資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：通過通信線路連入通信子網終端是用戶訪問網絡的界面網絡操作系統(tǒng)是相對于主機操作系統(tǒng)而言的。接收方使用同一擴頻碼進行擴解。
目錄
3.IEEE 802.11 協議技術標準的MAC子層規(guī)范
功能：
連接終端主機以實現資源共享，即通過有線或無線介質將用戶終端連接成大小不一的網絡，這些終端主機可彼此直接連通，使用戶間的距離大為縮短
發(fā)展：
產生階段、形成階段、互聯互通階段、高速網絡階段、無線網絡和物聯網階段
定義：
將地理位置不同的具有獨立功能的多臺主機、外設或其他設備通過通信線路進行連接，在網絡操作系統(tǒng)、管理軟件及通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的完整系統(tǒng)
組成：
技術角度：
- 若干主機：為不同用戶提供服務
- 通信子網：一個即可，包括網絡設備（交換機、路由器等）和連接彼此的通信鏈路
- 網絡協議：即實現約定的規(guī)則，用于主機間或主機和網絡設備之間通信
邏輯角度：
- 通信子網：位于網絡中心和網絡內部（網絡設備、通信線路與其他通信設備組成）
- 資源子網：位于網絡邊緣（主機系統(tǒng)、終端及控制器、聯網外設、軟件、信息資源等組成）
注：
- 網絡設備稱為網絡節(jié)點，一方面與資源子網的主機通信，將主機與終端連入網絡，另一方面，在通信子網中負責報文分組的轉發(fā)，最終將源主機的報文準確發(fā)送個目標主機
- 主機是計算機網絡的邊緣（或葉）節(jié)點，一般具備有效的網絡地址，可接收和發(fā)送數據。通過通信線路連入通信子網
- 終端是用戶訪問網絡的界面
- 網絡操作系統(tǒng)是相對于主機操作系統(tǒng)而言的。用于實現不同主機、節(jié)點間的通信，以及硬件和軟件間的資源共享，提供統(tǒng)一的網絡接口，便于用戶訪問網絡
- 網絡數據庫建立在網絡操作系統(tǒng)之上，可集中在一臺主機之上（集中式），也可分布多臺主機之上（分布式）上，實現數據共享
- 應用系統(tǒng)指依托網絡基礎的各種具體軟件，能滿足用戶的不同應用需求
傳輸技術分類：
網絡規(guī)模和覆蓋范圍分類：
| 網絡分類 | 最大分布距離 | 跨域地理范圍 | 帶寬 |
|---|---|---|---|
| 局域網 | 10m | 房間 | 10Mb/s至數個Gb/s |
| 200m | 建筑物 | ||
| 2km | 校園 | ||
| 城域網 | 100km | 城市 | 2Mb/s至數個Gb/s |
| 廣域網 | 1000km | 國家或省 | 64kb/s至數個Gb/s |
一般距離越長，傳輸速率越小
網絡拓撲結構分類
所有節(jié)點共享一條鏈路（安裝簡單、成本低、安全性低、監(jiān)控困難，新增節(jié)點不方便）
中心節(jié)點通過點對點的鏈路連接各節(jié)點（易新增站點，數據安全性和與優(yōu)先級易控制，易實現網絡監(jiān)控，但中心節(jié)點故障會使整個網絡癱瘓）
各節(jié)點的通信介質連成一個封閉環(huán)形（易安裝和監(jiān)控，但容量有限，網絡建成后，新增節(jié)點較困難）
按傳輸介質分類：
覆蓋范圍分類：
應用目的分類：
無線電頻譜：
無線電作為一種電磁波，其頻譜范圍廣，而常用的僅僅只占一小部分。無線電頻譜資源是全人類共享的自然資源，在一定的時間、空間、地點是有限的
傳輸介質：
指數據傳送方于接收方之間的物理路徑，傳輸介質分為導向和非導向兩類
導向介質一般指有線通信的雙絞線、同軸電纜、光纖等
非導向介質一般為無線通信和無線網絡使用，如無線光波
無線光波：
指無線傳輸空間傳播的射頻頻段的電磁波
損耗：
使接收方收到的信號不完全等同于初始信號
衰落：
