第三課無線局域網(wǎng)及無線城域網(wǎng)課件

1、應(yīng)用集成原理與技術(shù)田樂2011-10-24應(yīng)用集成原理與技術(shù)-無線網(wǎng)絡(luò) 第一講 無線局域網(wǎng)/無線城域網(wǎng)（WLAN/WiMAX） 第二講 GSM/CDMA/3G/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航 第三講 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 第四講 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 第五講 物聯(lián)網(wǎng)第1講 WLAN&WiMAXWWAN：Wireless WAN WMAN：Wireless MAN WLAN：Wireless LAN WPAN：Wireless PAN WLAN在無線網(wǎng)絡(luò)中的位置在無線網(wǎng)絡(luò)中的位置 WLAN (Wireless Local Area Network ) 是指傳輸范圍在是指傳輸范圍在 100米左右的無線網(wǎng)絡(luò)，它的推

2、動聯(lián)盟為米左右的無線網(wǎng)絡(luò)，它的推動聯(lián)盟為 Wi-Fi Alliance （目前都以（目前都以 Wi-Fi 產(chǎn)品的稱呼來形容產(chǎn)品的稱呼來形容 802.11 的產(chǎn)品），可用于單一建筑物或的產(chǎn)品），可用于單一建筑物或辦公室之內(nèi)，需要使用辦公室之內(nèi)，需要使用WLAN的場合主要包括：的場合主要包括： (1)不方便架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境不方便架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境; (2)使用者時(shí)常需要移動位置使用者時(shí)常需要移動位置; (3)臨時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)。臨時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)。 802.11 WLAN主要面向兩種應(yīng)用類型：主要面向兩種應(yīng)用類型： (1) 接入：無線站點(diǎn)通過無線接入設(shè)備訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入：無線站點(diǎn)通過無線接入設(shè)備訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)

3、 (2) 中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓(LAN)與大與大 樓樓(LAN)之間的數(shù)據(jù)傳輸之間的數(shù)據(jù)傳輸WLAN 協(xié)議協(xié)議 - IEEE 802.11 在實(shí)際使用上，通常會將在實(shí)際使用上，通常會將WLAN和現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)結(jié)合，不但增加和現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)結(jié)合，不但增加原本網(wǎng)絡(luò)的使用彈性，也可擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的使用范圍，目前最熱門原本網(wǎng)絡(luò)的使用彈性，也可擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的使用范圍，目前最熱門的的 WLAN 技術(shù)就是技術(shù)就是 IEEE的的802.11及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11(1997.6)， 1或或2Mbps， 工作在工作在

4、2.4GHz頻段或使用紅外頻段或使用紅外(IR)IEEE 802.11a(1999), 54Mbps， 12個(gè)信道，最多個(gè)信道，最多8個(gè)互不重疊，工作在個(gè)互不重疊，工作在5GHz頻段頻段IEEE 802.11b(1999.9), 11Mbps ， 11個(gè)信道，最多個(gè)信道，最多3個(gè)互不重疊，工作在個(gè)互不重疊，工作在2.4GHz頻段頻段IEEE 802.11g(2003.6), 54Mbps， 11個(gè)信道，最多個(gè)信道，最多3個(gè)互不重疊，工作在個(gè)互不重疊，工作在2.4GHz頻段頻段 （802.11g兼容兼容802.11b）IEEE 802.11n(2009), 300Mbps, MIMO-OFDM，

5、工作在，工作在2.4GHz頻段頻段802.11b/g 互不重疊信道的選擇互不重疊信道的選擇16112.412G2.4GHz2.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz 中國規(guī)定使用中國規(guī)定使用111信道。由上圖可知，某信道的信號傳送時(shí)會與相信道。由上圖可知，某信道的信號傳送時(shí)會與相鄰的多個(gè)信道產(chǎn)生重疊，若在同一個(gè)空間建立多個(gè)鄰的多個(gè)信道產(chǎn)生重疊，若在同一個(gè)空間建立多個(gè)BSS/IBSS時(shí)，要讓它們時(shí)，要讓它們所用的信道不會互相重疊而產(chǎn)生干擾。在同一個(gè)空間最多只能使用所

6、用的信道不會互相重疊而產(chǎn)生干擾。在同一個(gè)空間最多只能使用1、6、11這三個(gè)信道，若選用其他信道，最多只能有這三個(gè)信道，若選用其他信道，最多只能有2個(gè)互不干擾的信道。個(gè)互不干擾的信道。無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) WLAN 的組成的組成兩種類型的兩種類型的 WLAN ：1. Infrastructured 網(wǎng)網(wǎng)（有固定基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)）（有固定基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)）2. Ad Hoc 網(wǎng)網(wǎng)（特定網(wǎng)絡(luò)，或稱自組網(wǎng)絡(luò)，無固定基礎(chǔ)設(shè)施）（特定網(wǎng)絡(luò)，或稱自組網(wǎng)絡(luò)，無固定基礎(chǔ)設(shè)施）BSS（基本服務(wù)集）（基本服務(wù)集）Infrastructured 網(wǎng)網(wǎng)(基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)) 有有AP(Access Point, 接入點(diǎn)接

