RTS_CTS及隐藏终端与暴露终端问题
AdHoc网络中隐藏终端和暴露终端相关问题研究
总第249期2010年第7期计算机与数字工程Co mputer&Dig ital Eng ineeringV ol.38N o.736Ad Hoc网络中隐藏终端和暴露终端相关问题研究*兰 丽1) 单志龙2)(广东广播电视大学/广东理工职业学院计算机技术系1) 广州 510091)(华南师范大学计算机学院2) 广州 510631)摘 要 隐藏终端和暴露终端问题是A d H oc网络中的固有问题,成为影响网络性能的关键因素,是否较好解决了此类问题,已成为衡量M A C协议设计好坏的重要标准。
文章在明确了隐藏终端和暴露终端的概念后,另定义了 隐藏终端不同时发送 和 暴露终端被动为接收者 两类问题,对M A C协议解决以上问题的方法进行了分类,剖析了各类方法的原理,并比较了其优劣,评价了其效果。
关键词 A d Ho c网络;M A C协议;隐藏终端;暴露终端中图分类号 T P393Analysis on Relevant Problems of Hidde n Terminaland Exposed Terminal in Ad Hoc NetworksL an L i1) Shan Z hilong2)(Department of Computer T echnolo gy,G uang do ng Radio&T V U niver sity/Guang dong P olytechnic Institute1), Guang zhou 510091)(Scho ol of Computer,South China No rmal U niversity2),Guangzhou 510631)Abstract H idden ter minal and ex po sed ter mina l pro blems are innate pro blems in the A d Ho c net wo rks,they beco me the critical facto rs w hich affect the per formance o f netwo rk.Weather solve these pr oblems is the impo rtant er iter ion when w e measur e the M AC pro tocols.In this pa per,w e ex plicit the co nceptions of hidden term ina l and ex po sed terminal,define tw o ty pes of pr oblems:o ne is that hidden ter minal nodes w ill not send messages and the other is that exposed ter minal nodes ar e r eg arded as r eceivers.T hen w e analyze comparise and ev aluate the pr inciples of the way s fo r so lving those problems.Key Words Ad H oc netw or ks,M A C pr oto co ls,hidden ter minal,exposed t erminalClass Numb er T P3931 引言Ad H oc网络工作在无线环境中,各移动节点共享同一个通信信道,为了提高信道利用率,节省节点能量,移动节点电台的频率和发射功率都比较低,且信号受到无线信道中的噪声、信道衰落和障碍物的影响,因而移动节点的通信距离受到限制。
无线网络考试重点(论述题没整理)
无线网复习题库一、选择1. 在设计点对点(Ad Hoc) 模式的小型无线局域时，应选用的无线局域网设备是( A )。
A．无线网卡 B．无线接入点 C．无线网桥 D．无线路由器2．在设计一个要求具有NAT功能的小型无线局域网时，应选用的无线局域网设备是( D )。
A．无线网卡 B．无线接入点 C．无线网桥D．无线路由器3．以下关于无线局域网硬件设备特征的描述中，( C )是错误的。
A．无线网卡是无线局域网中最基本的硬件B．无线接入点AP的基本功能是集合无线或者有线终端，其作用类似于有线局域网中的集线器和交换机C．无线接入点可以增加更多功能，不需要无线网桥、无线路由器和无线网关D．无线路由器和无线网关是具有路由功能的AP，一般情况下它具有NAT功能4．以下设备中，( B )主要用于连接几个不同的网段，实现较远距离的无线数据通信。
A．无线网卡B．无线网桥 C．无线路由器 D．无线网关5．无线局域网采用直序扩频接入技术，使用户可以在( B )GHz的ISM频段上进行无线Internet连接。
A．2.0 B．2.4 C．2.5 D．5.06．一个基本服务集BSS中可以有( B )个接入点AP。
A．0或1 B．1 C．2 D．任意多个7．一个扩展服务集ESS中不包含( D )。
A．若干个无线网卡 B．若干个AP C．若干个BSS D．若干个路由器8．WLAN常用的传输介质为( C )。
A．广播无线电波 B．红外线C．地面微波 D．激光9．以下不属于无线网络面临的问题的是( C ) 。
A．无线信号传输易受干扰 B．无线网络产品标准不统一C．无线网络的市场占有率低 D．无线信号的安全性问题10．无线局域网相对于有线网络的主要优点是( A )。
