無(wú)線網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)總結(jié)

第一章“三網(wǎng)”融合：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分類（從覆蓋范圍）

無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)【堪稱最大的無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN】基于短距離無(wú)線通信技術(shù)(藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)等)電信領(lǐng)域中的標(biāo)準(zhǔn)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(huì)ISOC/IAB/IETFACM3GPP有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別有線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)發(fā)送方檢測(cè)到丟包時(shí)，會(huì)判斷為網(wǎng)絡(luò)擁塞，降低發(fā)送速率，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)發(fā)送方檢測(cè)到數(shù)據(jù)丟包時(shí)，發(fā)送方應(yīng)盡力重發(fā)。第二章聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC

ISM(工業(yè)科學(xué)醫(yī)療)頻段，即2.4~2.4835GHz主要開放給這三類機(jī)構(gòu)使用，該頻段是依據(jù)FCC的定義無(wú)線傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)可分導(dǎo)向和非導(dǎo)向兩類⑴導(dǎo)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(xì)纜)、光纖等。⑵無(wú)線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則使用非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)，包括無(wú)線電、微波、紅外線、毫米波、光波等。無(wú)線通信的主要方式包括無(wú)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(lán)牙用在10m范圍內(nèi)構(gòu)建ad-hocPAN的射頻通信標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)算和圖像處理】解決損耗：天線增益跳頻擴(kuò)頻(FHSS)是用一定的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)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(jī)的無(wú)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(shí)，也同步跳轉(zhuǎn)頻率。直接序列擴(kuò)頻(DSSS)用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送方直接擴(kuò)展信號(hào)頻譜，而接收方則用相同擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，即把拓寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。第三章WLAN兩個(gè)典型標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11：IEEE802.11工作組提出，包括多個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)如目前常見的IEEE802.11g/n等。