7、入點(diǎn))， 無線站點(diǎn)通信首先要經(jīng)過無線站點(diǎn)通信首先要經(jīng)過APAd Hoc 網(wǎng)網(wǎng)（無線自組網(wǎng)）（無線自組網(wǎng)）IBSS (Independent BSS，獨(dú)立基本，獨(dú)立基本服務(wù)集服務(wù)集)，無，無AP，站點(diǎn)間直接通信），站點(diǎn)間直接通信）IBSSBSSESS（擴(kuò)展服務(wù)集）（擴(kuò)展服務(wù)集） 屬屬 Infrastructured 網(wǎng)網(wǎng) ( DS:DS:分配系統(tǒng)，分配系統(tǒng)，APAP：接入點(diǎn)，：接入點(diǎn)， SSIDSSID：ESSESS擴(kuò)展服務(wù)擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)識符。一個(gè)集標(biāo)識符。一個(gè)移動節(jié)點(diǎn)使用某移動節(jié)點(diǎn)使用某 ESS 的的 SSID 加入到該擴(kuò)展服務(wù)集中，一加入到該擴(kuò)展服務(wù)集中，一旦加入旦加入ESS，移動節(jié)點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)

8、從該，移動節(jié)點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)從該ESS的一個(gè)的一個(gè)BSS到另一個(gè)到另一個(gè)BSS的的漫游漫游)移動自組網(wǎng)移動自組網(wǎng) (Mobile Ad hoc network) 移動自組網(wǎng)（移動自組網(wǎng)（MANET），無基礎(chǔ)設(shè)施，沒有基本服務(wù)集中的接），無基礎(chǔ)設(shè)施，沒有基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)入點(diǎn) AP， 而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)。移動自組網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)移動設(shè)備都具有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)網(wǎng)絡(luò)。移動自組網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)移動設(shè)備都具有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能。的功能。 自組網(wǎng)絡(luò)AEDCBF源結(jié)點(diǎn)目的結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)接入例：有線網(wǎng)的擴(kuò)展Hu

9、bServerSwitchInternetAccess PointHubWireless LAN (WLAN) as an extension to wired LAN典型的典型的 WLAN 拓?fù)淅負(fù)淅鼳ccess PointWireless “Cell”Channel 6Wireless ClientsLAN BackboneChannel 1Access PointWireless “Cell”Wireless Clients中繼例：擴(kuò)展距離中繼例：擴(kuò)展距離 - 無線網(wǎng)橋無線網(wǎng)橋中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓與大樓之間中繼：利用無線信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線，用于大樓與大樓之間

10、的數(shù)據(jù)傳輸。的數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)校園無線網(wǎng)實(shí)例一個(gè)校園無線網(wǎng)實(shí)例擴(kuò)頻之母-海蒂拉瑪802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)中的 PHY層層 WLAN 傳輸方式有傳輸方式有 紅外線紅外線 (Infra Red, IR) 和和 無線電射頻無線電射頻 兩種兩種 紅外系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，紅外系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：不受無線電干擾；視距傳輸，檢測和竊聽困難，保密性好。缺點(diǎn)是：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；保密性好。缺點(diǎn)是：對非透明物體的透過性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。無線電射頻系統(tǒng)采用無線電射頻系統(tǒng)采用 擴(kuò)頻擴(kuò)頻 (Spre

11、ad Spectrum) 技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴(kuò)頻技術(shù)的頻率范圍開放在技術(shù)的頻率范圍開放在 ISM 頻段頻段，此頻段不需申請：，此頻段不需申請： Industry: 902 928 Mhz (26MHz) Science: 2.42.4835 GHz (83.5MHz) Medicine: 5.155.35 GHz and 5.7255.825 GHz (300MHz)擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為 跳頻跳頻 和和 直接序列直接序列 兩種技術(shù)。兩種技術(shù)。DSSS（直接序列擴(kuò)頻）（直接序列擴(kuò)頻） Direct Sequence Spread Spectrum（Chip code

12、 也稱為也稱為 pseudo-noice 或或 spreading code） DSSS系統(tǒng)則將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過擴(kuò)展碼調(diào)制而人為地?cái)U(kuò)展帶寬，即系統(tǒng)則將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過擴(kuò)展碼調(diào)制而人為地?cái)U(kuò)展帶寬，即使在傳輸波段中存在部分噪聲信號，接收機(jī)也可以無錯(cuò)誤地接收數(shù)據(jù)。使在傳輸波段中存在部分噪聲信號，接收機(jī)也可以無錯(cuò)誤地接收數(shù)據(jù)。DSSS 的發(fā)送與接收的發(fā)送與接收ModulatorXspreaderDS Widebandpseudo-noice carrierDataDemodulatorXdespreaderDS Widebandpseudo-noice carrierDataDSSS signal

