无线电网络技术课后习题答案 (1)

第一章

1.1 如何理解计算机网络在现代社会的作用？

答：在现代社会生产生活中，网络技术实现信息的互通和流动，高速完善的网络能使信息更快捷、准确的传输，发挥强大的作用。网络已成为信息社会的技术命脉和知识经济的发展基础。

1.2 请给出计算机网络的整体结构。

答：参考ISO/OSI 模型以及TCP/IP 模型。

1.3 目前的骨干网络大多为光纤传输，部分城市实现了光纤到户，为此是否可以完全用光纤取代所有其他类型的网络？试分析。

答：不能取代所有其他类型的网络。电话线、有线电视线缆、双绞线、电力线等在生活中大量存在，许多也基本能满足不同实际需求，光纤铺设较复杂、成本较高，适于新建网络。

1.4 为什么网络协议栈都以分层形式实现？各层主要完成哪些功能？

答：网络体系结构是一个复杂的系统，所以采用结构化的方法，将其分解为若干层次设置相应的协议，便于维护和修改。

各层次主要功能参考ISO/OSI 模型以及TCP/IP 模型。

1.5无线网络近几年得到了快速发展，试分析其原因并给出对未来无线网络发展的看法。

答：各种不同需求推动无线网络发展，未来发展体现多元化、便捷等特点。

1.6 试分析和比较无线网络和有线网络，可以从传输方式、组网结构等方面进行比较。

答：有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑。无线扩频的投资是相当节省的。

有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降，如果中间通过电话转接局，则信号质量下降更快，到4、5 公里左右已经无法传输高速率数据，或者会产生很高的误码率，速率级别明显降低，而对于无线扩频通信方式，50 公里内几乎没有影响，一般可提供从64K 到2M 的通信速率。

有线通信铺设时需挖沟架线，成本投入较大，且电缆数量固定，通信容量有限；而无线

扩频则可以随时架设，随时增加链路，安装、扩容方便。

1.7试分析和比较无线网络和有线网络，可从传输方式、组网结构等方面进行比较。

答：有线网络须架设电缆，挖掘电缆沟或架设架空明线；而无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快，将所有成本和工程周期统筹考虑，无线链路成本节省。有线网络电缆数量固定，通信容量有限，而无线网络相对更灵活，随时增加链路，安装、扩容方便。通信质量方面，无线网络和有线网络的通信质量均会随线路距离扩展而下降，如果配备中继设备，可予以改善。

1.9 为什么现阶段IPv6 必须与IPv4 共存，而不是直接取代？它们各有什么样的特点？

答：由于现阶段大部分互联网用户使用IPv4，若直接升级到IPv6，必须将互联网上所有节点都进行修改，实施起来比较困难，所以使用IPv4/IPv6 的形式进行过度，不远的将来，IPv6将会得到全面使用，最终取代IPv4。

IP 是TCP/IP 协议族中网络层的协议，是TCP/IP 协议族的核心协议。目前IP 协议的版本是IPv4，发展至今已经使用了30 多年。IPv4 的地址位数为32 位，也就是最多有2 的32次方的电脑可以联到Internet 上。

IPv6 是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，IPv6 除了一劳永逸

地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4 中解决不好的其它问题，主要有端到端IP 连

接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。

第二章

2.1 无线电频谱如何划分？请简单介绍ISM频段。

答：无线电可用来进行声音和图像广播、气象预报、导航、无线电通信等业务。根据无线电波传播及使用的特点，国际上将其划分为12个频段，通常的无线电通信只使用其中的第4~12频段，无线电频谱和波段的划分如下表所示。

序号频段名称频段范围(含上限不含下限) 波段名称

ITU规定ISM(Industrial Scientific Medical，工业科学医疗)频段，开放给工业、科学、医疗等三类机构使用，无需授权，可免费使用。ISM频段在各国规定并不统一，美国有3个频段902-928MHz、2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz，其中2.4GHz频段各国通用。欧洲ISM低频段为868MHz和433MHz。使用需遵守一定的发射功率(一般低于1W)，不要干扰其它频段。许多无线网络可工作于ISM频段。

2.2 不同无线网络采用的无线通信介质各异。请列举常见的几类，并进行对比。答：无线网络通信方式主要有三类：⑴无线电波；⑵微波；⑶红外线。

无线电波通信是指利用自由空间（大气层和外层真空）传播的射频频段的电磁波进行的通信，其原理在于导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

