第二講 無線局域網(wǎng)技術

1、信息傳輸系綜合接入系統(tǒng)教研室 劉向陽無線通信原理 一無線局域網(wǎng)概述二無線局域網(wǎng)的構成三無線局域網(wǎng)的拓撲結構四無線局域網(wǎng)的服務五802.11 MAC協(xié)議六鏈路認證方式七小結一無線局域網(wǎng)概述二無線局域網(wǎng)的構成三無線局域網(wǎng)的拓撲結構四無線局域網(wǎng)的服務五802.11 MAC協(xié)議六鏈路認證方式七小結wireless local area network，簡稱WLAN以無線電波、紅外等無線媒介來代替目前有線局域網(wǎng)中的傳輸媒介而構成的網(wǎng)絡是利用無線通信技術在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡，是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN（LocalAreaNetwo

2、rk）的功能，能夠使用戶真正實現(xiàn)隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡接入。覆蓋范圍 一般為半徑幾十米到幾十千米左右一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述紅外 使用紅外二極管，多處反射，漫射光優(yōu)點 簡單，經(jīng)濟，在許多移動設備上都存在 無需申請 易于屏蔽缺點 易受陽光、熱源的干擾 許多物體都吸收紅外線 帶寬低（115kbit/s 4Mbit/s）舉例 IrDA無線電波 通常使用無需申請的2.4G ISM頻段優(yōu)點 能夠利用WWAN和移動電話方面的經(jīng)驗 能夠覆蓋更大的范圍,例如無線電波可以穿透墻壁和家具缺點 無需申請的頻帶資源有限 難以屏蔽，干擾其它電子設備舉例 Wi-Fi, Bluetooth特點一：寬帶特點一：

3、寬帶滿足音視頻傳輸?shù)葷M足音視頻傳輸?shù)热找嬖鲩L的帶寬需求日益增長的帶寬需求802.11x802.11x標準標準11b11b11a11a11g11g11n11n11ac11ac11ad11ad發(fā)布時間19991999200320082014.012013.01頻段（GHz）2.452.42.4或 5560速率（bps）11M54M54M600M1.73G7G2.WLAN的特點特點二：方便特點二：方便易于部署和使用，易于部署和使用，用戶已經(jīng)普遍接受用戶已經(jīng)普遍接受特點三：成熟特點三：成熟價格低廉、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，價格低廉、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，產(chǎn)品種類多樣產(chǎn)品種類多樣特點四：短距離特點四：短距離覆蓋范圍覆蓋范圍1

4、00米左右，米左右，可用于軍事區(qū)末端接入可用于軍事區(qū)末端接入典型的WLAN產(chǎn)品其它設備AP的輸出功率為100mw網(wǎng)卡輸出功率，通常只有10mw至50mw。手機的發(fā)射功率在通話時可以超過1W。無線對講機可到5 W。特點五：特點五： WLANWLAN對人體的電磁輻射是安全的對人體的電磁輻射是安全的缺點 通常情況下，帶寬比有線網(wǎng)絡要低得多 只有110Mbps 誤碼率通常為10-4 有線網(wǎng)絡可以達到10-12一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述全球無縫使用功耗低，能夠用電池供電使用LAN無需個別許可或者牌照易于每個人使用，管理簡單保護在有線網(wǎng)絡上的投資安全性：沒有人能夠讀我的數(shù)據(jù)保密：沒有人能夠搜集到用

5、戶的個人信息低輻射具有對應用和高層協(xié)議透明特性，在需要時也可以具有位置識別功能一 無線局域網(wǎng)概述主要是針對 物理層 媒質訪問控制層(MAC)涉及到的技術規(guī)范與技術標準： 無線頻率范圍 空中接口通信協(xié)議一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述三大標準 IEEE802.11x標準 IEEE 802.11委員會制定 HIPERLAN 歐洲電信標準化協(xié)會 HomeRF 美國家用射頻委員會制定一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述一 無線局域網(wǎng)概述IEEE 802.11標準 IEEE Std 802.11a-1999 (Amendment 1) IEEE Std 802.11b-1999 (Amendment 2

