无线网络复习资料

什么是无线网络利用无线电波作为信息传输的媒介的通信网络，摆脱了网线的束缚，在应用层面，与有线网络的用途完全相似，两者最大不同在于传输资料的媒介不同。无线网络在硬件架设、安装成本和应用机动性方面比有线网络更据优势。主要用3G、蓝牙、WIFI等无线通信技术实现无线网络IEEE802.11标准诞生后，出现了802.11a(1999)和802.11b(1999)，802.11g(2003)，802.11n(2009)，无线网络时代来临。无线网络最大的优点是可以让人们摆脱有线的束缚，更便捷、更自由的沟通。ALOHANET，可以算是早期的无线局域网络(WLAN)蓝牙(BlueTooth)是一种典型短距离无线网络，将这些部件以无线的方式连接起来，多采用主从模式。除蓝牙外，传统的红外无线传输技术、家庭射频和目前最新的Zigbee、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连，构建无线个域网、无线体域网等。无线城域/广域网络CDMA2000\WCDMA\TD-SCDMA与局域网的区别：速度慢，距离远。无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协议也是一个重点。无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，数据链路层中的MAC协议是所有无线网络协议的重点无线局域网、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，而无线Mesh网络则需重点研究。传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。传输媒体可分为：导向的(guided)：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。非导向的(unguided)：提供传输电磁波信号的手段，但不引导电磁波传播的方向，这种传输形式被称为无线传播(wirelesstransmission)，如大气和外层空间导向性传输媒体传输质量受限于传输媒体本身。非导向性传输媒体传输质量受信号带宽影响更大非导向性传输媒体包括全向信号：信号发射后延所有方向传播,可被所有天线接收,发射设备和接收设备不必在物理上对准,多为低频信号。定向信号：信号发射后延特定方向传播,发射端和接收端的天线必须精确地对准,多为高频信号。天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波(groundwave)：低于2Mhz的电磁特性，地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可视的地平线，如:调幅广播AM；天波(skywave)：2Mhz-30Mhz的天波信号可以通过多个跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行,常用于无线电爱好者和国际广播；直线LOS(lineofsight)：当要传播的信号频率在30MHz以上时（无法被电离层反射），天波与地波的传播方式均无法工作，通信必须用直线方式。“全向高增益天线”的误区1.天线增益是无源现象，天线并不增加功率。更换天线并未改变路由器中的发射功率。2.能量守恒。a方向获得了更多的能量，b方向就会有就减少能量。3.“全向天线的增益是靠在垂直方向上(Z轴)压扁信号辐射来获得的，水平方向仍然是360度的，所以增益越高的全向天线在高度范围更需要调节摆放位置。4.市面所售的“全向高增益天线”最多也就“水平全向高增益天线”。其特点：同一楼层的信号会改善，但是同时会导致不同楼层间信号减弱。无线传输的损耗随距离的平方而变化而双绞线与同轴电缆的损耗随距离的指数变化。因此无线的中继设备比电缆的中继设备可以放得更远。移动环境中的纠错前向纠错（FEC）技术：名字对应传统传输中的后向纠错（接收、检验、重发），通过多个冗余位形成纠错码。（接收、冗余码检查、纠错）如：1/3FEC。数据开销较大。分集技术：将一组信号用多个逻辑信道发送。避免单一信道受干扰后，所有信号全部丢失（TDM、FDM），信道开销较大。自适应均衡技术：位避免多组信号之间的干扰，先将多组信号拥过编码技术合并，在接收分离。系统开销较大模拟数据可以用数字信号表示：编码-解码：对模拟数据进行采样，用位流近似模拟信号，产生二进制电压脉冲序列，实现模拟信号在数字设备上传输；量化多路复用：为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术。1.信号频率上的不同-----频分多路复用2.信号出现时间上的不同-----时分多路复用3.信号码型结构上的不同------码分多路复用无线局域网的优点：无线局域网利用电磁波取代缆线进行信息传递，可作为传统有线网络的延伸、补充、或替代。