无线网络原理知识总结
无线网络原理
- 无线网络传输技术
- WLAN的MAC层关键技术
- WLAN的组建
- IEEE802.11协议
- WLAN的勘测与规划
- WLAN的安装与部署
- 蓝牙技术与组网
- 无线MESH技术
- MANET路由协议
思维导图，提供下载：可在下载资源自行下载
无线网络传输技术
天线
按照方向性分类：全向天线和定向天线
区别：发送的能量相同，聚集电波的方式不同
主要指标：增益、方向图和极化
天线分集技术、波束赋形技术
扩频传输技术
用比信号带宽宽的多的频带宽带来传输信息的技术
一般扩频通信系统进行三次调制和相应的解调：信息调制、扩频调制和射频调制
DSSS直接序列扩频技术
用高码率的扩频序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行调制，还原出原始的信息。
优点：抗干扰能力强，抗截获能力强，可同频工作，通信速率高
缺点：频道数减少，带宽增大，信息量增大
FHSS跳频扩频技术
用一定的扩频码序列进行选择的多频率频移键控调制，使载波频率不断跳变
编码方式：两相高斯频移键控（2GPSK）、四相高斯频移键控（4GPSK）
FHSS对比DSSS
- DSSS是一个宽带频率技术
- FHSS是一个基于时间的窄宽带频率跳跃技术，用的能量高一些
应用在蓝牙802.11b上是跳频扩频技术
OFDM正交频复用
将信道分成若干个正交子信道，然后将高速数据信号转成并行的低速的子数据流，并调制到每个子信道上进行传输，在接收端采用相关技术，分开正交信号，可以减少子信道之间的相互干扰
MIMO多入多输出
利用多发射、多接收天线进行空间和时间分集，利用多天线来抑制信道衰落
信道估计：导频或训练序列、盲方法辨别信道
时空信号处理：从时间和空间同时进行信号处理，分为时空编码和空间复用
时空编码：分层时空编码、空时格形码、空时分组码和空时频编码
空间复用：通过天线尽可能在空间信道上传输独立的数据
同步：帧同步、载波同步、符号同步
分集：为了克服多路径衰退
MIMO利用时间、频率和空间三种分集技术，有效增加了对噪声、干扰和多级的容忍
MIMO-OFDM相结合的技术，支持更多子载波，可实现20MHz，下单个流达到65Mbps
WLAN的MAC关键技术
共享信道方式
把单信道分配给多个竞争信道的用户使用
静态分配方法、动态分配方法
MAC子层的功能
提供可靠的数据传输、实现共享介质访问的公平控制
分布式协调功能（DCF）：用于竞争服务CSMA/CA
点协调功能（PCF）：用于无竞争服务
CSMA/CD
带有冲突避免的载波监听多路访问，可以检测冲突，但是不能避免
CSMA/CA
带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能经量避免
RTS（Rquest to send）
请求发送
CTS（Clear to send）
清除发送
使用RTS/CTS解决隐藏节点问题
隐藏节点：A和C同时将数据发送给B，使得数据在B处产生冲突，最终导致发送的数据不可用。
解决办法：采用RTS/CTS机制；
- 当发送方发出数据前，先发送出一个RTS包，告知在传输范围内的所有结点不要有任何传输操作
- 如果接收方空闲，则响应一个CTS包，告诉发送方可以发送数据，此CTS也会提示接收方信号传输范围内的其它节点不要有任何传输操作
使用RTS/CTS解决暴露节点问题
当一个节点要发送数据给另一节点时，因邻近节点也正在发送数据，影响了原来节点的数据传送。
解决办法：采用RTS/CTS机制；
- 当一个节点侦听到邻近节点发出来的RTS，但却没有听到相应的CTS，可以判定它本身是一个暴露节点，所以允许发送数据到邻近节点
WLAN的组建
WLAN的组成
WLAN是由站STA、无线介质WM、基站BS或无线接入点AP和分布式系统DS四大部分组成
IEEE802.11协议
