无线电网络技术课后习题答案

第一章1.1如何理解计算机网络在现代社会的作用？答：在现代社会生产生活中，网络技术实现信息的互通和流动，高速完善的网络能使信息更快捷、准确的传输，发挥强大的作用。网络已成为信息社会的技术命脉和知识经济的发展基础。1.2请给出计算机网络的整体结构。答：参考ISO/OSI模型以及TCP/IP模型。1.3目前的骨干网络大多为光纤传输，部分城市实现了光纤到户，为此是否可以完全用光纤取代所有其他类型的网络？试分析。答：不能取代所有其他类型的网络。电话线、有线电视线缆、双绞线、电力线等在生活中大量存在，许多也基本能满足不同实际需求，光纤铺设较复杂、成本较高，适于新建网络。1.4为什么网络协议栈都以分层形式实现？各层主要完成哪些功能？答：网络体系结构是一个复杂的系统，所以采用结构化的方法，将其分解为若干层次设置相应的协议，便于维护和修改。各层次主要功能参考ISO/OSI模型以及TCP/IP模型。1.5无线网络近几年得到了快速发展，试分析其原因并给出对未来无线网络发展的看法。答：各种不同需求推动无线网络发展，未来发展体现多元化、便捷等特点。1.6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。答：有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑。无线扩频的投资是相当节省的。有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降，如果中间通过电话转接局，则信号质量下降更快，到4、5公里左右已经无法传输高速率数据，或者会产生很高的误码率，速率级别明显降低，而对于无线扩频通信方式，50公里内几乎没有影响，一般可提供从64K到2M的通信速率。有线通信铺设时需挖沟架线，成本投入较大，且电缆数量固定，通信容量有限；而无线扩频则可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便。1.7试分析和比较无线网络和有线网络，可从传输方式、组网结构等方面进行比较。答：有线网络须架设电缆，挖掘电缆沟或架设架空明线；而无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑，无线链路成本节省。有线网络电缆数量固定，通信容量有限，而无线网络相对更灵活，随时增加链路，安装、扩容方便。通信质量方面，无线网络和有线网络的通信质量均会随线路距离扩展而下降，如果配备中继设备，可予以改善。1.9为什么现阶段IPv6必须与IPv4共存，而不是直接取代？它们各有什么样的特点？答：由于现阶段大部分互联网用户使用IPv4，若直接升级到IPv6，必须将互联网上所有节点都进行修改，实施起来比较困难，所以使用IPv4/IPv6的形式进行过度，不远的将来，IPv6将会得到全面使用，最终取代IPv4。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本是IPv4，发展至今已经使用了30多年。IPv4的地址位数为32位，也就是最多有2的32次方的电脑可以联到Internet上。IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，IPv6除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。第二章2.1无线电频谱如何划分？请简单介绍ISM频段。答：无线电可用来进行声音和图像广播、气象预报、导航、无线电通信等业务。根据无线电波传播及使用的特点，国际上将其划分为12个频段，通常的无线电通信只使用其中的第4~12频段，无线电频谱和波段的划分如下表所示。序号频段名称频段范围(含上限不含下限)波段名称ITU规定ISM(IndustrialScientificMedical，工业科学医疗)频段，开放给工业、科学、医疗等三类机构使用，无需授权，可免费使用。ISM频段在各国规定并不统一，美国有3个频段902-928MHz、2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz，其中2.4GHz频段各国通用。欧洲ISM低频段为868MHz和433MHz。使用需遵守一定的发射功率(一般低于1W)，不要干扰其它频段。许多无线网络可工作于ISM频段。2.2不同无线网络采用的无线通信介质各异。请列举常见的几类，并进行对比。答：无线网络通信方式主要有三类：⑴无线电波；⑵微波；⑶红外线。无线电波通信是指利用自由空间（大气层和外层真空）传播的射频频段的电磁波进行的通信，其原理在于导体中电流强弱的改变会产生无线电波。微波通信是指利用频率为300M—300GHz之间的电磁波作为传输介质进行通信。它又可以细分为地面微波通信和卫星微波通信两大类。红外通信是指以红外线为载体，进行数据传输的通信方式。2.3假设有一个波长为0.5mm的微波发射器，最大传输距离为50m，则其满足最大传输距离的损耗为多大？2.4常见的信号干扰和损耗有哪些？如何解决？答：参考2.3.1节。2.5请简述信号的调制过程，并对比常见的调制技术。答：参考2.4.1节。2.6调频扩频和直接序列扩频技术各有什么特点？答：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，并以固定间隔从一频率跳至另一频率。而接收方接收时也同步跳转频率。窃听者只能听到无法识别的杂音，即使试图在某一频率上干扰，也只能影响有限的几位信号。直接序列扩频(DSSS)用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，即把频谱拓宽的扩频信号还原成原始信息。原始信号中每一位在传输中以多个码片表示，即使用扩展编码。这种扩展编码能将信号扩展至更宽的频带范围上，该频带范围与使用码片位数成正比。2.7复用技术和多址技术能提高无线传输的效率，试比较分析常见的几种复用和多址技术答：目前，常见的复用方式有频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）、空分复用（SDM）等。