13、sTransmitterReceiver使用擴(kuò)頻技術(shù)的好處使用擴(kuò)頻技術(shù)的好處 擴(kuò)頻是一種在信號傳輸前先將信號的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展的技術(shù)。擴(kuò)頻是一種在信號傳輸前先將信號的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展的技術(shù)。采用擴(kuò)頻的好處是：采用擴(kuò)頻的好處是： 抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信 干擾導(dǎo)致完全無法通信干擾導(dǎo)致完全無法通信(“蓋臺蓋臺”) 對于非特定的目的接收器，擴(kuò)展了帶寬的信號混在背對于非特定的目的接收器，擴(kuò)展了帶寬的信號混在背 景噪聲中，讓蓄意想偵聽竊取數(shù)據(jù)資料的人不易判別景噪聲中，讓蓄意想偵聽竊取數(shù)據(jù)資料的人不易判別 真正的信號，避免了他人的截聽真正的信號，

14、避免了他人的截聽 提供了供多個(gè)用戶使用同一傳輸波段的方法，保證了提供了供多個(gè)用戶使用同一傳輸波段的方法，保證了 無線設(shè)備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證無線設(shè)備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證 使用同一頻段的設(shè)備不互相影響。使用同一頻段的設(shè)備不互相影響。IEEE 802.11 PHYFHSS Frequency Hopping Spread Spectrum，跳頻擴(kuò)頻DSSS Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列擴(kuò)頻OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用（也叫多 載波調(diào)制技術(shù)，

15、載波數(shù)可多達(dá)52個(gè)），802.11a/g用，信號經(jīng)相應(yīng)的各種 調(diào)制（如PSK、QAM等）后，速率可達(dá)54/48/36/24/18/12/9/6MbpsHR-DSSS High Rate DSSS，802.11b用，信號經(jīng)相應(yīng)的各種調(diào)制（如PSK 、 CCK等）后，傳輸速度可達(dá)11/5.5/2/1MbpsOFDM/DSSSPhysical Layer802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC層層 無線局域網(wǎng)雖然也是多個(gè)站點(diǎn)共享無線信道，卻不無線局域網(wǎng)雖然也是多個(gè)站點(diǎn)共享無線信道，卻不能簡單地搬用以太網(wǎng)的能簡單地搬用以太網(wǎng)的 CSMA/CD 協(xié)議，這里主要有兩協(xié)議，這里主要有兩個(gè)原因：個(gè)原因： CSM

16、A/CD 協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)還必須不間協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種全雙工功能花斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種全雙工功能花費(fèi)過大；費(fèi)過大； 即使我們能夠在發(fā)送的同時(shí)實(shí)現(xiàn)沖突檢測的功能，并且當(dāng)我們在即使我們能夠在發(fā)送的同時(shí)實(shí)現(xiàn)沖突檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生沖突。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生沖突。802.11 MAC MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中的中的移動站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)

17、據(jù)或接收數(shù)據(jù)。移動站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。802.11 MAC 使用使用 DCF 或或 PCF 分布協(xié)調(diào)功能分布協(xié)調(diào)功能 DCF -爭用服務(wù)（必選項(xiàng)）爭用服務(wù)（必選項(xiàng)） ( Distributed Coordination Function ) DCF 在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的機(jī)制的分布式分布式接入算法，讓接入算法，讓各個(gè)站通過各個(gè)站通過爭用信道爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。向上提供爭用服務(wù)。 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF -無爭用服務(wù)無爭用服務(wù)（可選項(xiàng)可選項(xiàng)） ( Point Coordination Functi

18、on ) PCF 使用使用 AP 集中控制集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流輪流交給各交給各個(gè)站從而避免了沖突的產(chǎn)生個(gè)站從而避免了沖突的產(chǎn)生802.11 MAC: CSMA802.11 CSMA 發(fā)送站：發(fā)送站：- 如監(jiān)聽到信道空閑如監(jiān)聽到信道空閑, 經(jīng)經(jīng)DIFS 時(shí)時(shí)間后則發(fā)送整個(gè)幀（發(fā)送時(shí)間后則發(fā)送整個(gè)幀（發(fā)送時(shí)不用沖突檢測）不用沖突檢測）-如果監(jiān)聽到信道忙，則堅(jiān)持監(jiān)如果監(jiān)聽到信道忙，則堅(jiān)持監(jiān)聽到不忙時(shí)，經(jīng)聽到不忙時(shí)，經(jīng)DIFS 時(shí)間后時(shí)間后進(jìn)入競爭期，進(jìn)行二進(jìn)制指進(jìn)入競爭期，進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避（第數(shù)退避（第 i 次退避時(shí)，在次退避時(shí)，在 2i+2 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一

19、個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)），退避后重新嘗試發(fā)送個(gè)），退避后重新嘗試發(fā)送-如果發(fā)后未收到如果發(fā)后未收到ACK(超時(shí)超時(shí))，則重發(fā)幀則重發(fā)幀802.11 CSMA 接收站：接收站：- 如果接收正確，則在如果接收正確，則在SIFS時(shí)時(shí) 間后應(yīng)答一個(gè)間后應(yīng)答一個(gè) ACK 幀幀 其它站點(diǎn)：其它站點(diǎn)： 聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問信道信道 NAV(Network Allocation Vector)時(shí)間時(shí)間802.11 MAC： CSMA802.11 MAC Q & AQ：無線站點(diǎn)監(jiān)聽時(shí)如何判定信道：無線站點(diǎn)監(jiān)聽時(shí)如何判定信道“忙忙”？A：802.11 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在物

