无线局域网其它无线网络

1本讲内容第六章无线网络6.4无线局域网（WLAN）6.4.1WLAN概述6.4.2WLAN的应用和优势6.4.3WLAN的基本技术6.4.4WLAN标准：IEEE802.116.4.5WLAN展望6.5其它无线网络技术6.5.1无线ATM6.5.2HiperLAN*6.5.3蓝牙（Bluetooth）6.5.4HOMERF**是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。26.4.1WLAN概述•WLAN（WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网）是利用无线网络技术实现LAN应用的产物，它具备LAN和无线网络两方面的特征。即WLAN是以无线信道（RF射频技术）作为传输媒体实现的计算机局域网。•WLAN采用与有线LAN相同的工作方式，整个LAN系统是由计算机、服务器、网络操作系统、无线网卡、无线接入点（AP）等组成。36.4.1WLAN概述•WLAN为了满足LAN环境的应用，在多方面与移动数据网络有很大的差别。–WLAN及其用户属于拥有此网络的机构–二者的数据传输速率差别很大–WLAN在系统规模、投资、建设周期上比移动数据网络都要小得多。46.4.1WLAN概述•WLAN有两个主要标准：IEEE802.11和HiperLAN。–IEEE802.11由面向数据的计算机通信（有线LAN技术）发展而来，它主张采用无连接的WLAN；–HiperLAN由ETSI提出，由电信行业发展而来，它更关注基于连接的WLAN。–目前大多数WLAN产品是基于IEEE802.11。•除了国际上的标准化组织外，无线工业生产厂商也联合起来成立了WECA（WirelessEthernetCompatibilityAlliance）。–Wi-Fi认证标志56.4.2WLAN的应用和优势•应用模式和应用范围InternetAPAPAPAPAP卫星APAP家庭办公办公LAN互联ISP蜂窝网络军用AP6•WLAN具有的优势–安装便捷、维护方便–使用灵活、移动简单–经济节约、性价比高–易于扩展、大小自如6.4.2WLAN的应用和优势76.4.3WLAN的基本技术•在MAC层以下，IEEE802.11WLAN规定了三种发送及接收技术。–扩频技术采用专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很宽的频带上。主要包括：DSSS和FHSS。–窄带技术数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。–红外技术采用红外线作为传输媒体，具有非常高的频率，有较强的方向性。86.4.4WLAN标准：IEEE802.11•1997年6月IEEE正式通过802.11标准，这是无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。•在1999年9月，IEEE又提出了IEEE802.11b“HighRate”标准，用来对802.11标准进行补充•2000年8月，IEEE802.11a标准推出•IEEE802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层，即物理层和数据链路层9•系统结构–定义了两种系统：基础结构和Ad-hoc结构–定义了两种设备类型：无线终端和AP（AccessPoint）•AP的基本业务域（BSA）和基本业务集（BSS）AP服务器基本业务域(BSA)基本业务集(BSS)Ad-hoc路由器MSMS6.4.4WLAN标准：IEEE802.11106.4.4WLAN标准：IEEE802.11•一个典型的AP实现802.3MACAP服务器路由器MSLAN适配器WLAN适配器WLAN适配器802.3LAN802.11WLAN802.3PHY802.3MAC802.3PHY802.11MAC802.11PHY802.11MAC802.11PHYLAN适配器LCC中继DS116.4.4WLAN标准：IEEE802.11•协议栈结构LCCMACPLCPPMDMAC管理层PHY管理层站管理数据链路层物理层12•将IEEE802的一些子标准中定义的传统简单的MAC层和物理层分为更多的子层。–MAC层分为MAC子层和MAC管理子层–物理层分为三个子层：PLCP（物理层会聚协议）、PMD协议（物理介质相关协议）和物理层管理子层。–还定义了一个站管理子层，它的主要任务是协调物理层和MAC层之间的交互作用。6.4.4WLAN标准：IEEE802.1113•物理层实现–定义在2.4Ghz和5.8GHz的ISM频段内，使用FHSS和DSSS技术。•FHSS技术在2.4GHz频段上划分为75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送。•DSSS技术将2.4GHz频段划分为14个22MHz的信道，临近的信道相互重叠，在14个信道内只有3个信道不互相覆盖。•DSSS在每个22MHz信道中传输的数据都被转化成一个带冗余校验的chip数据，它和真实的数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错。6.4.4WLAN标准：IEEE802.1114•数据链路层实现–数据链路层包括LLC和MAC，使用和802.2完全相同的LLC层以及48位的MAC地址。–类似于IEEE802.3的CSMA/CD，IEEE802.11采用新的协议CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，带冲突避免的载波侦听多路访问）•CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，即只有当客户端收到返回的ACK信号后，才能确认送出的信号已经正确到达。