无线技术网络导论--期末复习指导

学校：山东农业大学。任课教师：张亮。大三下学期必修（网络专业）。大三老学姐提醒大家：这个老师出题很迷，没有往年试卷。你们流传的80+的选择题不考，填空题不细，很迷。我们考的外焦里嫩。

基本原则：他画的重点真的会考，不化的重点也会靠，说了不考的也会考，总之前车之鉴好好看课件，以下提供的资料让大家应对简答题。19年15选择15分15个空15分，40分的简答，30分送分大题。大题能量感知路由课件原题，zrp，告知域半径，找节点，找路径。

啊！我死了。出成绩了。好好准备基本知识点，注意选择题。其余的第二部分的重点整理就够了。要是想保险用第一个。

无线网络技术考点

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（考点较全版）

第一章

三要素

tcpip模型

无线网个域网

不要广

第二章重点

传输媒体分类

波长和频率

电磁波的分类

传播方式

无线损伤哪几种

信号编码

各种差别

编码调制编码

信道复用技术

CDMA CDM

扩频跳频

第三章

无线个域网都有哪几种特点

蓝牙

传输特性

连网模式

蓝牙规范

iee802.15

UWB

Zigbee优势

第四章

组网条件

网络模式技术模式

三大标准802.11

WiFi

访问控制方式

CSMA/CA

机制

第五章

ad hoc 网络特点

面临的问题

网络体系结构

波动问题如何解决

DSR

如何解决路由风暴

ZRP

mac协议分为哪几类

后面的不考

第六章

无线传感系统包含什么

特性

体系结构

协议栈

mac

路由协议

第一讲无线网络概述

无线网络的应用：无线抄表；无线支付；移动互联网、物联网和增强现实技术相结合（Google project tango）；移动计算

协议体系：

三要素：语义（协议控制信息的具体含义）；语法（数据和控制信息的格式、编码规则）；时序（数据和控制信息的收发同步和排序）

划分规则：各层之间逻辑通信，每层为上层提供服务，以功能为分层基础，相互独立，功能明确

实体：发送或接收信息的硬件或软件进程

服务访问点（SAP）：同一主机相邻两层实体交换信息的位置（实际为逻辑接口）

协议数据单元（PDU）：层与层之间交换的数据单位

ISO/OSI模型（上到下）：上层协议（应用层、表示层、会话层、传输层）；通信子网（网络层、链路层、物理层）

TCP/IP模型（上到下）：应用层、传输层、网际互联层、网络接口层

无线网络协议层次特点：①协议体系基于分层，不同类型的无线网络关注的层次不同

②有线网络与无线网络的传输机制和协议设计不同

③需要对传统网络协议进行改进

④应用层协议主要解决连接可靠性，各应用可直接使用无线网

无线网络分类：

无线个域网（WPAN）：通过短距无线电连接PC部件

无线局域网（WLAN）：

固定基站设施：预先建立起来的，且能覆盖一定范围的固定基站
无固定基础设施：自组织网络（Ad hoc Network）、移动自组织网络（MANET）

无线城域网（WMAN）：IEEE 802.16为代表，单个基站覆盖几十公里

第二讲无线传输技术基础

传输媒体：

引导性媒体（线缆媒体）：电磁波沿固态媒体传播

非引导性媒体（无线媒体）：提供传输信号的手段但不加以引导

波长（λ）：两个相邻波峰之间的距离

频率（f）：电磁波每秒振动的次数

波长和频率的关系：λf=c（选择）（光速：电磁波在真空中的传播速度3*10^8m/s）

电磁波的分类：（掌握）！！

电磁波：电磁波是电磁场的一种运动形态

1.无线电（选择）

特点：

频率10KHz-1GHz，波长几百米至一厘米
射频信号能量由天线和收发器决定
能穿透墙壁，不受天气干扰，也可到达普通网络线无法到达的地方
可全向传播，也可定向传播

