無線網絡技術復習

PAGE2PAGE5無線網絡技術第1章緒論1、無線網絡分類從無線網絡覆蓋范圍看系統內部互連/無線個域網無線局域網無線城域網/廣域網從無線網絡的應用角度看，還可以劃分出無線傳感器網絡無線Mesh網絡無線穿戴網絡無線體域網等，這些網絡一般是基于已有的無線網絡技術，針對具體的應用而構建的無線網絡。2、無線局域網的分類第一類是有固定基礎設施的：預先建立起來的、能夠覆蓋一定地理范圍的一批固定基站，采用802.11標準的WLAN。如蜂窩移動電話。最小構件是基本服務集（BSS），一個BSS包括一個基站和若干個移動站。第二類是無固定基礎設施的：沒有預先建好的固定接入點（AP），而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成臨時網絡。自組織網絡/移動Adhoc網絡。服務范圍有限，一般也不與外界的其他網絡連接。3、網絡協議層次設計應注意的問題分層時應注意使每一層的功能非常明確，層數適當。層數太少，會使每一層協議太復雜層數太多，會在描述和綜合各層功能時太過分散標識發(fā)送方和接收方的機制數據傳輸的規(guī)則——單向、雙向、多邏輯信道差錯控制問題報文到達順序問題流量控制問題報文的拆分、傳輸、重組問題多路復用和多路解復用問題路由選擇4、協議和服務的關系協議：控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。服務：由下層向上層通過層間接口（服務訪問點，SAP）提供的功能。協議與服務的關系：協議是水平的，服務是垂直的服務是某一層內完成的能夠被高一層利用的功能兩個對等實體（服務用戶）通過協議進行通信，目的是為上一層提供服務5、無線網絡的協議模型研究的重點是什么？第2章無線傳輸技術基礎1、相關概念（1）傳輸媒體可分為導向的(guided)和非導向的(unguided)兩類。（2）天線發(fā)射的信號重要屬性：方向性。（3）無線傳輸的兩種基本構造類型定向結構：發(fā)射天線將電磁波聚集成波束后發(fā)射出去，因此，發(fā)射和接收天線必須精確校準。全向結構：發(fā)送信號沿所有方向傳播，并能夠被多數天線接收到。（4）通常：低頻信號為全向；高頻信號為定向。（5）衛(wèi)星傳輸的最佳頻率范圍為1GHz～10GHz。（6）地面微波頻率范圍為2GHz～40GHz（7）天線有五個基本參數：方向性系數、天線效率、增益系數、輻射電阻和天線有效高度。（8）天線增益的目的是為了定向性。（9）天線增益與有效面積的關系：（10）由天線輻射出去的信號以三種方式傳播：地波(groundwave)：地波傳播或多或少要沿著地球的輪廓前行，且可傳播相當遠的距離，較好地跨越可視的地平線。天波(skywave)：天波信號可以通過多個跳躍，在電離層和地球表面之間前后反彈地穿行。直線LOS(lineofsight)：當要傳播的信號頻率在30MHz以上時，天波與地波的傳播方式均無法工作，通信必須用直線方式。（11）兩個天線（兩個天線的高度分別為h1和h2）之間直線傳播的最大距離是2、直線傳輸系統中的損傷衰減和衰減失真(attenuationandattenuationdistortion)自由空間損耗(freespaceloss)噪聲(noise)大氣吸收(atmosphericabsorption)多徑(multipath)折射(refraction)3、差錯補償機制補償因多路徑衰退所導致的差錯和失真的三種手段：1．前向糾錯（forwarderrorcorrection）2．自適應均衡（adaptiveequalization）3．分集技術（diversitytechnology）前向糾錯的基本做法發(fā)送器在每一個傳輸的數據塊中添加很多附加的冗余位，形成糾錯碼，作為數據位的函數進行計算。對每一個位塊（數據加上糾錯碼），接收端通過數據位計算新的糾錯碼，與收到的糾錯碼比較，以判斷傳輸中是否出錯，若出錯則糾正。