無線網(wǎng)絡(luò)與移動技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)與移動技術(shù)第1頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線網(wǎng)絡(luò)一、無線網(wǎng)絡(luò)概述二、無線局域網(wǎng)三、無線個人區(qū)域網(wǎng)四、無線城域網(wǎng)技術(shù)五、無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)六、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)七、物聯(lián)網(wǎng)

第2頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六一、無線網(wǎng)絡(luò)概述隨著便攜機(jī)、掌上計算機(jī)和個人電子助手PDA的出現(xiàn)，無線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也逐漸流行起來了。無線電子設(shè)備可以隨時、隨地、無縫地接入全球因特網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)來說，無線網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)，特別是在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)的差別非常大，所以，我們需要專門討論無線網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)。第3頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線網(wǎng)絡(luò)可以分成以下三大類系統(tǒng)內(nèi)部互連：藍(lán)牙技術(shù)可以將監(jiān)視器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、耳機(jī)、掃描儀和其他的設(shè)備連接到計算機(jī)上。不需要電纜，也不需要安裝驅(qū)動程序，只要把它們放到一起，然后打開開關(guān)，它們就可以工作了。無線局域網(wǎng)LAN：802.11，WLAN是指傳輸范圍在100米左右的無線網(wǎng)絡(luò)，也稱為Wi-Fi無線保真度。它的推動聯(lián)盟為Wi-Fi。有基礎(chǔ)設(shè)施模式和無基礎(chǔ)設(shè)施模式。無線廣域網(wǎng)WAN：蜂窩電話。1G→2G→3G第4頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線網(wǎng)絡(luò)的組成構(gòu)件無線主機(jī)無線鏈路基站：蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩塔、802.11無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)。Adhoc網(wǎng)絡(luò)中沒有基站網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施第5頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線網(wǎng)絡(luò)無線（移動）通信功能實(shí)體和結(jié)構(gòu)（RFC2002）ling@《高級網(wǎng)絡(luò)》6第6頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六WLAN無線局域網(wǎng)WirelessLANling@《高級網(wǎng)絡(luò)》7第7頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六WLAN工作模式ling@《高級網(wǎng)絡(luò)》8基本服務(wù)集合（BasicServiceSet，BSS）擴(kuò)展服務(wù)集合（ExtendedServiceSet，ESS）獨(dú)立基本服務(wù)集合（IndependentBasicServiceSet，IBSS）第8頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六WLAN傳輸使用的頻段第9頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六WLAN物理層標(biāo)準(zhǔn)802.112Mbps，2.4GHz/IR，目前已淘汰802.11b11Mbps，2.4GHz，直序擴(kuò)頻DS-SS，補(bǔ)碼鍵控CCK和分組二進(jìn)制卷積碼PBCC編碼，DQPSK調(diào)制802.11a54Mbps，5GHz，正交頻分復(fù)用OFDM多載波調(diào)制技術(shù)，載波數(shù)達(dá)52個802.11g802.11b＋802.11a，2.4GHz802.11n300Mbps，MIMO智能天線技術(shù)ling@《高級網(wǎng)絡(luò)》10第10頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11b802.11b工作于2.4GHz由于最初的802.11標(biāo)準(zhǔn)存在諸多缺陷，1999年IEEE進(jìn)行了很多更新，推出了802.11b標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4GHz頻帶，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)11Mbps。第11頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11a802.11a工作于5.8GHz802.11b工作于公共頻段，容易與同一工作頻段的藍(lán)牙、微波爐等設(shè)備形成干擾，且速度較低，為了解決這個問題，在802.11b通過的同年，802.11a標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。該標(biāo)準(zhǔn)工作于5.8GHz頻段，最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps。第12頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11b與802.11a的兼容性問題802.11a802.11b只工作于2.4GHz只工作于5.8GHz用戶從802.11b標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域進(jìn)入802.11a標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域中，無法與AP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系。第13頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六解決問題一：雙頻雙模雙頻雙模（雙頻指同時支持2.4GHz和5.8GHz，雙模指同時支持802.11b、802.11a二種模式）的AP可支持二種不同標(biāo)準(zhǔn)的WLAN網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡(luò)。802.11b/a802.11b/a2.4GHz/5.8GHz無線網(wǎng)的“雙頻自適應(yīng)”，就好象有線網(wǎng)的“10/100M自適應(yīng)”一樣。第14頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六解決問題二：

802.11g無法平滑升級雖然802.11a標(biāo)準(zhǔn)比起802.11b先進(jìn)不少，但由于802.11b的廣泛使用，無線局域網(wǎng)的部署和升級必須考慮到客戶的既有投資，業(yè)界迫切需要一種與802.11b工作于同一頻段且更為先進(jìn)的技術(shù)來保證這種妥協(xié)。2001年，工作于2.4GHz頻段數(shù)據(jù)速率最高達(dá)54MHz的802.11g標(biāo)準(zhǔn)獲得通過。802.11a5.8GHz54Mbps802.11b2.4GHz11Mbps第15頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六解決問題三：雙頻三模隨著802.11g標(biāo)準(zhǔn)的誕生，雙頻產(chǎn)品隨后也將該標(biāo)準(zhǔn)融入其中，成為全方位的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。802.11g802.11a802.11b支持雙頻2.4GHz/5.8GHz雙頻三模（雙頻指同時支持2.4GHz和5.8GHz，三模指同時支持802.11b、802.11a、802.11g三種模式）的AP可支持三種不同標(biāo)準(zhǔn)的WLAN網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡(luò)。第16頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六其他常用協(xié)議與技術(shù)介紹802.11e無線服務(wù)質(zhì)量保證協(xié)議對于教師、學(xué)生等不同的無線用戶，定義不同的優(yōu)先傳輸級別，充分利用有限的帶寬。802.11f無線接入點(diǎn)漫游協(xié)議保證移動筆記本電腦在校內(nèi)不同的AP之間移動不會中斷，尤其適用于今后的校園無線語音運(yùn)營。802.11h動態(tài)頻率與信道調(diào)整協(xié)議根據(jù)校園內(nèi)同頻干擾的實(shí)時特征動態(tài)調(diào)整發(fā)射頻率和占用信道，避免信號疊加、碰撞造成的衰減。802.11i無線鏈路安全保障協(xié)議采用WPA/WPA2認(rèn)證模式，采用TKIP/AES加密機(jī)制，補(bǔ)充了校園無線鏈路層的安全。802.3af以太網(wǎng)傳輸供電協(xié)議也叫PoE，AP可接受網(wǎng)線傳輸?shù)?8V直流供電，無需外接220V電源，是校園部署AP的必須。802.1X基于邏輯端口的認(rèn)證協(xié)議在校園無線用戶沒有通過認(rèn)證之前沒有上網(wǎng)權(quán)限，相比傳統(tǒng)的Web＋portal方式保證了安全訪問。第17頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六WLAN數(shù)據(jù)鏈路層MAC子層ling@《高級網(wǎng)絡(luò)》18第18頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六二、無線局域網(wǎng)2.1802.11協(xié)議棧2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)2.3802.11物理層2.4802.11MAC子層2.5802.11MAC幀2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)2.7802.11無線站點(diǎn)接入過程2.8802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)第19頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六使用WLAN的場合需要主要包括：(1)不方便架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境;(2)使用者時常需要移動位置;(3)臨時性的網(wǎng)絡(luò)。第20頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線LAN面臨的問題首先，以太網(wǎng)上的偵聽總線載波，當(dāng)總線空閑時，才開始傳輸數(shù)據(jù)。無線LAN中，偵聽總線空閑時，并不一定能傳輸成功?！岸鄰剿p”的現(xiàn)象，無線信號在碰到固體對象的時候會有反射現(xiàn)象，所以同樣的無線信號可能會被收到多次。大量的軟件并不知道這種移動性第21頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.1802.11協(xié)議棧高層邏輯鏈路控制LLCMAC子層802.11紅外線802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM物理層第22頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站和移動站點(diǎn)，所有站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站點(diǎn)通信時，都要通過本BSS的基站，在802.11中，也叫接入點(diǎn)AP

