无线网络重点详情
第一章
1.2请给出计算机网络协议的整体结构
1.6
1.6从不同的应用目的角度，无线网络可以分成哪两大类？请举出各种无线网络技术并分别归入这两大类。
无线局域网：ALAN
无线城域网：WIMAX
蜂窝网络：
卫星网络：
互联接入：
无线网：
物联网:loT
无线传感网：WSN
无线个域网：WPAN
无线体域网：WBAN
物联传感：
数据中心网络：DCN
自组织网络：AH N
移动自组织网络：MANET
软件定义网络：SDN
网络功能虚拟化：NFV
因特网协会：ISOC
l频分复用(FDM)、
时分复用(TDM)、
码分复用(CDM)、
空分复用(SDM)等。
频分多址(FDMA)、
时分多址(TDMA)、
码分多址(CDMA)、
空分多址(SDMA)
1.7试分析和比较无线网络和有线网络，可从传输方式、组网结构等方面进行比较。
第二章
2.1 无线电频谱如何划分？请简单介绍ISM频段
2.4常见的信号干扰和损耗有哪些？如何来解决？
l通信损耗：衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径、折射等。
l衰落：传输介质或路径改变引起接收信号功率随时间变化。固定环境中下雨等天气变化会引发衰落，移动环境中一个天线相对另一个移动，各种障碍物相对位置随时间而变化，传输更为复杂。
1》微波通信，波长短，空中传播特性与光波相似，遇阻挡会反射或阻断
2》书要是视距通信，超过视距则需中继转发
3》特点：容量大、质量好，可传至很远距离
4》微波传输主要损耗源于衰减
损耗：
1》微波损耗随距离平方而变化
2》频带宽、容量大，微波通信可用于各种电信业务传输
3》微波电路分配须受无线电管理部门严格管理
4>微波视距直线传播，城市规划要充分考虑，避免因高楼阻隔而影响通信质量
2.5请简述信号的调制过程，并对比常见的调制技术
?
2.7复用和多趾技术能提高无线传输的效率，试比较分析常见的几种复用和多趾技术。
2.10认知无线电的功能和关键技术是什么？
第三章
3.1无线局域网具有什么特点？ 无线局域网存在哪些局限性？
3.2无线局域网的组成和结构
结构
3.3请比较分析CSMA/CA机制和ASMA/CD机制的不同技术特点
l检测到信道空闲期间大于某一IFS后立即开始发送帧，否则延迟发送直到检测到IFS，然后选择退避时间进入退避，结束后重新上述过程。
l基础是载波侦听：虚拟载波侦听(VCS)/物理载波侦听(PCS)
l发送方和接收方使用确认机制来判断传输是否正确，CSMA/ CA+ACK。发送方先检测信道，物理载波侦听，利用收到信号强度是否超阈值判定有否其它站使用本信道。源站发送首帧时，若检测信道空闲，等待DIFS后发送。目标站若正确收到该帧，则经过SIFS后回复ACK帧。源站规定时间内未收到ACK，该帧重传，直至正确接收为止，或若干次失败后放弃
信道从忙变为空闲，任何站发送帧时，须等待DIFS间隔，进入竞争窗口，并计算随机退避时间，退避间隔(BI)从竞争窗口CWmin和CWmax随机选择。CW为CWmax与CWmin的差值。两个以上站选择相同BI会发生冲突，很多站一起竞争信道时尤甚。为减少冲突，每次冲突后CW加倍，直至CWmax
3.5IEEE802.11有哪几种帧间间隔（IFS）？请分析其含义和长度
l时间长度：SIFS lSIFS (Short IFS)：最小IFS，最高优先级。一些特殊帧要求使用SIFS访问介质，如应答帧(ACK)、清除发送帧(CTS)、MAC服务数据单元(MSDU)的非头分段、被轮询到的站回应帧等。 lPIFS (PCF IFS)。SIFS和时隙时间之和，AP在无竞争期开始时获得介质访问权的时间间隔，AP总比普通节点具有更高的访问信道优先级。 lDIFS (DCF IFS)。SIFS和两倍时隙时间之和，工作在DCF模式的终端通过载波监听到介质空闲超过DIFS，且本终端随机退避结束，可立即发送。 lEIFS (Extended IFS)。ACK帧传输时间和SIFS、DIFS的时间之和，前一帧出错，发送节点延迟EIFS时间后再发送下一帧。EIFS期内收到正确帧将使该站重新同步并结束EIFS，进入正常介质访问状态。 第四章 4.6请针对移动通信的2G/3G4G/5G技术，分析比较其技术特点。 