类型：

VLF、LF、MF波段沿地面传播

HF、VHF波段被电离层折射回来

应用：电视、移动电话、无线网络和业余无线电，政府使用频率分配制度进行管理

2.微波

特点：

频率较高，约2GHz-40GHz
微波按直线传播，无法较好的穿透建筑物
发射端和接收端的天线必须精确对准（定向传播）（选择）

分类：

地面系统：利用定向抛物线在较低的GHz内收发信号

卫星微波系统：在定向抛物线和天线之间传输信号

3.红外线

特点：

采用红外光波传输信号，使用电磁频谱的THz范围
使用发光二极管或激光二极管发射信号，光电管接受信号
无法穿透墙壁等固体物体且易受强烈光源干扰

分类：

点对点：光束高度集中且朝特定方向发射

广播：将信号扩展至更广的区域并允许数个接收器同时接受

应用及优点：

短距离通信（TV、录像机、DVD、音响）
不同房间内红外系统互不干扰
防窃听性优于无线电系统

传播方式：从天线出发并通过三种路由发射

地面波：沿地球轮廓线且能传播很远，频率达2MHz（AM radio调幅无线电）

天空波（业余无线电、民用波段无线电）

从大气电离层反射回地球表面且能在两者之间传播数个来回
范围远与地面波
反射效果由折射引发

视距传播：传输和接受天线必须在视线内，距离一般为20-50KM

无线传输损伤：

衰退：信号在传输中将会有部分能量转化为热能或者被传输介质吸收，从而造成信号强度不断减弱，这就是衰损。

传输媒体或路径使接收信号的能量发生变化
固定环境下大气层的条件变化
移动环境下障碍物的相对位置随时间发生变化（多径传输）

-------）多径传播：从发射机天线发射的信号沿两个或多个路径到达接收机天线的传播现象（填空）

反射：信号遇到表面大于信号波长（地球表面、高大建筑物）的障碍物导致相位漂移

衍射 ①信号遇到大于边长的不可穿透无边缘

②即使没有来自发送器的视线信号（LOS）也可接收到信号

散射：入境信号遇到波长较小的物体（树叶、街牌、灯柱）后发散为数个弱的出境信号

①对于LOS，衍射和散射信号不重要

②对于非LOS，衍射和散射是接收的主要手段

信号编码技术：

信息：数据的内容或解释

数据：携带信息的实体

信号：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播

模拟信号：时间上连续，包含无穷多个数据值

数字信号：时间上连续，仅包含有限数目的信号值（二值信号）

周期信号：由不断重复的固定模式组成（正弦波）

非周期信号：无固定模式和波形循环（语音的音波信号）

信息编码：信息用二进制数表示（ASCII、BCD编码）

数据编码：将数据用物理量表示

信息的传输过程：携带信息的数据以物理信号的形式通过信道传送至目的地

编码：数据->适合传输的数字信号——便于同步、识别和纠错

调制：数字信号->适合传输的形式——按频率、幅度、相位

解调：接受波形->数字信号

解码：->数字信号->原始数据

编码和调制的区别：编码用数字信号承载数字或模拟数据；调制用模拟信号承载数字或模拟数据

信道复用技术：（考！）

频分复用FDM：所有用户在相同时间占用不同带宽的资源

时分复用TDM：所有用户在不同时间占用相同的频带宽度

波分复用WDM：光的频分复用

码分复用CDM

（码分多址CDMA）简答

概念：CDMA是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术

个用户使用特殊挑选的不同码型使彼此不会造成干扰
发出的信号有较强的抗干扰力，类似白噪声，不易被敌人发觉
每个比特时间划分为m个短间隔，称为码片

特点：

每个站分配的码片序列必须各不相同且互相正交
实用系统中使用伪随机码序列

码片序列的正交关系：

（1）：两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积为 0

（2）任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积是1

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1

有效性：通信系统传输信息效率的高低（数量）

可靠性：通信系统可靠传输信息的能力（抗干扰能力，质量）

无线扩频技术：（简答）

含义：扩频通信技术是一种信息传输方式，在互不干扰的条件下增加无线带宽，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽；扩频通过独立的码序列完成，用编码及调制的方法实现，与所传信息数据无关。接收端使用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传数据