20、理層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在物理層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽， 通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值來通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值來 判定是否有其他的無線站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。判定是否有其他的無線站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。Q：為何無線站點(diǎn)監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？：為何無線站點(diǎn)監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？ A：因?yàn)榇藭r(shí)可能有多個(gè)站點(diǎn)都在監(jiān)聽，而其他的站點(diǎn)可：因?yàn)榇藭r(shí)可能有多個(gè)站點(diǎn)都在監(jiān)聽，而其他的站點(diǎn)可 能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先 級幀先發(fā)送（級幀先發(fā)送（高優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時(shí)間較短，高優(yōu)先級幀需等

21、待的幀間間隔時(shí)間較短， 可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時(shí)可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時(shí) 間較長，須等待較長時(shí)間。間較長，須等待較長時(shí)間。SIFS PIFS DIFS EIFS）幀間間隔幀間間隔 IFS 所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱為幀間間隔聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱為幀間間隔 IFS (InterFrame Space) 幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時(shí)間較短，

22、因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時(shí)間等待較長的時(shí)間 若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)，因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了，媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)，因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了，這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會短幀間間隔短幀間間隔 SIFS SIFS，即短，即短(Short) 幀間間隔，長度為幀間間隔，長度為 10 10 s s（802.11g802.11g時(shí)為時(shí)為例），是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對

23、話的各幀。一例），是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。 使用使用 SIFS 幀間間隔的場合：幀間間隔的場合： (1) 應(yīng)答應(yīng)答 ACK 幀幀 (2) 應(yīng)答應(yīng)答 CTS 幀幀 (3) 過長的過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀幀分片后的數(shù)據(jù)幀 (4) 應(yīng)應(yīng)答答 AP 探詢幀探詢幀 (5) PCF 方式中接入點(diǎn)方式中接入點(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。發(fā)送出的任何幀。PCF 幀間間隔幀間間隔 PIFS PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比 SIFS 長），是為了在開始長），

24、是為了在開始使用使用 PCF 方式時(shí)（在方式時(shí)（在 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。接入到媒體中。 PIFS 長度長度: : SIFS 加一個(gè)時(shí)隙加一個(gè)時(shí)隙( (slot) )長度（其長度為長度（其長度為 20 20 s s），即），即 30 30 s s時(shí)隙時(shí)隙( (時(shí)間片時(shí)間片) )長度選多長？長度選多長？ 在一個(gè)基本服務(wù)集在一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)，若一無線站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙開始接入內(nèi)，若一無線站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙開始接入到媒體，則在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變到媒體，則在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該

25、長度作為時(shí)隙長度。為忙態(tài)，選定該長度作為時(shí)隙長度。DCF 幀間間隔幀間間隔DIFS、延長幀間間隔、延長幀間間隔EIFS DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，在，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，在 DCF 方式中方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比的長度比 PIFS 再增再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因此加一個(gè)時(shí)隙長度，因此 DIFS 的長度為的長度為 50 50 s s EIFS，即延長幀間間隔，即延長幀間間隔（最長的（最長的 IFS），站點(diǎn)在進(jìn)），站點(diǎn)在進(jìn)行幀重發(fā)時(shí)所必須等待的時(shí)間。行幀重發(fā)時(shí)所必須等待的時(shí)間。EIFS的長度至少等于的長度至少等于DIFS再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因

26、此再增加一個(gè)時(shí)隙長度，因此 DIFS 的長度為的長度為 70 70 s s SIFS PIFS DIFS EIFS虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽 虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)： 源站將它還要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確源站將它還要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需時(shí)間）在其認(rèn)幀所需時(shí)間）在其 MAC 幀首部字段幀首部字段“持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間”中中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時(shí)間都停填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)止發(fā)送數(shù)據(jù), 這樣大大減少了沖突的機(jī)會。這樣大大減少了沖突的機(jī)會。 “虛擬虛擬”是指其他站并沒有真正監(jiān)

27、聽信道，而是檢是指其他站并沒有真正監(jiān)聽信道，而是檢測到源站發(fā)送幀中的測到源站發(fā)送幀中的“持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間”才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種效果效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。好像是其他站都監(jiān)聽了信道。 當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的幀首部的“持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)，NAV 指出了必須經(jīng)過多指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)?？臻e狀態(tài)。IE

28、EE 802.11 MAC/PHY 小結(jié)小結(jié)隱終端隱終端(Hidden terminal)效應(yīng)效應(yīng) 如只使用如只使用 CSMA，偵聽到信道，偵聽到信道 “閑閑” 可能結(jié)果不正確，由于：可能結(jié)果不正確，由于： (a) 隱蔽站問題隱蔽站問題 - 在發(fā)送方偵聽不到在發(fā)送方偵聽不到: A, C 不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，A、C 于是都發(fā)給于是都發(fā)給 B， B 處此時(shí)會產(chǎn)生沖突。處此時(shí)會產(chǎn)生沖突。 (b) 信號強(qiáng)度衰減問題信號強(qiáng)度衰減問題 - C 在發(fā)送，由于信號傳輸衰減，傳到在發(fā)送，由于信號傳輸衰減，傳到 A 處時(shí)，處時(shí)，A 聽不到，聽不到，A 以為聽

