㈠ 目前常用的加密解密演算法有哪些
加密演算法
加密技術是對信息進行編碼和解碼的技術,編碼是把原來可讀信息(又稱明文)譯成代碼形式(又稱密文),其逆過程就是解碼(解密)。加密技術的要點是加密演算法,加密演算法可以分為對稱加密、不對稱加密和不可逆加密三類演算法。
對稱加密演算法 對稱加密演算法是應用較早的加密演算法,技術成熟。在對稱加密演算法中,數據發信方將明文(原始數據)和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後,使其變成復雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後,若想解讀原文,則需要使用加密用過的密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密,才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中,使用的密鑰只有一個,發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密,這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是,交易雙方都使用同樣鑰匙,安全性得不到保證。此外,每對用戶每次使用對稱加密演算法時,都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙,這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長,密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難,主要是因為密鑰管理困難,使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密演算法有DES和IDEA等。美國國家標准局倡導的AES即將作為新標准取代DES。
不對稱加密演算法不對稱加密演算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對稱加密演算法加密文件時,只有使用匹配的一對公鑰和私鑰,才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密,解密密文時使用私鑰才能完成,而且發信方(加密者)知道收信方的公鑰,只有收信方(解密者)才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密演算法的基本原理是,如果發信方想發送只有收信方才能解讀的加密信息,發信方必須首先知道收信方的公鑰,然後利用收信方的公鑰來加密原文;收信方收到加密密文後,使用自己的私鑰才能解密密文。顯然,採用不對稱加密演算法,收發信雙方在通信之前,收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方,而自己保留私鑰。由於不對稱演算法擁有兩個密鑰,因而特別適用於分布式系統中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密演算法有RSA演算法和美國國家標准局提出的DSA。以不對稱加密演算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。
不可逆加密演算法 不可逆加密演算法的特徵是加密過程中不需要使用密鑰,輸入明文後由系統直接經過加密演算法處理成密文,這種加密後的數據是無法被解密的,只有重新輸入明文,並再次經過同樣不可逆的加密演算法處理,得到相同的加密密文並被系統重新識別後,才能真正解密。顯然,在這類加密過程中,加密是自己,解密還得是自己,而所謂解密,實際上就是重新加一次密,所應用的「密碼」也就是輸入的明文。不可逆加密演算法不存在密鑰保管和分發問題,非常適合在分布式網路系統上使用,但因加密計算復雜,工作量相當繁重,通常只在數據量有限的情形下使用,如廣泛應用在計算機系統中的口令加密,利用的就是不可逆加密演算法。近年來,隨著計算機系統性能的不斷提高,不可逆加密的應用領域正在逐漸增大。在計算機網路中應用較多不可逆加密演算法的有RSA公司發明的MD5演算法和由美國國家標准局建議的不可逆加密標准SHS(Secure Hash Standard:安全雜亂信息標准)等。
加密技術
加密演算法是加密技術的基礎,任何一種成熟的加密技術都是建立多種加密演算法組合,或者加密演算法和其他應用軟體有機結合的基礎之上的。下面我們介紹幾種在計算機網路應用領域廣泛應用的加密技術。
非否認(Non-repudiation)技術 該技術的核心是不對稱加密演算法的公鑰技術,通過產生一個與用戶認證數據有關的數字簽名來完成。當用戶執行某一交易時,這種簽名能夠保證用戶今後無法否認該交易發生的事實。由於非否認技術的操作過程簡單,而且直接包含在用戶的某類正常的電子交易中,因而成為當前用戶進行電子商務、取得商務信任的重要保證。
PGP(Pretty Good Privacy)技術 PGP技術是一個基於不對稱加密演算法RSA公鑰體系的郵件加密技術,也是一種操作簡單、使用方便、普及程度較高的加密軟體。PGP技術不但可以對電子郵件加密,防止非授權者閱讀信件;還能對電子郵件附加數字簽名,使收信人能明確了解發信人的真實身份;也可以在不需要通過任何保密渠道傳遞密鑰的情況下,使人們安全地進行保密通信。PGP技術創造性地把RSA不對稱加密演算法的方便性和傳統加密體系結合起來,在數字簽名和密鑰認證管理機制方面採用了無縫結合的巧妙設計,使其幾乎成為最為流行的公鑰加密軟體包。
數字簽名(Digital Signature)技術 數字簽名技術是不對稱加密演算法的典型應用。數字簽名的應用過程是,數據源發送方使用自己的私鑰對數據校驗和或其他與數據內容有關的變數進行加密處理,完成對數據的合法「簽名」,數據接收方則利用對方的公鑰來解讀收到的「數字簽名」,並將解讀結果用於對數據完整性的檢驗,以確認簽名的合法性。數字簽名技術是在網路系統虛擬環境中確認身份的重要技術,完全可以代替現實過程中的「親筆簽字」,在技術和法律上有保證。在公鑰與私鑰管理方面,數字簽名應用與加密郵件PGP技術正好相反。在數字簽名應用中,發送者的公鑰可以很方便地得到,但他的私鑰則需要嚴格保密。
PKI(Public Key Infrastructure)技術 PKI技術是一種以不對稱加密技術為核心、可以為網路提供安全服務的公鑰基礎設施。PKI技術最初主要應用在Internet環境中,為復雜的互聯網系統提供統一的身份認證、數據加密和完整性保障機制。由於PKI技術在網路安全領域所表現出的巨大優勢,因而受到銀行、證券、政府等核心應用系統的青睞。PKI技術既是信息安全技術的核心,也是電子商務的關鍵和基礎技術。由於通過網路進行的電子商務、電子政務等活動缺少物理接觸,因而使得利用電子方式驗證信任關系變得至關重要,PKI技術恰好能夠有效解決電子商務應用中的機密性、真實性、完整性、不可否認性和存取控制等安全問題。一個實用的PKI體系還必須充分考慮互操作性和可擴展性。PKI體系所包含的認證中心(CA)、注冊中心(RA)、策略管理、密鑰與證書管理、密鑰備份與恢復、撤銷系統等功能模塊應該有機地結合在一起。
加密的未來趨勢
盡管雙鑰密碼體制比單鑰密碼體制更為可靠,但由於計算過於復雜,雙鑰密碼體制在進行大信息量通信時,加密速率僅為單鑰體制的1/100,甚至是 1/1000。正是由於不同體制的加密演算法各有所長,所以在今後相當長的一段時期內,各類加密體制將會共同發展。而在由IBM等公司於1996年聯合推出的用於電子商務的協議標准SET(Secure Electronic Transaction)中和1992年由多國聯合開發的PGP技術中,均採用了包含單鑰密碼、雙鑰密碼、單向雜湊演算法和隨機數生成演算法在內的混合密碼系統的動向來看,這似乎從一個側面展示了今後密碼技術應用的未來。
在單鑰密碼領域,一次一密被認為是最為可靠的機制,但是由於流密碼體制中的密鑰流生成器在演算法上未能突破有限循環,故一直未被廣泛應用。如果找到一個在演算法上接近無限循環的密鑰流生成器,該體制將會有一個質的飛躍。近年來,混沌學理論的研究給在這一方向產生突破帶來了曙光。此外,充滿生氣的量子密碼被認為是一個潛在的發展方向,因為它是基於光學和量子力學理論的。該理論對於在光纖通信中加強信息安全、對付擁有量子計算能力的破譯無疑是一種理想的解決方法。
由於電子商務等民用系統的應用需求,認證加密演算法也將有較大發展。此外,在傳統密碼體制中,還將會產生類似於IDEA這樣的新成員,新成員的一個主要特徵就是在演算法上有創新和突破,而不僅僅是對傳統演算法進行修正或改進。密碼學是一個正在不斷發展的年輕學科,任何未被認識的加/解密機制都有可能在其中佔有一席之地。
