无线网络技术 考试复习

第2章 无线传输技术基础

1、传输媒体分为导向的和非导向的两类。

2、低频信号为全向，高频信号为定向。

3、频段：

微波：1G-100GH 高方向性，适用于点对点通信，可用于卫星通信

无线电广播：30M-1GHZ 适用全向应用

红外：3*1011-2*1014HZ 局部点对点或多点应用

4、微波传输的主要损耗：衰减。

衰减损耗公式：

5、天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。

6、天线增益和有效面积的关系：

例2-1 一个直径为2m 的抛物线反射天线，工作频率为12GHz ，它的有效面积和天线增益分别是多少？

7、天线增益的目的：定向性。

8、由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波、天波、直线。

9、计算天线的高度：

例2-2 假设一个天线的高度是100m ，另一天线是在地平线上，则两个天线直线传播的最大距离是多少？现在假设接收天线的高度是10m ，为了获得与上面同样的传播距离，发送天线应达到什么样的高度？

10、什么是自由空间损耗？

在卫星通信中，信号会随距离的增加而在越来越大的面积范围内散布，我们称这种形式的衰减为自由空间损耗（L ）。

公式：

11、什么是多普勒效应？

相对运动体之间有电波传输时，其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增高和降低的现象。

例1 A 、B 为两个汽笛，其频率皆为50Hz ，A 静止，B 以60m/s 的速率向右运动. 在两个汽笛之间有一观察者O ，以30m/s 的速度也向右运动. 已知空气中的声速为330m/s ，求： 相对运动体之间

1）观察者听到来自A 的频率

2）观察者听到来自B 的频率

22244c A f A G e e πλπ==

12、天线的介质：微波、红外线、卫星、激光。

第3章无线局域网

1、无线局域网是什么？其物理组成部分是什么？使用的标准有哪些？

1）无线局域网是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。

无线局域网的组成结构：

(1)站点。

是无线局域网的最基本组成单元，包括：终端用户设备、无线网络接口、网络软件。（2）无线介质。

是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。

（3）无线接入点（AP）。

无线接入点是具有无线网络接口的网络设备，它类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。它是一种特殊的站，通常处于BSA的中心，固定不动。

（4）分布式系统。

用来连接不同BSA的通信信道。

3)代表性的标准

① IEEE802.11a标准：频段在5 GHz, 最高数据速率为54Mb/s，

优缺点：数据率高：最高数据率较高，支持更多用户同时上网。

频段高：信号传播距离较短，且易受阻碍。

价格最高。

② IEEE802.11b标准：频段在2.4 GHz, 最高数据速率为11Mb/s，

优缺点：数据率低：最高数据率较低。

频段低：信号传播距离最远，且不易受碍。

价格最低。

③ IEEE802.11g标准：频段在2.4 GHz, 最高数据速率为54Mb/s，

优缺点：数据率高：最高数据率较高，支持更多用户同时上网。

频段低：信号传播距离最远，且不易受阻碍。

价格比 802.11b贵

（5）覆盖范围：小于100米

2、隐藏终端、暴露终端（名词解释）

隐藏终端：

当A、C两个站点都检测不到无线信号时，都认为B站点是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐藏终端。

暴露终端：

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站问题

3、802.11中的MAC层协议

IEEE 802.11MAC层覆盖了3个功能区，分别是可靠的数据传送、接入控制、安全

（1）可靠的数据传送

帧交换协议

当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源站点返回一个确认(ACK)帧。

此交换被作为一个原子单元处理，它不会被其他站点发出的传送打断。

如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏，源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK，它会重发该帧。

为了进一步地增强可靠性，可使用四帧交换(RTS/CTS)：

首先，源站向目的站发布一个请求发送（RTS）帧，其作用是警告所有位于源站点接收范围之内的站点——一个交换正在进行。

然后，目的站用一个清除发送（CTS）帧响应，其作用是警告所有位于目的帧接收范围内的站点——一个交换正在进行。

收到CTS后，源站发送数据帧，目的站以一个ACK响应。

（2）接入控制

MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。MAC层分为两层：点协调功能 PCF（上层）和分布协调功能 DCF（下层）