A．可移动性 B．传输速度快 C．安全性高 D．抗干扰性强11．以下哪个网络与其他不属于相同的网络分类标准？( D )A．无线Mesh网 B．无线传感器网络 C．无线穿戴网D．无线局域网12．当要传播的信号频率在30MHz以上时，通信必须用( C )方式。
保护机制、隐藏节点和OBSS
1. WLAN的保护机制通信保护功能主要解决IEEE802.11协议向后兼容所带来的共存问题，避免低级别设备无法正确识别某些帧格式而不能正确延时，破坏通信过程的完整性。
保护机制就是确保可能的干扰者延迟发射。
保护机制带来了开销，只有需要时才使用。
主要的不识别有：802.11b设备（2.4GHz上的DSSS包）无法识别802.11g等2.4GHz上的OFDM格式，无法正确延时，在802.11g设备传输数据时，802.11b设备也进行了传输，破坏数据传输过程；802.11g等设备无法识别HT 绿野格式PPDU；传统站点无法及时解调出RIFS(短帧间间隔)突发序列；目前协议中规定的三种保护方式RTS/CTS、CTS-to-Self以及L-SIG TXOP机制. 通过控制帧的交互过程为802.11n通信过程预约信道占用时间,避免其他低级别802.11设备破坏通信过程完整性。
(1) RTS/CTSRTS/CTS机制设计之初是为了解决WLAN网络中的隐藏终端问题,其工作原理是在数据报文发送之前加入一次RTS与CTS报文的交互过程。
发送端在发送数据报文前发送一个RTS报文试图占用信道资源,再由接收端回应一个CTS报文通知网络中的所有站点(包括隐藏终端)信道已经被占用并且标识出信道占用时间。
IEEE802.11n保护机制把RTS/CTS方式作为一种基本的保护方式来应用，RTS和CTS使用基本速率传输，是最强健的保护。
a）存在802.11b站点时，使用DSSS格式RTS/CTS保护OFDM帧。
但由于高的开销，更可能使用CTS-to-Self机制保护b）存在802.11a或802.11g设备时，传统格式发RTS/CTS保护HT绿野格式和RIFS突发序列(2) CTS-to-Self与RTS/CTS方式相比, CTS-to-Self要求无线终端在发送数据报文前向自己信号覆盖范围内的所有终端发送CTS报文（RA地址设为自己的MAC地址）来申请信道，省去了报文交互过程。
无线通信基础知识
折射
电磁波在传播时，遇到墙体等障碍物，就会穿过障碍物继续传播，这种现象就称为折射，电磁波的折射和光线 在透明物体中的折射有很强的类似性。如图2.4所示：
2.2.2 无线电磁波的衰落和分集技术
• 无线信号从天线到用户之间的信道衰落，按 照衰落特性的不同，可以分为慢衰落和快衰 落两种。
11
慢衰落
由地形和障碍物阻挡而造成的阴影效应，致使接收到的信号强度下降，信号强度随地理环境的改变而缓慢变化，这 种衰落称为慢衰落，又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置和地点相关，衰落的速度取 决于移动台的速度，它反映了传播在空间距离的接收信号电平值的变化趋势。
CONTENTS 无线通信基础知识
第二章
传输介质 无线传播理论 无线信道简介 信道复用 扩频通信技术 无线通信系统重要概念 我国无线电业务频率划分
02 无线通信基础知识 1. 传输介质 核桃AI
2.1 传输介质
• 传输介质是连接通信设备，为通信设备 之间提供信息传输的物理通道；是信息 传输的实际载体。有线通信与无线通信 中的信号传输，都是电磁波在不同介质 中的传播过程，在这一过程中对电磁波 频谱的使用从根本上决定了通信过程的 信息传输能力。
无线自组织网络技术
无线自组织网络是一种特殊的无线移动网 络。一般由一组具有自主能力的无线终端相 互协作形成的一种独立于固定基础设施、采 用分布式管理的多跳网络；网络中所有节点 的地位都是平等的，无需任何预设的基础设 施和任何中心控制节点；网络中的节点具有 普通移动终端的功能；节点间可通过空中接
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
图8.3 冲突情形1
8.1.1 移动Adhoc网络MAC协议
1）隐藏终端与暴露终端问题
隐藏与暴露终端问题
关于隐藏与暴露终端问题的研究一、隐藏终端与暴露终端的定义隐藏终端隐藏终端是指在接收节点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。
隐藏终端由于听不到发送节点的发送而可能向相同的接收节点发送分组，导致分组在接收节点冲突。
冲突后发送节点要重传冲突的分组，降低了信道的利用率。
隐藏终端可以分为隐发送终端和隐接收终端两种。
暴露终端暴露终端是指在发送节点的覆盖范围内而在接收节点的覆盖范围外的节点。
暴露终端因听到发送节点的发送而可能延迟发送。
但是，它其实在接收节点的通信范围之外，它的发送不会造成冲突，这就引入了不必要的时延。
暴露终端又分为暴露发送终端与暴露接收终端两种。
二、隐藏终端和暴露终端问题产生的原因由于 ad hoc网络具有动态变化的网络拓扑结构，且工作在无线环境中，采用异步通信技术，各个移动节点共享一个通信信道，存在信道的分配和竞争问题；为了提高信道利用率，移动节点的频率和发射功率都比较低；并且信号受到无线信道中的噪声、衰落和障碍物等的影响，因此移动节点的通信距离受到限制，一个节点发出的信号，网络中的其他节点不一定都能受到，从而会出现“隐藏终端”和“暴露终端”问题。
三、隐藏终端和暴露终端问题对ad hoc网络的影响“隐藏终端”和“暴露终端”的存在，会造成 ad hoc网络时隙资源的无序争用和浪费，增加数据碰撞的概率，严重影响网络的吞吐量、容量和数据传输时延。
在ad hoc网络中，当终端在某一时隙内传送信息时，若其隐藏终端在此时隙发生的同时传送信息，就会产生时隙争用冲突。