目前,對信息系統或電子郵件的安全問題,還沒有一個非常有效的解決方案,其主要原因是由於互聯網固有的異構性,沒有一個單一的信任機構可以滿足互聯網全程異構性的所有需要,也沒有一個單一的協議能夠適用於互聯網全程異構性的所有情況。解決的辦法只有依靠軟體代理了,即採用軟體代理來自動管理用戶所持有的證書(即用戶所屬的信任結構)以及用戶所有的行為。每當用戶要發送一則消息或一封電子郵件時,代理就會自動與對方的代理協商,找出一個共同信任的機構或一個通用協議來進行通信。在互聯網環境中,下一代的安全信息系統會自動為用戶發送加密郵件,同樣當用戶要向某人發送電子郵件時,用戶的本地代理首先將與對方的代理交互,協商一個適合雙方的認證機構。當然,電子郵件也需要不同的技術支持,因為電子郵件不是端到端的通信,而是通過多個中間機構把電子郵件分程傳遞到各自的通信機器上,最後到達目的地。
㈡ 假如有三個無線路由器,分別RA,RB,RC 如果通過WDS以A做主路由,BC副路由,他們三個分別能
不能吧。主路由應該關閉WDS的,B、C開啟WDS和它連接,這樣A就相當於總的出入口。B、C的流量最終要通過它進出,這個WDS網路用戶數為22,用戶數寬,而它只能承受10個用戶,總出口窄,一寬一窄,A將成為網路的瓶頸,無法承載22個用戶數。
解決方法:把A換成能無線接入20-30用戶的企業級無線路由器就可以了,價格也不貴,不到300。如TP-LINK TL-WVR300,299元,可承載20個無線用戶。
㈢ 在無線感測器網路中,如何根據接收信號的強度來判斷發送者的距離有具體的計算公式么
基於RSSI的定位
RSSI測量,一般利用信號傳播的經驗模型與理論模型。
對於經驗模型,在實際定位前,先選取若干測試點,記錄在這些點各基站收到的信號強度,建立各個點上的位置和信號強度關系的離線資料庫(x,y,ss1,ss2,ss3)。在實際定位時,根據測得的信號強度(ss1′,ss2′,ss3′)和資料庫中記錄的信號強度進行比較,信號強度均方差最小的那個點的坐標作為節點的坐標。
對於理論模型,常採用無線電傳播路徑損耗模型進行分析。常用的傳播路徑損耗模型有:自由空間傳播模型、對數距離路徑損耗模型、哈它模型、對數一常態分布模型等。自由空間無線電傳播路徑損耗模型為:
式中,d為距信源的距離,單位為km;f為頻率,單位為MHz;k為路徑衰減因子。其他的模型模擬現實環境,但與現實環境還是有一定的差距。比如對數一常態分布模型,其路徑損耗的計算公式為:
式中,Xσ是平均值為O的高斯分布隨機變數,其標准差范圍為4~10;k的范圍在2~5之間。取d=1,代入式(1)可得,LOSS,即PL(d0)的值。此時各未知節點接收錨節點信號時的信號強度為:
RSSI=發射功率+天線增益一路徑損耗(PL(d))
2.2 基於RSSI的三角形質心定位演算法的數學模型
不論哪種模型,計算出的接收信號強度總與實際情況下有誤差,因為實際環境的復雜性,換算出的錨節點到未知節點的距離d總是大於實際兩節點間的距離。如圖1所示,錨節點A,B,C,未知節點D,根據RSSI模型計算出的節點A和D的距離為rA;節點B和D的距離為rB;節點C和D的距離為rC。分別以A,B,C為圓心;rA,rB,rC為半徑畫圓,可得交疊區域。這里的三角形質心定位演算法的基本思想是:計算三圓交疊區域的3個特徵點的坐標,以這三個點為三角形的頂點,未知點即為三角形質心,如圖2所示,特徵點為E,F,G,特徵點E點的計算方法為:
同理,可計算出F,G,此時未知點的坐標為由模擬得,在圖2中,實際點為D;三角形質心演算法出的估計點為M;三邊測量法算出的估計點為N。可知,三角形質心演算法的准確度更高。
3 基於RSSI的三角形質心演算法過程
3.1 步驟
(1)錨節點周期性向周圍廣播信息,信息中包括自身節點ID及坐標。普通節點收到該信息後,對同一錨節點的RSSI取均值。
(2)當普通節點收集到一定數量的錨節點信息時,不再接收新信息。普通節點根據RSSI從強到弱對錨節點排序,並建立RSSI值與節點到錨節點距離的映射。建立3個集合。
錨節點集合:
(3)選取RSSI值大的前幾個錨節點進行自身定位計算。
在B_set:中優先選擇RSSI值大的信標節點組合成下面的錨節點集合,這是提高定位精度的關鍵。
對錨節點集合,依次根據(3)式算出3個交點的坐標,最後由質心演算法,得出未知節點坐標。
(4)對求出的未知節點坐標集合取平均,得未知節點坐標。
3.2 誤差定義
定義定位誤差為ER,假設得到的未知節點的坐標為(xm,ym),其真實位置為(x,y),則定位誤差ER為:
4 仿 真
利用Matlab模擬工具模擬三角形質心演算法,考察該演算法的性能。假設在100 m×100 m的正方形區域內,36個錨節點均勻分布,未知節點70個,分別用三邊測量法和三角形質心定位演算法進行模擬,模擬結果如圖3所示。由圖3可知,三角形質心演算法比三邊測量法,定位精度更高,當測距誤差變大時,用三角形質心演算法得出的平均定位誤差比用三邊測量法得出的小得多。
5 結 語
在此提出了將RSSI方法和三角形質心定位演算法相結合的方法,通過模擬實驗,將該演算法和三邊測量演算法相比較,證明了該演算法的優越性。下一步將研究在錨節點數量不同時的平均定位誤差。
㈣ 怎樣在有線網路上設計無線網路。
也許對於很多消費者來說,無線技術固然再好、再便捷但是如果不能BT下載,不能流暢地游戲那麼它就沒有價值。而本文的重點就是向大家介紹如何在WLAN環境下進行合理的BT下載設置,以便獲得最佳的使用效果。
也許很多朋友都有這樣的感覺,在將自家的有線路由器換成無線路由器以後,BT下載的穩定性和連接速度有了明顯的下降,甚至是不能進行BT下載。其實,無論是有線還是無線路由他們的工作原理都基本一樣:對內網向外網發出的信息不會進行阻攔,但對來自外部想進入內部網路的信息則會在進行識別、篩選後才會轉發給內網電腦,也正是基於此原理,才導致了很多內網BT用戶在下載時出現斷流和緩慢的現象。當然,對於無線路由器來說,我們還需要進行一些額外的設置才能夠獲得與有線網路相同的下載效果。
關閉SSID
SSID(ServiceSetIdentifier)一般是由AP或無線路由器廣播出來的區域網名稱,它的目的是讓只有設置為名稱相同SSID的值的電腦才能互相通信。
對於BT下載來說,我們建議大家關閉SSID來獲得更好的使用你效果。因為,關閉SSID後可以節省帶寬的佔用率和免除許多網路冗餘信息,提高BT的下載速度。 另一方面,關閉SSID後也可以起到對網路保護的作用。關閉SSID廣播後,其他用戶將無法搜索到你無線設備的SSID,除非他能手動填寫出你正確的SSID才能進行連接。
啟用加密,控制用戶數量
與傳統有線路由相比,無線路由器更容易被他人入侵,尤其是沒有採用任何加密措施的無線路由,你的鄰居將毫不費力的使用你的網路進行下載和其他操作,從而影響你的網路質量。
除了上面提到的關閉SSID,我們還可以通過WEP和WPA這些無線加密手段來對網路進行保護。這里我們建議大家,在其他設置正常的情況下,排除ISP和軟體的問題後,您不妨看看是否有人偷偷潛入了您的網路。
IEEE 802.11 Wireless LAN 網路
13.1 網路架構及特性簡介
由於可攜式計算機(包含筆記型計算機 (notebook) 和掌上型計算機 (laptop))普及率的快速成長,無線區域網絡對今日的計算機及通訊工業來講,將成為一項重要的觀念及技術。在無線區域網絡的架構中,計算機主機不需要像在傳統的有線網路里,必需保持固定在網路架構中的某個節點上,而是可以在任意的時間作任何的移動,也能對網路上的數據作任意的訪問。大體說來,無線網路有四項特性與傳統的有線網路不同:
一、無線網路的目的地址(Destination Address)通常不等於目的位置(Destination Location):
在有線網路里,一個地址通常就代表一個固定的位置,然而在無線網路里,這件事不一定成立,因為在無線網路中,事先被給定地址的一部計算機,隨時都有可能會移動到不同的地方。
二、無線網路的傳輸媒介會影響整體網路的設計:
無線網路的實體層和有線網路的實體層基本上有很大的不同,無線網路的實體層有下列特性:
點和點之間的連結范圍是有限的,因為這牽涉到訊號強弱的關系。
使用了一個需要共享的傳輸媒介。
傳送的訊號未被保護,易受外來雜訊干擾。
在數據傳送的可靠性來講,較有線網路來的差。
具有動態的網路拓撲結構。
因為上述的原因,使得設計整個網路的軟硬體架構,就會和傳統的有線網路不同。舉例而言,由於訊號傳送范圍的受限,使得無線區域網絡硬體架構的設計,就必需考慮到只能在一個有著合理幾何距離的區域內。
三、無線網路要有能力處理會移動的工作站:
對無線網路來講,一個重要的要求就是,不但能處理可攜式的工作站 (portable station),更要能處理移動式的工作站 (mobile station),可攜式的工作站也會從某一個位置移動到另一個位置,但長時間來看,它通常還是會固定在某一個位置上。而移動式的工作站就有可能在短時間內不斷的移動,且會在移動中仍對網路上的數據作訪問。
四、無線網路和其它 IEEE 802 網路層間的關系不同:
