无线网络技术
第一章
一、
1、网络体系结构是分层和协议的集合。
2、1971年, 第一个无线局域网络 (WLAN) 标准ALOHAnet的出现标志无线网络正式诞生。
3、Internet中采用的交换技术是分组交换。
二、
1、阐述计算机网络的发展阶段及标志。
第一阶段：诞生阶段
分散的多个终端 通过通信线路连接到一台中心计算机
以单个计 算机为中心的远程联机系统
以==传输信息==为目的，实现远程信息处理或进一步资源共享。
第二阶段：形成阶段
现代意义的计算机网络形成
主机间由IMP转接后互连
提出==资源子网==和==通信子网==的概念，以==通信子网为核心==
采用==分组交换技术==，出现了==“协议”== ，但无统一标准
以==资源共享==为目的
第三阶段：互联互通阶段
具有统一的 ==网络体系结构====并遵循国际标准==
典型代表：==七层ISO-OSI/RM模型和五层TCP/IP模型==
第四阶段：高速网络技术阶段
发展为以==Internet==为代表的互联网
2、阐述OSI参考模型和TCP/IP参考模型的异同点。
OSI模型：开放式通信系统互联参考模型，法定标 准，无人遵守。
TCP/IP模型：事实标准，全球遵守
共同点：
OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念。
不同点：
OSI采用的七层模型，而TCP/IP是四层结构。
OSI参考模型每一层的功能都很详尽，而TCP/IP参考模型的网 络接口层实际上并没有真正的定义。
OSI模型是在协议开发前设计的，具有通用性。而TCP/IP不具通用性。
提供无连接/面向连接的通信范围不同
3、分别阐述无线网络根据覆盖范围以及应用的分类。
从无线网络覆盖范围看：系统内部互连/无线个域网 无线局域网 无线城域网/广域网
从无线网络的应用角度看：无线传感器网络、无线Mesh网络、无线穿戴网络、无线体域网，无线车载自组织网等，这些网络一般是基于已有的无线网络技术，针对具体的应用而构建的无线网络
4、阐述无线网络的协议模型有哪些特点。
1）不同类型的无线网络所重点关注的协议层次是不 一样的。
2）无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存 在路由的问题，所以它们没有专门制定网络层的 协议，主要采用传统的网络层的IP协议。
3）无线传感器网络、Ad Hoc网络以及无线Mesh网 络的路由问题也是协议制定的主要组成部分。
4）无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，MAC层（数据链路层子层） 协议是所有无线网络协议的重点。
5）无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层 协议也是一个重点。
6） 对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经小心地作了优化，而优化的基础是一些假设条件对于 有线网络是成立的，但对于无线网络却并不成立。
7）传输层拥塞控制算法需要考虑无线链路特点（决定超时由拥塞或丢包引起），以减少网络负载。
8）应用层的协议并不是无线网络的重点，只要支持传统的应用层协议就可以了，当然对于一些特殊的网络和特殊应用，可对其进行一定规范化，如：无线个域网的蓝牙协议。
第二章
1、简述天线增益概念及其公式。
天线增益是指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。其公式为
2、说明直线传输系统中损伤的主要类型。
直线传输系统中的损伤主要有衰减和衰减失真、自由空间损耗、噪声、大气吸收、多径和折射
3、简述多径传播的类型和发生条件。
在移动环境下:障碍物的相对位置随时间发生变化，造成复杂的传输效果一一多径传播
反射(R)、散射(S)和衍射(D)
4、简述数据、信号、传输各自的模拟与数字区别。
模拟数据：用连续变化的物理量表示信息的数据，例如声音、图像等。
数字数据：用离散变化的物理量表示信息的数据，例如二进制数、文字等。
模拟信号：模拟信号是一个连续变化的电磁波，根据它的频率可以在多种类型的媒体上传播。如铜线媒体、 光纤、无线空间
数字信号：数字信号是一个电压脉冲序列，这些电压脉冲可 以在铜线媒体上传输，不适宜直接在无线媒介中 传播。
模拟传输(analog transmission)是传输模拟信号 的方法，它不考虑信号的内容。
数字传输(digital transmission)与信号的内容有关。
5、简述直接序列扩频技术的基本原理。
直接序列扩频技术的基本原理是利用具有高码率的扩频码序列在发送端与扩展信号的频谱，而在接收端，用相同的扩频码序列进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。
1、将两个数字信号加到一起得到第三个实际传输比特流
2、第一个信号是信息信号
3、第二个信号是由随机序列产生器产生的随机比特流
4、第三个比特流的速率与第二个信号相同;
5、每个比特由扩展码的多个比特表示
6、扩展码信号占更宽的频率
扩展与所用的比特成比例
10比特扩展码将信号扩展到10倍宽的频道
6、说明多路复用技术的主要类型和其工作原理。
频分多路复用
每个数据信号被调制到具有不同频率的载波上，所有的信号在一个信道上同时传送。
时分多路复用
以时间作为分割信号的依据。它利用每个信号在时间上交叉，可在一个传输通路上传输多个数字信号(或运载数字数据的模拟信号).