原理：①在同一个频道内堆积几十或数百个电路和发射器

②扩频不试图消除干扰，反而将其设计到系统中，使用非常宽的频道且系统能够自我平衡、自我调节

理论依据（香农公式）：

w——信道带宽 s——有用信号的平均功率 N——白噪声的平均功率

c——信道容量（信道可能传输的最大信息速率） S/N——信噪比

结论：传输速率不变时，频道宽度和信噪比是可以互换的。即可以通过增加频带宽度使得在信噪比较低的情况下传输信息

重要性（军事）：

能抵抗战场上的严重干扰
具有技术保密性（不被截获）和操作保密性（不被干扰或破译）
可避免敌人通过无线传输了解到我方位置

实际目的：阻止敌人接收和译码；检测和干扰军队无线通信

基础：

采用模拟或数字数据
采用模拟信号
将数据扩展到一个大的带宽，不易被干扰和窃听

直接序列扩频（DSSS）：使用调幅技术合并数据信号和载波信号的波形（保密语音）

原理：

两个数字信号加在一起得到第三个实际传输比特流
第一个为信息信号，第二个为随机比特流
第三个比特流的速率与第二个相同

意义：为共享频谱提供了可能；实现了码分多址（同一频段不同扩频码）

跳频扩频（FHSS）：在频道间不断切换载波信号来发射信号（反干扰策略）

原理：使用二进制伪随机码序列控制输出信号的频率，使发射信号的载波频率随伪随机码的变化跳变，接收者已与发送者同步的方式跳转频率

意义：

窃听者难以理解
干扰仅能影响某个频率的有限比特
无传统意义上的阻塞且能克服噪声干扰和多径效果

跳频图案的要求：

随机性好（每个频率出现的概率相同）——抗干扰强
秘钥量大（图案数目足够多）——抗破译强
频率重叠少且图案正交性好——有利组网通信和多用户的码分多址

扩频传输的优点：

①从各种类型的噪声和多径失真中可以获得免疫性；

②可用在隐藏和加密信号上；

③几个用户可以独立地使用同样的较高的带宽，且几乎没有干扰。

第三讲无线个域网络

无线个域网（WPAN）：通过无线介质代替传统有线电缆，实现个人终端的互联，组建个人信息的网络（10米以内）。。。即所有个人移动设备可通向外部世界的无线传输环境

优点：价格便宜、体积小、易操作、功耗低

特点：

高数据速率并行链路：>100Mbps
临近终端之间的短距离连接：
标准无线或电缆与外部因特网或广域网的连接
典型对等式拓扑结构
中等用户密度

WPAN

低速WPAN

高速WPAN

超高速WPAN

通信速率：0.25Mbps

通信距离：10m

工作频率：2.4GHz

通信速率：55Mbps

通信距离：10m

工作频率：2.4GHz

通信速率：110/200/480Mbps

通信距离：10m、4m和4m以下

工作频率：3.1GHz~10.6GHz

蓝牙（考）

定义：是一种支持点对点、点对多点实现语音和数据业务短距离通信的无线通信技术

是无线网络技术规范
用于建立个域网（PAN）
用于短距离（<10m）的小资料传输

目标：保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式

传输特性：

（1）2.4GHz频带

（2）传输距离为10m

（3）连接便携式和固定设备

（4）点--点或点--多点模式

（5）数据速率：①同步（电路交换技术），64kbps

②异步（分组交换），对称（433.9kpbs）或非对称（723.2kpbs）

联网模式：

点—点：两个蓝牙设备直接通信
Piconet（微微网）：共享相同信道；8个设备可在小型网络内通信
Scatternet（散网）：多达256个Piconet可连接成更大网络

蓝牙技术规范：技术操作和协议体系系统

蓝牙应用规范（概要）：蓝牙的profile文档定义了一组使用模式，每个profile说明了支持

该模式的协议及其特性

文件传输：传送能力、目录、文件、文档、映像、流媒体
浏览能力：文件夹
同步应用：提供设备与设备间的个人信息管理（PIM）同步，如电话、消息
蓝牙上的WAP

IEEE 802.15：开发适用于短程无线通信的标准

任务组	研究领域	作用
802.15.1	无线PAN	手机，PDA等设备短距离通信
802.15.2	PAN的共存	研究PAN与WLAN共存问题
802.15.3	高数据速率PAN	主要考虑多媒体方面，追求更高速率与服务品质
802.15.4	Zigbee低数据速率PAN	为低速互联提供统一标准

超宽带技术（UWB）：一种无载波通信技术，无线电领域的革命性进展，未来短距无线通信的主流技术

特点：

工作在3.1-10.6GHz
传输距离10m
数率100Mbps
TDM复用方式
低功耗、宽频谱且不会干扰其他系统
相对蓝牙系统技术较为简单，并在传输速率和成本上有巨大优势

优点：

抗干扰性强，
保密性好
传输速率高
带宽极宽
消耗电能小
发送功率非常小

ZigBee：是一种开放式的基于 IEEE 802.15.4 协定的无线个域网标准。由飞利浦公司创建，具有节能特性的短距离、低功耗的无线通信技术

特点：

（1）低功耗。ZigBee 的传输速率低,功耗低，因此ZigBee 设备非常省电。

（2）低成本。ZigBee 模块的复杂度不高，ZigBee 协议免专利费，所使用的频段无需付费，所以它的成本较低。

（3）时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短

（4）网络容量大。一个星型结构的 ZigBee 网络最多可以容纳 254 个从设备和一个主设

备, 一个区域内可以同时存在最多 100 个 ZigBee 网络, 而且网络组成灵活。网状结构的

ZigBee 网络中可有 65000 多个节点。

传输模式：

①数据传输到主协调器

②主协调器发送数据

③对等网络中设备之间传送数据

第四讲无线局域网

无线局域网（WLAN）：无线局域网是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立起来的网络。是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。

优点：移动性、灵活性、可伸缩性、经济性

缺点：可靠性、带宽与系统容量、兼容性与共存性、覆盖范围、干扰、安全性、节能管理…….