IEEE802.11g工作于2.4GHz，

IEEE802.11n進(jìn)一步使用MIMO和OFDM等，

WiFi是IEEE802.11的商業(yè)名稱。HiperLAN：采用移動(dòng)通信廣泛使用的高斯最小頻移鍵控調(diào)制。無(wú)線局域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)及功能站：也稱主機(jī)或終端，是無(wú)線局域網(wǎng)的最基本組成單元，一般作為客戶端，是具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口的計(jì)算機(jī)設(shè)備。無(wú)線介質(zhì)(WM)：無(wú)線局域網(wǎng)中站與站之間、站與接入點(diǎn)之間通信的傳輸介質(zhì)無(wú)線接入點(diǎn)(基站)(AP)：作為接入點(diǎn)，完成其他非AP的站對(duì)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的橋接點(diǎn)完成WLAN與DS間的橋接功能。作為BSS的控制中心完成對(duì)其他非AP的站的控制和管理。分布式系統(tǒng)(DS)：把多個(gè)BSA通過(guò)分布式系統(tǒng)連接起來(lái)，形成一個(gè)擴(kuò)展業(yè)務(wù)區(qū)ESA，通過(guò)DS互相連接起來(lái)的屬于同一個(gè)ESA的所有主機(jī)組成一個(gè)擴(kuò)展業(yè)務(wù)組ESS。無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布對(duì)等式拓?fù)?IBSS)和基礎(chǔ)架構(gòu)集中式拓?fù)?基礎(chǔ)架構(gòu)BSS)分布對(duì)等式拓?fù)洌↖BSS）優(yōu)：不需要預(yù)先計(jì)劃，可按需隨時(shí)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(jìng)爭(zhēng)公用信道，站點(diǎn)數(shù)過(guò)多，競(jìng)爭(zhēng)會(huì)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(gè)BSS就會(huì)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(shí)延；優(yōu)：各站布局受環(huán)境限制??；AP可實(shí)現(xiàn)對(duì)各站同步、移動(dòng)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(diǎn)，可伸縮性較強(qiáng)；網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量增大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)吞吐和時(shí)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低隱藏終端是指在接收節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)而在發(fā)送節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)。因偵聽不到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送而可能向同樣的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組，造成接收節(jié)點(diǎn)處的分組碰撞暴露終端指在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的偵聽范圍之內(nèi),而在接收節(jié)點(diǎn)的干擾范圍之外的節(jié)點(diǎn)。隱藏終端”和“暴露終端”的存在，會(huì)造成adhoc網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙資源的無(wú)序爭(zhēng)用和浪費(fèi)，增加數(shù)據(jù)碰撞的概率，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、容量和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。RTS/CTS協(xié)議即請(qǐng)求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當(dāng)于一種握手協(xié)議，主要用來(lái)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)不同物理層形成不同格式分組物理介質(zhì)相關(guān)子層：識(shí)別相關(guān)介質(zhì)傳輸信號(hào)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】?jī)煞N工作模式：CSMA/CA和RTS/CTSCSMA/CA工作機(jī)制：檢測(cè)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(cè)到所需的IFS，然后選擇退避時(shí)間進(jìn)行退避，結(jié)束后重新開始上述過(guò)程RTS/CTS：主要解決隱藏終端問題【4次握手】2》IEEE802.11e增強(qiáng)分布式通道存取【EDCA】藍(lán)牙：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，采用時(shí)分傳輸方案實(shí)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(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無(wú)線城域網(wǎng)IEEE802.16，也稱WiMax，移動(dòng)性優(yōu)于WiFi。IEEE802.20【無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN】無(wú)線局域網(wǎng)【W(wǎng)LAN】——WiFi——IEEE802.11無(wú)線個(gè)域網(wǎng)【W(wǎng)PAN】——IEEE802.15無(wú)線城域網(wǎng)【W(wǎng)MAN】——WiMax——IEEE802.16無(wú)線廣域網(wǎng)【W(wǎng)WAN】——Mobile-Fi——IEEE802.20第六章移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)定義：由一組無(wú)線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)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(shí)體、自組織、自愈的網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可作為主機(jī)，也可作為中間路由設(shè)備MANET的特點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化：無(wú)固定通信設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)資源有限：節(jié)點(diǎn)的能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬有限多跳通信：實(shí)現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)間的源與目標(biāo)主機(jī)間的通信安全性較低：無(wú)線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅MANET的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分兩種：對(duì)等式結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)分級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分單頻分級(jí)和多頻分級(jí)【分層/分簇結(jié)構(gòu)】單頻分級(jí)中所有節(jié)點(diǎn)使用同一頻率通信，需要網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)支持多頻分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，不同級(jí)采用不同通信頻率對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)【平面結(jié)構(gòu)】所有節(jié)點(diǎn)完全對(duì)等，源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)存在多條路徑，健壯性好，相對(duì)比較安全缺點(diǎn)是可擴(kuò)充性略差網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)采用平面式結(jié)構(gòu)，規(guī)模較大時(shí)采用分級(jí)結(jié)構(gòu)。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)==AdHoc網(wǎng)絡(luò)==MANET網(wǎng)絡(luò)==無(wú)線對(duì)等網(wǎng)絡(luò)AdHoc路由協(xié)議分類表格驅(qū)動(dòng)類路由協(xié)議(又稱主動(dòng)式路由協(xié)議)源節(jié)點(diǎn)初始化按需驅(qū)動(dòng)類路由協(xié)議(又稱反應(yīng)式路由協(xié)議)表格驅(qū)動(dòng)路由反應(yīng)式路由主動(dòng)式路由協(xié)議：DSDV【表格驅(qū)動(dòng)】反應(yīng)式路由協(xié)議：AODV【按需驅(qū)動(dòng)】DSDV實(shí)例分析ACBD(a)ACBD(b)DSDV路由協(xié)議示例DSDV實(shí)例分析圖(a)中節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B起始路由表節(jié)點(diǎn)A的路由表節(jié)點(diǎn)B的路由表圖(b)中節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到新位置，節(jié)點(diǎn)B的路由更新更新后節(jié)點(diǎn)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(huì)在A和B之間來(lái)回轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)法到達(dá)真正的目標(biāo)。

