无线网络技术考试速成

第一章 从计算机网络到无线网络

（1）三网：计算机网络、电信网络、广电网络

（2）计算机网络五个发展阶段及特点

• 产生阶段：将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心机，用户通过终端机向中心主机发送数据处理请求，主机处理后予以回复，终端机将数据存储到中心主机，自身并不保存数据。
• 形成阶段：为了提高网络的可靠性和可用性，人们开始使用通信线路连接多台主机和终端。典型代表如ARPANET。主机之间不直接连接，由接口报文处理机负责转接。通信线路形成通信子网，主机形成资源子网。主机之间按照协议进行通信。
• 互联互通阶段：70年代到90年代的第三代网络具有明确的网络体系结构，遵循统一标准。网络体系结构标准的代表：ISO/OSI和TCP/IP。
• 高速网络阶段：数据传输速率大为提高，陆续出现光纤网络、多媒体网络、智能网络、无线网络等。
• 计算机网络无线网和物联网阶段：随着无线网、移动通信的普及，物联网、传感器网络的发展，逐步形成个人、社会、自然的泛在网络。

（3）计算机网络分类

• 按网络传输技术：广播式网络，点对点式网络
• 按网络规模和覆盖范围：局域网，城域网，广域网
• 按网络拓扑结构：星形网络，环形网络，树状网络，网状网络
• 按传输介质：有线网络，无线网络

（4）无线网络的协议层次特点

1）无线网络协议体系结构也基于分层。

2）无线网络和有线网络特点不同，决定二者传输机制和协议设计不同。

3）无线网络目标是提供更便捷的通信服务，应用层协议并非重点。

（5）无线网络分类

1）无线个域网(WPAN)，IEEE802.15

2）无线局域网(WLAN) ，IEEE802.11

3）无线城域网，IEEEE 802.16

4）无线广域网，IEEE802.20，卫星网络

（6）为什么网络协议栈都以分层形式实现？各层主要功能？

答：网络体系结构是一个复杂的系统，所以采用结构化的方法，将其分解位若干层次设置相应的协议，便于维护和修改。

网络接口层：是TCP/IP与各种物理链路的接口

网际互联层：负责主机到主机的通路，以建立互联网络

运输层：定义了两类端对端的传输控制协议

应用层：TCP/IP包含大量应用层协议，不同协议对应不同具体应用

第二章 无线通信和网络防真技术基础

（1）ISM频段

1）开放给三类机构（工业、科学、医疗）使用，无需许可证授权，可免费使用。

2）ISM频段各国规定不一：美国为902-928MHz、2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz，其中2.4GHz频段为各国通用。欧洲的ISM低频段为868MHz和433MHz。使用需遵守一定发射功率(<1W)，不要干扰其它频段。许多无线网络工作于ISM频段。

3）2.4GHz频段为各国共同的ISM频段。因此无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。

（2）微波通信损耗公式

微波传输主要损耗源于衰减。对于微波以及无线电广播频段，其损耗L如下，d是距离，λ是波长，单位dB ：L=10lg（4πd/λ）dB

（3）损耗

损耗会使接收到的信号不完全等同于初始信号。模拟信号引发的随机改动降低了信号质量，数字信号损耗会导致数据的位差错。
无线通信中的传输过程中的损耗主要包括以下六种：衰减和衰减失真，自由空间损耗，噪声， 大气吸收，多径，折射。

衰减和衰减失真：衰减指信号强度随所跨越任一传输介质距离而下降。无线介质衰减是更复杂的距离函数。一般应考虑3因素影响：
①接收信号应有足够强度，使接收方检测并解释信号。
②与噪声相比，信号须维持较高强度，以便准确接收。
③高频下的衰减更严重，会引起失真。

前两个因素可使用放大器或中继器加以解决。衰减失真：由于衰减变化为频率的函数，接收信号失真会影响对信号理解。与传输信号频率成分相比，接收信号频率成分有不同相对强度。可考虑跨频带衰减均匀，或用放大器更多放大高频部分。