CDMA的特点
每个站使用整个频段发送信号
多个站的信号可以线性叠加
利用编码技术分离并发的传输
码片序列的正交特性:任何两个不同的码片序列S和T的归一化内积为0
CDMA的关键
接收端能提取出期望的信号，同时拒绝所有其他的信号，并把这些信号当作噪声。
第三章
1、简述无线局域网分布式系统的概念和作用。
无线局域网分布式系统是一个通过多个无线接入点进行联网和通信的系统，其主要作用包括：
- 扩大无线覆盖范围：通过多个接入点联合起来，可以实现无缝切换，从而扩大无线覆盖范围。
- 提高网络可靠性和可用性：建立冗余的无线接入点，保证网络的稳定性和高可靠性。
- 提高网络传输速率和带宽利用率：实现负载均衡和带宽聚合，从而提高网络传输速率和带宽利用效率。
- 降低网络管理成本：通过统一管理和控制，减少网络管理人员的工作量和成本，提高管理效率。 无线局域网分布式系统具有重要的应用价值和意义，可以满足不同用户的网络需求。
2、IEEE 802.11定义了哪几种服务？并作简单介绍。
IEEE 802.11标准中定义了九种服务，三种用来移动数据，其余六种是管理操作。 与WLAN体系结构和工作原理密切相关的服务主要有两种类型:STA服务和分布式系统服务，这两种服务均由MAC层使用。 1） STA服务(SS) 由STA提供的服务被称为STA服务，存在于每个STA 和AP中 2） 分布式系统服务(DSS) 由DS提供的服务被称为分布式系统服务。在WLAN 中，DSS通常由AP提供
3、无线局域网AP承担哪几类角色？各自具有什么功能？
(1)作为接入点，完成其他非AP的站对分布式系统的接入访问和同一BSS中的不同站间的通信联结。 (2)作为无线网络和分布式系统的桥接点完成无线局域网与分布式系统间的桥接功能。 (3)作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理
附
BSA和BSS区别
- BSA (Basic Service Area)：基本服务区域。BSA 是指无线局域网中一个无线接入点（Access Point）的覆盖范围。它表示了一个无线接入点提供的无线信号的有效传输范围。
- BSS (Basic Service Set)：基本服务集。BSS 表示无线局域网中的一个基本无线网络系统，由一个或多个无线终端（STA，Station）和一个无线接入点（AP，Access Point）组成。在 BSS 中，所有的终端设备都连接到同一个无线接入点，并共享相同的无线信道和网络资源。
简单来说，BSA 是指一个无线接入点的覆盖范围，而 BSS 是指一个无线局域网的基本网络单元，包括无线接入点和连接到该接入点的终端设备。
4、说明IEEE 802.11 a/b/g/n物理层技术的区别。
物理层 ①IEEE 802.11a 1）采用OFDM (正交频分多路复用) 技术 2）工作频段是5GHz的ISM 3）数据速率为54Mbps 4）采用了54个频率48个用于数据4个用于同步控制 ②IEEE 802.11b 1）采用HR-DSSS(高速率直接序列扩频)技术 2）工作频段是2.4GHz 3）数据速率为1、2、5.5Mbps/11Mbps覆盖范围是11a的7倍 ③IEEE 802.11g 1）采用OFDM(正交频分多路复用) 技术 2）工作频段是2.4GHz 3）数据速率最大为54Mbps ④IEEE 802.11n 1）工作于2.4GHz，5GHZ ·2）要求物理层数据率达到200Mbps 3） 关键技术: MIMO，OFDM
| 标准 | 工作频率 | 数据速率 | 关键技术 |
|---|---|---|---|
| 802.11a | 5 GHz | 54 Mbps | OFDM |
| 802.11b | 2.4 GHz | 1, 2, 5.5 Mbps / 11 Mbps | HR-DSSS |
| 802.11g | 2.4 GHz | 最大54 Mbps | OFDM |
| 802.11n | 2.4 GHz, 5 GHz | 最高200 Mbps | MIMO, OFDM |
附
ISM（Industrial, Scientific, and Medical）
是指工业、科学和医疗领域中使用的频率范围。根据国际电信联盟（ITU）的规定，ISM频率范围分布在几个不同的频段，其中最常用的范围如下：
915 MHz：在美洲地区，特别是北美地区，915 MHz是一个常用的ISM频段，在无线通信和无线传感器网络中得到广泛应用。
2.4 GHz：这是最常见和广泛使用的ISM频段之一。它被用于许多无线技术，如==Wi-Fi、蓝牙、无线键鼠==等。
