《計算機網(wǎng)絡(luò)》研究生教程-第10章 無線網(wǎng)絡(luò)

專題3

無線網(wǎng)絡(luò)和移動IP技術(shù)鄭州大學信息工程學院李向麗第10章無線網(wǎng)絡(luò)10.1無線網(wǎng)絡(luò)概述10.2無線局域網(wǎng)10.3無線個人區(qū)域網(wǎng)10.4無線城域網(wǎng)技術(shù)10.5無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)10.1無線網(wǎng)絡(luò)概述隨著便攜機、掌上計算機和個人電子助手PDA的出現(xiàn)，無線計算機網(wǎng)絡(luò)也逐漸流行起來了。無線電子設(shè)備可以隨時、隨地、無縫地接入全球因特網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)觀點來說，無線網(wǎng)絡(luò)提出的挑戰(zhàn)，特別是在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)的差別非常大，所以，我們需要專門討論無線網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)可以分成以下三大類系統(tǒng)內(nèi)部互連：藍牙技術(shù)可以將監(jiān)視器、鍵盤、鼠標、打印機、數(shù)碼相機、耳機、掃描儀和其他的設(shè)備連接到計算機上。不需要電纜，也不需要安裝驅(qū)動程序，只要把它們放到一起，然后打開開關(guān)，它們就可以工作了。無線局域網(wǎng)LAN：802.11，WLAN是指傳輸范圍在100米左右的無線網(wǎng)絡(luò)，也稱為Wi-Fi無線保真度。它的推動聯(lián)盟為Wi-Fi。有基礎(chǔ)設(shè)施模式和無基礎(chǔ)設(shè)施模式。無線廣域網(wǎng)WAN：蜂窩電話。1G→2G→3G無線網(wǎng)絡(luò)的組成構(gòu)件無線主機，帶有無線網(wǎng)卡無線鏈路基站：蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的蜂窩塔、802.11無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點。Adhoc網(wǎng)絡(luò)中沒有基站網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施10.2無線局域網(wǎng)10.2.1802.11協(xié)議棧10.2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)10.2.3802.11物理層10.2.4802.11MAC子層10.2.5802.11MAC幀10.2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)10.2.7802.11無線站點接入過程10.2.8802.11協(xié)議標準使用WLAN的場合(1)不方便架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境;(2)使用者時常需要移動位置;(3)臨時性的網(wǎng)絡(luò)。無線LAN面臨的問題首先，以太網(wǎng)上的偵聽總線載波，當總線空閑時，才開始傳輸數(shù)據(jù)。無線LAN中，偵聽總線空閑時，并不一定能傳輸成功?！岸鄰剿p”的現(xiàn)象，無線信號在碰到固體對象的時候會有反射現(xiàn)象，所以同樣的無線信號可能會被收到多次。大量的軟件并不知道這種移動性10.2.1802.11協(xié)議棧高層邏輯鏈路控制LLCMAC子層802.11紅外線802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM物理層10.2.2802.11服務(wù)集和關(guān)聯(lián)一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站和移動站點，所有站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站點通信時，都要通過本BSS的基站，在802.11中，也叫接入點AP

。必須為該AP分配一個不超過32字節(jié)的服務(wù)集標識符SSID和一個信道。一個BSS所覆蓋的地理范圍叫做基本服務(wù)區(qū)BSA

。一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴展的服務(wù)集ESS。ESS還為無線用戶提供非802.11無線局域網(wǎng)的接入，通過門橋（portal）來實現(xiàn)。802.11的BSS和ESS基本服務(wù)集BSS擴展的服務(wù)集

ESS接入點AP2portal基本服務(wù)集BSS接入點AP1AA’因特網(wǎng)漫游至其它802.x局域網(wǎng)分配系統(tǒng)DSB無線接入點APAP相當于有線局域網(wǎng)的集線器(Hub)。一個AP支持一組無線用戶設(shè)備，在無線局域網(wǎng)和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收、緩沖和發(fā)送數(shù)據(jù)。AP可以位于有線網(wǎng)的任意節(jié)點內(nèi)。通常一個AP連接到以太網(wǎng)，通過一根天線與無線設(shè)備通信。多個AP可支持從一個AP到另一個AP之間的漫游。AP的覆蓋范圍為20～500m。單獨一個AP可以支持15～250個用戶，網(wǎng)絡(luò)拓撲、配置和使用情況不同用戶數(shù)量也不同。通過增加AP，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞、擴大覆蓋區(qū)域。多個AP構(gòu)建重疊區(qū)，允許用戶的移動無間斷上網(wǎng)。分配系統(tǒng)DS、無線適配器DS是實現(xiàn)BSS隔離或通過接入點AP實現(xiàn)BSS互聯(lián)的分布式系統(tǒng)。它通常為有線的主干局域網(wǎng)或其它的通信網(wǎng)。例如：以太網(wǎng)、點對點鏈路和其它無線網(wǎng)絡(luò)無線適配器與有線網(wǎng)絡(luò)適配器的基本結(jié)構(gòu)和功能相同，具有標準接口，如PCMCIA、Cardbus、PCI和USB，允許終端用戶訪問以太網(wǎng)。有線局域網(wǎng)適配器提供了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)線路的接口無線局域網(wǎng)適配器作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和天線的接口，建立了到網(wǎng)絡(luò)的透明連接。漫游與關(guān)聯(lián)移動站點A從一個BSS漫游到另一個BSS時，仍可保持與另一個移動站點B進行通信。如果一個移動站點要加入到一個基本服務(wù)集BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此接入點建立關(guān)聯(lián)。若移動站點使用重建關(guān)聯(lián)服務(wù)，就可以把這種關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移到另一個接入點。當使用解除關(guān)聯(lián)服務(wù)時，就可以終止這種關(guān)聯(lián)。10.2.3802.11物理層WLAN傳輸方式有紅外線和無線電射頻兩種紅外系統(tǒng)：優(yōu)點：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。無線電射頻系統(tǒng)：采用擴頻技術(shù)進行調(diào)制。擴頻技術(shù)的頻率范圍開放在ISM頻段。Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHz和5.725~5.825GHz(300MHz)擴頻技術(shù)主要又分為跳頻擴頻FHSS和直接序列DSSS兩種技術(shù)10.2.4802.11MAC子層與802.3以太網(wǎng)不同，802.11MAC協(xié)議并沒有實現(xiàn)沖突檢測，這主要有兩個原因。第一個原因，在無線網(wǎng)絡(luò)的適配器上接收信號的強度往往會遠遠小于發(fā)送信號的強度，所以，若要實現(xiàn)沖突檢測，需要在硬件上付出更多的化費；第二個原因，因為在無線局域網(wǎng)中存在著“隱藏站”問題、“暴露站”問題和“衰減”問題，導致無線站點無法檢測到所有沖突。Signalfading衰減:B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachotherinterferringatB無線信號衰減問題ABCA’ssignalstrengthspaceC’ssignalstrengthsignalstrength信號強度足以在B處產(chǎn)生干擾信號弱，不足以檢測到對方傳輸信號弱，不足以檢測到對方傳輸A的作用范圍C的作用范圍ABCD當A、C相距較遠時，因為檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。未能檢測出媒體上已存在的信號，不能發(fā)現(xiàn)潛在介質(zhì)競爭者的問題叫作隱藏終端問題(hiddenstationproblem)1.無線局域網(wǎng)中的特殊問題