4、分集技術分集技術實現的前提：每個信道的衰退都是獨立事件。分集技術是指通過查找和利用自然界無線傳播環(huán)境中獨立的（至少是高度不相關的）多徑信號來實現。即如果一條無線傳播路徑中經歷了深度衰退，而另一條相對獨立的路徑中可能仍包含著較強的信號，因此可以在多個信號中選擇兩個或更多的信號進行合并，這樣可以同時(5)集成(Integration)負責完成消息從DSM到集成LAN介質和地址空間的變換。如果分布式服務確定消息的接收端為集成LAN的成員，則DS的“輸出”點將是端口而非AP。8、狀態(tài)變量與業(yè)務之間的關系（圖）9、IEEE802.11媒體訪問控制層：可靠的數據傳送的保證方法IEEE802.11使用幀交換協議。當一個站點收到從另一個站點發(fā)來的數據幀時，它向源站點返回一個確認(ACK)幀。此交換被作為一個原子單元處理，它不會被其他站點發(fā)出的傳送打斷。如果因為數據幀被損壞或因為返回的ACK被損壞，源站點在一個短的時間周期中沒有收到ACK，它會重發(fā)該幀。為了進一步地增強可靠性，可使用四幀交換(RTS/CTS)首先，源站向目的站發(fā)布一個請求發(fā)送（RTS）幀，其作用是警告所有位于源站點接收范圍之內的站點——一個交換正在進行。然后，目的站用一個清除發(fā)送（CTS）幀響應，其作用是警告所有位于目的幀接收范圍內的站點——一個交換正在進行。收到CTS后，源站發(fā)送數據幀，目的站以一個ACK響應。10、IEEE802.11的協議體系結構（1）分布協調（DCF）功能DCF子層利用一個簡單的載波監(jiān)聽多點接入CSMA算法（不包括沖突檢測功能）：如果一個站點有一個MAC幀要發(fā)送，它監(jiān)聽媒體。如果媒體空閑，站點可以發(fā)送，否則，該站點必須等到當前發(fā)送已完成才能發(fā)送。為確保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相當于優(yōu)先級模式的時延，用幀間間隔（IFS）實現。（2）IEEE802.11媒體接入的控制邏輯（圖）（3）點協調（PCF）功能PCF是一個在DCF上實現的替代接入方式。該操作由中央輪詢主機(點協調者)的輪詢組成。點協調者在發(fā)布輪詢時使用PIFS。由于PIFS小于DIFS，所以點協調者能夠獲得媒體，并在發(fā)布輪詢及接收響應期間，鎖住所有的非同步通信，為避免這種情況，人們定義了超級幀。（4）點協調（PCF）操作實例一個無線網絡實施點協調。當使用CSMA保持接入的通信競爭時，大量帶有時間敏感通信的站點被點協調者控制。點協調者使用“圓桌”方式向所有被輪詢配置的站點發(fā)布輪詢。當點協調者發(fā)布一個輪詢后，被輪詢的站點使用SIFS作響應。當點協調都收到響應時，它使用PIFS發(fā)布另一個輪詢如果在預期的響應時間內沒收到響應，協調者會再發(fā)布一個輪詢在實例中，點協調者將通過不斷發(fā)布輪詢鎖住所有的非同步通信。解決方法：定義超幀間隔首先，在超幀間隔的第一部分中，點協調者以圓桌方式向為輪詢配置的所有站點發(fā)布輪詢然后，點協調者在超幀的剩余部分保持空閑，并允許有一個有一個非同步通信接入的競爭周期12、不同的MAC幀類型：控制幀、數據幀、管理幀13、WEP算法IEEE802.11定義了WEP算法實現安全和保密，使用40位的密鑰利用RC4加密算法（流加密算法），其后修正為104位密鑰。WEP算法的弱點主要有：密鑰大量重復使用在一個無線網絡中輕易的數據接入該協議中缺乏密鑰管理14、Wi-Fi保護接入（WPA）WPA是一個消除了大多IEEE802.11安全性問題的安全性機制集，它基于IEEE802.11i的當前狀態(tài)。IEEE802.11i著重三個主要的安全性領域：認證、密鑰管理和數據傳遞的保密性。802.11i要求使用認證服務器(authenticationserver,AS)并定義了一個更為健壯的認證協議。AS還起到密鑰分發(fā)的作用。