6、) IEEE Std 802.11b-1999/Corrigendum 1-2001 IEEE Std 802.11d-2001 (Amendment 3) IEEE Std 802.11g-2003 (Amendment 4) IEEE Std 802.11h-2003 (Amendment 5) IEEE Std 802.11i-2004 (Amendment 6) IEEE Std 802.11j-2004 (Amendment 7) IEEE Std 802.11e-2005 (Amendment 8) IEEE Std 802.11k-2008IEEE Std 802.11k-200

7、8 IEEE Std 802.11r-2008IEEE Std 802.11r-2008 IEEE Std 802.11nIEEE Std 802.11nTM TM -2009-2009 IEEE IEEE StdStd 802.11 ad 2013 802.11 ad 2013 IEEE IEEE StdStd 802.11 ac 2014 802.11 ac 2014一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11 1997年6月推出，工作于2.4GHz的ISM頻段 物理層支持1M和2Mbps兩個速率 可采用三種傳輸技術 跳頻擴頻（Frequency-Hopping Spread Spect

8、rum, FHSS） 數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s 直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS） 數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。 紅外線 工作在波長介于850nm950nm的紅外波段上 目的 解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端的無線接入問題一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11b 是IEEE 802.11 DSSS模式的一個擴充 1999 年被批準，又稱為Wi-Fi（ Wireless Fidelity ）， 最普及 應用最廣泛 物理層 采用HR/DSSS（High rate DSSS）技術 工作于2.4GHz頻段 物理層支持兩個速率

9、 5.5Mbps 11Mbps 使用補碼鍵控(complementary code keying，CCK)一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11b 速率 速率可以在1Mbps、2Mbps 、5.5Mbps 和11Mbps之間切換 兼容性 在1Mbps、2Mbps 時與802.11兼容 安全性 采用有線等效保密協(xié)議（Wired Equivalent Privacy, WEP） 目前已被破解一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11a 是802.11標準的改進 物理層速率最高可達54Mbps 采用數(shù)據(jù)加密可達位的 WEP 802.11a的無線產(chǎn)品的功耗比802.11b的低 更有利于筆記

10、本和等產(chǎn)品使用 頻段無法在全球各個國家獲得批準和認可，與人造衛(wèi)星和地面站的通信頻段相同一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11a 信道結構IEEE 802.11a使用通用網(wǎng)絡信息基礎結構UNII的頻帶UNII-1頻段(5.155.25GHz)用于室內(nèi)；UNII-2頻段(5.255.35GHz)用于室內(nèi)或者室外；UNII-3頻段(5.7255.825GHz)用于室外。 編碼和調制使用正交頻分多路復用OFDM。OFDM也稱為多載波調制，在不同頻率上使用多個載波信號，在每個信道上發(fā)送若干位，類似于FDM。在OFDM中，所有的子信道被指定給單個的數(shù)據(jù)源。一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.

11、11g 是802.11b標準的一種高速物理層擴展，與802.11b標準完全兼容 802.11b的設備在連接到一個802.11g的AP上時仍能工作 802.11g的設備連接到一個802.11b的AP上時也仍能工作 這兩種情況下都使用較低的802.11b的數(shù)據(jù)率。 采用和技術 工作于2.4GHz頻段，物理層速率最高可達54Mbps 缺點 信號覆蓋范圍遠小于802.11b一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述IEEE802.11i 結合IEEE 802.1x中的用戶端口身份驗證和設備驗證，對WLAN MAC層進行修改與整合,定義了嚴格的加密格式和鑒權機制，以改善WLAN的安全性。 主要包括兩項內(nèi)容： W

12、i-Fi保護訪問(Wi-FiProtected Access：WPA)技術 強健安全網(wǎng)絡(RSN) Wi-Fi聯(lián)盟采用802.11i標準作為WPA的第二個版本，并于2004年初開始實行。 一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述IEEE802.11eIEEE802.11e 對MAC層協(xié)議進行改進，以支持多媒體傳輸，以支持所有WLAN無線廣播接口的服務質量（QOS）保證機制IEEE802.11fIEEE802.11f 定義訪問節(jié)點之間的通信規(guī)范，支持IEEE802.11的接入點互操作協(xié)議（IAPP） 為一個設備從一個AP漫游到另一個AP的同時保持傳輸?shù)倪B續(xù)性提供了便利 一個AP可以起到連接兩個802.