2G GSM(Global System for Mobile Communication, 全球移动通信系统)是2G蜂窝通信的代表技术，相比模拟移动通信，具以下特点： l由若干子系统组成，与PSTN等公用通信网互连互通； l提供跨国界自动漫游功能，移动用户可进入GSM系统而与国别无关； l除话音业务外，还可开放各种承载业务、补充业务等； l有加密和鉴权功能，确保通信保密和网络安全； l组网结构灵活方便，频率复用率高，交换机的话务承载能力较强； l抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高； l终端手机向更小型、轻巧和增强功能趋势发展。 美国高通公司最早提出了窄带CDMA(CDMA IS95)技术，CDMA采用更先进的无线扩频技术，提高了移动通信容量和品质，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可减少投资和降低运营成本。CDMA在2G时代的全球市场占有率仅次于GSM。 3G l3G移动通信技术将无线通信与互联网多媒体通信相结合，能处理图像、音频、视频流等多种媒体，提供浏览网页、电话会议、电子商务等多种信息服务。ITU在2000年确定了WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大技术标准。 lWCDMA的支持者主要是欧洲厂商，包括爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、NTT等。系统能架设在GSM网络上，在GSM普及地区具有优势。 lCDMA2000由高通公司主导，是从窄带CDMA标准发展而来，可从原有的CDMA直接升级，建设成本相对低廉。 lTD-SCDMA由我国主导，原邮电部电信科学技术研究院提出，在我国占据了较大市场空间。 三种主流3G标准的技术比较见表4.4。 4G l在3G基础上，继续提高移动通信网络的性能。 lITU代表传统电信运营商，认为4G是基于IP协议的高速蜂窝移动网，各种移动通信技术从现有3G演进，在LTE阶段完成统一。要求4G传输速率达到100Mbps或更高。 l4G网络结构分为物理网络层、中间环境层、应用网络层。 l物理网络层提供接入和路由选择功能，无线网和核心网结合。中间环境层负责QoS映射、地址变换和完全性管理等。各层间接口开放，便于开发和提供新应用及服务。提供无缝高速率数据服务，并运行于多个频带。自适应多个无线标准及多模终端，跨越多个运营商，提供大范围服务。 LTE-Advanced 和WirelessMAN-Advanced为4G标准。 5G l5G是4G的进一步延伸，目前正在研究中，预计2020年之后将会成熟并商用。 l5G使用毫米波(30-300GHz)，数据速率、带宽、覆盖面和连通性等大幅增加，同时有效削减往返时延和能耗。 l部分指标要求包括：数据速率达1-10Gbps，而4G网络峰值约150Mbps；往返时延(RTT)约为1ms，而4G网络约10ms；特定区域中的总体高带宽；连接较大数量的设备，可支持物联网场景下单网络中的几千台设备；高度可察觉的可用性；任何时间任何地点全覆盖；减少90%能耗，更适合人体；高电池寿命。 第五章 5.1什么是卫星网络？与其它无线网络相比有何不同？ l卫星通信指利用人造地球卫星作为中继站，转发两个或多个地球站之间进行通信的无线电信号 l卫星通信是宇宙无线电通信的形式之一，在空间技术、微波通信技术等基础上发展而来 优点： ①通信距离远，覆盖面积大，费用与距离无关 ②便于实现多址连接通信 ③通信频带宽，传输容量大 ④机动灵活 ⑤通信线路稳定可靠，传输质量高 ⑥通信成本与距离无关 局限性： l①高可靠和长寿命的要求 ②发射与控制技术复杂 ③较大的信号传输时延和回声干扰 ④存在日凌中断和星蚀现象 l静止卫星通信系统在地球高纬度地区的通信效果不好，两极地区存在通信盲区，地面微波系统与卫星通信系统之间存在相互同频干扰 5.2请从卫星制式、覆盖区域范围、用户性质、业务范围进行分类 5.3卫星网络有哪些类型的轨道？各具有什么特点。 