年，2月20日，星期六蓝牙系统中的皮可网和扩散网MMSSPSSSSSP皮可网2扩散网皮可网1M——主设备S——从设备P——搁置的设备第97页，共197页，2023年，2月20日，星期六主从工作方式采用主从设计的目的是降低蓝牙芯片的实现成本，其结果是从节点完全没有智能。Piconet的核心是一个集中式的TDM系统，主节点控制时钟，并且决定哪个从节点在什么时候可以通信。所有通信都是发生在主节点和某个从节点之间，从节点之间的直接通信是不允许的第98页，共197页，2023年，2月20日，星期六四、无线城域网技术2002年4月通过了802.16无线城域网的标准。欧洲的ETSI也制订类似的无线城域网标准HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，因此它有时又称为无线本地环路。第99页，共197页，2023年，2月20日，星期六五、无线Adhoc网络

5.1无线Adhoc网络协议的分层结构

5.2无线Adhoc网络的特点

5.3无线Adhoc网络关键技术

5.4无线Adhoc网络按需路由协议

5.5无线Adhoc网络表驱动路由协议第100页，共197页，2023年，2月20日，星期六基于预先架设网络基础设施的无线网络蜂窝网络移动终端通过基站接入移动通信网络无线局域网移动终端通过无线接入点接入Internet依赖于基站、无线接入点AP等现有基础设施网络第101页，共197页，2023年，2月20日，星期六自组织网络的应用需求临时会议/紧急情况科学考察/探险/军事战场接入网络服务商所需的时间和成本现有服务和架构的性能或者能力远离网络基础设施而希望保持与网络的连接无网络基础设施可用不想使用网络设施网络基础设施范围外自组织网络第102页，共197页，2023年，2月20日，星期六自组织网络研究1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc网络”自组织、对等式、多跳无线移动通信网络1997年IETF成立MANET工作组基于IP的无线多跳网络路由2003年IRTF成立ANS研究组其它研究机构ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalability第103页，共197页，2023年，2月20日，星期六AdHoc网络的定义由一组带有无线通信收发装置的(移动)终端节点组成的一个多跳临时性自治系统每个(移动)终端同时具有路由器和主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议节点间路由通常由多跳(Hop)组成不需要网络基础设施，可以在任何地方、任何地点快速构建多跳无线网络、自组织网络、无固定设施的网络或者对等网络第104页，共197页，2023年，2月20日，星期六