自由空间损耗：无线通信过程中离发射天线越远，接收信号功率就越低，也就是信号散布越广。

噪声：热噪声（白噪声）：电子热扰动产生

​ 互调噪声：不同频率信号共享介质产生

​ 串扰噪声：不同信号路径间融合，相邻双绞线间电子耦合产生。无线通信中会因为天线接收了不需要的信号而产生串扰噪声。

​ 脉冲噪声：不规则脉冲或短时噪声尖峰，振幅较高。原因包括外部电磁干扰(如雷电)、通信系统错误和缺陷。对模拟数据影响不大，短时下降通话质量。可 能导致数字通信严重错误，可检测发现重传。

大气吸收：水蒸气和氧气产生的吸收也会导致损耗。

多径：无线环境中障碍物会反射信号，接收方收到不同时延的同一信号多路副本。

折射：大气层会折射传播无线电波。通常信号速度随高度增加，无线电波向下弯曲。折射可使极少部分或没有直线波到达接收天线。

（4）衰落：衰落是指因传输介质或路径改变引起的接收信号功率随时间而变化。类型：快衰落和慢衰落。

（5）多径传播：分为三种，反射、衍射和散射

电磁波遇到相对该信号波长更大表面时会反射。

无线电波到达难以穿透的物体边界且波长小于物体尺寸，会发生衍射。

散射发生在障碍物尺寸约等于信号波长或略小时。

（6）调制

数字调制：用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制。振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)、移相键控(PSK)。

模拟调制：连续变化的信号调制一个高频正弦波。调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)。

脉冲调制：如下

（7）脉冲调制（用脉冲序列作为载波）

1）脉幅调制(PAM)：用调制信号控制脉冲序列的幅度，使其在均值上下随调制信号的瞬值变化。

2）脉宽调制(PDM)：用调制信号控制脉冲序列的宽度，使单脉冲持续时间与调制信号值成比例。

3）脉位调制(PPM)：用调制信号控制脉冲序列的相对位置，使各脉冲的相对位置随调制信号变化。

4）脉码调制(PCM)：采样、量化、编码。

5）脉频调制(PFM)：用调制信号控制脉冲重复频率，使其频率随调制信号变化。

（8）扩频

工作流程：

1）发送信号首先进入信道编码器生成模拟信号；
2）使用扩频码或扩展序列进行调制，调制之后带宽增加；
3）接收方使用同一扩频码进行解扩；
4）解扩后的信号通过信道解码器还原为数据。

优点：

1）扩频对各类噪声如多径失真具有较好的免疫性。
2）可隐藏和加密信号。接收方须知道扩频码，才可恢复原始信息。

主流技术：

1）跳频扩频FHSS：跳频扩频是用一定的扩频码序列进行选择的多频率频移键控调制，载波频率不断跳变。发送方看似以随机的无线电频率序列广播信息，并以固定间隔从一频率跳至另一频率。接收方接收时也同步跳转频率。窃听者只能听到无法识别的杂音，即使试图在某一频率干扰，也只能影响有限几位信号。

2）直接序列扩频DSSS：直扩使用高码率扩频码序列在发送方直接扩展信号频谱，接收方用相同扩频码序列解扩，把频谱拓宽的扩频信号还原成原始信息。原始信号中每一位在传输中以多个码片表示，即使用扩展编码。这种扩展编码能将信号扩展至更宽的频带范围上，该频带范围与使用码片位数成正比。