受隐藏终端的影响，接收端将因为数据碰撞而不能正确的接收信息，造成发送端的有效信息的丢失和大量的时间浪费（数据帧较长时尤为严重），从而降低了网络的吞吐量。
当某个终端成为暴露终端后，由于它侦听到另外的终端对某一时隙的占用信息，从而放弃了预约该时隙进行信息传送。
其实，因为源终端节点和目的终端节点都不一样，暴露终端是可以占用这个时隙来传送信息的。
RTS_CTS及隐藏终端与暴露终端问题
隐藏终端和暴露终端
“隐藏终端”（Hidden Stations）：在通信领域，基 站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送， 故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导 致发送至B的信号都丢失了。 “隐藏终端”多发生在大型单元中（一般在室外环 境），这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。 当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝“隐藏终 端”现象的发生。（在接收节点的范围覆盖范围内， 而在发送节点的覆盖范围外的节点。
隐藏终端和暴露终端
暴露终端是指在发送节点的覆盖范围内而在接收节 点的覆盖范围外的节点，暴露终端因听到发送节点 的发送而可能延迟发送。但是，它其实是在接收节 点的通信范围之外，它的发送不会造成冲突。这就 引入了不必要的延时
隐藏终端和暴露终端问题产生原因
由于ad hoc网络具有动态变化的网络拓扑结构，且 工作在无线环境中，采用异步通信技术，各个移动 节点共享同一个通信信道，存在信道分配和竞争问 题 为了提高信道利用率，移动节点电台的频率和发射 功率都比较低；并且信号受无线信道中的噪声、信 道衰落和障碍物的影响，因此移动节点中的通信距 离受到限制，一个节点发出的信号，网络中的其他 节点不一定都能收到，从而会出现“隐藏终端”和 “暴露终端“问题。
RTS/CTS Threshold
RTS/CTS Threshold 设臵会影响性能 RTS/CTS Threshold范围：0～2346 字节 sta分布散乱和干扰严重的情况下需要启用rts/cts RTS/CTS Threshold高(2312 - 2346)=不启用 RTS/CTS Threshold低 =sta之间距离长,或sta处于运动 状态以及干扰比较大的时候 这个数据可以结合分片大小一起看 在查找吞吐量瓶颈的时候会有帮助
WLAN隐藏节点问题--RTSCTS机制
WLAN隐藏节点问题--RTSCTS机制WLAN隐藏节点问题在以太网络中，工作站是通过接收传输信号来行使CSMA/CD 载波侦听的功能。
空中的介质线路中包含了信息，而且会传输到各网络节点。
但无线网络的界限比较模糊，有时候并不是每个节点都可以跟其他节点直接通信。
如下是无线传播中的部分参数：n 传输范围(TX_range)：可以成功接收帧的通信范围，取决于发送能量和无线电波传输特性。
n 物理层侦听范围(PCS_range)：可以检测到该传输的范围，取决于接收器灵敏度和无线电波传输特性。
n 干扰范围(IF_range)：在此范围内的节点如果发送不相关的帧，将干扰接收端的接收并导致丢帧。
发送和接收范围假设A正向B传数据，C也要向B传数据。
由于A检测不到C的存在，造成A和C同时向B发包。
如果多于两个节点同时发送，将在B处冲突，B接收到帧的时候发生错误。
由于无线链路是半双工的，终端在发送的时候不知道冲突存在，因此当A和C发送长报文时发生冲突将导致带宽的浪费。
隐藏节点A和C之间可能只是因为距离远，无法收到对方的无线电波。
从A的角度来看，C属于隐藏节点。
如果使用简单的transmit-and-pray 协议，A与C有可能在同一时间传送数据，这会造成节点B无法辨识任何信息。
此外，A与C将无从得知错误发生，因为只有节点B才知道有冲突发生。
在无线网络中，由隐藏节点所导致的碰撞问题相当难以监听，因为无线收发器通常是半双工工作模式，即无法同时收发数据。
为了防止碰撞发生，802.11 允许工作站使用请求发送（RTS）和允许发送（CTS）帧来清空传送区域。
由于RTS 与CTS 帧会延长数据交易过程，因此RTS帧、CTS 帧、数据帧以及最后的应答帧均被视为相同基本连接的一部分。
RTS/CTS机制的使用是可选的，每个802.11节点必须实现该功能。
通过RTS/CTS机制，明确预留信道。
其原理如下：n 发送者发送RTS（请求发送），包括接收者地址，发送数据帧时间，发送ACK时间。
DCD、DTR、DSR、RTS及CTS等五个状态指示分别代表什么意思？
DCD、DTR、DSR、RTS及CTS等五个状态指⽰分别代表什么意思？DCD （ Data Carrier Detect 数据载波检测）DTR（Data Terminal Ready，数据终端准备好）DSR（Data Set Ready 数据准备好）RTS（ Request To Send 请求发送）CTS（Clear To Send 清除发送）在这五个控制信号中，DTR和RTS是DTE设备（数据终端设备，在实际应⽤中就是路由器）发出的，DSR、CTS和DCD是DCE设备（数据电路终结设备，在实际中就是各种基带MODEM）发出的。
这五个控制信号的协商机制如下：1、在路由器的串⼝没有配置流控命令的情况下，只要⼀上电，DTR和RTS就会被置成有效（即只要⼀加电这两个状态就UP，不管串⼝有没有接电缆），当路由器检测到对端送过来的DSR、CTS和DCD三个信号时，串⼝的物理状态就上报UP(任何⼀个物理信号⽆效都不会报UP，或者说，这三个信号中只要有⼀个为DOWN，路由器串⼝的物理状态就处于DOWN的状态)。
