(完整版)IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE 802.15.4网络协议栈基于开放系统互连模型（OSI），如图5-4所示，每一层都；实现一部分通信功能，并向高层提供服务。

IEEE 802.15.4标准只定义了PHY层和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。

MAC子层以上的几个层次，包括特定服务的聚合子层（service specific convergence sublayer, SSCS），链路控制子层（logical link control , LLC）等，只是IEEE 802.15.4标准可能的上层协议，并不在IEEE 802.15.4标准的定义范围之内。SSCS为IEEE 802.15.4的MAC层接入IEEE 802.2标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE 802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。

5.3.1物理层

物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。

物理层数据服务包括以下五方面的功能：

（1）激活和休眠射频收发器；

（2）信道能量检测（energy detect）；

（3）检测接收数据包的链路质量指示（link quality indication , LQI）；

（4）空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）；

（5）收发数据。

信道能量检测为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度，由于这个检测本身不进行解码操作，所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。

链路质量指示为网络层或应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成的是一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一道提交给上层处理。

空闲信道评估判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4定义了三种空闲信道评估模式：第一种简单判断信道的信号能量，当信号能量低于某一门限值就认为信道空闲；第二种是通过判断无线信号的特征，这个特征主要包括两方面，即扩频信号特征和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断。

1.物理层的载波调制

PHY层定义了三个载波频段用于收发数据。在这三个频段上发送数据使用的速率、信号处理过程以及调制方式等方面存在一些差异。三个频段总共提供了27个信道（channel）：868MHz频段1个信道，915MHz频段10个信道，2450MHz频段16个信道。具体分配如表在868MHz和915MHz这两个频段上，信号处理过程相同，只是数据速率不同。处理过程，首先将物理层协议数据单元（PHY protocol data unit，PPDU）的二制数据差分编码，然后再将差分编码后的每一个位转换为长度为15的片序列（chip sequence），最后BPSK调制到信道上。

差分编码是将数据的每一个原始比特与前一个差分编码生成的比特进行异或运算：En=Rn ⊕En-1 ，其中En是差分编码的结果，Rn为要编码的原始比特，En-1是上一次差分编码的结果。对于每个发送的数据包，R1是第一个原始比特，计算E1时假定E0=0。差分解码过程与编码过程类似：Rn=En⊕En-1，对于每个接收到的数据包，E1是第一个需要解码的比特，计算R1时假定E0=0。

差分编码以后，接下来就是直接序列扩频。每一个比特被转换为长度为15的片序列。扩频过程按下表进行，扩频后的序列使用BPSK调制方式调制到载波上。

868/915MHz比特到片序列转换表

输入比特片序列值（C1 C2 (14)

01 111101011001000000010100110111

2．4GHz频段的处理过程，首行将PPDU的二进制数据中每4位转换为一个符号（symbol），然后将每个符号转换成长度为32的片序列。

在把符号转换片序列时，用符号在16个近似正交的伪随便噪声序列的映射表，这是一个直接序列扩频的过程。扩频后，信号通过O-QPSK调制方式调制到载波上。

2．物理层的帧结构

物理帧第一个字段是四个字节的前导码，收发器在接收前导码期间，会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步。帧起始分隔符（start-of-frame delimiter, SFD）字段长度为一个字节，其值固定为0xA7，标识一个物理帧的开始。收发器接收完前导码后只能做到数据的位同步，通过搜索SFD字段的值0xA7才能同步到字节上。帧长度（frame length）由一个字节的低7位表示，其值就是物理帧负载的长度，因此物理帧负载的长度不会超过127个字节。物理帧的负载长度可变，称之为物理服务数据单元（PHY service data unit, PSDU），一般用来承载MAC帧。

Zigbee协议栈原理基础

1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。 ◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。 为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备

计算机网络(第5版)课后习题答案：第2章 物理层

第二章物理层 2-01 物理层要解决哪些问题物理层的主要特点是什么 答：物理层要解决的主要问题： （1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。 （2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。 物理层的主要特点： ①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。 ②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。 2-02 归层与协议有什么区别 答：规程专指物理层协议。 2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。 答：源点：源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站。 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。 终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。终点又称为目的站。 传输系统：信号物理通道。 2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。 答：数据：是运送信息的实体。 信号：则是数据的电气的或电磁的表现。 模拟数据：运送信息的模拟信号。 模拟信号：连续变化的信号。 基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 数字数据：取值为不连续数值的数据。 数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。 码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。 单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。 半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。 全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。