隱藏終端問題有障礙物時的隱藏終端問題ABCHiddenterminalproblem：B,AheareachotherB,CheareachotherA,CcannotheareachothermeansA,Cunawareoftheirinterference干擾atBA,C之間有障礙物時的隱藏終端問題隱藏站隱藏站是指在接收站點的覆蓋范圍內(nèi)，而在發(fā)送站點的覆蓋范圍外的站點。上例中，A和C站點互為隱藏站。在采用單向傳輸信道的情況下，由于隱藏站感知不到發(fā)送站點的發(fā)送，而有可能同時向這個接收站點發(fā)送數(shù)據(jù)，從而導致沖突。發(fā)送站點在沖突后需要重傳沖突的幀，這樣會降低信道利用率。暴露終端問題B的作用范圍C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露終端問題(exposedstationproblem)暴露站暴露站是指在發(fā)送站點通信范圍內(nèi)，而在接收站通信范圍外的站點。上例中，A和C站點互為暴露站。暴露站因感知到發(fā)送站點的發(fā)送而延遲發(fā)送。但是，由于它在接收站點的通信范圍外，它的發(fā)送實際上并不會造成沖突，這樣就引入不必要的延遲，并造成信道利用率的降低，因此是通信接入技術(shù)研究中需要解決的問題。2.802.11MAC層包括兩個子層802.11支持兩種操作模式：分布式協(xié)調(diào)功能DCF（必須實現(xiàn)）點協(xié)調(diào)功能PCF（選用）802.11的MAC層包括兩個子層MAC層無爭用服務(wù)（選用）爭用服務(wù)（必須實現(xiàn)）分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11DCF子層在每一個節(jié)點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。

DCF向上提供爭用服務(wù)。適用于有基礎(chǔ)設(shè)施和無基礎(chǔ)設(shè)施兩種模式MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11PCF子層使用集中控制的接入算法(在AP)將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站，避免碰撞。

僅用于基礎(chǔ)設(shè)施模式。MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.113.幀間間隔802.11規(guī)定，所有站點在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)偵聽信道），才能發(fā)送下一幀。這段時間通稱為幀間間隔IFS。常用的幀間間隔有三種：短幀間間隔SIFS點協(xié)調(diào)功能PCF幀間間隔PIFS分布協(xié)調(diào)功能DCF幀間間隔DIFS三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。

使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（沒有爭用）優(yōu)先接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。時隙長度的確定：在一個BSS內(nèi)，當某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS長度=PIFS+1個時隙長度，因此DIFS的長度為128s。幀間間隔IFS時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送⑶信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點不僅要等待一個DIFS間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道⑴當源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送⑵目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認幀ACK4.虛擬載波偵聽為了減少沖突，802.11采用虛擬載波偵聽機制。源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認幀所需的時間），寫到數(shù)據(jù)幀的“持續(xù)時間”字段，以微秒為單位。通知給所有其它站點，在這一段時間都不要發(fā)送數(shù)據(jù)?！疤摂M載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV，指出了必須經(jīng)過多長時間，站點才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)。當一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的NAV。虛擬載波偵聽NAV時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送⑶信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點不僅要等待一個DIFS間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道⑴當源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送⑵目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認幀ACK5.CSMA/CA協(xié)議工作原理802.11的MAC層采用CSMA/CA機制。當某個站點（源站點）有數(shù)據(jù)幀要發(fā)送時，檢測信道。若信道空閑，且在DIFS時間內(nèi)一直空閑，則發(fā)送這個數(shù)據(jù)幀。發(fā)送結(jié)束后，源站點等待接收ACK確認幀。如果目的站點接收到正確的數(shù)據(jù)幀，還需要等待SIFS時間，然后向源站點發(fā)送ACK確認幀。若源站點在規(guī)定的時間內(nèi)接收到ACK確認幀，則說明沒有發(fā)生沖突，這一幀發(fā)送成功。802.11站點發(fā)送數(shù)據(jù)的過程DIFSSIFS數(shù)據(jù)幀ACK確認幀源站點目的站點所有其它站點信道忙爭用信道當信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算一個隨機退避時間，以便再次重新試圖接入到信道。在爭用窗口這段時間內(nèi)，有可能出現(xiàn)多個站點爭用信道的情況。爭用信道比較復雜，有關(guān)站點要執(zhí)行二進制指數(shù)退避算法。信道空閑時，不是立即發(fā)送，而是等待一個隨機時間。信道從忙變?yōu)榭臻e時，任何要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，都要執(zhí)行退避算法，計算隨機退避時間，以便再次重新試圖接入。若站點選擇的隨機回退值不同，就可以避免沖突。802.11仍可能會出現(xiàn)沖突：站點是相互隱藏的。站點選擇了相同的回退值。802.11二進制指數(shù)退避算法第i次退避就在{0,1,…,22+i-1}個時隙中隨機地選擇一個，使得不同站點選擇相同退避時間的概率進一步減少。第1次退避是在8個時隙（而不是2個）{0,1,…,7}中隨機選擇一個；第2次退避是在16個時隙（而不是4個）{0,1,…,15}中隨機選擇一個?！敃r隙達到255時（對應(yīng)于第6次退避）就不再增加了。

退避計時器（僅僅計算信道空閑時間）根據(jù)退避時間設(shè)置退避計時器。站點每經(jīng)歷一個時隙的時間就檢測一次信道。若檢測到信道空閑，退避計時器就繼續(xù)倒計時；若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器的剩余時間，重新等待信道變?yōu)榭臻e，并再經(jīng)過時間DIFS后，從剩余時間開始繼續(xù)倒計時。如果退避計時器的時間減小到零時，就開始發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。圖例凍結(jié)剩余的退避時間幀幀幀幀幀DIFSDIFSDIFSDIFS爭用窗口爭用窗口爭用窗口爭用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)802.11的退避機制⑴⑸⑵⑶⑷CSMA/CA算法⑴若站點最初有數(shù)據(jù)要發(fā)送（而不是發(fā)送不成功再進行重傳），且檢測到信道空閑，在等待時間DIFS后，就發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。⑵否則，站點執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法。一旦檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器。⑶當退避計時器時間減到零時（這時信道只可能是空閑的），站點就發(fā)送整個幀并等待確認。CSMA/CA算法（續(xù)）⑷發(fā)送站若收到確認，就知道已經(jīng)發(fā)送的幀被目的站正確收到了。這時如果要發(fā)送第二幀，就要從上面的步驟⑵開始，執(zhí)行CSMA/CA協(xié)議的退避算法，隨機選定一段退避時間。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到ACK確認幀，就必須重傳此幀，直到收到確認幀為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。使用退避算法的情況僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。以下幾種情況都必須使用退避算法：⑴在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。⑵在每一次的重傳后。⑶在每一次的成功發(fā)送后。6.信道預約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站對信道進行預約。這樣可以避免長數(shù)據(jù)幀的沖突。用RTS和CTS，是可選的。A的作用范圍B的作用范圍對信道進行預約ACBDERTSRTS源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送

RTS(RequestToSend)，包括源地址、目的地址和持續(xù)時間（包括這次通信的確認幀時間）。RTSA的作用范圍B的作用范圍對信道進行預約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進行預約。CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送

CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從RTS幀中將此持續(xù)時間復制到CTS幀中）。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。

CTSA和B通信時，對附近站點C、D和E的影響C能收到RTS，但收不到CTS。所以，C可以給其它站點發(fā)送數(shù)據(jù)。D能收到CTS，E能收到RTS和CTS。所以D、E在A和B通信階段不能發(fā)送數(shù)據(jù)。A的作用范圍B的作用范圍CTSACBDECTSRTSRTSCTSRTS使用RTS和CTS避免沖突APAtimeRTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)DIFSSIFSSIFSSIFS所有其它站點推遲訪問RTS和CTS幀較短，沖突持續(xù)時間較短。APABtimeRTS(A)RTS(B)RTS(A)CTS(A)CTS(A)DATA(A)ACK(A)ACK(A)預約沖突reservationcollisiondeferRTS和CTS幀

以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的傳輸時間關(guān)系時間DIFSRTSSIFS時間RTS后設(shè)置NAVDIFS爭用窗口推遲接入源站時間目的站ACK

其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)CTS設(shè)置NAV數(shù)據(jù)后設(shè)置NAV使用RTS和CTS幀，可以提高性能隱藏終端問題被減輕了，因為長Data幀只有在信道預約后才被發(fā)送。因為RTS幀和CTS幀較短，涉及RTS幀或CTS幀的碰撞僅持續(xù)很短時間。一旦RTS幀和CTS幀被正確傳輸，后續(xù)的Data幀和ACK幀應(yīng)該能夠無碰撞地發(fā)送。但是RTS幀和CTS幀的引入，也引入了時延，消耗了網(wǎng)絡(luò)資源。所以RTS幀和CTS幀僅僅用于為長數(shù)據(jù)幀預約信道。可以設(shè)置一個RTS門限值，超過門限值時，才使用RTS幀和CTS幀。7.點協(xié)調(diào)功能PCF點協(xié)調(diào)功能工作模式PCF是一種無爭用服務(wù)，某些AP有此功能。AP使用集中控制接入算法，將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站點，從而避免沖突。AP通過使用短的幀間間隔PIFS，獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)。AP一旦有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個無線站點發(fā)送查詢請求，從而控制無線信道的訪問。10.2.5802.11MAC幀三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。除此之外，還有一些首部是由物理層使用的，但這些首部絕大多數(shù)被用來處理所涉及的調(diào)制技術(shù)。802.11MAC幀主要由三大部分組成：首部、幀主體和幀校驗序列。幀首部共30字節(jié)，幀的復雜性都體現(xiàn)在幀的首部。幀主體就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312字節(jié)。幀校驗序列FCS是尾部，共4字節(jié)。類型從AP子類到AP更多標識WEP更多數(shù)據(jù)功率管理重試Rsvd協(xié)議版本22411111111802.11frame:

序號、持續(xù)期、數(shù)據(jù)和幀控制字段預約信道傳輸時間，包括傳輸數(shù)據(jù)幀和確認幀的時間，用于RTS和CTS幀中通常是IPorARP通常小于1500B用于區(qū)分關(guān)聯(lián),RTS,CTS,ACK和數(shù)據(jù)幀類似于TCP”序號”字段的作用。用于可靠ARQ，使接收方區(qū)分是新幀還是重傳幀。幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制是否加密在基礎(chǔ)設(shè)施模式和自組織模式中的含義不同。字節(jié)比特IEEE802.11幀的4個地址字段幀控制持續(xù)期address1address2address4address3有效載荷CRC22666260-23124序號控制Address2:發(fā)送該幀的主機或AP的MAC地址Address1:

接收該幀的主機或AP的MAC地址Address3:MAC幀目的地址Address4:

只用在DS內(nèi)部802.11數(shù)據(jù)幀有四個地址字段。“到DS”和“從DS”兩個子字段，有4種組合，用于定義802.11幀中的幾個地址字段的含義。802.11幀的地址字段情況到DS從DS地址1地址2地址3地址400目的地址源地址BSSID----01目的地址BSSID源地址----10BSSID源地址目的地址---11RAPTAP目的地址源地址Adhoc從AP到站點從站點到APDS內(nèi)部Adhoc的數(shù)據(jù)幀的地址格式BSSAB地址1地址2地址3地址4A→B的幀地址格式BABSSID數(shù)據(jù)幀的地址格式BSS2接入點AP2接入點AP1A因特網(wǎng)分配系統(tǒng)DSBAP2→B的幀地址格式A→AP1的幀地址格式AP1→AP2的幀地址格式BSS1地址1地址2地址3地址4AP1AB地址1地址2地址3地址4BAP2A地址1地址2地址3地址4AP2AP1BA10.2.6802.11無線LAN提供的服務(wù)802.11規(guī)定每個遵從該標準的無線局域網(wǎng)必須提供9種服務(wù)，這些服務(wù)分為兩類，5種分布式服務(wù)和4種站服務(wù)。分布式服務(wù)涉及到對單元（cell）（服務(wù)集BSS）的成員關(guān)系的管理，并且會與其它單元中的站點進行交互。與之相反，站服務(wù)則只管理一個單元內(nèi)部的活動。5種分布式服務(wù)由AP提供的5種服務(wù)將移動節(jié)點與AP關(guān)聯(lián)起來，或者將它們與AP解除關(guān)聯(lián)。⑴建立關(guān)聯(lián)：當移動站點進入一個新的單元后，立即通告它的身份與能力。能力包括支持的數(shù)據(jù)速率、需要PCF服務(wù)和功率管理需求等。AP可以接受或拒絕移動站點的加入。如果移動站點被接受，它必須證明它自己的身份。⑵解除關(guān)聯(lián)。無論是AP還是站點都可以主動解除關(guān)聯(lián)，從而中止它們之間的關(guān)系。5種分布式服務(wù)（續(xù)）⑶重建關(guān)聯(lián)。站點可以使用該服務(wù)來改變它的首選AP。⑷分發(fā)。該服務(wù)決定如何將發(fā)送到AP的幀發(fā)送出去。如果目的站在同一個AP下，幀可以被直接發(fā)送出去，否則必須通過有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。⑸

集成。如果一個幀需要通過一個非802.11網(wǎng)絡(luò)（具有不同的編址方案或幀格式）傳輸，該服務(wù)可將802.11格式轉(zhuǎn)換成目的網(wǎng)絡(luò)要求的格式。4種站服務(wù)4種站服務(wù)用于管理單元內(nèi)的活動。⑴身份認證。當移動站點與AP建立了關(guān)聯(lián)后，AP會向移動站點發(fā)送一個質(zhì)詢幀，看它是否知道以前分配給它的密鑰；移動站點用自己所知道的密鑰加密質(zhì)詢幀，然后發(fā)回給AP，就可以證明它是知道密鑰的；如果AP檢驗正確，則該移動站點就會被正式加入到單元中。⑵解除認證。一個以前經(jīng)過認證的站想要離開網(wǎng)絡(luò)時，需要解除認證。⑶保密。處理加密和解密，加密算法為RC4。⑷數(shù)據(jù)傳遞。提供了一種數(shù)據(jù)傳送和接收方法。10.2.7802.11無線站點接入過程現(xiàn)在許多地方能夠向公眾提供有償或無償接入Wi-Fi的服務(wù)。這樣的地點就叫作熱點。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點。由許多熱點和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)。因為無線信道的使用日益增多，所以出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者WISP這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。Wi-Fi叢林Wi-Fi叢林是一個物理位置，無線站點可以從兩個或多個AP中收到很強的信號。每個AP都可能位于不同的子網(wǎng)中，并被獨立分配一個信道。關(guān)聯(lián)當一個移動站點進入一個Wi-Fi叢林時，需要加入其中一個子網(wǎng)，并與其中的一個AP進行關(guān)聯(lián)，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。只有關(guān)聯(lián)的AP才能向該無線主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀。該無線主機也只有通過關(guān)聯(lián)的AP才能向因特網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。無線站點接入過程--關(guān)聯(lián)需要經(jīng)歷三個階段：

