無線網絡技術導論知識點

無線網絡技術導論

主講教師：張亮老師

第一講無線網絡概述

1、計算機網絡的協議體系

網絡技術中爲數據交換而設置的標準、規則和約定的集合稱協議。

具體某個協議往往關注具體某一層，用於同層實體間通信的相關規則約定的集合。

協議三要素：語義、語法和定時。

語義——協議控制信息的具體含義；

語法——數據和控制信息的格式、編碼規則；

時序——數據和控制信息的收發同步和排序。

2、TCP/IP模型

3、無線網絡：從覆蓋範圍分類

（1）無線個域網(WPAN) 通過短距離無線電，連接PC各部件如顯示器、鍵盤和鼠標等。典型藍牙技術，可將這些部件，或手機、相機、耳機、音箱、掃描儀、打印機等其它外設連接到PC。

（2）無線局域網(WLAN) 分兩大類：固定基礎設施，預先建立且能覆蓋一定範圍的固定基站；無固定基礎設施，自組織網絡(Ad hoc Network)，移動自組織網絡簡稱MANET。

（3）無線城域網，IEEE 802.16爲代表。單個基站覆蓋範圍可達幾十公里，傳輸速率接近無線局域網，移動性、高效切換等功能特點。

（4）無線廣域網，蜂窩移動通信網絡是地面上最大的無線廣域網，而衛星通信網絡也開始大量用於傳輸數字信息，衛星網絡堪稱覆蓋範圍最大的無線廣域網。

4、重要的無線網絡組織

（1）電信領域的標準化組織

A、國際電信聯盟(ITU) 總部在日內瓦。下設三部門：電信標準化部(ITU-T)、無線通信部(ITU-R)、開發部(ITU-D)。ITU-T最具影響，下設14個研究組：網絡運營、電信管理、外設、電視、終端傳輸、多媒體等方面。ITU成員主要是各國電信主管部門，私營電信機構、工業和科學組織、金融機構、開發機構和電信實體等也可參與活動。每4年召開代表大會、世界電信標準大會和世界電信發展大會，每2年召開世界無線電通信大會。

B、ISO是自願、非條約性組織，包括160多個成員國。已發佈17000多個標準，包括ISO/OSI模型。近千個涉及各個專門領域的技術委員會。電信領域，ISO和ITU協調。

C、電工電子領域，國際電工委員會(IEC)頒佈國際標準。

（2）網絡和通信領域的權威組織

A、IEEE：電氣和電子工程師學會，電子電氣、計算機、通信、自動化等領域，世界上最大的專業技術學會，電子數據庫Xplore 。

B、IEEE 802委員會：成立於1980年2月，最初工作圍繞LAN數據鏈路層和物理層，現在承擔許多無線網絡技術的標準制定工作。

（3）ISOC/IAB/IETF

A、因特網協會(Internet Society，ISOC)主管因特網的非政府、非盈利的國際組織，促進因特網開放發展，負責網絡架構標準。ISOC下屬因特網架構委員會(IAB)和因特網工程任務組(IETF)。

B、IAB從宏觀角度探討和確認因特網結構有關問題，包括架構、技術標準、地址分配等。

C、具體標準制定由IETF負責，地址、編號等由IANA負責。IETF下設多個工作組，涉及因特網相關標準制定和更新、技術成果推廣、信息交流等。

（4）ACM

美國計算機協會(ACM)創立於1947年，世界上最大的科學及教育型計算機學會。專注計算機科學與技術創新發展。每年的ACM圖靈獎影響力堪比諾貝爾獎，2000年度圖靈獎被授予理論計算機科學家姚期智(美籍華人)。ACM分設35個特殊興趣組，關注不同領域技術發展。ACM數字圖書館提供了學術會議和期刊的學術論文。ACM國際學術會議影響力很大，如SIGCOMM、MOBICOM體現了網絡和無線網絡領域全球最高水平。

（5）中國計算機學會(CCF)

我國計算機專業領域的學術團體，開展學術會議、論壇、評獎、學術出版、競賽、培訓、科普、工程教育認證等工作，在計算機專業人士中擁有很大的影響力。下屬30多個不同專業委員會，發行《中國計算機學會通訊》等學術刊物10餘種。