l卫星轨道 ●卫星通信系统采用的轨道从空间形状上看分两种：椭圆轨道和圆轨道 ●椭圆轨道仅在卫星相对地面运动速度较慢的远地点附近提供通信服务，适于高纬度区域提供服务 ●圆轨道卫星可提供较均匀覆盖特性，通常用于提供均匀覆盖的卫星系统 ●从轨道高度分类，可将卫星轨道分为低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)、静止轨道(GEO)和高椭圆轨道(HEO) ，下图所示为轨道高度比较示意图 第六章 6.1什么是Ad hoc网络和MANET？他们具有哪些特点？ 6.8什么是无线网状网络？它具有哪些优势？ 第七章 7.2无线传感器具有哪些特点？面临什么挑战？ 特点 网络规模大 ☆低速率 ☆低功耗 ☆低成本 ☆短距离 ☆可靠性 ☆动态性 挑战： ☆通信能力有限 ☆需要节约能量 ☆计算能力有限 ☆软硬件须具有高健壮性和高容错性 ☆网络动态性 ☆大规模的分布式触发器 ☆感知数据流巨大 ☆以数据为中心 7.8 水下无线传感器网络的主要技术特点和困难是什么？ 特点： l水下WSN也常被称为水声无线传感网(Underwater Wireless Acoustic Sensor Network，UWASN)。 l水声信道有如下特点： ① 传播时延大。声波在水中传播速度约1500m/s，每km时延约0.67s，比声波在空气中的传播要快得多，但和无线电在空气中的传播时延相比，还是大许多。 ② 误码率高。水声信道具有时间－空间－频率变化特性，多径干扰突出。多径传输及外来噪声会严重降低声波信号质量，增大信号在传输过程中的误码率。 ③ 可用带宽窄。水声信道有效频率范围30-300Hz，传输带宽严重依赖距离，损耗随距离而增加，可用频段非常有限，传播距离也有限。UWASN长距离通信只能选择低码率。 困难： l水下WSN存在许多技术困难，部分如下： ① 水下信道具有高时延、时延动态性、高衰减、高误码率、多径效应、多普勒频偏大、高度动态变化及低带宽等特点，是迄今难度最大的无线通信信道。 ② 水下节点和网络具有移动性特点。 ③ 水下节点使用电池供电，更换电池困难，发送信息耗能比接收信息高很多。 ④ 由于水下节点价格昂贵，水下网络具有稀疏性特点。 l陆地WSN协议不能直接用于水下，需研究适应水下特点的新协议。 第八章 8.1什么是无线个域网？它与其他无线网络相比有哪些不同？ 概念： lWPAN是为了实现活动半径小(如几米)、业务类型丰富、面向特定群体的连接而提出的新型无线网络技术 lWPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围更小的无线网络，对应关系如下图 相比： l个域网(Personal Area Network，PAN)，是一种范围较小的计算机网络，计算机设备之间的通信，还包括电话和个人设备等 lPAN的通信范围往往仅几米，也可用于连接多个网络 lPAN被看作是最后一米的解决方案 l无线个域网(Wireless PAN，WPAN)是一种采用无线连接的个域网 lWPAN通过无线介质代替传统有线电缆，实现个人信息终端的互联，组建个人信息网络 8.2无线网络可分为几类？各具有什么特点？ 按传输率分为低速、高速和超高速三类 8.3常见的应用于无线个域网的技术有哪些？分析对比。 lWPAN关键技术包括IrDA、HomeRF、UWB、蓝牙技术、ZigBee技术等 lIrDA(红外)技术 利用红外线进行通信，最高通信速率115.2kbps，主要优点是无需申请频率使用权，通信成本低廉，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用等特点 l超宽带(UWB)技术 超宽带(Ultra Wide Band，UWB) 基于IEEE 802.15.3的超高速、短距离无线接入技术，较宽频谱上传输极低功率信号通信范围在10米范围内，能实现每秒数百兆位的数据传输率，具有抗干扰性强、传输速率高、带宽大、消耗电能低、保密性好等优势 lHomeRF技术 数字无绳电话技术与WLAN技术融合发展的产物，采用共享无线连接协议(Share Wireless Access Protocol，SWAP)，工作在2.4GHz ISM频段 l蓝牙技术 蓝牙由爱立信公司于1994年提出，作为RS232数据线的无线连接。1998年蓝牙SIG成立，负责制定技术标准。蓝牙采用分散式网络结构以及快速跳频和短包技术，支持点对点及点对多点的通信，采用时分双工传输方案。 