掃描、認證和關(guān)聯(lián)認證服務(wù)器AP站點ProbeRequestProbeResponseProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認證關(guān)聯(lián)Y1.掃描階段Adhoc模式，站點尋找是否已經(jīng)有獨立基本服務(wù)集IBSS，并且與站點具有相同的服務(wù)集標識符SSID。若存在，則加入（join）；若不存在，則創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來加入。基礎(chǔ)設(shè)施模式，無線站點首先需要尋找一個AP。尋找AP有兩種掃描方法：被動掃描方式，站點被動等待AP每隔一段時間定時送出的信標幀。主動掃描方式，站點主動發(fā)出探測請求幀，尋找與站點所屬BSS有相同SSID的AP，然后等待從AP發(fā)回的探測響應(yīng)幀。若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去。2.認證階段站點找到相同服務(wù)集標識符SSID的AP后，選擇一個信號最強的AP，然后進入認證階段。802.11標準提供了認證和加密兩個規(guī)范定義。定義了兩種認證服務(wù)：開放系統(tǒng)認證，是802.11的缺省認證方法，包括提出認證請求和返回認證結(jié)果兩個步驟。共享密鑰認證，共享密鑰通過獨立于IEEE802.11的安全信道分發(fā)給各個站點和AP成員提供認證。認證過程802.11標準定義的加密規(guī)范是有線等效保密WEP。WEP認證的目的是向一個合法的AP證明這個移動設(shè)備知道密鑰。共享密鑰認證需要在站點和AP之間進行4次交互，使用經(jīng)WEP加密的密文傳輸。認證過程：⑴站點向AP發(fā)送認證請求幀，啟動認證過程；⑵AP利用WEP算法產(chǎn)生一個128字節(jié)的隨機數(shù)-質(zhì)詢正文，并放在認證響應(yīng)幀中發(fā)送給移動站點；認證過程（續(xù)）⑶移動站點用WEP密鑰加密這個隨機數(shù)，然后發(fā)回AP。移動站點必須要知道密鑰才能夠成功加密隨機數(shù)；⑷AP對站點的加密結(jié)果進行解密，并返回認證結(jié)果。如果解密后的質(zhì)詢正文與發(fā)送的原質(zhì)詢正文相匹配，則返回“正”的認證結(jié)果；反之，認證結(jié)果為“負”，站點不能加入該無線網(wǎng)。3.關(guān)聯(lián)階段當AP向站點返回認證響應(yīng)信息，身份認證獲得通過后，就進入關(guān)聯(lián)階段。在這一階段站點向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀，AP向站點返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀。關(guān)聯(lián)過程結(jié)束后，站點就能夠得到該BSS提供的服務(wù)了。至此，接入過程才完成，站點初始化完畢，可以開始向AP傳送數(shù)據(jù)幀。10.2.8IEEE802.11協(xié)議標準目前最熱門的WLAN技術(shù)就是IEEE的802.11及其相關(guān)標準。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz頻段或使用紅外(IR)IEEE802.11a(1999)，54Mbps，12個信道，最多8個互不重疊，工作在5GHz頻段IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段IEEE802.11g(2003.6),54Mbps，11個信道，最多3個互不重疊，工作在2.4GHz頻段（802.11g兼容802.11b）IEEE802.11/11b/11a/11g的比較