多址通信的方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）等。除了这些多址方式以外，其他复用方式也可以用在多址通信中，如极化复用和波分复用等，当然多数情况下需和其它方式综合运用。2.8天线技术在无线网络通信中起到了重要作用，试分析天线的主要技术指标。答：参考2.7.2节。2.9MIMO包括哪些关键技术？答：信道估计、空时信号处理、同步、分集等。具体分析见2.8节。2.10认知无线电的功能和关键技术是什么？答：基本功能包括：分析无线环境，估计空间电磁环境中的干扰温度和检测频谱空穴；信道状态估计及容量预测；功率控制和动态频谱管理。关键技术包括频谱检测、频谱管理、功率控制等。2.12针对网络仿真技术，请列举不少于3种仿真平台，分析对比其技术特点。答：OPNET、NS2、MATLAB等，具体技术特点可自行列举和比较第三章3.1无线局域网具有什么特点？无线局域网存在哪些局限性？答：参考3.1.2节3.2试阐述无线局域网的组成和结构。答：WLAN由站、无线介质、无线接入点或基站、分布式系统等组成。WLAN根据物理拓扑结构可分为单区网和多区网；根据逻辑拓扑可分为对等式拓扑、基础结构式和线性、星形、环形等；根据控制方式可分为无中心分布式和有中心集中控制式两种；根据与外网的连接性可分为独立WLAN和非独立WLAN。3.3IEEE802.11n是目前较常见的无线局域网标准，请分析其技术特点。答：参考3.3.4节3.4常见的无线局域网MAC层优化技术有哪些？各有什么特点？答：DCF主要有CSMA/CA，RTS/CTS两种技术。EDCA特点：使用AIFS代替DIFS；最大最小竞争窗口的改变。3.5IEEE802.11有哪几种帧间间隔(IFS)？请分析其含义和长度。答：IEEE802.11规定了4种IFS，以实现不同的访问优先级别，其时间长度关系为：SIFSPIFSDIFSEIFS，具体含义和长度参考3.3.3节3.6部署大规模WLAN需要有效的AP和信道分配，请查阅文献，了解研究进展。答：请参考文献【10】或查阅更新的文献。3.7请使用某一种测量工具，测试你身边的WLAN，对信道、数据包等进行分析。答：可使用3.5.2节中介绍的工具测量你所在的校园无线网。3.8如下图所示，无线节点A和C同时想与B通信，此时会产生什么问题？如何解决？答：隐藏节点问题。使用RTS和CTS控制信息来避免冲突。当发送方发送数据前，先送出一个RTS包，告知在传送范围内的所有节点不要有任何传送操作。如果接收方目前空闲，则响应一个CTS包，告诉发送方可开始发送数据，此CTS包也会告诉所有在接收方信号传输范围内的其他节点不要进行任何传输操作。3.9如下图所示，无线节点B想与A通信，同时节点C想与D通信，此时会产生什么问题？如何解决？答：暴露节点问题。采用RTS/CTS机制，当一个节点侦听到邻近节点发出来的RTS，但却没有听到相应CTS，可以判定它本身是一个暴露节点，所以允许传送数据到其他邻近节点。这个节点可以成功送出RTS，但相应的CTS不一定能被成功的收到。3.8请列举两个你熟悉的无线局域网应用实例，分析其各项功能和技术特点。答：参考教材3.4节。第四章4.1为什么说无线城域网解决了最后一千米的接入问题？试分析。答：WMAN如WiMax能有效解决有线方式无法覆盖地区的宽带接入问题，有较完备的QoS机制，可根据业务需要提供实时。非实时不同速率要求的数据传输服务，为居民和各类企业宽带接入业务提供新方案4.2请简单介绍IEEE802.16系列技术标准。答：参考表4.1。4.3WiMax协议体系结构如何？答：参考4.2.3节。4.4请列举WiMax的不同应用场景？答：参考4.3.2节。4.5MWiMax的网络切换包括哪几种技术？各有什么特点？答：MWiMax切换主要涉及链路层、网络层和跨层融合。其中链路层切换分为硬切换(HHO)、宏分集切换(MDHO)和快速基站切换(FBSS)。特点参考4.4节。4.6试从多方面分析和比较WiMax与WiFi技术。答：可从传输范围、传输速率、安全性进行分析，请参考教材4.4节。4.8请针对移动通信的2G/3G/4G/5G技术，分析比较其技术特点。答：参考4.6节。4.10请在乘坐高铁/动车等旅行时，测试宽带服务的性能，列出结果和分析各种影响。答：可使用第3章介绍的有关测量工具软件第五章5.1什么是卫星网络？与其它无线网络相比有何不同？答：卫星网络的基本概念参考5.1.1节。相比其它无线网络的特点参考5.1.3节。5.2请从卫星制式、覆盖区域范围、用户性质、业务范围等对无线网络进行分类。答：参考表5.1。5.3卫星网络有哪些类型的轨道？各具有什么特点？答：参考5.2.1节。5.4未来的全球通信系统中，卫星通信网络将是一个宽带网络，支持任何人在任何时间和任何地点进行高效通信。为此，卫星网络需要实现哪些关键技术？答：参考5.2.3节。5.5卫星网络的链路有哪些？以具体卫星网络为例阐述。答：参考5.2.5节。5.6请简单介绍移动卫星系统(MSS)的通信标准和网络设计？答：参考5.5.1节和5.5.2节。5.7目前主要有哪些实际的卫星网络提供服务？请予以简单介绍。答：通信服务参考5.4节，定位导航服务参考5.6.2节。第六章6.1什么是Adhoc网络和MANET？它们具有哪些特点？答：无线自组织(AdHoc)网络又称无线对等网络，由若干个无线终端构成的一个临时性、无中心的网络，网络中亦不需要任何基础设施。移动AdHoc网络(MobileAdHocNetwork，MANET)，又称移动多跳网或移动对等网，是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情况下，可在有限范围内实现多个移动节点临时互联互通的网络。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。特点参考6.1.3节。6.2MANET有哪些拓扑结构？各具有什么特