物理层网络设备

第三章物理层网络设备 3.1 中继器 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。 一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。 中继器工作物理层，是最简单的网络互连设备。 中继器不关心数据的格式和含义，它只负责复制和增强通过物理介质传 输的表示“1”和“0”的信号。 中继器的主要功能是扩展一个工作站或一组工作站与网络中其它部分的 距离。 中继器的特点 中继器可以将局域网的一个网段和另一个网段相连，而且可以连接不同 类型的介质。 由于中继器只是一种信号放大设备，它不能连接两种不同的介质访问类 型。 中继器只是一种物理层设备，它不能识别数据帧的格式和内容，也不能 将一种数据链路报头类型转换成另外一种形式。 中继器的适用场合 中继器适用于较小地理范围内的相对较小的局域网（少于100个节 点），如一栋办公楼。 由于中继器不能隔断局域网网段间的通信，所有的数据都能双向通过中 继器（不能过滤任何数据），所以不能用它连接负载沉重的局域网。 以太网中继器 在以太网中，中继器用来扩展物理介质的作用距离 5/4/3规则 最多五个网段 最多串接四个中继器 其中三个网段可用来连接节点 有二个网段不能用来连接节点，只能用于延伸距离 如上，构成了一个以太网。 如图3-1 所示。

项目三了解无线传感器协议栈

项目三了解无线传感器协议栈 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈知识目标1.掌握zigbee无线传感器网络的协议栈和协议的区别等知识。 2.掌握Z-Stack协议栈的OSAL分配机制。 3.了解Z-Stack协议栈的OSAL运行机制。 4.掌握Z-Stack协议栈的OSAL常用函数。 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈技能目标1.掌握 Z-Stack协议栈的运行机制。 2.掌握Z-Stack协议栈中OSAL的添加新任务的方法。 项目三了解ZigBee无线传感器网络协议栈在实际zigbee无线传感器网络工程的开发过程中首先借助TI提供的协议栈中例程SampleApp，接着根据需要完成的功能，查看支持Z-Stack协议栈的硬件电路图，再查阅数据手册（CC2530的数据手册、Z-Stack协议栈说明、Z-Stack协议栈API函数使用说明等）文件，然后再进行协议栈的修改。 最后，还需要烧录器下载到相应的硬件，实现zigbee无线传感器网络的组建和开发。 设计思路3.1.1协议与协议栈协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发；议栈是协议的具体实现形式。 通俗的理解为代码实现的函数库，以便于开发人员调用。

3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈协议栈是指网络中各层协议的总和，一套协议的规范。 其形象地反映了一个网络中文件传输的过程由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 使用最广泛的是因特网协议栈，由上到下的协议分别是应用层（Http、Tel、DNS、Email等），运输层（TCP、UDP），网络层（IP），链路层（WI-FI、以太网、令牌环、FDDI等）。 3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈3.1Z-Stack协议栈3.1.1协议与协议栈Zigbee协议栈开发的基本思路如下。 ①借助TI提供的协议栈中例程SampleApp进行二次开发，用户不需要深入研究复杂的zigbee协议栈，这样可以减轻开发者的工作量。 ②Zigbee无线传感器网络中数据采集，只需要用户在应用层加入传感器的读取函数和添加头文件即可实现。 ③如果考虑节能，可以根据数据采集周期（zigbee协议栈例程中已开发了定时程序）进行定时，定时时间到就唤醒zigbee终端节点，终端节点唤醒后，自动采集传感器数据，然后将数据发送给路由器或者直接发给协调器，即监测节点定时汇报监测数据。 ④协调器（网关）根据下发的控制命令，将控制信息转发到具体的节点，即控制节点等待控制命令下发。 3.1Z-Stack协议栈3.1.2使用Z-Stack协议栈传输SampleApp.c 中定义了发送函数static voidSampleApp_SendTheMessage(void)。 该函数通过调用AF_DataRequest来发送数据。

计算机网络物理层复习题(带答案)

