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  第64题      
  知识点:   信道   WLAN   信号
  关键词:   IEEE   WLAN   网络   协议   信道   信号        章/节:   局域网       

 
在进行无线WLAN网络建设时,现在经常使用的协议是IEEE 802.11b/g/n,采用的共同工作频带为(64)。其中为了防止无线信号之间的干扰,IEEE将频段分为13个信道,其中仅有三个信道是完全不覆盖的,它们分别是(65)。
 
 
  A.  2.4GHz
 
  B.  5 GHz
 
  C.  1.5GHz
 
  D.  10GHz
 
 
 

 
  第8题    2010年下半年  
   54%
对无线局域网,可显著提高数据率的技术是(7),对有2台计算机、1个AP、采用300Mbps的802.11n的WLAN,2台计算机数据传输的概率相同..
  第62题    2020年下半年  
   53%
在IEEE 802.11 WLAN标准中,频率范围在5.15GHz~5.35GHz的是( )。
  第47题    2014年下半年  
   58%
2013年6月,WiFi联盟正式发布IEEE 802.11ac无线标准认证。802.11ac是802.11n的继承者,新标准的理论传输速度最高可达到1Gbps。它..
   知识点讲解    
   · 信道    · WLAN    · 信号
 
       信道
        信道是数据传输的通路,在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。
        (1)物理信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路,由传输介质与有关通信设备组成。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道,也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。
        (2)逻辑信道。逻辑信道指在物理信道的基础上,发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑联系,由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑信道可以是有连接的,也可以是无连接的。
        信道传输按信息传送的方向与时间可以分为单工、半双工、全双工三种传输方式。
        (1)单工通信。单工通信就是单向传输,传统的电视、电台就是单工传输。单工传输能够节约传输的成本,但是没有了交互性。现在传统的电视向可以点播的电视方向发展,这使得必须对原来的单工传输的有线电视网络进行改造才能支持点播。
        (2)半双工通信。半双工通信可以传输两个方向的数据,但是在一段时间内只能接受一个方向的数据传输,许多对讲机使用的就是半双工方式,当一方按下按钮说话时,不能听见对方的声音。这种方式也称为“双向交替”。对于数字通道,如果只有一条独立的传输通道,那么就只能进行半双工传输。对于模拟通道,如果接收和发送使用同样的载波频率,那么它也只能使用半双工的传输方式。
        (3)全双工通信。全双工通信意味着两个方向的传输能够同时进行,电话是典型的全双工通信。要实现全双工通信,对于数字通道,必须有两个独立的传输路径。对于模拟通道,如果没有两条独立的路径,双方使用的载波频率不同,那么也能实现。另外还有一种“回声抵消”的方法,也能实现全双工通信。下图所示是单工、半双工和全双工示意图。
        
        传输方式比较示意图
 
       WLAN
        WLAN(Wireless Local Area Network)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网的功能。WLAN的覆盖范围一般在100m以内,通过桥接可以达到更大的覆盖范围。传输介质为红外线IR或射频RF波段,以后者使用居多。
        由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术的,在计算机网络结构中,逻辑链路控制(Logic Link Contros,LLC)层及其之上的应用层对不同物理层的要求可以是相同的,也可以是不同的,因此,WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(Media Access Control,MAC),涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。
        (1)IEEE 802.11。1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11WLAN标准工作组。IEEE 802.11(又称Wi-Fi,Wireless Fidelity,无线保真)是在1997年6月由大量的局域网及计算机专家审定通过的标准,该标准定义了物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制,定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法,RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频,工作在2.4000~2.4835GHz频段。
        (2)IEEE 802.11b。1999年9月IEEE 802.11b被正式批准,该标准规定WLAN工作频段在2.4~2.4835GHz,数据传输速率达到11Mb/s,传输距离控制在50~150英寸。该标准是对IEEE 802.11的一个补充,采用补偿编码键控调制方式,采用点对点模式和基本模式两种运行模式。在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率间自动切换,它改变了WLAN设计状况,扩大了WLAN的应用领域。
        (3)IEEE 802.11a。1999年,IEEE 802.11a标准制定完成,该标准规定WLAN工作频段在5.15~8.825GHz,数据传输速率达到54Mb/s或72Mb/s(Turbo),传输距离控制在10~100m。该标准也是IEEE 802.11的一个补充,扩充了标准的物理层,采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Modulation,OFDM)的独特扩频技术,可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口,支持多种业务,如话音、数据和图像等,一个扇区可以接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
        (4)IEEE 802.11g。目前,IEEE推出了最新版本IEEE 802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE 802.11a的传输速率,安全性较IEEE 802.11b好,采用两种调制方式,含IEEE 802.11a中采用的OFDM与IEEE 802.11b中采用的CCK,做到与IEEE 802.11a和IEEE 802.11b兼容。
 
       信号
        任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间,可以通过相互发送信号的方式,来协调它们之间的运行步调。
        所谓的信号,指的是系统给任务的一个指示,表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部(如其他的任务、硬件或定时器),也可能来自于内部(如执行指令出错)。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR(Asynchronous Signal Routine),与中断服务程序不同的是,ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候,如果它收到了一个信号,将暂停执行当前的指令,转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换,因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。
        信号机制与中断处理机制非常相似,但又各有不同。它们的相同点是:
        .都具有中断性:在处理中断和异步信号时,都要暂时地中断当前任务的运行;
        .都有相应的服务程序;
        .都可以屏蔽响应:外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽,任务也能够选择不对异步信号进行响应。
        信号机制与中断机制的不同点是:
        .中断是由硬件或特定的指令产生,而信号是由系统调用产生;
        .中断触发后,硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行;而信号则通过发送信号的系统调用来触发,但系统不一定马上对它进行处理;
        .中断处理程序是在系统内核的上下文中运行,是全局的;而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行,是任务的一个组成部分。
        实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞,可能出现优先级反转的现象,即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时,高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞,问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务,导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。
        
        一个优先级反转的示例
        如上图所示,系统存在任务1、任务2、任务3(优先级从高到低排列)和资源R。某时,任务1和任务2都被阻塞,任务3运行且占用资源R。一段时间后,任务1和任务2相继就绪,任务1抢占任务3运行,由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3,任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R,因此任务1一直被阻塞。极端情况下,任务1永远无法运行,处于饿死状态。
        解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。
               优先级继承协议
               L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议(Priority Inheritance Protocol,PIP)。
               PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用,而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是:当低优先级任务正在使用资源,高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时,低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别,保证低优先级任务继续使用当前资源,以尽快完成访问,尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行,从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中,继承了高优先级任务的优先级,所以该协议被称作优先级继承协议。
               由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时,优先级继承才会发生,在此之前,高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行,所以优先级继承协议不能防止死锁,而且阻塞是可以传递的,会形成链式阻塞。另外,优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下,一个需要μ个资源,并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min(μ,v)次。
               优先级冲顶协议
               J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议(Priority Ceiling Protocol,PCP)。
               PCP协议扩展了PIP协议,能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的,每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值,等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻,当前系统冲顶值(current priority ceiling)等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问,则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时,只有其优先级高于当前系统冲顶值,或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源,否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。
               已经证明,PCP协议的执行规则能防止死锁,但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞(Priority ceiling blocking)。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞,而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞(avoidance blocking),意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此,在PCP协议下,每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后,能静态分析和确定任务之间的资源竞争,计算出任务可能经历的最大阻塞时间,从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下,高优先级任务被阻塞时会放弃处理器,因此,访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。
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