為了達到網路的透明化,無線區域網絡希望做到在邏輯鏈接層就能和別的網路相通,這使得無線區域網絡必需將處理移動性工作站及保持數據傳送可靠性的能力全做在網路媒介訪問層 (MAC Layer) 中,這和傳統有線網路在媒介訪問層所需具有的功能是不同的。
無線區域網絡正逐漸受到重視,為了使各種競爭產品之間能兼容互通,標準的制定就成了重要的工作,而 IEEE 802.11 無線區域網絡 (wireless LAN) 的標准就在這樣的情況下誕生。
IEEE 802.11 主要目的是要制定一套適合在無線區域網絡環境下作業的通訊協議,最重要的工作,就是要制定出 MAC 層和實體層。 因此 IEEE 802.11 的參考模式主要分成兩部份,第一部份是制定出適用於所有無線網路系統的 MAC 規格,設計出和實體層無關的 MAC 協議。第二部份則是制定出和傳輸媒介相關的 PHY 規格。IEEE 802.11 所支持的每一種傳輸訊號頻寬,都有不同的 PHY 規格。例如,915MHz 頻寬、2.4GHz 和5.2GHz 頻寬以及紅外線頻寬等,都有不同的 PHY 規格。此外功率的管理和時限性的服務等也包括在 IEEE 802.11的定義范圍內。本章討論的重點將著重在 IEEE 802.11 所制訂出的 MAC 通訊協議上。IEEE 802.11 無線區域網絡的主要特性如下:
多重傳輸速率。IEEE 802.11可以讓工作站使用不同的傳輸速率(單位為100kbps)在網路上通訊。例如 0.5 Mbps, 1 Mbps 或 2 Mbps。
frame為 IEEE 802.11 frame。
傳輸媒介為無線電。
基本通訊協議為 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)。如果同時有二個或二個以上的工作站傳送frame將造成沖撞,發生沖撞的frame視為無效並丟棄。IEEE 802.11所採用的 CSMA/CA通訊協議雖可避免大部分不必要的沖撞,但仍無法完全排除沖撞的現象。因此只適合用來傳送非實時性的數據。
提供兩種傳送服務。分布式協調功能 (Distributed Coordination Function, DCF) 使用 CSMA/CA ,適合傳輸非實時信息。集中式協調功能 (Point Coordination Function, PCF) 由網路協調者 (Point Coordinator) 掌控並且以輪詢 (polling) 的方式安排工作站傳送frame的時機及順序。由於工作站傳送的時間可事先安排,因此可提供保證傳送延遲的服務。
非實時傳輸使用之頻寬不保證公平分配。在 DCF 部份由於工作站利用 CSMA/CA 通訊協議來互相競爭傳送frame的機會,並沒有輪流傳送的特性,因此每個工作站實際使用的頻寬量可能不同。
提供認證 (Authentication) 及數據保密 (Privacy) 功能。無線電是一種開放性的介質,任何人都可以很容易的干擾或!!。任證是確任對方的身分,免得在不知情的狀況下因
為與陌生人通訊而泄漏重要的信息。保密是利用加密 (Encryption) 及解密 (Decryption) 的技術來保護傳送的數據,使得!!者即使!!到數據也無法得知其內容。
較不適合多媒體信息傳輸。雖然網路提供保證的傳送延遲服務,但目前最高的傳送速率只有 2 Mbps。此頻寬尚不足以應付具有實時要求的多媒體信息。如果無線網路上同時存在許多工作站,則每一部工作站平均分配到的頻寬將更少。
13.2 無線區域網絡硬體架構
要了解無線區域網絡硬體架構之前,要先了解無線區域網絡協議的功能需求,因為 IEEE 802.11 就是根據這些需求,擬訂了一套無線區域網絡系統的基本架構。 IEEE 802.11將最低的功能頻寬訂為 1Mbps,這對於一般性的操作,像檔案傳輸、程序載入、交易處理等,是絕對必要的。對於需要傳輸實時數據的應用軟體,像數字式聲音、影像等,IEEE 802.11也提供了時限性 (time bounded)的服務。另外,IEEE 802.11也定義了包括財務、辦公室、學校以及工業大樓等各種環境中的可靠操作需求。此外,還定義了行動式的計算機系統至少必須支持每小時幾哩的行人速度。而為了整合這些需求,IEEE 802.11就制訂出兩種不同類型的無線區域網絡基本架構:
有基礎架構的無線區域網絡 (Infrastructure Wireless LAN)
無基礎架構的無線區域網絡 (Ad Hoc Wireless LAN)
所謂的基礎架構通常指的就是一個現存的有線網路分布式系統 (wired distribution system),在這種網路架構中,會存在一種特別的節點,稱作AP (access points),這個AP的功能就是要將一個或多個的無線區域網絡和現存的有線網路分散系統相連結,以提供某個無線區域網絡中的工作站,能和較遠距離的另一個無線區域網絡的工作站通訊,另一方面也促使無線區域網絡中的工作站,能訪問有線分布式系統中的網路資源。這一類型的無線網路通訊范圍,通常是以同一棟建築物出現,例如,商店、醫院、或是同一棟樓層。
無基礎架構的無線區域網絡主要是要提供不限量的用戶,能實時架設起無線通信網路,在這種架構中,通常任二個用戶間都可直接通訊,這一類的無線網路架構在會議室里經常用得上。IEEE 802.11所制訂的架構允許「無基礎架構的無線區域網絡」和「有基礎架構的無線區域網絡」同時使用同一套基本訪問協議。然而,一般討論 IEEE 802.11 無線區域網絡硬體架構,還是偏重在「有基礎架構的無線網路上」。IEEE 802.11 所定義的無線網路硬體架構,主要由下列組件所組成(參考圖13-1):
Wireless Medium (WM):無線傳輸媒介,無線區域網絡實體層所使用到的傳輸媒介。
Station (STA):工作站,任何設備只要擁有 IEEE 802.11 的 MAC 層和 PHY 層的介面,就可稱為一個工作站。
Station Services (SS):工作站服務,提供工作站送收數據的服務。
Basic Service Area (BSA):在「有基礎架構的無線區域網絡」中,每一個幾何上的建構區塊 (building block) 就稱為一個基本服務區域 (Basic Service Area, 簡稱 BSA) ,每一建構區塊的大小依該無線工作站的環境和功率而定。
Basic Service Set (BSS):基本服務區中所有工作站的集合。
Distribute System (DS):分布式系統,通常是由有線網路所構成,可將數個 BSAs 連結起來。
Access Point (AP):AP,連結 BSS 和 DS 的設備,不但具有工作站的功能,還提供工作站具有訪問分布式系統的能力,通常在一個 BSA 內會有一個AP。
Extended Service Area (ESA):數個 BSAs 經由 DS 連結在一起,所形成的區域,就叫作一個擴充服務區。
Extended Service Set (ESS):數個經由分布式系統所連接的 BSS 中的每一基本工作站集,形成一個擴充服務集。
Distribution System Services (DSS):分布式系統所提供的服務,使得數據能在不同的 BSSs 間傳送。
圖13-1 無線網路硬體架構組成組件
IEEE 802.11 無線網路系統與傳統的有線區域網絡相連結是經由一個稱為 「埠接器」(Portal)的連結設備,如圖13-2 所示。埠接器的主要功能是將數據從有線區域網絡送入無線網路系統,或將來自無線區域網絡的數據送入有線區域網絡中。這之間除了必須考慮通訊協議的不同外也要考慮到傳輸媒介的差異。
圖13-2 無線區域網絡與有線區域網絡之相連結
13.3 無線區域網絡軟體架構
IEEE 802.11的軟體架構主要可分為工作站軟體和分布式系統軟體二部份。標准中並無規定應如何實作此分布式系統軟體,取而代之的是,它描述了這個分布式系統應提供那些服務才能滿足整個系統所需。因此,無線網路的軟體架構可看成是由下列二大類的服務所組成(參考圖13-3):
工作站服務 (Station Services, 簡稱 SS), 由工作站所提供。此類服務提供工作站具有正確送收數據的能力,另外也考慮傳送數據的安全性。包含下列兩種服務:
身份確認服務(Authentication)
隱密性服務(Privacy)
分布式系統服務(Distribution System Services, 簡稱 DSS),由分布式系統所提供。此類服務使 MAC frame能在同一個 ESS 中的不同 BSS 間傳送。無論工作站移動到那裡,也都要能收到它該收到的數據,這類服務大部份是由一個特別的工作站呼叫使用,此工作站本身也同時提供這些服務,因此也稱為AP(Access Point, 簡稱AP)。AP是唯一同時提供 SS 和 DSS的無線網路組件,它也是工作站與分布式系統間的橋梁。分散系統提供下列五種服務:
聯結服務(Association)
取消聯結服務(Disassociation)
分送服務(Distribution)
整合服務(Integration)
重聯結服務(Reassociation)
圖13-3 無線網路軟體服務架構