计算机网络物理层复习题 一、单选 1、网络接口卡的基本功能包括：数据转换、通信服务和 A、数据传输 B、数据缓存 C、数据服务 D、数据共享 2、在中继系统中，中继器处于 A、物理层 B、数据链路层 C、网络层 D、高层 3、各种网络在物理层互连时要求 A、数据传输率和链路协议都相同 B、数据传输率相同，链路协议可不同 C、数据传输率可不同，链路协议相同 D、数据传输率和链路协议都可不同 4、下面关于集线器的缺点描述的是. A 集线器不能延伸网络可操作的距离 B 集线器不能过滤网络流量 C 集线器不能在网络上发送变弱的信号 D 集线器不能放大变弱的信号 5、在同一个信道上的同一时刻，能够进行双向数据传送的通信方式是 C 。 A. 单工 B. 半双工 C. 全双工 D. 上述三种均不是 6、能从数据信号波形中提取同步信号的典型编码是 A.归零码 B.不归零码 C.定比码 D.曼彻斯特编码 7、计算机网络通信采用同步和异步两种方式，但传送效率最高的是 A．同步方式 B．异步方式C．同步与异步方式传送效率相同 D.无法比较 8、有关光缆陈述正确的是 A.光缆的光纤通常是偶数，一进一出 B.光缆不安全 C.光缆传输慢 D.光缆较电缆传输距离近 9、通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1、0的方法叫做 A. ASK B. FSK C. PSK D. A TM 10、同轴电缆与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力。 A、弱 B、一样 C、强 D、不能确定 11、ATM采用的线路复用方式为。 A、频分多路复用 B、同步时分多路复用 C、异步时分多路复用 D、独占信道 12、数据传输速率是描述数据传输系统的重要指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制 A.比特数 B.字符数 C.桢数 D.分组数 13、将一条物理信道按时间分成若干时间片轮换地给多个信号使用，每一时间片由复用的一个信号占用，这样可以在一条物理信道上传输多个数字信号，这就是 A．频分多路复用 B．时分多路复用 C．空分多路复用 D．频分与时分混合多路复用 14.在同一个信道上的同一时刻，能够进行双向数据传送的通信方式是 A.单工 B.半双工 C.全双工 D.上述三种均不是 15、下面叙述正确的是 A．数字信号是电压脉冲序列 B．数字信号不能在有线介质上传输 C．数字信号可以方便地通过卫星传输 D．数字信号是表示数字的信号 16、数字传输的优点不包括 A．设备简单

无线传感器网络协议栈研究与设计-第3章

第3章 低功耗无线传感器网络协议栈整体设计 本章的目标是对低功耗环境测控网络协议栈进行整体设计。首先对环境测控系统进行需求分析明确其适用场景和网络设备类型；然后，根据需求分析确定协议栈的设计目标，并选择适合的网络拓扑结构和协议栈的分层架构。协议栈的网络层和MAC 层将作为本章的设计的重点。 3.1 网络需求分析 3.1.1 应用场景介绍 本课题来源于研究生校企合作项目，所设计的低功耗无线传感器协议栈主要应用于环境测控系统中。该系统长期无人值守，其温度、湿度等环境参数由连接无线节点的传感器实时采集并上传至汇聚节点，汇聚节点再通过有线的方式传输至面向用户的管理终端。多个子系统采集的数据最后由各自的管理终端传送至云端处理中心进行数据的保存，整个系统框图如图3.1所示。 云端处理中心 二级中继 汇聚节点 图3.1 环境测控系统框图 图中的环境测控无线网络是执行数据采集和设备控制的主体，也是协议栈发挥作用的区域。一个环境测控无线网络负责一个区域，区域之间有一定的距离，

因此无线网络之间不存在干扰，但无线网络的运行方式一致。该项目处于初期开发阶段，所以本文设计的协议栈只应用于单个环境测控无线网络中。 该课题所涉及的环境测控系统处于室内，人员进出频率低。网络中节点数不超过65个，包含一个汇聚节点。点对点通信的距离要求达到20米。传感器节点以10秒为周期采集并发送环境数据。考虑到室内可能会出现一些特殊设备、隔断等障碍影响通信距离，并使得部分节点处于屏蔽的位置，因此网络通过设置中继节点来扩展通信距离，经过中继后的通信距离要求60米及以上。由于成本等原因，课题设定数据包最多经过两级中继传递，每级中继最多4个，中继数量不超过8个。同时，系统中存在少量控制节点，控制节点连接室内的控温设备来调节室内温度。控制节点由工作人员从软件端下达命令进行开关，因此不具备周期性。该课题要求除汇聚节点、中继节点之外的所有节点能在1000mA/h电池的支持下工作一年以上。为保证数据采集的有效性和传输的可靠性，该课题要求多节点共享信道的丢包率在5%以内。此外，由于环境的特殊性，人员不能随时到场，还要求该环境测控网络中的节点具有安装简单、组网快速、配置容易的特点。以上需求总结如表3.1所示。 表3.1 环境测控系统需求指标 表3.1明确了该环境测控无线网络的要求。通过需求指标能使协议栈的设计更有约束性，设计方向也会更加明确。