802.11802.11b802.11a802.11g網(wǎng)絡(luò)拓撲Infrastructure（BSS、ESS）制定時間97年6月99年9月99年9月01年11月工作頻段2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz帶寬2/1Mbps11/5.5/2/1Mbps可達4Mbps可達54Mbps傳輸距離100米50~150米10~30米50~150米業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、圖像語音、數(shù)據(jù)、圖像語音、數(shù)據(jù)、圖像10.3無線個人區(qū)域網(wǎng)WPANWPAN把屬于個人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來構(gòu)成自組網(wǎng)絡(luò)，不需要AP，范圍約10米。WPAN不同于WLAN。WPAN是一個低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術(shù)。WLAN卻是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。WPAN標準由IEEE的802.15工作組制定，包括MAC層和物理層這兩層標準。WPAN都工作在2.4GHz的ISM頻段。WPAN有三種：藍牙系統(tǒng)、低速WPAN和高速WPAN。藍牙系統(tǒng)(Bluetooth)藍牙的最初目的是用短距離、低功率和廉價的無線收發(fā)器將計算設(shè)備與通信設(shè)備、外設(shè)等連接起來，后來又擴張它的目標涉足無線局域網(wǎng)領(lǐng)域，但它和802.11系統(tǒng)是互相干擾的。最早使用的WPAN是1994年愛立信公司推出的藍牙系統(tǒng)，其標準是IEEE802.15.1。藍牙的數(shù)據(jù)率為720kb/s，通信范圍10米左右。藍牙使用TDM方式和擴頻跳頻FHSS技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。皮可網(wǎng)(piconet)Piconet直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。每一個皮可網(wǎng)有一個主設(shè)備(Master)和最多7個工作的從設(shè)備(Slave)。還可以有多至255個停留節(jié)點，這些節(jié)點被主節(jié)點置于低功耗狀態(tài)。當一個節(jié)點處于低功耗狀態(tài)時，除了響應(yīng)來自主節(jié)點的激活信號或信標信號以外，不能做任何其它事情。通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個范圍更大的擴散網(wǎng)(scatternet)。藍牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴散網(wǎng)MMSSPSSSSSP皮可網(wǎng)2擴散網(wǎng)皮可網(wǎng)1M——主設(shè)備S——從設(shè)備P——擱置的設(shè)備主從工作方式采用主從設(shè)計的目的是降低藍牙芯片的實現(xiàn)成本，其結(jié)果是從節(jié)點完全沒有智能。Piconet的核心是一個集中式的TDM系統(tǒng)，主節(jié)點控制時鐘，并且決定哪個從節(jié)點在什么時候可以通信。所有通信都是發(fā)生在主節(jié)點和某個從節(jié)點之間，從節(jié)點之間的直接通信是不允許的10.4無線城域網(wǎng)技術(shù)2002年4月通過了802.16無線城域網(wǎng)的標準。歐洲的ETSI也制訂類似的無線城域網(wǎng)標準HiperMAN。WMAN可提供“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動的和便攜的）。在許多情況下，無線城域網(wǎng)可用來代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時又稱為無線本地環(huán)路。10.5無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)10.5.1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)10.5.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點10.5.3無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)10.5.4無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)按需路由協(xié)議10.5.5無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)表驅(qū)動路由協(xié)議基于預先架設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動終端通過基站接入移動通信網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)移動終端通過無線接入點接入Internet依賴于基站、無線接入點AP等現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求臨時會議/緊急情況科學考察/探險/軍事戰(zhàn)場接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商所需的時間和成本現(xiàn)有服務(wù)和架構(gòu)的性能或能力遠離網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而希望保持與網(wǎng)絡(luò)的連接無網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可用不想使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范圍外自組織網(wǎng)絡(luò)自組織網(wǎng)絡(luò)研究1991年IEEE802.11首次提出“AdHoc網(wǎng)絡(luò)”自組織、對等式、多跳無線移動通信網(wǎng)絡(luò)1997年IETF成立MANET工作組基于IP的無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由2003年IRTF成立ANS研究組其它研究機構(gòu)ClosedAdHoc：ForthespecificpurposeonlyMANET：MobileAd-hocNetworksANS：AdHocNetworksScalabilityAdHoc網(wǎng)絡(luò)的定義由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的(移動)終端節(jié)點組成的一個多跳臨時性自治系統(tǒng)每個(移動)終端同時具有路由器和主機兩種功能：作為主機，終端需要運行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運行相應(yīng)的路由協(xié)議節(jié)點間路由通常由多跳(Hop)組成不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以在任何地方、任何地點快速構(gòu)建多跳無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或者對等網(wǎng)絡(luò)10.5.1無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)包括了5層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。因為Adhoc網(wǎng)絡(luò)采用的是對等結(jié)構(gòu)，不需要使用專用的路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都具有相同的層次。10.5.2無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點1.自組織2.對等結(jié)構(gòu)3.多跳路由4.節(jié)點移動引起拓撲動態(tài)變化5.無線傳輸?shù)木窒夼c節(jié)點能量的限制性AdHoc網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)單跳與多跳研究重點不同通信模式不同WLAN主要研究集中在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層WLAN移動終端的所有通信必須經(jīng)過AP進行無線局域網(wǎng)為單跳網(wǎng)絡(luò)，不存在路由問題AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容主要以路由協(xié)議為核心的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計AdHoc網(wǎng)絡(luò)中移動終端的通信是對等的10.5.3無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)Adhoc網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用需求、協(xié)議設(shè)計和組網(wǎng)方面都與傳統(tǒng)的802.11無線局域網(wǎng)和802.16無線城域網(wǎng)有很大的區(qū)別，所以Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究有著它的特殊性。Adhoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究主要集中在信道接入、路由協(xié)議、QoS、多播與廣播、安全5個方面。Adhoc網(wǎng)絡(luò)信道接入技術(shù)信道接入是指如何控制節(jié)點接入信道的方法。信道接入方法研究是Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究的基礎(chǔ)，它對Adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能起著決定性作用。1.共享廣播信道的方式共享的含義就是在一個公用的廣播信道上實現(xiàn)所有用戶的互聯(lián)和通信。如何控制對共享信道的接入，就是MAC子層的主要任務(wù)。普通的通信系統(tǒng)中，信道共享方式有3種：點對點、點對多點和多點共享。AB(a)點對點共享AB(b)多點共享控制中心AB(c)點與多點共享Adhoc網(wǎng)絡(luò)共享無線信道的方式與前述不同，也不同于IEEE802.11協(xié)議所描述的無線局域網(wǎng)，它采用的是“多跳共享的廣播信道”，而不是一跳共享。BA(d)多跳共享2.網(wǎng)絡(luò)信道接入?yún)f(xié)議的分類根據(jù)不同的標準，可對現(xiàn)存的MAC協(xié)議有不同的分類方法：按照同步和異步方式：同步MAC協(xié)議和異步MAC協(xié)議。按照收發(fā)驅(qū)動方向的不同：發(fā)方驅(qū)動MAC協(xié)議和收方驅(qū)動MAC協(xié)議，也有少數(shù)MAC協(xié)議是混合式的。按照可利用的信道數(shù)量：單信道MAC協(xié)議、雙信道MAC協(xié)議和多信道MAC協(xié)議。⑴單信道MAC協(xié)議基于單信道的接入?yún)f(xié)議用于只有一個共享信道的Adhoc網(wǎng)絡(luò)。所有的控制幀與數(shù)據(jù)幀都在同一個信道上發(fā)送和接收。單信道的信道接入?yún)f(xié)議主要有以下幾種：多路訪問沖突避免MACA協(xié)議無線局域網(wǎng)的多路訪問沖突避免MACAW協(xié)議分布式協(xié)調(diào)功能DCF協(xié)議信道獲取多路訪問FAMA協(xié)議⑵雙信道接入?yún)f(xié)議節(jié)點的無線通信設(shè)施可以提供兩個信道，一個用于數(shù)據(jù)幀傳輸，另一個用于控制幀傳輸，數(shù)據(jù)幀和控制幀的傳輸就不會出現(xiàn)沖突。這樣就能很好地解決隱藏站和暴露站問題，同時提高信道利用率與頻率空間復用度。主要的雙信道接入?yún)f(xié)議主要有：無線網(wǎng)絡(luò)基本訪問協(xié)議BAPW雙忙音多路訪問DBTMA協(xié)議雙信道多路訪問DCMA協(xié)議。⑶多信道接入?yún)f(xié)議基于多信道MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中有多個無線通信信道，相鄰節(jié)點可以使用不同的信道同時進行通信。根據(jù)操作的一般原則可以將多信道MAC協(xié)議分為四類：有專用控制信道的多信道MAC協(xié)議公共跳躍的多信道MAC協(xié)議分階段控制的多信道MAC協(xié)議并行控制的多信道MAC協(xié)議。

無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)Adhoc網(wǎng)絡(luò)一般有兩種結(jié)構(gòu)，即平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。在平面結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點的地位平等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)。A●EC●●●●●●BDFG分級結(jié)構(gòu)而分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇，每個簇由一個簇頭和多個簇成員組成，這些簇頭形成了高一級的網(wǎng)絡(luò)。在高一級網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高一級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級。分級結(jié)構(gòu)中，簇頭節(jié)點負責簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。比如當簇1中的節(jié)點A要與簇2中的節(jié)點B通信時，節(jié)點A先把數(shù)據(jù)發(fā)送給簇1的簇頭；簇1的簇頭經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)B在簇2中，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給簇2的簇頭(可能要經(jīng)過其它簇頭的轉(zhuǎn)發(fā))；簇2的簇頭收到數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)B是自己簇的成員，把數(shù)據(jù)發(fā)送給B。

