無線網(wǎng)絡(luò)重點總結(jié)

第一章“三網(wǎng)”融合：計算機網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)分類（從覆蓋范圍）

無線個域網(wǎng)(WPAN)無線局域網(wǎng)(WLAN)無線城域網(wǎng)(WMAN)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)【堪稱最大的無線廣域網(wǎng)WWAN】基于短距離無線通信技術(shù)(藍牙和ZigBee技術(shù)等)電信領(lǐng)域中的標準化組織ITUISO/IEC網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域的權(quán)威組織 IEEE和IEEE802委員會ISOC/IAB/IETFACM3GPP有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別有線網(wǎng)絡(luò)中，當發(fā)送方檢測到丟包時，會判斷為網(wǎng)絡(luò)擁塞，降低發(fā)送速率，而無線網(wǎng)絡(luò)中當發(fā)送方檢測到數(shù)據(jù)丟包時，發(fā)送方應(yīng)盡力重發(fā)。第二章聯(lián)邦通信委員會FCC

ISM(工業(yè)科學醫(yī)療)頻段，即2.4~2.4835GHz主要開放給這三類機構(gòu)使用，該頻段是依據(jù)FCC的定義無線傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)可分導向和非導向兩類⑴導向傳輸介質(zhì)用于有線通信，包括雙絞線、同軸電纜(粗纜和細纜)、光纖等。⑵無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)則使用非導向傳輸介質(zhì)，包括無線電、微波、紅外線、毫米波、光波等。無線通信的主要方式包括無線電波、微波、紅外線通信損耗：衰減和衰減失真、自由空間損耗、噪聲、大氣吸收、多徑、折射等衛(wèi)星通信中自由空間損耗是主要的傳播損耗。藍牙用在10m范圍內(nèi)構(gòu)建ad-hocPAN的射頻通信標準。網(wǎng)絡(luò)仿真工具：OPENT【大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)】、NS2【多種網(wǎng)絡(luò)】、MATLAB【數(shù)據(jù)計算和圖像處理】解決損耗：天線增益跳頻擴頻(FHSS)是用一定的擴頻碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷跳變。發(fā)送方用看似隨機的無線電頻率序列廣播信息，并在固定間隔里從一頻率跳至另一頻率。接收方接收消息時，也同步跳轉(zhuǎn)頻率。直接序列擴頻(DSSS)用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送方直接擴展信號頻譜，而接收方則用相同擴頻碼序列進行解擴，即把拓寬的擴頻信號還原成原始信息。第三章WLAN兩個典型標準IEEE802.11：IEEE802.11工作組提出，包括多個子標準如目前常見的IEEE802.11g/n等。