另外，如果在路由器的串⼝上配置了NO DETECT DSR-DTR命令，DTE侧（路由器）就不会检测对端是否送过来DSR和CTS信号，只要检测到DCD信号，物理层就报UP。
2、如果在路由器的串⼝上配置了流控命令（具体命令为flowcontrol auto），RTS和CTS两个信号就会⽤于流量控制（路由器串⼝和基带Modem之间的数据发送、接收流控）。
当出现数据处理不及时的情况，这两个控制信号就可能处于DOWN的状态。
DCD :载波检测。
主要⽤于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号⾳，处于在线状态。
RXD:此引脚⽤于接收外部设备送来的数据；在你使⽤Modem时，你会发现RXD指⽰灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进⼊。
TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使⽤Modem时，你会发现TXD指⽰灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。
通信网络实验报告
实验一隐终端和暴露终端问题分析一、实验目的结合仿真实验分析载波检测无线网络中的隐终端问题和暴露终端问题。
二、实验设定与结果基本参数配置: 仿真时长100s；随机数种子1；仿真区域2000x2000；节点数4。
节点位置配置：本实验用[1] 、[2]、[3] 、[4]共两对节点验证隐终端问题。
节点[1]、[2]距离为200m, 节点[3]、[4]距离为200m, 节点[2]、[3]距离为370m。
1234业务流配置: 业务类型为恒定比特流CBR。
[1]给[2]发, 发包间隔为0.01s, 发包大小为512bytes；[3]给[4]发, 发包间隔为0.01s, 发包大小为512bytes。
实验结果:Node: 1, Layer: AppCbrClient, (0) Server address: 2Node: 1, Layer: AppCbrClient, (0) Total number of bytes sent: 5120000Node: 1, Layer: AppCbrClient, (0) Total number of packets sent: 10000Node: 2, Layer: AppCbrServer, (0) Client address: 1Node: 2, Layer: AppCbrServer, (0) Total number of bytes received: 4975616Node: 2, Layer: AppCbrServer, (0) Total number of packets received: 9718Node: 3, Layer: AppCbrClient, (0) Server address: 4Node: 3, Layer: AppCbrClient, (0) Total number of bytes sent: 5120000Node: 3, Layer: AppCbrClient, (0) Total number of packets sent: 10000Node: 4, Layer: AppCbrServer, (0) Client address: 3Node: 4, Layer: AppCbrServer, (0) Total number of bytes received: 5120000Node: 4, Layer: AppCbrServer, (0) Total number of packets received: 10000结果分析通过仿真结果可以看出, 节点[2]无法收到数据。
隐藏终端和暴露终端问题及解决方案PPT教学课件
2020/12/09
7
当B向A发送数据时，C只听到RTS控制报文，知道自己是暴露终端， 认为自己可以向D发送数据。C向D发送RTS控制报文。如果是单信道， 来自D的RTS会与B发送的数据报文冲突，C和D无法成功握手，它不 能向D发送报文。因此，在单信道条件下，暴露终端问题根本无法得 到解决。
在单信道条件下使用控制分组的方法只能解决隐发送终端，无法解决 隐接收端和暴露终端问题。为此，必须采用双信道方法，即用数据新 到收发数据，利用控制信道收发控制信号。
2020/1网QoS路由的目标是满足QoS连接请求的一条或多条 路由，同时提供足够的路由资源信息，为管理控制机制提 供支持，完成全网资源的有效利用。目前自组网的QoS路 由问题还处在起步阶段。无线自组织网络的QoS研究主要 集中在QoS模型、具有资源预约功能的信令、QoS路由协 议和QoS媒体接入协议以及接纳控制和调度等方 面。 由于无线自组织网络具有无中心结构，拓扑动态 变化，节点资源受限，无线节点间相互干扰等特性，使得 自组织网络中的QoS路由设计面临新的挑战。这主要体现 在： 拓扑结构的动态变化使节点间链路状态信息的获 取和管理维护困难。 由于相邻节点间存在“隐蔽终 端”、“暴露终端”、“侵入终端”等相互干扰，使得无 线链路状态难以确定，例如带宽、时延、时延抖动等链路 参数都很难及时获取和更新维护。 随时存在的单向信 道的存在使得QoS路由协议设计困难，主要体现在:认知
RTS和CTS协议