。必須為該AP分配一個不超過32字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符SSID和一個信道。一個BSS所覆蓋的地理范圍叫做基本服務(wù)區(qū)BSA

。一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS。ESS還為無線用戶提供非802.11無線局域網(wǎng)的接入，通過門橋來實(shí)現(xiàn)。第23頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11的BSS和ESS基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集

ESS接入點(diǎn)AP2portal基本服務(wù)集BSS接入點(diǎn)AP1AA’因特網(wǎng)漫游至其它802.x局域網(wǎng)分配系統(tǒng)DSB第24頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六漫游與關(guān)聯(lián)移動站點(diǎn)A從一個BSS漫游到另一個BSS時，仍可保持與另一個移動站點(diǎn)B進(jìn)行通信。如果一個移動站點(diǎn)要加入到一個基本服務(wù)集BSS，就必須先選擇一個接入點(diǎn)AP，并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。若移動站點(diǎn)使用重建關(guān)聯(lián)服務(wù)，就可以把這種關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個接入點(diǎn)。當(dāng)使用解除關(guān)聯(lián)服務(wù)時，就可以終止這種關(guān)聯(lián)。第25頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.3802.11物理層WLAN傳輸方式有紅外線和無線電射頻兩種紅外系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點(diǎn)：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。無線電射頻系統(tǒng)：采用擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴(kuò)頻技術(shù)的頻率范圍開放在ISM頻段。Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHz和5.725~5.825GHz(300MHz)擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為跳頻擴(kuò)頻FHSS和直接序列DSSS兩種技術(shù)第26頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線擴(kuò)頻技術(shù)

直接序列頻帶的14個子頻道第27頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六擴(kuò)頻通信與一般無線通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴(kuò)頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)。擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率;抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低;隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小;可以實(shí)現(xiàn)碼分多址;抗多徑干擾;能精確地定時和測距;適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù);安裝簡便，易于維護(hù)。第28頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

第29頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六跳頻通信(frequencehoppingspreadspectum,FHSS)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定跳頻通信使用2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)藥專用的ISM頻段;(Industrial,Scientific,Medical)跳頻擴(kuò)頻通信的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或2Mb/s。第30頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六跳頻擴(kuò)頻通信的技術(shù)要點(diǎn)將分配的頻帶劃分為多個子頻帶，子頻帶稱為信道；每一個信道帶寬相同；信道按跳頻序列的規(guī)律被隨機(jī)的使用；跳頻序列是根據(jù)一個偽隨機(jī)碼決定；發(fā)送雙方使用同一個偽隨機(jī)碼。第31頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六直接序列擴(kuò)頻也使用2.4GHz的工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)藥專用的ISM頻段;數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或2Mb/s;系統(tǒng)實(shí)際發(fā)送的信號d(t)是發(fā)送數(shù)據(jù)a(t)與偽隨機(jī)碼c(t)模二加的結(jié)果;直接序列擴(kuò)頻(directsequencespreadspectrum,DSSS)第32頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六直接序列擴(kuò)頻的技術(shù)要點(diǎn)將待發(fā)送的數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)的二進(jìn)制序列進(jìn)行異或操作,然后將編碼后的數(shù)據(jù)調(diào)制在載波上進(jìn)行發(fā)送;同一個WLAN中的所有結(jié)點(diǎn)使用相同的偽隨機(jī)的二進(jìn)制序列；屬于同一個WLAN中的所有結(jié)點(diǎn)使用同一個分配的頻帶，使用同樣的偽隨機(jī)的二進(jìn)制序列，它們之間的傳輸會產(chǎn)生相互干擾，因此也存在采用介質(zhì)訪問控制方法問題。第33頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.4802.11MAC子層與802.3以太網(wǎng)不同，802.11MAC協(xié)議并沒有實(shí)現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個原因。第一個原因，在無線網(wǎng)絡(luò)的適配器上接收信號的強(qiáng)度往往會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)送信號的強(qiáng)度，所以，若要實(shí)現(xiàn)沖突檢測，需要在硬件上付出更多的化費(fèi)；第二個原因，因?yàn)樵跓o線局域網(wǎng)中存在著“隱藏站”問題、“暴露站”問題和“衰減”問題，導(dǎo)致無線站點(diǎn)無法檢測到所有沖突。第34頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六Signalfading衰減:B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachotherinterferringatB無線信號衰減問題A

BCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrengthsignalstrength信號強(qiáng)度足以在B處產(chǎn)生干擾信號弱，不足以檢測到對方傳輸信號弱，不足以檢測到對方傳輸?shù)?5頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六A的作用范圍C的作用范圍ABCD當(dāng)A、C相距較遠(yuǎn)時，因?yàn)闄z測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。未能檢測出媒體上已存在的信號，不能發(fā)現(xiàn)潛在介質(zhì)競爭者的問題叫作隱藏終端問題(hiddenstationproblem)1.無線局域網(wǎng)中的特殊問題