IEEE802.11g工作于2.4GHz，

IEEE802.11n進一步使用MIMO和OFDM等，

WiFi是IEEE802.11的商業(yè)名稱。HiperLAN：采用移動通信廣泛使用的高斯最小頻移鍵控調(diào)制。無線局域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)及功能站：也稱主機或終端，是無線局域網(wǎng)的最基本組成單元，一般作為客戶端，是具有無線網(wǎng)絡(luò)接口的計算機設(shè)備。無線介質(zhì)(WM)：無線局域網(wǎng)中站與站之間、站與接入點之間通信的傳輸介質(zhì)無線接入點(基站)(AP)：作為接入點，完成其他非AP的站對分DS的接入訪問和同一BSS中不同站間的通信聯(lián)結(jié)作為無線網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的橋接點完成WLAN與DS間的橋接功能。作為BSS的控制中心完成對其他非AP的站的控制和管理。分布式系統(tǒng)(DS)：把多個BSA通過分布式系統(tǒng)連接起來，形成一個擴展業(yè)務(wù)區(qū)ESA，通過DS互相連接起來的屬于同一個ESA的所有主機組成一個擴展業(yè)務(wù)組ESS。無線局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)分布對等式拓撲(IBSS)和基礎(chǔ)架構(gòu)集中式拓撲(基礎(chǔ)架構(gòu)BSS)分布對等式拓撲（IBSS）優(yōu)：不需要預(yù)先計劃，可按需隨時構(gòu)建；典型的自治方式單區(qū)網(wǎng)，不需依賴AP，任意兩站間可直接通信缺：各站競爭公用信道，站點數(shù)過多，競爭會影響網(wǎng)絡(luò)性能；另IBSS不能接入DS基礎(chǔ)架構(gòu)集中式網(wǎng)絡(luò)（基礎(chǔ)架構(gòu)BSS）缺：與IBSS相比基礎(chǔ)架構(gòu)BSS的可靠性較差，如AP出故障或遭破壞，整個BSS就會癱瘓；AP的復(fù)雜度較高，成本也較高；另外兩站通信需AP轉(zhuǎn)接，占用鏈路，增加傳輸時延；優(yōu)：各站布局受環(huán)境限制小；AP可實現(xiàn)對各站同步、移動和節(jié)能管理等，可控性好；有接入DS或骨干網(wǎng)的邏輯接入點，可伸縮性較強；網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量增大時，網(wǎng)絡(luò)吞吐和時延性能惡化并不劇烈；各站不需保持鄰居關(guān)系，路由復(fù)雜性和物理層實現(xiàn)復(fù)雜度較低隱藏終端是指在接收節(jié)點的覆蓋范圍內(nèi)而在發(fā)送節(jié)點覆蓋范圍外的節(jié)點。因偵聽不到發(fā)送節(jié)點的發(fā)送而可能向同樣的接收節(jié)點發(fā)送分組，造成接收節(jié)點處的分組碰撞暴露終端指在發(fā)送節(jié)點的偵聽范圍之內(nèi),而在接收節(jié)點的干擾范圍之外的節(jié)點。隱藏終端”和“暴露終端”的存在，會造成adhoc網(wǎng)絡(luò)時隙資源的無序爭用和浪費，增加數(shù)據(jù)碰撞的概率，嚴重影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、容量和數(shù)據(jù)傳輸時延。RTS/CTS協(xié)議即請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當于一種握手協(xié)議，主要用來解決“隱藏終端”，解決暴露終端問題也采用RTS/CTS，但并不能完全解決。IEEE802.11若干子標準比較IEEE802.11物理層組成及各功能物理匯聚子層：偵聽載波和對不同物理層形成不同格式分組物理介質(zhì)相關(guān)子層：識別相關(guān)介質(zhì)傳輸信號使用的調(diào)制與編碼技術(shù)物理管理子層：為不同物理層選擇信道物理層優(yōu)化：使用雙頻多模技術(shù)MAC層優(yōu)化：1》IEEE802.11分布式協(xié)調(diào)功能【DCF】兩種工作模式：CSMA/CA和RTS/CTSCSMA/CA工作機制：檢測到信道空閑期大于某一IFS后立即開始發(fā)送幀，否則延遲發(fā)送至到檢測到所需的IFS，然后選擇退避時間進行退避，結(jié)束后重新開始上述過程RTS/CTS：主要解決隱藏終端問題【4次握手】2》IEEE802.11e增強分布式通道存取【EDCA】藍牙：支持點對點及點對多點通信，2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，采用時分傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。