常用网络设备设备

物理层设备 1.调制解调器 调制解调器的英文名称为modem，来源于Modulator/Demodulator，即调制器/解调器。 ⑴工作原理 调制解调器是由调制器与解调器组合而成的，故称为调制解调器。调制器的基本职能就是把从终端设备和计算机送出的数字信号转变成适合在电话线、有线电视线等模拟信道上传输的模拟信号；解调器的基本职能是将从模拟信道上接收到的模拟信号恢复成数字信号，交给终端计算机处理。 ⑵调制与解调方式 调制，有模拟调制和数字调制之分。模拟调制是对载波信号的参量进行连续地估值；而数字调制使用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端对载波信号的离散参量进行检测。调制是指利用载波信号的一个或几个参数的变化来表示数字信号的一种过程。 调制方式相应的有：调幅、调频和调相三种基本方式。 调幅：振幅调制其载波信号将随着调制信号的振幅而变化。 调频：载波信号的频率随着调制信号而改变。 调相：相位调制有两相调制、四相调制和八相调制几种方式。 ⑶调制解调器的分类 按安装位置：调解解调器可以分为内置式和外置式 按传输速率分类：低速调制解调器，其传输速率在9600bps以下；中速调制解调器，其传输速率在9.6～19.2kbps之间；高速调制解调器，传输速率达到19.2～56kbps。 ⑷调制解调器的功能 ?差错控制功能：差错控制为了克服线路传输中出现的数据差错，实现调制解调器至远端调制解调器的无差错数据传送。 ?数据压缩功能：数据压缩功能是为了提高线路传输中的数据吞吐率，使数据更快地传送至对方。 ⑸调制解调器的安装 调制解调器的安装由两部分组成，线路的连接和驱动程序的安装。 线路连接： ?将电话线引线的一端插头插入调制解调器后面LINE端口。

(完整版)IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层

IEEE.802.15.4网络协议栈及物理层 IEEE 802.15.4网络协议栈基于开放系统互连模型（OSI），如图5-4所示，每一层都；实现一部分通信功能，并向高层提供服务。 IEEE 802.15.4标准只定义了PHY层和数据链路层的MAC子层。PHY层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。 MAC子层以上的几个层次，包括特定服务的聚合子层（service specific convergence sublayer, SSCS），链路控制子层（logical link control , LLC）等，只是IEEE 802.15.4标准可能的上层协议，并不在IEEE 802.15.4标准的定义范围之内。SSCS为IEEE 802.15.4的MAC层接入IEEE 802.2标准中定义的LLC子层提供聚合服务。LLC子层可以使用SSCS的服务接口访问IEEE 802.15.4网络，为应用层提供链路层服务。 5.3.1物理层 物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。 物理层数据服务包括以下五方面的功能： （1）激活和休眠射频收发器； （2）信道能量检测（energy detect）； （3）检测接收数据包的链路质量指示（link quality indication , LQI）； （4）空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）； （5）收发数据。 信道能量检测为网络层提供信道选择依据。它主要测量目标信道中接收信号的功率强度，由于这个检测本身不进行解码操作，所以检测结果是有效信号功率和噪声信号功率之和。 链路质量指示为网络层或应用层提供接收数据帧时无线信号的强度和质量信息，与信道能量检测不同的是，它要对信号进行解码，生成的是一个信噪比指标。这个信噪比指标和物理层数据单元一道提交给上层处理。 空闲信道评估判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4定义了三种空闲信道评估模式：第一种简单判断信道的信号能量，当信号能量低于某一门限值就认为信道空闲；第二种是通过判断无线信号的特征，这个特征主要包括两方面，即扩频信号特征和载波频率；第三种模式是前两种模式的综合，同时检测信号强度和信号特征，给出信道空闲判断。 1.物理层的载波调制

常见的网络设备(详细)

常见的网络设备 1、中继器repeater： 定义：中继器是网络物理层上面的连接设备。 功能：中继器是一种解决信号传输过程中放大信号的设备，它是网络物理层的一种介质连接设备。由于信号在网络传输介质中有衰减和噪声，使有用的数据信号变得越来越弱，为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把接收到的弱信号放大以保持与原数据相同。使用中继器就可以使信号传送到更远的距离。 优点： 1.过滤通信量中继器接收一个子网的报文，只有当报文是发送给中继器所连 的另一个子网时，中继器才转发，否则不转发。 2.扩大了通信距离，但代价是增加了一些存储转发延时。 3.增加了节点的最大数目。 4.各个网段可使用不同的通信速率。 5.提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。 6.性能得到改善。 缺点： 1.由于中继器对接收的帧要先存储后转发，增加了延时。 2.ＣＡＮ总线的ＭＡＣ子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时， 可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现 象（３）中继器若出现故障，对相邻两个子网的工作都将产生影响。