隱藏終端問題第36頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六有障礙物時的隱藏終端問題ABCHiddenterminalproblem：B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachothermeansA,Cunawareoftheirinterference干擾atBA,C之間有障礙物時的隱藏終端問題第37頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六隱藏站隱藏站是指在接收站點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，而在發(fā)送站點(diǎn)的覆蓋范圍外的站點(diǎn)。在采用單向傳輸信道的情況下，由于隱藏站感知不到發(fā)送站點(diǎn)的發(fā)送，而有可能同時向這個接收站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致沖突。發(fā)送站點(diǎn)在沖突后需要重傳沖突的幀，這樣會降低信道利用率。第38頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六暴露終端問題B的作用范圍C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露終端問題(exposedstationproblem)第39頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六暴露站暴露站是指在發(fā)送站點(diǎn)通信范圍內(nèi)，而在接收站通信范圍外的站點(diǎn)。暴露站因感知到發(fā)送站點(diǎn)的發(fā)送而延遲發(fā)送。但是，由于它在接收站點(diǎn)的通信范圍外，它的發(fā)送實(shí)際上并不會造成沖突，這樣就引入不必要的延遲，并造成信道利用率的降低，因此是通信接入結(jié)束研究中需要解決的問題。在無線局域網(wǎng)中，在不發(fā)生干擾的情況下，可允許同時多個移動站點(diǎn)進(jìn)行通信。這與無線局域網(wǎng)有很大的區(qū)別。第40頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六隱蔽站和暴露站隱蔽站問題（HiddenStationProblem）暴露站問題（ExposedStationProblem）ling@《高級網(wǎng)絡(luò)》41○RTS-CTS握手機(jī)制可以解決隱蔽發(fā)送站問題●當(dāng)B收到A發(fā)出的RTS而響應(yīng)CTS后，C同樣可以收到○但是會引發(fā)掩蔽接收站問題●如果此時D向C發(fā)送RTS，C無法做出響應(yīng)，D只能不斷超時重發(fā)RTS，浪費(fèi)了資源，C稱為A的隱蔽接收站○雙信道方式可解決掩蔽接收站問題●數(shù)據(jù)和控制在不同信道上傳輸○RTS-CTS握手機(jī)制可在一定程度上解決暴露站問題●B向A發(fā)送RTS，C收不到A向B回送的CTS，C可判斷自己是暴露站，就可向D發(fā)送數(shù)據(jù)○但是仍然可能存在暴露發(fā)送站和暴露接收站問題●C判斷可以向D發(fā)送，就發(fā)出RTS，D回復(fù)CTS，然而該CTS與B發(fā)送給A的數(shù)據(jù)報文在C處碰撞，使C收不到CTS，C重復(fù)發(fā)送RTS，做無用功，C為暴露發(fā)送站●若D要向暴露站C發(fā)送數(shù)據(jù)，RTS在C處沖突，C無法正常收到RTS，也就無法接收來自D的數(shù)據(jù)，C為暴露接收站○雙信道方式可解決第41頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.802.11MAC層包括兩個子層802.11支持兩種操作模式：分布式協(xié)調(diào)功能DCF（必須實(shí)現(xiàn)）點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF（選用）第42頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11的MAC層包括兩個子層MAC層無爭用服務(wù)（選用）爭用服務(wù)（必須實(shí)現(xiàn)）分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第43頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六

DCF子層在每一個節(jié)點(diǎn)使用CSMA機(jī)制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。

DCF向上提供爭用服務(wù)。適用于有基礎(chǔ)設(shè)施和無基礎(chǔ)設(shè)施兩種模式MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第44頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六PCF子層使用集中控制的接入算法(在AP)將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站，避免碰撞。僅用于基礎(chǔ)設(shè)施模式。MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11第45頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六3.幀間間隔802.11規(guī)定，所有站點(diǎn)在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)偵聽信道），才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔IFS。常用的幀間間隔有三種：短幀間間隔SIFS點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔PIFS分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔DIFS第46頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點(diǎn)AP發(fā)送出的任何幀。第47頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（沒有爭用）優(yōu)先接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。時隙長度的確定：在一個BSS內(nèi)，當(dāng)某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。第48頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS長度=PIFS+1個時隙長度，因此DIFS的長度為128s。第49頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六4.虛擬載波偵聽為了減少沖突，802.11采用虛擬載波偵聽機(jī)制。源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時間），寫到數(shù)據(jù)幀的“持續(xù)時間”字段，以微秒為單位。通知給所有其它站點(diǎn)，在這一段時間都不要發(fā)送數(shù)據(jù)?！疤摂M載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。第50頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV，指出了必須經(jīng)過多少時間，該站點(diǎn)才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。當(dāng)一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的NAV。第51頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六幀間間隔IFS與虛擬載波偵聽NAV時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送⑶信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點(diǎn)不僅要等待一個DIFS間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計算隨機(jī)退避時間，以便再次重新試圖接入到信道⑴當(dāng)源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送⑵目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀ACK第52頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.CSMA/CA協(xié)議工作原理802.11的MAC層采用CSMA/CA機(jī)制。當(dāng)某個站點(diǎn)（源站點(diǎn)）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點(diǎn)等待接收ACK確認(rèn)幀。如果目的站點(diǎn)接收到正確的數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點(diǎn)發(fā)送ACK確認(rèn)幀。若源站點(diǎn)在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認(rèn)幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。第53頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：CSMA/CA協(xié)議有線局域網(wǎng)在MAC層的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是CSMA/CD，即載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突檢測。但由于無線產(chǎn)品的適配器不易檢測信道是否存在沖突，因此IEEE802.11全新定義了一種新的協(xié)議，即載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突避免（CSMA/CA）。一方面，載波偵聽查看介質(zhì)是否空閑；另一方面，通過隨機(jī)的時間等待，使信號沖突發(fā)生的概率減到最小，當(dāng)介質(zhì)被偵聽到空閑時，則優(yōu)先發(fā)送。不僅如此，為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)固，IEEE802.11還提供了帶確認(rèn)幀ACK的CSMA/CA協(xié)議。

傳輸介質(zhì)不同，CSMA/CD與CSMA/CA的檢測方式也不同。CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時，電纜中的電壓就會隨著發(fā)生變化；而CSMA/CA采用能量檢測(ED)、載波檢測(CS)和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式