第四章WMAN【城域網(wǎng)】解決城域網(wǎng)最后一公里接入問題IEEE802.16標準為基礎(chǔ)的無線城域網(wǎng)IEEE802.16，也稱WiMax，移動性優(yōu)于WiFi。IEEE802.20【無線廣域網(wǎng)WWAN】無線局域網(wǎng)【W(wǎng)LAN】——WiFi——IEEE802.11無線個域網(wǎng)【W(wǎng)PAN】——IEEE802.15無線城域網(wǎng)【W(wǎng)MAN】——WiMax——IEEE802.16無線廣域網(wǎng)【W(wǎng)WAN】——Mobile-Fi——IEEE802.20第六章移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)定義：由一組無線移動節(jié)點組成，是一種不需要依靠現(xiàn)有固定通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的、能夠迅速展開使用的網(wǎng)絡(luò)體系，所需人工干預(yù)最少，是沒有任何中心實體、自組織、自愈的網(wǎng)絡(luò)。移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點既可作為主機，也可作為中間路由設(shè)備MANET的特點拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化：無固定通信設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨機移動資源有限：節(jié)點的能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬有限多跳通信：實現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)間的源與目標主機間的通信安全性較低：無線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅MANET的拓撲結(jié)構(gòu)分兩種：對等式結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分單頻分級和多頻分級【分層/分簇結(jié)構(gòu)】單頻分級中所有節(jié)點使用同一頻率通信，需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點支持多頻分級網(wǎng)絡(luò)中，不同級采用不同通信頻率對等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)【平面結(jié)構(gòu)】所有節(jié)點完全對等，源節(jié)點與目標節(jié)點通信時存在多條路徑，健壯性好，相對比較安全缺點是可擴充性略差網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時采用平面式結(jié)構(gòu)，規(guī)模較大時采用分級結(jié)構(gòu)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)==AdHoc網(wǎng)絡(luò)==MANET網(wǎng)絡(luò)==無線對等網(wǎng)絡(luò)AdHoc路由協(xié)議分類表格驅(qū)動類路由協(xié)議(又稱主動式路由協(xié)議)源節(jié)點初始化按需驅(qū)動類路由協(xié)議(又稱反應(yīng)式路由協(xié)議)表格驅(qū)動路由反應(yīng)式路由主動式路由協(xié)議：DSDV【表格驅(qū)動】反應(yīng)式路由協(xié)議：AODV【按需驅(qū)動】DSDV實例分析ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由協(xié)議示例DSDV實例分析圖(a)中節(jié)點A和節(jié)點B起始路由表節(jié)點A的路由表節(jié)點B的路由表圖(b)中節(jié)點D移動到新位置，節(jié)點B的路由更新更新后節(jié)點B的路由表路由環(huán)回現(xiàn)象產(chǎn)生，即A或B想要向D發(fā)送的數(shù)據(jù)會在A和B之間來回轉(zhuǎn)發(fā)，無法到達真正的目標。