（6）3GPP和ETSI

3GPP：權威的第3代移動通信(3G)技術規範機構，成立於1998年，也主導了4G、5G以及物聯網等相關網絡通信技術的技術標準制定。

ETSI：歐洲電信標準化協會，是歐盟主導的電信標準化組織，主要負責電信業、信息及廣播技術領域的歐洲標準化活動。

第二講無線傳輸技術基礎

1、傳輸媒體分類

A、引導性媒體(線纜媒體)

電磁波沿着一個固態媒體傳播。

例如：金屬導體、玻璃或plastic 。

B、非引導性媒體(無線媒體)

提供了傳輸電磁信號的手段，但不加以引導。

例如：大氣層、外層空間。

2、波長和頻率

波長(λ)：兩個相鄰的波峯之間的距離

波長和頻率的關係

光速(c)：電磁波在真空中的傳播速度(3*10⒏m/s)

頻率(f)：電磁波每秒震動的次數

3、電磁波分類

（1）無線電

頻率範圍在10kHz~1GHz之間,波長在幾百米至一釐米之間，射頻信號的能量可由天線和收發器決定。能穿透牆壁，也可到達普遍網絡線無法到達的地方。不受雪、雨天氣的干擾。可全方向廣播，也可定向廣播。

VLF、LF、MF波段的無線電波沿着地面傳播：低頻可傳1000公里高頻範圍小些。

HF、VHF波段無線電波被電離層折射回來（地面波會被地球吸收）。電視、移動電話、無線網絡和業餘無線電，都使用無線電波來傳遞信息。爲了便利大衆能夠和諧地共同使用無線電波爲傳遞信息的媒介，政府會採取頻率分配(frequency allocation)制度來規劃管理無線電波頻域。

（2）微波

頻率較高的無線電波(電磁頻譜較低GHz級頻率)不能很好地穿透建築物，微波按照直線傳播，發射端和接收端的天線必須精確對準。微波頻率：2GHz ~40GHz。定向傳播（directional）天線把所有的能量集中於一小束電磁波