13、11局域網(wǎng)的橋接功能 致力于解決來自多個廠商的接入點之間的互操作能力問題一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述IEEE802.11hIEEE802.11h 用于802.11a的頻譜管理技術規(guī)范 處理頻譜和功率管理問題 目的是讓802.11a產(chǎn)品與歐盟制定的管理規(guī)范兼容 利用動態(tài)信道選擇機制動態(tài)信道選擇機制確保頻帶中受限制的部分不被選中 在歐盟，5GHz頻帶的一部分用于軍事用衛(wèi)星通信 利用發(fā)送功率控制特性發(fā)送功率控制特性調整功率滿足歐盟的規(guī)范要求一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11k 定義了無線資源測量（radio resource measurement）,增強了其功能， 為高層提供了無

14、線資源測量機制 定義了便于無線和移動局域網(wǎng)管理和維護所需的信息一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11n一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述2002年9月IEEE高吞吐量研究組成立，專門探討提升WLAN速度的可行性。2003年9月IEEE成立802.11n任務組，負責創(chuàng)設100+MbpsWLAN標準。2004年10月貝爾金（Belkin）公司發(fā)布“前11n”接入點，采用了Airgo網(wǎng)絡（后被高通收購）研制的首個商用MIMO芯片組。2005年7月11n草案1獲通過，引發(fā)激烈爭議，如今已被人遺忘的各種競爭性技術開始拉選票。2006年7月戴爾為其最新推出的筆記本電腦發(fā)布了草案-11nWi-Fi網(wǎng)

15、卡，采用的是Broadcom芯片。802.11n一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述2006年8月Wi-Fi聯(lián)盟調整了其正式標準不出不測試WLAN設備的立場，開始進行測試。2007年3月草案2獲通過。2007年5月在Interop展會上，Colubris、Trapeze和Ruckus無線等公司發(fā)布了企業(yè)級11n網(wǎng)絡設備，最終獲得Wi-Fi聯(lián)盟的認證。2007年6月Wi-Fi聯(lián)盟發(fā)布了11n互操作性測試及認證程序。2007年9月Burton集團分析師PaulDebeasi在一份頗有爭議的報告中提出了802.11n是否意味著“接入以太網(wǎng)終結”的觀點。思科也發(fā)布了它的首款11n接入點。802.11n一

16、一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述2007年11月首個大規(guī)模11n網(wǎng)絡在莫里斯威爾州立大學部署2008年1月萬勝發(fā)布3x3MIMO11n芯片組，可提供450Mbps速率。2008年9月IEEE成立了兩個千兆無線任務組，一個研究6GHz頻段，另一個研究60GHz頻段。2009年9月11日IEEE標準委員會終于批準通過802.11n成為正式標準。802.11n 增強項目 多天線，智能天線 改變信號編碼模式 增強抗干擾能力 在一個地區(qū)更為一致的覆蓋 采用MIMO+OFDM 性能指標 提供最高600Mbps的連接速度 支持最多四條高清視頻流、音頻流和數(shù)據(jù)流的同時播放和傳輸一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概

17、述802.11ac一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述20142014年年1 1月月被批準，被批準，在在802.11a802.11a標標準之上建立準之上建立起來起來 使用802.11a的5GHz頻段。每個通道的工作頻寬提升到80MHz甚至是160MHz，最終理論傳輸速度將達到1Gbps。向后兼容802.11全系列現(xiàn)有和即將發(fā)布的所有標準和規(guī)范，包括即將發(fā)布的802.11s無線網(wǎng)狀架構以及802.11u等。安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標準的所有內(nèi)容。2013年6月20日，WiFi聯(lián)盟宣布正式發(fā)布IEEE802.11ac無線標準認證802.11ac 特點 更寬的射頻帶寬 (up to