DSDV實例分析包含序號的路由更新，解決環(huán)回現(xiàn)象(a)中節(jié)點A初始路由表(a)中節(jié)點B初始路由表DSDV實例分析節(jié)點D移動到(b)圖所示位置(b)中節(jié)點A路由表更新(b)中節(jié)點B路由表更新(b)中節(jié)點C路由表更新AODV路由示例典型按需路由協(xié)議實例ABCEFDGAODV示例網(wǎng)絡(luò)拓撲AODV路由示例ABFDGRREQ逆向路徑CEB接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

AODV路由示例ABCEFDGRREQ逆向路徑D接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

AODV路由示例BCEFDGRREQ逆向路徑AF接收RREQ并創(chuàng)建逆向路由

AODV路由示例BCEFDGRREQRREPAG返回RREP給A

第七章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【W(wǎng)SN】定義：由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。WSN的特點網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、低速率、低功耗、低成本、短距離、高可靠、動態(tài)性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)別：傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)首要目標是提供高質(zhì)量服務(wù)和高效帶寬利用，其次才考慮節(jié)能；而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要目標就是能源的高效利用。WSN面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 通信能力有限 電源能量有限 傳感器計算能力有限 傳感器數(shù)量大、分布范圍廣 網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性 大規(guī)模的分布式觸發(fā)器 感知數(shù)據(jù)流巨大 以數(shù)據(jù)為中心傳感器、感知對象和用戶是WSN的三個基本要素。傳感器節(jié)點包含傳感模塊、計算模塊、通信模塊、存儲模塊、電源模塊和嵌入式軟件組成傳感模塊負責探測目標的物理特征和現(xiàn)象。計算模塊負責處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理。存儲模塊負責存放程序和數(shù)據(jù)。通信模塊負責發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)管理和探測數(shù)據(jù)電源模塊負責節(jié)點供電。嵌入式軟件系統(tǒng)運行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議。造成網(wǎng)絡(luò)能量浪費主要原因：(1)如果MAC協(xié)議采用競爭方式使用共享無線信道，可能會引起多個節(jié)點之間發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞，導致重傳消耗節(jié)點更多的能量。(2)節(jié)點接收并處理不必要的數(shù)據(jù)。(3)節(jié)點在不需要發(fā)送數(shù)據(jù)時一直保持對無線信道的空閑偵聽，以便接收可能傳輸給自己的數(shù)據(jù)。過度的空閑偵聽或者沒必要的空閑偵聽同樣會造成節(jié)點能量的浪費。(4)在控制節(jié)點之間的信道分配時，如果控制消息過多，也會消耗較多的網(wǎng)絡(luò)能量。MAC協(xié)議分類標準采用分布式控制還是集中控制使用單一共享信道還是多個信道采用固定分配信道方式還是隨機訪問信道方式(1)采用無線信道的時分復(fù)用方式(2)采用無線信道的隨機競爭方式(3)其他MAC協(xié)議，如通過采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式定向擴散路由協(xié)議梯度Internet源源源事件事件事件SinkSinkSink(a)查詢擴散(b)梯度建立(c)路徑加強興趣擴散、梯度建立和路徑加強的各個階段的示意圖定向擴散(DD)是以數(shù)據(jù)為中心、查詢驅(qū)動的經(jīng)典路由協(xié)議匯聚節(jié)點周期性向鄰居節(jié)點廣播興趣消息能量感知路由:－能量路由（1）能量路由：基于節(jié)點的可用能量（PowerAvailable）或傳輸路徑上鏈路的能量需求選擇數(shù)據(jù)的發(fā)送路徑

最大PA路由：選取從數(shù)據(jù)源到匯聚點所有路徑中節(jié)點PA之和最大的路徑最小能量路由：選取從數(shù)據(jù)源到匯聚點所有路徑中節(jié)點耗能之和最少的路徑最大最小PA節(jié)點路由：選取從數(shù)據(jù)源到匯聚點所有路徑中包含最小節(jié)點PA最大的路徑能量感知路由:－能量路由（2）路徑1：匯聚點-A-B-源節(jié)點，總PA為4，總a為3；路徑2：匯聚點-A-B-C-源節(jié)點，總PA為6，總a為6路徑3：匯聚點-D-源節(jié)點，總PA為3，總a為4；路徑4：匯聚點-E-F-源節(jié)點，總PA為5，總a為6；最大PA路由：路徑2最大的，但包含路徑1，因不高效而排除，選擇路徑4；最小能量路由：路徑1最大最小PA節(jié)點路由：路徑3評價：全網(wǎng)信息理想路由SensorMAC【S-MAC】協(xié)議【休眠時間大于工作時間】主要機制：周期性偵聽/睡眠的工作方式（能量）一致性的睡眠調(diào)度機制（空閑偵聽）流量自適應(yīng)的偵聽機制（減少延遲）消息分割和突發(fā)傳遞（控制消息和消息延遲）節(jié)點四種狀態(tài)：發(fā)送，接收，休眠，空閑第八章無線個域網(wǎng)【W(wǎng)PAN】被看作是最后一米的解決方案。四種無線網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系與通信范圍WPAN按傳輸速率分為低速、高速和超高速三類WPAN(802.15)10米以內(nèi)

WLAN(802.11)100米以內(nèi)WMAN(802.16)十千米WWAN(802.20)50千米無線個域網(wǎng)低速WPAN802.15.4高速WPAN802.15.3超高速WPAN802.15.3a通信速率：0.25Mbps通信距離：10m工作頻率：2.4GHz通信速率：55Mbps通信距離：10m工作頻率：2.4GHz通信速率：110/200/480Mbps通信距離：10m、4m和4m以下工作頻率：3.1GHz~10.6GHz30藍牙核心協(xié)議(coreprotocol)形成五層棧(1)無線電(radio)：確定包括頻率、跳頻的使用、調(diào)制模式和傳輸功率在內(nèi)的空中接口細節(jié)。(2)基帶(baseband)：考慮一個微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制。(3)鏈路管理器協(xié)議(linkmanagerprotocol，LMP)：負責在藍牙設(shè)備和正在運行的鏈路管理之間建立鏈路。這包括諸如認證、加密及基帶分組大小的控制和協(xié)商等安全因素。(4)邏輯鏈路控