（9）FDMA频分多址

1）传输频带划分为若干较窄且互不重叠子频带，各用户分配一个固定子频带。信号调制到该子频带内，各用户信号同时传输，接收时分别按频带提取。

2）各频带间留一定间隔减少串扰。

3）分模拟调制和数字调制，可由一组模拟信号用频分复用方式或一组数字信号用时分复用方式占用一个较宽频带，调制到相应子频带后传输到同一地址。

（10）SDMA空分多址

1）利用空间特征区分不同用户。最常用、最明显特征是用户位置。配合电磁波传播特征，可使不同地域用户同时使用相同频率且互不干扰。

2）依靠空间区分，电磁波影响范围以外地域仍可使用相同频率。

（11）MIMO多入多出

概念：指利用多发射、多接收天线进行空间和时间分集，利用多天线抑制信道衰落。发送方和接收方均采用多根天线或天线阵列，构成无线MIMO系统。

关键技术：信道估计、空时信号处理、同步、分集。

第三章 无线局域网

（1）WLAN领域两个典型标准：IEEE802.11和HiperLAN

（2）无线局域网的特点

1）移动性。网络和主机迁移方便，通信地点不受线路环境限制，扩大了覆盖范围，提供有效的网络接入功能。

2）灵活性。组网灵活方便，网络可以延伸到线缆无法连接的地方。

3）可伸缩性。通过放置接入点或者扩展点，可以扩展组网。

4）经济性。可用于难以物理布线的环境，可以节省线缆、附件和人工费用。

（3）无线局域网的局限性

1）可靠性。WLAN物理信道不可靠，“隐藏节点”、“暴露节点”等问题。
2）兼容性与共存性。兼容现有的局域网、WLAN标准间的相互兼容和同一频段不同制式的共存、不同频段系统的共存。
3）带宽与系统容量。由于频谱资源的匮乏，无线网络信道带宽远小于有线网络。
4）覆盖范围。WLAN受功率和高频信号限制，覆盖范围有限。
5）干扰。来自外部和内部的干扰。
6）安全性。WLAN信号在自由空间传输，涉及信息安全的问题，另外电磁辐射对于人体的影响。
7）能耗。移动终端的使用受制于电池能耗，需要提高电源管理的能力。
8）多业务与多媒体。WLAN标准多面向数据业务，需进一步开发保证多媒体服务质量的标准。
9）移动性。WLAN对于大范围和高速移动支持不完善。
10）小型化和低成本。取决于LSI（大规模集成电路）的进步。

（4）无线局域网的组成：站、无线介质、无线接入点或基站、分布式系统。

1）站：也称主机或终端，是WLAN基本组成单元。

2）无线介质：WLAN中站或AP间通信传输介质，空气是无线电波和红外线传播的良好介质。

3）无线接入点： 无线接入点（AP）类似于移动通信网的基站，通常处于基本服务区BSA中心，固定不动。完成接入、桥接、控制管理等功能。

4）分布式系统：单个BSA覆盖区域受环境和主机收发限制，为覆盖更大区域，多个BSA通过DS连接，形成一个扩展服务区(ESA)，通过DS互连的属同一ESA的所有主机组成一个扩展服务集(ESS)。

