第2章無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

1、1第2章網(wǎng)絡(luò)接口層（ 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) ）1無(wú)線廣域網(wǎng)無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN（Wireless WAN）（1）蜂窩技術(shù)）蜂窩技術(shù)蜂窩技術(shù)蜂窩技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)。這種技術(shù)將地理區(qū)域是一種無(wú)線通信技術(shù)。這種技術(shù)將地理區(qū)域劃分成若干個(gè)小區(qū)，即劃分成若干個(gè)小區(qū)，即“蜂窩蜂窩”（Cell）。常見(jiàn)的蜂）。常見(jiàn)的蜂窩系統(tǒng)包括窩系統(tǒng)包括GSM、GPRS和和CDMA。nGSM意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM用的是窄帶用的是窄帶TDMA。nCDMA意為碼分多址，是一種先進(jìn)的無(wú)線擴(kuò)頻數(shù)字蜂意為碼分多址，是一種先進(jìn)的無(wú)線擴(kuò)頻數(shù)字蜂窩技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、窩技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音

2、質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)。掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)。n3G（3rd Generation）是指第三代移動(dòng)通信。）是指第三代移動(dòng)通信。第一代第一代移動(dòng)通信是模擬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)通信是模擬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；第二代第二代是是數(shù)字無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目前廣為使用的數(shù)字無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目前廣為使用的GSM和和CDMA數(shù)字手機(jī)采用的是第二代移動(dòng)通信技數(shù)字手機(jī)采用的是第二代移動(dòng)通信技術(shù)；術(shù)；第三代第三代移動(dòng)通信是指將無(wú)線通信與因特移動(dòng)通信是指將無(wú)線通信與因特網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。3G具有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為具有更寬

3、的帶寬，其傳輸速度最低為384kbps，最高為，最高為2Mbps。 目前目前3G的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)有：有：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。n從第二代移動(dòng)通信向從第二代移動(dòng)通信向3G的過(guò)渡的銜接性技術(shù)的過(guò)渡的銜接性技術(shù)是是2.5G通信技術(shù)。通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)通信技術(shù)。通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS是在是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的承載業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，是務(wù)，是2.5G。3n移動(dòng)通信的分代如圖移動(dòng)通信的分代如圖2-10所示。所示。 第第三三代代移移動(dòng)動(dòng)通通信信（3G） 第第二二代代移移動(dòng)動(dòng)通通信信 第第 2.5代代移移動(dòng)動(dòng)通通信信（2.5G） 第第一一代代移移動(dòng)動(dòng)通通信信

4、模模擬擬無(wú)無(wú)線線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) GSM 、CDMA GPRS 、WAP 、HSCSD 、EDGE 等等 WCDMA 、CDMA2000 、TD-SCDMA 圖圖 2-10 移移動(dòng)動(dòng)通通信信的的劃劃代代 AMPS、NMT （2）衛(wèi)星通信）衛(wèi)星通信n要想利用通信衛(wèi)星進(jìn)行通信，需要在地球同要想利用通信衛(wèi)星進(jìn)行通信，需要在地球同步軌道上放置衛(wèi)星。通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，步軌道上放置衛(wèi)星。通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行通信時(shí)，信號(hào)從地面?zhèn)鞯叫l(wèi)星，經(jīng)過(guò)衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)，最信號(hào)從地面?zhèn)鞯叫l(wèi)星，經(jīng)過(guò)衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)，最后再回到地面。后再回到地面。延遲延遲是衛(wèi)星通信中所倍受關(guān)是衛(wèi)星通信中所倍受關(guān)注的問(wèn)題。另外，系統(tǒng)需要衛(wèi)星運(yùn)行在低軌注的問(wèn)題。另外，系