第54頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA帶沖突避免的載波偵聽多址訪問

CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidanceling@《高級網(wǎng)絡(luò)》55幀間間隔（InterFrameSpace，IFS）SIFS=28μs；PIFS=78μs;DIFS=128μs當(dāng)站點(diǎn)有幀要發(fā)送時，先用載波偵聽的方法檢測信道，若收到的相對信號強(qiáng)度超過一定門限值，說明其他站正在占用信道發(fā)送。若檢測到信道空閑，在等待DIFS后進(jìn)行發(fā)送（考慮高優(yōu)先級幀可能要發(fā)送）。目的站正確接收后，經(jīng)過SIFS，向源站發(fā)送ACK幀確認(rèn)。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到ACK（重傳計時器超時），則重傳該幀，直到收到ACK或超過重傳次數(shù)后放棄發(fā)送。當(dāng)信道從忙變?yōu)榭臻e時，任何一個站先等待DIFS時間，然后進(jìn)入爭用窗口，等待隨機(jī)退避時間，以減少碰撞概率。第55頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六沖突避免技術(shù)退避時間算法第i次退避時，在[1,22+i]中隨機(jī)選擇等待的時隙數(shù)虛擬載波偵聽VirtualCarrierSense源站把將要占用信道的時間（包括目的站回復(fù)確認(rèn)幀所需時間）通知給其他所有站，以便其他站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)信道預(yù)約源站先發(fā)送RTS，包括源地址、目的地址和預(yù)計將要占用信道時間（包括確認(rèn)時間），若信道空閑，目的站就發(fā)送響應(yīng)CTSling@《高級網(wǎng)絡(luò)》56第56頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的過程DIFSSIFS數(shù)據(jù)幀ACK確認(rèn)幀源站點(diǎn)目的站點(diǎn)所有其它站點(diǎn)信道忙第57頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六爭用信道當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計算一個隨機(jī)退避時間，以便再次重新試圖接入到信道。在爭用窗口這段時間內(nèi)，有可能出現(xiàn)多個站點(diǎn)爭用信道的情況。爭用信道比較復(fù)雜，有關(guān)站點(diǎn)要執(zhí)行二進(jìn)制指數(shù)退避算法。第58頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六信道空閑時，不是立即發(fā)送，而是等待一個隨機(jī)時間。Why？信道從忙變?yōu)榭臻e時，任何要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，都要執(zhí)行退避算法，計算隨機(jī)退避時間，以便再次重新試圖接入。若站點(diǎn)選擇的隨機(jī)回退值不同，就可以避免沖突。802.11仍可能會出現(xiàn)沖突：站點(diǎn)是相互隱藏的。站點(diǎn)選擇了相同的回退值。第59頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11二進(jìn)制指數(shù)退避算法第i次退避就在{0,1,…,22+i-1}個時隙中隨機(jī)地選擇一個，使得不同站點(diǎn)選擇相同退避時間的概率進(jìn)一步減少。第1次退避是在8個時隙（而不是2個）{0,1,…,7}中隨機(jī)選擇一個；第2次退避是在16個時隙（而不是4個）{0,1,…,15}中隨機(jī)選擇一個?！?dāng)時隙達(dá)到255時（對應(yīng)于第6次退避）就不再增加了。

第60頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六退避計時器根據(jù)退避時間設(shè)置退避計時器。站點(diǎn)每經(jīng)歷一個時隙的時間就檢測一次信道。若檢測到信道空閑，退避計時器就繼續(xù)倒計時；若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器的剩余時間，重新等待信道變?yōu)榭臻e，并再經(jīng)過時間DIFS后，從剩余時間開始繼續(xù)倒計時。如果退避計時器的時間減小到零時，就開始發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。第61頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六圖例凍結(jié)剩余的退避時間幀幀幀幀幀DIFSDIFSDIFSDIFS爭用窗口爭用窗口爭用窗口爭用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)802.11的退避機(jī)制第62頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA算法⑴若站點(diǎn)最初有數(shù)據(jù)要發(fā)送（而不是發(fā)送不成功再進(jìn)行重傳），且檢測到信道空閑，在等待時間DIFS后，就發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。⑵否則，站點(diǎn)執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法。一旦檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器，并等待確認(rèn)。⑶當(dāng)退避計時器時間減到零時（這時信道只可能是空閑的），站點(diǎn)就發(fā)送整個幀并等待確認(rèn)。第63頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六CSMA/CA算法（續(xù)）⑷發(fā)送站若收到確認(rèn)，就知道已經(jīng)發(fā)送的幀被目的站正確收到了。這時如果要發(fā)送第二幀，就要從上面的步驟⑵開始，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，隨機(jī)選定一段退避時間。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到ACK確認(rèn)幀，就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)幀為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。第64頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六使用退避算法的情況僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。以下幾種情況都必須使用退避算法：⑴在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。⑵在每一次的重傳后。⑶在每一次的成功發(fā)送后。第65頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六6.信道預(yù)約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站對信道進(jìn)行預(yù)約。這樣可以避免長數(shù)據(jù)幀的沖突。用RTS和CTS，是可選的。第66頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六A的作用范圍B的作用范圍對信道進(jìn)行預(yù)約ACBDERTSRTS源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送

RTS(RequestToSend)，包括源地址、目的地址和持續(xù)時間（包括這次通信的確認(rèn)幀時間）。RTS第67頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六A的作用范圍B的作用范圍對信道進(jìn)行預(yù)約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送

CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從RTS幀中將此持續(xù)時間復(fù)制到CTS幀中）。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。

CTS第68頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六A和B通信時，對附近站點(diǎn)C、D和E的影響C能收到RTS，但收不到CTS。所以，C可以給其它站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。D能收到CTS，E能收到RTS和CTS。所以D、E在A和B通信階段不能發(fā)送數(shù)據(jù)。A的作用范圍B的作用范圍CTSACBDECTSRTSRTSCTSRTS第69頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六使用RTS和CTS避免沖突APAtimeRTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)DIFSSIFSSIFSSIFS所有其它站點(diǎn)推遲訪問第70頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六RTS和CTS幀較短，沖突持續(xù)時間較短。APABtimeRTS(A)RTS(B)RTS(A)CTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)ACK(A)預(yù)約沖突reservationcollisiondefer第71頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六RTS和CTS幀