无线局域网的组成：

①站（主机或终端）：最基本的组成单元，包括终端用户设备、无线网络接口、网络软件

②无线介质

③无线接入点（AP）：无线网络的核心。是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内、园区内，距离覆盖几十至上百米

④分布式系统：扩展业务区

无线局域网技术模式：

①Ad-hoc（无线自组织）无线网络（考）

特点：

对等模式
设备间可直接通信
无需接入点支持
每个节点都有转发至另一个节点的能力
独立的基本服务集

最好应用：

无接入点建立全无线网络
可桥接有线网络作为基础机构方案备份

实际应用：会议室、汽车上的临时笔电会议；互连个人设备；紧急救援活动；野外探测；军事应用IBSS

②基础结构无线网络

无线站点处于相对固定位置
指定接入点
有接入点桥接（如有线以太网）
基本服务群（BSS）至少包括一个接入点（AP）和两台移动设备

③基础结构网络

特点：

集中的安全性
可扩展性
较好的运作范围
路由简单
抗毁性差

拓展（ESS）：由多个BSS组成的多区网，由分布式系统连接组成

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无线局域网构成：

无线局域网有独立型网络结构和有基础设施的网络结构两种类型。

独立型网络结构也称 Ad Hoc 网络，这种结构无需 AP 支持，站点间可直接相互通信。

有基础设施的网络结构中，无线局域网是一个基于蜂窝的架构，每一个蜂窝就是一个 BSS。每一个蜂窝被一个接入点 AP控制，站点间通信均由 AP 转发。多个 AP 可通过 DS互相连接起来的构成 ESS。

IEEE 802.11体系结构：IEEE 802.11协议栈

特点：

（1）802.11满足与其他有线802.x系列的无缝融合

（2）应用程序除了带宽低、接入时间长外感觉不到其他不同

（3）无线节点的高层协议（应用协议、TCP、IP）与有线节点高层协议相同

三大标准：

IEEE 802.11a

- 物理层
使用正交频分多路复用（OFDM）技术
工作频段是5GHz
数据速率为54Mbps
使用54个频率，48个用于数据，4个用于同步控制
- MAC层：与其他802.11标准相同

IEEE 802.11b

- 物理层：
采用高速率直接序列扩频（HR-DSSS）技术
工作频段是2.4GHz
数据速率为1、2、5.5Mbps/11Mbps
- 产品：

已发展到第四或第五代
大部分缺陷已得到解决
1-6Mbps的吞吐量能满足多种需求

IEEE 802.11g

- 物理层
采用正交频分多路复用（OFDM）技术
工作频段是2.4GHz
最大数据速率为54Mbps
- 特点

兼顾802.11a和802.11b的特点
比802.11a的功耗小、穿透距离长、穿透力强

IEEE 802.11n进一步使用MIMO/OFDM等，速率提升至300M甚至600Mbps。

===）比较：信道数量：802.11a在美国可提供8个无重叠的信道，802.11b/802.11g共享3个

带宽：
（1）吞吐量会因距离、障碍和干扰产生较大变化

（2）802.11a和802.11b带宽的理论差值为43Mbps，实际上仅30Mbps

频带

（1）802.11b/g所用的2.4GHz频带正日益拥挤

（2）5.8GHz系统的相互干扰要比2.4GHz系统低

（考）

Wi-Fi 的全称是 Wireless Fidelity即无线相容性认证，又叫 IEEE 802.11b 标准，属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。Wi-Fi 技术突出的优势在于：无线电波的覆盖范围广，有效距离长，且Wi-Fi 技术传输速度非常快，可以达到 11Mbps，符合个人和社会信息化的需求，同时与已有的各种 802.11DSSS设备兼容。现在与 802.11b 兼容的 802.11g、802.11n 等更高速率的无线局域网也称为 WiFi。

IEEE 802.11媒体访问控制

分布接入协议：AD网络
集中接入协议：基础结构网络
分组无线MAC：分布协调功能（DCF）；点协调功能（PCF）

无线介质访问控制方式

分布式访问控制方式（DCF）：采用载波侦听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议。是物理层兼容的工作站和访问节点AP之间自动共享无线介质的主要访问方式

中心网络控制方式（PCF）：无竞争访问协议，适用于节点安装有中心控制器（使用轮询法避免冲突）的网络。PCF只有在接入点轮询到他时才会发送数据

分布协调功能（DCF）：基于CSMA/CA的基本方法

载波侦听（CSMA）：有载波时不发送，无载波时才发送（不适用于无线环境）
碰撞检测（CD）：无线环境下不能工作；采用碰撞避免（CA）
通过确认机制提高可靠性：RTS/CTS（无线下载波侦听的解决办法）
CSMA/CA优点：能降低冲突概率，有限的后退算法，优先级服务

====>CSMA/CA工作原理：

CSMA/CA 即载波侦听多路访问／冲突避免协议，是一个支持多个用户共享传输媒体资源的多路访问协议。该协议由发送者通过载波监听技术在发送数据前先进行传输媒体的可用性检测。并通过设置不同的帧间间隔时间、虚拟载波监听、二进制指数退避算法、信道预约等技术来避免碰撞的发生。CSMA/CA 算法如下：