IEEE 802.11 所指定的七種服務中有五種是用來支持使「媒介訪問服務數據單元」(MAC service data unit,簡稱 MSDU) 能在不同的 BSS 間傳送。另外二種則是用來控制工作站對 IEEE 802.11區域網絡的訪問,及數據的隱私性。其功能分述如下:
分送服務(Distribution):此服務的主要工作就是將分布式系統中的數據送到該送到的地方。以圖13-3 為例,假設有一筆frame要從 工作站 1 送到 工作站 4 ,一開始這筆frame會先被送到工作站 2 ( 輸入AP),接著工作站 2 會透過「分送服務」將這筆frame送到工作站 3 (輸出AP),而工作站 3 再透過無線媒介將frame送達工作站 4 。IEEE 802.11 並沒有規定分散系統要如何將frame正確的送達目的位置,但它說明了在「聯結」(Association)、「取消聯結」(Disassociation)及「重聯結」(Reassociation) 等服務中該提供那些信息,使得分散系統可以決定該筆frame該送往那個 輸出AP,而將frame送達正確的目的地位置。
整合服務(Integration):此服務的主要目的是要使frame能在分散系統和現存的傳統區域網絡間傳送。如果分送服務知道該筆frame的目的地位置是一個現存的 IEEE 802.x 有線區域網絡,則該筆frame在分散系統中的輸出點將是埠接器而不是AP。分送服務若發現該frame是要被送到埠接器將會使得分散系統在frame送達埠接器後接著驅動「整合服務」,而整合服務的任務就是將該筆frame從分散系統轉送到相連的區域網絡媒介。其中整合服務要做的主要工作就是將不同的地址空間做一個轉換。 為了要了解以下所將要介紹的「聯結」(Association)、「取消聯結」(Disassociation)及「重聯結」(Reassociation)等服務的意義,我們先介紹一個叫做「移動性」(mobility) 的觀念,IEEE 802.11對工作站,定義了三種程度的「移動性」,分別描述如下: 無變動:此程度的移動性又可分為以下兩種型式:靜止(工作站根本就沒動)及區域性的移動(工作站只在一個基本服務區內移動)。
基本服務區的變動:工作站會從一個基本服務區移動到另一個基本服務區,但仍保持在同一個擴充服務區內。
擴充服務區的變動:工作站會從某一個擴充服務區內的基本服務區移動到另一個擴充服務區內的基本服務區。
聯結服務(Association):此服務的主要目的是要在工作站和AP之間建立一個通訊聯機。當分布式系統要將數據送給工作站時,它必需事先知道這個工作站目前是透過那個AP來訪問分布式系統,這些信息就是由聯結服務來提供。一個工作站在被允許藉由某個AP送數據給分散系統之前,它必須先和此AP作聯結,通常在一個基本服務區內有一個AP,因此任何在這個基本服務區內的工作站想和外界作通訊,就必須先向此AP相聯結。此動作類似注冊,因為當工作站作完聯結的動作後,AP就會記住此工作站目前在它的管轄范圍之內。請注意在任一瞬間,任一個工作站只會和一個AP作聯結,這樣才能使得分散系統能在任一時候知道哪一個工作站是由哪一個AP所管轄。然而,一個AP卻可同時和多個工作站作聯結。聯結服務都是由工作站所啟動的,通常工作站會藉由啟動聯結服務來要求和AP作一個聯結。
重聯結服務(Reassociation):此服務的主要目的是要將一個移動中工作站的聯結,從一個AP轉移到另一個AP。當工作站從一個基本服務區移動到另一個基本服務區時,它就會啟動一個「重聯結的服務」,此服務會將工作站和它所移入的基本服務區內的AP作一個聯結,使得分散系統將來能知道此工作站目前已由另一個AP所管轄了。重聯結的服務也都是由工作站所啟動的。
取消聯結服務(Disassociation):此服務的主要目的是取消一個聯結。當一個工作站傳送資料結束時,可以啟動「取消聯結服務」。另外,當一個工作站從一個基本服務區移動到另一個基本服務區時,它除了會對新的AP啟動「重聯結服務」外,也會對舊的AP啟動「取消聯結服務」。此服務可由工作站或AP來啟動。不論是哪一方啟動,另一方都不能拒絕。AP可能因為網路負荷的原因,而啟動此服務對工作站取消聯結。
身份確認服務(Authentication):此服務的主要目的是用來確認每一個工作站的身份。IEEE 802.11 支援一種叫做「盤問/響應」(Challenge/Response,簡稱 C/R) 的身份確認方法。一般 C/R 身份確認的方法主要有下列三個步驟:
聲明身份 (Assertion of Identity)
盤問聲明 (Challenge of Assertion)
回應盤問 (Response to Challenge)
以下為 C/R 身份確認方法的實例
聲明 (Assertion):我是工作站 4
盤問 (Challenge):證明你的身份
回應 (Response):這是我的密碼
結果 (Result):如果密碼 OK ,工作站就完成身份確認
IEEE 802.11 通常要求雙向式的身份確認。在任一瞬間,一個工作站能同時和多個工作站(包含AP)作身份確認的動作。身份確認的服務是屬於工作站服務。
隱密性服務 (Privacy);此服務的主要目的是避免傳送數據的內容被!!。無線網路和有線網路不太相同的地方,其中一點就在於無線網路的數據是在空氣這開放的介質中傳播,因此任何只要裝有 IEEE 802.11 適配卡的工作站都能接收到別人的數據,所以數據的保密性若做的不好,資料就很容易被別人所!!。「隱密性服務」的主要功能就是提供一套「隱密性服務」的演算法 (privacy algorithm) 將數據做加密與解密。「隱密性服務」也是屬於工作站服務 。
13.4 frame格式
IEEE 802.11 的 MAC frame格式如圖13-4 所示,其中包含
frame標頭 (Header):30位元組,此部份主要包括了控制信息 (control information),地址 (addressing),順序號碼 (sequencing number),持續時間 (ration) 等欄位。
資料:長度不一(0 - 2312 位元組),此部份依frame型態 (frame type) 有所不同。
錯誤檢查碼 :4 位元組,記錄frame的檢查碼,採用 CRC-32 技術。
2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 位元組
Frame Control
Duration/ID
Address 1
Address 2
Address 3
Sequence Control
Address 4
Frame Body
CRC
------------------------- MAC Header --------------
圖13-4 MAC frame格式
13.4.1 frame控制欄位
frame控制欄位之格式如圖13-5 所示。其中
2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 位
Protocol
Version
Type
Subtype
To
DS
From DS
More
Flag
Retry
Pwr
Mgt
More
Data
WEP
Order
圖13-5 frame控制欄位格式
Protocol Version : 802.11 標准版本,目前值為 00。
Type and Subtype : frame型態,目前定義的有三種 : Data frame, Control frame, Management frame。 每一種型態有可分為若干次型態,如表13-1 所示。
To DS : 此旗標值為 1 表示此 Data frame(包括廣播或群播frame)要傳送給分布式系統。若為其它種類的frame,則其值應為 0。
From DS : 此旗標值為 1 表示此 Data frame(包括廣播或群播frame)是由分布式系統傳送下來。若為其它種類的frame,則其值應為 0。To DS 與 From DS之組合有四種,期代表意義如表13-2 所示。
More Fragments : 此旗標值為 1 表示工作站尚有其它片段(Fragments) 待傳送。若為其它種類的frame,則其值應為 0。
Retry : 此旗標值為 1 表示此 Data frame(或Managementframe)為重送之frame。接收端可依此訊息來丟棄重復之frame。
Power Management : 此旗標用來顯示工作站之電源管理模式。其值為 1 表示此工作站處於省電模式,其值為 0 表示此工作站處於正常模式。所有由 AP 傳送的frame上此值都必須為 0。
More Data : 此旗標由 AP 用來通知處於省電模式之工作站說 AP 目前仍有MSDUs 欲傳送給該工作站。在 Data frame上其值為 1 表示至少還有一個 MSDU 待轉送。若為其它種類的frame,則其值應為 0。
