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  第65题      
  知识点:   无线局域网的基本概念   衰减   信号
  章/节:   局域网       

 
某写字楼无线网络采用相邻两间办公室共用1个无线AP的设计方案,该方案可能会造成无线信号衰减,造成信号衰减的主要原因是()。
 
 
  A.  传输距离太长
 
  B.  障碍物阻挡
 
  C.  天线太少
 
  D.  信道间互相干扰
 
 
 

 
  第65题    2011年上半年  
   25%
在IEEE 802.11标准中使用了扩频通信技术,下面选项中有关扩频通信的说法中正确的是(65)。
  第64题    2012年上半年  
   24%
IEEE 802.11 在 MAC 层采用了(64)协议。
 

  第61题    2018年上半年  
   32%
下列快速以太网物理层标准中,使用5类无屏蔽双绞线作为传输介质的是( )。
   知识点讲解    
   · 无线局域网的基本概念    · 衰减    · 信号
 
       无线局域网的基本概念
               无线局域网协议体系
               (1)IEEE 802.11协议标准体系:面向数据通信的计算机局域网发展而来的,采用的是无连接协议。
               (2)HIPERLAN协议标准体系:欧洲邮电委员会(CEPT)制定的,致力于面向语音的蜂窝电话,采用的是基于连接的协议。
               802.11标准
               IEEE 802.11委员会相继制定了多种物理层标准。1997年颁布的IEEE 802.11标准运行在2.4GHz的ISM段频,采用扩频通信技术,支持1Mb/s和2Mb/s的数据速率。随后又出现了两个新的标准:1998年推出IEEE 802.11b标准,也是运行在ISM频段,采用CCK技术,支持11Mb/s的数据速率;1999年推出IEEE 802.11a标准,运行在U-NII频段,采用OFDM调制技术,支持最高达54Mb/s的数据速率。目前的WLAN标准主要有4种,如下表所示。
               
               IEEE 802.11标准
               WLAN的拓扑结构
               IEEE 802.11标准定义了两种无线网络的拓扑结构,一种是基础设施网络(Infrastructure Networking),另一种是特殊网络(Ad Hoc Networking)。
               .在基础设施网络中,无线终端通过接入点访问骨干网设备,或者相互访问。
               .Ad Hoc网络是一种点对点连接,不需要有线网络和接入点的支持,以无线网卡连接的终端设备之间可以直接通信。这种拓扑结构适合在移动情况下快速部署网络,主要用在军事领域,也可以用在商业领域进行语音和数据传输。
 
       衰减
        信号在传输中,由于媒介的因素,将随时间和距离而减弱的现象。
 
       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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