謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第五版課件CH9-5ed 無線網(wǎng)絡(luò)[共66頁]

1、1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版） 第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò) 2 第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò) 9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀 9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 9.3 無線城域網(wǎng) WMAN 3 9.1 無線局域網(wǎng) 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 n有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng) AP1AP2 4 一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動站， 所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信， 但在和本 BSS 以外的站通信時(shí) ， 都要通過本 BSS 的

2、基站。 AP1AP2 5 基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點(diǎn) AP (Access Point) 其作用和網(wǎng)橋相似。 AP1AP2 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員安裝 AP 時(shí)，必須為該 AP 分配 一個(gè)不超過 32 字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 和一個(gè)信道。 6 AP1AP2 一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn) AP 連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng) DS (Distribution System)， 然后再接入到另一個(gè)基本服務(wù)集，構(gòu)成 擴(kuò)展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。 7 AP1AP2 ESS 還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供 到非 802.11 無線局域網(wǎng)（例如，到

3、有線連接 的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)橋。 8 AP1AP2 移動站 A 從某一個(gè)基本服務(wù)集漫游到 另一個(gè)基本服務(wù)集（到 A 的位置）， 仍可保持與另一個(gè)移動站 B 進(jìn)行通信。 9 與接入點(diǎn) AP 建立關(guān)聯(lián)(association) n一個(gè)移動站若要加入到一個(gè)基本服務(wù)集 BSS， 就必須先選擇一個(gè)接入點(diǎn) AP，并與此接入點(diǎn) 建立關(guān)聯(lián)。 n建立關(guān)聯(lián)就表示這個(gè)移動站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個(gè) AP 之間創(chuàng)建了一個(gè)虛 擬線路。 n只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個(gè)移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀， 而這個(gè)移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其 他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 10 移動站與 AP 建立關(guān)聯(lián)的

4、方法 n被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā) 出的信標(biāo)幀(beacon frame)。 n信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識 符 SSID 以及支持的速率等）。 n主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀 (probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回 的探測響應(yīng)幀(probe response frame)。 11 熱點(diǎn)(hot spot) n現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機(jī)場、快餐店、旅 館、購物中心等都能夠向公眾提供有償或無償 接入 Wi-Fi 的服務(wù)。這樣的地點(diǎn)就叫做熱點(diǎn)。 n由許多熱點(diǎn)和 AP 連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū) (hot zone)。熱點(diǎn)也就是公眾無線入網(wǎng)點(diǎn)

5、。 n現(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)這一名詞。 用戶可以通過無線信道接入到 WISP，然后再 經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。 12 2. 移動自組網(wǎng)絡(luò) 又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network) 自組網(wǎng)絡(luò) A E D CB F 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) n自組網(wǎng)絡(luò)是沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施（即沒有 AP）的無線局 域網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)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)。 13 移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景 n在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用 臨時(shí)建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 n這種組

6、網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛 群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機(jī) 群。 n當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)利用移動 自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往很有效的， 14 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network) n由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自 組網(wǎng)絡(luò)。 n無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集、 處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是 在大部分時(shí)間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的 消耗。 n由于無線傳感結(jié)點(diǎn)的存儲容量受限，因此對協(xié) 議棧的大小有嚴(yán)格的限制。 n無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動配 置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面有一定的要求。 15 傳感器結(jié)

7、點(diǎn)的形狀(a)和組成(b) 存儲器 CPU 傳感器 硬件 電池 無線 收發(fā)器 (a)(b) 16 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域 n環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)（如洪水預(yù)報(bào)、動物棲 息的監(jiān)控）； n戰(zhàn)爭中對敵情的偵查和對兵力、裝備、 物資等的監(jiān)控； n醫(yī)療中對病房的監(jiān)測和對患者的護(hù)理； n在危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境（如礦井、核電站等） 中的安全監(jiān)測； n城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全 控制等。 17 移動自組網(wǎng)絡(luò) 和移動 IP 并不相同 n移動 IP 技術(shù)使漫游的主機(jī)可以用多種方式 連接到因特網(wǎng)。 n移動 IP 的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定 互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。 n移動自組網(wǎng)絡(luò)是將移動性擴(kuò)展

8、到無線領(lǐng)域中 的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié) 議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。 18 幾種不同的接入 n固定接入(fixed access)在作為網(wǎng)絡(luò)用戶期 間，用戶設(shè)置的地理位置保持不變。 n移動接入(mobility access)用戶設(shè)置能夠 以車輛速度移動時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)發(fā)生切換 時(shí)，通信仍然是連續(xù)的。 n便攜接入(portable access)在受限的網(wǎng)絡(luò) 覆蓋面積中，用戶設(shè)備能夠在以步行速度移動 時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力。 n游牧接入(nomadic access)用戶設(shè)備的地 理位置至少在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)保持不變。如用 戶設(shè)備移動了位置，則再次進(jìn)行通信時(shí)可能還 要