RTS/CTS协议(Request To Send/Clear To Send)即请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决"隐藏终端"问题。
"隐藏终端"（Hidden Stations）是指，基站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导致发送至B的信号都丢失了。
"隐藏终端"多发生在大型单元中（一般在室外环境），这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。
当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝"隐藏终端"现象的发生。
IEEE802.11提供了如下解决方案。
在参数配置中，若使用RTS/CTS协议，同时设置传送上限字节数----一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动RTS/CTS握手协议：首先，A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，而其余欲向B发送数据的基站则暂停发送；双方在成功交换RTS/CTS信号（即完成握手）后才开始真正的数据传递，保证了多个互不可见的发送站点同时向同一接收站点发送信号时，实际只能是收到接收站点回应CTS的那个站点能够进行发送，避免了冲突发生。
即使有冲突发生，也只是在发送RTS时，这种情况下，由于收不到接收站点的CTS消息，大家再回头用DCF协议提供的竞争机制，分配一个随机退守定时值，等待下一次介质空闲DIFS（Distributed Inter-Frame Space）后竞争发送RTS，直到成功为止。
隐藏终端和暴露终端问题及解决方案
恶意用户可能对暴露终端发起拒绝服务攻击，导 致系统瘫痪或崩溃。
03
解决方案
隐藏终端解决方案
隐藏终端识别
01
通过分析网络流量和行为，识别隐藏的终端设备，并采取相应
的安全措施。
加密通信
02
使用加密技术对终端设备之间的通信进行加密，防止未经授权
的访问和窃取数据。
访问控制
03
实施严格的访问控制策略，限制对终端设备的访问权限，防止
THANKS
感谢观看
案例二
某个人计算机存在暴露终端，导 致个人信息泄露，引发财务损失 和身份盗窃问题。
05
总结与展望
总结
隐藏终端问题
隐藏终端问题是指攻击者通过控制网络中的某些节点，使其在某些时刻对网络中的其他节 点隐藏其存在，从而进行隐蔽攻击。这种攻击方式难以被检测和预防，因为攻击者在大部 分时间内是“隐藏”的。
暴露终端问题
02 弱密码策略
使用简单或共享密码，容易被破解，导致终端被 非法访问。
03 安全漏洞
操作系统或应用程序存在安全漏洞，未及时修补， 导致终端容易受到攻击。
对网络的影响
01 数据泄露
暴露终端可能被恶意用户利用，窃取敏感数据或 机密信息。
02 网络拥堵
大量非法访问和攻击流量可能导致网络拥堵，影 响正常业务运行。
暴露终端问题是指某些节点的位置和行为可能被网络中的其他节点观察到，这可能导致这 些节点被攻击者利用。例如，如果一个节点的行为模式被攻击者观察到，攻击者可能会利 用这些信息进行更有效的攻击。
解决方案
针对隐藏终端和暴露终端问题，有多种可能的解决方案。例如，可以使用加密技术来保护 数据传输，使用防火墙来限制网络访问，以及使用入侵检测系统来检测和预防网络攻击。
隐藏节点和暴露节点
计算机学院专业实习小组报告专业名称网络工程实习题目基于NS2的无线自组织网络协议仿真2014年5月18日目录摘要 (1)关键词 (2)第一章网络问题的理解 (2)1.1 隐藏节点和暴露节点 (2)1.1.1 隐藏节点 (2)1.1.2 暴露节点 (3)1.1.3 暴露节点和隐藏节点产生的原因及影响 (4)1.1.4 解决办法 (4)1.2 RTS/CTS握手机制 (5)1.2.1 浅析RTS/CTS (5)1.2.2 RTS/CTS如何降低冲突 (5)1.2.3 RTS/CTS的退避算法 (6)1.3 NS2中相关问题分析 (7)1.3.1 NS2模拟的基本过程 (7)1.3.2 无线传输模型 (8)1.3.3 门限 (9)1.3.4 无线节点通信范围的设置 (9)第二章网络环境的建立与配置 (10)2.1 NS2软件的安装与配置 (10)2.1.1 软件安装 (10)2.1.2 相关配置 (11)2.1.3 出现的错误分析 (11)2.2 隐藏节点仿真场景 (13)2.2.1 网络拓扑结构 (13)2.2.2 模拟仿真Tcl脚本 (13)2.2.3 参数的设置 (16)2.3 暴露节点仿真场景 (17)2.2.1 网络拓扑结构 (17)2.3.2 模拟仿真Tcl脚本 (18)2.3.3 参数设置 (20)第三章网络模拟运行 (22)3.1 隐藏节点的模拟 (22)3.1.1 Trace文件 (22)3.1.2 Nam文件 (24)3.2 暴露节点的模拟 (26)3.2.1 Trace文件 (26)3.2.2 Nam文件 (27)第四章网络性能仿真与分析 (28)4.1 Gawk语言简介 (28)4.1.1 gawk处理文档的过程 (28)4.2 gnuplot绘图 (29)4.3 性能参数分析模型 (30)4.3.1 传输延时 (30)4.3.2 时延抖动 (30)4.3.3 丢包率 (30)4.3.4 吞吐量 (30)4.4 丢包率计算 (31)4.4.1 NS2中网络丢包因素简介 (31)4.4.2 隐藏节点 (32)4.4.3 暴露节点 (35)4.5 吞吐率计算 (37)4.5.1 隐藏节点 (37)4.5.2 暴露节点 (40)结语 (42)摘要网络协议的开发和完善需要进行许多验证和与性能相关的测试，在很多情况下这些工作是不可能都在实际的硬件系统上完成的，往往受限于资源、经费、技术条件和场地等因素的影响，使得我们难以在实际的网络系统中完成验证和测试工作，这时需要在虚拟的环境中进行模拟仿真。
