CH4a 无线局域网

8无线局域网8.1无线局域网的组成有固定基础设施的无线局域网/关联，鉴别，DHCPWLAN-BSS基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，距离在100米以内；所有的站在本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；一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。AP基本服务集中的基站叫做接入点AP(AccessPoint)其作用和网桥相似。扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)由多个BSS构成ESSWLAN-ESSDS一个基本服务集可以是孤立的；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。DS可以是以太网、点对点链路或无线网络。门桥:ESS还可通过叫做门桥(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；门桥的作用就相当于一个网桥。WLAN与LAN关联(Association)移动站一定要选择一个基站，并与之建立一个关联，才可加入BSS。建立关联就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。关联的建立被动扫描：基站周期性地发出信标帧(beaconframe)（每秒10次），信标帧中包含有若干系统参数（如SSID和支持的速率）。主动扫描：移动站主动发出探测请求帧(proberequestframe)，等待从AP发回的探测响应帧(proberesponseframe)。重建关联(Reassociation)可使移动站从一个BSS漫游到另一个BSS，分离(Dissociation)可终止这种关联。热点(hotspot)热点向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等。热区由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区(hotzone)。无线因特网服务提供者(WISP)WirelessInternetServiceProvider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。自组无线局域网(ad-hocnetwork)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点自组网络没有上述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。特点：每个站点都具有路由器的功能。移动自组网络的应用前景*军事领域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。这种组网方式也能够应用到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往往很有效的。难点路由选择协议(结构变化较快)/多播协议MANET(MobileAd-hocNETworks)underIETF无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)WSN由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。无线传感器网络的应用各种数据的采集、处理和传输。环境监测与保护、对病房的监测和对患者的护理。特点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。难点由于无线传感结点的存储容量受限，因此对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。传感器结点的形状(a)和组成(b)存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)(b)4.8.2802.11标准中的物理层标准的制定1997年IEEE制订出无线局域网的协议标准的第一部分，802.11。在1999年又制订了剩下的两部分，802.11a和802.11b。802.11的物理层：跳频扩频FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)2.4GHzISMband(2.4~2.4835GHz)以2.44GHz为中心，间隔为1MHz的78个跳频信道，这些跳频信道被分成3组，每组有26个。发送器和接收器按随机模式选择频率。1Mb/s:二元GFSK(通过高斯滤波器来平滑频率偏移)2Mb/s:四元GFSKFHSSFHSS不是抑制干扰，而是容忍干扰。每个传输数据包都会被校对，如果它被破坏了，这个数据包将不能再用。随后使用下一个传输频率的通讯会提供正确的数据包。直接序列扩频DSSSDirectSequenceSpreadSpectrum2.4GHzISMband发送端1位被扩展成N个更小脉冲，叫做码片(chip)，解扩器把收到的信号和与发射端相同的扩频信号(码片序列)做相关处理。使用11位的chipping－Barker序列－来将数据编码并发送，每一个11位的chipping代表一个一位的数字信号1或者0。2.4GHz频段分成11个相互覆盖的信道，每2个信道之间的中心频率间隔是5MHz。1Mb/s:DBPSK(差分二元相移键控)2Mb/s:DQPSK(四相差分相移键控)红外线IRPPM采用断续的周期性光脉冲作为载波，载波受到调制信号的控制，脉冲时间位置随之发生变化而传递信息。在数字PPM通信中，通信时间被分成宽度为T的周期时间段，每时段称为PPM帧。每帧时间T分成M个时隙，每个时隙宽度T′=T／M秒，其中前Q个时隙称为传信时段TQ（＝QT′），后D个时隙不传信息称为静默时段（deadtime）TD（＝DT′）。在发端激光源每隔时间T在其传信时段TQ中的一个时隙打开（其余时隙关闭），发送一个脉冲信号，脉冲宽度为τ。TQ中的Q个时隙位置对应Q个符号，每个符号传递log2Qbit的二进制信息。850~950nm,室内传输4PPM(位置脉冲调制):1Mbps16PPM:2Mbps小辐射功率对延长电源工作寿命特别重要。802.11标准中的物理层（续）802.11b的物理层使用工作在2.4GHz的直接序列扩频技术，数据率为5.5或11Mb/sCCK调制方式（ComplementaryCodeKeying）类似于802.11中的DSSS，核心编码是一个64个8位编码组成的集合；动态速率调节技术为了支持在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，802.11b采用了动态速率调节技术，来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补充环境的不利影响。数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS串)BPSK1MSps12Mbps11(BS串)QPSK1MSps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps411Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps8数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS串)BPSK1MSps12Mbps11(BS串)QPSK1MSps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps411Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps8数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS串)BPSK1MSps12Mbps11(BS串)QPSK1MSps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps411Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps8数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS串)BPSK1MSps12Mbps11(BS串)QPSK1MSps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps411Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps8数据传送率编码长度调制方式波串速率位数/波串1Mbps11(BS串)BPSK1MSps12Mbps11(BS串)QPSK1MSps25.5Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps411Mbps8(CCK)QPSK1.375MSps8802.11a802.11a的物理层工作在5GHz频带，采用正交频分复用OFDM，它也叫做多载波调制技术（载波数可多达52个）。可以使用的数据率为6,9,12,18,24,36,48和56Mb/s。特点802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。另外，11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。802.11g802.11g的物理层对802.11b的扩充(2002)，向后兼容。2.4GHz的OFDM方法，数据率达54Mb/s。特点IEEE802.11g标准能够与802.11b的WI-FI系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。802.11n高速率WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps；双频802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段），提供兼容性。调制技术计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障100Mbps的传输速率）。采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。几种常用的802.11无线局域网标准频段数据速率物理层优缺点802.112.4GHz最高为2Mb/sFHSS/IRDSSS802.11b2.4GHz最高为11Mb/sCCK-DSSS最高数据率较低，信号传播距离最远，且不易受阻碍802.11a5GHz最高为54Mb/sOFDM最高数据率较高，信号传播距离较短，且易受阻碍802.11g2.4GHz最高为54Mb/sOFDM最高数据率高，支持更多用户，信号传播距离最远，且不易受阻碍。802.11n2.4GHz5GHz最高为320Mb/sMIMO+OFDM4.8.3802.11标准中的MAC层1.CSMA/CA协议无线局域网却不能简单地搬用CSMA/CD协议。这里主要有两个原因。检测成本高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。因为接收信号的强度远小于发送信号的强度。检测难度高在无线局域网中，并非所有的站点都能看见对方。因为无线电波传播距离受限。A的作用范围无线局域网的特殊问题C的作用范围ABCD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)B的作用范围无线局域网的特殊问题C的作用范围ADCB？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)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。增加碰撞避免(CollisionAvoidance)功能，即CSMA/CA协议设计应尽量减少碰撞发生的概率增加使用确认机制使用确认帧实现停等协议802.11的MAC层*MAC层无争用服务争用服务分布协调功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)点协调功能PCF(选项)(PointCoordinationFunction)物理层2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。MAC子层MAC层通过协调功能来确定在基本服