（1）点协调功能 PCF（上层）——无争用服务（选用）

采用集中接入协议

采用PIFS（点协调功能帧间间隔）

PCF 子层使用集中控制的接入算法把发送数据权轮流交给各个站从而避免了碰撞的产生。PCF是一个在DCF上实现的替代接入方式。该操作由中央轮询主机(点协调者)的轮询组成。点协调者在发布轮询时使用PIFS。由于PIFS小于DIFS，所以点协调者能够获得媒体，并在发布轮询及接收响应期间，锁住所有的非同步通信，为避免这种情况，人们定义了超级帧。（2）分布协调功能 DCF（下层）——争用服务（必须实现）

采用分布接入协议

采用DIFS（分布协调功能帧间间隔）

DCF 子层在每一个结点使用 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。因此 DCF 向上提供争用服务。

DCF子层利用一个简单的载波监听多点接入CSMA算法（不包括冲突检测功能）：

如果一个站点有一个MAC帧要发送，它监听媒体。

如果媒体空闲，站点可以发送，否则，该站点必须等到当前发送已完成才能发送。

为确保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相当于优先级模式的时延，用帧间间隔（IFS）实现。

4、三种帧间间隔 IFS

所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS (InterFrame Space)。

帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。

(1)SIFS(short IFS，短IFS)：最短的IFS。

被用于所有的立即响应动作中。

SIFS，即短(Short)帧间间隔，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 探询的帧等。

(2) PIFS(point coordination function IFS，点协调功能IFS)：一个中间长度的IFS。

在发布轮询时，被中央控制器用于PCF模式。

PIFS，即点协调功能帧间间隔，它比 SIFS 长，是为了在开始使用 PCF 方式时（在 PCF 方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中。PIFS 的长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度。

时隙的长度是这样确定的：在一个基本服务集 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。

(3)DIFS(distributed coordination function IFS，分布协调功能IFS)：最长的IFS。

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 的长度比 PIFS 再增加一个时隙长度。

5、802.11 帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧。

1）控制帧：6 种子类型，类型值为01

2）数据帧：8 种子类型，类型值为10

3）管理帧：11种子类型，类型值为00

6、什么是CSMA/CA

带冲突避免的载波侦听多址访问

CSMA／CA工作原理：

欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层进行载波监听。

通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。

当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间后就可发送。

等待的原因是看看是否有高优先级帧要发送，如果有，就让高优先级的帧先发送。

如果没有则源站源站发送自己的数据帧。

目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔后，向源站发送确认帧 ACK。

若源站在规定时间内没有收到确认帧 ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。

7、对比分析 CSMA/CA和CSMA/CD，说明无线局域网中为什么采用CSMA/CA而不采用CSMA/CD？

CSMA/CD和CSMA/CA的主要差别

（1）CSMA/CD：带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测冲突，但无法“避免”。CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量“避免”。

（2）传输介质不同

CSMA/CD用于总线式以太网。

CSMA/CA则用于无线局域网802.11a/b/g/n等等。

（3）检测方式不同

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；

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方式。

（4）WLAN中，对某个节点来说，其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度，自己的信号会把其他的信号给覆盖掉。

（5）本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突。

（6）冲突侦测（CD）需要全双工（发送数据的同时也可以接收数据），硬件代价过高，无线网卡很难同时接收（冲突探测帧）和发送无线信号。

（7）无线信号的衰减特性和隐藏终端问题使冲突很难被侦测。

综上，在WLAN中实现CSMA/CD是比较困难的，不采用。

8、CSMA分类：不坚持、1-坚持、P坚持。

第4章无线个域网

1、什么是无线个域网？标准是什么？

无线个人区域网(WPAN)是一种短距离无线通信网，它是将具有不同功能的单一设备在小范围内实现无线连接、微小网自主组网的通信技术。

标准是IEEE802.15。

2、什么是微微网？

蓝牙最基本的网络结构是采用无线方式将若干个蓝牙设备连在一起的微微网。

微微网内由主设备单元和从设备单元组成。

微微网内互联的设备数量没有限制，但在同一时刻只能激活8个设备（1个主设备，7个从设备）

3、什么是分散网？

多个微微网之间互联形成分散网。

4、ZIgbee（名词解释）

基于IEEE802.15.4标准的个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。工作频段在2.4G，可同时和254个节点通信。