29、到信道閑，也發(fā)，以為聽到信道閑，也發(fā)， 接收站接收站 B 處此時(shí)產(chǎn)生沖突。處此時(shí)產(chǎn)生沖突。 隱終端是指是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端。LocationSignal strengthABC暴露終端暴露終端(Exposed terminal)效效應(yīng)應(yīng)當(dāng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C也希望向節(jié)點(diǎn)也希望向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)。 根據(jù)根據(jù)CSMA協(xié)議，節(jié)點(diǎn)協(xié)議，節(jié)點(diǎn)C偵聽信道，它將聽到節(jié)點(diǎn)偵聽信道，它將聽到節(jié)點(diǎn)B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯(cuò)誤正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯(cuò)誤地認(rèn)為它此時(shí)不能向節(jié)點(diǎn)地認(rèn)為它此時(shí)不能向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送

30、數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)， 但實(shí)際上它的發(fā)送不會影響節(jié)點(diǎn)但實(shí)際上它的發(fā)送不會影響節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)接收，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)C所謂暴露終端問題的出現(xiàn)。所謂暴露終端問題的出現(xiàn)。暴露終端是指是指在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端。在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端。ABCD改進(jìn)改進(jìn) CSMA 目的目的: 為了盡可能避免沖突，要進(jìn)一步為了盡可能避免沖突，要進(jìn)一步 改進(jìn)改進(jìn)CSMA 改進(jìn)改進(jìn): CSMA CSMA/CA CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance沖突避免沖突避免: 增加增加 RTS-CTS 交互交互進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)一步改進(jìn):

31、 : CSMA/CA: 信道預(yù)約信道預(yù)約l 發(fā)送站發(fā)送站: 發(fā)出短的發(fā)出短的 RTS幀幀(request to send)預(yù)約信道預(yù)約信道l 接收站接收站: 應(yīng)答短的應(yīng)答短的 CTS幀幀 (clear to send)同意預(yù)約同意預(yù)約 CTS 為發(fā)送站保留信道為發(fā)送站保留信道, 起了起了通知其它通知其它(可能隱蔽的可能隱蔽的)站點(diǎn)的效站點(diǎn)的效果果 避免避免了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突 沖突避免沖突避免: RTS-CTS 預(yù)約信道預(yù)約信道RTS 與與 CTS 為短幀為短幀: 由于由于RTS幀長幀長20字節(jié)，字節(jié)，CTS幀長幀長14字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀長度字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀長度2346字

32、節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小字節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小 最后效果類似于沖突檢測最后效果類似于沖突檢測 協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能發(fā)生，如發(fā)生，如B和和C站同時(shí)向站同時(shí)向A發(fā)送發(fā)送RTS幀，這兩個(gè)幀，這兩個(gè)RTS幀就會發(fā)生碰撞，幀就會發(fā)生碰撞，A收不到正確的收不到正確的RTS幀，因而也不會發(fā)送后續(xù)的幀，因而也不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀，這時(shí)，幀，這時(shí)，B和和C發(fā)現(xiàn)超時(shí)后，會隨機(jī)推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其發(fā)現(xiàn)超時(shí)后，會隨機(jī)推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTS幀，推遲時(shí)間幀，推遲時(shí)間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。的

33、算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。隱終端問題解決方式隱終端問題解決方式節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)B, 首先首先A發(fā)送一發(fā)送一RTS給給B;B發(fā)送發(fā)送CTS;A收到收到CTS后發(fā)送數(shù)據(jù)后發(fā)送數(shù)據(jù);C監(jiān)聽到監(jiān)聽到CTS，知道有節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，知道有節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，A和和B數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間時(shí)間C不會發(fā)數(shù)據(jù)包。不會發(fā)數(shù)據(jù)包。暴露終端問題解決方式暴露終端問題解決方式1、發(fā)送者發(fā)送發(fā)送者發(fā)送 RTS。2、接收者返回、接收者返回 CTS。3、鄰居節(jié)點(diǎn)：、鄰居節(jié)點(diǎn)： 如果收到如果收到 CTS則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。 如果只收到如果只收到 RTS 而沒收到而沒收

34、到 CTS,可以傳輸數(shù)據(jù)?？梢詡鬏敂?shù)據(jù)。802.11 MAC: CSMA/CA計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間(2i+2個(gè)時(shí)隙選一）以再次重新試圖接入信道二進(jìn)制指數(shù)退避二進(jìn)制指數(shù)退避 (Binary Backoff) 當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅當(dāng)信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅都必須等待一個(gè)都必須等待一個(gè) DIFS 間隔，間隔， 而且還要進(jìn)入而且還要進(jìn)入爭用窗口爭用窗口，并計(jì)算，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖接入到信道，隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖接入到信道， 這樣就減少了發(fā)這樣就減少了發(fā)生沖突的概率（當(dāng)多個(gè)站都打算占用信道時(shí)）生沖突的概率（當(dāng)多個(gè)站都打算占