5、統(tǒng)需要衛(wèi)星運(yùn)行在低軌道，需要部署較多的衛(wèi)星，因此道，需要部署較多的衛(wèi)星，因此投資很大投資很大。n衛(wèi)星通信最大的特點(diǎn)是可以為全球用戶提供衛(wèi)星通信最大的特點(diǎn)是可以為全球用戶提供大跨度、大范圍的漫游和機(jī)動(dòng)靈活的移動(dòng)通大跨度、大范圍的漫游和機(jī)動(dòng)靈活的移動(dòng)通信服務(wù)，特別適合邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、海島、信服務(wù)，特別適合邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、海島、受災(zāi)區(qū)、遠(yuǎn)洋船只、遠(yuǎn)航飛機(jī)的通信。受災(zāi)區(qū)、遠(yuǎn)洋船只、遠(yuǎn)航飛機(jī)的通信。2無(wú)線城域網(wǎng)無(wú)線城域網(wǎng)WMAN（Wireless MAN）n為了確保寬帶無(wú)線接入設(shè)備的兼容性和互操作性，一為了確保寬帶無(wú)線接入設(shè)備的兼容性和互操作性，一些國(guó)際主流的通信部件及設(shè)備制造商于些國(guó)際主流的通信部件及

6、設(shè)備制造商于2001年年4月月發(fā)發(fā)起成立了一個(gè)起成立了一個(gè)工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織WiMAX。nIEEE于于2002年年4月月發(fā)布了工作于發(fā)布了工作于1066GHz頻段下頻段下的的IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，其初衷是為了解決，其初衷是為了解決“最后一英最后一英里里”寬帶接入寬帶接入的問(wèn)題。的問(wèn)題。nIEEE于于2003年年1月推出了月推出了IEEE 802.16a協(xié)議協(xié)議，該協(xié)，該協(xié)議是議是IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，IEEE 802.16a是覆蓋是覆蓋211GHz頻段的寬帶無(wú)線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)解頻段的寬帶無(wú)線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)解決了決了“最后一英里最后一英

7、里”寬帶接入問(wèn)題。寬帶接入問(wèn)題。通常通常IEEE 802.16a也稱為也稱為WiMAX。因此，。因此，WiMAX既是一個(gè)與既是一個(gè)與無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.16相關(guān)的互操作性組織，相關(guān)的互操作性組織，又是一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)又是一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。63 無(wú)線局域網(wǎng)(1) 無(wú)線局域網(wǎng)的組成n有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng)AP1AP2一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)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(guò)本 BSS 的基站。 AP1AP2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。AP1AP

8、2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(guò) 32 字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識(shí)符 SSID 和一個(gè)信道。 AP1AP2一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過(guò)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)。AP1AP2ESS 還可通過(guò)叫做門戶(portal)為無(wú)線用戶提供到非 802.11 無(wú)線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)橋。 AP1AP2移動(dòng)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

9、與另一個(gè)移動(dòng)站 B 進(jìn)行通信。 12與接入點(diǎn) AP建立關(guān)聯(lián)(association)n一個(gè)移動(dòng)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(dòng)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(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個(gè)移動(dòng)站也只有通過(guò)關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。13移動(dòng)站與 AP 建立關(guān)聯(lián)的方法n被動(dòng)掃描，即移動(dòng)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(shí)符 SSID 以及支持的速率等）。n主動(dòng)掃描，即移動(dòng)站

10、主動(dòng)發(fā)出探測(cè)請(qǐng)求幀(probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回的探測(cè)響應(yīng)幀(probe response frame)。14熱點(diǎn)(hot spot)n現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機(jī)場(chǎng)、快餐店、旅館、購(gòu)物中心等都能夠向公眾提供有償或無(wú)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(lái)的區(qū)域叫做熱區(qū)(hot zone)。熱點(diǎn)也就是公眾無(wú)線入網(wǎng)點(diǎn)。n現(xiàn)在也出現(xiàn)了無(wú)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(guò)無(wú)線信道接入到 WISP，然后再經(jīng)過(guò)無(wú)線信道接入到因特網(wǎng)。15(2)