（3）紅外線

利用紅外光波傳送信號。採用電磁頻譜的THz範圍。發光二極管或激光二極管用於發射信號；光電管則能接收信號。信號不能穿透牆壁等固體物體，易受強烈光源的影響。

應用與優點：短距離通信（TV、錄像機、DVD、音響等），不同房間內的紅外系統互不干擾，防竊聽安全性比無線電系統好

4、傳播方式

信號從天線出發通過三種路由發射

地面波（ground wave）

沿着地球輪廓線，可以傳播很遠，頻率高達2MHz。例如：AM radio調幅無線電

（2）天空波（sky wave）

信號從大氣電離層反射回地球，信號能傳播上幾個來回，在電離層和地球表面之間上下，比地面波範圍還要遠，反射效果由折射引發。例如：業餘無線電，民用波段無線電

（3）直線傳播（line of sight）

又叫視距傳播，傳輸和接收天線必須在視線內。視距傳播的距離一般爲20～50Km

5、無線傳輸損傷方式

衰退、反射、衍射、散射

6、信號編碼技術——基本概念

數據（Data）：傳遞（攜帶）信息的實體。

信息（Information）：數據的內容或解釋。

信號（Signal）：數據的物理量編碼（通常爲電編碼），數據以信號的形式在介質中傳播

模擬信號：時間上連續，包含無窮多個信號值

數字信號：時間上離散，僅包含有限數目的信號值。最常見的是二值信號

週期信號：信號由不斷重複的固定模式組成（如正弦波）

非週期信號：信號沒有固定的模式和波形循環（如語音的音波信號）。

信息編碼：將信息用二進制數表示的方法。例如：ASCII編碼、BCD編碼等

數據編碼：將數據用物理量表示的方法。例如：字符“A”的ASCII編碼爲01000001，其數據編碼可能爲

7、信息通過數據通信系統進行傳輸的過程

把攜帶信息的數據用物理信號形式通過信道傳送到目的地。信息和數據（二進制位）不能直接在信道上傳輸。

編碼：數據→適合傳輸的數字信號——便於同步、識別、糾錯

調製：數字信號→適合傳輸的形式——按頻率、幅度、相位

解調：接收波形→數字信號

解碼：數字信號→原始數據

8、編碼調製的區別

編碼：用數字信號承載數字或模擬數據

調製：用模擬信號承載數字或模擬數據

9、信道複用技術

頻分複用、時分複用和統計時分複用

頻分複用：所有用戶在同樣的時間佔用不同的帶寬資源。

時分複用：所有用戶在不同的時間佔用同樣的頻帶寬度。

波分複用 WDM ：波分複用就是光的頻分複用。

碼分複用 CDM

10、碼分複用CDM

常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似於白噪聲，不易被敵人發現。

每一個比特時間劃分爲 m 個短的間隔，稱爲碼片(chip)。

（1）碼片序列

每個站被指派一個惟一的 m bit 碼片序列。

如發送比特 1，則發送自己的 m bit 碼片序列。

如發送比特 0，則發送該碼片序列的二進制反碼。

例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。

發送比特 1 時，就發送序列 00011011，

發送比特 0 時，就發送序列 11100100。

S 站的碼片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

（2）CDMA 的重要特點

每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，並且還必須互相正交(orthogonal)。在實用的系統中是使用僞隨機碼序列。

（3）碼片序列的正交關係

令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規格化內積(inner product)都是 0：

（4）碼片序列的正交關係舉例

令向量 S 爲(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)，向量 T 爲(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)。

把向量 S 和 T 的各分量值代入上式就可看出這兩個碼片序列是正交的。

（5）正交關係的另一個重要特性

任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是1 。

一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內積值是 –1。

（5）CDMA 的工作原理

11、什麼是擴頻

擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所佔有的頻帶寬度遠大於所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調製的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據。

12、擴頻使用的兩種信號構建技術

直接序列擴頻（DSSS）：使用調幅技術合併數據信號和載波信號的波形

跳頻擴頻（FHSS）：不斷的在頻道之間切換載波信號來發射信號

第三講無線個域網

1、無線個域網分類

按傳輸速率分爲低速、高速和超高速三類

2、無線個域網種類

藍牙、IrDA、HomeRF、UWB、Zigbee

3、藍牙

（1）技術的誕生與發展

Bluetooth

1994，Ericsson發起該技術的研究；

1998，Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba組成SIG，目標是將計算、通信設備以及附加設備通過短程、低耗、低成本的無線電波連接起來；後Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；現SIG成員超過2500個；

1999， Blutooth 1.0發佈；

2002，IEEE採納了藍牙的物理層和數據鏈路層，發佈了IEEE802.15.1；

（2）藍牙傳輸特性

2.4GHz頻帶，傳輸距離爲10米，連接便攜式和固定設備，點— 點和點— 多點模式

數據速率：

同步（電路交換技術），64kbps

異步（分組交換技術），433.9kbps(對稱)，723.2kbps(非對稱)

（3）藍牙的聯網模式

點-點模式：兩個藍牙設備直接通信

Piconet（微微網）：共享相同信道，8個藍牙設備可在小型網絡內通信

Scatternet（散網）：多達256個piconet可連接成更大的網絡

（4）藍牙系統

藍牙技術規範(核心)：藍牙技術操作和協議體系結構

藍牙應用規範(概要)：藍牙的應用範圍

4、IEEE 802.15

1998年，IEEE 802.15 工作組成立, 專門從事WPAN標準化工作。它的任務是開發一套適用於短程無線通信的標準，通常我們稱之爲無線個人局域網(WPANs)。1999，正式成爲802.15工作組

5、UWB

UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈衝傳輸數據。有人稱它爲無線電領域的一次革命性進展，認爲它將成爲未來短距離無線通信的主流技術。工作在3.1～10.6GHz，傳輸距離10m，數率100Mbps，TDM複用方式，低功耗，寬頻譜，不會干擾其他系統相對於藍牙系統來講，無線UWB技術要簡單的多，而且在傳輸速率、成本上有巨大優勢。

6、Zigbee

Zigbee是IEEE 802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。 IEEE802.15.4規範是一種經濟、高效、低數據速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術，用於個人區域網和對等網絡。工作在2.4GHz，速率20Kbps，40Kbps，250Kbps，傳輸距離30m，擴展模式134m。由飛利浦公司創建，節能特性

7、HomeRF

都有家庭射頻工作組發佈，HomeRF是專門針對家庭住宅環境而開發出來的無線網絡技術，借用了802.11規範中支持TCP/IP傳輸的協議；而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話)標準。無線以太網傳輸規範子集，傳輸距離40m，帶寬1.2Mbps，物理層和MAC區別