2、集线器hub： 定义：作为网络中枢连接各类节点，以形成星状结构的一种网络设备。 作用：集线器虽然连接多个主机，但不是交换设备，它面对的是以太网的帧，它的工作就是在一个端口收到的以太网的帧，向其他的所有端口进行广播(也有可能进行链路层的纠错)。只有集线器的连接，只能是一个局域网段，而且集线器的进出口是没有区别的。 优点：在不计较网络成本的情况下面，网络内所有的设备都用路由器可以让网络响应时间和利用率达到最高。 缺点： 1.共享宽带，单通道传输数据，当上下大量传输数据时，可能会出现塞车，所以 交大网络中，不能单独用集线器，局限于十台计算机以内。 2.它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的， 而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。

网络协议基础知识

网络协议基础知识 网络协议 理解网络协议的基本概念，互联协议（OSI）分层模型的基本思 想，TCP/IP协议的基本概念 ：互联协议（OSI）分层模型的基本思想，TCP/IP协议的基本概念 任务驱动、小组讨论教师总结 1、理解网络协议的基本概念， 2、能描述网络的开放系统互联协议（OSI）分层模型的基本思想， 3、能描述因特网TCP/IP协议的基本概念、思想与功能。 一、计算机网络协议定义： 网络协议是网络设备之间进行互相通信的语言和规范。常用的网络协议有：IPX、TCP/IP、NetBEUI。TCP/IP是Internet使用的协议。 协议的三要素：语法、语义、规则。 每个网络中至少要选择一种网络协议。具体选择哪一种网络通信协议主要取决于网络的 规模、网络的兼容性和网络管理等几个方面。常接触的局域网中，一般使用NETBEUT、IP/SPX和TCP/IP三种协议。

OSI模型，即开放系统互连基本参考模型(OSI/RM)，是国际标准组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，简称OSI。 计算机网络是一个很复杂的信息系统。对于复杂问题的解决和分析，可以采用一种分 层的思想方法来解决。如寄信的过程，整个过程如下： 寄信过程虽然复杂，但人们采用分层分步方法很好地解决了。下一层次为上一层提供 服务，对等层完成对应功能。 为了解决不同标准的网络之间进行通信的问题，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型（OSI层次模型），将通信所必需的功能分为七个层次，如下图：

1、分层中的每一模块便于研发，更易于理解。 2、网络部件能够标准化。 3、允许不同类型的网络硬件和软件相互通信。 4、各层功能相对独立，易于维护。 5、各层使用下层提供的接口，同时也为它的上层提供接口。 TCP/IP协议(Transfer Control Protocol/Internet Protocol)叫做传输控制/网际协议，又叫网络通讯协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮 件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。 TCP/IP协议的基本传输单位是数据包 (datagram)。TCP协议负责把数据分成若干个数 据包，并给每个数据包加上包头；IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址，这样数据 找到自己要去的地方。如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP 协议会自动要求数据重新传输，并重新组包。总之，IP协议保证数据的传输，TCP 协议保证数据传输的质量。

第二章 计算机网络 物理层 (1)

（答案仅供参考如有不对请自己加以思考） 第二章计算机网络物理层 一、习题 1.电路交换的优点有（）。 I 传输时延小 II 分组按序到达 III 无需建立连接 IV 线路利用率高 A I III B II III C I III D II IV 2 下列说法正确的是（）。 A 将模拟信号转换成数字数据称为调制。 B 将数字数据转换成模拟信号称为调解。 C 模拟数据不可以转换成数字信号。 D 以上说法均不正确。 3 脉冲编码调制（PCM）的过程是（）。 A 采样，量化，编码 B 采样，编码，量化 C 量化，采样，编码 D 编码，量化，采样 4 调制解调技术主要使用在（）通信方式中。 A 模拟信道传输数字数据 B 模拟信道传输模拟数据 C 数字信道传输数字数据 D 数字信道传输模拟数据 5 在互联网设备中，工作在物理层的互联设备是（）。 I 集线器 II 交换机 III 路由器 IV 中继器 A I II B II IV C I IV D III IV 6一个传输数字信号的模拟信道的信号功率是0.26W，噪声功率是0.02W，频率范围为3.5 ～ 3.9MHz，该信道的最高数据传输速率是（）。 A 1Mbit/s B 2Mbit/s C 4Mbit/s D 8Mbit/s 7 在采用1200bit/s同步传输时，若每帧含56bit同步信息，48bit控制位和4096bit数据位，那么传输1024b需要（）秒。 A 1 B 4 C 7 D 14 8 为了是模拟信号传输的更远，可以采用的设备室（）。 A中继器 B放大器 C 交换机 D 路由器 9 双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成，线对扭在一起的目的是（）。 A 减少电磁辐射干扰 B 提高传输速率 C 减少信号衰减 D减低成本 10 英特网上的数据交换方式是（）。 A 电路交换 B 报文交换 C 分组交换 D异步传输 11 （）被用于计算机内部的数据传输。 A 串行传输 B 并行传输 C同步传输 D 异步传输 12 某信道的信号传输速率为2000Baud，若想令其数据传输速率达到8kbit/s,则一个信号码元所取的有效离散值个数应为（）。 A 2 B 4 C 8 D 16