無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議需要進行通信的兩個節(jié)點可能不在相互的無線信號范圍內(nèi)需要其它節(jié)點承擔轉(zhuǎn)發(fā)工作節(jié)點移動后需要重新建立新的路由多跳路由移動1.Adhoc路由的特點⑴動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。⑵單向信道的存在。⑶有限的無線傳輸帶寬。無線信道能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。此外，競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等。⑷無線移動終端的局限性。采用電池一類可耗盡能源提供電源、內(nèi)存較小、CPU性能較低等。這就要求路由算法能夠簡單有效，實現(xiàn)的程序代碼短小精悍，同時需要考慮如何節(jié)省能源等問題。傳統(tǒng)的路由協(xié)議不適用于AdHoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)節(jié)點加入、離開、移動等路由算法還未收斂，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)就發(fā)生變化有限的系統(tǒng)帶寬、能量等資源周期性地通告路由信息嚴重降低系統(tǒng)的性能間歇性的網(wǎng)絡(luò)分割傳統(tǒng)路由協(xié)議容易形成路由回路單向的無線傳輸信道傳統(tǒng)路由協(xié)議一般假設(shè)鏈路是對稱的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化減少路由開銷引入按需路由在路由時考慮能量等約束條件路由選擇協(xié)議的特點從Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點可以知道，其路由選擇協(xié)議必須滿足以下條件：必須對拓撲的變化具有快速反應(yīng)能力，并且避免路由環(huán)路的發(fā)生；必須高效地利用帶寬資源，盡可能壓縮開銷；必須盡可能縮短發(fā)射時間和減少發(fā)射的數(shù)據(jù)量，以節(jié)約能源。2.Adhoc路由協(xié)議的分類AdHoc路由協(xié)議表驅(qū)動路由先驗式(Proactive)按需路由反應(yīng)式(Reactive)ZRPDSDVTBRPFCGSROLSRLMRABRDSRAODVTORASSRDYMOOLSR:OptimizedLinkStateRoutingTBRPF:TopologyDisseminationBasedonReverse-PathForwardingAODV:AdHocOnDemandDistanceVectorDSR:DynamicSourceRoutingDTMO:DynamicMANETOn-demandRouting表驅(qū)動（TableDriven）路由先驗式(Proactive)路由傳統(tǒng)的分布式最短路徑路由協(xié)議鏈路狀態(tài)或者距離向量所有節(jié)點周期性更新“可達”信息每個節(jié)點維護到網(wǎng)絡(luò)中所有其它節(jié)點的路由所有路由都已存在并且隨時可用DSDV、OLSR、TBRPF路由延時小，但是路由開銷大按需(On-demand)路由反應(yīng)式(Reactive)路由源節(jié)點根據(jù)需要，通過路由發(fā)現(xiàn)過程來確定路由控制報文采用泛洪（Flooding）方式兩種實現(xiàn)技術(shù)源路由（分組攜帶完整的路由信息）逐跳（Hop-by-Hop）路由DSR、AODV、DYMO路由延時大，但是路由開銷小混合路由AdHoc網(wǎng)絡(luò)劃分為區(qū)域每個節(jié)點在區(qū)域內(nèi)部采用表驅(qū)動路由對于區(qū)域外節(jié)點采用按需路由簇和區(qū)域的不同簇內(nèi)所有節(jié)點都與簇首直接通信，簇內(nèi)節(jié)點間的通信一般是兩跳區(qū)域的大小沒有限制，區(qū)域內(nèi)的節(jié)點通信可以多跳ZRP：ZoneRoutingProtocol10.5.4無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)按需路由協(xié)議按需驅(qū)動路由協(xié)議又稱為反應(yīng)式路由協(xié)議或被動路由，是一種當需要時才進行路由發(fā)現(xiàn)的路由選擇方式。與主動式路由協(xié)議相比，按需路由協(xié)議中的節(jié)點平時并不實時地維護網(wǎng)絡(luò)路由。只有在節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才激活路由發(fā)現(xiàn)機制，源節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程。按需驅(qū)動路由協(xié)議：動態(tài)源路由協(xié)議DSR、Adhoc按需距離向量路由協(xié)議AODV、臨時順序路由算法TORA、基于相互關(guān)系的路由協(xié)議ABR和單一穩(wěn)定路由SSR等。DSR路由協(xié)議DSR是一種按需路由協(xié)議。節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才進行路由發(fā)現(xiàn)過程反應(yīng)型路由，僅維護活躍的路由DSR是一種源路由。發(fā)送節(jié)點在分組中包含了源-目的完整路由信息，該路由信息由網(wǎng)絡(luò)中的若干節(jié)點地址組成，各個節(jié)點按照該路由信息來轉(zhuǎn)發(fā)分組不需要中間節(jié)點維護路由信息節(jié)點緩存到目的節(jié)點的多條路由避免了在每次路由中斷時都需要進行路由發(fā)現(xiàn)，因此能夠?qū)ν負渥兓龀龈斓姆磻?yīng)DSR協(xié)議組成路由發(fā)現(xiàn)（RouteDiscovery）只有在源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才啟動幫助源節(jié)點獲得到達目的節(jié)點的路由路由維護（RouteMaintenance）在源節(jié)點給目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時監(jiān)測當前路由的可用情況當網(wǎng)絡(luò)拓撲變化導致路由故障時，切換到另一條路由或者重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程路由發(fā)現(xiàn)和路由維護都按需進行的不需要周期性路由通告不需要感知鏈路狀態(tài)不需要鄰居檢測DSR路由發(fā)現(xiàn)：路由請求源節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播路由請求（RREQ：RouteRequest）報文，其中包括：源節(jié)點地址目的節(jié)點地址路由記錄（從源到目的節(jié)點路由中的中間節(jié)點）請求ID中間節(jié)點接收到RREQ后，將自己的地址附在路由記錄中ABCDEF(A-)(A-F)(A-)(A-B-)(A-B-C-)(A-B-C-)(A-B-C-E-)DSR路由發(fā)現(xiàn)：中間節(jié)點處理中間節(jié)點維護<源節(jié)點地址、請求ID>序列對列表判斷重復RREQ如果接收到的RREQ報文中的<源節(jié)點地址、請求ID>存在于本節(jié)點的序列對列表中如果接收到的RREQ報文中的路由記錄中包含本節(jié)點地址如果檢測到重復，則中間節(jié)點丟棄該RREQ報文ABCDEF(A-)(A-F)(A-)(A-B-)(A-B-C-)(A-B-C-)(A-B-C-E-)丟棄F轉(zhuǎn)發(fā)的RREQDSR路由發(fā)現(xiàn)：路由應(yīng)答目的節(jié)點收到RREQ后，給源節(jié)點返回路由應(yīng)答（RREP：RouteReply）報文拷貝RREQ報文中的路由紀錄源節(jié)點收到RREP后，在本地緩存路由信息(A-B-C-D)ABCDEF(A-B-C-D)(A-B-C-D)DSR路由發(fā)現(xiàn)：對稱/非對稱信道路由應(yīng)答RREP報文路由的選擇：如果源-目的路由是對稱信道目的節(jié)點到源節(jié)點的路由，即為源節(jié)點到目的節(jié)點的反向路由如果源-目的路由是非對稱信道如果目的節(jié)點的路由緩存中有到達源節(jié)點的路由，則直接使用否則目的節(jié)點需要發(fā)起到源節(jié)點的路由請求過程，同時將RREP報文稍帶在新的RREQ報文中DSR路由維護點到點證實機制如果數(shù)據(jù)分組被重發(fā)了最大次數(shù)仍然沒有收到下一跳的確認，向源端發(fā)送路由錯誤RERR報文，并且指明中斷的鏈路源端將該路由從路由緩存中刪除如果源端路由緩存中存在另一條到目的節(jié)點的路由，則使用該路由重發(fā)分組否則，重新開始路由發(fā)現(xiàn)過程端到端證實機制節(jié)點以混雜模式運行，當節(jié)點傳送報文給鄰節(jié)點時，可以偵聽到鄰節(jié)點所傳送的報文，并以此來判斷對方是否還在傳送范圍內(nèi)。ABCDEF(A-B-C-E-)RouteErrorDSR優(yōu)化：路由緩存(1)—獲取路由緩存