8、各無線個域網的優勢

藍牙與紅外的區別

（1）距離

紅外：對準、直接、1—2米，單對單
藍牙：10米左右，可加強信號，可以繞彎，可以不對準，可以不在同一間房間，鏈接最大數目可達7個，同時區分硬件。

（2）產業
紅外：很普及。藍牙：普及

（3）速度
紅外：慢。藍牙：快

（4）安全
紅外：無區別。藍牙：加密

（5）成本
紅外：幾元---幾十元。藍牙：400—800元

UWB：

抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、保密性好、發送功率非常小

ZigBee：

HomeRF：

第四講無線局域網

1、無線局域網的組成

（1）站（主機或者終端）：無線局域網的最基本組成單元，包括（元素）：終端用戶設備，無線網絡接口，網絡軟件。

（2）無線介質

（3）無線接入點（AP）：無線網絡核心，無線AP是移動計算機用戶進入有線網絡的接入點，主要用於寬帶家庭、大樓內部以及園區內部，典型距離覆蓋幾十米至上百米

（4）分佈式系統：擴展業務區

2、無線局域網技術模式

（1）Ad-hoc(無線自組織)無線網絡

對等模式，設備間可直接通信，無需接入點支持，每個節點都有從一個節點轉發到另一個節點的能力，獨立的基本服務集。

（2）基礎結構無線網絡

無線站點處於相對固定的位置，指定接入點，有接入點橋接如有線以太網，BSS包含至少一個AP和兩臺移動設備

（3）基礎結構網絡

集中的安全性，可擴展性，較好的運作範圍，路由簡單，抗毀性差

（4）基礎結構網絡拓展

ESS：多個BSS組成的多區網，有分佈式系統鏈接組成

3、IEEE802.11三大標準

（1）IEEE802.11a

物理層：用OFDM（正交頻分多路複用）技術，工作頻段是5GHz，數據速率爲54Mbps，用了54個頻率（48個用於數據，4個用於同步控制）

MAC層與其他802.11標準相同

（2）IEEE802.11b

物理層：採用HR-DSSS(高速率直接序列擴頻)技術，工作頻段是2.4GHz，數據速率爲1、2、5.5Mbps/11Mbps，覆蓋範圍是11a的7倍

產品：已經發展到第四或第五代，大部分缺陷已經得到解決，1~6Mbps的吞吐量能滿足多種應用的需求

（3）IEEE802.11g

物理層：採用OFDM（正交頻分多路複用）技術，工作頻段是2.4GHz，數據速率最大爲54Mbps

兼備802.11a和802.11b的特點，比802.11a的功耗小、傳輸距離長、穿透力強

4、IEEE802.11三大標準比較

信道數量

802.11a在美國可提供8個無重疊的信道

802.11b/802.11g則共享3個

帶寬

吞吐量會因距離、障礙和干擾而產生很大的變化

802.11a和802.11b帶寬之間的差距理論上是43Mbps，而實際上只有30Mbps

頻帶

802.11b/g所用的2.4GHz頻帶正日益擁擠

5.8GHz系統的相互干擾要比2.4GHz系統低

5、什麼是Wi-Fi

“Wireless Fidelity”(無線相容性認證)

Wi-Fi聯盟是一個非盈利組織，致力於802.11 WLAN發展和實現

通過促進使用標準化IEEE802.11技術來鼓勵全球Wi-Fi，促進和推廣家庭，小型辦公和企業使用Wi-Fi產品，測試和保證Wi-Fi產品質量

6、IEEE802.11媒體訪問控制

分佈接入協議：AD網絡

集中接入協議：基礎結構網絡

分組無線MAC：分佈協調功能（DCF）、點協調功能（PCF）

協調功能是決定在BSS內工作的一個站，通過無線介質何時允許發送和可能接收協議單元的邏輯功能

7、無線介質訪問控制方式

分佈式訪問方式（DCF）

它採用具有衝突避免的載波偵聽多路訪問CSMA/CA協議進行無線介質的共享訪問（RTS/CTS爲輔）。是物理層兼容的工作站和訪問節點（AP）之間自動共享無線介質的主要的訪問協議。

中心網絡控制方式（PCF）/ 點協調功能

中心網絡控制方式是一個無競爭訪問協議，適用於節點安裝有點控制器(中心控制器)的網絡。所有的工作站均服從中心控制器的控制，中心控制器用輪詢法（polling）詢問每個站有沒有數據要發送，由於完全控制了各個站的發送順序，因此不會有衝突產生。