第九章 9.1人们从不同视角提出不同的物联网观点。予以简单分析； 9.10为什么传统的TCP传输协议不适合物联网环境？ 环境参数检测 l生鲜物品如水果、农产品、肉和乳制品的生产到销售，可能覆盖上千公里甚至更远。 l传输过程中的保鲜状况如温度、湿度、震动等，都需检测，以减少进行产品质量分类时的不确定因素。 l普适计算和传感技术为提高食物供应链效率提供了可能。 第十章 10.1车内网络有哪几种主流技术标准？各自的技术特点如何？ 目前国际上应用较广的5种车内网络系统： l本地互连网(Local Interconnect Network，LIN)低成本、低速率和易实现，常用于简单和非时延敏感应用， l控制器区域网(Controller Area Network，CAN) l车内动力/电子系统中应用较多。收发器成本低廉。大多数汽车微控制器单元已装备CAN控制器，加上收发器和电缆，现有网络即可支持CAN。 l有成熟的工具链，如设计数据字典、自动生成代码、网络仿真和软件验证等，开发成本较低。 l适应各种拓扑。高速CAN网络(波特率>125kbps)为总线型。低速容错CAN可为总线型或星型，波特率在40-125kbps。单线CAN主要被通用汽车公司使用，支持环型和星型拓扑，波特率为33.3kbps。 l仅有物理层/数据链路层/应用层。不需全局定时器或中心协调器。一般基于事件驱动访问网络，发送事件就绪且总线空闲时，每个节点都可访问总线。但多节点同时传输时，需通过CSMA/CA方案争用，消息ID越低，则传输优先级越高。较灵活，但给要求严格的安全应用带来困难。 l总线最长40m，节点间距最短0.1m。节点数量上限取决于波特率、传输介质、CAN驱动、特定应用要求等因素。基本原则是考虑传播时延情况下，同一网段中每两个节点应能采样到相同比特值。极端情况下，总线负荷为30%~33%。 最大载荷64比特，相应帧长108比特，最大效率约59%。 抗噪性较突出。 l容错性方面，提供多种机制进行差错检测，如发射机自检(比特差错和确认差错)、接收机交叉检查(CRC)、双边检查(填充和格式差错)。 如果一个CAN节点检测到错误，可通过一个错误标志通知该网段中其它所有节点。 l协议帧结构 l FlexRay lFlexRay由奔驰汽车公司主推，传输速率和容错性优于LIN和CAN，部署成本也略高。 l为实现高容错性，一个仅2个节点的简单FlexRay网络，也配备4个收发器和2条单独线缆。 l如果FlexRay配备了X-by-Wire系统(如线控转向或线控刹车)，可取代传统机械部件(如转向柱或液压制动通道)，有效节省总体成本。 lFlexRay有两个10Mbps平行信道，其中之一可为备份以防通信故障。 lFlexRay也只有物理层、数据链路层和应用层，传输特点包括：同一周期可同时传输确定和动态数据，有效载荷比LAN和CAN更大；拓扑灵活。 l车内以太网应用需求增长需要更大的车内网络带宽。 l车载以太网方案也仅有物理层、数据链路层和应用层。 l对传输视频，IEEE 802.3bp有望作为下一代汽车以太网标准，使用精简双绞线千兆以太网。 l发展趋势是增加带宽和降低成本，以适宜传输时间敏感型报文，这也是无人驾驶汽车的技术关键。两个代表性协议是音视频桥接和TTEthernet。 l已有MOST25(光)、MOST50(电/光)、MOST150(同轴电缆/光)多种，传输速率分别为25、50、150Mbps，同步/异步数据传输性能都较为可靠。 l物理层主要成本是连接器和收发器，原因在于光学连接器必须屏蔽和放在独立环境中，光接收机和发射机需分开放置。 lMOST150前景较好，支持传输音视频的高吞吐量、低误码率和确定性，较适合高级驾驶辅助系统。 l但环传输结构中一个故障可能导致整个网络失效，其光纤温度适应性有限，较难部署在车辆轿厢之外。 10.2什么是无线车载网络？它与其他无线网络相比有哪些不同？ l也称车载自组织网络(VANET)或车联网，是智能交通的核心技术基础 l可实现车辆间(V2V)、车辆与路边基础设施之间(V2I)的多跳无线通信，利用各种传感、通信、计算、控制等技术，对车辆、道路和交通进行全面感知，实现大范围、多系统、大容量、高度实时的数据交互，提升交通效率和保障交通安全。 