11、 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network) 自組網(wǎng)絡(luò)AEDCBF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(méi)有固定基礎(chǔ)設(shè)施（即沒(méi)有 AP）的無(wú)線局域網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)由一些處于平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)。16移動(dòng)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(dòng)站的戰(zhàn)士可利用臨時(shí)建立的移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。n這種組網(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(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往很有效的， 17無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network) n由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通

12、過(guò)無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。n無(wú)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(wú)線傳感結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量受限，因此對(duì)協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。n無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重組等方面有一定的要求。 18傳感器結(jié)點(diǎn)的形狀(a)和組成(b) 存儲(chǔ)器CPU傳感器硬件電池?zé)o線收發(fā)器(a)(b)19無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域 n環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)（如洪水預(yù)報(bào)、動(dòng)物棲息的監(jiān)控）；n戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)敵情的偵查和對(duì)兵力、裝備、物資等的監(jiān)控；n醫(yī)療中對(duì)病房的監(jiān)測(cè)和對(duì)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）

13、中的安全監(jiān)測(cè)；n城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全控制等。 20(3) 802.11 局域網(wǎng)的物理層n802.11 無(wú)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(wú)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 DSSSn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） 21幾種常用的 802.11 無(wú)線局域網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)頻段數(shù)據(jù)速率物理層優(yōu)缺點(diǎn)802.11b2.4 GHz最高為11 Mb/sHR-DSSS 最高數(shù)據(jù)率較低，價(jià)格最低，信號(hào)傳播距離最遠(yuǎn)，

14、且不易受阻礙 802.11a5 GHz最高為54 Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時(shí)上網(wǎng)，價(jià)格最高，信號(hào)傳播距離較短，且易受阻礙802.11g2.4 GHz最高為54 Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時(shí)上網(wǎng)，信號(hào)傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙，價(jià)格比 802.11b貴22(4) 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 層協(xié)議1. CSMA/CA 協(xié)議 無(wú)線局域網(wǎng)卻不能簡(jiǎn)單地搬用 CSMA/CD 協(xié)議。這里主要有兩個(gè)原因。nCSMA/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(cè)信道，但在無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過(guò)大。n在無(wú)線局域網(wǎng)中，并非所有的站點(diǎn)

15、都能聽見(jiàn)對(duì)方，而所有站點(diǎn)都能夠聽見(jiàn)對(duì)方，正是實(shí)現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議必須具備的基礎(chǔ)。無(wú)線局域網(wǎng)的特殊問(wèn)題 當(dāng) A 和 C 檢測(cè)不到無(wú)線信號(hào)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(cè)出媒體上已存在的信號(hào)的問(wèn)題叫做隱蔽站問(wèn)題(hidden station problem) A 的作用范圍C 的作用范圍ABCD無(wú)線局域網(wǎng)的特殊問(wèn)題 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測(cè)到媒體上有信號(hào)，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(wèn)題(exposed station problem) ADCB？B

16、的作用范圍C 的作用范圍CSMA/CA 協(xié)議 n無(wú)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。 802.11 的 MAC 層 MAC 層無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)（選用）爭(zhēng)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 Coordinatio

17、n Function)物理層MAC 層通過(guò)協(xié)調(diào)功能來(lái)確定在基本服務(wù)集 BSS 中的移動(dòng)站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。 MAC 層無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)爭(zhēng)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(guò)爭(zhēng)用信道來(lái)獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭(zhēng)用服務(wù)。 MAC 層無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)爭(zhēng)用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/

18、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 29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 IFS (InterFrame Space)。n幀間間隔長(zhǎng)度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級(jí)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(jí)幀還沒(méi)來(lái)得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級(jí)幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級(jí)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(huì)。 三種幀間間隔 時(shí)間SIFS

19、PIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時(shí)間NAV（媒體忙）DIFS爭(zhēng)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ACKSIFS 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，用來(lái)分隔開屬于一次對(duì)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(guò)長(zhǎng)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。三種幀間間隔 時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時(shí)間NAV（媒體忙）DIFS爭(zhēng)用窗