5.8 GHz：5.8 GHz频段也是常用的ISM频段之一，它在无线通信和工业应用中得到广泛应用。 这些频段的特点是可以自由使用，无需特别的许可或付费。
ISM频段适用于许多不同的无线应用，包括无线通信、数据传输、传感器网络、遥控和自动化等。不同国家或地区对ISM频段的使用规定可能会有所不同，因此在具体应用中，还需要了解当地的频段分配和规范。
5、IEEE 802.11 MAC层提供哪两类接入控制？两者区别是什么？
IEEE 802.11 MAC层提供了两种接入控制方式：分布式协调功能（Distributed Coordination Function，DCF）和点协调功能（Point Coordination Function，PCF）。 1）利用一个简单的载波监听多点接入CSMA 算法：如果一个站点有一个MAC帧要发送，它监 听媒体。如果媒体空闲，站点可以发送，否则， 该站点必须等到当前发送已完成才能发送。 为确保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相当于优先级模式的时延，用帧间间隔IFS 实现。 2）PCF是一个在DFC之上实现的替代接入方式。该操 作由中央轮询主机(点协调者)的轮询组成。 ==点协调者在发布轮询时使用PIFS。由于PIFS小于 DIFS，点协调者能获得媒体，并在发布轮询及接收响应期间，锁住所有的非同步通信==。
| 接入控制模式 | 分布式协调功能（DCF） | 点坐标协调功能（PCF） |
|---|---|---|
| 工作方式 | 基于CSMA/CA，使用碰撞避免和退避机制 | 基于协调器，集中控制设备的接入和传输 |
| 接入机制 | 碰撞避免和退避机制 | 分配时间槽，设备在时间槽中发送和接收数据 |
| 异构网络支持 | 支持异构网络，能够与其他网络设备共享信道 | 有限支持异构网络，需要协调器对不同设备进行时间槽分配 |
| 优先级控制 | 无明确优先级控制，设备平等竞争信道资源 | 协调器可以为高优先级设备提供更多的时间槽，提供更可靠的服务 |
| 灵活性与复杂度 | 较高的灵活性和自由度，但可能导致信道冲突和较低效率 | 较高的灵活性和可控性，但需要在网络中设置和配置一个协调器设备 |
| 适用场景 | 适用于大多数无线局域网环境 | 适用于需要精确控制和高可靠性传输的应用场景，如音频/视频流传输或时间敏感的应用 |
6、说明IEEE 802.11如何解决隐藏节点问题。
用RTS/CTS解决隐藏节点问题 接收端侦听RTS，等待足够长时间，被请求的站点以CTS响应 各发送端侦听CTS，等待足够长时间 侦听到RTS说明发送者在附近 侦听到CTS 说明接收者在附近
7、简述IEEE 802.11CSMA/CA算法过程。
1)载波侦听(CSMA) 如果介质为空，则节点传输帧; 如果介质为忙，则等待直到当前传输完全结束 上述规则并不总是适合 (如: RTS/CTS) 2)冲突避免 (Collision Avoidance) 随机后退算法 优先级确认协议 过程： 1）当空闲时间≥ IFS，立即传输口当介质忙，延迟直到当前传输结束 + IFS时间 2）开始随机后退过程 3）选择一个随机数(0,Cwindow) 使用侦听确定每个时间槽是否有活动 如果没有活动则减少 backoff时间 4)后退过程中介质为忙时挂起backoff过程口在当前帧传输结束后恢复后退过程
8、IEEE 802.11提供哪几种帧间隔？各自具有什么作用
1）SIFS 优先级：最高优先级 应用：ACK、CTS、轮询响应
2）PIFS=SIFS+1 优先级：中等优先级 应用：使用PCF时限服务
3）DIFS=SIFS+2 优先级：最低优先级 应用：异步数据服务
| 名称 | 优先级 | 应用 |
|---|---|---|
| SIFS | 最高优先级 | ACK、CTS、轮询响应 |
| PIFS | 中等优先级 | 使用PCF时限服务 |
| DIFS | 最低优先级 | 异步数据服务 |
第四章
1、简述蓝牙系统的核心规范和概要规范。
1）核心规范：描述了从无线 电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构 的细节。 2）概要规范：考虑使用蓝 牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型。分为强制、可选和不适用。可划分为电缆替代或无线音频。
2、简述并比较蓝牙基带规范的两种物理链路。
SCO链路 1）主要用于音频/视频传输 2）M和S之间具有固定带宽的点-点连接 3)M为S预留2个连续时间槽传送实时数据 4）M可同时支持3个SCO 5）每个S可有2~3个SCO 6）全双工通信