名词：服务器（SA）、基本服务器（BSA）、基本服务集（BSS）

（5）WLAN的拓扑结构

分布对等式拓扑、基础架构集中式拓扑、ESS网络拓扑、中继或桥接型网络拓扑

（6）无线局域网的服务：STA服务和DS服务。这两种服务均在MAC层。

STA：认证，解除认证，保密

DS：关联，重新关联，解除关联，分布，集成

第四章 无线城域网和蜂窝移动通信

（1）无线城域网

1）无线城域网（WMAN）是以无线方式构建城域网，提供高速互联网接入，为满足宽带无线接入的市场需求，解决城域网最后一公里接入问题，代替电缆、xDSL、光纤等。

2）以IEEE802.16标准为基础的无线城域网，覆盖范围达几十公里，传输速率高，提供灵活、经济、高效的固定和移动宽带无线接入方式。

3）WMAN具有较完备的QoS机制，可提供实时和非实时不同速率要求的数据传输服务。

4）WMAN标准由两大组织承担：IEEE802.16工作组和欧洲的ETSI负责的HiperAccess。

（2）IEEE802.16（WiMax）工作场景

系统组成：

1）WiMax发射塔，与移动通信发射塔相似，覆盖面积大。

2）WiMax接收机，接收机和天线可以是一个小盒子或一张PCMCIA卡，也可内置笔记本PC中。

提供服务：

1）非视距服务。WiMax使用较低频率范围(2~11GHz)。较低波长传输不易受物理干扰，传输可衍射、弯曲或绕过障碍物。

2）视距服务。安装在屋顶或电杆上的固定抛物面天线和发射塔通过视距连接。这种类型功率更大、更稳定、误码更少。使用较高频率，可达66GHz。

非视距服务范围半径约6~10km，视距型服务范围半径可达50km。

（3）移动WiMax链路层切换

允许移动站(MS)、基站(BS)和骨干网发起和优化切换

分类：硬切换（HHO，先中断再切换）、宏分集切换（MDHO）、快速基站切换（FBSS）

HHO默认，另两种可选。

WiMax切换过程主要依据当前服务基站（SBS）和相邻基站（NBS）的接收信号强度（RSS）。MS（移动站）和SBS（服务基站）共同决定何时开始切换。当SBS收到的RSS低于阈值时，MS就可以与某个选定的NBS进行切换。NBS也可以称为目标基站（TBS）。

链路层切换中，HHO为先中断再切换，即MS（移动站）先与SBS（服务基站）断开连接，再与TBS（目标基站）连接，过程中会有连接空白，该种切换称为硬切换。

MDHO和FBSS采用软切换，即先连接TBS，再与SBS断开连接，过程中无连接空白。软切换具有无缝和快速的特性。

宏分集切换：

1）宏分集是指移动台同时与两个或两个以上的基站保持联系，从而增强接收信号质量。

2）宏分集切换中，基站和移动站都保持一个列表，这个列表中保留切换过程中与移动站联系的基站，这个列表就称为分集站。列表中，信号强度最强的称为锚基站。

3）在MDHO中，每个MS同时和DS中所有的BS通信。

快速基站切换：

1）在FBSS中，MS在上/下行链路中只和ABS进行通信。

2）MS不断监测邻居BS的信号强度，更新DS和ABS。

（4） IEEE802.20

IEEE802.20的物理层以OFDM和MIMO为核心，充分发掘时域、频域和空域的资源，提高系统频谱效率。强调基于分组转发的纯IP架构处理突发性数据和具有实现以及部署成本低的优势。

优势：

1）基于IP的设计。可将现有IP网络简单扩展到无线终端，形成移动的、无处不在的网络接入，透明的支持基于各种网络的应用业务。

2）使用标准IP网络部件，无需额外增加新的网络设备。

3）物理层和MAC层具有高吞吐量、低冗余等特点。

第五章 卫星网络和空天信息网络

不学

第六章 无线自组织网络

（1）移动Ad Hoc网络的定义

1）Ad Hoc网络由若干个无线终端构成一个临时性的、无中心的网络，网络中亦不需要任何基础设施。

2）移动Ad Hoc网络MANET(又称移动多跳网或移动对等网)是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情况下，可在有限范围内实现多个移动终端临时互联互通的网络。

3）MANET为较短距离范围内的移动节点通信提供了一种灵活的互联方式，可以看做是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个临时性多跳自治系统。

4）MANET中，每个节点既可作为主机，也可作为中间路由设备。

（2）MANET的特点

1）拓扑结构动态变化。

2）资源有限。

3）多跳通信。

4）安全性较低。

（3）MANET的拓扑结构

分类：对等式结构和分级结构

对等式结构：

优点：所有节点完全对等，结构相对简单。源节点与目标节点通信时存在多条路径，理论上不存在瓶颈，健壮性好，相对比较安全。

缺点：缺点是可扩充性略差，为维护路由的动态变化，维护开销呈指数增加。

分级结构：（单频分级和多频分级）

单频分级中所有节点使用同一频率通信，为实现簇头间通信，需要网关节点支持。

多频分级网络中，不同级采用不同通信频率。低级节点通信范围小，高级节点通信范围大。

优点：簇成员的功能较简单，不需维护复杂的路由信息，有效的减少了网络中路由控制信息的数量；较高的系统吞吐量，节点定位简单。

缺点：维护分级结构需要节点执行簇头选举算法，簇头节点可能会成为网络的瓶颈；分级结构的网管系统会更加复杂。

（4）MANET路由协议分类

主动路由协议、被动路由协议、地理位置路由协议、地理位置多播路由协议、分层路由协议、多径路由协议、能耗感知路由协议以及混合路由协议