微波通信是指利用频率为300M—300GHz 之间的电磁波作为传输介质进行通信。它又可以细分为地面微波通信和卫星微波通信两大类。

红外通信是指以红外线为载体，进行数据传输的通信方式。

2.3 假设有一个波长为0.5mm 的微波发射器，最大传输距离为50m，则其满足最大传输距离的损耗为多大？

2.4 常见的信号干扰和损耗有哪些？如何解决？

答：参考2.3.1节。

2.5 请简述信号的调制过程，并对比常见的调制技术。

答：参考2.4.1节。

2.6 调频扩频和直接序列扩频技术各有什么特点？

答：跳频扩频(FHSS)是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。发送方用看似随机的无线电频率序列广播信息，并以固定间隔从一频率跳至另一频率。而接收方接收时也同步跳转频率。窃听者只能听到无法识别的杂音，即使试图在某一频率上干扰，也只能影响有限的几位信号。直接序列扩频(DSSS)用高码率的扩频码序列在发送方直接扩展信号频谱，而接收方则用相同扩频码序列进行解扩，即把频谱拓宽的扩频信号还原成原始信息。原始信号中每一位在传输中以多个码片表示，即使用扩展编码。这种扩展编码能将信号扩展至更宽的频带范围上，该频带范围与使用码片位数成正比。

2.7 复用技术和多址技术能提高无线传输的效率，试比较分析常见的几种复用和多址技术

答：目前，常见的复用方式有频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）、空分复用（SDM）等。多址通信的方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）等。除了这些多址方式以外，其他复用方式也可

以用在多址通信中，如极化复用和波分复用等，当然多数情况下需和其它方式综合运用。

2.8 天线技术在无线网络通信中起到了重要作用，试分析天线的主要技术指标。答：参考2.7.2节。

2.9 MIMO包括哪些关键技术？

答：信道估计、空时信号处理、同步、分集等。具体分析见2.8节。

2.10 认知无线电的功能和关键技术是什么？

答：基本功能包括：分析无线环境，估计空间电磁环境中的干扰温度和检测频谱空穴；信道状态估计及容量预测；功率控制和动态频谱管理。关键技术包括频谱检测、频谱管理、功率控制等。

2.12 针对网络仿真技术，请列举不少于3 种仿真平台，分析对比其技术特点。答：OPNET、NS2、MATLAB 等，具体技术特点可自行列举和比较

第三章

3.1 无线局域网具有什么特点？无线局域网存在哪些局限性？

答：参考3.1.2 节

3.2 试阐述无线局域网的组成和结构。

答：WLAN 由站、无线介质、无线接入点或基站、分布式系统等组成。

WLAN 根据物理拓扑结构可分为单区网和多区网；根据逻辑拓扑可分为对等式拓扑、

基础结构式和线性、星形、环形等；根据控制方式可分为无中心分布式和有中心集中控制式两种；根据与外网的连接性可分为独立WLAN 和非独立WLAN。

3.3 IEEE802.11n 是目前较常见的无线局域网标准，请分析其技术特点。

答：参考3.3.4 节

3.4 常见的无线局域网MAC 层优化技术有哪些？各有什么特点？

答：DCF 主要有CSMA/CA，RTS/CTS 两种技术。

EDCA 特点：使用AIFS 代替DIFS；最大最小竞争窗口的改变。

3.5 IEEE802.11 有哪几种帧间间隔(IFS)？请分析其含义和长度。

答：IEEE 802.11 规定了4 种IFS，以实现不同的访问优先级别，其时间长度关系为：SIFS

3.6 部署大规模WLAN 需要有效的AP 和信道分配，请查阅文献，了解研究进展。

答：请参考文献【10】或查阅更新的文献。

3.7 请使用某一种测量工具，测试你身边的WLAN，对信道、数据包等进行分析。答：可使用3.5.2 节中介绍的工具测量你所在的校园无线网。

3.8 如下图所示，无线节点A 和C 同时想与B 通信，此时会产生什么问题？如何解决？

答：隐藏节点问题。

使用RTS 和CTS 控制信息来避免冲突。当发送方发送数据前，先送出一个RTS 包，告知在传送范围内的所有节点不要有任何传送操作。如果接收方目前空闲，则响应一个CTS 包，告诉发送方可开始发送数据，此CTS 包也会告诉所有在接收方信号传输范围内的其他节点不要进行任何传输操作。