WEP : 此旗標值為 1 表示此 Data frame(或Managementframe)中所攜帶的數據已經過 WEP 演算法處理過。若為其它的frame,則其值應為 0。
Order : 此旗標值為 1 表示此 Data frame經由嚴格依序服務等級 (Strictly-Ordered service class) 來傳送。若為其它的frame,則其值應為 0。
表13-1 各式frame型態及次型態
Type value
b3 b2
Type Description
Subtype Value
b7 b6 b5 b4
Subtype Description
00
Management
0000
Association Request
00
Management
0001
Association Response
00
Management
0010
Reassociation Request
00
Management
0011
Reassociation Response
00
Management
0100
Probe Request
00
Management
0101
Probe Response
00
Management
0110-0111
Reserved
00
Management
1000
Beacon
00
Management
1001
ATIM
00
Management
1010
Disassociation
00
Management
1011
Authentication
00
Management
1100
Deauthentication
00
Management
1101-1111
Reserved
01
Control
0000-1001
Reserved
01
Control
1010
PS-Poll
01
Control
1011
RTS
01
Control
1100
CLS
01
Control
1101
ACK
01
Control
1110
CF End
01
Control
1111
CF End+CF-Ack
10
Data
0000
Data
10
Data
0001
Data+CF-Ack
10
Data
0010
Data+CF-Poll
10
Data
0011
Data+CF-Ack+CF-Poll
10
Data
0100
Null Function (no data)
10
Data
0101
CF-Ack (no data)
10
Data
0110
CF-Poll (no data)
10
Data
0111
CF-Ack+CF-Poll (no data)
10
Data
1000-1111
Reserved
11
Reserved
0000-1111
Reserved
表13-2 To DS 與 From DS組合與意義
To DS
From DS值
代表意義
To DS = 0
From DS = 0
Dataframe由一個工作站直接傳送給另外一個在相同BSS中的工作站
To DS = 1
Dataframe傳送給分布式系統
From DS = 0
To DS = 0
From DS = 1
Dataframe由分布式系統傳下來
To DS = 1
From DS = 1
由一個AP 傳給另外一個AP 的WDSframe
13.4.2 Duration/ID 欄位
Duration /ID 欄位長度為16位,其用法如下(請參考表13-3):
若frame為控制型態(Control Type),且次型態為PS-Poll, 則此欄位代表一個SID, 其最左邊兩個位都是1, 而剩下的 14 位則是傳送此frame之工作站之SID。SID 值的范圍為 1 到 2007。
若為其它frame,則此欄位代表一個ration, 其值依各frame型態而定。不過對於所有在免競爭期間所傳送的frame來說,此欄位之值應設為 32768。當Duration/ID 欄位的內容小於 32768 時,表示其為一個ration 值,應該被拿來修正NAV。
表13-3 Duration /ID 欄位意義 Bit 15
Bit 14
Bits 13-0
用途
0
0-32767
Duration (由此frame結束後起 算,單位為us)
1
0
0
在免競爭期間所傳送之frame使用之固定值(32768)
1
0
1-16383
保留
1
1
0
保留
1
1
1-2007
在PS-Pollframe中指定之工作站 ID
1
1
20013-16383
保留
13.4.3 地址欄位
MACframe格式中共有四個地址欄位。這些欄位用來記錄BSSID (BSS Identifier), 起始工作站地址 (Source Address, SA),目地的工作站地址(Destination Address, DA),傳送工作站地址(Transmitter Address, TA),及接收工作站地址(Receiver Address, RA)。其中目地的工作站地址(DA) 可以是各別或群播地址。是該frame的最終目的地。起始工作站地址 (SA) 是產生此frame的工作站地址。傳送工作站地址(TA) 是指在無線媒介上傳送此frame的工作站地址。接收工作站地址(RA) 則是指在無線媒介上接收此frame的工作站地址。每一個地址長度都是符合 IEEE 802 標准之 48 位。有些frame並不需要用到所有的地址欄位。有些地址欄位在使用時和其在地址欄位的相對地址(1-4)有關而與地址型態無關。例如當一個工作站接收到一筆frame時,都是用Address 1 的內容來判斷該frame是否傳送給自己。而 CTS frame (ACKframe) 中的 RA 則等於 RTS frame (需要被回復之frame) 中的 Address 2 的內容。
每個 BSS 都有一個具唯一性的辨識碼 (BSSID, 長度為 48 位), 對於有基礎架構的BSS, 此辨識碼為AP (AP) 中的工作站的地址。對於無基礎架構的BSS (IBSS), 此辨識碼最左邊兩個位為 01, 而剩下的 46 位則以隨機數產生。廣播性BSSID (48 位都為 1) 只能用在管理frame且次型態為Probe (Type = 00, Subtype = 0100 或 0101)。
13.4.4 順序控制欄位 (Sequence Control)
順序控制欄位包含兩個次欄位 : 順序號碼 (Sequence Number, 12 位) 及片段號碼 (Segment Number, 4 位), 如圖13-6 所示。其中順序號碼為該frame攜帶之 MSDU 的順序號碼。每一個 MSDU 都有一個順序號碼, 其值由 0 開始, 到4095, 然後重復輪流使用。由同一個 MSDU 切割出來的片段都應該使用相同的順序號碼。片段號碼則是指該片段在原來MSDU所切割出來的片段順序。第一個片段(或沒有切割的MSDU)其值為0。以後則依序加一,到 15 為止,然後重復輪流使用。
4 12 位
Fragment Number
Sequence Number
圖13-6 順序控制欄位
13.5 各式frame型態之格式
13.5.1控制frame
控制frame之控制欄位內容如圖13-7所示。
Protocol
Version
Type
Subtype
To
DS
From DS
More
Flag
Retry
Pwr
Mgt
More
Data
WEP
Order
Protocol
Version
Control
Subtype
0
0
0
0
Pwr
Mgt
0
0
0
2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 位
㈤ 多址技術背景
網上查找的,不知對不對。1.多址技術的概念和問題的本質
---多址技術一直都是無線通信的關鍵技術之一,甚至是移動通信換代的一個重要標志。多址技術所要解決問題的特點是:通信(子)網中的登記用戶數常常遠大於同一時刻實際請求服務的用戶數。其實就是研究如何將有限的通信資源在多個用戶之間進行有效的切割與分配,在保證多用戶之間通信質量的同時盡可能地降低系統的復雜度並獲得較高系統容量的一門技術。其中對通信資源的切割與分配也就是對多維無線信號空間的劃分,在不同的維上進行不同的劃分就對應著不同的多址技術。常見的維有信號的時域、頻域和空域,此外還有信號的各種擴展維。信號空間劃分的目標是要使得各用戶的無線信號之間在所劃分的維上達到正交,這樣這些用戶就可以共享有限的通信資源而不會相互干擾。如式1所示,其中Si和Sj分別為對應於用戶i和j的無線信號;積分變數x為劃分信號空間的維,如可以為時間、頻率、空間或擴展維變數。實際中不同用戶之間的無線信號往往不能做到完全正交,而只能做到准正交,也就是說在積分區間中的積分應是趨近於零。
