無線網(wǎng)絡技術復習題

第第2頁共2頁第第2頁共2頁一、名詞解釋無線傳感器網(wǎng)絡WSN是wirelesssensornetwork的簡稱，即無線傳感器網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網(wǎng)絡的三個要素WimaxWiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess),即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也叫802.16無線城域網(wǎng)或802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。傳輸速率能達到30-100Mbps或者更高，WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務豐富多樣等優(yōu)點。WiMAX的技術起點較高，采用了代表未來通信技術發(fā)展方無線個域網(wǎng)無線個域網(wǎng)采用無線介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，實現(xiàn)個人信息端的互聯(lián)，組建個人信息網(wǎng)絡。WPAN是一種與無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)并列但覆蓋范圍相對較小的無線網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡構成上，WPAN位于整個網(wǎng)絡鏈的末端，用于實現(xiàn)同一地點終端與終端間的連接，如連接手機和藍牙耳機等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內(nèi)，必須運行于許可的無線頻段。WPAN設備具有價格便宜、體積小、易操作和功耗低等優(yōu)點。TDMATDMA(TimeDivisionMultipleAccess)時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)，每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動終端的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來。無線廣域網(wǎng)無線廣域網(wǎng)進一步擴展了傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡范圍，是一種覆蓋范圍更廣的無線網(wǎng)絡，提供更方便和靈活的無線接入。特點傳輸距離＜15km,傳輸速率大概3Mbps,發(fā)展速度更快。無線自組織網(wǎng)無線自組織網(wǎng)又稱無線對等網(wǎng)絡，是由若干個無線終端構成的一個臨時性，無中心的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中也不需要任何基礎設施。這種網(wǎng)絡具有其獨特的優(yōu)點和用途，可便捷地實現(xiàn)相互聯(lián)接和資源共享。無線自組織網(wǎng)絡(mobilead-hocnetwork)是一個由幾十到上百個節(jié)點組成的、采用無線通信方式的、動態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動性對等網(wǎng)絡。其目的是通過動態(tài)路由和移動管理技術傳輸具有服務質(zhì)量要求的多媒體信息流。通常節(jié)點具有持續(xù)的能量供給。無線城域網(wǎng)無線城域網(wǎng)(WMAN)是以無線方式構建的城域網(wǎng)，提供高速的互聯(lián)網(wǎng)接入，它是在WLAN的基礎上發(fā)展而來的。WMAN是為了滿足寬帶無線接入的需求,解決城域網(wǎng)的最后一公里接入問題，代替電纜，數(shù)字用戶線，和光纖等，以IEEE802.16標準為基礎的無線城域網(wǎng)，覆蓋范圍達幾十公里，傳輸速率高，并提供靈活、經(jīng)濟、高效的組網(wǎng)方式，支持固定和移動的寬帶無線接入方式。FDMA頻分多址(frequencydivisionmultipleaccess,FDMA)是把總帶寬被分隔成多個正交的頻道，每個用戶占用一個頻道。