指因傳輸介質或路徑改變引起的接收信號功率隨時間的變換
將輸入信息變換為適于信道傳輸的形式。
信號源信息通常包含直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號。
基帶信號一般不能直接用于傳輸，需變換成一個遠高的于基帶頻率的信號，即已調信號
調制過程改變了高頻載波的幅度、相位和頻率，使其隨基帶信號幅度而變化（調解過程相反）
模擬調制：
用連續(xù)變化的信號調制一個高頻正弦波，調制方法：
數字調制：
用數字信號對正弦或余弦高頻振蕩進行調制，調制方法：
脈沖調制：
用脈沖序列作載波，調制方法：
相移鍵控調制
相移鍵控根據數字基帶信號，使載波相位在不同數值間切換
正交調幅
同時以載波信號的幅度和相位來代表不同的比特編碼，將多進制與正交載波技術相結合，進一步提高頻帶利用率
發(fā)送方輸入的數據首先進入信道編輯器，生成模擬信號，該模擬信號圍繞某個中心頻率具有相對較窄的帶寬。然后使用擴頻碼或擴展序列進一步調制，通常擴頻碼由偽隨機序列生成器生成。調制后的信號的信道顯著增加，即擴展了頻譜。接收方使用同一擴頻碼進行擴解。解擴后的信號通過信道解碼器，最終還原為數據
?優(yōu)點：
常見技術：
用一定的擴頻碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控調制，使載波頻率不斷跳變
用高頻率的擴頻碼在發(fā)送方直接擴展信號頻率，而接收方則用相同的擴頻碼序列進行解擴，即把頻譜擴寬的擴頻信號還原成原始信號
利用多發(fā)射、多接收天線進行空間和時間分集，利用天線來抑制信道衰落
如果發(fā)送方和接收方都采用了多天線或天線陣列，就構成了無線MIMO系統(tǒng)。
關鍵技術：
定義：
計算機網絡和無線通訊技術相結合的產物，通常指采用無線傳輸介質的計算機局域網
特點：
優(yōu)點：
- 移動性：網絡和主機遷移方便
- 靈活性：安裝簡單，組網靈活，可將網絡延伸到線纜無法連接到的地方
- 可伸縮性：放置或添加接入點（AP）或擴展點（EP），可擴展組網
- 經濟性：在復雜的環(huán)境中，可以極大的節(jié)省成本和工序
局限：
- 可靠性：信道不可靠，干擾和噪音等都會影響
- 兼容和共存性：不同標準和廠家設備兼容，不同制式，頻道，藍牙等共存
- 帶寬和系統(tǒng)容量：帶寬、系統(tǒng)容量小于有線網絡
- 覆蓋范圍：覆蓋范圍小，蜂窩和微蜂窩網狀結構，中繼和橋接可擴大范圍
- 干擾：易受干擾，也容易影響到其他其他無線系統(tǒng)
- 安全性：信息安全和人員安全受到影響
- 能耗：數據收發(fā)時，造成不必要的資源浪費
- 多業(yè)務和媒體性：
- 移動性：大范圍移動和高速移動不完善
分類：
根據頻段：
- 專用頻段
- 自由頻段
根據業(yè)務：
- 無連接
- 面向連接
網絡拓撲和應用要求：
- 對等、基礎架構、接入、中繼等
應用：
WALN接入、無線網絡互聯、定位
主機或終端，是WLAN的基本組成單元
由網絡層標準定義
類似于移動通信網絡的基站，常處于基本服務器（BSA）中心，固定不動
功能：
- 完成其他非AP站的接入訪問和同一基礎構造模塊（BSS）中的不同功能
- 作為橋節(jié)點，完成WLAN與分布式系統(tǒng)的橋接功能
- 作為BSS的控制中心，控制和管理其他非AP站
為了擴大覆蓋范圍，可將多個BSA通過分布式系統(tǒng)連接，形成擴展服務器（ESA）
MAC子層協議對網絡吞吐率、時延等性能有重要影響，還影響小區(qū)結構、頻譜利用率、系統(tǒng)容量、設備成本、復雜度等。
合理選擇MAC子層規(guī)范，并根據網絡業(yè)務特征有效配置信道資源，以提高無線信道資源、系統(tǒng)吞吐量和傳輸質量
規(guī)范：
蜂窩移動通信技術則是在ITU的傳統(tǒng)電信領域內最初的電話網絡逐步發(fā)展而來