通信状态上移动可分为：半移动：设备可在网内移动，但只能在静止状态下通信；全移动：设备可在网内移动中通信，快速移动（大于10m）和慢速移动(小于10m)两种；网络层次上移动可分为：越区切换（散步）：数据链路层的移动漫游：网络层的移动DFWMAC(distributedfoundationwirelessMAC):分布基础无线介质访问控制机制，包括两种机制：DCF(distributedcoordinationfunction):分布协调功能，使用一个竞争算法为所有通讯提供接入；PCF(pointcoordinationfunction):点协调功能，集中的MAC算法，被用于提供自由竞争服务；DCF分布协调功能------DCF利用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)机制:载波侦听（CSMA）:1.如果介质为空，则节点传输帧；2.如果介质为忙，则保持监听等待直到当前传输完全结束。冲突避免（CollisionAvoidance）1.优先级确认协议2.随机后退算法指数后退算法1.当空闲时间≥IFS，立即传输2.当介质忙，监听直到当前传输结束+等待IFS时间3.开始随机后退过程:选择一个随机数(0,Cwindow),使用侦听传输线路是否变忙a)变忙：计时器停止，线路空闲后恢复后退过程；b)未变忙：发送数据；4.使用后退过程延迟发送的目的在于避免多个站点同时传输引起的冲突。竞争窗口当网络负载大时1.竞争窗口越小，节点选择的随机值越接近。2.导致太多的冲突当网络负载轻时1.竞争窗口越大，节点等待时间越长。2.导致不必要的延迟指数后退算法：竞争窗口初始化为某个最小值，发生冲突时加大窗口。直到达到最大值。802.11MAC协议定义了5类时序间隔：两种由物理层决定：短帧空间(SIFS)10μs和时隙(slottime)20μs。基于以上两种基本的时序间隔：优先级帧间空间(PIFS)、分散帧间空间(DIFS)和扩展帧间空间(EIFS)。RTS/CTS四帧交换机制在通信前明确预留信道：发送端发送RTS（requesttosend）；接收端回复CTS（cleartosend）；避免“隐藏”终端冲突核心协议(coreprotocol)形成五层栈(1)无线电(radio)：确定包括载波频率设定、跳频的执行、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、跳频序列控制和功率控制。(3)链路管理器协议(linkmanagerprotocol，LMP)：负责链路管理。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)逻辑链路控制和自适应协议(logicallinkcontrolandadaptationprotocol，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(servicediscoveryprotocol，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。无线电规范给出３类基于输出功率的发射器定义:１类：最大范围，输出功率最大100mW(+20dBm)，最小为1mW(0dBm)，该类发射器的功率控制是强制的，此模式提供达100米的最大距离；２类：最大输出为24mW(+13.8dBm)，最小为0.25mW(-6dBm)。10m功率控制是可选的；３类：最小功率，名义上的输出为1mW。小于1mBluetooth设备地址(BD_ADDR)：48位IEEEMAC地址，Standby状态使用；驻扎成员地址(PM_ADDR)：8位parked的S设备地址；可支持255个驻扎成员活跃成员地址(AM_ADDR)：3位活跃S设备地址；全“0”广播地址；串口仿真(RFCOMM)：提出一个虚拟的串行端口（计算机上最常用的有线通信接口），并在蓝牙基带层上仿真EIA232控制信号，使电缆替代技术变得透明。MANET节点结构：主机：面向移动用户，完成数据处理等功能。路由器：负责路由选择、转发用户数据报功能。无线收发装置：完成数据传输功能。MANET网络拓扑结构：平面结构（完全分布式）：所有节点的地位平等层次结构（分层分布式）：网络被划分为簇（cluster），一个簇头和多个簇成员组成，簇头可形成更高一级的网络平面结构的优点：简单：所有节点能力相同，如：网络控制、路由选择、流量管理；健壮：只要存在一条路径就能通信；相对安全：节点覆盖范围较小。平面结构的缺点：路由开销大：节点数目多移动性强的环境下，维持网络最新拓扑的控制开销大；可扩充性差：节点数量增多，系统效能会大大降低。层次结构的优点：Cluster成员功能简单；路由信息局部化，减少路由协议开销；节点定位简单；可扩展性好。层次结构的缺点：Cluster头需要选择；所有传输都通过头，路由路径不一定最短；Cluster头是瓶颈。“暴露”终端问题