18、160MHz) 更多的mimo空間流(up to eight) 下行鏈路多用戶MIMO(up to four clients） 高密度調制(up to256-QAM)一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述802.11ad 2013年1月15日，IEEE正式批準 超快速，短距離的新一代無線傳輸標準 室內(nèi)覆蓋，小于5米，信號不能穿墻 用于實現(xiàn)家庭內(nèi)部無線高清音視頻信號的傳輸。 為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。 工作在60GHz頻段。 支持近7Gbps的吞吐量。一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述ETSI 是 European Telecommunications Standards Ins

19、titute的縮寫。HiperLAN（High Performance Radio Local Area Network）是成功的歐洲產(chǎn)業(yè)標準，以無線ATM為基礎的面向連接業(yè)務的標準。主要標準 HiperLAN1 提供高速、低復雜度的WLAN連接 高斯最小頻移鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK） 早期標準，沒有任何實際產(chǎn)品 HiperLAN2 提供了與IEEE 802.11a幾乎完全相同的物理層和無線ATM的MAC層 支持QoS控制一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述HiperLAN標準Hiperlan 1Hiperlan2HiperAc

20、cessHiperLink描述Wireless EthernetWireless ATMWireless Local LoopWireless Point-to-Point頻率5GHz5GHz5GHz17GHz物理層速率23.5Mbps654Mbps25Mbps155Mbps一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述HomeRF工作組 是由美國家用射頻委員會于1997年成立的 主要工作任務 為家庭用戶建立具有互操作性的話音和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)2001年8月推出HomeRF2.0版 集成了語音和數(shù)據(jù)傳送技術 工作頻段在10GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbps 在WLAN的安全性方面主要考慮訪問控制和加密技術。

21、一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述HomeRF是針對現(xiàn)有無線通信標準的綜合和改進 當進行數(shù)據(jù)通信時，采用IEEE802.11規(guī)范中的相關傳輸協(xié)議； 進行語音通信時，則采用數(shù)字增強型無繩通信標準。一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述信部無2002353號文件中規(guī)定了2.4002.4835GHz頻段的無線發(fā)射設備的主要技術指標2003年12月1日起，WLAN兩個強制性國家標準開始實施 無線局域網(wǎng)媒體訪問(MAC)和物理（PHY）層規(guī)范 無線局域網(wǎng)媒體訪問(MAC)和物理（PHY）層規(guī)范：2.4GHz頻段較高速率物理層擴展規(guī)范 一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述工業(yè)和信息化部正在制定WLAN的行業(yè)配套

22、標準 公眾無線局域網(wǎng)總體技術要求 公眾無線局域網(wǎng)設備測試規(guī)范 該標準涉及的技術體制包括 IEEE802.11X系列 HiperLAN2一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述成立于1999年，當時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) 致力解決符合802.11標準的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設備兼容性問題2002年10月，正式改名為Wi-Fi AllianceWi-Fi 原先是無線保真的縮寫，Wi-Fi 的英文全稱為“wireless fidelity”， 在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認證” 實質上是一種商業(yè)認證一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)

23、概述Wi-Fi聯(lián)盟的作用 在無線局域網(wǎng)標準的采納和市場化推進中，Wi-Fi聯(lián)盟(論壇)起到了主導作用。 建立了用于驗證802.11b產(chǎn)品互操作能力的一套測試程序。 2004年起，驗證的802.11b產(chǎn)品使用名稱是Wi-Fi。 Wi-Fi認證已擴展到802.11g Wi-Fi針對802.11a產(chǎn)品開發(fā)了一個認證過程，稱為Wi-Fi5 一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述室內(nèi)應用 家庭或小型辦公室 大型辦公室、企事業(yè)單位 車間、商場和倉庫等室外應用 園區(qū)網(wǎng) 校園網(wǎng) 醫(yī)院網(wǎng) 社區(qū)網(wǎng)臨時組網(wǎng)和難以布線的地方 災難恢復 短時間的商務系統(tǒng)和大型會議軍事、公安等專用網(wǎng)一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述作為有線