發(fā)展階段：
服務覆蓋分兩種：
關注技術細節(jié)：
信道分配、小區(qū)分裂、天線扇區(qū)化、同信道和相鄰信道干擾消除、移動性和漫游管理
衛(wèi)星通信:
利用人造衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)兩個或者多個地面站之間進行通信的無線電信號。
衛(wèi)星網絡:
如果在某個微波通信系統(tǒng)中，一些中繼站由衛(wèi)星攜帶，并且這些衛(wèi)星之間及衛(wèi)星和地面之間能進行通信，則衛(wèi)星在地域上空按一定的軌跡運行而構成的覆蓋很廣的的通信網絡就稱為衛(wèi)星網絡
特點：
不足和限制：
分類：
| 分類方式 | 類別 |
|---|---|
| 按衛(wèi)星制式 | 地球靜止軌跡衛(wèi)星網絡、隨機軌道衛(wèi)星網絡、地軌道衛(wèi)星網絡 |
| 按覆蓋范圍 | 國際衛(wèi)星網絡、國內衛(wèi)星網絡、區(qū)域衛(wèi)星網絡 |
| 按用戶性質 | 公用衛(wèi)星網絡、專用衛(wèi)星網絡、軍用衛(wèi)星網絡 |
| 按業(yè)務范圍 | 固定業(yè)務衛(wèi)星網絡、移動業(yè)務衛(wèi)星網絡、廣播業(yè)務衛(wèi)星網絡、科學研究衛(wèi)星網絡 |
| 按信號制式 | 模擬制式衛(wèi)星網絡、數字制式衛(wèi)星網絡 |
拓撲和組網：
路由協議概述：
一種將數據分組從源節(jié)點通過網絡轉發(fā)到目的節(jié)點的技術
分類：
經典路由協議：
描述：
目標序列距離向量協議 通過目標序列號區(qū)分新舊路由，消除了路由環(huán)路
當路由表發(fā)生了重大變化的時候，立即通過廣播通告
對于不穩(wěn)定的路由信息，將延遲廣播通告
缺點：
- 可能造成資源浪費，不能夠適應快速變化的網絡
- 多數路由信息可能從未被使用
- 源節(jié)點和目標節(jié)點之間可能只有一條路由并且可能不支持單向連接
每個節(jié)點周期性的向相鄰節(jié)點通告自身的路由表，而非采用洪泛法，從而減少通告信息量
通告更新有兩種方式：
- 完全轉存
- 遞增更新
如果節(jié)點較長時間沒有收到鄰居的廣播信息，則可認為鏈路中斷(節(jié)點不可達)
描述：
自組織按需距離向量（AODV）是應用廣泛的按需路由協議之一，包括路由請求、路由響應、路由維護3個過程，依賴RREQ（路由請求）、RREP（路由響應）、RERR（路由錯誤）及HELLO四類報文
特點：
- 基于傳統(tǒng)路由算法機制，算法簡單清晰
- 使用目標序列來防止循環(huán)發(fā)生，解決了無窮計數問題，易于編程實現
- 支持中間主機回答，能使源主機快速獲得路由，但可能會有過時路由
- 周期性廣播報文，需要消耗一定的能量和網絡帶寬
描述：
動態(tài)源路由（DSR）協議中，每個移動節(jié)點維護一個路由緩沖區(qū)
特點：
- 僅在需要通信的節(jié)點間維護路由，減少維護路由代價
- 路由緩沖區(qū)可進一步路由發(fā)現的開銷
- 路由緩沖使得在一次路由發(fā)現過程中會產生多個到達目標節(jié)點的路由
- 支持非對稱傳輸信道模式
描述：
地理位置輔助路由（LAR）協議融合了地理位置和可選的按需源路由算法，利用節(jié)點位置信息發(fā)現路由發(fā)現的區(qū)域，使請求區(qū)域更小，減少路由請求信息的數量
特點：
- 使請求區(qū)域更小
- 路減少路由請求信息的數量
描述：
區(qū)域路由協議（ZRP）屬于混合分層路由協議，融合主動和被動因素，并基于移動節(jié)點間的分隔距離生成重疊區(qū)域
特點：
- 滿足安全性需求上更有優(yōu)勢
- 能抵御大多數攻擊
- 具有可行性
描述：