5.1无线Adhoc网络协议的分层结构Adhoc网络协议的分层协议结构包括了5层：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。因为Adhoc网络采用的是对等结构，不需要使用专用的路由器、交换机等网络设备，所以网络中每个节点都具有相同的层次。第105页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.2无线Adhoc网络的特点1.自组织2.对等结构3.多跳路由4.节点移动引起拓扑动态变化5.无线传输的局限与节点能量的限制性第106页，共197页，2023年，2月20日，星期六AdHoc网络与无线局域网单跳与多跳研究重点不同通信模式不同WLAN主要研究集中在物理层和数据链路层WLAN移动终端的所有通信必须经过AP进行无线局域网为单跳网络，不存在路由问题AdHoc网络的研究内容主要以路由协议为核心的网络层设计AdHoc网络中移动终端的通信是对等的第107页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.3无线Adhoc网络关键技术Adhoc网络在应用需求、协议设计和组网方面都与传统的802.11无线局域网和802.16无线城域网有很大的区别，所以Adhoc网络技术的研究有着它的特殊性。Adhoc网络关键技术的研究主要集中在信道接入、路由协议、QoS、多播与广播、安全5个方面。第108页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.3.1Adhoc网络信道接入技术信道接入是指如何控制节点接入信道的方法。信道接入方法研究是Adhoc网络协议研究的基础，它对Adhoc网络的性能起着决定性作用。1.共享广播信道的方式共享的含义就是在一个公用的广播信道上实现所有用户的互联和通信。如何控制对共享信道的接入，就是MAC子层的主要任务。第109页，共197页，2023年，2月20日，星期六普通的通信系统中，信道共享方式有3种：点对点、点对多点和多点共享。AB(a)点对点共享AB(b)多点共享控制中心AB(c)点与多点共享第110页，共197页，2023年，2月20日，星期六Adhoc网络共享无线信道的方式与前述不同，也不同于IEEE802.11协议所描述的无线局域网，它采用的是“多跳共享的广播信道”，但它不是一跳共享。BA(d)多跳共享第111页，共197页，2023年，2月20日，星期六2.网络信道接入协议的分类根据不同的标准，可对现存的MAC协议有不同的分类方法：按照同步和异步方式：同步MAC协议和异步MAC协议。按照收发驱动方向的不同：发方驱动MAC协议和收方驱动MAC协议，也有少数MAC协议是混合式的。按照可利用的信道数量：单信道MAC协议、双信道MAC协议和多信道MAC协议。第112页，共197页，2023年，2月20日，星期六⑴单信道MAC协议基于单信道的接入协议用于只有一个共享信道的Adhoc网络。所有的控制帧与数据帧都在同一个信道上发送和接收。单信道的信道接入协议主要有以下几种：多路访问冲突避免MACA协议无线局域网的多路访问冲突避免MACAW协议分布式协调功能DCF协议信道获取多路访问FAMA协议第113页，共197页，2023年，2月20日，星期六⑵双信道接入协议节点的无线通信设施可以提供两个信道，一个用于数据帧传输，另一个用于控制帧传输，数据帧和控制帧的传输就不会出现冲突。这样就能很好地解决隐藏站和暴露站问题，同时提高信道利用率与频率空间复用度。主要的双信道接入协议主要有：无线网络基本访问协议BAPW双忙音多路访问DBTMA协议双信道多路访问DCMA协议。第114页，共197页，2023年，2月20日，星期六⑶多信道接入协议基于多信道MAC协议的网络中有多个无线通信信道，相邻节点可以使用不同的信道同时进行通信。根据操作的一般原则可以将多信道MAC协议分为四类：有专用控制信道的多信道MAC协议公共跳跃的多信道MAC协议分阶段控制的多信道MAC协议并行控制的多信道MAC协议。第115页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.3.2无线Adhoc网络的结构Adhoc网络一般有两种结构，即平面结构和分级结构。在平面结构中，所有节点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。A●EC●●●●●●BDFG第116页，共197页，2023年，2月20日，星期六分级结构而分级结构中，网络被划分为簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，这些簇头形成了高一级的网络。在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。分级结构中，簇头节点负责簇间数据的转发。比如当簇1中的节点A要与簇2中的节点B通信时，节点A先把数据发送给簇1的簇头；簇1的簇头经过分析发现B在簇2中，把数据转发给簇2的簇头(可能要经过其它簇头的转发)；簇2的簇头收到数据后，发现B是自己簇的成员，把数据发送给B。第117页，共197页，2023年，2月20日，星期六5.3.3无线Adhoc网络的路由协议需要进行通信的两个节点可能不在相互的无线信号范围内需要其它节点承担转发工作节点移动后需要重新建立新的路由多跳路由移动第118页，共197页，2023年，2月20日，星期六1.Adhoc路由的特点⑴动态变化的网络拓扑结构。⑵单向信道的存在。⑶有限的无线传输带宽。无线信道能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。此外，竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等。⑷无线移动终端的局限性。采用电池一类可耗尽能源提供电源、内存较小、CPU性能较低等。这就要求路由算法能够简单有效，实现的程序代码短小精悍，同时需要考虑如何节省能源等问题。第119页，共197页，2023年，2月20日，星期六传统的路由协议不适用于AdHoc网络动态变化的网络拓扑结构节点加入、离开、移动等路由算法还未收敛，网络拓扑结构就发生变化有限的系统带宽、能量等资源周期性地通告路由信息严重降低系统的性能间歇性的网络分割传统路由协议容易形成路由回路单向的无线传输信道传统路由协议一般假设链路是对称的适应网络动态变化减少路由开销引入按需路由在路由时考虑能量等约束条件第120页，共197页，2023年，2月20日，星期六路由选择协议的特点从Adhoc网络的特点可以知道，其路由选择协议必须满足以下条件：必须对拓扑的变化具有快速反应能力，并且避免路由环路的发生；必须高效地利用带宽资源，尽可能压缩开销；必须尽可能缩短发射时间和减少发射的数据量，以节约能源。第121页，共197页，2023年，2月20日，星期六路由协议