35、用信道時(shí)） 以下情況不使用退避算法：以下情況不使用退避算法： 當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送的是它的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送的是它的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)， 并檢測到信道并檢測到信道為空閑。為空閑。 其余情況下，都必須使用退避算法。即：其余情況下，都必須使用退避算法。即：l 在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道為忙在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道為忙l 在每一次的重傳后在每一次的重傳后l 在每一次的成功發(fā)送后在每一次的成功發(fā)送后Binary Backoff 802.11使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（Binary Backoff）如下：）如下： 第第 i 次退避時(shí)，在次退避時(shí)，在 2i+2 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)

36、選擇一個(gè)。個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。 例例 第第1次退避在次退避在8個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第第1次沖突后在次沖突后在2個(gè)時(shí)隙中選）；個(gè)時(shí)隙中選）； 第第2次退避在次退避在16個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第第2次沖突后在次沖突后在4個(gè)時(shí)隙中選）。個(gè)時(shí)隙中選）。 。 然后根據(jù)該時(shí)隙數(shù)設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器進(jìn)行減然后根據(jù)該時(shí)隙數(shù)設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器進(jìn)行減1計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器時(shí)間減小到器時(shí)間減小到0時(shí)就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時(shí)間還未減到時(shí)就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時(shí)間還未減到0信道又變?yōu)槊?，信道又變?yōu)槊?，則凍

37、結(jié)該計(jì)時(shí)值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時(shí)間則凍結(jié)該計(jì)時(shí)值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時(shí)間DIFS后，繼續(xù)后，繼續(xù)啟動退避計(jì)時(shí)器（從剩下的時(shí)間開始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟啟動退避計(jì)時(shí)器（從剩下的時(shí)間開始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動計(jì)時(shí)器的站更早地接入信道中。動計(jì)時(shí)器的站更早地接入信道中。無線接入過程無線接入過程 STA (工作站）啟動初始化、開始正式使用工作站）啟動初始化、開始正式使用 AP 傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過三個(gè)階段才能接入傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過三個(gè)階段才能接入: (1) 掃描掃描(SCAN) (2) 認(rèn)證認(rèn)證(Authentication) (3) 關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)(Association) 無線

38、接入過程無線接入過程 無線接入第一階段 : 掃描（ SCAN ) 階段若無線站點(diǎn) STA 設(shè)成 Ad-hoc 模式： STA先尋找是否已有 IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無, 則會自己創(chuàng)建一個(gè)IBSS，等其他站來 join。 若無線站點(diǎn) STA 設(shè)成 Infrastructure 模式： 1、主動掃描方式（特點(diǎn)：能迅速找到） STA 依次在11個(gè)信道發(fā)出 Probe Request 幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP，若找不到有相同 SSID 的 AP，則一直掃描下去 2、被動掃描方式（特點(diǎn)：找到時(shí)間較長，但STA節(jié)電） STA被動等待AP 每隔

39、一段時(shí)間定時(shí)送出的 Beacon 信標(biāo)幀，該幀提供了AP及所在BSS相關(guān)信息： “我在這里”無線接入過程無線接入過程 無線接入第二階段 : 認(rèn)證（Authentication）階段 當(dāng) STA 找到與其有相同 SSID 的 AP，在 SSID 匹配的 AP 中，根據(jù)收到的 AP 信號強(qiáng)度，選擇一個(gè)信號最強(qiáng)的 AP，然后進(jìn)入認(rèn)證階段。只有身份認(rèn)證通過的站點(diǎn)才能進(jìn)行無線接入訪問。802.11提供幾種認(rèn)證方法，有簡單有復(fù)雜，如采用802.1x/EAP認(rèn)證方法時(shí)大致為：q STA向AP發(fā)送認(rèn)證請求qAP向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送請求信息要求驗(yàn)證STA的身份q認(rèn)證服務(wù)器認(rèn)證完畢后向AP返回相應(yīng)信息q如果STA身份

40、不符，AP向STA返回錯(cuò)誤信息 如果STA身份相符，AP向STA返回認(rèn)證響應(yīng)信息 無線接入過程無線接入過程 無線接入第三階段 : 關(guān)聯(lián)（Association）階段 當(dāng) AP 向 STA 返回認(rèn)證響應(yīng)信息、身份認(rèn)證獲得通過后， 進(jìn)入關(guān)聯(lián)階段。qSTA 向 AP 發(fā)送關(guān)聯(lián)請求qAP 向 STA 返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)q 至此，接入過程才完成， STA 初始化完畢，可以開始向1. AP 傳送數(shù)據(jù)幀。無線接入過程示意圖無線接入過程示意圖Authentication ServerAPSTAProbe RequestProbe Response Probe RequestProbe ResponseSSID比較A