协议栈工作原理介绍

协议栈工作原理介绍 CC2540集成了增强型的8051内核，TI为BLE协议栈搭建了一个简单的操作系统，即一种任务轮询机制。帮你做好了底层和蓝牙协议深层的内容，将复杂部分屏蔽掉。让用户通过API函数就可以轻易用蓝牙4.0，是开发起来更加方便，开发周期也可以相应缩短。 1.1.1工程文件介绍 安装完BLE协议栈之后，会在安装目录下看到以下文件结构： 图 3.2BLE栈目录

可看到Projects文件夹里面有很多工程，我们主要介绍SimpleBLECentral和SimpleBLEPeripheral。 ble文件夹中有很多工程文件，有些是具体的应用，例如 BloodPressure、GlucoseCollector、GlucoseSensor、HeartRate、HIDEmuKbd等都为传感器的实际应用，有相应标准的Profile（即通用的协议）。 其中还有4中角色：SimpleBLEBroadcaster、SimpleBLECentral、SimpleBLEObserver、SimpleBLEPeripheral。 他们都有自己的特点。 ?Broadcaster广播员——非连接性的信号装置 ?Observer观察者——扫描得到，但不能链接 ?Peripheral从机——可链接，在单个链路层链接中作为从机?Central主机——扫描设备并发起链接，在单链路层或多链路层 中作为主机。 最后的BTool文件夹为BLE设备PC端的使用工具。 1.1.2OSAL介绍 协议栈是一个小操作系统。大家不要听到是操作系统就感觉到很复杂。回想

我们当初学习51单片机时候是不是会用到定时器的功能？嗯，我们会利用定时器计时，令LED一秒改变一次状态。好，现在进一步，我们利用同一个定时器计时，令LED1一秒闪烁一次，LED2二秒闪烁一次。这样就有2个任务了。再进一步…有n个LED,就有n个任务执行了。协议栈的最终工作原理也一样。从它工作开始，定时器周而复始地计时，有发送、接收…等任务要执行时就执行。这个方式称为任务轮询。 图 3.3任务轮询 现在我们直接打开协议栈，直接拿他们的东西来解剖！我们打开协议栈文件夹Texas Instruments\BLE-CC254x-1.2.1\Projects \ble\SimpleBLEPeripheral\CC2540DB里面的工程文件SampleApp.eww。

计算机网络答案(第五版) 谢希仁 第二章物理层

第二章物理层 2-01 物理层要解决什么问题？物理层的主要特点是什么？ （1）物理层要解决的主要问题： ①.物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本曾的协议与服务。 ②.给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力。为此，物理层应解决物理连接的建立、维持和释放问题。 ③.在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。 （2）物理层的主要特点： ①.由于在OSI 之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备锁采用。加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI 的抽象模型制定一套心的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。②.由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复 杂。 2-02 规程与协议有什么区别？ 答：在数据通信的早期，对通信所使用的各种规则都称为“规程”（procedure），后来具有体系结构的计算机网络开始使用“协议”（protocol）这一名词，以前的“规程”其实就是“协议”，但由于习惯，对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。 答：一个数据通信系统可划分为三大部分： 源系统（或发送端）、传输系统（或传输网络）、和目的系统（或接收端）。源系统一般包括以下两个部分：?源点：源点设备产生要传输的数据。例如正文输入到PC 机，产生输出的数字比特流。 ?发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。例如，调制解调器将PC 机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号。 ?接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。例如，调制解调器接收来自传输线路上的模拟信号，并将其转换成数字比特流。计算机调制解调器调制解调器计算机数字比特流模拟信号模拟信号数字比特流 正文正文源点发送器传输系统接收器终点输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据输出信息源系统传输系统目的系统 数据通信系统数据通信系统的模型公用电话网?终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。 2-04 试解释以下名词：数据、信号、模拟数据、模拟信号、基带信号、带通信号、数字数据、数字信号、码元、单工通信、半双工通信、全双工通信、串行传输、并行传输。答：数据：是运送信息的实体。信号：则是数据的电气的或电磁的表现。 模拟数据：运送信息的模拟信号。 模拟信号：连续变化的信号。 基带信号：来自信源的信号。 带通信号：经过载波调制后的信号。 数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。 数字数据：取值为不连续数值的数据。 码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形 单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。 全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道 中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 2-05 物理层的接口有哪几个特性？各包含什么内容？答：（1）机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 （2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 （3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。 （4）规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 2-06 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？ 答：限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：（1）在任何信道中，码元传输速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码元间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。 （2）由于噪声会使接收端对码元的判决产生错误（1 判决为0 或0 判决为1）。所以信噪比要限制在一定范围内。由香农公式可知，信息传输速率由上限。信噪比越大，量化性能越好；均匀量化的输出信噪比随量化电平数的增加而提高；非均匀量化的信号量噪比，例如PCM 随编码位数N 指数规律增长，DPCM 与频率有关等。但实际信噪比不能任意提高，都有一定限制。例如增加电平数会导致接收机的成本提高，制作工艺 复杂等。香农公式的意义在于：只要信息传输速率低于信 1