6.4.4WLAN标准：IEEE802.11156.4.4WLAN标准：IEEE802.11•CSMA/CA工作流程–工作站希望在WLAN中传送数据，如果没有探测到网络正在传送数据，则在随机选择一个时间延迟后继续探测，如果WLAN中仍然没有活动的话，就将数据发送出去；–接收端的工作站如能收到发送端送出的完整的数据则返回一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则数据发送过程完成。如果该过程没有完成，则发送端等待一个时间后继续重传。•“隐藏终端”问题16•IEEE802.11数据安全–IEEE802.11提供了MAC层的访问控制功能和加密机制，称为WEP（WiredEquivalentPrivacy）–通过服务集标识符（SSID）和访问控制列表限制访问AP的客户。–WEP标准的数据加密是提供40位的RC4的加密算法，客户端必须使用正确的密码才能获得网络的连接。6.4.4WLAN标准：IEEE802.11176.4.5WLAN展望•IEEE802.11b是现在最普及的无线标准，它在WLAN领域已经占据绝对优势。•IEEE802.11a标准的开发正逢其时，它可以满足访问要求苛刻的应用：–功能更强•速率达到54Mbps•工作在5GHz频段–更好的安全性•支持VPN186.5.1无线ATM•ATM技术和无线技术的结合，即无线ATM（WirelessATM，WATM），可支持多媒体业务在无线环境下对QoS的要求。–ATM网络是为超宽带宽的快速交换连接和可靠光传输信道设计的。然而无线传输介质是很不可靠的，而且对于带宽的操作有非常大的限制。这是WATM实现中最根本性的困难。–ATM交换技术在设计上是支持QoS的，但这种QoS是基于和用户终端协商、在整个会话期间都保持不变的。无线环境下因为信道状态的变化，要连续支持协商的QoS几乎是不可能的。196.5.1无线ATM•系统结构B-ISDN/ATMATM信元WATM信元(具有移动性管理的ATM交换机）20•WATM信元设计–WATM信元是由ATM信元加上无线帧头封装而成•这样可以在有线和无线网络之间提供透明的数据传输，而帧头处理时间将可以减少到最小。–WATM帧头的长度对信道的利用率影响很大，目前有两种帧头设计方案：帧头压缩或增加有效载荷长度。–由于无线信道的误码率高，在信元尾加入CRC校验字节用于差错控制，对WATM帧头加以检验。无线帧头ATM帧头(5字节)ATM有效载荷(48字节)无线帧尾(CRC校验)6.5.1无线ATM21•协议栈模型WATMATM6.5.1无线ATM22•一些关键技术–物理层技术调制解调技术必须支持较短的突发同步和具有较高的频率利用率。此外，FEC（前向差错控制）也是物理层要完成的功能。–多址访问控制协议MAC协议需具有较高的频谱利用率和较小的处理延迟，WATM的MAC协议都采用了信道动态分配算法来支持业务速率的可变。6.5.1无线ATM23–差错控制需要较强的差错控制功能。WATM的差错控制需针对不同的业务采用不同的方式。–越区切换在越区切换时，应尽量减小对多媒体业务的服务质量（信元丢失率、延时等）造成的影响，使多媒体业务的QoS在越区切换时仍然能得到保证。6.5.1无线ATM24•技术特点–WATM技术的实现使无线宽带接入的应用成为可能，满足人们对无线多媒体业务的需求。–WATM能方便地与有线的B-ISDN/ATM网络实现无缝隙的连接。•WATM自1992年提出以来，越来越受到许多研究机构和国际标准化组织的重视。–ATM论坛对WATM的发展十分重视，1996年专门成立了WATM工作小组，负责制订用于专用和公用网络无线接入的WATM技术规范。–标准化工作方面•ETSI负责物理层和DLC层•ATM论坛负责定义网络功能6.5.1无线ATM256.5.2HiperLAN（自学）•概述•系统结构•协议栈结构•特点•应用前景266.5.3蓝牙（Bluetooth）•蓝牙（Bluetooth）是一种短距离的无线数据与语音通信的开放性全球规范。–蓝牙技术能为个人和商业的移动设备的无线连接带来一次革命，它不需要电缆，能通过短距离的无线链路使得用户将多种设备方便快速连接起来进行无缝的语音和数据通信。–蓝牙区别于其它无线技术的一个典型特征是它能基于各设备各自的功能提供“联合使用模型”。–通过数据访问点DAP，蓝牙还可将个人网络连接到有线的基础设施上。27•蓝牙工作原理–蓝牙使用国际上无需授权的2.4Ghz的ISM频段。–蓝牙设备之间可互相探查，进行连接形成Ad-hoc自组网，而不需人为设置。•每个设备都是对等的，具有相同的硬件和软件配置，并以48位的设备地址BD_ADDR来区别。•主单元发起并控制连接，从单元被暂时分配一个3位的活跃成员地址AM_ADDR以减少通信过程中的信息流量。6.5.3蓝牙（Bluetooth）28–一个主单元和一个或多个从单元组成自组网——微微网（piconet），一个微微网最多只可以有7个从单元。多个微微网结合形成了散射网（scatternet）。6.5.3蓝牙（Bluetooth）296.5.3蓝牙（Bluetooth）•为了避免ISM频带的干扰，蓝牙采用了多种技术–自动重传应答（ARQ）–循环冗余校验”（CRC）–前向纠错（FEC）–时分双工和分组交换技术。–跳频技术306.5.3蓝牙（Bluetooth）•协议栈结构蓝牙无线基带LMPL2CAP主控制器接口音频RFCOMMPPPIPUDPTCPWAPWAEBOEXvCard/vCalAT命令集TCSBINSDP316.5.3蓝牙（Bluetooth）•蓝牙网络通信过程–蓝牙设备没有建立连接的时，处于睡眠状态——待机模式（Standby）。这种模式下，它将每1.28s或2.56s醒过来一次，选择一个信道侦听发送给它的信息。–由一个设备发起连接，这个设备以后就成为微微网的主单元。•发起连接时，主单元可能并不知道其余设备的存在以及它们的地址。这时主单元需要先执行查询（Inquiry）操作。–有了其它各设备的地址，就可进行寻呼（Page），真正建立起连接。326.5.3蓝牙（Bluetooth）–连接完成后，就可通信进行数据传输。•通信时，主单元和从单元交替进行收和发。主单元根据从单元的数据流量来决定从单元何时收发。•如果从单元暂时不需收发数据，它就切换入保持模式（Hold）直到主单元下次发信息给它，在这期间主单元定期给它发送信息以使得从单元对跳频信道同步，其余时间它不需要侦听信道。–数据传输完成后，可使用断连（Detach）命