41、uthentication RequestAuthentication ResponseAssociation RequestAssociation Response掃描掃描認(rèn)證認(rèn)證關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)Y第二部分 WiMAX技術(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)分類 主要考慮以下因素：覆蓋范圍, 發(fā)射功率，傳輸速率WIIWiMAX服務(wù)范圍Source: WiMAX Forum/Siemens 中繼服務(wù) 固定通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 固定無線接入 熱點(diǎn)地區(qū)固定無線接入 漫游服務(wù) 便攜移動設(shè)備接入 切換、漫游等服務(wù)，支持移動設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)（與3G、WLAN部分重疊）1.Wimax介紹 WiMAX（World wide Interoperabili

42、ty for Microwave Access，全球微波接入互操作性） 專為支持電信運(yùn)營商級部署和低成本、免許可證部署而設(shè)計(jì)的、獲WiMAX論壇認(rèn)證的系統(tǒng)，不僅將提供大吞吐量（在20MHz新信道上最高可達(dá)75Mbps），而且還能夠在近視距和非視距環(huán)境中實(shí)現(xiàn)35英里的信號傳播距離。這些系統(tǒng)擁有足夠的容量，可以同時(shí)支持?jǐn)?shù)百個(gè)使用T-1連接速度的公司和數(shù)千個(gè)使用DSL連接速度的家庭。 2.Wimax標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)802.16 IEEE 802.16工作組于2002年4月8日正式發(fā)布了IEEE 802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)，為寬帶無線接入(BWA)定義了無線城域網(wǎng)(WMAN)的空中接口規(guī)范，它標(biāo)志著寬帶無線接

43、入將作為一個(gè)新的主要途徑，把各商業(yè)機(jī)構(gòu)和家庭接入全球電信核心網(wǎng)。 IEEE 802.16-2001工作在1066 GHz頻段，由于這個(gè)頻段對于像建筑物和樹這樣的障礙物無穿透能力，故要求基站和用戶站是視距(LOS)鏈路，從而限制了基站的覆蓋范圍。同時(shí)由于用戶站天線的安裝要求很高，并且系統(tǒng)受雨衰影響較大 802.16a IEEE 802.16工作組于2003年4月頒布了IEEE 802.16a，該標(biāo)準(zhǔn)支持的工作頻段為211 GHz，包括了需要發(fā)放牌照頻段和免牌照的頻段。與高頻段相比，該頻段能以更低的成本提供更大的用戶覆蓋，系統(tǒng)受雨衰影響不大，系統(tǒng)可以在非視距傳輸環(huán)境下運(yùn)行，大大降低了用戶站安裝的要

44、求。另外，IEEE 802.16a的MAC層提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證機(jī)制，可支持語音和視頻等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，增加了對網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的支持，能適應(yīng)各種物理層環(huán)境。 802.16d IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)僅僅是IEEE 802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)的修改和擴(kuò)展，不是一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，所以2004年7月IEEE 802.16組織又通過了IEEE 802.16d。IEEE 802.16d對266 GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細(xì)規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務(wù)類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相對應(yīng)的多個(gè)物理層。該標(biāo)準(zhǔn)對IEEE 802.16-2001和IEEE 802.16a進(jìn)行了整合和修

45、訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范，是相對比較成熟并且最具實(shí)用性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本。 802.16e IEEE 802.16e是工作在26 GHz頻段支持移動性的寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。制訂它的目的是為了實(shí)現(xiàn)既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案。 IEEE 802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容IEEE 802.16d，因此IEEE 802.16e的標(biāo)準(zhǔn)化工作基本上是在IEEE 802.16d的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在IEEE 802.16d固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)上，為了支持移動特性，IEEE 802.16e提出了具有移動特性的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，并于2004年9月通過了草案，但由于種種

46、原因推遲發(fā)布，到了直到06年1月底才正式發(fā)布。 Wimax與802.16協(xié)議族的關(guān)系WiMAX論壇成立于2001年4月，最初該組織旨在對基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證，通過WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品會擁有“WiMAX(r) CERTIFIED”標(biāo)識。隨著802.16e技術(shù)和規(guī)范的進(jìn)展，該組織的目標(biāo)也逐步擴(kuò)展，不僅要建立一整套基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證體系，同時(shí)還致力于可運(yùn)營的寬帶無線接入系統(tǒng)的研究、需求的分析、應(yīng)用模式的探索、市場的拓展等一系列大力促進(jìn)寬帶無線接入市場發(fā)展的工作。通常認(rèn)

47、為，IEEE 802.16工作組是IEEE802.16 WiMAX空中接口規(guī)范的制定者，而WiMAX論壇是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的推動者。目前WiMAX幾乎成為了IEEE802.16 WiMAX技術(shù)的代名詞，其空中接口規(guī)范涵蓋了IEEE 802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)。 802.16物理層(1) 物理層由傳輸匯聚子層(TCL)和物理媒質(zhì)依賴子層(PMD)組成，通常說的物理層主要是指PMD。物理層定義了兩種雙工方式：TDD和FDD，這兩種方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，這種傳輸機(jī)制支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，傳輸參數(shù)(調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)射功率等)可以動態(tài)調(diào)整，但是需要MAC層協(xié)助完成。 802.16MAC層(1)M