例如，把分配給無線蜂窩電話通訊的頻段分為30個信道，每一個信道都能夠傳輸語音通話、數(shù)字服務和數(shù)字數(shù)據(jù)。頻分多址是模擬高級移動電話服務(AMPS)中的一種基本的技術，是北美地區(qū)應用最廣泛的蜂窩電話系統(tǒng)。采用頻分多址，每一個信道每一次只能分配給一個用戶。頻分多址還用于全接入通信系統(tǒng)(TACS)。無線體域網(wǎng)無線體域網(wǎng)，英文為BodyAreaNetwork(BAN),通常是小型或微型的無線網(wǎng)絡，是附著在人體身上的一種網(wǎng)絡，由一套小巧可移動、具有通信功能的傳感器和一個身體主站(或稱BAN協(xié)調(diào)器)組成。無線家居網(wǎng)無線家居網(wǎng)全稱無線家庭自動化網(wǎng)絡，主要面向家庭或室內(nèi)用戶，實現(xiàn)舒適，高效的室內(nèi)設施管理、監(jiān)測和控制。相比有線網(wǎng)絡方案，無線網(wǎng)絡更易靈活和易擴展，安裝實施更經(jīng)濟。但也存在技術挑戰(zhàn)和難點。二、簡答題目前的骨干網(wǎng)絡大多為光纖傳輸，部分城市實現(xiàn)了光纖到戶，為此是否可以完全用光纖取代所有其他類型的網(wǎng)絡？答：不能取代所有其他類型的網(wǎng)絡。由于光纖屬于有線網(wǎng)絡的范疇，無法取代一些只適用于無線網(wǎng)絡的應用，如無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)。無線節(jié)點A和C同時想與B通信，此時會產(chǎn)生什么問題？如何解決？答：隱藏節(jié)點問題?？墒褂肦TS和CTS機制，參考3.8.1節(jié)。無線節(jié)點B想與A通信，同時，節(jié)點C想與D通信，此時會產(chǎn)生什么問題？如何解決？答：暴露節(jié)點問題。可采用RTS/CTS機制，參考3.8.2節(jié)。為什么說無線城域網(wǎng)解決了最后一千米的接入問題？試分析。答：WMAN能有效的解決有線方式無法覆蓋的地區(qū)的寬帶接入問題，有較完備的QoS機制，可根據(jù)業(yè)務需要提供實時。非實時不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務，為居民和各類企業(yè)寬帶接入業(yè)務提供新的方案。無線傳感器網(wǎng)絡是在什么背景下產(chǎn)生的？具有什么現(xiàn)實意義？答：參考7.1.1節(jié)。微電子學領域的微機電系統(tǒng)對智能傳感器技術的發(fā)展起著支撐作用，其包含了微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型信號處理和控制電路、微型接口、微型通信、微型電源等部件。在微電子技術、嵌入式計算技術和通信技術的發(fā)展和支撐下，兼具感知、計算和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡進一步引起了人民的關注?，F(xiàn)實意義：WSN綜合了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和無線通信等技術，能協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息并予以處理和傳輸，發(fā)送給需要的用戶。WSN可使人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下獲得大量翔實可靠的物理世界的真實信息，可廣泛應用于國防軍事、公眾安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生制造業(yè)、野外作業(yè)和搶險抗災等領域無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構有哪些？各具有什么特點？答：參考7.2.4節(jié)。平面結構：平面結構比較簡單，所有節(jié)點的地位平等，所以又稱為對等式結構。源節(jié)點和目標節(jié)點間一般存在多條路徑，網(wǎng)絡負荷由這些路徑共同承擔，一般情況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡健壯性好。