8、分佈協調功能（DCF）

（1）基於CSMA/CA的基本方法

載波偵聽（CSMA）

規則：有載波，不發送；無載波，發送

上述規則不適用於無線環境，解決方法： RTS/CTS

碰撞檢測（CD）

無線環境下不能工作，採用碰撞避免（CA）：Random後退

（2）通過確認機制來提高可靠性

RTS（Request to sent）、CTS(Clear to sent)

RTS/CTS保證一個數據報的完整傳輸過程

（3）“隱藏”節點問題

（4）“暴露”終端問題

（5）如何解決“隱藏節點”問題？

隱藏終端：A和C互不知道

障礙物導致信號衰減，如果多於兩個節點同時發送將在B處衝突

用RTS-CTS解決隱藏節點問題

RTS/CTS：首先，A向B發送RTS信號，表明A要向B發送若干數據，B收到RTS後，向所有基站發出CTS信號，表明已準備就緒，A可以發送，而其餘欲向B發送數據的基站則暫停發送；雙方在成功交換RTS/CTS信號（即完成握手）後纔開始真正的數據傳遞，保證了多個互不可見的發送站點同時向同一接收站點發送信號時，實際只能是收到接收站點回應CTS的那個站點能夠進行發送，避免了衝突發生。

（6）CSMA/CA

採用帶有衝突避免的CSMA：如果媒體爲空，則節點傳輸幀；如果媒體爲忙，則等待直到當前傳輸完全結束。

能降低衝突概率，有效的後退算法（高負載時），優先級服務

後退過程

當空閒時間>= IFS立即傳輸

當介質忙，延遲直到當前傳輸結束+ IFS時間

開始後退過程：選擇一個隨機數( 0, Cwindow)，衝突則重複嘗試，隨機時間的平均值加倍，避免空閒時間同時傳輸

（7）控制等待時間的參數（優先級）

SIFS (Short IFS)

PIFS (PCF IFS)

DIFS (DCF IFS

（8）使用CSMA/CA的基本DCF

如果媒體持續爲空的時間大於DIFS，則節點可以立即訪問媒體。網絡負載較輕時可縮短訪問延遲，網絡規模增大時需要其他機制的協助

如果媒體爲忙，則等待一段隨機時間。

9、點協調功能（PCF）

需要一個集中的輪詢站點：以循環的方式輪詢所有配置成polling的站點，被詢問的站點利用SIFS返回響應，如果收到響應則用另一個PIFS發出另一個polling，如果沒有收到響應，則polling其他站

10、802.11安全機制

基於服務集標識（SSID）的網絡訪問控制

MAC地址過濾

有線等效協議（WEP）：數據加密、共享密鑰認證

第五講無線自組織網絡

1、移動Ad Hoc網絡特點

移動Ad hoc網絡/多跳無線網絡：由一組帶有無線通信收發裝置的移動終端節點組成，網絡中每個終端可以自由移動、地位相等，是一個多跳、臨時、無中心網絡，不需要現有信息基礎網絡設施的支持，可以在任何時候、任何地點快速構建起來的移動通信網絡

（1）具備移動通信網絡和計算機網絡的特點：移動通信和計算機網絡相結合，報文交換採用分組交換機制，用戶終端是配有無線收發設備的移動便攜式終端，作爲主機要運行面向用戶的應用程序，作爲路由器要運行相應的路由協議，終端之間的路由通常通過多箇中間節點的轉發來完成。

（2）網絡拓撲動態變化：用戶終端隨意移動，節點的開機/關機，無線電發送功率變化，無線信道間互相干擾，地形等綜合因素影響

（3）多跳組網方式：接收端和發送端可使用比兩者直接通信小得多的功率進行通信，因此大大節約電池能量的消耗。中間節點參與分組轉發，能有效降低對無線傳輸設備的設計難度和成本，同時擴大了自組網絡的覆蓋範圍。