48、AC層結(jié)構(gòu)： 特定業(yè)務(wù)匯聚子層(Convergence Sublayer CS)、 MAC公共部分子層(Common Part Sublayer CPS) 加密協(xié)議子層(Security SublayerSS)其中加密協(xié)議子層是可選的。802.16MAC層(2) 802.16是面向連接的，即所有用戶站點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及與之相關(guān)的QoS要求，都是在面向連接的范疇中來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)連接均由一個(gè)16位的連接標(biāo)識符Connect ID (CID)來唯一標(biāo)識。802.16MAC層(3)MAC幀結(jié)構(gòu)： 一個(gè)MAC幀總是占用一段連續(xù)的物理層定義的時(shí)隙，MAC幀由子幀（Sub-frame）組成，前兩個(gè)子幀是Down

49、stream map和 Upstream map，用于說明在時(shí)隙中的內(nèi)容和哪些時(shí)隙是空的。 Downstream map 中包括各種系統(tǒng)參數(shù)，并通告新站點(diǎn)此時(shí)可以請求進(jìn)入。 下行信道較為簡單，基站只要決定內(nèi)容放在哪個(gè)子幀中。 上行信道則由互不相關(guān)而又需要接入的用戶互相競爭，基站將盡可能根據(jù)QoS的要求分配。 802.16MAC層(4) MAC定義了4種上行基本業(yè)務(wù)， 通過這4種與QoS相關(guān)的上行預(yù)訂業(yè)務(wù)，基站可以預(yù)期上行數(shù)據(jù)的吞吐量及處理時(shí)間，并在適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行查詢并進(jìn)行分配帶寬。主動授予服務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)特定業(yè)務(wù)匯聚子層

50、(CS)該子層代替了LLC子層， CS子層主要功能是負(fù)責(zé)將其業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和映射到MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)，并傳遞到MAC層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)。具體包括對外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)SDU執(zhí)行分類，并映射到適當(dāng)?shù)腗AC業(yè)務(wù)流和連接標(biāo)識符(CID)上，甚至可能包括凈荷頭抑制(PHS)等功能。協(xié)議提供多個(gè)CS規(guī)范作為與外部各種協(xié)議的接口。它的功能可以理解為提供與網(wǎng)絡(luò)層的接口。由于802.16設(shè)計(jì)為可以與數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（如IP、PPP、以太網(wǎng)）和ATM協(xié)議進(jìn)行無縫銜接，但數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是無連接的，而ATM是面向連接的，這意味著每一條ATM連接要映射到一條802.16連接上，而IP分組也必須

51、映射到一條802.16連接上，該層主要處理這些內(nèi)容。 公共部分子層(CPS) MAC CPS是MAC的核心部分，主要功能包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立和連接維護(hù)等。它通過MAC SAP接收來自各種CS層的數(shù)據(jù)并分類到特定的MAC連接，同時(shí)對物理層上傳輸和調(diào)度的數(shù)據(jù)實(shí)施服務(wù)質(zhì)量(QoS)控制。通常說的MAC層主要指MAC CPS。 加密協(xié)議子層（SS） 加密協(xié)議子層的主要功能是提供認(rèn)證、密鑰交換和加解密處理。 加密封裝協(xié)議(Privacy Key management) 負(fù)責(zé)加密算法在MAC PDU數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用規(guī)則并實(shí)現(xiàn)， 對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。加密只針對MAC PDU中的載荷部分，而不包括

52、MAC頭部。MAC中的所有管理信息都不被加密。通常的算法是： DES（Data Encryption Standard） Triple DES AES (Advanced Encryption Standard)802.16協(xié)議族重要協(xié)議的具體介紹 目前，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初衷是統(tǒng)一固定無線接入的空中接口。該標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于211GHz非視距(NLOS)傳輸和1066GHz視距(LOS)傳輸。而IEEE 802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動特性，在IEEE802.16d的基礎(chǔ)上加

53、入了切換、QoS、安全等新的特性。 802.16d 802.16d對2-66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細(xì)規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務(wù)類型的固定寬帶無線接入系統(tǒng)的MAC層和相對應(yīng)的多個(gè)物理層。該標(biāo)準(zhǔn)對前幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了802.16、16a等標(biāo)準(zhǔn)中的所有模式和主要特性同時(shí)未增加新的模式，增加或修改的內(nèi)容用來提高系統(tǒng)性能和簡化部署。 IEEE 802.16d是固定寬帶無線接入的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了三種物理層實(shí)現(xiàn)方式：單載波、OFDM(256-Point)、OFDMA(2048-Point)。802.16d/e 技術(shù)特征(1) 在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA(時(shí)分多址)，下行采用TDM(時(shí)分復(fù)用)支持多用戶傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個(gè)子載波的情況為例，系統(tǒng)將所有可用的子載波分為32個(gè)子信道，每個(gè)子信道包含若干子載波。多用戶多址采用和跳頻類似的方式實(shí)現(xiàn)，只是跳頻的頻域單位為一個(gè)子信道，時(shí)域單位為2或3個(gè)符號周期。 802.16d/e 技術(shù)