计算机网络之无线网络与移动网络

无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)的组成：

• 有固定的基础设施的WLAN (所谓"固定基础设施"是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站)
• 无固定基础设施的WLAN

IEEE 802.11是一个有固定基础设施的无线局域网的国际标准，简单来说802.11就是无线以太网的标准。凡使用802.11系列协议的局域网又称为Wi-Fi(Wireless-Fidelity，意思是"无线保真度")

IEEE802.11的基本服务集BSS和扩展服务集ESS：

• 一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时，都要通过本BSS的基站
• 基本服务集内的基站叫做接入点AP(Access Point)其作用和网桥相似，当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道.
• 一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(Distribution System)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS
• ESS还可通过叫做门户为无线用户提供到非802.11无线局域网(例如，到有线连接的互联网)的接入，门户的作用就相当于一个网桥
• 移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集(到A’的位置)，仍可保持和另一个移动站B进行通信.

建立关联：
一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS，就必须选择一个接入点AP，并与此接入点建立联系，建立联系表示这个移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个AP之间创建了一个虚拟线路.只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧.移动站与AP建立关联的方法有：

• 被动扫描：移动站等待接收收入站周期性发送的信标帧(beacon frame)，信标帧中包含有若干系统参数(如服务集标识符SSID以及支持的速率等)
• 主动扫描：移动站主动发出探测请求帧(probe request frame)，然后等待从AP发回的探测响应帧.

移动自组网络：
移动自组网络又称为自组网络(ad hoc network)，自组网络是没有固定基础设施(即没有AP)的无线局域网，这种网络是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络.自组网络的服务范围通常是受限的，而且一般也不和外加的其他网络相连接，移动自组网络也就是移动分组无线网络.

无线传感器网络WSN：
无线传感器网络WSN是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络.无线传感器网路的应用时进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗.由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制，无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求.
无线传感器网络主要的应用领域就是组成各种的物联网loT(Internet of Things).

几种不同的接入：

• 固定接入(fixed access)：在作为网络用户期间，用户设置的地理位置保持不变
• 移动接入(mobility access)：用户设置能够以车辆速度移动时进行网络通信，当发生切换是，通信仍然是连续的.
• 便携接入(portable access)：在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力.
• 游牧接入(nomadic access)：用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变，如用户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还要寻找最佳基站.

层协议：
无线局域网不能简单地搬用CSMA/CD协议，这里主要有两个原因：

• "碰撞检测"要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但接收到的信号强度往往会小于发送信号的强度，在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大.
• 即使能够实现碰撞检测的功能，并且在发送数据时检测到信道是空闲的时候去，在接收端仍然有可能发生碰撞.
  这种未能检测出媒体上已存在的信号问题叫做隐蔽站问题，其实B向A发送数据并不影响C和D发送数据，这就是暴露站问题
  
  
  CSMA/CA协议：
  无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA协议.改进的办法是CSMA增加一个碰撞避免CA(Collision Avoidance)功能.802.11就使用CSMA/CA协议，而在使用CSMA.CA的同时，还增加使用停止等待协议.

802.11的MAC层：
MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能够发送数据或接收数据.

三种IFS：
所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间(继续监听)才能发送下一帧，这段时间的通称是帧间间隔IFS.帧间间隔长度取决于该站发送的帧的类型，高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送全.若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态，因为低优先级帧就只能再推迟发送了，这样就减少了发生碰撞的机会.
帧间间隔愈短，优先级愈高.

• 短帧间间隔(SIFS:Short IFS)
  长度为28μs，最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧，一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收模式.高优先级，使用SIFS的帧类型有：ACK帧、CTS帧、由过长的MAC帧分片后的数据帧，以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧.
  
• 点协调功能帧间间隔(PIFS:PCF IFS)
  中等优先级，用于PCF非竞争式传输功能时，站点传送帧所必需等待的时间.
• 分布协调功能帧间间隔(DIFS:DCF IFS)
  低优先级，长度为128μs，用于DCF竞争式传输功能时，站点传送帧前所必须等待的时间.在DCF方式中，DIFS用来发送数据帧和管理帧.
  

SIFS<PIFS<DIFS

对信道进行预约：
主要思想：允许传送端预留信道，而不是随机访问(避免了长数据帧的碰撞)
传送端先发送了一个请求发送帧(RTS:Request To Sent)给基站，RTS仍可能发生碰撞(但是RTS包很小)
基站广播允许发送帧(CTS:Clear To Send)
传送端传送数据，其他站点推迟发送.
通过小的预留包(RTS/CTS)来避免数据帧冲突！
收到CTS(允许发送帧)的其他站点，不可以传送任何数据，接着传送端会发出数据帧，接收端收完数据帧后再恢复ACK，所以暂停传送的站点在接收到ACK后就可以解除封锁了.
站点接收到RTS(请求发送帧)控制帧，但没收到CTS控制帧可以自由地传送资料，不需要暂停传送.

使用RTS帧和CTS帧会使整个网络的通信效率有所下降，但与数据帧相比，开销不算大.
相反，若不使用这种控制帧，则一旦发生碰撞而导致数据帧重发，则浪费的时间就更多.

CSMA/CA协议的基本流程图：