无线网络技术及其应用

无线网络技术及其应用子项目1：无线局域网的应用
专业：物联网工程
班级：13301202
姓名：郭栋
学号：1330110227
成绩：
项目任务：
1、无线局域网的隐藏节点的问题应用
2、无线局域网的暴露节点的问题应用
项目分析：
1.1.1 隐藏节点
隐藏节点如图1.1所示
是指在接收接点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。

具体来说即在无线网络中，A节点可以被B节点看到，但是却不能被与B节点通信的C节点看到，那么A节点对于C节点来说就是一个隐藏节点。

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处冲突。

冲突后发送节点要重传冲突的分组，这降低了信道的利用率。

图1.1 隐藏节点图示
隐藏终端又可以分为隐发送终端和隐接收终端两种。

在单信道条件下，隐发送终端通在发送数据报文前的控制报文握手来解决。

但是隐接收终端问题在单信道条件下无法解决。

当A要向B发送数据时，先发送一个控制报文RTS;B接收到RTS后，以CTS 控制报文回应；A收到CTS后才开始向B发送报文，如果A没有收到 CTS，A 认为发生了冲突，重发RTS,这样隐发送终端C能够听到B发送的CTS，知道A 要向B发送报文，C延迟发送，解决了隐发送终端问题。

对于隐接收终端，当C听到B发送的CTS控制报文而延迟发送时，若D向C发送RTS控制报文请求发送数据，因C不能发送任何信息，所以D无法判断时RTS 控制报文发生冲突，还是C没有开机，还是C时隐终端，D只能认为RTS报文冲突，就重新向C发送RTS。

因此，当系统只有一个信道时，因C不能发送任何信息，隐接收终端问题在单信道条件下无法解决。

1.1.2 暴露节点
暴露节点如图1.2所示
是指在发送接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时延。

图1.2 暴露节点图示
暴露终端又可以分为暴露发送终端和暴露接收终端两种。

在单信道条件下，暴露接收终端问题是不能解决的，因为所有发送给暴露接收终端的报文都会产生冲突；暴露发送终端问题也无法解决，因为暴露发送终端无法与目的节点成功握手。

1.1.3 暴露节点和隐藏节点产生的原因及影响
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。

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接收信息，造成发送端的有效信息的丢失和大量时间的浪费（数据帧较长时尤为严重），从而降低了系统的吞吐量和量。

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，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。

项目实施：
1 隐藏节点
设定无线节点的通信半径，代码如下所示：
Antenna/OmniAntenna set X_ 0
.......
Antenna/OmniAntenna set Gr_ 1.0
仿真变量的设置，代码如下所示：
set val(chan) Channel/WirelessChannel
.......
set val(rp) DSDV
对节点来进行设置，代码如下所示：
for {set i 0} {$i < 3} {incr i} {
$ns initial_node_pos $node_($i) 30
$ns at 20.0 "$node_($i) reset"}
代理和数据流的设置，代码如下：
set udp [new Agent/mUDP]
……
$ns connect $udp $null
2 暴露节点
设定无线节点的通信半径，代码如下所示：
Antenna/OmniAntenna set X_ 0
.......
Antenna/OmniAntenna set Gr_ 1.0
仿真变量的设置，代码如下所示：
set val(chan) Channel/WirelessChannel
.......
set val(rp) DSDV
对节点来进行设置，代码如下所示：
for {set i 0} {$i < 3} {incr i} {
$ns initial_node_pos $node_($i) 30
$ns at 20.0 "$node_($i) reset"
}
代理和数据流的设置，代码如下：
set udp [new Agent/mUDP]
……
$ns connect $udp $null
项目结果：
隐藏节点的结果如图1.3所示：
图1.3 隐藏节点结果图暴露节点的结果如图1.4所示：
图1.4 暴露节点结果图
项目总结：
可以清晰的通过过程的比较得到，在有RTS/CTS控制帧的网络环境中，如果存在隐藏节点得问题，可以较好的进行解决和优化，减轻网络负担和压力，优化网络环境。

而没有使用RTS/CTS控制帧的网络环境中，因为隐藏节点的存在，不断的产生数据冲突，不仅加重了网络的负担，还使得很多冲突数据不可用，是一个很严重的问题。

隐藏终端的问题，通过RTS/CTS控制帧解决，通过通知传送范围内的其他节点不要有动作，来避免发送冲突。

使用RTS/CTS控制帧，虽然会在传输数据的开始，造成网络中不必要的延时，但在延时之后还是能够正常传输数据，并且不怎么会产生丢包现象和数据冲突。

然而不使用RTS/CTS控制帧的话，虽然开始传输时没有延迟，两方都能很好的传输数据，但是随着网络环境的负担加重，丢包现象越来越严重，数据冲突也频繁发生，
无线网络技术及其应用子项目2：无线城域网的应用
专业：物联网工程
班级：13301202
姓名：郭栋
学号：1330110227
成绩：
项目任务：
无线城域网的应用
项目分析：
无线城域网(WMAN)是以无线方式构建的城域网并提供面向互联网的高速连接，它是在无线局域网的基础上产生的，由多个WLAN 连接而成。

WMAN 的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入的市场需求，目的是用于解决城域网的最后一公里接入问题，代替电缆(Cable)、数字用户线(xDSL)、光纤等。

以802.16 标准为基础的无线城域网技术，覆盖范围达几十公里，传输速率高，并提供灵活、经济、高效的组网方式，支持固定的802.16d 和移动的802.16e宽带无线接入方式。

802.16 也称WiMax(World wide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性)，但WiMax 是一个商业化的名称，其产业联盟称为WiMax 论坛。

WiMax 能达到最高70MBps 的速率，比WLAN 要高得多。

WMAN 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，为居民和各类企业的宽带接入业务提供新的方案
项目实施：
仿真变量设置,代码如下：
set val(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type
set val(prop) Propagation/TwoRayGround ;# radio-propagation model
……
set val(y) 1000 ;# Y dimension of topography
set val(stop) 10.0 ;# time of simulation end 对节点进行实例化，代码如下：
set node_(0) [$ns node]
$node_(0) set X_ 826
$node_(0) set Y_ 632
……
$node_(10) set Z_ 0.0
$ns initial_node_pos $node_(10) 40
配置节点，代码如下：
set chan [new $val(chan)]
$ns node-config -adhocRouting $val(rp) \
……
movementTrace OFF
项目结果：
无线城域网仿真实验结果如图1.1 所示：
图1.1 无线城域网仿真实验结果图
项目总结：
无线城域网的应用广泛，提供了相对速率更高、范围更广的无线通信能力，本报告主要对无线城域网中的WiMax模块进行场景仿真。

无线城域网的WiMax仿真分析可从两个方面来分析实现结果，即仿真动画和仿真数据。

在NS2 中演示仿真动画的工具采用了NAM，它将网络仿真过程中拓扑结构、数据包传输情况及队列丢包等以动画的形式展现。

仿真结束后，可以通过数据来对仿真过程中的延迟、丢包、吞吐量等问题进行分析。