分級結構：分級結構中，一個WSN被劃分為多個簇，每個簇由一個簇頭和多個簇頭成員組成。簇頭間可形成高一級網(wǎng)絡，簇頭負責簇間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，簇成員只負責數(shù)據(jù)采集，這樣就減少了路由控制信息的數(shù)量，可擴展性好。簇頭可預先指定，也可由節(jié)點使用分簇算法隨時選舉產(chǎn)生，使分級結構有很強的抗破壞性。什么是無線個域網(wǎng)？它與其它無線網(wǎng)絡相比有哪些不同？答：參考8.1.1節(jié)。無線個域網(wǎng)采用無線介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線電纜，實現(xiàn)個人信息終端的互連，組建個人信息網(wǎng)絡。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡中，各種外設與計算機間的連接與通信往往需要各種線纜直接聯(lián)結，存在許多不便，因此對各種設備間的無線連接需求越來越強烈。于是WPAN應運而生，它是為了實現(xiàn)活動半徑小(如幾米)、業(yè)務類型豐富、面向特定群體的連接而提出的新型無線網(wǎng)絡技術。WPAN是一種與無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)并列但覆蓋范圍更小的無線網(wǎng)絡。無線個域網(wǎng)可分為幾類？具體各有什么特點？答：參考8.1.2節(jié)。通常將WPAN按傳輸速率分為低速、高速和超速3類。廠：o.smjps廣ffilWPAEIJ通信3矚：10mL工率：2.401=55iMbps_丿高速WPAhY通信距喜：10m啓T域網(wǎng)~SI工刪率二2.4012"110/200/4SOWsJ'超高速WPAH—：通信1!矚：lOnu4m和4m決下匚匸作頻率：3.1-10.6GHz；低速WPAN結構簡單、數(shù)據(jù)率低、距離近、功耗低、成本低、可廣泛用于工業(yè)、辦公和家庭自動化及農(nóng)業(yè)等。高速WPAN適合大量多媒體文件。短時的音視頻傳輸。超高速WPAN，速率可達110-480Mbps。支持IP語音，高清電視，家庭影院，數(shù)字成像和位置感知等信息的高速傳輸。其特點包括近距離的高速率，較遠距離的低速率，低功耗，共享環(huán)境下的高容量，高擴展性。什么是無線車載網(wǎng)絡？它與其它無線網(wǎng)絡相比有哪些不同？答：參考10.1節(jié)。無線車載網(wǎng)絡是智能交通的核心技術基礎，作為新型的車輛通信網(wǎng)絡，可實現(xiàn)車輛與車輛之間。車輛與路邊基礎設施之間的多跳無線通信，為車輛提供多種安全應用和非安全應用。無線網(wǎng)絡（wirelessnetwork是采用無線通信技術實現(xiàn)的網(wǎng)絡。無線網(wǎng)絡既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，也包括為近距離無線連接進行優(yōu)化的紅外線技術及射頻技術，與有線網(wǎng)絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡互為備份。無線車載網(wǎng)絡如何根據(jù)應用分類？答：參考10.2.1節(jié)。無線車載網(wǎng)絡相關應用包括主動道路交通安全應用、交通效率和管理應用以及信息娛樂應用。第2頁共2頁第第2頁共2頁第第2頁共2頁主動道路交通安全應用據(jù)統(tǒng)計，交通事故中有相當比例涉及交叉路口碰撞、迎面碰撞、追尾碰撞、和側(cè)面碰撞。主動道路交通安全應用主要為司機提供信息和幫助，避免上述碰撞。預測碰撞的路邊單元與車輛之間共享信息，可提供車輛位置、交叉位置、速度和距離導航等信息。此外，車輛與路邊單元的信息交換可提示濕滑地段或坑洼地帶等危險區(qū)域。交通效率和管理應用交通效率和管理應用的重點是改善流量。交通協(xié)調(diào)和交通援助，提供最新位置，如地圖信息和相關空間或時間信息。速度管理和導航合作是兩種典型應用。速度管理主要幫助駕車人管理車速，順利駕車，避免不必要的停車，常見的應用是監(jiān)控速度限制通知和綠燈最優(yōu)速度咨詢等。而導航合作則通過車輛間合作和和車輛與路邊單元協(xié)作，提供導航以提高交通效率，常見的應用是交通信息和建議行程以及合作自適應巡航控制。