（4）有限的無線傳輸帶寬：無線信道能提供的網絡帶寬比有線信道要低很多，競爭共享無線信道產生的碰撞，信號衰落、噪聲干擾以及信道之間干擾等

（5）移動終端的自主性：自組網絡的移動終端之間存在某種協同工作關係，每個終端都將承擔爲其它終端進行分組轉發的義務

（6）安全性差：無線鏈路使ad hoc網絡容易受到鏈路層的攻擊，節點漫遊時缺乏物理保護，移動性使得節點之間的信任關係經常變化

（7）網絡的可擴展性不強：節點之間的相互干擾造成網絡容量下降，各節點吞吐量隨網絡節點總數的增加而下降

（8）存在單向的無線信道：無線終端發射功率的不同以及地形環境的影響

（9）生存時間短

2、ad hoc網絡面臨的問題

（1）特殊的信道共享方式：共享信道，“隱藏終端”/“暴露終端”

（2）動態變化網絡拓撲：常規路由協議花較高代價（帶寬、能源、CPU等）獲得的路由信息可能已經陳舊

（3）有限的無線傳輸帶寬：減少節點之間交換的信息量，減少控制信息帶來的附加開銷

（4）節能問題：功率控制，電池供電

（5）安全問題：無線信道更容易受到各種攻擊，缺乏物理保護使得攻擊可能來自內部，移動性使得節點之間的信任關係不斷變化，安全策略應具有可擴展性

（6）網絡管理：拓撲管理，確定一種將一組節點組織成網絡的機制

（7）移動性管理：跟蹤網絡內移動節點的位置

（8）服務質量保證：多跳拓撲動態變化的移動ad hoc網絡中服務質量保證仍然是個問題

（9）地址自動配置

3、Ad hoc網絡體系結構

網絡結構：平面結構（完全分佈式），所有節點的地位平等

層次結構（分層分佈式）：網絡被劃分爲簇（cluster），每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成，簇頭可形成更高一級的網絡

4、平面結構的優缺點

優點

簡單:所有節點能力相同,網絡控制、路由選擇、流量管理

健壯:只要存在多條路徑就能通信

相對安全

節點覆蓋範圍較小

缺點

路由開銷大:節點數目多移動性強的環境下，維持網絡最新拓撲的控制開銷大。

可擴充性差

5、層次結構的優缺點

優點

Cluster成員功能簡單

路由信息局部化：減少路由協議開銷

節點定位簡單

可擴展性好

抗毀性好

缺點

Cluster頭需要選擇

所有傳輸都通過頭：路由不一定最短

Closter頭是瓶頸

6、距離矢量（Distance-Vector）

基於分佈式的Bellman-Ford算法

每個節點維持一張路由表：所有可達目的地，到目的地的下一跳，到達目的地的跳計數

定期把路由表發給所有的鄰居一邊

DV的固有缺點

無法發現路由迴路

“無窮計算”問題

可選方法：DSDV協議

沒有全局拓撲視圖、主動先應式路由、每個節點維護到所有已知目的地的路由信息、路由信息必須定期更新、即使網絡拓撲沒有變化也有通信開銷、維護的路由可能從來不用

7、路由通告（route advertisement）

向每個鄰居通告自己的路由信息：目的地地址，metric = 到目的地的跳計數，目的地的序號。

設置序號的規則：每次通告遞增自己的目的地序號（只用偶數值），如果一個節點不再可達(timeout)，則將該節點的序號遞增1(奇數值)並置metric = ∞

路由選擇(Route Selection)

將收到的路由更新信息與自己的路由表比較：選擇目的地序號大的路由(這樣能確保使用的總是來自目的地的最新路由信息)，如果目的地序號相同，則選擇具有較好metric值的路由。

8、對拓撲變化的響應

立即通告

有關新路由、鏈路中斷、metric變化的信息立即傳播給鄰居i

完全/增量更新

Full Update、發送自己路由表的全部路由信息

Incremental Update、僅發送路由表中有變化的表項(使得可用一個分組完成更新)