3.9 如下图所示，无线节点B 想与A 通信，同时节点C 想与D 通信，此时会产生什么问题？如何解决？

答：暴露节点问题。

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CTS，可以判定它本身是一个暴露节点，所以允许传送数据到其他邻近节点。这个节点可以成功送出RTS，但相应的CTS 不一定能被成功的收到。

3.8 请列举两个你熟悉的无线局域网应用实例，分析其各项功能和技术特点。答：参考教材3.4 节。

第四章

4.1 为什么说无线城域网解决了最后一千米的接入问题？试分析。

答：WMAN 如WiMax 能有效解决有线方式无法覆盖地区的宽带接入问题，有较完备的QoS 机制，可根据业务需要提供实时。非实时不同速率要求的数据传输服务，为居民和各类企业宽带接入业务提供新方案

4.2 请简单介绍IEEE 802.16 系列技术标准。

答：参考表4.1。

4.3 WiMax 协议体系结构如何？

答：参考4.2.3 节。

4.4 请列举WiMax 的不同应用场景？

答：参考4.3.2 节。

4.5 MWiMax 的网络切换包括哪几种技术？各有什么特点？

答：MWiMax 切换主要涉及链路层、网络层和跨层融合。其中链路层切换分为硬切换(HHO)、宏分集切换(MDHO)和快速基站切换(FBSS)。特点参考4.4 节。

4.6 试从多方面分析和比较WiMax 与WiFi 技术。

答：可从传输范围、传输速率、安全性进行分析，请参考教材4.4 节。

4.8 请针对移动通信的2G/3G/4G/5G 技术，分析比较其技术特点。

答：参考4.6 节。

4.10 请在乘坐高铁/动车等旅行时，测试宽带服务的性能，列出结果和分析各种影响。

答：可使用第3 章介绍的有关测量工具软件

第五章

5.1 什么是卫星网络？与其它无线网络相比有何不同？

答：卫星网络的基本概念参考5.1.1 节。相比其它无线网络的特点参考5.1.3 节。

5.2 请从卫星制式、覆盖区域范围、用户性质、业务范围等对无线网络进行分类。答：参考表5.1。

5.3 卫星网络有哪些类型的轨道？各具有什么特点？

答：参考5.2.1 节。

5.4 未来的全球通信系统中，卫星通信网络将是一个宽带网络，支持任何人在任何时间和任何地点进行高效通信。为此，卫星网络需要实现哪些关键技术？答：参考5.2.3 节。

5.5 卫星网络的链路有哪些？以具体卫星网络为例阐述。

答：参考5.2.5 节。

5.6 请简单介绍移动卫星系统(MSS)的通信标准和网络设计？

答：参考5.5.1 节和5.5.2 节。

5.7 目前主要有哪些实际的卫星网络提供服务？请予以简单介绍。

答：通信服务参考5.4 节，定位导航服务参考5.6.2 节。

第六章

6.1 什么是Ad hoc 网络和MANET？它们具有哪些特点？

答：无线自组织(Ad Hoc)网络又称无线对等网络，由若干个无线终端构成的一个临时性、无中心的网络，网络中亦不需要任何基础设施。移动Ad Hoc 网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)，又称移动多跳网或移动对等网，是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情况下，可在有限范围内实现多个移动节点临时互联互通的网络。

MANET 的特点：拓扑结构动态变化，无固定通信设施，网络节点随机移动；资源有限，节点的能量和网络带宽有限；多跳通信，实现不同覆盖网络间的源与目标主机间的通信；安全性较低，无线信道易受窃听、篡改、伪造等攻击的威胁。

特点参考6.1.3 节。

6.2 MANET 有哪些拓扑结构？各具有什么特点？试分析对比。

答：MANET 的拓扑结构可分两种：对等式结构和分级结构。参考6.2.1 节。

6.3 MANET 路由协议如何分类？各有什么特点。

答：参考6.3.2 节。

6.4 请分析DSDV 路由协议的特点和工作过程。

答：参考6.3.3 节“1. DSDV 路由协议”。

6.5 请分析AODV 路由协议的特点和工作过程。

答：参考6.3.3 节“2. AODV 路由协议”。

6.6 请介绍一种具体的MANET 地理位置路由协议。

答：参考6.3.3 节“4. LAR 路由协议”。

6.7 在MANET 中如何进行IP 地址分配？

答：答：MANET 路由协议并未考虑节点IP 地址的分配，而假设节点IP 地址已被事先分配好。

但这实际上存在问题，必须考虑如何为新加入MANET 的节点分配IP 地址。下面是MANET中IP 地址分配的几种技术。

①基于伙伴系统的分布式动态地址分配协议。通过地址池为节点分配IP 地址，最初整

个网络仅一个节点A，拥有整个IP 地址池。当一个无IP 地址的节点B 加入网络，它向A

申请IP 地址。A 接受申请后，将IP 地址池的一半地址分配给B，B 可将收到地址池中的第一个地址作为自身地址。同时B 还将发给A 最新的IP 地址表，此时A 和B 互称为伙伴。