1）若站点最初有数据发送，且检测到信道空闲，在等待 DIFS 时间后就发送整个数据帧。

2）否则，站点执行 CSMA/CA 的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器。只要

信道空闲，退避计时器就进行倒计时。

3）当退避计时器减少到零时，站点就发送整个帧并等待确认。

4）发送站收到确认，则完成一帧的发送。若还有数据要发送转（2）。若源站在规定时间内未收到确认，则转入（2）重传此帧。

解决“隐藏节点”问题？（考）

①用RTS/CTS：首先，A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，而其余欲向B发送数据的基站则暂停发送；双方在成功交换RTS/CTS信号（即完成握手）后才开始真正的数据传递，保证了多个互不可见的发送站点同时向同一接收站点发送信号时，实际只能是收到接收站点回应CTS的那个站点能够进行发送，避免了冲突发生。②用CSMA/CA：采用带有冲突避免的CSMA：媒体为空，节点传输帧；媒体为忙，等待直到当前传输完全结束。

IEEE 802.11安全问题：

①基于服务集标识（SSID）的网络访问控制

②MAC地址过滤

③WEP有线等效协议使用基于RC4的加密算法

提供：数据加密，共享密钥认证

第五讲无线自组织网络

移动ad hoc网络（MANET）、多跳无线网络（考）

定义：由若干个无线终端构成一个临时的、多跳的、无中心的自组织网络。

①由一组带无线通信收发装置的的移动终端节点组成

②网络中每个终端可以自由移动、地位相等 ③是一个多跳、临时、无中心网络

④不需要基础设施网络的支持 ⑤可在任何时候、任何地点快速构建起的移动通信网络

特点：

分布式结构
动态拓扑
多跳组网方式
无线传输带宽有限
自组织自管理
安全性差
网络可扩展性不强
存在单向的无线通信
生存时间短

与其他网络的比较：

与常规移动通信网络

不需要网络通信基础设施的支持
不依赖基站进行通信
数据通信业务为主
拓扑结构动态变化

与传统固定网络

固定网络中位置基本不变
固定网络结构一般比较复杂
Ad hoc网络规模相对较小
Ad hoc网络拓扑结构较为简单且快速变化

Ad hoc网络改变了传统计算机网络路由的方式，采用竞争的方式共享信道，每一个路由不单是一个路由设备还是一个终端，而传统的只承担一种工作

面临的问题：

特殊的信道共享方式：共享信道；“隐藏终端”/“暴露终端”
动态拓扑：常规路由协议以较高代价获得的路由信息可能已经陈旧
有限的无线传输带宽：减少节点间交换的信息量和控制信息带来的附加开销
节能问题：功率控制；电池供电
安全问题：无线信道更易受到攻击，缺乏物理保护使攻击可能来自内部