9、ROUTE REPLY風暴

節點廣播一個針對某目標端的路由請求，當其鄰居的cache中都有該目標端的路由時，每個鄰居都試圖以自己的緩存路由響應，由此造成應答風暴；

風暴將浪費網絡帶寬、風暴將加劇局部網絡衝突

預防ROUTE REPLY風暴：節點將網絡接口置於promiscuous接收方式；延遲發送ROUTE REPLY；同時偵聽路由請求端是否在用更短的路徑發送；

10、移動Ad Hoc網絡MAC層有哪幾種協議

在移動Ad Hoc網絡中，節點移動、無線信道脆弱、缺乏中心協調機制是在設計MAC協議時必須仔細考慮的問題。目前有以下三類：

競爭協議(Contention Protocol)；

分配協議(Allocation Protocol )；

混合協議(Hybrid Protocol)(競爭協議和分配協議的組合協議)。

競爭協議(Contention Protocol)：

使用直接競爭來決定信道訪問權，通過重傳機制解決碰撞問題；目前有以下四種協議：

ALOHA協議；

載波偵聽多址訪問協議(CSMA)；

基於控制分組握手的訪問控制協議；

忙音類多址訪問協議。

分配類協議：

靜態分配協議：集中式傳輸時間安排算法，事先爲每個節點靜態地分配一個固定的傳輸時間安排。

動態分配協議：使用分佈式傳輸時間安排算法，按需計算傳輸時間安排。

時分多址訪問協議(TDMA)：可分爲固定分配類TDMA和動態分配類TDMA兩種：

五步預留協議(FPRP)

跳頻預留多址訪問協議(HRMA)

混合類協議:

混合時分多址訪問協議(HTDMA)

TDMA和CSMA的混合協議

ADAPT協議

ABROAD協議

AGENT協議

Meta-協議

第六講無線傳感網絡

1、WSN概述

無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）

就是由部署在檢測區域內大量的廉價衛星傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋區域中感知的對象信息，併發送給觀察者。構成WSN的三要素：傳感器、感知對象、觀察者。

傳感器網絡(sensor network)

由大量廣泛分佈的小型輕量無線節點組成，這些節點通過測量諸如溫度、壓力和相對溼度等物理參數來監控環境或系統。

傳感器節點組成

傳感子系統：感測環境

處理子系統：對感測數據進行本地處理

通信子系統：負責與鄰近節點交換消息

無線傳感器系統

傳感器節點

匯聚節點

管理節點

2、傳感器網絡的分類

先應式網絡：連續操作模式，節點定期打開傳感器和發送器、感測環境並將感性需的數據發送出去，是用於需要定期監測數據的應用

反應式網絡：查詢-響應模式，節點根據操作員發來查詢命令給予立即響應，節點根據網絡某些屬性值發生的激烈變化立即予以響應

3、無線傳感網絡的路由協議（3個）

（1）洪泛路由（Flooding）

最簡單、最基本、最健壯

基本思想：當網絡中的節點在任何時刻收到其它節點傳輸過來的數據時，它將向它的所有鄰居進行轉發。

特點：無需知道局部拓撲、地理信息等；無需維護路由

洪泛路由的不足：

信息爆炸(Implosion)問題：一個節點可能得到一個數據的多個副本的現象；

重疊(Overlap)現象：處於同一觀測環境的兩個相鄰同類傳感器節點同時對一個事件作出反應，二者採集的數據性質相同，數值相近，這兩個節點的鄰居節點將收到雙份數據副本；

資源的盲目使用：不考慮節點可用能量、位置等

適用範圍：小規模、共享信道、健壯性，軍事應用

應用狀況：資源浪費嚴重，很少直接使用，作爲衡量標準評價其他算法

（2）能量感知路由

最早的路由機制之一

主要思想：根據節點的可用能量（power available, PA）或者傳輸路徑上的能量需求，選擇數據的轉發路徑

基本原理：在源節點和目的節點之間建立多條路徑，根據路徑上節點的通信能耗及剩餘能量，依概率選路

主要過程：

路徑建立階段：建立從源節點到目的節點的多條路徑，並確定能量代價

數據傳播階段：根據上一階段建立的路由信息，實現數據分組從源節點到目的節點的傳送，中間節點按照與能量代價相關的轉發概率進行轉發

路由維護階段：目的節點發起源-目的洪泛查詢，以維持路徑暢通

（3）基於查詢的路由-基於內容的訪問

基於IP地址的訪問

“地址爲13, 47, 2225,14592和14593的節點溫度是多少？他們的平均溫度是多少？”

根據IP地址找到相應的節點

提供點到點的報文轉發以支持傳輸層端到端無失真信息傳輸

基於內容的訪問

“逸夫教學樓11階的平均溫度是多少？”

根據用戶的興趣屬性找到相應的節點

屬性：數據特徵

數據在網絡協議的操作中有意義

興趣（Interest：Sink 下達的感知任務，需要的數據類型、目標區域、數據發送速率、時間戳等

舉例：類型＝溫度，閾值＝20，時間間隔＝50ms，持續時間＝10s，區域＝[0，0，20，20 ]