路由选择(routing)是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它包括两个功能：①寻找源节点和目的节点间的优化路径；②将数据分组沿着优化路径正确转发。第122页，共197页，2023年，2月20日，星期六与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点：（1）能量优先（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关第123页，共197页，2023年，2月20日，星期六在根据具体应用设计路由协议时，必须满足如下要求：（1）能量高效（2）可扩展性（3）稳健性（4）快速收敛性第124页，共197页，2023年，2月20日，星期六我们从各种应用的角度出发，将路由协议分为四类：（1）能量感知路由协议高效利用网络能量是传感器网络路由协议的一个显著特征。为了强调高效利用能量的重要性，这里将它们划分为能量感知路由协议。能量感知的路由协议从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。第125页，共197页，2023年，2月20日，星期六（2）基于查询的路由协议在诸如环境检测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节点采集的数据。在汇聚节点（查询节点）发出任务查询命令，传感器网络的终端探测节点向监控中心报告采集的数据。在这类监控和检测的应用问题中，通信流量主要是查询节点和传感器探测节点之间的命令和数据传输，同时传感器探测节点的采集信息通常要进行数据融合，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。第126页，共197页，2023年，2月20日，星期六（3）地理位置路由协议在诸如目标跟踪的应用问题中，往往需要唤醒距离被跟踪目标最近的传感器节点，以便得到关于目标的更精确位置等相关信息。在这类与坐标位置有关的应用问题中，通常需要知道目的节点的精确或者大致地理位置。把节点的位置信息作为路由选择的依据，不仅能够完成节点的路由选择功能，还可以降低系统专门维护路由协议的能耗。第127页，共197页，2023年，2月20日，星期六（4）可靠的路由协议传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高要求，可能在可靠性和实时性等方面有特别要求。例如，采用视频传感器进行战场环境监测时，希望传输的视频图像能够尽可能的流畅些。但传感器网络的无线链路稳定性一般难以保证，通信信道质量比较低，网络拓扑变化频繁，要满足用户的某些方面的服务质量指标，需要考虑可靠的路由协议设计技术。第128页，共197页，2023年，2月20日，星期六典型路由协议：定向扩散路由定向扩散（DirectedDiffusion，DD）路由协议是一种基于查询的路由机制。扩散节点通过兴趣信息发出查询任务，采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分区域内的所有传感器节点。兴趣信息用来表示查询的任务，表达了网络用户对监测区域内感兴趣的具体内容，例如监测区域内的温度、湿度和光照等数据。在兴趣信息的传播过程中，协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点的数据传输梯度，传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点。第129页，共197页，2023年，2月20日，星期六定向扩散路由机制可以分为周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强三个阶段:第130页，共197页，2023年，2月20日，星期六（1）兴趣扩散阶段在路由协议的兴趣扩散阶段，汇聚节点周期性地向邻居节点广播兴趣消息。兴趣消息中含有任务类型、目标区域、数据发送速率、时间戳等参数。每个节点在本地保存一个兴趣列表，对于每一个兴趣内容，列表中都有一个表项记录发来该兴趣消息的邻居节点、数据发送速率和时间戳等任务相关信息，以建立该节点向汇聚节点传递数据的梯度关系。每个兴趣可能对应多个邻居节点，每个邻居节点对应一个梯度信息。第131页，共197页，2023年，2月20日，星期六（2