移动性使节点间的信任关系不断变化，安全策略应具有可扩展性

网络管理：拓扑管理；确定一种将一组节点组织成网络的机制
移动性管理：跟踪网络内移动节点的位置
服务质量保证
地址自动配置

影响因素：无线通信技术、节点密度、节点移动速度、通信负荷和通信模式

体系结构：

网络结构：平面结构（完全分布式）；所有节点的地位平等

优点：简单、健壮、相对安全、节点覆盖范围较小

缺点：路由开销大，可扩充性差

层次结构（分层分布式）：

网络被划分为簇（cluster）
每个簇由一个簇头和多个簇成员组成
簇头可形成更高一级的网路

优点：簇成员功能简单、路由信息局部化（减少路由协议开销）、节点定位简单、可扩展性好、抗毁性好

缺点：簇头需要选择、所有传输都通过头、簇头是瓶颈

异构ad hoc网络：移动节点的能量不同，计算能力不同

路由协议：

分类：平面路由，层次路由，地理信息辅助路由

DV的固有缺点：无法发现路由回路；“无穷计算”问题

DSDV协议：无全局拓扑结构，每个节点对所有的已知节点维持一个定期更新的路由信息表

优点：保持了DV算发的简单性，确保无路由回路，对于拓扑变化能快速反应

缺点：无节点睡眠，路由波动导致路由信息冗余

路由波动：某个结点更新路由，导致不必要的路由通告

DSDV解决路由波动：（考）

DSDV对转发表和广播表进行维护。广播表以目标节点地址为关键字，表项中设置“平均通告时间间隔字段”，是该表项过去通告时间间隔的加权平均，最近通告的时间加权大。

当收到新的网络变化通告时，查询广播表对应表项的“平均通告时间间隔”字段决定是否进行通告广播。收到度量为的通告时，不延迟，立即广播

动态源路由协议（DSR）：由两个相互协同的机制组成

Route discovery：（考）

由需要发送数据给节点D的节点S使用
该过程只在S需要发送数据且不知道D的路由时才启动

Route maintenance

节点S给D发送数据时要能检测出网络拓扑动态变化导致路由中断的情况
当前的源路由不能用时切换到另一条已知路由或重新发起route discovery寻找新路由

DSR的多路径思想：

获得途径：

作为route discovery的响应
其他路由控制包和数据包中的路由信息
为任何目的地缓存多条路由

多路径的作用：

若正使用的一条路径中断，节点可立即切换到另一条缓存的路由
多条路由的缓存可避免每次路由中断后执行route discovery

DSR的单向链路支持能力：

DSR支持单向链路和非对称路由：天线不同、传播模式不同、干扰源不同
支持不同类型网络的互联：

（1）有的节点使用短程无线电，有的节点使用长途无线电

（2）DSR将所有节点看成一个Ad hoc网络中的节点

路由应答风暴：（考）

节点广播一个针对某目标端的路由请求，当其邻居的cache中都有该目标端的路由时，每个邻居都试图以自己的缓存路由响应，由此造成应答风暴；

风暴会导致浪费网络带宽，加剧局部网络冲突

预防网络风暴：节点将网络接口置于promiscuous接收方式，延迟发送route reply，同时侦听路由请求端是否在用更短的路径发送

DSR优点：

节点不需要周期性地发送路由广播分组
无须维持到全网所有节点的路由信息
仅需要维护路径上节点之间的路由
能完全地消除路由环路
能同时提供多条路由
可用于单向信道
中间节点的应答使源节点快速获得路由

DSR缺点：

会引起过时路由问题
每个分组都需要携带完整的路由信息

造成开销增大
降低了网络带宽的利用率
不适合网络直径大的自组网
网络可扩展性不强

分区路由协议ZRP（zone routing protocol）

Zone的划分：

整个网络被分成以若干个节点为中心，一定跳数为半径的zone
Zone内节点数与设定区半径有关

路由策略：

混合使用了主动和按需源路由策略
域内的节点通信使用域内路由协议
跨域节点通信使用域间路由协议

域半径：制定每个节点维护的域

路由域：所有包含在域半径内的节点

边界节点：最小距离正好等于域半径的节点

总结：

混合的独立域路由框架支持节点非统一的独立配置
每个节点可自动配置自己的优化域半径
能适应网络的时空特性，改进效率
自适应的架构重构能力使得在网络特性的变化方面更加鲁棒
自适应、有效以及鲁棒性使得协议具有很好的扩展性

移动Ad Hoc网络的MAC层协议

竞争协议：
1. ALOHA协议
2. 载波侦听多址访问协议（CSMA）
3. 基于控制分组握手的访问控制协议
4. 忙音类多址访问协议
分配协议：静态（集中式、预先分配）；动态（分布式、按需计算）

时分多址访问协议
五步预留协议
跳频预留多址访问协议

混合协议（竞争和分配的组合协议）

第六讲：无线传感器网络

无线传感器网络（WSN）：即无线传感器网络，是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，目的是协作地识别、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。

构成要素：传感器、感知对象、观察者

无线传感器系统的组成：传感器节点、汇聚节点、管理节点

特性：

结点数量规模大，密度高，是大规模网络
自组织网络
动态性强，是动态性网络
很好的鲁棒性和容错性，是可靠性网络
针对具体应用开展设计工作，是应用相关的网络
以数据为中心的网络，结点具有数据融合能力
节点能力受限，计算和存储能力较低

体系结构：

- 层次体系结构：
由一个强大的基站（BS）和围绕他的一系列分层传感节点组成
与BS跳计数相同的节点位于同一层次
- Clustered体系结构

将传感节点组成一个cluster
每个cluster有一个head控制
Head与BS交换信息
BS与有线网络连接

传感器网络协议栈

- 应用层：使底层硬件和软件对传感应用是透明的
- 传输层：当传感系统需要被Internet或其他外部网络访问时起重要作用
- 网络层
节能是主要考虑因素
传感网络多数以数据为中心
数据聚合不能影响传感节点的协同
理想的传感器网络基于属性寻址并能感知位置
路由
- 数据链路层

负责介质访问接入和差错控制
确保网络中点--点和点—多点连接
- 介质访问控制

创建网络架构
在传感节点之间有效共享通信资源
- 差错控制：前向纠错；自动重发检错
- 物理层：负责频率选择和产生、信号检测、调制解调和数据加密

无线传感网络的MAC协议

考虑因素：节省能量、可扩展性、网络效率

浪费网络能量的原因：

节点间数据碰撞导致的重传
节点接收并处理不必要数据
节点无数据发送时侦听信道
控制消息过多

MAC协议分类:

S-MAC

假设：单信道、平均数据率很低、网络能容忍一定程度的通信延迟

设计目标：节能、扩展性：Idle时间最长；冲突、串音；控制消息交换

主要思想：

1. 采用周期性的休眠/侦听方法减少空闲侦听带来的能量损耗
2. 当有节点收发数据时，与此无关的邻居节点进入休眠减少冲突与串音带来的能量损耗
3. 采用消息传递机制，减少控制消息带来的能量损耗
4. 采用自适应的侦听机制，减少消息传输延迟
T-MAC