802.11加密机制-WEP
802.11安全机制的IEEE标准过程中，加密专家只对WEP算法进行了很少的组内评审，导致WEP遗留了多处漏洞
- 较小的IV空间（IV冲突）
- IP通信中的大量已知报文明文
- IV本身的弱点
- 没有密钥交换/管理机制
- 非常弱的数据完整性检查（CRC32）
- 缺乏重播保护
- 有缺乏的身份验证系统
WEP加密流程
- 使用CRS32计算明文的完整性校验值ICV
- 生存一个IV，并进行密钥的预先选择
- 组合IV和密钥，并使用IRC4生存密钥流
WLAN勘测与规划
WLAN的需求分析
拓扑结构的选择，数据传输速率，接入点安装位置和供电，天线的选择，有线LAN相连接，站点调查，频段与信号的选择，产品的选型和选择
无线网络勘测的准备和内容
确定覆盖区域，并明确覆盖要求
熟悉覆盖区域的平面图
了解组网情况
WLAN的室内覆盖规划原则
- WLAN室内规划一般只考虑在同一楼层区域内通过WLAN方式接入该区域的数据用户
- 楼内不同楼层应该分别考虑进行覆盖计划
- 在规划WLAN网络时，应该首先考虑的是AP与无线终端之间无线信号的有效交互，齐次是接入用户的有效带宽
半径小、并发用户多区域的覆盖规划
- 使用多个AP进行覆盖，此类区域一般有开放式办公区域、大型阶梯教室、大型会议中心
- 确定覆盖范围外，还要保证各用户的有效带宽，故需部署多个AP
- 在部署AP时，应考虑信道划分
WLAN安装部署
WLAN安装部署
漫游主要针对无线移动客户端，实际上就是整个园区无线局域网的部署过程，整个部署过程中部分AP时需要采用有线连接到三层交换机或者中心路由器，边缘AP可以采用无线桥接等其它方式来连接
注意事项
- 设置每个AP管理IP地址为不同的值，避免IP地址冲突。注意设置在同一网段内
- 如果AP运行在AP配置模式下，需要设置相同的SSID，加密方式和验证方式，设置相同的验证密码。
- 相邻的区域的AP设置为不同的频段，且相距5各频段以上，避免相互间干扰，如1，6，11
- 调整AP摆放位置与调节AP发射功率，使相邻AP覆盖范围适当重叠，减少信号盲区
- 局域网只开启一个DHCP服务器
- 无线AP最好采用同品牌同型号同版本的产品，方便实现网络的构建
无线部署-室内覆盖
- AP部署在楼道位置，通过功分器将天线引入宿舍内，注意信道划分
- 适用同一楼层寝室数量较多、各寝室间墙体对信号衰减较小的情况
- AP部署在楼道位置，通过功分器将天线引入宿舍内，注意信道划分
- 适用同一楼层寝室数量较多、各寝室墙体对信号衰减较大的情况
- AP部署在宿舍内，注意信道划分，适用同一楼层寝室数量较多、用户数量较多的情况
蓝牙技术及组网
蓝牙的网络拓扑结构
微微网（Piconet）
类似于802.11b Ad hoc模式。所有蓝牙设备都是对等，以同样的方式工作。
- 有一台为主设备，其它为从设备
- 可以连接7台活跃的设备
- 可以连接200多台不活跃的设备
- 最大1Mbps
- 所有用户均在同一跳频序列同步
创建微微网
-
主设备（Master Unit）
-
某台设备的时钟和跳频序列用于同步其它设备
-
只能是一个微微网的主设备，可以是其它微微网的从设备
-
可实施呼叫和连接建立的过程
-
从设备（Slave Unit）
-
除主设备外的设备，为从设备
-
一个微微网的从设备可以是另一个微微网的主设备
-
连接建立被分配一个临时的3比特成员地址
-
主设备和从设备的角色可以互换，互换后是另一个新的微微网
散射网络==微微互联网
- 相邻或相近的不同的微微网采用不同的跳频序列以避免互相干扰
分布式网络（Scatternet）
由多个独立的微微网组成
- 各微微网由不同的跳频序列来区分
模式
-
呼吸模式（Sniff）
-
该模式下从单元收发信息的周期变长，主单元只在指定的时隙才能发送信息
-
保持模式（Hold）
-