5、IEEE 802.15 WPAN共拥有4个工作组：

蓝牙工作组:制定行业标准来开发能够相互兼容的蓝牙芯片、网络和产品。 802.15.1 共存组:为所有工作在2.4GHz频带上的无线应用建立一个标准。 802.15.2

高数据率工作组:其802.15.3标准适用于高质量要求的多媒体应用领域。超宽带(UWB)技术。802.15.4工作组:开发一个低数据率的WPAN（LR-WPAN）标准。zigBee

6、蓝牙标准文档的构成：（判断题）

蓝牙标准分为以下两组：

（1）核心规范(core specifications)

描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节。

如相关技术的互操作性、检验需求和对不同的蓝牙计时器及其相关值的定义。

（2）概要规范（profile specifications）

1）目的

概要规范考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。

每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型（Usage Model）。

概要规范包括对核心规范各方面的描述，可分为强制的、可选的和不适用的。

概要规范的目的：定义互操作性的标准，使得来源于不同厂家、声称能支持给定的应用模型的产品能一起工作。

2）概要规范的分类

概要规范分为以下两类：

电缆替代概要规范：为邻近设备的逻辑连接和数据交换提供便利方法。如：两个设备首次进入对方的范围时，能基于公用的概要规范自动相互询问。可能导致设备的最终用户相互注意或一些数据交换自动发生。

无线音频概要规范：考虑建立短途的语音连接

7、蓝牙频率的分配：（判断题）

蓝牙利用波段中的2.4 GHz波段。在大多数国家，此带宽足以定义79个1 MHz的物理信道。

1、无线网络中按照覆盖区域，划分为哪4类，每一类的覆盖范围、带宽、标准分别是什么？（1）无线个域网（WPAN）：

覆盖范围小于10

有基于IEEE802.15.1标准的蓝牙(Blue Tooth)技术，带宽为~~

有基于IEEE802.15. 3标准的超宽带(UWB)技术，带宽为100Mbps

有基于IEEE802.15.4标准的Zigbee技术，带宽为250kbps.

（2）无线局域网(WLAN)：

覆盖范围小于100米，标准有IEEE 802.11a/b/g

IEEE 802.11b标准的带宽最高为11Mb/s

802.11a 和802.11g 的带宽最高为54Mb/s

产生的技术为：WIFI。

（3）无线城域网(WMAN)：

覆盖范围小于5千米，带宽为70Mbps，标准有IEEE 802.16a/e

产生的技术为WIMAX。

（4）无线广域网(WWAN)：

覆盖范围小于15千米，带宽为？，标准有IEEE 802.20

2、什么是“最后一公里”？

通信服务提供商的机房交换机到用户计算机等终端设备之间的连接。

3、802.16 MAC层的分层分为：

IEEE802.16实现了OSI模型中的数据链路层的大部分功能，从上到下包括：

（1）会聚子层

与业务相关，是与高层之间的接口，接收来自各个上层协议数据

（2）公共部分子层（完成MAC层核心功能）：

MAC层的核心，提供系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护

（3）安全子层或加密子层

可选，用于提供认证、密钥交换和加解密处理。

4、802.16的MAC层的3条管理连接分别为（判断题）：

SS(用户站)进入网络，会被分配3条管理连接，反映了不同级别管理消息的QoS要求。（1）基本连接：用于传送较短的、实时性要求高的MAC和无线链路控制消息。

（2）主管理连接：用于传送较长的、实时性要求不高的管理消息，如鉴权和连接建立消息。（3）第二管理连接：用于传送基于标准的管理消息，如基于DHCP等协议的管理消息。

5、无线城域网中，一个完整的802.16系统应包含的网络实体有（填空）：用户设备(UE)、用户站(SS)、基站(BS)和核心网(CN)。

其中，802.16规定了用户站和基站的功能和接口规定。

6、802.16支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种双工模式。

7、WIMAX和3G的对比（判断题）：

第6章无线广域网

1、IEEE802.20技术也被称之为Mobile-Fi，致力于无线广域网（WWAN）。

第七章移动Ad hoc网络

1、移动Ad hoc网络的定义：

移动Ad Hoc网络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。

各个网络节点相互协作、通过无线链路进行通信、交换信息，实现信息和服务的共享。

网络节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络，而常常不需要事先示警或通知，而且不会破坏网络中其他节点的通信。