活跃时间的长度是固定的
按照能够处理最高负载来设计
若网络中消息传递速率很低的话，仍有大量能量浪费在空闲侦听

想法：

动态调整调度周期中的活跃时间长度
在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠

Sift协议（基于事件驱动）

设计目标：当共享信道的N个节点同时检测到同一个事件时，希望R个节点（R<N) 能够在最小时间内无冲突地成功地发送事件检测消息，抑制剩余N-R个节点的消息发送。

优点：有效利用了WSN流量具有突发性和局部相关性，通过不同时隙采用不同的发送概率，使得在短时间内部分节点能够无冲突的广播事件，从而在节省能量的同时节省传播延时

无线传感网络的路由协议

特点：能量优先；给予局部拓扑信息；以数据为中心；应用相关

与传统网络的区别：能量消耗影响网络生存期，节点只有局部信息，以数据为中心，应用相关性

信息传输模式：事件触发；周期上报；基于查询；混合模式（前三种的综合）

设计要求：能量高效；可扩展性；鲁棒性(高强容错性)；快速收敛

基于应用的分类：（考填空）

能量感知路由协议：从数据传输的能量消耗出发，讨论最优的能量消耗路径，最长的网络生存周期等问题
基于查询的路由协议：环境检测应用，xink节点发出查询命令，传感器节点不断报告采集的数据
地理位置路由协议：跟踪应用，已知节点位置并作为路由选择的依据
可靠的路由协议：对通信服务质量要求较高的应用

洪泛路由：最可靠，最简单、最基本、最健壮

基本思想：当网络中的节点在任何时刻收到其他节点传输的数据时，向所有邻居节点进行转发

特点：无需知道局部拓扑、地理信息等；无需维护路由

不足：信息爆炸；重叠现象；资源的盲目使用导致效率大幅度降低

适用范围：①小规模、共享信道、健壮性②军事应用

应用状况：资源浪费严重，很少直接使用；作为衡量标准评价其他算法

能量感知路由：最早的路由机制之一

主要思想：

根据节点的可用能量（PA）或者传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径

查询时选择PA值最大的，但需考虑结点处的能量剩余问题

事件洪泛：

当一个节点发现网络中某种事件的发生的时候，它把事件洪泛发送到整个网络，其他的节点就可以形成一个指向事件源节点的梯度表

假设网络中的节点数量是N

事件的数量是E

通过事件洪泛，需要消耗的网络的能量为E * N

该能量消耗与关心该事件的节点的数量无关

如果事件报告的数量相对于查询的数量而言很少，则该策略有效。

兴趣洪泛：当Sink节点对网络中某事件的发生感兴趣时，将兴趣消息洪泛的发送到整个网络，其他节点以此形成一个指向sink节点的梯度表

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（来不及。直接看这个）

码分多址CDMA）

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。特点：每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。在实用的系统中是使用伪随机码序列。

CSMA/CA工作原理：

1）若站点最初有数据发送，且检测到信道空闲，在等待 DIFS 时间后就发送整个数据帧。

2）否则，站点执行 CSMA/CA 的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器。只要

信道空闲，退避计时器就进行倒计时。

3）当退避计时器减少到零时，站点就发送整个帧并等待确认。

4）发送站收到确认，则完成一帧的发送。若还有数据要发送转（2）。若源站在规定时间内未收到确认，则转入（2）重传此帧。

扩频传输技术有哪些①直接序列扩频（DSSS），原始信号中的每一个位在传输信号中以多个位表示，此技术使用了扩展编码，这种扩展编码将信号扩展到更宽的频带范围上，而这个频带范围与使用的位数成正比②跳频扩频（FHSS）信号用看似随机的无线电频率序列进行广播，并在固定间隔里充一个频率跳到另一个频率（无线扩频技术：

含义：扩频通信技术是一种信息传输方式，在互不干扰的条件下增加无线带宽，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所必需的最小带宽；扩频通过独立的码序列完成，用编码及调制的方法实现，与所传信息数据无关。接收端使用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传数据扩频传输的优点：

①从各种类型的噪声和多径失真中可以获得免疫性；

②可用在隐藏和加密信号上；

③几个用户可以独立地使用同样的较高的带宽，且几乎没有干扰。

）

WSN基于应用的分类：能量感知路由协议（从数据传输的能量消耗出发，讨论最优的能量消耗路径、最长的网络生存期等问题）基于查询的路由协议（环境检测应用，sink节点发出查询命令，传感器节点不断报告采集的数据）地理位置路由协议(跟踪应用，已知节点的位置，并作为路由选择的依据)可靠的路由协议(对通信的服务质量要求较高的应用)

能量感知路由:最早的路由机制之一;主要思想：根据节点的可用能量或者传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。

