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# System prepended metadata

title: Wireless Network 1092

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# Wireless Network 1092
## Lec 01

**WANS**
廣域網路，又稱廣域網路、外網、公網。是連接不同地區區域網路或都會網路電腦通信的遠端網。通常跨接很大的物理範圍，所覆蓋的範圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個地區、城市和國家，或橫跨幾個洲並能提供遠距離通信，形成國際性的遠端網路。
高速WAN使用光纖和稱為異步的傳輸技術傳輸模式 asynchronous transfer mode（ATM）

**LANS**
區域網路是連接住宅、學校、實驗室、大學校園或辦公大樓等有限區域內電腦的電腦網路 。相比之下，廣域網路不僅覆蓋較大的地理距離，而且還通常涉及固接專線和對於網際網路的連結。 相比來說網際網路則更為廣闊，是連接全球商業和個人電腦的系統。

**LANS vs. WANS**
* LANS範圍較小
* LAN互連單個建築物或建築物群中的設備
* LAN通常由擁有連接設備的組織擁有
* 對於WAN，大多數網絡資產都不屬於同一組織
* LAN的內部數據速率更大

**MANS**
都會網域指大型的計算機網路，屬於IEEE802.6標準，是介於LAN和WAN之間能傳輸語音與資料的公用網路。MAN是改進LAN中的傳輸媒介，擴大區域網路的範圍，達到包含一個大學校園、城市或都會區。它是較大型的區域網路，需要的成本較高，但可以提供更快的傳輸速率。

**Need of MANS**
傳統WANS中point-to-point 和 switched network不足以滿足不斷成長之需求
(Need for high capacity and low costs)
MANS is Lower cost and greater efficiency than equivalent service from telephone company.

**Switching Nodes**
* 數據傳輸的中間交換設備
* 與數據內容無關聯

**Station**
* 通信的終端設備
* 每個station都連接到switch nodes

**Communications Network**
* 交換節點之集合

**Node-station links**通常為**point-to-point**
**Node-node links**   通常為 **multiplexed links**
* Frequency-division multiplexing (FDM)
* Time-division multiplexing (TDM)

**Switched Networks** 
* **Circuit switching**
 Dedicated communications path between two stations
e.g., public telephone network

**流程**
1. Circuit establishment
1. Information transfer
1. Circuit disconnect
* **Packet switching**
 Message is broken into a series of packets.
Each node determines next leg of transmission for each packet

**PS之優點**
* 效率高
隨著時間的推移，許多數據包可以動態共享同一節點到節點的鏈接。
* 分組交換網絡可以執行數據速率轉換
兩個具有不同數據速率的站可以交換信息
* 與電路交換網絡在通信量大時阻止呼叫的情況不同，數據包交換仍然可以接收數據包，但傳遞延遲會增加。
* 可以使用優先級

**Datagram**
* 每個數據包獨立處理，不參考先前的數據包
* 每個節點都選擇數據包路徑上的下一個節點
* 數據包不一定遵循相同的路線，並且可能無法按順序到達
* 出口節點將數據包還原到原始順序
* 出口節點或目的地負責檢測數據包丟失以及如何恢復

**好處:**
* 避免了呼叫建立階段。
* 因為它更原始，所以更靈活。
* 數據報傳送更加可靠。

**Virtual Circuit**
* 發送數據包之前建立了預先計劃的路由 
* 資源和目標之間的所有數據包都遵循此路由
* 節點不需要每個數據包的路由決策
* 模擬circuit switching 但不是專用路徑

**好處:**
* 數據包以原始順序到達。
* 數據包正確到達。
* 數據包傳輸速度更快，而無需在每個節點上做出路由決策

**TCP/IP Layer**
* **Physical layer**
physical interface between a data transmission device
and a transmission medium or network.
*  **Network access layer**
 exchange of data between an end system and the
network 
*  **Internet layer** 
 internet protocol (IP)
*  **Host-to-host, or transport layer**
transmission control protocol (TCP)
數據交換期間提供可靠性
* **Application layer**

**常見的應用**
1. Simple mail transfer protocol (SMTP)
2. File Transfer Protocol (FTP)
3. Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