ACL链路 1） 主要用于Best-effort的数据传输服务 2） M和S之间的点-点/点-多点 (广播)连接 3） 在没有预留给SCO的时间槽传送无时间规律的分组 4） 每个S节点只有1条ACL 5） 半双工通信 SCO链路主要被用在交换需要保证数据率而不需要保证传送的限时数据
| 物理链路 | SCO链路 | ACL链路 |
|---|---|---|
| 主要应用 | 音频/视频传输 | 数据传输（Best-effort） |
| 连接类型 | M（主）和S（从）之间的点对点连接 | M和S之间的点对点/点对多点（广播）连接 |
| 预留时间槽 | M为S预留2个连续时间槽传送实时数据 | 不预留时间槽，传输无时间规律的分组 |
| 最大支持数量 | M可同时支持3个SCO | 每个S节点只有1条ACL |
| 通信类型 | 全双工通信 | 半双工通信 |
3、简述蓝牙设备从待机到连接状态以及低功耗连接状态的建立过程。
- 寻呼（Page）：主站（Master）通过在指定时间段内发送寻呼命令（page）来尝试与某个特定的从站（Slave）建立连接。寻呼命令包含目标从站的蓝牙地址和所需的其他信息。
- 寻呼扫描（Page Scan）：目标从站在一段时间内进行寻呼扫描，以便监听并响应主站的寻呼命令。
- 主站响应（Master Response）：如果目标从站收到寻呼命令且符合主站的要求，它将向主站发送主站响应，表示它已准备好与主站建立连接。
- 从站响应（Slave Response）：主站收到目标从站的主站响应后，将向目标从站发送从站响应，确认连接的建立。
- 查询（Inquiry）：对于没有蓝牙地址或未知蓝牙地址的设备，可以进行查询来寻找附近的蓝牙设备。查询命令包含有关查询的参数和持续时间。
- 查询扫描（Inquiry Scan）：其他设备在一段时间内进行查询扫描，以便监听并响应查询命令。
- 查询响应（Inquiry Response）：如果设备接收到查询命令并符合设备的要求，它将向主设备发送查询响应，表示它可以参与进一步的连接。
从"待机"到"连接"状态的建立过程： 1.）设备需要在蓝牙频段上进行广播，以让其他设备知道它的存在。 2） 如果某个设备想要连接该设备，则它会向该设备发起连接请求。 3.）如果该设备接受请求，它将发送连接响应，并在连接过程中尝试协商一些参数，例如加密设置和连接超时时间。 4.）一旦连接建立，两个设备就可以开始交换数据。 低功耗连接状态的建立过程如下： 1） 设备在被动扫描模式下监听来自主设备的广播消息。 2.）主设备发现了要连接的被动设备并发送了连接请求。 3） 被动设备接受连接请求并发送连接响应。 4）主设备和被动设备之间建立了一个连接，同时连接时的功耗比传统模式下要低很多。 在低功耗连接状态下，设备通常会采取一些措施来延长电池寿命，例如将蓝牙设备置于低功耗模式，降低广播频率或在可行的情况下使用节电模式的无线电。
4、 简述Zigbee网络对等网络的形成过程。
zigbee应用802.15.4标准，属于无线个域网（WPAN）
Zigbee网络采用了对等网络的形式进行组网，即每个节点既可以是中心节点，又可以是从节点，节点之间通过协调器进行通信和管理。 在Zigbee网络中，由于每个节点都具有路由功能，可以通过其他节点进行中继，因此形成了一个分布式的网络结构。节点之间可以随时加入或离开，从而实现了弹性的网络拓扑结构。这样的分布式网络结构具有较高的灵活性和可靠性，适用于低功耗和低带宽的物联网应用场景。
对等网络的建立过程：
- 每个设备都能够与其无线传输范围内的任何其他设备进行通信。
- 选择一个设备作为个人局域网协调器（PAN Coordinator）。
- 通过选择一个未使用的个人局域网标识符并向邻近设备广播信标帧来形成第一个簇。
- 接收到信标帧的候选设备可以向个人局域网协调器请求加入网络。
- 如果个人局域网协调器允许设备加入，它将在其邻居列表中将新设备作为子设备添加。
- 新加入的设备将个人局域网协调器作为其邻居列表中的父设备，并开始周期性地发送信标帧。
- 其他候选设备可以加入该设备的网络。
- 一旦满足预定的应用程序或网络要求，第一个个人局域网协调器可以指示某个设备成为相邻第一个集群的个人局域网协调器。
- 其他设备逐渐连接并形成多集群网络结构。
5、 简述IEEE 802.15.4 信标使能模式下CSMA/CA的接入流程。
- 信标启用的个人局域网使用 Slotted CSMA-CA 机制。
- 后退槽与信标传输的开始对齐。
- 设备确定下一个后退槽的边界，并等待一定数量的随机后退槽。
- 如果信道被占用，则设备在随机后退槽数量之后等待另一段随机后退槽数量。
- 如果连续两个后退槽中信道空闲，设备开始在下一个可用的后退槽边界上发送数据。