貪心周邊無狀態(tài)路由（GPSR）協議屬于地理路由算法，在轉發(fā)決策中使用直接鄰居位置信息，應用鄰居節(jié)點和終點的地理位置，允許每個節(jié)點對全局路由分配做出決策。當一個節(jié)點以貪婪算法轉發(fā)一個包時，它有比自己更接近終點的鄰居節(jié)點，這個節(jié)點就選擇距離終點最近的鄰居節(jié)點來轉發(fā)該包。當沒有這種鄰居節(jié)點時，數據包進入周圍模式，將包向前傳送給網絡平面字圖的臨近節(jié)點，直到傳到距離終點較近的節(jié)點，將包轉發(fā)的方式為貪婪算法模式。
特點：
- 只需要保存一跳鄰節(jié)點的狀態(tài)信息，路由開銷小
- 隨著網絡節(jié)點數的增加，比距離向量路由（DV）或鏈路狀態(tài)路由(LS)有更強的擴展性
- 即使網絡內節(jié)點移動頻繁，GPSR協議都可以基于一跳鄰節(jié)點的信息，迅速找到替代路由
描述：
動態(tài)地址路由協議（DART）協議層次路由協議，通過動態(tài)地址機制，在一個大網絡中實現可擴展路由，不使用平面尋址方法
特點：
- 基于地址
- 適用于異構網絡支持不同類型的鏈路（無線全向鏈路，定向鏈路和有線鏈路）
- DART協議與MANET應用相兼容
使用情況:
終端節(jié)點數量巨大，需要考慮層次路由
描述：
?時序路由算法（TORA）協議采用鏈路反轉分布式算法
特點：
- 具有自適性
- 高效率
- 較好的擴展性
- 適合高度動態(tài)移動，多跳的無線網絡
WSN涉及數據采集、處理和傳輸3種功能對應現代信息技術中的傳感器技術、計算機技術和通信技術
WSN的三要素是傳感器、感知對象、和用戶
WSN的宏觀系統(tǒng)架構包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。匯聚節(jié)點也稱網關和信宿節(jié)點
傳感器節(jié)點通常由傳感模塊、計算模塊、存儲模塊、通信模塊、電源模塊、嵌入式軟件等組成
WSN節(jié)點由網絡通信協議、網絡管理平臺和應用支撐平臺組成
網絡通信協議分為：物理層，數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層
網絡管理平臺主要負責對自身節(jié)點的管理以及用戶對WSN的管理以及用戶對WSN的管理，有能量管理、拓撲控制、網絡管理、服務質量管理與安全機制
WSN由基站和大量節(jié)點組成，WSN的節(jié)點往往被任意部署，根據節(jié)點的多少，WSN結構往往被分為平面結構和分級結構
以數據為中心、查詢驅動的經典路由協議。
工作過程：
特點：
是基于競爭的MAC層協議，利用多跳、短距離通訊以節(jié)省能量。通信產生在對等節(jié)點間，無基站節(jié)點。將網絡中的數據作為一個整體來處理，節(jié)點采用存儲轉發(fā)模式傳輸數據
適用：
空閑時間長，可容忍較大時延的場合
機制：
優(yōu)點：
不足：
無線個域網（WPAN）采用無線介質代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線電纜，實現個人信息終端的互聯，組建個人信息的網絡。
4種無線網絡的通信范圍：
系統(tǒng)層次：
分類：
| 無線個域網種類 | 通信速率 | 通信距離 | 工作頻率 |
|---|---|---|---|
| 低速WPAN | 0.25Mb/s | 10m | 2.4GHz |
| 高速WPAN | 55Mb/s | 10m | 2.4GHz |
| 超高速WPAN | 110Mb/s 200Mb/s 480Mb/s | 10m 4m 4m以下 | 3.1~10.6GHz |
標準化：
架構：
中間件：
中間件是物聯網架構的重點，隱藏了不同技術細節(jié)，提高了具體應用開發(fā)細節(jié)。中間件在簡化新設備開發(fā)和整合傳統(tǒng)技術與新技術中起了關鍵重要?