20、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ACKSIFS 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(zhǎng)，是為了在開始使用 PCF 方式時(shí)（在 PCF 方式下使用，沒(méi)有爭(zhēng)用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS 的長(zhǎng)度是 SIFS 加一個(gè)時(shí)隙(slot)長(zhǎng)度。 時(shí)隙的長(zhǎng)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(cè)出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。 三種幀間間隔 時(shí)間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時(shí)間NAV（媒體忙）DIFS爭(zhēng)用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時(shí)間有幀要

21、發(fā)送源站時(shí)間目的站ACKSIFS 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(zhǎng)的 IFS），在 DCF 方式中用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長(zhǎng)度比 PIFS 再增加一個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度。 33CSMA/CA 協(xié)議的原理 n欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測(cè)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(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動(dòng)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(cè)到信道空閑，則在等待一段時(shí)間 DIFS 后就可發(fā)送。 34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(jí)的幀要發(fā)送。n如有，

22、就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送。 35假定沒(méi)有高優(yōu)先級(jí)幀要發(fā)送 n源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。n目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過(guò)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(méi)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(guò)若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。 36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(huì)。 n“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒(méi)有監(jiān)聽信道，而是由于

23、其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。37虛擬載波監(jiān)聽的效果 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。 38網(wǎng)絡(luò)分配向量 n當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)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(guò)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)。 39爭(zhēng)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

24、必須等待一個(gè) DIFS 的間隔，而且還要進(jìn)入爭(zhēng)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。 40圖例 凍結(jié)剩余的退避時(shí)間幀幀幀幀幀DIFSDIFSDIFSDIFS爭(zhēng)用窗口爭(zhēng)用窗口爭(zhēng)用窗口爭(zhēng)用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)802.11 的退避機(jī)制41二進(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)地選擇一個(gè)。 。n第 1 次退避是在 8 個(gè)

25、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)。 42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(cè)一次信道。這可能發(fā)生兩種情況。n若檢測(cè)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(cè)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(guò)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。 43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(cè)到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀是要發(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

26、發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測(cè)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。 44A 的作用范圍B 的作用范圍2. 對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約。 ACBDERTSRTS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(qǐng)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。 45A 的作用范圍B 的作用范圍2. 對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約 n802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約。 CTSACBDECTS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 T

27、o 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。 46RTS 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DIFSRTSSIFS時(shí)間NAV（RTS）DIFS爭(zhēng)用窗口推遲接入源站時(shí)間目的站ACK 其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)NAV（CTS）NAV（數(shù)據(jù)）47(5) 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 幀n802.11 幀共有三種類型，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(hào)控制地址 4幀主體

28、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 1MAC 首部48802.11 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(guò)2312 字節(jié)。這個(gè)數(shù)值比以太網(wǎng)的最大長(zhǎng)度長(zhǎng)很多。不過(guò) 802.11 幀的長(zhǎng)度通常都是小于 1500 字節(jié)。n幀檢驗(yàn)序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié) 491. 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?cè)谶@里只討論前三種地址。 到 DS從 DS地址 1地址 2地址

29、 3地址 401目的地址AP 地址源地址10AP 地址源地址目的地址50514 無(wú)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(wú)線技術(shù)連接起來(lái)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(wú)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 不一定都是使用無(wú)線連接的。 52WPAN 和 WLAN 并不一樣。 nWPAN 是以個(gè)人為中心來(lái)使用的無(wú)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

30、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(wú)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)。 531. 藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth)n最早使用的 WPAN 是 1994 年愛(ài)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 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。54皮可網(wǎng)(piconet)nPiconet 直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無(wú)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(guò)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(lái)，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(lái)價(jià)格就會(huì)比較便宜。 55藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng) MMSSPSSSSSP皮可網(wǎng) 2擴(kuò)散網(wǎng)皮可網(wǎng) 1M 主設(shè)備S 從設(shè)備P 擱置的設(shè)備562. 低速 WPAN n低速 WPAN 主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、