每個節(jié)點緩存它通過任何方式獲得的新路由轉(zhuǎn)發(fā)RREQ和數(shù)據(jù)分組獲得從本節(jié)點到（RREQ或數(shù)據(jù)分組的）路由記錄中所指示的所有節(jié)點的路由，例如E轉(zhuǎn)發(fā)RREQ(A-B-C)獲得到A的路由(C-B-A)轉(zhuǎn)發(fā)RREP獲得本節(jié)點到RREP路由紀錄中所有節(jié)點的路由，例如B轉(zhuǎn)發(fā)RREP(A-B-C-D)獲得到D的路由(C-D)監(jiān)聽相鄰節(jié)點發(fā)送的分組RREQ、RREP、數(shù)據(jù)分組等(A-B-C-D)ABCDEF(A-B-C-D)(A-B-C-D)均假設(shè)信道是對稱的DSR優(yōu)化：路由緩存(2)—使用路由緩存中間節(jié)點使用緩存的到目的節(jié)點的路由去響應(yīng)RREQRREP中的路由紀錄=RREQ中的路由紀錄+緩存的到目的節(jié)點的路由例如，節(jié)點B的緩存已經(jīng)有到達目的節(jié)點D的路由B-C-D，則用A-B-C-D對A的RREQ進行響應(yīng)ABCDEF(B-C-D)(A-B-C-D)(A-)DSR優(yōu)化：路由緩存(3)—錯誤路由緩存處理錯誤路由緩存，網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化使得緩存的路由失效，從而影響和感染其它節(jié)點，使用該路由緩存的路由將不可用當節(jié)點根據(jù)路由緩存回應(yīng)RREP時，其它監(jiān)聽到此RREP的節(jié)點會更改自己緩存的路由，從而感染錯誤路由緩存解決方法：設(shè)置緩存路由的有效期，過期即刪除DSR優(yōu)化：路由緩存(4)—RREP風暴RREP風暴節(jié)點廣播到某個目的節(jié)點的RREQ，當其鄰居節(jié)點的路由緩存中都有到該目的節(jié)點的路由時，每個鄰居節(jié)點都試圖以自己緩存的路由響應(yīng)，由此造成RREP風暴RREP風暴將浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬，并加劇報文沖突DSR優(yōu)化：路由緩存(5)--預防RREP風暴預防RREP風暴每個節(jié)點延時D發(fā)送RREPD與節(jié)點到目的節(jié)點的跳數(shù)成正比，使得到目的節(jié)點有最短路徑的RREP最先發(fā)送節(jié)點將接口設(shè)置成混雜模式(promiscuous)，監(jiān)聽是否存在有比自己更短的到目的節(jié)點的路徑，如果有，則不發(fā)送本節(jié)點的RREPD=H*(h-1+r)其中H是每條鏈路的傳播延時h是自己返回的路徑長度，即到目的節(jié)點的跳數(shù)r是0或者1優(yōu)點僅在需要通信的節(jié)點間維護路由，減少了路由維護開銷路由緩存技術(shù)能夠進一步減少路由發(fā)現(xiàn)的代價采用路由緩存技術(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)多條到達目的節(jié)點的路由支持非對稱信道缺點采用源節(jié)點路由，每個數(shù)據(jù)分組首部中都要攜帶路由信息，增加了網(wǎng)絡(luò)開銷由于采用廣播，用于路由發(fā)現(xiàn)的控制報文可能波及到全網(wǎng)節(jié)點RREP風暴問題錯誤路由緩存問題DSR特點AODV路由協(xié)議AODV采用按需路由機制AODV最早于1999年提出。2003年正式公布為自組網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的RFC標準，即RFC3561。AODV結(jié)合了DSR(按需路由)和DSDV(表驅(qū)動路由)使用DSR中基于廣播的路由發(fā)現(xiàn)機制每個節(jié)點都維護路由表，采用DSDV逐跳路由、序號AODV特點AODV特點與DSDV協(xié)議相比，采用按需路由，不需要維護整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息，只有在發(fā)送分組且沒有到目的節(jié)點的路由時，才發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。參與通信過程的節(jié)點需要維護路由表，不在路徑上的節(jié)點不保存路由信息。與DSR協(xié)議相比，由于節(jié)點建立和維護路由表，分組中不需攜帶完整的路由信息僅適用于對稱信道路由表僅維護一條到目的節(jié)點的路由1.AODV報文格式AODV定義了3種控制報文：路由請求RREQ報文路由應(yīng)答RREP報文路由錯誤RERR報文。另外還定義了路由應(yīng)答確認RREP-ACK報文。這些報文都使用UDP協(xié)議，分配的UDP端口號為654。⑴路由請求RREQ報文類型字段，8比特。RREQ報文的類型值為1；加入J和修復R字段，各1比特。為多播預留；類型JRGDU預留跳數(shù)RREQID目的IP地址目的序號源IP地址源序號08142431RREQ報文字段意義無請求（免費）RREP標志G字段，1比特。G標志用于指示一個無請求的RREP報文是否應(yīng)該在發(fā)送給源節(jié)點的同時，還要傳送到目的節(jié)點。置1表示需要，清0表示不需要；設(shè)置了G比特的原因：若中間節(jié)點發(fā)送RREP，就會丟棄RREQ，有可能目的節(jié)點收不到任何RREQ，這樣目的節(jié)點就不知道通往源節(jié)點的逆向路由。如果一個中間節(jié)點為響應(yīng)G=1的RREQ而向源節(jié)點回復了RREP，則它必須向目的節(jié)點發(fā)送一個RREP報文。目的節(jié)點回復D標志字段，1比特。D=1說明只有目的節(jié)點才對該RREQ報文做回復；序號未知U標志字段，1比特。說明目的序號是否未知；預留字段，11比特。發(fā)送時設(shè)置為0，接收時忽略該字段；跳數(shù)字段，8比特。初值為0。說明從源節(jié)點到處理這個RREQ報文的節(jié)點處的跳數(shù)。RREQ報文字段意義（續(xù)）請求報文ID字段，32比特。與源節(jié)點的IP地址一起<源IP地址,請求ID>使用，用來唯一標識一個特定RREQ的序號。當源節(jié)點發(fā)起一個新的RREQ時，請求ID+1。目的IP地址字段，32比特。一條路由的目的節(jié)點的IP地址。目的序號字段，32比特。目的序號是源節(jié)點所看到的（過去收到的），到目的節(jié)點的任何路由的最新（最大）序號。RREQ報文字段意義（續(xù)）源IP地址字段，32比特。發(fā)送RREQ報文的源節(jié)點的IP地址。<源IP地址，請求ID>對唯一地標識了一個RREQ報文。根據(jù)收到的報文的<源IP地址，請求ID>，判斷這個報文是否重復，從而丟棄重復報文。源序號字段，32比特。在源節(jié)點的路由表中有一個指向自己的路由表項，這個路由表項使用的當前序號就是源序號。這個序號由源節(jié)點產(chǎn)生和維護。是用于逆向路由（向著路由請求的源節(jié)點方向）的一條路由的當前序號。RREQ中的兩個序號源序號：用于到達源節(jié)點的逆向路由，該序號用于表明逆向路由的新舊程度。目的序號：說明了源節(jié)點所知道的最新的到達目的節(jié)點的序號，說明路由的新舊程度。顯然，一個目的序號若在源節(jié)點的緩存內(nèi)能被找到，則說明到達該目的節(jié)點的路由，之前曾被源節(jié)點使用過。