以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的傳輸時間關(guān)系時間DIFSRTSSIFS時間RTS后設(shè)置NAVDIFS爭用窗口推遲接入源站時間目的站ACK其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)CTS設(shè)置NAV數(shù)據(jù)后設(shè)置NAV第72頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六使用RTS和CTS幀，可以提高性能隱藏終端問題被減輕了，因?yàn)殚LData幀只有在信道預(yù)約后才被發(fā)送。因?yàn)镽TS幀和CTS幀較短，涉及RTS幀或CTS幀的碰撞僅持續(xù)很短時間。一旦RTS幀和CTS幀被正確傳輸，后續(xù)的Data幀和ACK幀應(yīng)該能夠無碰撞地發(fā)送。但是RTS幀和CTS幀的引入，也引入了時延，消耗了網(wǎng)絡(luò)資源。所以RTS幀和CTS幀僅僅用于為長數(shù)據(jù)幀預(yù)約信道。可以設(shè)置一個RTS門限值，超過門限值時，才使用RTS幀和CTS幀。第73頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六7.點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF點(diǎn)協(xié)調(diào)功能工作模式PCF是一種無爭用服務(wù)，某些AP有此功能。AP使用集中控制接入算法，將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站點(diǎn)，從而避免沖突。AP通過使用短的幀間間隔PIFS，獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)。AP一旦有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個無線站點(diǎn)發(fā)送查詢請求，從而控制無線信道的訪問。第74頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.5802.11MAC幀三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。除此之外，還有一些首部是由物理層使用的，但這些首部絕大多數(shù)被用來處理所涉及的調(diào)制技術(shù)。802.11MAC幀主要由三大部分組成：首部、幀主體和幀校驗(yàn)序列。幀首部共30字節(jié)，幀的復(fù)雜性都體現(xiàn)在幀的首部。幀主體就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312字節(jié)。幀校驗(yàn)序列FCS是尾部，共4字節(jié)。第75頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六類型從AP子類到AP更多標(biāo)識WEP更多數(shù)據(jù)功率管理重試Rsvd協(xié)議版本22411111111802.11frame:

序號、持續(xù)期、數(shù)據(jù)和幀控制字段預(yù)約信道傳輸時間，包括傳輸數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀的時間，用于RTS和CTS幀中通常是IPorARP通常小于1500B用于區(qū)分關(guān)聯(lián),RTS,CTS,ACK和數(shù)據(jù)幀類似于TCP”序號”字段的作用。用于可靠ARQ，使接收方區(qū)分是新幀還是重傳幀。幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制是否加密在基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織模式中的含義不同。第76頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六IEEE802.11幀的4個地址字段幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制Address2:發(fā)送該幀的主機(jī)或AP的MAC地址Address1:

接收該幀的主機(jī)或AP的MAC地址Address3:MAC幀目的地址Address4:

只用在DS內(nèi)部802.11數(shù)據(jù)幀有四個地址字段?！暗紻S”和“從DS”兩個子字段，有4種組合，用于定義802.11幀中的幾個地址字段的含義。第77頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六802.11幀的地址字段情況到DS從DS地址1地址2地址3地址400目的地址源地址BSSID----01目的地址BSSID源地址----10BSSID源地址目的地址---11RAPTAP目的地址源地址Adhoc從AP到站點(diǎn)從站點(diǎn)到APDS內(nèi)部第78頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六Adhoc的數(shù)據(jù)幀的地址格式BSSAB地址1地址2地址3地址4A→B的幀地址格式BABSSID第79頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)幀的地址格式BSS2接入點(diǎn)AP2接入點(diǎn)AP1A因特網(wǎng)分配系統(tǒng)DSBAP2→B的幀地址格式A→AP1的幀地址格式AP1→AP2的幀地址格式BSS1地址1地址2地址3地址4AP1AB地址1地址2地址3地址4BAP2A地址1地址2地址3地址4AP2AP1BA第80頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)802.11規(guī)定每個遵從該標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)必須提供9種服務(wù)，這些服務(wù)分為兩類，5種分布式服務(wù)和4種站服務(wù)。分布式服務(wù)涉及到對單元（cell）的成員關(guān)系的管理，并且會與其它單元中的站點(diǎn)進(jìn)行交互。與之相反。站服務(wù)則只管理一個單元內(nèi)部的活動。第81頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5種分布式服務(wù)由AP提供的5種服務(wù)將移動節(jié)點(diǎn)與AP關(guān)聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關(guān)聯(lián)。⑴建立關(guān)聯(lián)：當(dāng)移動站點(diǎn)進(jìn)入一個新的單元后，立即通告它的身份與能力。能力包括支持的數(shù)據(jù)速率、需要PCF服務(wù)和功率管理需求等。AP可以接受或拒絕移動站點(diǎn)的加入。如果移動站點(diǎn)被接受，它必須證明它自己的身份。⑵解除關(guān)聯(lián)。無論是AP還是站點(diǎn)都可以主動解除關(guān)聯(lián)，從而中止它們之間的關(guān)系。第82頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5種分布式服務(wù)（續(xù)）⑶重建關(guān)聯(lián)。站點(diǎn)可以使用該服務(wù)來改變它的首選AP。⑷分發(fā)。該服務(wù)決定如何將發(fā)送到AP的幀發(fā)送出去。如果目的站在同一個AP下，幀可以被直接發(fā)送出去，否則必須通過有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。⑸