24、的擴充一一 無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)概述一無線局域網(wǎng)概述二二無線局域網(wǎng)的構成無線局域網(wǎng)的構成三無線局域網(wǎng)的拓撲結構四無線局域網(wǎng)的服務五802.11 MAC協(xié)議六鏈路認證方式七小結站（Station，STA） 也稱主機（host）或終端（terminal），是連接在局域網(wǎng)中的設備，而網(wǎng)絡就是進行站間數(shù)據(jù)傳輸?shù)?固定站 半移動站 移動站 也稱為移動主機（mobile host，MH）或移動終端（mobile terminal，MT） 移動速率：210米/秒二、二、 WLAN的構成的構成站（Station，STA） 包括三部分 終端用戶設備 無線網(wǎng)絡接口 網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡操作系統(tǒng)網(wǎng)絡通信協(xié)議二、二、 W

25、LAN的構成的構成服務區(qū)域（Service Area，SA） 無線局域網(wǎng)所能覆蓋的范圍基本服務區(qū)（Basic Service Area，BSA） 移動站的無線收發(fā)信機及地理環(huán)境所確定的通信覆蓋區(qū)域基本業(yè)務組（Basic Service Set，BSS） 在BSA內(nèi)，彼此之間相互聯(lián)系、相互通信的一組主機二、二、 WLAN的構成的構成無線接入點，access point，簡稱AP 處于BSA的中心，固定不動 主要功能 完成其它非AP的站對分配系統(tǒng)的接入訪問 統(tǒng)一BSS中不同站間的通信聯(lián)絡 作為無線網(wǎng)絡與分配系統(tǒng)的橋接點 作為BSS的控制中心完成對其他非AP的站的控制和管理 無線接入點也可以作為普通

26、站使用，稱為AP Client二、二、 WLAN的構成的構成無線接入點（access point，AP）AP所覆蓋的區(qū)域稱為小區(qū)（Cell）每個接入點的覆蓋半徑約為100mAP二、二、 WLAN的構成的構成分配系統(tǒng), Distribution System，簡稱DS 用來連接不同，形成一個擴展業(yè)務區(qū)（Extended Service Area, ESA），ESA中的所有主機組成一個擴展業(yè)務組（Extended Service Set, ESS） 分配系統(tǒng)媒體（distribution system medium，DSM） DS中連接不同BSA的通信信道 無線分配系統(tǒng)（Wireless dist

27、ribution system, WDS）可以通過AP間的無線信道實現(xiàn)不同BSS的連接。 DS 通過入口（portal）與骨干網(wǎng)相連二、二、 WLAN的構成的構成DS 通過入口（portal）與骨干網(wǎng)相連二、二、 WLAN的構成的構成一無線局域網(wǎng)概述二無線局域網(wǎng)的構成三三無線局域網(wǎng)的拓撲結構無線局域網(wǎng)的拓撲結構四無線局域網(wǎng)的服務五802.11 MAC協(xié)議六鏈路認證方式七小結從物理拓撲分 單區(qū)網(wǎng)（single cell network, SCN） 單個BSS構成 多區(qū)網(wǎng)（multiple cell network，MCN） 多個BSS通過DS互聯(lián)構成從邏輯上分 對等網(wǎng) 基礎結構式從控制方式 有中

28、心集中控制式 無中心分布式三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構特點 獨立的（IBSS） 任意站之間可以任意通信而無需轉發(fā) 各站點競爭公用信道適合小規(guī)模網(wǎng)絡 結構簡單，組網(wǎng)迅速，使用方便，抗毀性強 是一種典型的、以自發(fā)方式構成的單區(qū)網(wǎng)該工作模式被稱作自組織網(wǎng)絡(Ad Hoc Network)三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構例子 由一組有無線接口卡的計算以相同的計算機名、ESSID和密碼等對等的方式相互直接連接IBSS工作模式三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構至少需要一個AP AP是BSS的中心控制站，網(wǎng)中的站在該中心站的控制下與其他站進行通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍或通信距離由AP確定優(yōu)點：