能量多径路由：基本原理：在源节点和目的节点之间建立多条路径；根据路径上节点的通信能耗及剩余能量，依概率选路。主要过程：路径建立阶段(建立从源节点到目的节点的多条路径，并确定能量代价)数据传播阶段(根据上一阶段建立的路由信息，实现数据分组从源节点到目的节点的传送，中间节点按照与能量代价相关的转发概率进行转发)路由维护阶段

(目的节点发起源-目的洪泛查询，以维持路径畅通)

ROUTE REPLY风暴：节点广播一个针对某目标端的路由请求，当其邻居的cache中都有该目标端的路由时，每个邻居都试图以自己的缓存路由响应，由此造成应答风暴；风暴将浪费网络带宽；风暴将加剧局部网络冲突。预防ROUTE REPLY风暴：节点将网络接口置于promiscuous接收方式；延迟发送ROUTE REPLY；同时侦听路由请求端是否在用更短的路径发送

Ad-hoc(无线自组织)无线网络:对等模式;设备间可直接通信;无需接入点支持;每个节点都有从一个节点转发到另一个节点的能力;独立的基本服务集。Ad-hoc网络最好应用于无接入点建立全无线网络;可桥接如有线网络，作为基础机构方案备份。

IEEE 802.11体系结构：①IEEE802.11a：物理层：用OFDM（正交频分多路复用）技术；工作频段是5GHz；数据速率为54Mbps；用了54个频率。MAC层与其他802.11标准相同。②IEEE802.11b：物理层：采用HR-DSSS(高速率直接序列扩频)技术；工作频段是2.4GHz；数据速率为1、2、5.5Mbps/11Mbps；覆盖范围是11a的7倍③IEEE802.11g：物理层：采用OFDM（正交频分多路复用）技术；工作频段是2.4GHz；数据速率最大为54Mbps。兼备802.11a和802.11b的特点。比802.11a的功耗小、传输距离长、穿透力强

如何解决“隐藏节点”问题：①用RTS/CTS：首先，A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，而其余欲向B发送数据的基站则暂停发送；双方在成功交换RTS/CTS信号（即完成握手）后才开始真正的数据传递，保证了多个互不可见的发送站点同时向同一接收站点发送信号时，实际只能是收到接收站点回应CTS的那个站点能够进行发送，避免了冲突发生。②用CSMA/CA：采用带有冲突避免的CSMA：如果媒体为空，则节点传输帧；如果媒体为忙，则等待直到当前传输完全结束。能降低冲突概率；有效的后退算法（高负载时）优先级服务

简述 IEEE802.11 标准中 CSMA/CA 的工作原理？ 答：CSMA/CA 即载波侦听多路访问／冲突避免协议，是在一个支持多个用户共享共享传输媒体资源的多路访问协议。该协议由发送者通过载波监听技术在发送数据前先进行传输媒体的可用性检测。并通过设置不同的帧间间隔时间、虚拟载波监听、二进制指数退避算法、信道预约等技术来避免碰撞的发生。CSMA/CA 算法如下：（1）若站点最初有数据发送，且检测到信道空闲，在等待 DIFS 时间后就发送整个数据帧。（2）否则，站点执行 CSMA/CA 的退避算法。一旦检测到信道忙，就冻结退避计时器。只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时。（3）当退避计时器减少到零时，站点就发送整个帧并等待确认。（4）发送站收到确认，则完成一帧的发送。若还有数据要发送转（2）。若源站在规定时间内未收到确认，则转入（2）重传此帧。

无线 mesh 网络与无线局域网的主要区别？ 答：无线 Mesh 网络（WMN）也称为“多跳（Multi-Hop）”网络，具有自组网，自修复，自

平衡，自动扩展等特点，与有基础设施的无线局域网完全不同。在无线局域网（WLAN）中，

每个客户端均通过一条与 AP 相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，

必须首先访问一个和有线网络相联的接入点，是一种单跳网络。在无线 Mesh 网络中，任何

无线设备节点都可以同时作为 AP，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都

可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

简述 AdHoc 网络的特点。答：移动 AdHoc 网络是一种移动、多跳、自律式系统，因此它具有以下一些主要特征：（1）自组织和自管理（2）分布式结构（3）动态拓扑（4）链路带宽受限、容量时变（5）多跳共享信道（6）生存时间短（7）能量受限（8）安全问题突出

简要描述 WiFi 技术。 答：Wi-Fi 的全称是 WirelessFidelity(无线保真技术)，又叫 802.11b 标准。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到 11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时与已有的各种 802.11DSSS 设备兼容。Wi-Fi 技术突出的优势在于：其一，无线电波的覆盖范围广，其二，Wi-Fi 技术传输速度非常快，可以达到 11mbps，符合个人和社会信息化的需求。目前，与 802.11b 兼容的 802.11g、802.11n 等更高速率的无线局域网也称为 WiFi

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