集成。如果一個幀需要通過一個非802.11網(wǎng)絡(luò)（具有不同的編址方案或幀格式）傳輸，該服務(wù)可將802.11格式轉(zhuǎn)換成目的網(wǎng)絡(luò)要求的格式。第83頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六4種站服務(wù)4種站服務(wù)用于管理單元內(nèi)的活動。⑴身份認(rèn)證。當(dāng)移動站點(diǎn)與AP建立了關(guān)聯(lián)后，AP會向移動站點(diǎn)發(fā)送一個質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它的密鑰；移動站點(diǎn)用自己所知道的密鑰加密質(zhì)詢幀，然后發(fā)回給AP，就可以證明它是知道密鑰的；如果AP檢驗(yàn)正確，則該移動站點(diǎn)就會被正式加入到單元中。⑵解除認(rèn)證。一個以前經(jīng)過認(rèn)證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)時，需要解除認(rèn)證。⑶保密。處理加密和解密，加密算法為RC4。⑷數(shù)據(jù)傳遞。提供了一種數(shù)據(jù)傳送和接收方法。第84頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.7802.11無線站點(diǎn)接入過程現(xiàn)在許多地方能夠向公眾提供有償或無償接入Wi-Fi的服務(wù)。這樣的地點(diǎn)就叫作熱點(diǎn)。熱點(diǎn)也就是公眾無線入網(wǎng)點(diǎn)。由許多熱點(diǎn)和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)。因?yàn)闊o線信道的使用日益增多，所以出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者WISP這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。第85頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六Wi-Fi叢林Wi-Fi叢林是一個物理位置，無線站點(diǎn)可以從兩個或多個AP中收到很強(qiáng)的信號。每個AP都可能位于不同的子網(wǎng)中，并被獨(dú)立分配一個信道。當(dāng)一個移動站點(diǎn)進(jìn)入一個Wi-Fi叢林時，需要加入其中一個子網(wǎng)，并與其中的一個AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)需要經(jīng)歷三個階段：掃描、認(rèn)證和關(guān)聯(lián)第86頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六無線站點(diǎn)接入過程認(rèn)證服務(wù)器AP站點(diǎn)ProbeRequestProbeResponseProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認(rèn)證關(guān)聯(lián)Y第87頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六1.掃描階段Adhoc模式，站點(diǎn)尋找是否已經(jīng)有獨(dú)立基本服務(wù)集IBSS，并且與站點(diǎn)具有相同的服務(wù)集標(biāo)識符SSID。若存在，則加入（join）；若不存在，則創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來加入?；A(chǔ)設(shè)施模式，無線站點(diǎn)首先需要尋找一個AP。尋找AP有兩種掃描方法：被動掃描方式，站點(diǎn)被動等待AP每隔一段時間定時送出的信標(biāo)幀。主動掃描方式，站點(diǎn)主動發(fā)出探測請求幀，尋找與站點(diǎn)所屬BSS有相同SSID的AP，然后等待從AP發(fā)回的探測響應(yīng)幀。若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去。第88頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.認(rèn)證階段站點(diǎn)找到相同服務(wù)集標(biāo)識符SSID的AP后，選擇一個信號最強(qiáng)的AP，然后進(jìn)入認(rèn)證階段。802.11標(biāo)準(zhǔn)提供了認(rèn)證和加密兩個規(guī)范定義。定義了兩種認(rèn)證服務(wù)：開放系統(tǒng)認(rèn)證，是802.11的缺省認(rèn)證方法，包括提出認(rèn)證請求和返回認(rèn)證結(jié)果兩個步驟。共享密鑰認(rèn)證，共享密鑰通過獨(dú)立于IEEE802.11的安全信道分發(fā)給各個站點(diǎn)和AP成員提供認(rèn)證。第89頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六認(rèn)證過程802.11標(biāo)準(zhǔn)定義的加密規(guī)范是有線等效保密WEP。WEP認(rèn)證的目的是向一個合法的AP證明這個移動設(shè)備知道密鑰。共享密鑰認(rèn)證需要在站點(diǎn)和AP之間進(jìn)行4次交互，使用經(jīng)WEP加密的密文傳輸。認(rèn)證過程：⑴站點(diǎn)向AP發(fā)送認(rèn)證請求幀，啟動認(rèn)證過程；⑵AP利用WEP算法產(chǎn)生一個128字節(jié)的隨機(jī)數(shù)-質(zhì)詢正文，并放在認(rèn)證響應(yīng)幀中發(fā)送給移動站點(diǎn)；⑶移動站點(diǎn)用WEP密鑰加密這個隨機(jī)數(shù)，然后發(fā)回AP。移動站點(diǎn)必須要知道密鑰才能夠成功加密隨機(jī)數(shù)；⑷AP對站點(diǎn)的加密結(jié)果進(jìn)行解密，并返回認(rèn)證結(jié)果。如果解密后的質(zhì)詢正文與發(fā)送的原質(zhì)詢正文相匹配，則返回“正”的認(rèn)證結(jié)果；反之，認(rèn)證結(jié)果為“負(fù)”，站點(diǎn)不能加入該無線網(wǎng)。第90頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六3.關(guān)聯(lián)階段當(dāng)AP向站點(diǎn)返回認(rèn)證響應(yīng)信息，身份認(rèn)證獲得通過后，就進(jìn)入關(guān)聯(lián)階段。在這一階段站點(diǎn)向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀，AP向站點(diǎn)返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀。關(guān)聯(lián)過程結(jié)束后，站點(diǎn)就能夠得到該BSS提供的服務(wù)了。至此，接入過程才完成，站點(diǎn)初始化完畢，可以開始向AP傳送數(shù)據(jù)幀。第91頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.8IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)目前最熱門的WLAN技術(shù)就是IEEE的802.11及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz頻段或使用紅外(IR)IEEE802.11a(1999)，54Mbps，12個信道，最多8個互不重疊，工作在5GHz頻段IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段IEEE802.11g(2003.6),54Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段（802.11g兼容802.11b）第92頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六

IEEE802.11/11b/11a/11g的比較

802.11802.11b802.11a802.11g網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銲nfrastructure（BSS、ESS）制定時間97年6月99年9月99年9月01年11月工作頻段2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz帶寬2/1Mbps11/5.5/2/1Mbps可達(dá)54Mbps可達(dá)54Mbps傳輸距離100米50~150米10~30米50~150米業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、圖像語音、數(shù)據(jù)、圖像語音、數(shù)據(jù)、圖像第93頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六三、無線個人區(qū)域網(wǎng)WPANWPAN把屬于個人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來構(gòu)成自組網(wǎng)絡(luò)，不需要AP，范圍約10米。WPAN不同于WLAN。WPAN是一個低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術(shù)。WLAN卻是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。WPAN標(biāo)準(zhǔn)由IEEE的802.15工作組制定，包括MAC層和物理層這兩層標(biāo)準(zhǔn)。WPAN都工作在2.4GHz的ISM頻段。WPAN有三種：藍(lán)牙系統(tǒng)、低速WPAN和高速WPAN。第94頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth)藍(lán)牙的最初目的是用短距離、低功率和廉價的無線收發(fā)器將計算設(shè)備與通信設(shè)備、外設(shè)等連接起來，后來又?jǐn)U張它的目標(biāo)涉足無線局域網(wǎng)領(lǐng)域，但它和802.11系統(tǒng)是互相干擾的。最早使用的WPAN是1994年愛立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.1。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為720kb/s，通信范圍10米左右。藍(lán)牙使用TDM方式和擴(kuò)頻跳頻FHSS技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。第95頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六皮可網(wǎng)(piconet)Piconet直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。每一個皮可網(wǎng)有一個主設(shè)備(Master)和最多7個工作的從設(shè)備(Slave)。還可以有多至255個停留節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)被主節(jié)點(diǎn)置于低功耗狀態(tài)。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)處于低功耗狀態(tài)時，除了響應(yīng)來自主節(jié)點(diǎn)的激活信號或信標(biāo)信號以外，不能做任何其它事情。通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個范圍更大的擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。第96頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng)MMSSPSSSSSP皮可網(wǎng)2擴(kuò)散網(wǎng)皮可網(wǎng)1M——主設(shè)備S——從設(shè)備P——擱置的設(shè)備第97頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六主從工作方式采用主從設(shè)計的目的是降低藍(lán)牙芯片的實(shí)現(xiàn)成本，其結(jié)果是從節(jié)點(diǎn)完全沒有智能。Piconet的核心是一個集中式的TDM系統(tǒng)，主節(jié)點(diǎn)控制時鐘，并且決定哪個從節(jié)點(diǎn)在什么時候可以通信。所有通信都是發(fā)生在主節(jié)點(diǎn)和某個從節(jié)點(diǎn)之間，從節(jié)點(diǎn)之間的直接通信是不允許的第98頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六四、無線城域網(wǎng)技術(shù)2002年4月通過了802.16無線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的ETSI也制訂類似的無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動的和便攜的）。在許多情況下，無線城域網(wǎng)可用來代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時又稱為無線本地環(huán)路。第99頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六五、無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)