2、移动Ad Hoc网络是对等网络，这是它与使用基站和固定基础通信设施的蜂窝网络之间的一个重要区别。

移动Ad Hoc网络与其他Ad Hoc网络的区别：移动性

3、Ad Hoc MAC层协议分类：

（1）竞争协议

竞争协议使用直接竞争来决定信道访问权，并且通过随机重传来解决碰撞问题。例如：CSMA 协议。

特点：大多数竞争协议都使用异步通信模式。

碰撞回避是其关键性设计。

竞争协议简单

环境：竞争协议简单，在低传输载荷条件下运行良好。

（如：碰撞次数小，信道利用率高、分组传输时延小；

在重传输载荷时，碰撞次数增多，协议性能下降，信道利用率下降，协议变得不稳定。）（2）分配协议

分配协议采用某种传输时间安排算法将时隙映射为节点。这种映射导致一个发送时间安排决定了一个节点在其特定的时隙（可以使用一个时隙，也可以使用多个时隙）内允许访问的信道。

特点：

分配协议使用同步通信模式

大多数分配协议建立无碰撞的发送时间安排，安排的发送时间长度（按照时隙个数计算）是建立协议性能的基础。

时隙可以静态分配，也可以动态分配，从而分别得到固定长度的传输时间安排、可变长度的传输时间安排。

环境：分配协议在中等到重传输载荷条件下运行良好。

可以利用所有时隙，保持稳定；在轻传输载荷条件下表现不利，时延非常大。

（3）混合协议

是竞争协议要素和分配协议要素的综合

特点：混合MAC协议能够保持所组合的各个访问协议的优点，同时又能避免所组合的各个协议的缺点。

环境：在传输载荷轻的时候表现为竞争协议的性能，在传输载荷重的时候近似表现为分配协议的性能。

4、多址访问与碰撞回避(MACA)协议（名词解释）

MACA（multiple access with collision avoidance ）：避免冲突的多路访问，其基本思想是发送方刺激一下接收方，让他输出一个短帧，因此，接收方附近的站可以检测到该帧，从而在接下去的数据帧（较大）传输过程中它们不再发送数据了。MACA协议完全靠握手机制来解决隐藏终端和暴露终端这一问题。也就是去掉CSMA/CA中的CS部分，这样，CSMA/CA 协议就成为了MACA。

（MACA协议使用控制分组握手诊断来减轻隐藏终端干扰。

MACA协议采用两种固定长度的短分组，即请求发送(request to send，RTS)和允许发送(clear to send，CTS)。

当节点A需要对节点B发送时，首先给节点B发送一个RTS分组，RTS分组包含发送数据的长度。

节点B若接收到RTS分组，并且当前不在退避之中，则立即应答CTS分组，CTS分组也包含发送数据的长度。

节点A接收到CTS分组后，立即发送其数据。

旁听到RTS分组的任何节点将推迟其全部发送，直到有关CTS分组完成为止(包括CTS分组发送时间和接收节点从RTS分组接收方式转换到CTS分组发送方式所需的时间)。

旁听到CTS分组的任何节点也将推迟其发送，推迟时间长度等于预定数据发送所需的时间(其中包括RTS分组和CTS分组)。）

物联网概论

1、物联网：IOT

物联网的定义：

物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

2、物联网的三大特征（判断题）

（1）全面感知

利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。

（2）可靠传递

通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。

（3）智能处理

利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，

对物体实施智能化的控制。

3、物联网的技术体系框架

（1）感知层（2）传输层（3）支撑层（4）应用层

第8章无线传感器网络

1、什么是无线传感网络？

无线传感器网络(wireless sensor network，WSN) 是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。