IEEE 802.15.4中的信标使能模式下CSMA/CA的接入流程如下：
1）等待收到信标帧。 2）接收到信标帧后，等待指定时间后开始发送数据帧（重传的数据帧除外）。 3) 在指定时间内，首先进行CCA操作，判断信道是否空闲。 4) 如果信道空闲，则立即发送数据帧。 5）如果信道忙碌，则等待一段随机时间后返回步骤3）重新进行CCA操作。 6）如果在指定等待时间内，CCA操作均失败，则放弃当前数据帧的发送，开始退避过程。 7）退避过程中，等待一段随机时间后返回步骤3)重新进行CCA操作，并逐渐增加等待时间（指数退避）。 8）如果重传次数达到最大值，则放弃当前数据帧的发送。
6、简述IEEE 802.15.4 的超帧结构及各部分作用。
- 网络信标（Network Beacon）：由网络协调器传输的信标，包含网络信息、帧结构以及挂起节点消息的通知。网络信标用于同步网络设备的时间，并提供有关网络的基本信息。
2)信标扩展期间（Beacon Extension Period）：用于保留由于挂起节点消息导致的信标增长。信标扩展期间是为了应对节点消息增加导致的信标长度增加而预留的时间段。
竞争期间（Contention Period）：由任何节点在此期间使用CSMA-CA进行访问。在竞争期间，节点通过载波监听和随机退避的方式进行信道访问，以避免冲突和碰撞。
保障时隙（Guaranteed Time Slot）：保留给需要保障带宽的节点使用。保障时隙是为了满足特定节点对于保证性带宽需求而预留的时隙。在保障时隙中，节点可以得到可靠和保证的传输带宽。
第五章
1、简述IEEE 802.16物理层在不同频段采用的调制方式及其原因。
10-66 GHz频谱的物理层：在这个非常高的频率范围内，对于所有的实际应用，射频传播要求在发射机和接收机之间存在视距传播。在这样的限制条件下，没有必要考虑使用复杂技术(如OFDM技术)来克服发生在没有视距环境下的多径影响，因此工作组为这些接口选用了简单的单载波调制(singleCarrier SC)技术
2-11 GHz频谱的物理层
与高达66GHz的极高频(EHF)范围相比，在2~11GHZ范围内，不同的传播特性要求空中接口非视距环境下能够适应大量的多径传播的影响,IEEE 802.16物理层采用BPSK、QPSK和16-QAM等调制方式
2、简述IEEE 802.16 MAC层各子层及其功能。
MAC层包括与高层实体接口的特定服务会聚子层(Convergence Sublayer，CS)，完成MAC层核心功能的公共部分子层(Common Part Sublayer，CPS)，以及安全子层(Security Sublayer)。
1）特定服务会聚子层
负责接收高层协议数据单元PDU，并将接收的PDU映射到MAC层连接上。主要功能有:
接收高层协议数据单元PDU
对PDU分类 (核心功能
基于分类对高层PDU进行处理将CSPDU传递给正确的MAC服务接入点SAP从对等层接收CSPDU
定义了两种会聚子层:
ATM会聚子层:支持基于ATM连接的各类；DU分组会聚子层:映射类似IPv4、以太网的分组业务DU
2）公共部分子层
实现MAC层的所有核心功能，包括MACPDU构建与传送、网络的进入与初始化、带宽分配、连接建立和连接维护、竞争解决算法的实现、服务流管理各种链路自适应技术的实现。
3）安全子层
提供鉴权、安全密钥交换和加密功能。对SS和BS之间的连接进行加密。对网络中的服务流加密。
3、简述IEEE 802.16 MAC层服务类别及各自特点。
服务类别代表了MAC调度器所支持的数据处理机制每条连接都与一个数据服务相联系。每个数据服务都有一组与之相关联的QoS参数，这些参数对该服务的行为进行了量化规定。分以下四种:
1）主动授予服务(Unsolicited Grant Service，UGS)
是周期性、定长分组的固定比特率(CBR)服务流。
UGS是BS实时地、周期地向携带该业务的连接提供固定带宽分配，以减少SS请求开销，保证满足业务流的实时需求。
关键QoS:主动授予大小，推荐授予间隔等
2）实时查询服务(Real-time Polling Service，RTPS)
RTPS是周期性、变长分组的实时变化比特率服务流。
BS向携带该业务的RTPS连接提供实时的、周期的单播轮询，使BS按需动态分配带宽。
关键QoS:建议轮询间隔，最小预留业务速率等
3）非实时查询服务(Non-Real-Time Polling ServiceNRTPS)
NRTPS是非周期性、变长分组的非实时变比特率服务流。
该连接使用非周期性的单播轮询或竞争模式的带宽请求。
关键QoS:建议轮询间隔，最小预留业务速率，业务优先级等
4）尽力而为(Best Effort，BE)
