计算机网络第10章无线网络

1信管严峻作为传统局域网的扩充建筑物之间的互连漫游访问特殊网络第10章无线网络2信管严峻无线局域网(WLAN)的组成有固定基础设施的无线局域网（指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站）IEEE802.11无线以太网标准，使用星型拓扑，在MAC层使用CSMA/CA协议。凡使用802.11的无线局域网又称为WIFI(无线保真度)。3信管严峻标准频段数据速率优缺点802.11b2.4GHz最高为11Mb/s最高数据率较低，价格最低，信号传播距离最远，且不易受阻碍802.11a5GHz最高为54Mb/s最高数据率较高，支持更多用户同时上网，价格最高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g2.4GHz最高为54Mb/s最高数据率较高，支持更多用户同时上网，信号传播距离最远，且不易受阻碍，价格比802.11b贵现在最流行的无线局域网是802.11b，而另外两种（802.11a和802.11g）的产品也广泛存在。4信管严峻802.11局域网的MAC层协议无线局域网不能搬用CSMA/CD协议。CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。CSMA/CA协议无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA协议。改进的办法是把CSMA增加一个碰撞避免(CollisionAvoidance)功能。802.11就使用CSMA/CA协议。而在使用CSMA/CA的同时，还增加使用停止等待协议。5信管严峻当A和C检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生碰撞。这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem)A的作用范围C的作用范围ABCD6信管严峻无线局域网的特殊问题B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题(exposedstationproblem)ADCB？B的作用范围C的作用范围7信管严峻CSMA/CA协议的原理欲发送数据的站先检测信道。在802.11标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间DIFS后就可发送。这是考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。如有，就要让高优先级帧先发送。若无优先帧，源站发送自己的数据帧。目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔SIFS后，向源站发送确认帧ACK。若源站在规定时间内没有收到确认帧ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。8信管严峻虚拟载波监听(VirtualCarrierSense)机制源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。这样就大大减少了碰撞的机会。“虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。9信管严峻基本服务集BSS扩展的服务集ESS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS802.x局域网因特网802.11标准规定无线局域网最小构件是：基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都要通过本BSS的基站,即接入点AP(AccessPoint)，其作用和网桥相似。AP必须分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID（ServiveSetIdentifier）和一个信道。一个BBS所覆盖的地理范围叫做一个基本服务区BSA（BasicServiveArea）,一般不超过100米。PortalPortal10信管严峻一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联。即表示这个移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个AP之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧。移动站与AP建立关联的方法被动扫描，即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beaconframe)。信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符SSID以及支持的速率等）。主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(proberequestframe)，然后等待从AP发回的探测响应帧(proberesponseframe)。11信管严峻热点(hotspot)现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务。这样的地点就叫做热点。由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区(hotzone)。热点也就是公众无线入网点。现在也出现了无线因特网服务提供者WISP(WirelessInternetServiceProvider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。12信管严峻扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS802.x局域网因特网一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。PortalPortal13信管严峻扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS802.x局域网因特网ESS还可通过Portal为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。Portal的作用就相当于网桥。PortalPortal14信管严峻扩展的服务集ESS基本服务集BSS基本服务集BSSAB接入点AP接入点AP分配系统DS802.x局域网因特网移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集，而仍然可保持与另一个移动站B进行通信。PortalPortal15信管严峻无固定基础设施的无线局域网：自组网络(adhocnetwork)自组网络没有基本服务集中的接入点AP，而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信.16信管严峻无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。应用:进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。由于无线传感结点的存储容量受限，协议栈的大小有严格的限制。无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。存储器CPU传感器硬件电池无线收发器17信管严峻无线传感器网络主要应用环境监测与保护（如洪水预报、动物栖息的监控）；战争中对敌情的侦查和对兵力、装备、物资等的监控；医疗中对病房的监测和对患者的护理；在危险的工业环境（如矿井、核电站等）中的安全监测；城市交通管理、建筑内的温度/照明/安全控制等。18信管严峻无线个人区域网（wirelesspersonalareanetwork,WPAN）将属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点，网络覆盖范围10M左右。IEEE802.15标准蓝牙系统（bluetooth）,低速WPAN，高速WPAN最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802.15.1。蓝牙的数据率为720kb/s，通信范围在10米左右。蓝牙使用TDM方式和扩频跳频FHSS技术组成不用基站的皮可网(piconet)。19信管严峻皮可网(piconet)Piconet直译就是“微微网”，覆盖面积非常小。每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。这种主从工作方式的个人区域网价格比较便宜。20信管严峻蓝牙系统中的皮可网和扩散网MMSSPSSSSSP皮可网2扩散网皮可网1M——主设备S——从设备P——搁置的设备21信管严峻低速WPAN低速WPAN主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是2~250kb/s。低速WPAN的标准是IEEE802.15.4。最近新修订的标准是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中最重要的就是ZigBee。ZigBee技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10~80m），传输数据速率低，并且成本低廉。22信管严峻ZigBee的组网方式可采用星形和网状拓扑，或两者的组合FFDFFDFFDFFDFFDRFD端设备路由器FFDFFD协调器有一个全功能设备FFD充当网络的协调器。ZigBee网络中数量最多的端设备是精简功能设备RFD结点。23信管严峻高速WPAN高速WPAN用于在便携式多媒体装置之间传送数据，支持11~55Mb/s的数据率，标准是802.15.3。IEEE802.15.3a工作组还提出了更高数据率的物理层标准的超高速WPAN，它使用超宽带UWB技术。UWB技术工作在3.1~10.6GHz微波频段，有非常高的信道带宽。超宽带信号的带宽应超过信号中心频率的25%以上，或信号的绝对带宽超过500MHz。超宽带技术使用了瞬间高速脉冲，可支持100~400Mb/s的数据率，可用于小范围内高速传送图像或DVD质量的多媒体视频文件。24信管严峻无线城域网（wirelessmetropolitanareanetwork,WMAN）2002年,802.16无线城域网的标准。欧洲的ETSI也制订类似的无线城域网标准HiperMAN。可用来代替现有的有线宽带接入。两个正式标准：802.16d（它的正式名字是802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准（2~66GHz频段）。802.16的增强版本，即802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2~6GHz频段），它向下兼容802.16-2004。25信管严峻ISPUNIVERSITYUNIVERSITY802.11WLAN802.11热点802.11WLAN802.16基站802.16因特网802.16基站电信网无线城域网服务范围26信管严峻覆盖范围几种无线网络的比较1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用户数据率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAX27信管严峻无线路由器配置（TP-Link）28信管严峻29信管严峻30信管严峻31信管严峻电力线无线路由32信管严峻33信管严峻本章重点：1.无线局域网类型：有固定基础设施、无固定基础设施2.无线局域网的构成：基本服务集（BBS）——基站（AP）,移动站3.CSMA/CA