802.11i體系結構的3個主要成分認證(authentication)：用于定義在一個用戶和一個AS之間進行一次交換的協議，該AS提供相互認證并生成在一個無線鏈路上的客戶端和AP之間使用的臨時密鑰。接入控制(accesscontrol)：強制認證功能的使用、正確地路由報文和便于密鑰的交換。它能在多種認證協議上工作。具有報文完整性的保密性(privacywithmessageintegrity)：對MAC層數據進行加密，并帶有一個以確保數據不被改變的報文完整性代碼。15、安全接入控制802.11i使用802.1x標準（基于端口的網絡接入控制）實現安全接入控制。802.1x涉及的三個實體：申請者：對應于無線移動站點認證者：對應于AP認證服務器(AS)：通常是有線網絡或認證者認證過程申請者使用一個認證協議提出認證申請此時：控制信道打開，數據信道阻塞申請者被認證通過且密鑰也被提供，開始轉發(fā)數據第4章無線個域網1、無線個人區(qū)域網(WPAN,WirelessPersonalAreaNetwork，簡稱無線個域網)它是一種短距離無線通信網，它是將具有不同功能的單一設備在小范圍內實現無線連接、微小網自主組網的通信技術。2、短距離無線通信技術優(yōu)勢低成本、低功耗和對等通信是短距離無線通信技術的三個重要特征和優(yōu)勢。3、藍牙藍牙(BlueTooth)技術是一種支持點對點、點對多點語音和數據業(yè)務的短距離無線通信技術。藍牙最基本的網絡結構是采用無線方式將若干個藍牙設備連在一起的微微網，微微網內由主設備單元和從設備單元組成。微微網內互聯的設備數量沒有限制，但在同一時刻只能激活8個設備（1個主設備，7個從設備）主設備單位負責提供時鐘同步信號和跳頻序列。藍牙技術提供低成本、近距離的無線通信，構成固定與移動設備通信環(huán)境中的個人網絡，使得近距離內各種信息設備能夠實現無縫資源共享。藍牙技術為避免干擾，設計了快速確認和快速跳頻和數據分組更短等方案來確保鏈路的穩(wěn)定。因為ISM頻段對所有無線電系統都開放，因此，其中的某個頻段可能成為不可預測的干擾源，如家電、無繩電話等。4、藍牙標準文檔構成（1）核心規(guī)范(corespecifications)描述了從無線電接口到鏈路控制的不同層次藍牙協議體系結構的細節(jié)。如相關技術的互操作性、檢驗需求和對不同的藍牙計時器及其相關值的定義。（2）概要規(guī)范（profilespecifications）概要規(guī)范考慮使用藍牙技術支持不同的應用。每個概要規(guī)范討論在核心規(guī)范中定義的技術，以實現特定的應用模型（UsageModel）。概要規(guī)范包括對核心規(guī)范各方面的描述，可分為強制的、可選的和不適用的。概要規(guī)范的目的：定義互操作性的標準，使得來源于不同廠家、聲稱能支持給定的應用模型的產品能一起工作。5、藍牙核心協議（coreprotocol）形成五層棧(1)無線電(radio)確定包括頻率、跳頻的使用、調制模式和傳輸功率在內的空中接口細節(jié)。(2)基帶(baseband)考慮一個微微網中的連接建立、尋址、分組格式、計時和功率控制。(3)鏈路管理器協議(linkmanagerprotocol，LMP)負責在藍牙設備和正在運行的鏈路管理之間建立鏈路。包括如認證、加密及基帶分組大小的控制和協商等安全因素。(4)邏輯鏈路控制和自適應協議(logicallinkcontrolandadaptationprotocol，L2CAP)使高層協議適應基帶層。L2CAP提供無連接和面向連接服務。(5)服務發(fā)現協議(servicediscoveryprotocol，SDP)詢問設備信息、服務與服務特征，使得在兩個或多個藍牙設備間建立連接成為可能。6、電纜替代協議RFCOMM它是一個基于歐洲電信標準協會ETSI07.10規(guī)程的串行線性仿真協議（定義了一個虛擬的串行端口）。