29、物理層和路由的實現(xiàn)均比較簡單 可控性好，AP可以方便地對BSS內(nèi)的所有站點進行管理 為接入骨干網(wǎng)或DS提供了一個邏輯接入點，可伸縮性（Scalability）大不足： 抗毀性差，如果一個AP遭到破壞，則整個BSS就會癱瘓 AP的復雜度高，實現(xiàn)成本也高三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構例子 具有無線接口卡的無線終端以無線接入點AP為中心，通過無線網(wǎng)橋AB、無線接入網(wǎng)關AG、無線接入控制器AC和無線接入服務器AS等將無線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)網(wǎng)絡連接起來三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構基礎結構BSS工作模式示例三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構ESS是多個BSA通過DS聯(lián)結形成的一個擴展區(qū)域

30、，范圍可達數(shù)公里還可以確定一個的位置每個BSS都被分配一個標識號BSSID每個ESS也被分配一個標識號ESSID三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構越區(qū)切換（handover或handoff） 一個站從一個BSA移動到另一個BSA，也叫散步（walking） 鏈路層的移動漫游（Roaming） 一個站從一個ESA移動到另一個ESA 網(wǎng)絡層或層的移動三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構示例三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構中繼（relay）或橋接（bridging）型網(wǎng)絡拓撲 兩個或多個網(wǎng)絡或網(wǎng)段通過無線中繼器、無線網(wǎng)橋或無線路由器等無線網(wǎng)絡設備連接起來 單跳（Single Hop）網(wǎng)絡

31、 中間只通過一級無線互聯(lián)設備 多跳（multiple hop）網(wǎng)絡 中間需要通過多級無線設備互聯(lián)三、三、 WLAN的拓撲結構的拓撲結構完整的802.11體系一無線局域網(wǎng)概述二無線局域網(wǎng)的構成三無線局域網(wǎng)的拓撲結構四四無線局域網(wǎng)的服務無線局域網(wǎng)的服務五802.11 MAC協(xié)議六鏈路認證方式七小結802.11定義了許多服務 6種服務 支持STA之間的MSDU傳遞 3種服務 控制WLAN的接入和提供保密性 2種服務 提供頻譜管理 1種服務 提供QoS保障 1種服務 提供高層時間同步1.STA服務（SS） 由STA提供的服務被稱為STA服務，它存在于每個STA和AP中。SS包括： 認證（authent

32、ication） 解除認證（deauthentication） 數(shù)據(jù)保密（Data confidentiality） MSDU傳遞 DFS(dynamic frequency selection) TPC（transmit power control） Higher Layer time synchronization（QoS facility only） QoS traffic scheduling (QoS facility only)2.分配系統(tǒng)服務（DSS） 由DS提供的服務被稱為分配系統(tǒng)服務。在WLAN中，DSS通常由AP提供。包括： 聯(lián)結（association） 重新聯(lián)結（rea

33、ssociation） 解除聯(lián)結（disassociation） 分配（distribution）STA使用的主要服務 集成（integration） QoS流量調度3.服務之間的關系 對于通過無線媒介進行直接通信的STA均有認證狀態(tài)(值為未被認證和已認證)和聯(lián)結狀態(tài)(值為未聯(lián)結和已聯(lián)結)兩個狀態(tài)變量。這兩個變量為每個遠端STA建立了三種本地狀態(tài)： 狀態(tài)1：初始啟動狀態(tài)，未認證，未聯(lián)結； 狀態(tài)2：已認證，未聯(lián)結； 狀態(tài)3：已認證，已聯(lián)結。3.服務之間的關系 一無線局域網(wǎng)概述二無線局域網(wǎng)的構成三無線局域網(wǎng)的拓撲結構四無線局域網(wǎng)的服務五五802.11 MAC802.11 MAC協(xié)議協(xié)議六鏈路認證方