**Layer of the OSI Model**
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical

**OSI vs. TCP**
![](https://i.imgur.com/vrSSHt3.jpg)

**Router之功能**
* 提供網絡之間的鏈接
* 提供連接到不同網絡的最終系統上的進程之間的數據路由和傳遞
* 以不需要修改任何連接的子網的網絡體系結構的方式提供這些功能

**End System (ES)**
device used to support end-user applications or services
**Intermediate System (IS)**
device used to connect two networks
**Bridge** 
an IS used to connect two LANs that use similar LAN protocols
**Router** 
an IS used to connect two networks that may or may not be similar

# Lec02
![](https://i.imgur.com/Kg2s8NV.jpg)

![](https://i.imgur.com/YUR8QXL.jpg)

**Nyquist Bandwidth**
bandwidth B， The maxmium transmission rate is 2B.
***C=2B***  (完美狀態下)

**Shannon Capacity Formula**
*C = Blog2 (1+SNR )*

**Frequency-division multiplexing (FDM)**
每個訊號分配到不同的載波頻率上
這些載波頻率充分分離以使認兩個訊號不重疊

**Time-division multiplexing (TDM)**
通過在時間上交錯每個信號的各個部分，可以在單個傳輸路徑上承載多個數字信號。
可在大數量上實現。

# Lec03

**Ground-wave propagation**
* 隨著地球的弧度傳送
* 傳播距離遠
* 頻率達到2MHZ
* ex. AM Radio

**Sky-wave propagation**
信號從電離層中反射回地球，不受地球曲率影響，主要用於短波頻段

**Line-of-sight propagation**
發射與接收的天線必須在視線範圍內

**Path Loss**
![](https://i.imgur.com/aHKXNyf.jpg)

**ISM bands**
使用上可能須用spreading specturm技術減少干擾的情形

**Spreading Specturm**
是一種將信號的功率擴展到更寬頻帶的技術。

**Frequency hopping spread spectrum (FHSS)**
* Signal is broadcast over seemingly random series of radio frequencies.
* Signal hops from frequency to frequency at fixed intervals

**Direct sequence spread spectrum (DSSS)**
* Each bit in original signal is represented by multiple bits in the transmitted signal
* Spreading code spreads signal across a wider frequency band

1. **ASK: Amplitude shift keying**
改變震幅大小，ASK 的技術最簡單，抗雜訊能力最差，較少使用在無線通訊，而是使用在光纖通訊
3. **FSK: Frequency shift keying**
改變頻率高低，FSK 在頻率改變的瞬間可能使電磁波不連續，造成頻譜特性變差；技術複雜，但抗雜訊能力比ASK 好，錯誤率低，可使用在無線通訊。
5. **PSK: Phase shift keying**
依照波形不同，技術最複雜，抗雜訊能力最好，因此較常用在無線通訊，例如無線網路。

**QAM**
是PSK和ASK的混合方案，將兩種調幅信號匯合到一個通道的方法，因此會雙倍擴展有效帶寬。

# Lec 04
**Channel reservation protocols**
1.  FDMA: Frequency division multiple access
1.  TDMA: Time division multiple access
1.  CDMA: Code division multiple access
1. OFDMA: Orthogonal frequency division multiple access

頻寬可以想像是一個房間空間，有N個人要用

**FDMA** 
在相同的空間隔出很多的小間,所以N個人可以在同一時段使用 
**TDMA**
只要時間錯開, 所以不用隔間。由1個人使用全部空間,用完再換另一個人
**CDMA**
不隔間且時間也不必錯開，只要這N個人講不同的語言(spreading code)，而互不影響彼此的對話，各自仍然可以分辨出各自不同的語言，不會造成解讀的困擾。CDMA，將不同使用者的資料分別與特定密碼（正交展頻碼）運算以後，再傳送到資料通道，接收端以不同的密碼來分辨要接收的訊號。這種方法必須將數位訊號與密碼進行運算，故只能使用在數位通訊系統中。
**OFDMA**
在OFDM與OFDMA兩種技術中，當傳輸資料時，皆會將資料分割成數個較小的封包來進行傳送。
此外，OFDMA更將通道再細分為數個subcarrier，讓不同用戶的數據可以被同時傳輸。而且這些被切割的資料封包可以被分批傳送，無需等待所有封包到齊一並傳送。

**Random access protocols**
1. ALOHA
1. CSMA

**ALOHA**
1. Pure-ALOHA
1. Slotted-ALOHA

ALOHA is a ***talk-before-listen*** protocol.