特点是不提供完整的可靠性，通常执行一些错误控制和有限重传机制，其稳定性由高层协议来保证典型的BE服务是Intermet网页浏览服务。该连接使用非周期性的单播轮询或竞争模式的带宽请求。
关键QoS:最小预留业务速率，业务优先级等
4、简述IEEE 802.16链路自适应技术主要思想。
链路自适应技术的基本思想是，在当前的信道条件下，通过对某些传输参数的适配，让链路尽可能高效地运行。
为了维持通信连接，甚至需要对链路质量做出“让，通过牺牲带宽来获得传输质量的提高。在大多数使用链路自适应技术的系统中，这种“让步”就是在链路的“鲁棒性”和带宽的高效性间寻找平衡。
链路自适应技术能够增加链路信息容量，使得系统能够充分利用信道的时变性。
第七章
1、简述MANET信道接入中的隐藏终端和暴露终端问题,并举例解决方法。
1）隐藏终端问题是指在网络中存在两个或多个终端，它们无法彼此检测到对方的存在。这会导致终端之间的干扰和冲突，从而导致数据传输的错误和性能下降。例如，终端A和终端C位于终端B的通信范围内，但A和C彼此不在通信范围内，这就导致了A和C之间的隐藏终端问题。 解决隐藏终端问题的方法包括使用信号传播模型和基于请求发送/清除发送（RTS/CTS）协议。终端可以利用信号传播模型来确定其他终端的存在，根据接收到的信号强度来判断在给定距离内是否有其他终端存在。另外，使用RTS/CTS协议，终端在发送数据之前先发送RTS消息给周围的终端，并接收到CTS消息后才能发送数据，从而避免隐藏终端问题。 2）暴露终端问题是指在网络中存在两个终端，它们可以互相检测到对方的存在，但由于时间或距离等原因，它们对共享资源的访问受到限制。例如，终端A和终端C可以互相检测到对方的存在，但它们对终端B的资源访问受到限制，这就导致了A和C之间的暴露终端问题。 解决暴露终端问题的方法包括使用RTS/CTS协议和信道监听机制。通过使用RTS/CTS协议，终端发送RTS消息给周围的终端，收到CTS消息后才能发送数据，这样其他终端就知道数据传输的情况，避免对资源的争用。同时，终端可以通过监听信道来识别其他终端是否正在访问共享资源，并根据监听到的信道状态来决定是否访问资源，从而避免暴露终端问题。
2、简述主动式路由及按需式路由的工作方式,并比较其优缺点。
1）主动式路由的工作方式：节点定期更新和维护路由表，以便在需要传输数据时能够直接使用已知路由进行传输。
主动式路由的优点： 实时性好，可以立即进行数据传输。
适用于频繁通信和稳定拓扑的场景。 主动式路由的缺点：
资源消耗大，需要周期性地更新和维护路由表。 不适用于大规模网络。
2）按需式路由的工作方式：节点在需要传输数据时动态选择和维护路由，通过路由请求消息寻找目标节点的路由。
按需式路由的优点： 节省资源，只在需要传输数据时计算和维护路由。
适用于大规模网络和动态拓扑的场景。 按需式路由的缺点：
延迟较高，需要选择和建立路由。 增加了路由请求的开销。
3、阐述MANET中路由无穷计算问题及解决办法。
无穷计算问题问题：当网络中存在断开的节点，无法到达目标节点时，节点通过邻居节点估计到目标节点的跳数。但由于信息传播延迟，节点可能错误地将无法到达的节点的距离估计为无限大，从而导致无限计算问题。当网络中存在多个相同跳数的路径时，节点可能陷入循环，无法选择正确的路径。
解决路由无穷计算问题方法： 限制跳数：为避免无穷计算问题，可设置跳数的最大值，防止节点将无法到达的节点距离估计为无限大。常见的做法是限制跳数范围，如设置上限，避免计算出错误的跳数。 路由分割和划分：可将路由分成多个子网，每个子网内的路径具有相同的跳数，但不同子网之间的跳数不同。这样可以避免节点陷入无限循环，确保选择不同的路径避免产生环路。 倒计时机制：使用倒计时机制优化路由选择，设定时间限制，若在规定时间内没有收到更好的路由信息，则选择当前的最优路径。倒计时机制可以防止路由无穷计算问题发生，促使节点尽快做出路由选择。 路由拓扑控制：通过动态调整路由拓扑，可以减少环路的出现。使用拓扑控制技术，如链路状态反馈、拓扑更新策略等，能有效解决路由无穷计算问题。
4、阐述MANET中RREP风暴问题及解决办法。
RREP风暴问题是指在路由请求（RREQ）的应答（RREP）阶段，当网络中节点数量较多或通信需求频繁时，可能出现大量的RREP消息洪泛，导致网络拥塞和资源浪费。 解决办法： 1） RREP抑制计数：节点在发送RREP消息时，可以设置一个计数器来记录已发送的RREP消息数量。当计数器达到阈值时，节点停止向其他节点发送RREP消息，避免造成洪泛。 2）延迟发送：节点可以随机延迟一段时间后再发送RREP消息，以避免同时发送大量的RREP消息，减少网络拥塞和资源浪费。 3）路由缓存管理：节点在收到RREP消息后，可以对路由缓存进行管理，避免==重复的RREP消息==被存储和转发，降低洪泛的影响。 4）基于反馈的路由选择：节点通过获取邻居节点的状态或反馈信息来选择合适的路由，避免广泛传播RREQ消息，从而减少RREP风暴问题的发生。