34、式七小結主要功能 信道分配 協(xié)議數(shù)據(jù)單元尋址 組幀 糾檢錯 分組分片和重組保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)年P鍵措施使用幀交換協(xié)議RTS/CTS交互 RTS，Request-To-Send，請求發(fā)送 CTS，Clear To Send,清除發(fā)送接入控制分布式協(xié)調功能（Distributed Coordination Function，DCF） 采用競爭接入信道中心點協(xié)調功能（Point Coordination Function，PCF ） 基于優(yōu)先級的無競爭訪問 通過訪問接入點協(xié)調數(shù)據(jù)收發(fā) 通過輪詢方式查詢當前哪些節(jié)點有發(fā)送數(shù)據(jù)請求 在適當時候給與節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送權MAC 體系結構enhanced distri

35、buted channel access EDCA IEEE 802.11的協(xié)議體系結構 邏輯鏈路控制（LLC）分布協(xié)調功能(DCF)點協(xié)調功能(PCF)2.4GHz調頻擴頻1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序擴頻1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s紅外1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序擴頻5.5Mb/s11Mb/sMAC層無競爭的服務競爭服務802.11802.11a802.11bEDCAHCCA有優(yōu)先級的 QoS 服務參數(shù)QoS服務物理層幀間間隔（InterFrame Space, IFS） IFS的長短代表了接入無線信道的優(yōu)先級 共有5

36、種IFS來提供訪問無線媒介的優(yōu)先級 分類 SIFS：Short IFS,最短的IFS PIFS：PCF IFS，點協(xié)調功能IFS，一個中間長度的IFS。在發(fā)布輪詢時，被中央控制器用于PCF模式 DIFS ： DCF IFS，最長的IFS。用于非同步幀的接入競爭。 AIFS： arbitration interframe space (used by the QoS facility) EIFS： extended interframe spaceIFS間關系舉例DCF 是IEEE 802.11 MAC的基本接入方式 每當一個節(jié)點發(fā)送MPDU時，都需要重新競爭信道 利用CSMA/CA（ carr

37、ier sense multiple access with collision avoidance，帶沖突避免的載波偵聽多重訪問）機制和隨機退避等待時間算法實現(xiàn)無線信道的共享 對單向通信都采用立即主動確認機制（ACK幀） 所有的STA都應該實現(xiàn)DCFDCF 媒體狀態(tài)確定方式 物理載波偵聽 通過檢測來自其他節(jié)點的信號強度來判斷信道的忙閑程度 虛擬載波偵聽 節(jié)點通過將MPDU的持續(xù)時間放到、和幀的頭部來實現(xiàn) MPDU指從MAC層傳到物理層的一個完整的數(shù)據(jù)單元，包含頭部、凈荷和32bit的CRC碼DCF的接入控制邏輯信道空閑？依舊空閑？競爭獲勝, 發(fā)送數(shù)據(jù)幀依舊空閑？等待直到信道空閑NNYNYY等

38、待DIFS等待DIFS按指數(shù)率確定退避時間,繼續(xù)等待節(jié)點欲發(fā)送數(shù)據(jù)幀DCF基本接入方式退避過程每個STA維護一個退避時間計數(shù)器如果在一個后退時隙（slot）中信道空閑，則后退時間減小一個aSlotTime;否則，退避過程掛起網(wǎng)絡分配矢量 Network Allocation Vector, NAV 被每個STA維護的時期指示器，在該期間STA將發(fā)送數(shù)據(jù) 表示目前發(fā)送完成需要的時間 在發(fā)送某一幀數(shù)據(jù)之前，先更新處于接收狀態(tài)的STA的NAV，可以實現(xiàn)一種保護機制。隨機退避時間的計算競爭窗口隨指數(shù)增加的例子隨機退避時間的計算 退避時間= Random() aSlotTime Random() ：aC