无线网络中隐终端和暴露终端
暴露终端
暴露终端是指在发送节点 的覆盖范围内而在接收节 点的覆盖范围外的节点。 如图2所示，当节点B向节 点A发送分组时，节点C侦 听到节点B在发送分组， 所以推迟发送分组。这种 推迟是毫无必要的，因为 节点C向节点D发送分组和 节点B向节点A发送分组并 不冲突，此时节点C是节 点B的暴露终端。也降低 了信道利用率。
隐藏终端和暴露终端问题产生的原因
由于ad hoc网络具有动态变化的网络拓扑结构，且 工作在无线环境中，采用异步通信技术，各个移 动节点共享同一个通信信道，存在信道分配和竞 争问题；为了提高信道利用率，移动节点电台的 频率和发射功率都比较低；并且信号受无线信道 中的噪声、信道衰落和障碍物的影响，因此移动 节点的通信距离受到限制，一个节点发出的信号， 网络中的其它节点不一定都能收到，从而会出现 “隐藏终端”和“暴露终端”问题。
（2）当B向A发送数据时，C只听到RTS控制报文， 知道自己是暴露终端，认为自己可以向D发送数 据。C向D发送RTS控制报文。如果是单信道，来 自D的RTS会与B发送的数据报文冲突，C和D无法 成功握手，它不能向D发送报文。因此，在单信 道条件下，暴露终端问题根本无法得到解决。 （3）在单信道条件下使用控制分组的方法只能解决 隐发送终端，无法解决隐接收端和暴露终端问题。 为此，必须采用双信道方法，即用数据信道收发 数据，利用控制信道收发控制信号。
Th终端
隐终端就是在接收节点的 覆盖范围内发送节点覆盖 范围以外的节点。如图1所 示，节点A、B、C都工作 在同一个信道上，当节点 A向节点B发送分组时，载 波侦听机制无法阻止节点 C发送数据，造成信号在 节点B处冲突。节点C是隐 藏在节点A的覆盖范围之 外的、却又能对节点A的 发送形成潜在冲突的节点。 隐藏终端问题会大大降低 信道的利用率。
Adhoc网络隐藏_暴露终端问题的研究
Ｗｕ，Ｘｉａｏｐｉｎｇ
摘要：本 文 介 绍 了 ａｄ ｈｏｃ 网 络 的 概 念 ，分 析 了 其 信 道 共 享 方 式 ．从 而 ，引 出 由 于 ａｄ ｈｏｃ 信 道 共 享 方 式 的 不 同 而 导 致 的 隐 藏 终 端
和暴露终端的问题．它严重地影响了信道接入协议的性能，影响网络的吞吐量和信道的利用率和公平性．本文详细地对这一
技 知道自己是暴露终端， 于是认为自己可以向 Ｄ 发送数 据．Ｃ 向 Ｄ 发 送 一 个 ＲＴＳ 来 通 知 Ｄ 它 要 发 送 数 据 ， 如
术 果采用单信道，来自 Ｄ 的应答信号 ＣＴＳ 会与 Ｂ 的数据 信号在 Ｃ 处产生碰撞。Ｃ 听不到 Ｄ 的回应， 将重复发
创 送 ＲＴＳ。这种情况称为暴露发送终端问题。此时暴露
如图 ２．１ 当 Ｃ 收到 Ｂ 的 ＣＴＳ 报文后，延迟发送，此 时如果节点 Ｄ 向 Ｃ 发送 ＲＴＳ，那么由于 Ｃ 此时不能发 送信息，Ｄ 就收不到 Ｃ 的 ＣＴＳ．于是 Ｄ 认为发生了冲突， 重发 ＲＴＳ， 这种情况就是隐藏接收终端问题．显然在 Ａ 和 Ｂ 的通信期间 Ｄ 是无法收到 Ｃ 的回应报文 ＣＴＳ．这 就造成了不必要的重发。
终端 Ｃ 无法和 Ｄ 成功握手， 使得 Ｃ 不能向 Ｄ 发送数
新 据，直到 Ｂ 向 Ａ 发送数据完毕．暴露发送终端问题在单
信道下使用握手机制是无法解决的。
图 ２．３ 暴露终端问题
在单信道条件下，如果 Ｄ 要向 Ｃ 发送数据．来自 Ｄ 的 ＲＴＳ 将与来 自 Ｂ 的数据报 文发生冲 突，Ｃ 收 不 到 Ｄ 的 ＲＴＳ．Ｄ 当 然 也 就 收 不 到 Ｃ 的 回 应． 于 是 超 时 重 发 ＲＴＳ．这就是暴露接收端问题．在单信道下，暴 露终端都 不能成功的接收发给它的报文． 因此握手机制无法解 决暴露终端问题。
单信道隐藏终端与暴露终端探究
单信道隐藏终端与暴露终端问题探究网络1302 罗敏1311050212一、问题分析隐藏终端是指在接收节点的通信范围内而在发送节点的通信范围外的节点。
如图a所示，节点B既在节点A的通信范围内，也在节点C的通信范围内，节点A和节点C却不在相互的通信范围内。
当节点A向节点B发送数据时，由于隐藏终端C听不到A发送信息，也可能向节点B发送信息，这样就造成报文在接收终端B处的碰撞，可能导致节点B不能解释任何信息，从而降低了信道的利用率，增加了系统时延。
同样C向B发送信息时，A也是C的隐藏终端。
暴露终端是指在发送节点的通信范围之内而在接收节点的通信范围之外的节点，如图b所示，当节点B向节点A发送信息时，节点C因听到节点B的发送而延迟发送，但节点C在接收节点A的通信范围之外，只要节点C不准备与节点B通信，它的发送就不会影响节点B的发送，更不会在节点A处造成冲突，节点C是暴露终端。
隐藏终端和暴露终端可以分为隐藏发送终端和隐藏接收终端、暴露发送终端和暴露接收终端四种情况。
其中隐藏接收终端(隐藏终端C作为接收者)、暴露发送终端(暴露终端C作为发送者)和暴露接收终端(暴露终端C作为接收者)问题，使用RTS-CTS的握手机制是无法解决的，其根本原因是控制报文和数据报文同在一个信道上传送会发生冲突。
二、隐藏接收终端与暴露发送终端问题解决MACAW单信道接入协议的基本原理：发送者发送数据前先向接收者发送RTS；接收者收到RTS后回送CTS；发送者收到CTS后开始发送数据。
听到RTS的节点在一段时间内不能发送任何消息，以允许发送者成功接收CTS报文；听到CTS的节点在一段时间内不能发送任何信息，以允许接收者成功接收数据报文。