9、尋找最佳的基站 19 9.1.2 802.11 局域網(wǎng)的物理層 n802.11 無線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類型。 n現(xiàn)在最流行的無線局域網(wǎng)是 802.11b，而另 外兩種（802.11a 和 802.11g）的產(chǎn)品也廣 泛存在。 n802.11 的物理層有以下幾種實(shí)現(xiàn)方法： n直接序列擴(kuò)頻 DSSS n正交頻分復(fù)用 OFDM n跳頻擴(kuò)頻 FHSS （已很少用） n紅外線 IR （已很少用） 20 幾種常用的 802.11 無線局域網(wǎng) 21 9.1.3 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 層協(xié)議 1. CSMA/CA 協(xié)議 無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協(xié) 議。這里主要有兩個(gè)原因。 n

10、CSMA/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)這種功能就花費(fèi)過大。 n即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，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)生碰撞。 22 無線局域網(wǎng)的特殊問題 當(dāng) A 和 C 檢測不到無線信號時(shí)，都以為 B 是空閑的， 因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。 這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題 叫做隱蔽站問題(hidden station problem) A 的作用范圍C 的作用范圍 ABCD 23 無線局域網(wǎng)的特殊問題 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。 C 檢測

11、到媒體上有信號，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。 其實(shí) B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向 D 發(fā)送數(shù)據(jù) 這就是暴露站問題(exposed station problem) ADCB ？ B 的作用范圍 C 的作用范圍 24 CSMA/CA 協(xié)議 n無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD， 而只能使用改進(jìn)的 CSMA 協(xié)議。 n改進(jìn)的辦法是把 CSMA 增加一個(gè)碰撞 避免(Collision Avoidance)功能。 n802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在 使用 CSMA/CA 的同時(shí)，還增加使用 停止等待協(xié)議。 n下面先介紹 802.11 的 MAC 層。 25 802.11 的 M

12、AC 層 MAC 層 無爭用服務(wù)（選用） 爭用服務(wù) （必須實(shí)現(xiàn)） 分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function) 物理層 MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中 的移動站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。 26 MAC 層 無爭用服務(wù) 爭用服務(wù) 分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function) 物

13、理層 DCF 子層在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的分 布式接入算法，讓各個(gè)站通過爭用信道來獲 取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。 27 MAC 層 無爭用服務(wù) 爭用服務(wù) 分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA) 點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function) 物理層 PCF 子層使用集中控制的接入算法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán) 輪流交給各個(gè)站從而避免了碰撞的產(chǎn)生 28 幀間間隔 IFS n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) 間的通稱是幀間間隔 IF

14、S (InterFrame Space)。 n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，因此可優(yōu)先 獲得發(fā)送權(quán)。 n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。這樣就減少了 發(fā)生碰撞的機(jī)會。 29 三種幀間間隔 時(shí)間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時(shí)間NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時(shí)間 有幀要發(fā)送 源站 時(shí)間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 SIFS，即短(Short)幀間間隔，是最短的幀間間隔，用

15、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。 使用 SIFS 的幀類型有：ACK 幀、CTS 幀、 由過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有 回答 AP 探詢的幀和在 PCF 方式中接入點(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。 30 三種幀間間隔 時(shí)間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時(shí)間NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時(shí)間 有幀要發(fā)送 源站 時(shí)間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比 SIFS 長，是為了在開始使 用 PCF 方式時(shí)（在

16、 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入 到媒體中。PIFS 的長度是 SIFS 加一個(gè)時(shí)隙(slot)長度。 時(shí)隙的長度是這樣確定的：在 一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某 個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到 媒體時(shí)，那么在下一個(gè)時(shí)隙開 始時(shí)，其他站就都能檢測出信 道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。 31 三種幀間間隔 時(shí)間 SIFS PIFS DIFS 媒體空閑 發(fā)送第 1 幀 SIFS PIFS 時(shí)間NAV（媒體忙） DIFS 爭用窗口 發(fā)送下一 幀 推遲接入 等待重試時(shí)間 有幀要發(fā)送 源站 時(shí)間 目的站 ACK SIFS 其他站 有幀要發(fā)送 DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式

17、中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個(gè)時(shí) 隙長度。 32 CSMA/CA 協(xié)議的原理 n欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物 理層的載波監(jiān)聽。 n通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的 門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在 信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。 n當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè) MAC 幀時(shí)，若檢測到信 道空閑，則在等待一段時(shí)間 DIFS 后就可發(fā)送。 33 為什么信道空閑還要再等待 n這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的 幀要發(fā)送。 n如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。 34 假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送 n源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。 n目的站若