linux路由协议网络协议栈

迈普学习总结 经过在公司里学习了几个月，把大体的工作总结于下： 在参与1800-20 3G 路由的开发中，我参与了l2tp, gre ，静态路由, ipsec ，日志关键信息提取的编写。并同时参与了ipsec-tools 源码，linux kernel 网络协议栈源码，l2tpd 源码分析。并且同时了解了vrrp ，rip 等协议。 L2TP 模块： L2tp 代码流程： 其中认证过程分为pap 和chap 认证： Pap 认证： 认证信息

Chap 认证： 大体过程应该是这样的，中间也许有错，主要是记不大清楚了。 Pppd 向内核注册过程如下图： 做lac 的路由器通过拨号到lns ，通过上面的连接认证后，lns 会给lac 分配一个私有ip 地址，该Ip 地址可以和2通信。 通过这个过程后，久可以让内网1的pc 访问内网2的pc 。 内 路由器 路由器 内 lac lns lac lns lac lns lac lns 通过认证 发送加密数据，使LAC 认证信息 通过认证 inte

Gre 模块： 模型： 开始的时候，内网1和内网2是不能相互到达的，因为中间有许多中间网络。当建立好GRE 隧道后，内网1就可以和内网2通信了。 实现：GRE 脚本主要通过iproute2这个工具实现。使用的主要脚本命令： I p route add $name mode gre remote $remoteip local $localip ttl 255 I p route set $name up I p route add net $net/$mask dev $name 脚本流程：脚本从lua 保存的配置文件中获取到上面的变量值，然后通过以上指令，将变量值设置到相应的隧道中。 责任：主要担任gre 模块的测试（与linux ）。 DDNS 模块： 原理：DDNS 又叫动态域名解析。实用环境是在用户动态获取IP 地址的情况下。因为传统的DNS 只能与固定IP 地址绑定，一旦IP 地址发生变化，相应的域名将不能解析到变换后的IP 地址上。然后DDNS 改变了这一点。它以动态域名绑定的方式来完成这一点。什么叫动态域名呢？就是指在用户的IP 地址发生改变时，相应的DDNS 客户端会把自己现在的变化后的IP 地址传给DDNS 服务器，告诉它自己的IP 地址已经发生变化，需要服务器将以前绑定域名的IP 换成现在变化后的IP 地址。如果内部在加上端口映射，那么久可以实现路由器内部的主机间接与DNS 绑定，即其他人通过域名就能访问的内网的某台计算上的服务器。 责任：DDNS 的测试。 静态路由模块： 原理：举个例子，当一个路由器刚接入到一个网络中时，在这个陌生的环境中，它根本不知道去某个地址该怎么走，静态路由就相当于一个指路人，它告诉路由器某个IP 地址该怎么走。配置的时候，只需要告诉路由器到达某个网络需要从哪张网卡和相应网卡出去的网关地址就可以了。这样凡是到那个网络的IP 数据包，路由器都会将它从相应网卡转发出去（ttl-1）。它并不关心数据包能否真正的到达。 实现：具体命令：route add –net $net mask $netmask gw $gateway dev $device 责任：静态路由的脚本的基本框架。 Ipsec 模块： 原理：在内核2.6版本中已经存在ipsec 模块，该模块的主要作用是让数据包经过加密/认证从安全的隧道中到达指定的目标地址。它的有几种数据包格式，一种是esp,一种是ah,另一种是esp+ah 。他们的报文格式如下： Ah 是一种用于认证报文，它主要是给数据包提供认证，防重放；ESP 是一种用于加密报文，当然它也有认证的功能，并且也具有抗重放的机制。它是一种更优越于AH 的报文结构。另外，esp+ah 则是一种集esp 和ah 于一身的格式，当然它的安全性就更不可否认了。 整个模块分为两大类：第一类，kernel ipsec 的实现，第二类上层应用程序ike 即为ipsec 模块协商认证算法和加密算法的协议。下面谈谈ike 协