信息娛樂應用無線車載網(wǎng)絡的信息娛樂應用可分為兩大類。一個是可以從本地得到的信息娛樂服務，如本地活動，本地電子商務和多媒體下載等。另一個是互聯(lián)網(wǎng)服務，獲知如何保險和金融服務、車隊管理和停車區(qū)管理等。無線車載網(wǎng)絡的功能要求有哪些？答：①無線通信能力、②網(wǎng)絡通信能力、③汽車絕對定位能力、④其它車輛能力、⑤車輛通信安全能力，具體內(nèi)容參考10.2.2節(jié)。三、問答題1．試分析和比較無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡，可以從傳輸方式、組網(wǎng)結構等方面進行比較。答：有線網(wǎng)絡須架設電纜，挖掘電纜溝或架設架空明線；而無線鏈路則無需架線挖溝，線路開通速度快，將所有成本和工程周期統(tǒng)籌考慮，無線鏈路成本節(jié)省。有線網(wǎng)絡電纜數(shù)量固定，通信容量有限，而無線網(wǎng)絡相對更靈活，隨時增加鏈路，安裝、擴容方便。通信質(zhì)量方面，無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡的通信質(zhì)量均會隨線路距離擴展而下降，如果配備中繼設備，可予以改善。2.什么是Adhoc網(wǎng)絡和MANET?它具有哪些特點？答:Adhoc網(wǎng)是一種多跳的、無中心的、自組織無線網(wǎng)絡，又稱為多跳網(wǎng)(Multi-hopNetwork)、無基礎設施網(wǎng)(InfrastructurelessNetwork)或自組織網(wǎng)(Self-organizingNetwork)。整個網(wǎng)絡沒有固定的基礎設施，每個節(jié)點都是移動的，并且都能以任意方式動態(tài)地保持與其它節(jié)點的聯(lián)系。在這種網(wǎng)絡中，由于終端無線覆蓋取值范圍的有限性，兩個無法直接進行通信的用戶終端可以借助其它節(jié)點進行分組轉(zhuǎn)發(fā)。每一個節(jié)點同時是一個路由器，它們能完成發(fā)現(xiàn)以及維持到其它節(jié)點路由的功能。MANET是移動AdHoc網(wǎng)絡（又稱移動多跳網(wǎng)或移動對等網(wǎng)）是一種特殊的在不借助任何中間網(wǎng)絡設備的情況下，可在有限范圍內(nèi)實現(xiàn)多個移動終端臨時互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。MANET的特點：拓撲結構動態(tài)變化，無固定通信設施，網(wǎng)絡節(jié)點隨機移動；資源有限，節(jié)點的能量和網(wǎng)絡帶寬有限；多跳通信，實現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡間的源與目標主機間的通信；安全性較低，無線信道易受竊聽、篡改、偽造等攻擊的威脅3．常見的網(wǎng)絡安全威脅有哪些？如何進行有效防御？答：安全威脅參考12.1.1節(jié)。防御技術參考12.2.2節(jié)常見的網(wǎng)絡安全威脅包括密碼分析攻擊、中間人攻擊、洪范攻擊、協(xié)議漏洞攻擊、病毒、木馬和蠕蟲等。為了對付網(wǎng)絡安全威脅，許多機構和研究者陸續(xù)開發(fā)出各種防御技術及相關軟硬件產(chǎn)品，包括密碼編碼學、安全協(xié)議、防火墻、虛擬專網(wǎng)和入侵檢測系統(tǒng)等。4．什么是衛(wèi)星網(wǎng)絡？與其他無線網(wǎng)絡相比有何不同？答：衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)兩個或多個地球站之間進行通信的無線電信號。這里的地球站指位于地球表面（陸地、水上和低層大氣中）的無線電通信站，而轉(zhuǎn)發(fā)地球站信號的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。衛(wèi)星網(wǎng)絡與其它通信方式相比，具有以下特點：①通信距離遠，覆蓋面積大，費用與通信距離無關。②便于實現(xiàn)多址連接通信。③通信頻帶寬，傳輸容量大。④機動靈活。⑤通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。