5、阐述MANET中路由波动问题及解决办法。
路由波动问题是指网络中节点的移动性和连接性的变化导致路由信息频繁变化的情况。这会导致网络中的路由表频繁更新和变动，影响数据传输的稳定性和网络性能。 解决办法： 1）快速适应路由协议：选择适应网络变化的路由协议，能够快速调整和更新路由信息，以适应节点的移动和链路质量的变化，保持网络的稳定和性能。 2）稳定性控制策略：通过采用稳定性控制策略，限制路由信息的频繁变化，减少不必要的路由更新，例如设置合适的更新阈值和更新间隔。 3.）拓扑控制机制：采用拓扑控制机制来稳定网络拓扑，减少路由波动。例如，使用链路状态反馈机制，根据邻居节点的信息更新路由表，只在必要时进行路由更新。 4）路由质量评估：采用路由质量评估机制，综合考虑链路质量、节点移动性、网络拥塞等因素，动态选择稳定可靠的路由，减少路由波动对网络性能的影响。
6、简述功率控制对MANET性能的影响。
功率控制对MANET性能影响： 1） 传输距离控制：通过调整发送功率，可以控制节点的传输距离。适当降低功率可以缩小传输范围，减少节点之间的干扰和冲突，提高网络容量和吞吐量。同时，减小传输范围还可以减少能量消耗，延长节点的电池寿命。 2） 网络性能优化：功率控制可优化网络性能和质量。在MANET中，节点之间的连接质量受到距离、信噪比和干扰等因素的影响。通过适当调整功率，可以优化信号质量，最大程度地减少比特错误率和丢包率，并提高网络的数据传输效率和可靠性。 3）节点密度和拓扑控制：功率控制还能够影响节点密度和网络拓扑结构。通过调整发送功率，可以控制节点之间的距离和通信范围，从而影响网络的覆盖范围和密度。适当的节点密度和拓扑结构有助于减少干扰和冲突，提高网络的稳定性和性能。 4） 能量消耗平衡：功率控制也可以帮助实现节点能量的均衡消耗。通过调整发送功率，可以根据节点的位置和通信需求，将能量更加集中于通信范围内的节点，减少能量在不必要的距离上的浪费。
7、简述MANET中QOS折中原理。
Ad Hoc动态环境下提供QoS是非常困难的。 为移动Ad Hoc网络提供QoS的两个折中原 理是：软QoS和QoS自适应。 1）软QoS 通过在总的连接时间内的总的未满足时间之比来量化 QOS满足等级，并使得这个比率不高于某个门限值。 2）QoS自适应 允许在一个预留指定范围内，随着有效资源的变化， 重新调整资源分配。 —物理层通过自适应提高或降低发射功率来跟踪传 输质量变化。 —链路层自动对链路差错率变法做出反应，包括使 用自动重传，自适应误码纠错机制等。 —网络层自动对网络的有效带宽和时延做出反应 处理方法 1．从单一网络层次上支持QoS 按照层次化观点讨论移动Ad Hoc网络提供 QoS的问题。首先从物理层开始，然后到应用层。 2．层间处理法 除了在单一网络层上研究QoS支持以外，现在已经做了一些努力引导设计和实现移动 Ad Hoc网络的层与层之间的QoS框架体系
8、简述MANET最大努力地址分配方法。
1)负责地址分配节点尽其所知分配给新节点空闲地址。 2)当多个新节点几乎同时加入，容易发生地址冲突。 3)新节点采用地址冲突检测保证地址空闲。 4)考虑了分割和合并问题
第八章
1、简述无线传感器网络的网络结构及各自功能。
无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点 1）传感器节点:大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,通过自组织方式构成网。 2）汇聚节点:传感器节点监测的数据逐跳传输至汇聚节点，在传输过程中数据可能被多个节点处理，最后通过互联网或卫星到达管理节点。 3）管理节点:用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理发布监测任务以及收集监测数据。
2、简述无线传感器网络MAC层能量浪费的主要原因及应对方法。
1）如果MAC协议采用竞争方式使用共享无线信道，可能会引起多个节点之间发送的数据产生碰撞，导致重传消耗节点更多的能量。 2）节点接收并处理不必要的数据 3）节点在不需要发送数据时一直保持对无线信道的空闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据。过度的空闲侦听或者没必要的空闲侦听同样会造成节点能量的浪费。 4）在控制节点之间的信道分配时，如果控制消息过多，也会消耗较多的网络能量。