听到CTS，没听到RTS的节点是隐终端；听到RTS，没听到CTS的节点是暴露终端。
发送节点和接收节点使用RTS-CTS握手成功后，发送节点先发送一个DS控制报文，然后向接收节点发送数据报文。
听到RTS和DS，没听到的CTS的节点知道自己是暴露终端，要延迟发送数据。
Adhoc网络仿真
Harbin Institute of Technology无线自组织网络课程报告姓名：***学号： **********班级： 1305102指导教师：***院系：电子与信息工程学院时间：2016年12月RTS/CTS机制下802.11b的最大吞吐量仿真一、背景知识1、Ad hoc网络中MAC协议（1）IEEE 802.11的分布式协调功能(DCF)DCF的基本思路：在无线网络上不可能进行冲突检测，故不设置冲突检测机制，采用规则延迟来处理，以保证MAC控制的可操作性和公平性。
基本原则为：节点要发送MAC帧，首先监听无线信道，若空闲，则可以发送该帧；否则延迟等待，再次竞争发送。
（2）面临的主要问题:“隐藏”终端问题假设：A正在向B传输数据，C也要向B发送数据隐藏终端：在接收者的通信范围内而在发送者的通信范围外的终端。
带来的问题是A向B发送报文，C听不到A的发送。
C也发送报文时在B发生碰撞。
单频网络的信道接入控制协议，使用RTS-CTS握手机制，力求解决Ad hoc网络中的隐藏终端和暴露终端问题，是构成其他机制的基础。
（3）解决隐藏终端的方法—RTS/CTSa)节点A向节点B发送RTS，表明A需要向B发送数据。
RTS 帧有两个目的：预约无线链路的使用权，并要求接收到这一消息的其他的工作站停止发送。
（发送端清场）b)B接收到A的RTS后，向周边所有节点发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送。
而其他欲向B发送数据的节点则暂停发送。
（接收端清场）c)在A、B双方成功交换RTS/CTS信号后，即完成握手后A向B开始发送数据。
这种机制保证了多个互不可见的发送节点同时向一个接受节点发送信息时，实际上只能是收到接受节点回应CTS的那个节点能够发送，避免了冲突发生。
实际上，冲突还是有可能发生，即A、C同时向B发送RTS时，两者的RTS在B上冲突，B无法接收准确的信息，则不发送任何回应的CTS。
这样，A和C都收不到B的CTS消息，则采用退避竞争机制分配一个随机定时值，再竞争发送RTS，直到成功为止。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
简介 RTS/CTS Threshold 隐藏终端和暴露终端 隐藏终端和暴露终端问题产生原因 隐藏终端和暴露终端问题解决方法
简介
RTS/CTS协议(Request To Send/Clear To Send)即 请求发送/允许发送协议，相当于一种握手协议，主 要用来解决"隐藏终端"问题
隐藏终端和暴露终端问题产生原因
隐藏终端”和“暴露终端”的存在，会造成 ad hoc网络 时隙资源的无序争用和浪费，增加数据碰撞的概率，严 重影响网络的吞吐量、容量和数据传输时延。 在ad hoc网络中，当终端在某一时隙内传送信息时，若其 隐藏终端在此时隙发生的同时传送信息，就会产生时隙 争用冲突。受隐藏终端的影响，接收端将因为数据碰撞 而不能正确的接收信息，造成发送端的有效信息的丢失 和大量的时间浪费（数据帧较长时尤为严重），从而降 低了网络的吞吐量。 当某个终端成为暴露终端后，由于它侦听到另外的终端 对某一时隙的占用信息，从而放弃了预约该时隙进行信 息传送。其实，因为源终端节点和目的终端节点都不一 样，暴露终端是可以占用这个时隙来传送信息的。这样 就造成了时隙资源的浪费。源自隐藏终端和暴露终端问题解决办法
对于单信道无线自组织网络，其MAC协议需要考虑的是如何充 分利用信道，避免冲突。 载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CA)机制是目前应用非常广 泛的协议，节点通过物理信道侦听(CCA)与虚拟网络侦听(NAV) 结合的方式进行载波侦听，采用基于长帧间隙、中帧间隙和短 帧间隙等不同时隙的退避机制和冲突避免策略，竞争信道进行 发送。 时分多址(TDMA)机制可以将信道按照时间片划分为多个时隙， 节点按照静态或者动态分配方式占用其中的一个或者几个时隙。 但是对于无线自组织网络来说，静态分配方式不能适应节点的 移动和拓扑的变化；而在一个分布式多跳系统内，进行动态分 配也还有很多问题需要解决，目前的研究多是针对基于某些假 设或者某种应用背景的无线自组织网络，还没有普遍适用的方 法提出。 将CSMA/CA和TDMA结合，提高信道分配效率，减少冲突也是 一种值得研究的内容。
隐藏终端和暴露终端
“隐藏终端”（Hidden Stations）：在通信领域，基 站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送， 故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导 致发送至B的信号都丢失了。 “隐藏终端”多发生在大型单元中（一般在室外环 境），这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。 当需要传送大容量文件时，尤其需要杜绝“隐藏终 端”现象的发生。（在接收节点的范围覆盖范围内， 而在发送节点的覆盖范围外的节点。
RTS/CTS Threshold