⑥成本與通信距離無關。5．無線傳感器網(wǎng)絡是在什么樣的背景下產(chǎn)生的？具有怎樣的現(xiàn)實意義？6.衛(wèi)星網(wǎng)路的組網(wǎng)方式有哪些？各具有什么特點？答：1）基于地面的組網(wǎng)方式：網(wǎng)絡功能主要有地面網(wǎng)絡提供，每顆衛(wèi)星都是一個位于太空中的中繼器，接受地面用戶發(fā)來的數(shù)據(jù)劉，然后轉(zhuǎn)發(fā)給地面站。地面站作為地面網(wǎng)絡架構中的網(wǎng)關，而衛(wèi)星則是擴展地面網(wǎng)絡的無線網(wǎng)絡的最后一跳。這種方式有全球星和ICO,由于衛(wèi)星在整個系統(tǒng)中負責最后一跳的連接，所以該組網(wǎng)方式的拓撲結構較隨意，衛(wèi)星網(wǎng)絡將網(wǎng)絡功能與空間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相互分隔，允許各自考慮網(wǎng)絡層和報文設計。2）基于空間的組網(wǎng)方式：網(wǎng)絡功能主要由衛(wèi)星網(wǎng)絡提供，每顆衛(wèi)星都有著各自處理能力，而且衛(wèi)星都作為網(wǎng)絡路由器，可通過使用星際鏈路（ISL）和相鄰衛(wèi)星進行通信、空間組網(wǎng)方式中，衛(wèi)星必須支持星載路由和交換機制。此時該衛(wèi)星星座實際上就是一個獨立系統(tǒng)或自治系統(tǒng)。空間組網(wǎng)方式中，衛(wèi)星之間可直接進行網(wǎng)絡互連和路由，減少了星地間的通信量，而星地間通信所依賴的信道資源往往很有限。7．無線傳感器網(wǎng)絡具有哪些特點？面臨什么樣的挑戰(zhàn)？答：WSN除具有AdHoc網(wǎng)絡的自組織性等特征以外，還有許多特點：①網(wǎng)絡規(guī)模大。②低速率。③低功耗。④低成本。⑤短距離。⑥高可靠。WSN面臨的挑戰(zhàn)：①通信能力有限，需要高質(zhì)量完成感知信息的處理與傳輸。②電源能量有限，需要節(jié)約能量，使網(wǎng)絡生命周期最大化。③傳感器計算能力有限，要讓大量僅具有限計算能力的傳感器進行協(xié)作分布式信息處理。④傳感器數(shù)量大、分布范圍廣，軟硬件必須具有高健壯性和高容錯性。⑤網(wǎng)絡動態(tài)性，WSN應具有可重構性和自調(diào)整性。⑥大規(guī)模的分布式觸發(fā)器。⑦感知數(shù)據(jù)流巨大。⑧以數(shù)據(jù)為中心。衛(wèi)星網(wǎng)絡的拓撲結構有哪些？各具有什么特點？答：1）星型拓撲。通常由一顆衛(wèi)星為中心節(jié)點，其他衛(wèi)星通過中心進行通信，其優(yōu)點是結構簡單，軌道設計和實現(xiàn)的難度相對較小，便于管理和控制。但該結構也有其固有缺點：所有通信必須通過中心節(jié)點，中心負載很大，存在單點失敗的可能，容錯性略差。2）環(huán)型結構：同一軌道面內(nèi)的每顆衛(wèi)星都和相鄰衛(wèi)星相連，構成封閉環(huán)形鏈路，從設計角度看，路由選擇，通信接口和網(wǎng)絡管理相對簡單，實現(xiàn)較容易，且多個環(huán)形星座通過地面站互聯(lián)，可形成較大地面覆蓋，缺點是節(jié)點較多時傳輸速率低，時延長。3）網(wǎng)狀拓撲：每顆衛(wèi)星至少和兩顆其他衛(wèi)星連接，銥星、Teledesic等系統(tǒng)都采用網(wǎng)狀拓撲，其優(yōu)點是星間鏈路有冗余備份，可靠性高，可實現(xiàn)全球覆蓋，數(shù)據(jù)傳輸速率快，時延小。缺點主要是需較多的衛(wèi)星數(shù)量，建設成本高。什么是無線網(wǎng)狀網(wǎng)，它具有什么優(yōu)勢？答：無線網(wǎng)狀網(wǎng)（WMN）是從ACHoc網(wǎng)絡中發(fā)展起來的新型網(wǎng)絡技術，也是動態(tài)、自組織、自配置的多跳寬帶無線網(wǎng)絡。與MANET不同，WMN通過位置相對固定的無線路由器，互聯(lián)多種網(wǎng)絡，并接入高速骨干網(wǎng)。其已被納入到IEEE802.11s、IEEE802.16等標準中。WMN被認為是無線城域核心網(wǎng)的理想方式之一。相對于WLAN、WMN具有以下優(yōu)勢：1）快速部署和易于安裝。安裝節(jié)點簡單，很容易新增