**CSMA**
Is a ***listen-before-talk*** protocol.
![](https://i.imgur.com/k8K6kyW.jpg)

**CSMA/CD**
Is a ***listen-while-talk*** protocol.

**CSMA/CA**
Hidden terminal problem
RTS/CTS
此機制解決 hidden terminal problem，如圖中Station A 與Station C同時傳送封包給B，當Station A要送封包時先送RTS給B，B 收到之後，馬上送出CTS給其他要傳送資料給他的人，其他人即停止傳送封包給B
![](https://i.imgur.com/6FWZpzo.jpg)
C 要傳送資料給D時，發現(聽到)傳輸範圍內的B正在傳送資料給A（C是B的暴露節點），C就會延遲傳送（但這種延遲是不必要的），因為B傳送資料給A與C傳送資料給D並不衝突，因此這種因為聽到傳輸範圍內有節點在傳輸，而延遲傳輸就是暴露節點的問題。

解決辦法:

RTS/CTS

802.11 RTS / CTS的機制，有助於解決這個問題只如果節點是同步的，
數據包大小和數據速率是相同的兩個節點的傳輸。 
當一個節點聽到一個RTS從鄰近的節點，而不是相應的CTS，
該節點可以推斷，這是一個裸露的節點，是允許傳輸給其他鄰近的節點。

Base station -> User station: **Downlink**
User station -> Base station: **Uplink**

# Lec 05
![](https://i.imgur.com/IsTs6X8.jpg)
![](https://i.imgur.com/1idN0ff.jpg)
**STA:Station**
is a wireless device that contains 802.11-conformed MAC and PHY.
ex.laptops or smartphone
**AP:Access Point**
is a special STA which can provide access to the distribution system.
**BSS:Basic Service Set**
BSS是由單個協調功能控制的一組STA，這是確定STA何時可以發送或接收的邏輯功能。
**DS:Distribution System**
DS是用於互連一組BSS的網絡系統。
**ESS:Extended Service Set**
ESS是由DS互連的一組BSS。
ESS中的STA可以互相通信

**IEEE 802.11 Access Control**
* Distributed coordination function (DCF)
* Point coordination function (PCF)
*![](https://i.imgur.com/UnzbXeu.jpg)

如何來區分 DCF 和 PCF 之間取得傳輸媒介的時機，乃依照『訊框間隔』（Interval Frame Space, IFS）的長短來辨識。 IEEE 802.11 利用 IFS 的長短將訊框區分為三種不同優先等級，每一種優先等級的訊框在傳送之前，都必須等待一段固定大小的 IFS 時間。在 IEEE 802.11 標準之下，有下列四種 IFS 格式：

(1) **短訊框間隔（Short Interval Frame Space, SIFS）**：此間隔時間是用來做立即回應的訊框使用，屬於 SIFS 等級的訊框有：『允許傳送』（Clear to Send, CTS）、『確認回覆』（Acknowledge, ACK）或『輪詢回應』（Poll Response）等。

(2) **PCF 訊框間隔（PCF IFS, PIFS）**：此間隔時間是在無競爭式傳輸服務時，PCF 工作站傳送訊框前所必須等待的時間。

(3) **DCF 訊框間隔（DCF IFS, DIFS）**：此間隔時間是在競爭傳輸模式下，DCF 工作站傳送訊框前所必須等待的時間。

(4) **延長訊框間隔（Extended IFS, EIFS）**：此間隔時間是工作站進行重送訊框時，所必須等待的時間
![](https://i.imgur.com/xjxnTrT.jpg)
懶得做ㄌ

參考網站
http://www.tsnien.idv.tw/Network_WebBook/Network.html