无线网络

第一章

1. 简答题 (1) 无线网络从覆盖范围的角度划分可以分成哪些类？适当举例说明。

按覆盖范围从小到大，无线网络主要分为以下四类：

  1. 无线个域网 (WPAN): 覆盖范围通常在10米左右，用于个人设备间的互联。举例： 蓝牙 (Bluetooth)、ZigBee。
  2. 无线局域网 (WLAN): 覆盖范围通常在100米左右，用于建筑物或园区内的局域连网。举例： Wi-Fi (IEEE 802.11系列)。
  3. 无线城域网 (WMAN): 覆盖范围通常为几公里到几十公里，用于城市级别的高速网络接入。举例： WiMAX (IEEE 802.16系列)。
  4. 无线广域网 (WWAN): 覆盖范围最广，可达全国甚至全球，提供大范围的移动通信服务。举例： 蜂窝移动通信网络（4G、5G）、卫星通信。

(2) 什么是无线穿戴网络？

无线穿戴网络是指在人体内部、体表或人体附近周围，由多个微型的可穿戴或植入式传感器、执行器通过无线通信方式组成的局部自组织网络，主要用于医疗健康监测、人机交互等领域。

2. 名词解释 通信子网 移动 Ad hoc 网

通信子网： 计算机网络中负责数据传输、交换和路由任务的底层网络结构，通常由通信控制处理机、通信线路和其他网络连接设备组成，对应于OSI参考模型的下三层（物理层、数据链路层、网络层）。

移动 Ad hoc 网： 又称移动自组织网络，是一种由带有无线收发装置的移动节点组成的多跳、临时性、无中心的分布式网络。网络中的每个节点既是终端（主机），又承担路由器的数据转发功能。

第二章

1. 名词解释 衰落 信号

衰落： 在无线通信中，由于电磁波在传播过程中受地形、障碍物遮挡、多径效应或环境相对运动的影响，导致接收端收到的信号幅度和相位随时间或空间发生剧烈波动的现象。

信号： 数据的物理表现形式，是信息的电磁或电子编码载体。在无线网络中，通常指承载信息的电磁波（分为模拟信号和数字信号）。

2. 简答题 (1) 传输媒体可分为哪两类？请分别进行说明。

导引型传输媒体（有线）： 电磁波被限制在固定的物理介质通道中传播。说明： 具有较高的抗干扰能力和安全性。常见的有双绞线、同轴电缆和光纤。

非导引型传输媒体（无线）： 电磁波在自由空间（如空气、真空）中向四面八方传播。说明： 摆脱了线缆束缚，具有高度的移动性和灵活性。常见的有无线电波、微波和红外线。

第三章

1. 名词解释 Li-Fi

  • Li-Fi： （Light Fidelity，可见光通信）是一种利用可见光波谱（如LED灯管发出的光亮度的高频闪烁）来实现高速数据传输的无线通信技术。

2. 简答题

  1. 简述四次握手 RTS/CTS 的过程。

简述四次握手 RTS/CTS 的过程。 答：RTS/CTS（请求发送/允许发送）主要用于解决隐藏终端问题，过程如下：

  1. RTS： 发送方在发送数据前，先向接收方发送一个 RTS 帧（包含即将发送数据的时间长度）。
  2. CTS： 接收方收到 RTS 后，若信道空闲，则广播一个 CTS 帧作为回应，同意接收，并让周围其他节点在规定时间内保持静默。
  3. Data： 发送方收到 CTS 帧后，确认信道可用，开始发送 Data（数据）帧。
  4. ACK： 接收方成功接收完数据并校验无误后，向发送方发送 ACK（确认）帧，通信结束。

第四章

1. 名词解释 微微网 NFC

微微网： （Piconet）是蓝牙网络中最基本的组网单元。它是一个基于星型拓扑的微型网络，由一个主设备（Master）和最多七个活跃的从设备（Slave）组成，所有设备共享同一个物理信道。