RFCOMM協議可以仿效串行電纜設置和RS-232串行端口的狀態(tài)，用于提供串行數據傳輸。該協議提供RS232控制和狀態(tài)信號，如基帶上的損壞，CTS以及數據信號等，為上層業(yè)務（如傳統的串行線纜應用）提供了傳送二進制數據的能力。7、藍牙基帶規(guī)范跳頻（FH）在FH模式下，總帶寬被分為79（有些國家為23）個物理信道，每個信道的帶寬為1MHz。躍遷率為1600跳/秒，每條物理信道被占時間持續(xù)0.625ms（稱為一個時隙）。物理鏈路面向同步連接(synchronousconnectionoriented,SCO)在涉及主設備和一個單獨從設備的點對點連接間分配固定的帶寬。在規(guī)則的間隔中，主設備通過使用預留的時隙維持SCO鏈路。預留的基本單位是兩個連續(xù)的時隙(每個在各自的傳輸方向上)。主設備能支持的并行SCO鏈路高達3個，而從設備能支持2或3個SCO鏈路。SCO分組不重傳。異步無連接(asynchronousconnectionless，ACL)：主設備與微微網中所有從設備間的一條點對多點的鏈路。在未預留給SCO鏈路的時隙中，主設備能與任一以單時隙為基礎的從設備交換分組，包括已在SCO鏈路上的從設備。只有單獨的ACL鏈路可以存在。大多數ACL分組使用分組重傳。SCO和ACL的區(qū)別SCO鏈路主要用于交換要求保證速率但不要求保證傳送的、時間彈性低的數據。它通過預留特定數量的時隙來保證數據的速率。如音頻數據（對丟失數據有較強的容忍性）。ACL鏈路提供一個分組交換的連接格式，沒有預留帶寬，傳送通過檢錯和重傳得以保證。僅當從設備在先前的主-從時隙中被尋址到時，它才被允許在主-從時隙中返回一個ACL分組。分組接入碼：3種類型的接入碼信道接入碼(CAC)：標識一個微微網設備接入碼(DAC)：用于尋呼及其接下來的響應詢問接入碼(IAC)：用于詢問信道控制鏈路（信道）控制器狀態(tài)維持(standy)：又稱待機，默認狀態(tài)。低功率狀態(tài)，只有一個本地時鐘在工作。連接(connection)：設備作為主站或從站連到微微網。鏈路控制器還有7個子狀態(tài)：子狀態(tài)是中間的臨時過渡狀態(tài)從一個狀態(tài)轉移到另一個狀態(tài)，可以執(zhí)行藍牙鏈路控制器指令，也可以使用鏈路控制器內部的信號。藍牙鏈路控制器的狀態(tài)轉換圖連接狀態(tài)的設備的4個操作模式：激活模式（活躍模式）、呼吸模式（偵測模式）、保持模式、休眠模式（置停模式）接入過程：查詢過程、查詢響應過程、尋呼過程、尋呼響應過程查詢過程（1）藍牙設備通過查詢來發(fā)現通信范圍內的其他藍牙設備。查詢消息不包括查詢設備的任何信息，但可以指定GIAC（通用查詢接入碼）和DIAC（專用查詢接入碼）兩種查詢方式。（2）一個設備如果要發(fā)現其他設備時，進入查詢狀態(tài)，該狀態(tài)下的設備連續(xù)在不同頻點發(fā)送查詢消息。（3）一個設備為了使自己能被發(fā)現，需周期性地進入查詢掃描狀態(tài)，以便響應查詢消息，設備不一定必須響應查詢消息，查詢響應是可選的。查詢響應過程：查詢響應過程是從設備響應查詢的操作。（1）主設備的操作使用查詢接入碼（自身時鐘）發(fā)送一個查詢消息；在發(fā)送查詢消息期間監(jiān)聽從設備的響應。（2）從設備的操作使用FHS分組（跳頻分組）響應，響應分組包括從設備的設備地址、本地時鐘和其他從設備信息。從設備收到第一個查詢消息后就從查詢掃描狀態(tài)進入到查詢響應狀態(tài)，并向主設備返回一個FHS響應。尋呼過程：主設備使用尋呼發(fā)起一個主→從連接，通過在不同的跳頻點上重復發(fā)送從設備DAC來捕獲從設備，從設備在尋呼掃描狀態(tài)被喚醒，接收尋呼。尋呼響應過程（1）從設備成功地收到尋呼消息時，主從設備之間有一個粗略的跳頻同步過程，主從設備進入一個響應過程交換關鍵消息。（2）尋呼響應過程如下：第一步：當主設備處于尋呼狀態(tài)，從設