RTS/CTS Threshold 设臵会影响性能 RTS/CTS Threshold范围：0～2346 字节 sta分布散乱和干扰严重的情况下需要启用rts/cts RTS/CTS Threshold高(2312 - 2346)=不启用 RTS/CTS Threshold低 =sta之间距离长,或sta处于运动 状态以及干扰比较大的时候 这个数据可以结合分片大小一起看 在查找吞吐量瓶颈的时候会有帮助
隐藏终端和暴露终端问题解决办法
功率控制方法 基于功率控制的方法是根据通信双方的距离、能 量损失因子等因素，决定最佳发送功率，控制发送范围，使受 干扰范围减到最小程度，从而消除部分隐藏终端和暴露终端问 题的一种策略。 在通信过程中，发送节点的发送功率经过传输过程中的种种损 耗，到达接收节点时，如果接收节点的接收功率不小于信干比 SINR （Signal to Interference plus Noise Ratio）．则正确接收 数据，否则丢弃。 一种基于802.11的功率控制MAC协议，数据发送者在RTS包中包 含自己的发送功率和容许接收功率，接收者通过计算接收到的 RTS包的功率，参照自己的剩余功率，将信息反馈给发送节点。 通过两个通信节点之间的控制信息的交换来决定数据包的实际 发送功率和限制其他邻节点的发送功率，这样邻节点可以使用 低于正在通信节点对之间能忍受的功率进行数据收发，达到与 正在通信节点对之间的并行通信，有效地降低隐藏终端和暴露 终端问题。 功率控制方法有效地节省了发送能量，但控制帧必须携带功率 信息，增加了帧长度，功率的计算也增加了计算量。
隐藏终端和暴露终端问题解决办法
基于定向天线的方法 由于全向发送接收模式对天线 覆盖范围内的其他节点产生了不同程度的干扰，而 定向天线由于天线的导向功能、自适应波束形成、 零陷形成等优势，能把发送接收波束限制在一定宽 度(不同于全向天线的360度覆盖)，使主波束直接对 准通信节点，在其他方向则形成零陷，因此增大节 点之间的连通度，使得干扰范围变小，隐藏终端和 暴露终端问题也得以大大减轻。但是由于天线的定 向性。也带来了定向隐藏终端和聋节点等新的问 题．而且会大大增加系统的复杂性及成本。
隐藏终端和暴露终端问题解决办法
IEEE802.11提供了如下解决方案： 在参数配臵中，若使用RTS/CTS协议，同时设臵传送上限 字节数，一旦待传送的数据大于此上限值时，即启动 RTS/CTS握手协议： 当A要向B发送数据时，先发送一个控制报文RTS （Request to send，请求发送）；B接收到RTS后，以CTS （Clear to send，清除发送）控制报文回应；A收到CTS后 才向B发送报文，如果A没收到CTS，A认为发生了冲突， 重发RTS，这样隐发终端C能听到B发送的CTS，知道A要 向B发送报文，C延迟发送，解决了隐发送终端的问题。 最后，B接收完数据后，即向所有基站广播ACK （Acknowledge Character，确认字符）即确认帧，这样， 所有基站又可重新可以平等侦听、竞争信道了。
隐藏终端和暴露终端
暴露终端是指在发送节点的覆盖范围内而在接收节 点的覆盖范围外的节点，暴露终端因听到发送节点 的发送而可能延迟发送。但是，它其实是在接收节 点的通信范围之外，它的发送不会造成冲突。这就 引入了不必要的延时
隐藏终端和暴露终端问题产生原因
由于ad hoc网络具有动态变化的网络拓扑结构，且 工作在无线环境中，采用异步通信技术，各个移动 节点共享同一个通信信道，存在信道分配和竞争问 题 为了提高信道利用率，移动节点电台的频率和发射 功率都比较低；并且信号受无线信道中的噪声、信 道衰落和障碍物的影响，因此移动节点中的通信距 离受到限制，一个节点发出的信号，网络中的其他 节点不一定都能收到，从而会出现“隐藏终端”和 “暴露终端“问题。
站点A
站点B
站点
NAV等待时间（延迟接入信道）
隐藏终端和暴露终端问题解决办法
当B向A发送数据时，C只听到RTS控制报文，知道自己是 暴露终端，认为自己可以向D发送数据。C向D发送RTS控 制报文。如果是单信道，来自D的RTS会与B发送的数据报 文冲突，C和D无法成功握手，它不能向D发送报文。因此， 在单信道条件下，暴露终端问题根本无法得到解决。 在单信道条件下使用控制分组的方法只能解决隐发送终 端，无法解决隐接收端和暴露终端问题。为此，必须采 用双信道方法，即用数据新到收发数据，利用控制信道 收发控制信号。
RTS/CTS访问机制
DCF可利用RTS和CTS两个控制帧来进行信道预约
RTS/CTS访问机制工作原理
DIFS 源站点 SIFS SIFS 目的站点 DIFS NAV等待时间（CTS响应帧） 其他站点 NAV等待时间（CTS响应帧） 竞争期 数据包 选退 避 CTS SIFS ACK RTS 数据包
隐藏终端和暴露终端问题解决办法
多信道无线自组织网络，则需要关注如何在节点间分配信道， 以提高网络吞吐量，避免冲突，实现信道上的负载均衡。 目前较多的做法是，将信道分为控制信道和数据信道，节点在 控制信道中协商数据交换采用的数据信道，然后在相应的数据 信道上进行数据通信。 控制信道和数据信道的划分可能是时间上的，也可能是空间上 的。比如，一个信道在某个时刻可能用作控制信道，协商好数 据信道后，切换到相应的数据信道进行通信。也可能一个节点 拥有几个接口，其中的一个接口固定工作在某个控制信道上， 其他接口固定或者动态实用某个数据信道。不管是哪种方式， 都需要占用一定的资源用于信道协商。这种占用是值得的，目 前 在多信道的理论分析结果说明，在合理设计的多信道条件下， 不仅可以提高整体网络容量，还可以提高每个信道的实际吞吐 量。但是这些研究多是基于静态的。开发一种基于拓扑结构的 算法，对信道资源进行动态分配，也是一个值得研究的问题。