---多址技術的選擇應用在不同的應用領域往往有著不同的評價指標。圖1所示為三種常見的信號空間劃分方法,分別對應於時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)和空分多址(SDMA),其他在各種擴展維上進行信號空間的劃分方法在原理上則是類似的。下面,本文將試圖對這些多址技術進行較為全面的闡述,特別是無線通信中一些新近發展的多址技術。
2.頻分多址(FDMA)
---頻分多址(FDMA)是應用最早的一種多址技術,AMPS、NAMPS、TACS、NTT和JTACS等第一代移動通信系統所採用的多址技術就是FDMA,此外在衛星通信中FDMA也得到了廣泛的應用。頻分多址的原理如圖1(a)所示;此時,式1中的自變數x應為頻率f。每個FDMA信道每次只能承載一路業務信息,在信道空閑時也不能被其他用戶共享,頻譜利用率較低,系統容量較小。FDMA信道的帶寬窄(30kHz),限制了系統業務的進一步拓展。FDMA系統中的基站需要採用帶通濾波器以消除寄生輻射的影響,在移動台則需要使用雙工器以支持收發器的同時工作,從而增加了基站與移動台的成本。當然,FDMA相對於下面的TDMA也有優勢。比如,FDMA系統中的碼間干擾小,幾乎無需均衡;用於同步控制等的系統開銷小;分配了信道的基站和移動台可以同時進行連續的信號發射。
3.時分多址(TDMA)
---時分多址(TDMA)在第二代移動通信系統中得到了廣泛應用,如GSM、NADC和PACS等;此外在不少新建的衛星通信系統中也有所採用。時分多址的原理如圖1(b)所示;此時,式1中的自變數x應為時間t。TDMA系統中的各用戶僅在所分配的時隙工作,可以共享頻帶資源,因此頻譜利用率高,系統容量較大。同樣是由於用戶工作的非連續性,所以電源效率高。TDMA系統的發射和接收均在不同的時隙,所以無須雙工器。而且TDMA系統還可以根據用戶需求靈活地進行時隙分配。TDMA系統的缺陷是由於發射速率較高,為了消除碼間干擾的影響需要採用自適應均衡;此外就是用於同步控制等的系統開銷較大。
4.空分多址(SDMA)
---空分多址(SDMA)是一種新發展的多址技術,在由中國提出的第三代移動通信標准TD-SCDMA中就應用了SDMA技術;此外在衛星通信中也有人提出應用SDMA。空分多址的原理如圖1(c)所示;此時,式1中的自變數x應為空間變數s。SDMA實現的核心技術是智能天線的應用,理想情況下它要求天線給每個用戶分配一個點波束;這樣根據用戶的空間位置就可以區分每個用戶的無線信號,換句話說,處於不同位置的用戶可以在同一時間使用同一頻率和同一碼型而不會相互干擾。實際上,SDMA通常都不是獨立使用的,而是與其他多址方式如FDMA、TDMA和CDMA等結合使用;也就是說對於處於同一波束內的不同用戶再用這些多址方式加以區分。
---應用SDMA的優勢是明顯的:它可以提高天線增益,使得功率控制更加合理有效,顯著地提升系統容量;此外一方面可以削弱來自外界的干擾,另一方面還可以降低對其他電子系統的干擾。如前所述,SDMA實現的關鍵是智能天線技術,這也正是當前應用SDMA的難點。特別是對於移動用戶,由於移動無線信道的復雜性,使得智能天線中關於多用戶信號的動態捕獲、識別與跟蹤以及信道的辨識等演算法極為復雜,從而對DSP(數字信號處理)提出了極高的要求,對於當前的技術水平這還是個嚴峻的挑戰。所以,雖然人們對於智能天線的研究已經取得了不少鼓舞人心的進展,但仍然由於存在上述一些在目前尚難以克服的問題而未得到廣泛應用。但可以預見,由於SDMA的諸多誘人之處,SDMA的推廣是必然的。
5.擴頻多址(SSMA)/碼分多址(CDMA)
---擴頻多址(SSMA)系統的共同特點之一是擴頻,也就是說用於傳輸信息的信號帶寬遠大於信息帶寬;共同特點之二是在擴頻的實現上,不論通過什麼途徑擴頻,但基本都是用一組優選的擴頻碼進行控制,正因為此,擴頻多址又稱為碼分多址(CDMA)。或者說,CDMA是在信號的擴展維——編碼維上對無線信號空間進行劃分。顧名思義,碼分多址就是給每個用戶分配一個唯一的擴頻碼(或稱地址碼),通過該擴頻碼的不同來識別用戶。對於擴頻碼的選擇要求比較苛刻:在正交性上當然要求它滿足式1,但實際中通常是准正交性,即自相關性很強,而互相關性很弱;出於系統容量的考慮,對於特定長度的地址碼集還要求其能夠提供足夠多的地址碼;在統計特性上要求地址碼類似白雜訊以增強隱蔽性,這在軍事通信中尤為重要;為了提高處理增益應選擇周期足夠長的地址碼;而為了便於實現則應選擇產生與捕獲容易和同步建立時間較短的地址碼。人們的通常選擇就是各種偽隨機(PN)碼。
---雖然碼分多址都是利用了地址碼的正交性來實現多址接入,但通常可根據擴頻的不同實現手法,將碼分多址分為以下幾種:
5.1 直接序列碼分多址(DS-CDMA)
---這是用得比較多的一種擴頻多址方式。眾所周知,DS-CDMA在現在的第二代移動通信中已經得到了成功應用;而且它還是第三代移動通信的核心技術,在IMT-2000的眾多標准中,大部分都採用了DS-CDMA。此外,在軍事通信和衛星通信中,DS-CDMA也都受到了青睞。
---從原理上來說,DS-CDMA是通過將攜帶信息的窄帶信號與高速地址碼信號相乘而獲得的寬頻擴頻信號。收端需要用與發端同步的相同地址碼信號去控制輸入變頻器的載頻相位即可實現解擴。根據Shannon定理,在信號平均功率受限的白雜訊信道中,系統的極限信息傳輸速率C(b/s)與信道帶寬B(Hz)、信噪比S/N之間應滿足如下的約束關系:
---C=Blb(1+S/N) (2)
---實際上,該式也體現了上述各變數之間的一種互換關系。也就說,在所需的最高信息傳輸速率C不變的條件下,通過應用地址碼展寬信號帶寬B,就可以在信噪比S/N很低的條件下實現可靠通信。DS-CDMA正是這一思想的應用。
---通過DS擴頻,將信號功率譜在一個很寬的頻譜上進行了「平均」;或者說是在背景雜訊不變的情況下,信噪比S/N變得很低,好像是將信號在雜訊中「隱藏」了起來。因此DS-CDMA系統具有抗窄帶干擾、抗多徑衰落和保密性好的優點。此外,關於DS-CDMA的優點還可以羅列很多:許多用戶可以共享頻率資源,無須復雜的頻率分配和管理;具有「軟容量」特性,即在一定限度內的用戶數增加,只會使得信噪比下降,而不會終止通信,也就是說DS-CDMA沒有絕對的容量限制,這一點也可由式2理解;具有「小區呼吸功能[1][2]」,即小區負荷量可以動態控制,相鄰小區可通過覆蓋范圍的互動來重新分擔負荷;可以通過「軟切換[1][2]」實現移動台的越區管理,保證越區時通信的連續性。當然,DS-CDMA也存在一些問題,如多址干擾問題,這是由於不同地址碼之間的非完全正交性而造成的,通信過程中不同用戶的發射信號會相互干擾。多址干擾是DS-CDMA系統中相當嚴重的一個問題,這還需要人們通過對地址碼選擇的進一步研究來解決。此外,在DS-CDMA系統中還存在「遠近效應[1][2]」,就是說離基站近的強信號用戶會對遠離基站的弱信號用戶的通信形成干擾,本質上說這還是由於地址碼的非完全正交性所致,但現階段人們已通過在移動通信系統中引入「自動功率控制[1][2]」技術削弱了遠近效應的影響。
5.2 跳頻碼分多址(FH-CDMA)
---跳頻碼分多址(FH-CDMA)在民用通信中並不多見,但在軍事抗干擾通信中則是一種常見的通信方式。FH-CDMA的基本原理是優選一組正交跳頻碼(地址碼/擴頻碼),為每個用戶分配一個唯一的跳頻碼,並用該跳頻碼控制信號載頻在一組分布較寬的跳頻集中進行跳變。事實上,我們可以簡單地將FH-CDMA看作是一種由跳頻碼控制的多進制頻移鍵控(MFSK)。當然從每一時隙來看我們也可以將其視為一種FDMA;但與普通FDMA的最大不同是,FH-CDMA的頻率分配是由一組相互正交的具有偽隨機特性的跳頻碼來控制實現的,所以我們仍然將其歸屬於碼分多址,同時它又是一種擴頻多址。因為,雖然單獨從每一跳變時隙的內部來看,FH-CDMA是一個窄帶系統,但從一個較長時間的整體效應來看,FH-CDMA就是一個寬頻擴頻系統。從抗干擾的角度來區分FH-CDMA與上述的DS-CDMA,FH-CDMA就是一種依靠跳頻碼控制的快速「躲避式」抗干擾技術。
5.3 跳時碼分多址(TH-CDMA)
---跳時碼分多址(TH-CDMA)同樣主要是用在軍事抗干擾通信領域。與FH-CDMA不同的是,TH-CDMA用一組正交跳時碼控制各個用戶的通信信號在一幀時間內的不同位置進行偽隨機跳變;所以,TH-CDMA可以看作是一種由偽隨機碼控制的多進制脈位調制(MPPM)。顯然TH-CDMA是一種碼分多址;同時由於信號在時域的壓縮意味著信號在頻域的擴展,所以TH-CDMA也是一種擴頻多址。為了進一步提高抗干擾性能,TH-CDMA通常都是與其他擴頻技術如跳頻混合使用。
5.4 混合碼分多址(HCDMA)
---混合碼分多址(HCDMA)是指碼分多址之間或是碼分多址與其他多址方式之間混合使用的多址方式,以達到克服單一多址方式使用的弱點,而獲得優勢互補的效果。組合的具體方式多種多樣,如在碼分多址方式之間的常用組合形式有:跳頻與跳時相結合的FH/TH-CDMA、跳頻與直接序列相結合的FH/DS-CDMA、跳時與直接序列相結合的TH/DS-CDMA;而碼分多址與其他多址方式的組合形式有:FDMA與DS-CDMA相結合的FD/DS-CDMA、TDMA與DS-CDMA相結合的TD/DS-CDMA以及TDMA與FH-CDMA相結合的TD/FH-CDMA,等等。