10.4 美国国家ITS架构分为几个部分，各有哪些要素？ 第十一章 11.1什么是WBAN,它有哪些组成部分？ l融合人与人、人与物、物与物之间的现实物理空间与抽象信息空间，向无所不在的泛在网络(Ubiquitous Network)方向发展 l作为泛在网重要分支，无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)在远程诊断、医疗保健、社区医疗、特殊人群监护等领域应用有巨大需求，将帮助解决人口老龄化引起的医疗和社会难题，提高医疗行业效能。 组成： l传感器节点：对物理刺激作出响应并收集数据，适当处理和传输数据。组成包括传感器硬件、能量单元、处理器、存储器和收发器等。 l执行器节点：根据接收或来自用户接口的数据作出反应。组成包括执行(如药物管理)硬件、能量单元、处理器、存储器和收发器。 l个人设备：负责收集传感器和执行器信息，通过外部途径(执行器或LED屏)通知用户(病人或护士)。组成包括能量单元、处理器、存储器和收发器。可为身体控制单元、身体网关或汇聚器，实际可用PDA/智能手机。 l节点数量：受制于网络特性，一般20~50之间 第十二章 12.1 常见的网络安全威胁有哪些？如何进行有效防御？ l网络安全威胁 ☆密码分析攻击 ☆中间人攻击 ☆协议漏洞攻击 ☆洪泛攻击 ☆病毒、木马和蠕虫 防御： l密码编码学 l安全协议 l防火墙 l虚拟专网 l入侵检测系统 12.8 相比无安全机制的路由协议，MANET的安全路由协议有什么特点 lSAODV l对所有路由消息如RREQ/RREP/RERR进行数字签名，确保完整性和真实性。 l节点产生路由消息时用自身私钥产生路由验证消息，其它节点收到该消息，利用发送者公钥验证签名。 lAODV中跳数变化不适合签名，但可采用Hash链机制。 l为保证已有AODV中间节点对RREQ消息的回复(RREP)，SAODV采用双签名，正常签名外，还计算一个到自身的假想RREP消息的签名。 lSAODV两个不足：消息显著增大(相对AODV)；需重量级的非对称加密操作，源节点产生消息需签名，中间和目标节点接收消息需验证签名，双签名机制加大代价。 lSAR l传统路由机制寻求两节点间最短或最优路由，SAR通过信用等级确定可信路由，相对安全路由。 l路由请求的发起节点指定所需安全等级，符合等级的节点将共享对称安全密钥。 l一个分组要想到达目标节点，路由上所有节点必须持有该密钥，中间普通节点无法解密分组，只有持密钥的节点能解读并转发分组。 lSAR可扩展应用到任何路由协议中，如AODV的RREQ和RREP报头中含额外安全等级信息。 lCONFIDANT l恶意节点与其它节点偏移来实现路由安全，使恶意行为不再具有吸引力，基于选择性利他和功利主义。 l节点间信任关系通过经验、观察和其它节点对其信息的转发来确定。 l协议设计基于DSR(动态源路由)，包括如下部分。 lWatchdog和Pathrater l这两项技术可改善MANET出现节点同意转发但未转发时的吞吐量，可基于节点的动态行为分类节点。 lWatchdog监测节点行为，Pathrater根据Watchdog监测的结果协助路由选择。 l出现模糊冲突、接收者冲突、有限传输能力、虚假恶意行为、冲突、部分丢弃等情况下，Watchdog可能检测不出节点的恶意行为。 lSprite l针对MANET中激励自私节点间的协作，已有方案如虚拟货币建议节点上配备防篡改硬件，对能量和计算能力有限的MANET节点并不合适。 l有研究提出一个简单、防欺骗、基于信用系统的Sprite方案，以激励自私节点间的协作。 l需使用基于因特网的信用服务机构，但对MANET而言不是很有效——临时组网和车载环境。 lTWOACK l为激励MANET中节点协作，有研究提出网络层基于确认的方案，即TWOACK和S-TWOACK，其能很容易地扩展至源路由中。 lTWOACK检测行为不端节点并使用通知路由协议，以避免在以后的路由中选择该不端节点。
MOST
监测：监测邻节点的通信；
信任管理：计算和存储其它节点信任信息；
评价：根据与其它节点的交互结果和其它节点推荐进行评价，并与其它友好节点交换信息；
路由管理：根据质量等级重新排序路径，删除恶意节点路径，处理恶意节点发出的路由请求，处理路由发现时找到的恶意节点。