⑵路由應(yīng)答RREP報文類型字段，8比特。RREP的類型為2；修復R標識字段，1比特。為多播預留；確認A字段，1比特。當A比特被設(shè)置時，希望RREP的接收者發(fā)送RREP-ACK報文進行確認；預留字段，9比特。發(fā)送時置0，接收時忽略；類型RA預留前綴大小prefixsize跳數(shù)目的IP地址目的序號源IP地址生存期限18182431RREP字段意義前綴大小字段，5比特。只用于分簇情況。不分簇時，設(shè)置為0。不為0時，具有相同前綴大小的節(jié)點屬于同一個簇；（其RFC3561中第7部分有詳細說明）跳數(shù)字段，8比特。從源節(jié)點到目的節(jié)點的跳數(shù)；目的IP地址字段，32比特。說明一條路由的目的節(jié)點的IP地址，與接收到的路由請求報文RREQ中的目的IP地址相同；目的序號字段，32比特。與一條路由相關(guān)聯(lián)的目的序號；RREP字段意義（續(xù)）源IP地址字段，32比特。說明發(fā)送RREQ報文的節(jié)點的IP地址。與接收到的路由請求報文RREQ中的源IP地址相同；生存期限字段，32比特。以毫秒為單位，說明接收RREP后這條路由的有效期。⑶路由錯誤RERR報文類型字段，8比特。RERR報文的類型設(shè)置為3；不能刪除N標識字段，1比特。當一個節(jié)點已經(jīng)完成一個鏈路的本地修復時設(shè)置為1。上游節(jié)點不應(yīng)該刪除這條路由；預留字段，15比特。發(fā)送時置為0，接收時忽略；目的跳數(shù)字段，8比特。說明包含在該報文中的不可達目的節(jié)點的數(shù)目。該字段設(shè)定的值至少是1；類型N預留目的跳數(shù)不可達目的IP地址(1)不可達目的序號(1)其它不可達目的IP地址(如果需要)其它不可達目的序號(如果需要)082431RERR報文字段意義不可達目的IP地址字段，32比特。說明由于鏈路中斷而變成不可達的目的節(jié)點的IP地址；不可達目的序號字段，32比特。說明路由表項中不可達目的節(jié)點對應(yīng)的序號。在任何時候由于鏈路斷開，導致從該節(jié)點的鄰居到一個或多個目的節(jié)點變得變得不可達時，發(fā)送RERR報文。這里的目的節(jié)點是指在上一個字段，即“不可達目的IP地址”字段指定的那個節(jié)點；其它不可達目的IP地址字段和其它不可達目的序號。這兩個字段的意義分別類似于不可達目的IP地址字段和不可達目的序號字段。當有多個目的節(jié)點不可達時才使用它們。⑷路由應(yīng)答確認(RREP-ACK)報文當收到一個A比特被置位的RREP報文時，一定要回復一個RREP-ACK報文。類型（Type）字段，8比特。RREP-ACK報文的類型設(shè)置為4；預留（Reserved）字段，8比特。發(fā)送時設(shè)置為0，接收時忽略該字段。類型預留08152.AODV路由協(xié)議的操作AODV協(xié)議的中間節(jié)點需要建立和維護動態(tài)路由表。為路由表中每個目的節(jié)點維護一定的狀態(tài)信息。⑴序號的維護每個路由表項，必須包含“目的序號”。只要一個節(jié)點從RREQ、RREP或RERR報文接收到一個與某個目的節(jié)點相關(guān)的新序號（非過時序號），就會更新該目的序號。AODV的操作依賴于每個節(jié)點的目的序號，保證到達該目的節(jié)點的所有路由沒有回路。目的節(jié)點在下列兩種情況下增大序號值當節(jié)點發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程之前，必須立即增加自己的序號（源序號）。這樣可以防止與以前建立的逆向路由（朝著RREQ的源節(jié)點方向）發(fā)生沖突。當目的節(jié)點發(fā)送對RREQ的響應(yīng)報文RREP之前，必須立即更新自己的序號(NewSeq)：

NewSeq=Max(CurSeq,DstSeq)當前序號(CurSeq)RREQ報文中目的序號(DstSeq)修改目的序號一個節(jié)點只有在以下情況下，才修改關(guān)于一個目的節(jié)點的路由表項中的目的序號字段：該節(jié)點本身就是目的節(jié)點，并且獲得了一條到達自己的新路由。該節(jié)點接收到一個AODV報文，報文中包含關(guān)于一個目的節(jié)點的新序號信息。到該目的節(jié)點的路經(jīng)有效期滿，或者中斷。⑵路由表表項維護當節(jié)點收到一個鄰居節(jié)點的AODV控制報文，創(chuàng)建或更新到某個特定目的節(jié)點或子網(wǎng)的路由時，該節(jié)點就檢查自己的路由表，看是否有一個關(guān)于這個特定目的節(jié)點的表項。如果沒有找到，就創(chuàng)建一條關(guān)于這個目的節(jié)點的表項。這條路由只有在滿足下列條件之一時才得到更新：新序號>在路由表中存儲的該目的序號。新序號=在路由表中存儲的該目的序號，但是，新路由信息的跳數(shù)加1后，仍然小于路由表中存儲的跳數(shù)。新路由信息的序號是未知的。3.AODV路由建立過程AODV協(xié)議采用與DSR類似的廣播式路由發(fā)現(xiàn)機制。但是，與DSR協(xié)議相比，AODV的路由依賴于中間節(jié)點建立和維護的動態(tài)路由表（而不是自己攜帶路由信息）。AODV協(xié)議采用按需驅(qū)動的路由機制。當源節(jié)點想要給某一個目的節(jié)點發(fā)送分組，而目前又沒有到達目的節(jié)點的有效路由時，即路徑不存在時，便啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。向其鄰居廣播RREQ分組用于路由發(fā)現(xiàn)AODV需要建立兩個方向的路由逆向路由：指從目的節(jié)點到源節(jié)點的路由，用于將路由應(yīng)答報文RREP送至源節(jié)點；是源節(jié)點廣播路由器請求報文RREQ過程中建立的。前向路由：指從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由，用于數(shù)據(jù)報文的發(fā)送；在節(jié)點會送路由應(yīng)答報文RREP過程中建立的。路由建立過程：產(chǎn)生路由請求RREQ處理和轉(zhuǎn)發(fā)路由請求查收路由應(yīng)答RREP接收和轉(zhuǎn)發(fā)路由應(yīng)答AODV協(xié)議的工作過程例子假定源節(jié)點A給節(jié)點I發(fā)送分組。每個AODV節(jié)點都維護了一張表，以目的節(jié)點為關(guān)鍵字，每個表項給出