②改进的DHCP 协议。此协议为每部分网络选择一个领导，领导扮演DHCP 服务器的

角色，通过其向新加入节点分配地址，领导拥有一个所有已被分配IP 地址的列表。

③基于硬件地址的IP 地址分配。采用硬件MAC 地址的已知网络前缀和后缀组成相应

的IP 地址。

6.8 什么是无线网状网络？它具有哪些优势？

答：无线网状网(Wireless Mesh Network, WMN)是从Ad hoc 网络发展起来的新型网络技术，是动态、自组织、自配置的多跳宽带无线网络。与MANET 不同，WMN 通过位置相对固定的无线路由器，互联多种网络，并接入高速骨干网。已被纳入IEEE 802.11s、IEEE 802.16 等标准中，是无线城域核心网的理想方式之一。优势包括：①快速部署和易于安装；②健壮性；③结构灵活；④高带宽；⑤低干扰。

第七章

7.1 无线传感器网络是在什么样的背景下产生的？具有怎样的现实意义？

答：随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日渐成熟，人们陆续研究开发出了各种具备感知、计算和通信能力的微型传感器。而由许多微型传感器共同构成的无线传感器网络进一步引起了人们的关注。

WSN 综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理、无线通信等技术，能协作地实时监测、感知、采集网络区域内的各种环境或被监测对象的信息，并处理信息，进一步获取更详尽准确的数据，传送给需要这些数据信息的用户。WSN 可使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获得大量详实可靠的物理世界的真实信息，可广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、野外作业、抢险抗灾等领域。WSN 被认为是信息感知和采集的一场革命，在新一代网络中具有非常关键的作用，将会对人类的未来生活方式产生巨大影响。

7.2 无线传感器网络具有哪些特点？面临什么样的挑战？

答：WSN 除具有Ad Hoc 网络的自组织性等特征以外，还有许多特点：

①网络规模大。②低速率。③低功耗。④低成本。⑤短距离。⑥高可靠。

WSN 面临的挑战：

①通信能力有限，需要高质量完成感知信息的处理与传输。②电源能量有限，需要节约

能量，使网络生命周期最大化。③传感器计算能力有限，要让大量仅具有限计算能力的传感器进行协作分布式信息处理。④传感器数量大、分布范围广，软硬件必须具有高健壮性和高容错性。⑤网络动态性，WSN 应具有可重构性和自调整性。⑥大规模的分布式触发器。⑦感知数据流巨大。⑧以数据为中心。

7.4 无线传感器网络的网络结构有哪些？各具有什么特点？

答：参考7.2.4 节。

7.5 无线传感器网络的节点组成结构如何？请进行简单分析。

答：参考7.2.2 节

7.6 无线传感器网络的节点体系结构如何？各部分具有什么样的作用？

答：WSN 节点的体系结构由分层网络通信协议、网络管理平台、应用支撑组成。

(1)分层的网络通信协议

由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

(2)网络管理平台

主要包括对节点自身管理以及用户对WSN 的管理，有拓扑控制、服务质量管理、能量

管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

(3)应用支撑平台

包括一系列检测为主的应用层软件，并通过应用服务和网络管理接口提供支持。

7.7 无线传感器网络具有怎样的协议栈结构？各层实现什么样的功能？

答：WSN 的通信协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

(1)五层功能介绍

①物理层，负责数据调制、发送与接收。涉及具体传输介质、所用频段及调制方式等。

②数据链路层，负责数据帧封装、帧检测、介质访问和差错控制等。WSN 的MAC 协

议主要负责组网和共享信道接入。主要解决两个问题：一是为数据传输建立连接，形成无线逐跳的通信基础结构，并提供网络自组织的能力；二是为节点公平有效地分配通信资源。该层各环节都要体现有效的功率控制。