6.分組無線電(PR)/隨機多址(RA)
---分組無線電(PR)是基於數據通信的思想,將需要傳送的信息進行分組打包,所有用戶在需要接入信道的隨機時刻,將數據包發送出去;而當有多個用戶同時進行信息發送時就會產生碰撞,PR系統具有有效的碰撞檢測機制讓碰撞用戶重發直至通信成功。當前移動通信中的GPRS商用網路就是PR的成功應用,有人稱之為移動通信的第2.5代;作為PR的一種具體實現,ALOHA協議早在1973年就被用於衛星通信[8]。PR網路是Ad Hoc無線網路[7]的前身。由於各用戶需要發送信息而接入信道的時刻是隨機的,所以這種多址方式又被稱為隨機多址(RA)。當然也有不少文獻(如[6][8])將多址方式RA看作是一種將可用信道切割之後如何分配給用戶的一種信道分配方式,這樣它就屬於信道的一種隨機分配方式。根據PR的原理,PR解決通信資源共享的方法是在多個用戶之間引入簡單的競爭與裁決機制。此外,PR中用戶的隨機接入與競爭行為必然是在信號空間的特定維上進行的;而且從PR的發展來看,這種競爭行為還可能發生在多維的信號子空間之中。為了適應PR的競爭與裁決機制,人們已經制定了多種協議,其中最早也是用得最多的便是各種形式的ALOHA協議[1][6]。但需要說明的是,PR協議的選擇要考慮具體的業務模型和網路業務量的大小,還沒有一種協議總是最佳的。
6.1 純ALOHA(P-ALOHA)
---純ALOHA(P-ALOHA)協議就是對於用戶競爭發射的時間沒有任何限制,用戶在需要發射的任何時間即刻發射,然後等待反饋回來的碰撞檢測信號,如果碰撞發生就再等候一個隨機的時間進行重發。顯然,當用戶數增加時,因碰撞概率的增加就會引入較長的平均時延。設R為歸一化信道流量(單位Erlang),P-ALOHA的吞吐量
---T=Re-2R (3)
6.2 時隙ALOHA(S-ALOHA)
---與P-ALOHA相比,時隙ALOHA(S-ALOHA)主要的改進是將時間軸以時隙為單位進行劃分,要求用戶發信的時刻必須是某個任意時隙的開始。顯然,時隙的劃分就要求S-ALOHA系統必須要解決一個時鍾同步問題。S-ALOHA避免了在P-ALOHA協議下不同用戶數據分組之間可能發生的部分碰撞問題,它實際是在傳輸延遲與吞吐量之間的一種折中,文獻[1]和[6]還給出了相應的曲線圖。與式3給出的P-ALOHA不同,S-ALOHA將吞吐量T提高為
---T=Re-R (4)
---6.3 載波檢測多址(CSMA)
---載波檢測多址(CSMA)是對ALOHA協議的進一步改進。CSMA要求用戶在發射信息之前先偵聽一下信道是否空閑(是否有載波),若忙則還需根據協議的具體規定進行等待。CSMA又有如下的一些演變形式。
● 1-持續CSMA:用戶在發射前偵聽信道,若信道空閑則以概率1發送;若信道忙則持續偵聽等待直到信道空閑。
● 非持續CSMA:與1-持續CSMA不同的是,用戶在偵聽到信道忙時將不再繼續偵聽信道,而是等待一個隨機長的時間後重復上述偵聽過程,直到信道空閑再發射。
● p-持續CSMA:該協議用於時隙信道。用戶若偵聽到信道空閑,則以概率p在第一個可用時隙內發送信息,而以概率1-p在下一個時隙內發送。
● 具有碰撞檢測的CSMA(CSMA/CD):這是對CSMA的又一改進,若多個用戶在偵聽到信道空閑後同時發射,它們就會檢測到碰撞並隨即終止發射,在等待一個隨機時間後再次嘗試。
● 數據檢測多址(DSMA):這是CSMA的一種特例,用戶可以在前向信道中檢測是否有其他用戶佔用信道,若信道空閑則可以進行信息的發送。
6.4 ALOHA協議的其他擴展形式
---此外,ALOHA協議還有多種擴展形式,現分述如下。
● 預留ALOHA(R-ALOHA):預留ALOHA(R-ALOHA)是在S-ALOHA的基礎上,對時隙賦予了優先順序,而且能夠為特定的用戶永久預留或是按請求預留用於發射的時隙。
● 分組預留多址(PRMA):分組預留多址(PRMA)與R-ALOHA類似,它可以讓每一個TDMA時隙傳輸語音或數據,其中語音優先。為了提高系統效率,PRMA可以應用語音激活檢測技術(VAD),以充分利用語音的非連續性。
● 時頻多址(FTMA):時頻多址(FTMA)[9]是在S-ALOHA的基礎上發展而來的;但與其不同的是,FTMA將各個用戶原先只在一維時間軸上的競爭發射引入到時頻二維。FTMA在將時間軸劃分為時隙的同時也將可用的頻帶劃分為「頻槽」,二者的組合就是「時頻槽」。每個用戶的信息發送總是在某個「時頻槽」上進行的,多個用戶便形成了在二維時頻槽上的競爭發射;只有在同一時頻槽上的不同用戶發射才會發生碰撞。文獻[9]從理論上得出了結論:與S-ALOHA相比,FTMA在提高系統吞吐量的同時獲得了更好的穩定性和時延特性。FTMA協議的主要應用是VAST網路。
● 擴頻ALOHA:擴頻ALOHA[10]是在原P-ALOHA或是S-ALOHA協議的基礎上,將每個用戶的信號在頻域進行擴展。擴頻ALOHA的擴頻方法與DS-CDMA類似,也是採用高速的擴頻碼,所以單從單個信息包的發送信號形式看擴頻ALOHA類似於DS-CDMA;但擴頻ALOHA的最大不同是所有用戶均使用相同的擴頻碼,也就是說,擴頻ALOHA的擴頻碼不再具有地址碼的功能。擴頻ALOHA具有較好的抗碰撞和抗干擾性能,同時可以降低信道的平均功率。擴頻ALOHA的主要應用領域有VAST網、PCN和LAN等。
7.多址技術與調制技術在未來移動通信中的融合
---CDMA(DS-CDMA)是第三代移動通信的核心技術之一,而OFDM(正交頻分復用)則被認為是第四代移動通信的核心技術。OFDM源於多載波調制(MCM)技術,實際是MCM的一種,但與其不同的是OFDM要求用於調制的多路載波相互正交。正是由於子載波之間的正交性,OFDM允許各子信道的頻譜相互交疊而不致相互干擾;這一點也是與傳統FDMA極為不同的地方。顯然,OFDM的頻譜利用率較高,此外還具有抗衰落和抗碼間干擾能力強等特點[11];特別地,OFDM被認為是適應於以多媒體業務為中心的未來移動通信對無線環境中寬頻、高速數據傳輸需求的理想調制技術。實際上,OFDM已經被廣泛應用於DAB、DVB、ADSL、VDSL和IEEE 802.11a之中,此外無線城域網標准IEEE 802.16和802.16a也都是基於OFDM技術的。
---OFDM與多址技術的融合往往可以起到優勢互補的作用,是未來移動通信技術應用的方向。具體的融合方案有多種,比較多的是OFDM與DS-CDMA的融合,而這又有三種[12]:MC-CDMA、MC-DS-CDMA和MT-CDMA。此外還有FH-OFDM(慢跳頻與OFDM的融合)和TDMA-OFDM(TDMA與OFDM的融合)。CDMA多址技術名稱: CDMA多址技術 主題詞或關鍵詞: 信息科學 先進技術 內容 引入文件 引入文件 CDMA多址技術 目前的數字移動通信網的主要多址方式是TDMA、TDMA系統(GSM,DAMPS)在頻譜效率上約是模擬系統的3倍,容量有限;在話音質量上13kbit/s編碼也很難達到有線電話水平;TDMA系統的業務綜合能力較高,能進行數據和話音的綜合,但終端接入速率有限(最高9.6kbit/s);TDMA系統無軟切換功能,因而容易掉話,影響服務質量;TDMA系統的國際漫遊協議還有待進一步的完善和開發。因而 TDMA並不是現代蜂窩移動通信的最佳無線接人,而CDMA多址技術完全適合現代移動通信網所要求的大容量、高質量、綜合業務、軟切換、國際漫遊等。 CDMA多址技術的原理是基於擴頻技術,即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據,用一個帶寬遠大於信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調制並發送出去。接收端由使用完全相同的偽隨機碼,與接收的帶寬信號作相關處理,把寬頻信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴,以實現信息通信。 一、CDMA蜂窩移動通信網的特點 與FDMA和TDMA相比,CDMA具有許多獨特的優點,其中一部分是擴頻通信系統所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。CDMA移動通信網是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率再用等幾種技術結合而成,含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協作,因此它具有抗干擾性好,抗多徑衰落,保密安全性高,同頻率可在多個小區內重復使用,所要求的載干比(C/I)小於l,容量和質量之間可做權衡取捨等屬性。這些屬性使 CDMA比其它系統有非常重要的優勢。 1.系統容量大 理論上CDMA移動網比模擬網大20倍。 