NFC： （Near Field Communication，近距离无线通信）是一种短距离的高频无线电技术，允许电子设备之间进行非接触式的点对点数据传输和身份识别，有效工作距离通常在10厘米以内。

2. 简答题 (1) 蓝牙标准文档的构成包含哪两种规范？请分别介绍这两种规范。

核心规范 (Core Specification)： 定义了蓝牙系统的底层基础架构，包括物理层、基带层、链路管理器以及核心协议栈。它规定了设备之间如何建立物理连接和进行基本的数据传输。

应用规范 (Profile Specification)： 建立在核心规范之上，定义了特定类型的设备或应用场景下如何使用蓝牙协议栈来实现互操作性（例如：A2DP用于音频传输，HFP用于免提通话）。它规定了不同厂家的设备实现具体功能时的统一标准。

第五章

1. 名词解释 FDD

FDD： （Frequency Division Duplex，频分双工）是一种双工通信技术，设备在两个分离的、对称的射频频率信道上分别进行数据的发送和接收，从而实现同时双向通信（全双工）。

2. 简答题 (3) WiMAX 的技术特点是什么？

覆盖范围广： 传输距离远，最远可达几十公里。

传输速率高： 能够提供宽带级别的无线数据接入。

严格的 QoS 保证： 采用面向连接的机制，能针对不同业务（语音、视频、数据）提供不同级别的服务质量保证。

先进的物理层技术： 采用了 OFDM/OFDMA（正交频分多址）和 MIMO（多输入多输出）技术，抗多径衰落能力强，频谱利用率高。

第六章

1. 简答题 (1) 5G 技术的基站分为几类？请分别进行阐述各类基站的特点。

宏基站 (Macro Site)： 体积大、发射功率最高，天线通常架设在铁塔或高楼顶。特点： 覆盖范围广（数公里），容量大，主要用于室外大面积基础网络覆盖。

微基站 (Micro Site)： 体积较小，发射功率次之。特点： 覆盖范围在几百米到一公里左右，主要用于城市繁华地带或热点区域的“补盲”和“补热”。

皮基站 (Pico Site)： 体积更小，功率较低。特点： 覆盖范围约百米级，主要用于大型室内公共场所（如商场、机场、体育馆）的深度覆盖，解决室内信号衰减问题。

飞基站 (Femto Site)： 也称家庭基站，体积微小如路由器，发射功率极低。特点： 覆盖范围在十米级，通常用于家庭或小微企业内部，利用家庭宽带回传，改善室内死角体验。

第七章

1. 名词解释 开环控制 服务质量

开环控制： 在无线通信的功率控制中，发射端不依赖接收端的反馈信息，而是仅根据自身测量到的链路状态（如接收到的导频信号强度）来估算路径损耗，并据此直接调整自身发射功率的机制。

服务质量： （QoS, Quality of Service）指网络在传输数据流时，为了满足特定应用的通信需求，在带宽、延迟、抖动和丢包率等方面提供的一种性能保障能力。

2. 简答题 (1) 多跳网络好于单跳网络的原因是什么？

扩大覆盖范围： 可以突破单个节点发射功率带来的距离限制，通过中继延伸网络覆盖。

降低发射功耗： 发送信号的衰减与距离成指数关系，分成多段短距离传输比一次长距离单跳所需的总发射功率更低，有助于节省节点电量。

提升可靠性与灵活性： 能够有效绕过物理障碍物；如果某条链路中断，可以通过其他节点重新路由，增强网络的抗毁性。

(3) 移动 Ad Hoc 网络面临的安全威胁有哪些？

被动窃听与流量分析： 攻击者监听无线信道，获取敏感信息。

假冒攻击 / 节点伪造： 恶意节点伪装成合法节点加入网络。

拒绝服务攻击 (DoS)： 如信道拥塞干扰 (Jamming)，耗尽节点资源或带宽。

路由攻击： 攻击者篡改路由控制信息，如黑洞攻击、虫洞攻击、女巫攻击等，破坏网络路由转发功能。

第八章

1. 简答题 (1) 什么是无线传感器网络？

无线传感器网络（WSN, Wireless Sensor Network）是由部署在监测区域内的大量微型、廉价、低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统。其目的是协作地感知、采集、处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并将其发送给观察者（网关或用户）。