18、正確收到此幀，則經(jīng)過時(shí)間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 ACK。 n若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK （由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間），就必須 重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過 若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。 35 虛擬載波監(jiān)聽 n虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī) 制是讓源站將它要占用信道的時(shí)間（包括 目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間）通知給所 有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí) 間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。 n這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會。 n“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān) 聽信道，而是由于其他站收到了“源站的 通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。 36 虛擬載波監(jiān)聽的效果

19、n這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。 n所謂“源站的通知”就是源站在其 MAC 幀首部中的第二個(gè)字段“持續(xù)時(shí)間”中填 入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時(shí)間 （以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn) 幀所需的時(shí)間。 37 網(wǎng)絡(luò)分配向量 n當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自 己的網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。 nNAV 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)入到空閑 狀態(tài)。 38 爭用窗口 n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) DIFS 的間隔，而且還要進(jìn)

20、入爭用窗口，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。 n在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，各站就要執(zhí)行 退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概 率。 n802.11 使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法。 39 圖例 凍結(jié)剩余的退避時(shí)間 幀 幀 幀 幀 幀 DIFSDIFSDIFSDIFS 爭用窗口 爭用窗口 爭用窗口 爭用窗口 退避 退避 退避 退避 A B C D E t t t t t 凍結(jié) 凍結(jié) 凍結(jié) 凍結(jié)凍結(jié) 802.11 的退避機(jī)制 40 二進(jìn)制指數(shù)退避算法 n第 i 次退避就在 22 + i 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇 一個(gè)，即： 第 I 次退避是在時(shí)隙 0, 1, , 22 + i 1 中隨 機(jī)地選擇

21、一個(gè)。 。 n第 1 次退避是在 8 個(gè)時(shí)隙（而不是 2 個(gè)） 中隨機(jī)選擇一個(gè)。 n第 2 次退避是在 16 個(gè)時(shí)隙（而不是 4 個(gè)） 中隨機(jī)選擇一個(gè)。 41 退避計(jì)時(shí)器 (backoff timer) n站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次 信道。這可能發(fā)生兩種情況。 n若檢測到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì) 時(shí)。 n若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余 時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并再經(jīng)過時(shí)間 DIFS 后，從剩余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如 果退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā) 送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。 42 退避算法的使用情況 n僅在下面的情況下才不使用退避算法： 檢測到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀

22、是要發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀。 n除此以外的所有情況，都必須使用退避 算法。即： n在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。 n在每一次的重傳后。 n在每一次的成功發(fā)送后。 43 A 的作用范圍 B 的作用范圍 2. 對信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行 預(yù)約。 ACBD E RTSRTS 源站 A 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個(gè)短的控制幀， 叫做請求發(fā)送 RTS (Request To Send)，它包括 源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀） 所需的持續(xù)時(shí)間。 44 A 的作用范圍 B 的作用范圍 2. 對信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行 預(yù)約

23、。 CTS ACBD E CTS 若媒體空閑，則目的站 B 就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀， 叫做允許發(fā)送 CTS (Clear To Send)，它包括這次 通信所需的持續(xù)時(shí)間（從 RTS 幀中將此持續(xù)時(shí)間 復(fù)制到 CTS 幀中）。 A 收到 CTS 幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。 45 RTS 和 CTS 幀以及數(shù)據(jù)幀和 ACK 幀的傳輸時(shí)間關(guān)系 時(shí)間 DIFS RTS SIFS 時(shí)間 NAV（RTS） DIFS 爭用窗口 推遲接入 源站 時(shí)間 目的站 ACK 其他站 CTS SIFSSIFS 數(shù)據(jù) NAV（CTS） NAV（數(shù)據(jù)） 46 9.1.4 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 幀 n802.11 幀共

24、有三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和 管理幀。 n下面是數(shù)據(jù)幀的主要字段。 字節(jié) 2 2 6 6 6 2 6 0 2312 4 幀控制持續(xù)期地址 1地址 2地址 3序號控制地址 4幀主體FCS 協(xié)議 版本 類型子類型 到 DS 從 DS 更多 分片 重試 功率 管理 更多 數(shù)據(jù) WEP 順序 位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 MAC 首部 47 802.11 數(shù)據(jù)幀的三大部分 nMAC 首部，共 30 字節(jié)。幀的復(fù)雜性都 在幀的首部。 n幀主體，也就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過 2312 字節(jié)。這個(gè)數(shù)值比以太網(wǎng)的最大長 度長很多。不過 802.11 幀的長度通常都 是小于 1500 字節(jié)。