中間件SOA的架構：
RFID技術：
近場通信技術
無線傳感器技術
智能交通系統(tǒng)：
將通信、電子、計算機、控制等各種信息技術應用于交通運輸行業(yè)而形成的信息化、智能化、社會化的新型運輸系統(tǒng)
能實時采集、傳輸和處理交通信息，借助各種技術手段和設備，協調處理各種交通問題，建立實時、準確、高效的總和運輸管理系統(tǒng)，充分利用交通設施，實現智能化的交通運輸管理
車載網絡：
也稱為車載自組織網絡或者車聯網，是智能交通核心技術基礎
實現車輛間，車輛與路邊基礎設施間的無線信息通信，利用各種傳感、通信、計算、控制等技術，對車輛、道路和交通進行全面感知，實現大范圍，多系統(tǒng)、大容量、高度實時的數據交互，提升交通效率和保障交通安全
定義：
可連續(xù)、實時確定物體和個人在物理空間內位置的系統(tǒng)，能持續(xù)工作，不斷提供目標的更新位置信息，并覆蓋設定的區(qū)域，可為用戶提供定位應用的各種位置信息，包括絕對位置，相對位置和近似位置信息
位置感知計算系統(tǒng)架構：
分類：
評價標準：
基于無線射頻的室內定位應用系統(tǒng)：
使用其他技術的無線室內定位系統(tǒng)：
無線家居網（WHAN），實現了舒適，高效的室內設施管理、檢測和控制
組成：
特點和要求：
經典技術：
無線家居網的協議的層次結構：
應用示例：
常見網絡安全威脅：
網絡安全防御技術：
| 時間 | 歷史 |
|---|---|
| 第二次世界大戰(zhàn)期間 | 無線攻擊和無線竊聽出現 |
| 第二次世界大戰(zhàn)之后 | 無線信號竊聽和干擾技術發(fā)展 |
| 20世紀80年代以后 | GSM蜂窩通信標準采用數字信號和秘鑰加密技術 |
典型無線網絡攻擊：
| 協議棧層次 | 無線網絡攻擊類型 |
|---|---|
| 應用層 | 淹沒攻擊、路徑DoS攻擊、洪泛攻擊、軟件漏洞攻擊等 |
| 傳輸層 | SYN洪泛、同步失效攻擊等 |
| 網絡層 | 欺騙、篡改和重放路由攻擊、Hello洪泛攻擊 選擇轉發(fā)攻擊、黑洞攻擊、蟲洞攻擊、女巫攻擊等 |
| 數據鏈路層 | 碰撞攻擊、耗盡攻擊、不公平攻擊等 |
| 物理層 | 干擾攻擊、擁塞攻擊、節(jié)點干擾和破壞攻擊等 |
經典安全威脅：
一、選擇題
二、填空題
三、名詞解釋
四、簡答題
五、論述題（20分）
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