DSDV實(shí)例分析包含序號(hào)的路由更新，解決環(huán)回現(xiàn)象(a)中節(jié)點(diǎn)A初始路由表(a)中節(jié)點(diǎn)B初始路由表DSDV實(shí)例分析節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到(b)圖所示位置(b)中節(jié)點(diǎn)A路由表更新(b)中節(jié)點(diǎn)B路由表更新(b)中節(jié)點(diǎn)C路由表更新AODV路由示例典型按需路由協(xié)議實(shí)例ABCEFDGAODV示例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩ODV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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)【W(wǎng)SN】定義：由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)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(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。WSN的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、低速率、低功耗、低成本、短距離、高可靠、動(dòng)態(tài)性無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)區(qū)別：傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)首要目標(biāo)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要目標(biāo)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(jì)算能力有限 傳感器數(shù)量大、分布范圍廣 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)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(duì)象和用戶是WSN的三個(gè)基本要素。傳感器節(jié)點(diǎn)包含傳感模塊、計(jì)算模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊和嵌入式軟件組成傳感模塊負(fù)責(zé)探測(cè)目標(biāo)的物理特征和現(xiàn)象。計(jì)算模塊負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理。存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)存放程序和數(shù)據(jù)。通信模塊負(fù)責(zé)發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)管理和探測(cè)數(shù)據(jù)電源模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)供電。嵌入式軟件系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的五層協(xié)議。造成網(wǎng)絡(luò)能量浪費(fèi)主要原因：(1)如果MAC協(xié)議采用競(jìng)爭(zhēng)方式使用共享無(wú)線信道，可能會(huì)引起多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞，導(dǎo)致重傳消耗節(jié)點(diǎn)更多的能量。(2)節(jié)點(diǎn)接收并處理不必要的數(shù)據(jù)。(3)節(jié)點(diǎn)在不需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)一直保持對(duì)無(wú)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(guò)度的空閑偵聽或者沒必要的空閑偵聽同樣會(huì)造成節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。(4)在控制節(jié)點(diǎn)之間的信道分配時(shí)，如果控制消息過(guò)多，也會(huì)消耗較多的網(wǎng)絡(luò)能量。MAC協(xié)議分類標(biāo)準(zhǔn)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(gè)信道采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問信道方式(1)采用無(wú)線信道的時(shí)分復(fù)用方式(2)采用無(wú)線信道的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)方式(3)其他MAC協(xié)議，如通過(guò)采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式定向擴(kuò)散路由協(xié)議梯度Internet源源源事件事件事件SinkSinkSink(a)查詢擴(kuò)散(b)梯度建立(c)路徑加強(qiáng)興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)的各個(gè)階段的示意圖定向擴(kuò)散(DD)是以數(shù)據(jù)為中心、查詢驅(qū)動(dòng)的經(jīng)典路由協(xié)議匯聚節(jié)點(diǎn)周期性向鄰居節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)所有路徑中節(jié)點(diǎn)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(diǎn)所有路徑中節(jié)點(diǎn)耗能之和最少的路徑最大最小PA節(jié)點(diǎn)路由：選取從數(shù)據(jù)源到匯聚點(diǎn)所有路徑中包含最小節(jié)點(diǎn)PA最大的路徑能量感知路由:－能量路由（2）路徑1：匯聚點(diǎn)-A-B-源節(jié)點(diǎn)，總PA為4，總a為3；路徑2：匯聚點(diǎn)-A-B-C-源節(jié)點(diǎn)，總PA為6，總a為6路徑3：匯聚點(diǎn)-D-源節(jié)點(diǎn)，總PA為3，總a為4；路徑4：匯聚點(diǎn)-E-F-源節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)路由：路徑3評(píng)價(jià)：全網(wǎng)信息理想路由SensorMAC【S-MAC】協(xié)議【休眠時(shí)間大于工作時(shí)間】主要機(jī)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(jī)制（空閑偵聽）流量自適應(yīng)的偵聽機(jī)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(diǎn)四種狀態(tài)：發(fā)送，接收，休眠，空閑第八章無(wú)線個(gè)域網(wǎng)【W(wǎng)PAN】被看作是最后一米的解決方案。四種無(wú)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(wú)線個(gè)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(lán)牙核心協(xié)議(coreprotocol)形成五層棧(1)無(wú)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(xì)節(jié)。(2)基帶(baseband)：考慮一個(gè)微微網(wǎng)中的連接建立、尋址、分組格式、計(jì)時(shí)和功率控制。(3)鏈路管理器協(xié)議(linkmanagerprotocol，LMP)：負(fù)責(zé)在藍(lán)牙設(shè)備和正在運(yùn)行的鏈路管理之間建立鏈路。這包括諸如認(rèn)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