综合分析题

  1. 介绍物联网的一种应用领域和场景（例如：智能家居、智慧物流、智能医疗等，包括应用的过程、原理等）并阐述该应用场景中用到的无线通信技术（包括技术的特点、通信方式、原理等）。

应用领域与场景： 智能家居——家庭环境温湿度自动调节及安防监控系统。

应用过程与原理： 部署在房间内的无线温湿度传感器、门窗磁传感器实时采集环境数据，并将其发送给家庭智能网关。网关内置微处理器，当检测到温度过高或检测到非授权开门时，网关利用预设的逻辑进行判断，随后向智能空调或警报器发送无线控制指令，实现家电的自动调节或安防报警。

用到的无线通信技术：ZigBee 技术。

  • 特点： 极低功耗（一节电池可用数月甚至数年）、低成本、低速率（250kbps）、支持大量节点（最多可达65000个）、安全性高（AES-128加密）。
  • 通信方式： 采用多跳网状网络（Mesh）拓扑结构通信，节点之间具有自路由和自愈能力。
  • 原理： 基于 IEEE 802.15.4 协议栈，工作在 2.4GHz 等免授权频段，采用 DSSS（直接序列扩频）技术抗干扰。网络中包含协调器（建立网络）、路由器（转发数据）和终端节点（仅采集数据）三种设备角色，协同完成家庭内部的数据传输。
  1. 无线网络的安全威胁有哪些，针对该威胁相应的防御方案有哪些？请至少列举出三种威胁和防御方案，并对其进行分析说明；为此，无线网络安全技术的发展趋势是什么，请简要描述至少三种趋势。

三种安全威胁及其防御方案：

  1. 威胁：无线信道窃听数据（数据泄露）。
    • 防御方案： 数据加密。 分析说明：采用高强度的加密算法（如 WPA3 中的 SAE，或 AES 加密机制）对链路层或应用层的传输数据进行端到端加密，确保即使攻击者截获电磁波信号也无法解析明文内容。
  2. 威胁：非法设备接入（假冒攻击）。
    • 防御方案： 强身份认证与访问控制。 分析说明：部署基于 IEEE 802.1X 的认证机制或 EAP 协议，结合后台 RADIUS 服务器进行双向身份验证；同时配合 MAC 地址白名单过滤，阻止未授权设备获取网络访问权限。
  3. 威胁：拒绝服务攻击与物理干扰 (DoS/Jamming)。
    • 防御方案： 跳频扩频技术与异常流量监测。 分析说明：物理层采用跳频（FHSS）或扩频技术，使信号淹没在噪声中，抵抗窄带恶意干扰；网络层部署无线入侵检测系统（WIDS），实时分析异常的高频请求并阻断恶意源。

无线网络安全技术的三种发展趋势：

  1. 主动智能化防御（AI与机器学习引入）： 从传统的基于特征库匹配的被动防御，向基于 AI 进行行为模式学习的动态主动防御转变，实现对未知 0-day 攻击和异常流量的自动化预测与响应。
  2. 轻量级密码学的普及： 针对物联网（IoT）和传感器网络中海量设备计算能力弱、电量受限的特点，研发和应用计算开销更小、功耗更低但安全性达标的轻量级加密算法和认证协议。
  3. 零信任架构 (Zero Trust) 的深入应用： 打破传统的“内网即安全”的边界防御思维，在无线网络中推行“永不信任，始终验证”的理念。对所有网络内外的访问实体进行持续的身份验证和动态的最小权限授权。