39、Wmin和aCWmax之間的隨機整數(shù) aCWmax=22+i-1,其中i是節(jié)點連續(xù)嘗試發(fā)送一個MPDU的次數(shù) aSlotTime：時隙的大小 與具體硬件實現(xiàn)有關，包括 發(fā)射啟動時間 介質傳播時間 檢測信道花費的時間利用利用RTS/CTS RTS/CTS 傳遞分片的傳遞分片的MSDUMSDUPCF超級幀的構造PCF(可選)媒體忙DCF長度可變超級幀（名義長度固定）無競爭期競爭期PCF(可選)DCF長度可變超級幀（名義長度固定）無競爭期競爭期PCF延時透明的實際超級幀時期MAC幀 幀控制（frame control，F(xiàn)C），指出幀的類型，并提供控制信息 D/I（duration/ID），作為持續(xù)域

40、使用時，指出信道為一個MAC幀的成功傳輸所分配的時間。作為控制域使用時，包含一個關聯(lián)或連接標識符 順序控制（Sequence control），包括2個子域 用于計算分片和重組的4位分片號 用于計算發(fā)送站點和接受站點之間幀發(fā)送數(shù)量的12位序列號MAC幀的幀控制域 結構 協(xié)議版本：802.11的版本號，當前版本號是 類型：表示幀是控制幀、管理幀還是數(shù)據(jù)幀 子類型：進一步標識幀的功能，共分類 控制幀：6種子類型 數(shù)據(jù)幀：8種子類型 管理幀：11種子類型MAC幀的幀控制域 控制幀的類型 種子類型類型值類型值類型描述類型描述子類型值子類型值子類型描述子類型描述0l控制1010節(jié)能輪詢01控制1011請

41、求發(fā)送01控制1100清除發(fā)送01控制1101確認01控制1110無競爭(contention-free，CF)結束01控制1111CF結束+CF確認MAC幀的幀控制域 管理幀的類型 種子類型類型值類型值類型描述類型描述子類型值子類型值子類型描述子類型描述00管理0000連接請求00管理0001連接響應00管理0010重連請求00管理0011重連響應00管理0100偵測請求00管理0101偵測響應00管理1000信號燈00管理1001宣布通信指示報文00管理1010拆除連接00管理1011認證00管理1100取消認證MAC幀的幀控制域 數(shù)據(jù)幀的類型 8種子類型類型值類型值類型描述類型描述子類型

42、值子類型值子類型描述子類型描述10數(shù)據(jù)0000數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)0001數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+CF+CF確認確認10數(shù)據(jù)0010數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+CF+CF輪詢輪詢10數(shù)據(jù)0011數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+CF+CF確認確認CFCF輪詢輪詢10數(shù)據(jù)0100空功能空功能( (無數(shù)據(jù)無數(shù)據(jù)) )10數(shù)據(jù)0101CFCF確認確認( (無數(shù)據(jù)無數(shù)據(jù)) )10數(shù)據(jù)0110CFCF輪詢輪詢( (無數(shù)據(jù)無數(shù)據(jù)) )10數(shù)據(jù)0111CFCF確認確認+CF+CF輪詢輪詢( (無數(shù)據(jù)無數(shù)據(jù)) )MAC幀的幀控制域 發(fā)到 在發(fā)往的幀中，此位為 來自 在來自的幀中，此位為 如果此分片后還有其它分片,則此位為1 RT 如果是前一個幀的重發(fā),則置為1 PM 如果發(fā)送站處于休眠狀態(tài)則置 指出站點有額外數(shù)據(jù)要發(fā)送 如果選用協(xié)議，則置為 在使用嚴格順序服務發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中置為隱藏終端問題（Hidden Terminal Problem） 產(chǎn)生沖突 浪費資源ABC沖突偵聽到信道空閑，發(fā)送信息偵聽到信道空閑，發(fā)送信息暴露終端問題（Exposed Terminal Problem） 不能充分利用信道 降低信道吞吐量ABCDC與D的通信難以實