该模式下从单元只有内部时钟在运行，但一旦切换出该模式，从单元能立即开始收发信息。处于该模式时，从单元可以参加别的微微网，所以可以连接几个微微网
-
停靠模式（Park）模式
-
当从单元不参与通信，但仍想保持和跳频信道的同步时，就进入该模式
蓝牙路由机制
蓝牙路由机制是由移动交换中心MSC、固定蓝牙主设备FM、移动终端MT三个功能模块组成
FM：位置固定，为MSC和其它蓝牙设备如MT提供接口
MT：是FM的从设备，FM是MSC的从设备，联网过程中需要注意主从切换
FM到MSC间链路使用修改的基带连接，不使用跳频技术
路由表
MSC路由表包含所有FM和MT的地址
路由表分为两层
路由表更新
- MT进入/离开一个FM微网
- FM被激活/不活动
一个MT可以有多个入口，但是在一个微微网中只有一个入口
无线MESH技术
无线Mesh网状拓扑
没有父子关系，只要在无线发射功率可及范围之内的节点都可以直接通讯，一个节点故障只会影响到与它相关的无线链路，其它链路可以正常通讯
AC无线控制器
管理控制所有的无线接入点
MPP网关节点
网关作用；路由作用
MP路由节点
路由作用
MAP无线接入点和工作站
接入无线网络
MANET网络路由协议
DSDV路由协议（目的序列距离矢量协议）
基于Rellman Ford算法
- 路由表项
目的地址、距离、下一跳、目标节点序列号 - 使用两类更新报文
完全转存（通知全部信息）
递增更新（仅通知更新信息） - 路由表选择依据
序列号或度量值
序号的更新来解决环回现象
序列号相同时，则会采取DV算法来判断是否更新路由
DSDV路由协议优点
- 序列号，区分路由的新旧，消除路由环路，提高算法效率，能够快速反应拓扑变化
- 当路由表发生变化，法广播路由通告
- 为避免路由振荡，延迟了对不稳定路由节点的广播通告
缺点：不能适应快速变化的网络，资源开销可能会被浪费，多数路由信息可能从来未使用，源和目标之间只提供一条不支持单向连接的路由
（a）中节点A和节点B起始路由表
更新后的（b）节点A、节点B和节点C的路由表
AODV路由协议（DSR+DSDV）
- 被动路由协议： AODV（Ad Hoc On-demand Distance Vector），自组织按需距离向量协议
- 路由过程： 路由请求、路由响应和路由维护三个过程 依赖路由请求、路由响应、路由错误、Hello共四类报文
- 各节点维护路由表，分别对不同报文进行处理，维护路由信息的正确有效
AODV路由请求过程
- 首先查看自身路由表，查找去往目标的路由表条目
- 其它节点收到路由请求后，先判断自身是否目标节点
AODV路由响应与维护
- 路由响应
节点收到路由请求后，发现自身为目标节点或自身路由表中有去往目标的有效路由，则产生路由响应，并沿反向路径返回给请求节点 - 路由维护
- 路由中断时，节点先启动本地路由修复，若无效，则向相关邻节点发送路由错误，告知路由中断
- 此外，路由缓存计时器会周期性把超时路由条目从路由表中删除，邻近节点计时器也会周期性广播HELLO报文检测临近节点的连通性，及时清除中断路由
协议特点：
- 基于传统距离向量路由机制，算法简单清晰
- 使用目标序列号防止循环发生，解决了无穷计数问题，易于编程实现
- 支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但可能会有过时路由
- 周期性广播报文，需要消耗一定的能量和网络带宽
A向G发送一个报文过程
DSR动态源路由协议
-
节点维护一个路由快速缓冲区
-
节点发送分组，先查询本地缓冲区确定是否存在可用路由
-
中间节点收到请求后，查询本地缓冲区
-
协议特点
-
仅在需要通信的节点间维护路由，减少路由维护代价
-
路由缓冲可以进一步减少了路由发现的开销
-
路由缓冲使得在一次路由发现过程中，产生多个到达目标的路径
-
支持非对称传输信道模式