2.系統容量的靈活配置 在CDMA系統中,用戶數的增加相當於背景雜訊的增加,造成話音質量的下降。但對用戶數並無限制,操作者可在容量和話音質量之間折衷考慮。另外,多小區之間可根據話務量和干擾情況自動均衡。 3.系統性能質量更佳 這里指的是CDMA系統具有較高的話音質量,聲碼器可以動態地調整數據傳輸速率,並根據適當的門限值選擇不同的電平級發射。同時門限值根據背景雜訊的改變而變,這樣即使在背景雜訊較大的情況下,也可以得到較好的通話質量。另外,CDMA系統「掉話」的現象明顯減少,CDMA系統採用軟切換技術,「先連接再斷開」,這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 4.頻率規劃簡單 用戶按不同的序列碼區分,所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用,網路規劃靈活,擴展簡單。 5.延長手機電池壽命 採用功率控制和可變速率聲碼器,手機電池使用壽命延長。 6.建網成本下降。 二、CDMA移動通信網的關鍵技術 1.功率控制技術 功率控制技術是CDMA系統的核心技術。CDMA系統是一個自擾系統,所有移動用戶都佔用相同帶寬和頻率,「遠近效用」問題特別突出。CDMA功率控制的目的就是克服「遠近效用」,使系統既能維護高質量通信,又不對其他用戶產生干擾。功率控制分為前向功率控制和反向功率控制,反向功率控制又可分為僅由移動台參與的開環功率控制和移動台、基站同時參與的閉環功率控制。 (l)反向開環功率控制。它是移動台根據在小區中接受功率的變化,調節移動台發射功率以達到所有移動台發出的信號在基站時都有相同的功率。它主要是為了補償陰影、拐彎等效應,所以它有一個很大的動態范圍,根據IS-95標准,它至少應該達到正負32dB的動態范圍。 (2)反向閉環功率控制。閉環功率控制的設計目標是使基站對移動台的開環功率估計迅速做出糾正,以使移動台保持最理想的發射功率。 (3)前向功率控制。在前向功率控制中,基站根據測量結果調整每個移動台的發射功率,其目的是對路徑衰落小的移動台分派較小的前向鏈路功率,而對那些遠離基站的和誤碼率高的移動台分派較大的前向鏈路功率。 2.PN碼技術 PN碼的選擇直接影響到CDMA系統的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區分是靠PN碼來進行的,因而要求PN碼自相關性要好,互相關性要弱,實現和編碼方案簡單等。目前的CDMA系統就是採用一種基本的PN序列-m序列作為地址碼,利用它的不同相位來區分不同用戶。 3.RAKE接收技術 移動通信信道是一種多徑衰落信道,RAKE接收技術就是分別接收每一路的信號進行解調,然後疊加輸出達到增強接收效果的目的,這里多徑信號不僅不是一個不利因素,而且在 CDMA系統變成一個可供利用的有利因素。 4.軟切換技術 先連接,再斷開稱之為軟切換。CDMA系統工作在相同的頻率和帶寬上,因而軟切換技術實現起來比TDMA系統要方便容易得多; 5.話音編碼技術 目前CDMA系統的話音編碼主要有兩種,即碼激勵線性預測編碼(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的話音編碼達到GSM系統的13bit/s的話音水平甚至更好。13bit/s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP採用與脈沖激勵線性預測編碼相同的原理,只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。 6、聲碼器速率的自適應閾值技術 CDMA系統使用了確定聲碼器速率的自適應閾值,自適應閾值可以根據背景聲學噪音電平的變化改變聲碼器的數據速率。這些閾值的使用壓制了背景聲學雜訊,因而在雜訊環境下也能提供清晰的話音。
㈥ lac rac 更新分別是什麼意思
有必要和大家說清楚下基本概念:
1、位置區(LAC)、路由區(RAC)和UMTS登記區-----(URA)的概念只出現在移動性狀態管理中,與LA和RA沒有關系。
2、UMTS中位置區和路由區的概念和GSM(語音)及GPRS/EDGE(數據)中的是一致的,MSC負責位置區的管理、SGSN負責路由區的管理,保存了當前漫遊用戶(含本局)的位置信息,以便正確尋呼到用戶。
3、LAC,RAC是多個CELL的組合,通過一定的標識符加以標識,位置區LA(Location Area)的標識符是LAI,路由區RA(Routing Area)的標識符是RAI,RA是包含在LA內的。
LAI由MCC、MNC和LAC組成、而RAI由MCC、MNC、LAC和RAC組成,所以RA應小於等於LA。在網路初期,RA和LA的區域應相等,隨著數據業務量的增加,RA分裂數增加,等同尋呼量大時候必須要做的LAC分裂。
4、移動台在作話音呼叫時,跨LAC移動將發生位置區更新;在數據呼叫時,跨RAC移動時將發生路由區的更新過程。系統尋呼時,根據業務類型尋呼是在LAC內或RAC內發生尋呼的。小區(cell)是移動台可以識別的當前在系統中所能駐扎的最小單位,小區可以是扇區(Sector)的概念也可以不是。服務區(Serivce Area)是移動台所能獲得業務提供的最大區域范圍。
5、針對現網來說,用戶駐留小區必屬於一個BSC(RNC),此BSC/RNC必然是屬於一個LAC(RAC),如果在LAC邊緣地區,或者城市邊緣區域,這些相關參數設置不合理就會造成頻繁的LUD,這些可以通過調整LAC范圍和MSC的C/S參數解決。
在UMTS中移動台進入休眠狀態時,會選擇一個URA或一個小區內,進入URA-PCH狀態進行休眠,取決於移動性管理的當前狀態。事實上,系統關心的通信過程還是LA和RA的更新過程。
另外UMTS的USIM卡上包含了與用戶有關的信息,包括IMSI、MSISDN、密鑰、服務列表和臨時識別符(動態數據)等,這些都可以在一些測試手機中可以查到具體信息,可以輔助了解UE具體行為。
6、針對無線來說:LAC負責控制尋呼信道的負荷,在同一MSC下,LAC劃分是與地理狀態,話務量和CELL分布情況密切相關,並且會相應調整。具體來說,LAC區域設置不宜過小,其邊界應盡可能避開話務密集區,以減少乒乓登記及2次 PAGING發生的幾率(如果區域規劃的過大,則尋呼信道負荷過重,同時增加了Iub口的信令流量。如果區域規劃的過小,則UE會頻繁地發生位置/路由區更新,增加了系統的信令開銷和手機的耗電。另外,在高話務的大城市,如果存在兩個以上的位置區,可以利用市區中山體、河流等地形因素來作為位置區的邊界,減少兩個位置區下不同小區的交疊深度。如果不存在這樣的地理環境,位置區的劃分盡量不要以街道為界,邊界不要放在話務量很高的地方(比如商場)。一般要求位置區邊界不與街道平行或垂直,而是斜交。在市區和城郊交界區域,一般將位置區的邊界放在外圍一線的基站處,而不是放在話務密集的城郊結合部,避免結合部用戶頻繁位置更新。)--這些可以通過前台看出,也可以結合LU口去監控網路狀態
7、一般來說無線優化人員在尋呼相關參數確定後,就能知道尋呼信道的最大負載能力,確定尋呼間隔時長,尋呼信道分配以及尋呼重分配次數,還需要考慮到尋呼冗餘,避免出現信道擁塞,話務溢出。
㈦ RA是什麼意思
RA的中文翻譯是Royal Academician <英>皇家藝術院會員;助研金。
詞彙分析
釋義:<英>皇家藝術院會員;助研金
拓展資料
1、To observe the long-term result of Biqi capsule on rheumatoid arthritis ( RA).
犤目的犦觀察中葯痹祺膠囊治療類風濕關節炎(RA)的遠期療效。
2、The influence of GCS on bone metabolism in RA requires further study.
GCS在RA病人骨新陳代謝的影響還需要進一步的實驗研究。
3、Diseases like RA and lupus are more common in women and sometimes have heart disease manifestations.
像RA和狼瘡之類在婦女身上更常見的疾病有時候會出現心臟病跡象。
4、This introction of RA has brought significant changes in the message bindings provided by Process Server.
RA的引入為Process Server提供的消息綁定帶來了重大變化。
5、Conclusions ACCP is valuable for RA diagnosis.
結論accp對ra有較高的診斷價值。
㈧ DVB協議中RA,DA是什麼意思
這里的RA solution指的就是radio access solution。無線接入方案。
DA
多巴胺(dopamine);黑質多巴胺;配電自動化(Distribution Automation)