25、n幀檢驗(yàn)序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié) 48 1. 關(guān)于 802.11 數(shù)據(jù)幀的地址 n802.11 數(shù)據(jù)幀最特殊的地方就是有四個(gè)地址字 段。地址 4 用于自組網(wǎng)絡(luò)。我們在這里只討論 前三種地址。 49 50 序號控制字段、持續(xù)期字段 和幀控制字段 n序號控制字段占 16 位，其中序號子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。 n持續(xù)期字段占 16 位。 n幀控制字段共分為 11 個(gè)子字段。 n協(xié)議版本字段現(xiàn)在是 0。 n類型字段和子類型字段用來區(qū)分幀的功能。 n更多分片字段置為 1 時(shí)表明這個(gè)幀屬于一個(gè) 幀的多個(gè)分片之一。 n有線等效保密字段 WEP 占 1 位。若 WEP = 1，就表

26、明采用了 WEP 加密算法。 51 分片的發(fā)送舉例 t t t 源站 目的站 其他站 RTS CTS 分片 1 ACK 分片 2 ACK 分片 3 ACK SIFS NAV (RTS) NAV (CTS) 長的幀劃分為許多分片 52 9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN (Wireless Personal Area Network) n在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子 設(shè)備用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡(luò)，不 需要使用接入點(diǎn) AP。 n整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在 10 m 左右。 n無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 和個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network)并不完全 等同，因?yàn)?PAN

27、不一定都是使用無線連 接的。 53 WPAN 和 WLAN 并不一樣。 nWPAN 是以個(gè)人為中心來使用的無線人 個(gè)區(qū)域網(wǎng)，它實(shí)際上就是一個(gè)低功率、 小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技 術(shù)。WPAN 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 頻 段。 n但 WLAN 卻是同時(shí)為許多用戶服務(wù)的無 線局域網(wǎng)，它是一個(gè)大功率、中等范圍、 高速率的局域網(wǎng)。 54 1. 藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth) n最早使用的 WPAN 是 1994 年愛立信公 司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.1 。 n藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。 n藍(lán)牙使用 TDM 方式和擴(kuò)頻跳頻

28、 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。 55 皮可網(wǎng)(piconet) nPiconet 直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種 無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。 n每一個(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)主設(shè)備(Master)和最 多7個(gè)工作的從設(shè)備(Slave)。 n通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個(gè) 皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個(gè)范圍更大的 擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。 n這種主從工作方式的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起 來價(jià)格就會比較便宜。 56 藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng) M M S S P S S S S S P 皮可網(wǎng) 2 擴(kuò)散網(wǎng) 皮可網(wǎng) 1 M 主設(shè)備S 從設(shè)備 P 擱置的設(shè)備 57 2. 低速 WPAN n低速

29、 WPAN 主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自 動化與控制等領(lǐng)域，其速率是 2 250 kb/s。 n低速 WPAN 的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4。最近新 修訂的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4-2006。 n低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。 nZigBee 技術(shù)主要用于各種電子設(shè)備（固定的、 便攜的或移動的）之間的無線通信，其主要特 點(diǎn)是通信距離短（10 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速 率低，并且成本低廉。 58 ZigBee 的特點(diǎn) n功耗非常低。在工作時(shí)，信號的收發(fā)時(shí)間很短； 而在非工作時(shí)，ZigBee 結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)， 非常省電。對于某些工作時(shí)間和總時(shí)間之比小 于 1% 的

30、情況，電池的壽命甚至可以超過10 年。 n網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè) ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括有 255 個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主設(shè)備，其余則是從 設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可 以支持超過 64000 個(gè)結(jié)點(diǎn)。 59 ZigBee 的標(biāo)準(zhǔn) n在 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來 的。 n所有 ZigBee 產(chǎn)品也是 802.15.4 產(chǎn)品。 nIEEE 802.15.4 只是定義了 ZigBee 協(xié)議 棧的最低的兩層（物理層和 MAC 層）， 而上面的兩層（網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層）則是 由 ZigBee 聯(lián)盟定義的。 60 ZigBee 的協(xié)議棧 物理層 MAC 層 網(wǎng)絡(luò)層 應(yīng)用層 I

31、EEE 802.15.4 定義 ZigBee 聯(lián)盟定義 ZigBee 協(xié)議棧 61 ZigBee 的組網(wǎng)方式可采用星形和 網(wǎng)狀拓?fù)?，或兩者的組合 FFD FFD FFD FFD FFD RFD 端設(shè)備 路由器 FFD FFD協(xié)調(diào)器 有一個(gè)全功能設(shè)備 FFD 充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的端設(shè)備是精簡功能設(shè)備 RFD 結(jié)點(diǎn)。 62 3. 高速 WPAN n高速 WPAN 用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)， 支持11 55 Mb/s的數(shù)據(jù)率，標(biāo)準(zhǔn)是 802.15.3， 。 nIEEE 802.15.3a 工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層 標(biāo)準(zhǔn)的超高速 WPAN，它使用超寬帶 UWB 技術(shù)