③网络层，负责数据的路由转发、节点间通信、支持多传感器协作完成大型感知任务。WSN 路由协议需具备的特征有：协议简单、节能，以数据为中心，有数据融合能力，可扩展性和健壮性良好。

④传输层，负责维护数据流，保证通信质量。当WSN 需与其它网络连接时，如基站节

点与任务管理节点之间的连接可采用传统TCP 协议。但WSN 内部不能采用这些传统协议，

因为能源和内存资源有限，需要一套代价较小的协议。

⑤应用层，提供各种实际应用，解决各种安全问题。主要的应用层协议有：传感器管理

协议(SMP)、任务分配与数据公告协议(TADAP)、传感器查询及数据分发协议(SQDDP)等。而密钥管理和安全组播由基础安全机制提供。

7.8 请简单介绍分析定向扩散路由协议的特点。

答：参考7.3.3 节。

7.9 请简单介绍分析S-MAC 协议的特点。

答：参考7.3.4 节

第八章

8.1 什么是无线个域网？它与其他无线网络相比有哪些不同？

答：无线个域网(Wireless PAN，WPAN)是一种采用无线连接的个域网。也是近年来个域网中应用较多的类型。其主要通过无线电或红外线代替传统有线电缆，实现个人信息终端的互联，组建个人信息网络。传统有线网络中，各种外设与计算机间的连接与通信往往需要各种线缆直接联结，存在许多不便，因此对各种设备间的无线连接需求越来越强烈。于是WPAN 应运而生，它是为了实现活动半径小(如几米)、业务类型丰富、面向特定群体的连接而提出的新型无线网络技术。WPAN 是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围更小的无线网络，它们的关系和通信范围如图8.1 所示。P192WPAN 主要应用于个人用户工作空间，其位于整个网络链的末端，用于实现同一地点终端与终端间的连接。从技术角度分析，WPAN 系统通常可分为以下4 个层次。

①应用软件和程序，由驻留在主机上的软件模块组成，控制网络模块的运行。

②固件和软件栈，负责管理连接建立，并规定和执行QoS 要求。

③基带装置，负责数据处理，包括编码、封装、检错和纠错等，定义装置运行的状态，

并与主控制器接口交互。

④无线电收发，负责经D/A(数/模)和A/D(模/数)转换处理所有的输入/输出数据。它接收来自和到达基带的数字信号，并接收来自和到达天线的模拟信号。

WPAN 设备具有价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点，目标是用无线代替传统

线缆，实现个人信息终端的智能化互连，组建个人化的办公或家用信息网络。主要特点如下：

高数据速率并行链路：>100Mbps。

邻近终端之间的短距离连接：典型为1~10m。

标准无线或电缆桥路与外部因特网或广域网的连接。

典型的对等式拓扑结构。

中等用户密度。

8.2 无线个域网可分为几类？具体各有什么特点？

答：WPAN 的应用范围日益广泛，涉及技术也越来越丰富，通常将WPAN 按传输速率分为

低速、高速和超高速三类。

具体请参考教材8.1.3 节。

8.3 常见的应用于无线个域网的技术有哪些？试予以分析对比。

答：WPAN 的关键技术包括IrDA、HomeRF、UWB、蓝牙技术、ZigBee 技术等。

分析对比请参考教材8.2 节。

8.4 IEEE 802.15 包括哪些标准？

答：请参照表8.2。

8.5 UWB 可实现短距离的高速网络连接，请分析其如何组建应用于数字化家庭？

答：参考8.3.2 节。

8.6 为实现可靠传输，蓝牙采用了哪些协议？各实现什么功能？

答：(1)基带协议

负责建立微型网内各蓝牙设备之间的物理收发链路。蓝牙收发模块使用跳频扩频技术，

分组在指定时隙、指定频率上发送。在这一层上通过查询和寻呼过程使不同蓝牙设备的发送跳频频率和时钟实现同步。不同基带分组存在不同的物理链路：同步面向连接(SCO)和步无连接(ACL)，这两种方式在同一射频链路上可实现复用。ACL 分组只适于数据传输，而SCO 分组适用于语音及数据。基带为所有语音和数据分组提供了不同级别的纠错和加密机制，保证其可靠性与安全性，语音数据可直接通过基带传输。基带为链路管理和控制消息分配专门信道。

(2)链路管理协议(LMP)

负责设备之间链路的建立和控制，包括控制和协商基带分组的大小。还通过鉴权和加密