3、简述定向扩散路由协议路径加强的过程。
1）加强路径指沿着一条特定的路径更新某个节点的interest 2）对于监测到某个时间的节点 3）应该更频繁地报告数据一(只要增加该路径的梯度)
过程如下： 源节点和目标节点之间的中间节点会向源节点发送确认信息，表示它们已成功接收到数据。源节点收到确认信息后，会将中间节点添加到路径中，并继续向目标节点发送数据。通过这种方式，路径逐渐加强，中间节点的数量增加，从而提高整个通信路径的可靠性和稳定性。
4、阐述无线传感器网络拓扑控制与优化的意义。
网络的拓扑结构控制与优化的意义 1）影响整个网络的生存时间 2）利用功率控制技术减小节点间干扰，提高通信效率 3）通过确定转发节点和邻居关系为路由协议提供基础 4）通过数据融合节点的选择影响数据融合。 5）弥补节点失效的影响。
5、简述LEACH算法的工作原理。
LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种无线传感器网络中常用的能量高效的聚簇协议。它的设计目标是延长无线传感器网络的生命周期，通过减少能量消耗来提高网络的能效性能。 过程如下：
- 簇头选择：LEACH中的传感器节点根据概率模型选择成为簇头节点。每个节点在每个轮次开始时，以一定的概率决定是否成为簇头节点，概率值根据节点剩余能量和全网平均能量来计算。概率较高的节点更有可能成为簇头节点。
- 簇形成：选定为簇头的节点将广播消息给其他节点，邀请它们加入簇。节点根据接收到的广播消息和与簇头节点的距离来选择加入哪个簇。
- 数据传输：在每个簇中，簇头节点负责收集、整合和聚合其他节点的数据。簇头节点利用无线通信将聚合后的数据传输给基站或下一级簇头节点。
- 能量平衡：为了均衡网络中各个节点的能量消耗，LEACH采用了轮换机制。每个轮次结束后，簇头节点将自己的状态设置为非簇头节点，并在下一个轮次重新选择簇头节点。这样可以使所有节点有机会成为簇头节点，分摊能量消耗。
- 节能优化：LEACH还采用了一些节能优化策略。例如，使用簇内数据聚合和压缩技术来减少数据传输量，使用空闲期间睡眠等待以降低节点的能量消耗。 通过以上的机制和策略，LEACH协议实现了无线传感器网络中的分簇和数据聚合，以降低能量消耗并延长网络的生命周期。它通过动态选择簇头节点和轮换机制，实现了能量在节点之间的均衡分配，从而提高了整个网络的能效性能。
6、简述DV-hop算法的工作原理。
DV-HOP定位算法具有方法简单，定位精度较高的特点，它是利用距离矢量路由和GPS定位的思想提出的一系列分布式定位方法之一。 第1阶段:网络中的各信标节点通过典型的距离矢量交换协议向邻居节点广播自身==位置信息分组==，使得网络中的所有节点获得距信标节点的最小跳数信息。 第2阶段:每个信标节点利用其它信标节点的位置信息和相隔最小跳数来计算==平均每跳距离==并将其作为一个校正值广播至网络。当接收到校正值后，==节点根据跳数计算与信标节点之间的距离==。 第3阶段:当未知节点获得与3个或更多参考节点的距离时，根据三边测量法或极大似然估计法来计算未知节点的位置。
7、无线Mesh网络与移动Ad Hoc网的主要区别。
1）WMN由无线路由器构成的无线骨千网组成。该无线骨干网提供了大范围的信号覆盖与节点连接。移动Ad Hoc网络的节点都兼有独立路由和主机功能，节点地位平等，接通性是依赖端节点的平等合作实现的，健壮性比WMN差 2）WMN节点移动性低于移动Ad Hoc网络中的节点，所以WMN注重的是“无线”，而移动Ad Hoc网络更强调的是“移动”从网络结构来看，WMN多为静态或弱移动的拓扑，而移动Ad Hoc网络多为随意移动(包括高速移动)的网络拓扑。 3）WMN与移动Ad Hoc网络的业务模式不同，前者节点的主要业务是来往于因特网的业务,后者节点的主要业务是任意一对节点之间的业务流。 4）从应用来看，WMN主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入，而移动Ad Hoc网络主要用于军事或其他专业通信。
| 特征 | WMN | 移动Ad Hoc网络 |
|---|---|---|
| 组成 | 由无线路由器构成的无线骨干网组成 | 移动节点构成的自组织网络 |
| 节点之间的连接 | 通过无线骨干网提供大范围的信号覆盖和节点连接 | 节点间通过自组织性和协作实现连接 |
| 节点移动性 | 节点移动性较低，网络拓扑多为静态或弱移动的拓扑 | 节点移动性高，网络拓扑可以是随意移动的 |
| 主要业务 | 因特网或宽带多媒体通信业务的接入 | 任意一对节点之间的业务流 |
| 应用领域 | 因特网接入、宽带通信 | 军事通信或其他专业通信 |