内核网络协议栈浅析

这个标题起得比较纠结，之前熟知的PPPOE是作为PPP协议的底层载体，而实际上它也是一个完整的协议，不过它的实现比较简单，由它出发，可以很容易理清楚Linux网络栈的实现方式。 1.总述 Linux中用户空间的网络编程，是以socket为接口，一般创建一个sockfd = socket(family,type,protocol)，之后以该sockfd为参数，进行各种系统调用来实现网络通信功能。其中family指明使用哪种协议域（如INET、UNIX等），protocol指明该协议域中具体哪种协议（如INET中的TCP、UDP等），type表明该接口的类型（如STREAM、DGRAM等），一般设protocol=0，那么就会用该family中该type类型的默认协议（如INET中的STREAM默认就是TCP协议）。 Linux中利用module机制，层次分明地实现了这套协议体系，并具有很好的扩展性，其基本模块构成如下： 先看右边，顶层的socket模块提供一个sock_register()函数，供各个协议域模块使用，在全局的net_family[]数组中增加一项；各个协议域模块也提供一个类似的 register_xx_proto()函数，供各个具体的协议使用，在该协议域私有的xx_proto[]数组中增加一项。这两个数组中的存放的都是指针，指向的数据结构如下图所示： 很明显它们是用来创建不同类型的socket接口的，且是一种分层次的创建过程，可想而知，顶层socket_create()完成一些共有的操作，如分配内存等，然后调用下一层create；协议域内的create()完成一些该协议域内共有的初始化工作；最后具体协议中的create()完成协议特有的初始化。具体的下一节讲。

网络原理 物理层分析

第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术

2.1 物理层的基本概念 物理层的功能：在通信链路中传送比特流。 任务： ?机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 ?电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 ?功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 ?过程特性指明对于不同功能的各种可能事件

第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量 2.2.4 信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体 2.4 信道复用技术 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术

2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 传输 系统 输 入 信 息 输入数据 发送 的信号 接收 的信号 输出数 据 源点 终点 发送器 接收器 调制解调器 PC 机 公用电话网 调制解调器 数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号 输入 汉字 显示 汉字 数据通信系统 源系统 目的系统 传输系统 输出信息 PC 机

几个术语 ?数据(data)——运送消息的实体。 ?信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 ?“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 ?“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 ?码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信 号时，代表不同离散数值的基本波形。二进制编码时：码元0、码元1

网络协议栈

《嵌入式操作系统VxWorks中网络协议存储池原理及实现》 周卫东蔺妍刘利强 （哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨，150001） 摘要本文讨论了网络协议存储池的基本原理和在嵌入式操作系统中的实现方法。为在嵌入式系统中实现TCP／IP协议栈，提供了一种有效、简洁、可靠的缓冲区管理。 关键词 VxWorks; mBlk; clBlk; 网络协议存储池 VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)。它以良好的持续发展能力、高性能的内核以及卓越的实时性被广泛的应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。VxWorks操作系统有着优越的网络性能，而缓冲区的数据拷贝是影响网络性能的主要因素。 众所周知，缓冲区在网络协议栈中有两个作用：第一，提供载体，使分组或报文可以在各协议层中流动；第二，为各级缓冲区提供空间。缓冲区的设立使得 TCP／IP协议栈支持异步I／O操作，异步操作对于协议栈的I／0性能是非常重要的。在网络输出的过程中每一层需要在数据的首部或者尾部添加数据头和数据尾来对数据进行封装使得接收端对应的层能够进行正确的接收，在输入的过程中每层都需要将本层的数据头和数据尾去掉而最终还原成发送端发送的 数据。上述的封装／去封装和拷贝操作使得网络协议对内核的存储器管理能力提出了很多要求。这些要求包括能方便地操作可变长缓存，能在缓存头部和尾部添加数据(如低层封装来自高层的数据)，能从缓存中移去数据(如当数据包向上经过协议栈时要去掉首部)，并能尽量减少这些操作所作的数据复制。 1 使用netBufLib管理存储池的基本原理 网络协议存储池使用mBlk结构、clBlk结构、簇缓冲区和netBufLib提供的函数进行组织和管理。mBlk和clBlk结构为簇缓冲区（cluster）中数据的缓冲共享和缓冲链接提供必要的信息。netBufLib例程使用mBlk和clBlk来管理cluster和引用 cluster中的数据，这些结构体中的信息用于管理cluster 中的数据并且允许他们通过引用的形式来实现数据共享，从而达到数据“零拷贝”的目的。 1.1 结构体mBlk和clBlk及其数据结构 mBlk是访问存储在内存池中数据的最基本对象，由于mBlk仅仅只是通过clBlk来引用数据，这使得网络层在交换数据时就可以避免数据复制。只需把一个mBlk连到相应mBlk链上就可以存储和交换任意多的数据。一个mBlk结构