5.1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)

5.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

5.3無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

5.4無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)按需路由協(xié)議

5.5無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)表驅(qū)動路由協(xié)議第100頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六基于預(yù)先架設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動終端通過基站接入移動通信網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)移動終端通過無線接入點(diǎn)接入Internet依賴于基站、無線接入點(diǎn)AP等現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)第101頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求臨時會議/緊急情況科學(xué)考察/探險/軍事戰(zhàn)場接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商所需的時間和成本現(xiàn)有服務(wù)和架構(gòu)的性能或者能力遠(yuǎn)離網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而希望保持與網(wǎng)絡(luò)的連接無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可用不想使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范圍外自組織網(wǎng)絡(luò)第102頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六自組織網(wǎng)絡(luò)研究1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc網(wǎng)絡(luò)”自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡(luò)1997年IETF成立MANET工作組基于IP的無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由2003年IRTF成立ANS研究組其它研究機(jī)構(gòu)ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalability第103頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六AdHoc網(wǎng)絡(luò)的定義由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的(移動)終端節(jié)點(diǎn)組成的一個多跳臨時性自治系統(tǒng)每個(移動)終端同時具有路由器和主機(jī)兩種功能：作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議節(jié)點(diǎn)間路由通常由多跳(Hop)組成不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何地方、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建多跳無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或者對等網(wǎng)絡(luò)第104頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六

5.1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)包括了5層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。因?yàn)锳dhoc網(wǎng)絡(luò)采用的是對等結(jié)構(gòu)，不需要使用專用的路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)都具有相同的層次。第105頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1.自組織2.對等結(jié)構(gòu)3.多跳路由4.節(jié)點(diǎn)移動引起拓?fù)鋭討B(tài)變化5.無線傳輸?shù)木窒夼c節(jié)點(diǎn)能量的限制性第106頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六AdHoc網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)單跳與多跳研究重點(diǎn)不同通信模式不同WLAN主要研究集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層WLAN移動終端的所有通信必須經(jīng)過AP進(jìn)行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡(luò)，不存在路由問題AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容主要以路由協(xié)議為核心的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計AdHoc網(wǎng)絡(luò)中移動終端的通信是對等的第107頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.3無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)Adhoc網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用需求、協(xié)議設(shè)計和組網(wǎng)方面都與傳統(tǒng)的802.11無線局域網(wǎng)和802.16無線城域網(wǎng)有很大的區(qū)別，所以Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究有著它的特殊性。Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究主要集中在信道接入、路由協(xié)議、QoS、多播與廣播、安全5個方面。第108頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.3.1Adhoc網(wǎng)絡(luò)信道接入技術(shù)信道接入是指如何控制節(jié)點(diǎn)接入信道的方法。信道接入方法研究是Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究的基礎(chǔ)，它對Adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能起著決定性作用。1.共享廣播信道的方式共享的含義就是在一個公用的廣播信道上實(shí)現(xiàn)所有用戶的互聯(lián)和通信。如何控制對共享信道的接入，就是MAC子層的主要任務(wù)。第109頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六普通的通信系統(tǒng)中，信道共享方式有3種：點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)和多點(diǎn)共享。AB(a)點(diǎn)對點(diǎn)共享AB(b)多點(diǎn)共享控制中心AB(c)點(diǎn)與多點(diǎn)共享第110頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六Adhoc網(wǎng)絡(luò)共享無線信道的方式與前述不同，也不同于IEEE802.11協(xié)議所描述的無線局域網(wǎng)，它采用的是“多跳共享的廣播信道”，但它不是一跳共享。BA(d)多跳共享第111頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六2.網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議的分類根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可對現(xiàn)存的MAC協(xié)議有不同的分類方法：按照同步和異步方式：同步MAC協(xié)議和異步MAC協(xié)議。按照收發(fā)驅(qū)動方向的不同：發(fā)方驅(qū)動MAC協(xié)議和收方驅(qū)動MAC協(xié)議，也有少數(shù)MAC協(xié)議是混合式的。按照可利用的信道數(shù)量：單信道MAC協(xié)議、雙信道MAC協(xié)議和多信道MAC協(xié)議。第112頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六⑴單信道MAC協(xié)議基于單信道的接入?yún)f(xié)議用于只有一個共享信道的Adhoc網(wǎng)絡(luò)。所有的控制幀與數(shù)據(jù)幀都在同一個信道上發(fā)送和接收。單信道的信道接入?yún)f(xié)議主要有以下幾種：多路訪問沖突避免MACA協(xié)議無線局域網(wǎng)的多路訪問沖突避免MACAW協(xié)議分布式協(xié)調(diào)功能DCF協(xié)議信道獲取多路訪問FAMA協(xié)議第113頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六⑵雙信道接入?yún)f(xié)議節(jié)點(diǎn)的無線通信設(shè)施可以提供兩個信道，一個用于數(shù)據(jù)幀傳輸，另一個用于控制幀傳輸，數(shù)據(jù)幀和控制幀的傳輸就不會出現(xiàn)沖突。這樣就能很好地解決隱藏站和暴露站問題，同時提高信道利用率與頻率空間復(fù)用度。主要的雙信道接入?yún)f(xié)議主要有：無線網(wǎng)絡(luò)基本訪問協(xié)議BAPW雙忙音多路訪問DBTMA協(xié)議雙信道多路訪問DCMA協(xié)議。第114頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六⑶多信道接入?yún)f(xié)議基于多信道MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中有多個無線通信信道，相鄰節(jié)點(diǎn)可以使用不同的信道同時進(jìn)行通信。根據(jù)操作的一般原則可以將多信道MAC協(xié)議分為四類：有專用控制信道的多信道MAC協(xié)議公共跳躍的多信道MAC協(xié)議分階段控制的多信道MAC協(xié)議并行控制的多信道MAC協(xié)議。第115頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.3.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)Adhoc網(wǎng)絡(luò)一般有兩種結(jié)構(gòu)，即平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。在平面結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。A●EC●●●●●●BDFG第116頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六分級結(jié)構(gòu)而分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇，每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成，這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。在高一級網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。分級結(jié)構(gòu)中，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。比如當(dāng)簇1中的節(jié)點(diǎn)A要與簇2中的節(jié)點(diǎn)B通信時，節(jié)點(diǎn)A先把數(shù)據(jù)發(fā)送給簇1的簇頭；簇1的簇頭經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)B在簇2中，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給簇2的簇頭(可能要經(jīng)過其它簇頭的轉(zhuǎn)發(fā))；簇2的簇頭收到數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)B是自己簇的成員，把數(shù)據(jù)發(fā)送給B。第117頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六5.3.3無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議需要進(jìn)行通信的兩個節(jié)點(diǎn)可能不在相互的無線信號范圍內(nèi)需要其它節(jié)點(diǎn)承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)工作節(jié)點(diǎn)移動后需要重新建立新的路由多跳路由移動第118頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六1.Adhoc路由的特點(diǎn)⑴動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。⑵單向信道的存在。⑶有限的無線傳輸帶寬。無線信道能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。此外，競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等。⑷無線移動終端的局限性。采用電池一類可耗盡能源提供電源、內(nèi)存較小、CPU性能較低等。這就要求路由算法能夠簡單有效，實(shí)現(xiàn)的程序代碼短小精悍，同時需要考慮如何節(jié)省能源等問題。第119頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六傳統(tǒng)的路由協(xié)議不適用于AdHoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)加入、離開、移動等路由算法還未收斂，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就發(fā)生變化有限的系統(tǒng)帶寬、能量等資源周期性地通告路由信息嚴(yán)重降低系統(tǒng)的性能間歇性的網(wǎng)絡(luò)分割傳統(tǒng)路由協(xié)議容易形成路由回路單向的無線傳輸信道傳統(tǒng)路由協(xié)議一般假設(shè)鏈路是對稱的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化減少路由開銷引入按需路由在路由時考慮能量等約束條件第120頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六路由選擇協(xié)議的特點(diǎn)從Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)可以知道，其路由選擇協(xié)議必須滿足以下條件：必須對拓?fù)涞淖兓哂锌焖俜磻?yīng)能力，并且避免路由環(huán)路的發(fā)生；必須高效地利用帶寬資源，盡可能壓縮開銷；必須盡可能縮短發(fā)射時間和減少發(fā)射的數(shù)據(jù)量，以節(jié)約能源。第121頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六路由協(xié)議