2、无线传感器网络由哪三个部分组成？

无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。

4、传感器节点的结构有哪几个？

传感器模块、处理器模块、无线通信模块、能量供应模块

5、传感器网络的分类：

（1）先应式网络（2）反应式网络

6、传感器网络体系结构分类：

（1）层次体系结构（2）分簇体系结构

7、无线传感网的定位分类及每类中的代表性算法：

基于距离的定位分为

（1）基于信号传播时间的定位TOA：

已知信号的的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点间的距离。

（2）基于信号传播时间差的定位TDOA：

发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算出节点的距离。

（3）基于RTOF的定位：？

已知信号传播速度，根据发射节点发送和接收信号的时间差，及接收节点接收、发送信号的时间差来计算节点的距离。

（4）基于接受信号角度的定位AOA：

接收节点感知发射节点信号的到达方向，通过计算接收节点和发射节点之间的角度来计算节点位置。

（5）基于接收信号强度的定位RSSI：通过信号在传播中的衰减，来估计节点间的距离。

距离无关的定位机制主要有

（1）质心算法：确定包含未知节点的区域，计算这个区域的质心，并将其作为未知节点的位置。

（2）DV Hop算法：计算未知节点与信标节点的最小跳数，估算平均每跳距离，利用最小跳数乘以平均每跳距离，得到未知节点与信标节点间距离，进而计算未知节点坐标。

（3）APIT算法：确定多个包含未知节点的三角形区域，这些三角形区域的交集是一个多边形，它确定了更小的包含未知节点的区域，用这个多边形区域的质心作为未知节点的位置。第9章无线Mesh网络

1、无线MESH网络(WMN)的定义：？

WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态，它的早期研究均源于移动Ad Hoc网络的研究与开发。它是一种高容量高速率的分布式网络，不同于传统的无线网络，可以看成是一种WLAN 和Ad Hoc网络的融合，且发挥了两者的优势，作为一种可以解决“最后一公里”瓶颈问题的新型网络结构，WMN被写入了IEEE802.16无线城域网标准中。

（WMN（Wireless MESH network）

多跳网络结构（muti-hop）

为“最后一公里”提供无线接入服务

Internet的延伸

无线MESH网络的设计思想

任何设备节点都可以作为接入点（AP）和路由器

每个节点都可以接收和发送数据

每个节点都可以和对等节点直接通信，不再需要基站转发

和internet网络一样当一条传送线路中断时，可以选择另一条线路进行连接）

2、在WMN中包括两种类型的节点：

无线Mesh路由器和无线Mesh用户端。

3、WMN的系统结构根据节点功能的不同分为3类：

骨干网Mesh结构、客户端Mesh结构、混合结构。

4、无线mesh网络和其他网络的区别（判断题）

1．无线Mesh网络与蜂窝网络的主要区别

(1)可靠性提高，自愈性强。

(2)传输速率大大提高。

(3)投资成本降低。

(4)网络配置和维护简便快捷。

2、与WLAN(Wi-Fi)的主要区别

从拓扑结构上看：

WLAN是典型的点对多点网络，而且采取单跳方式，因而数据不可转发。

WMN可以通过WR进行智能转发(需要对WLAN传统的AP功能进行扩展和改进)。

从协议上看：

WMN与移动Ad Hoc网络基本类似。WLAN的MAC协议完成的是本地业务的接入，而WMN则有两种可能，一种是本地业务的接入，另一种是其他节点业务的转发。

对于路由协议，WLAN是静态的因特网路由协议十移动IP；但WMN则主要是动态的按需发现的路由协议，只具有较短暂的生命周期。

3、无线Mesh网络与移动Ad Hoc网的主要区别：

(1) WMN由无线路由器构成的无线骨干网组成。该无线骨干网提供了大范围的信号覆盖与节点连接。移动Ad Hoc网络的节点都兼有独立路由和主机功能，节点地位平等，接通性是依赖端节点的平等合作实现的，健壮性比WMN差。

(2)WMN节点移动性低于移动Ad Hoc网络中的节点，所以WMN注重的是“无线”，而移动Ad Hoc 网络更强调的是“移动”。

(3)从网络结构来看，WMN多为静态或弱移动的拓扑，而移动Ad Hoc网络多为随意移动(包括高速移动)的网络拓扑。

(4)WMN与移动Ad Hoc网络的业务模式不同，前者节点的主要业务是来往于因特网的业务,后者节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。

(5)从应用来看，WMN主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入，而移动Ad Hoc网络主要用于军事或其他专业通信。