路由選擇(routing)是指選擇互連網(wǎng)絡(luò)從源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的行為，并且信息至少通過一個中間節(jié)點(diǎn)。路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它包括兩個功能：①尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑；②將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。第122頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有以下特點(diǎn)：（1）能量優(yōu)先（2）基于局部拓?fù)湫畔ⅲ?）以數(shù)據(jù)為中心（4）應(yīng)用相關(guān)第123頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六在根據(jù)具體應(yīng)用設(shè)計路由協(xié)議時，必須滿足如下要求：（1）能量高效（2）可擴(kuò)展性（3）穩(wěn)健性（4）快速收斂性第124頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六我們從各種應(yīng)用的角度出發(fā)，將路由協(xié)議分為四類：（1）能量感知路由協(xié)議高效利用網(wǎng)絡(luò)能量是傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個顯著特征。為了強(qiáng)調(diào)高效利用能量的重要性，這里將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。能量感知的路由協(xié)議從數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯某霭l(fā)，討論最少能量消耗和最長網(wǎng)絡(luò)生存期等問題。第125頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六（2）基于查詢的路由協(xié)議在諸如環(huán)境檢測、戰(zhàn)場評估等應(yīng)用中，需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。在匯聚節(jié)點(diǎn)（查詢節(jié)點(diǎn)）發(fā)出任務(wù)查詢命令，傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端探測節(jié)點(diǎn)向監(jiān)控中心報告采集的數(shù)據(jù)。在這類監(jiān)控和檢測的應(yīng)用問題中，通信流量主要是查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器探測節(jié)點(diǎn)之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時傳感器探測節(jié)點(diǎn)的采集信息通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)省能量，即數(shù)據(jù)融合技術(shù)與路由協(xié)議的設(shè)計相結(jié)合。第126頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六（3）地理位置路由協(xié)議在諸如目標(biāo)跟蹤的應(yīng)用問題中，往往需要喚醒距離被跟蹤目標(biāo)最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，以便得到關(guān)于目標(biāo)的更精確位置等相關(guān)信息。在這類與坐標(biāo)位置有關(guān)的應(yīng)用問題中，通常需要知道目的節(jié)點(diǎn)的精確或者大致地理位置。把節(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，不僅能夠完成節(jié)點(diǎn)的路由選擇功能，還可以降低系統(tǒng)專門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。第127頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六（4）可靠的路由協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用對通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，可能在可靠性和實(shí)時性等方面有特別要求。例如，采用視頻傳感器進(jìn)行戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測時，希望傳輸?shù)囊曨l圖像能夠盡可能的流暢些。但傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線鏈路穩(wěn)定性一般難以保證，通信信道質(zhì)量比較低，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，要滿足用戶的某些方面的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，需要考慮可靠的路由協(xié)議設(shè)計技術(shù)。第128頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六典型路由協(xié)議：定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散（DirectedDiffusion，DD）路由協(xié)議是一種基于查詢的路由機(jī)制。擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)通過興趣信息發(fā)出查詢?nèi)蝿?wù)，采用洪泛方式傳播興趣信息到整個區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)。興趣信息用來表示查詢的任務(wù)，表達(dá)了網(wǎng)絡(luò)用戶對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)感興趣的具體內(nèi)容，例如監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和光照等數(shù)據(jù)。在興趣信息的傳播過程中，協(xié)議將逐跳地在每個傳感器節(jié)點(diǎn)上建立反向的從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸梯度，傳感器探測節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)沿著梯度方向傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)。第129頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)三個階段:第130頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六（1）興趣擴(kuò)散階段在路由協(xié)議的興趣擴(kuò)散階段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播興趣消息。興趣消息中含有任務(wù)類型、目標(biāo)區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時間戳等參數(shù)。每個節(jié)點(diǎn)在本地保存一個興趣列表，對于每一個興趣內(nèi)容，列表中都有一個表項(xiàng)記錄發(fā)來該興趣消息的鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等任務(wù)相關(guān)信息，以建立該節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)的梯度關(guān)系。每個興趣可能對應(yīng)多個鄰居節(jié)點(diǎn)，每個鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一個梯度信息。第131頁，共197頁，2023年，2月20日，星期六（2