第三課無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)及無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)

應(yīng)用集成原理與技術(shù)田樂(lè)tlwhx@126.com2011-10-24應(yīng)用集成原理與技術(shù)-無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)第一講無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)/無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WLAN/WiMAX）第二講GSM/CDMA/3G/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航第三講無(wú)線(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡(luò)第四講無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)第五講物聯(lián)網(wǎng)第1講WLAN&WiMAXWWAN：WirelessWANWMAN：WirelessMANWLAN：WirelessLANWPAN：WirelessPANWLAN在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的位置

WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)是指?jìng)鬏敺秶?00米左右的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，它的推動(dòng)聯(lián)盟為Wi-FiAlliance（目前都以Wi-Fi產(chǎn)品的稱(chēng)呼來(lái)形容802.11的產(chǎn)品），可用于單一建筑物或辦公室之內(nèi)，需要使用WLAN的場(chǎng)合主要包括：(1)不方便架設(shè)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境;(2)使用者時(shí)常需要移動(dòng)位置;(3)臨時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)。802.11WLAN主要面向兩種應(yīng)用類(lèi)型：(1)接入：無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(2)中繼：利用無(wú)線(xiàn)信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線(xiàn)，用于大樓(LAN)與大樓(LAN)之間的數(shù)據(jù)傳輸WLAN協(xié)議----IEEE802.11

在實(shí)際使用上，通常會(huì)將WLAN和現(xiàn)有的有線(xiàn)局域網(wǎng)結(jié)合，不但增加原本網(wǎng)絡(luò)的使用彈性，也可擴(kuò)大無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的使用范圍，目前最熱門(mén)的WLAN技術(shù)就是IEEE的802.11及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11(1997.6)，1或2Mbps，工作在2.4GHz頻段或使用紅外(IR)IEEE802.11a(1999),54Mbps，12個(gè)信道，最多8個(gè)互不重疊，工作在5GHz頻段IEEE802.11b(1999.9),11Mbps，11個(gè)信道，最多3個(gè)互不重疊，工作在2.4GHz頻段IEEE802.11g(2003.6),54Mbps，11個(gè)信道，最多3個(gè)互不重疊，工作在2.4GHz頻段（802.11g兼容802.11b）IEEE802.11n(2009),300Mbps,MIMO-OFDM，工作在2.4GHz頻段802.11b/g互不重疊信道的選擇16112.412G2.4GHz2.4172.4222.4272.4322.4372.4422.4472.4522.4572.4622.4672.4722.4835GHz234125789101322MHz

中國(guó)規(guī)定使用1－11信道。由上圖可知，某信道的信號(hào)傳送時(shí)會(huì)與相鄰的多個(gè)信道產(chǎn)生重疊，若在同一個(gè)空間建立多個(gè)BSS/IBSS時(shí)，要讓它們所用的信道不會(huì)互相重疊而產(chǎn)生干擾。在同一個(gè)空間最多只能使用1、6、11這三個(gè)信道，若選用其他信道，最多只能有2個(gè)互不干擾的信道。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN的組成兩種類(lèi)型的WLAN：1.Infrastructured網(wǎng)（有固定基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)）2.AdHoc網(wǎng)（特定網(wǎng)絡(luò)，或稱(chēng)自組網(wǎng)絡(luò)，無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施）BSS（基本服務(wù)集）Infrastructured網(wǎng)(基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng))有AP(AccessPoint,接入點(diǎn))，無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)通信首先要經(jīng)過(guò)APAdHoc網(wǎng)（無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)）IBSS(IndependentBSS，獨(dú)立基本服務(wù)集)，無(wú)AP，站點(diǎn)間直接通信）IBSSBSSESS（擴(kuò)展服務(wù)集）

屬I(mǎi)nfrastructured網(wǎng)(DS:分配系統(tǒng)，AP：接入點(diǎn)，SSID：ESS擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)識(shí)符。一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)使用某ESS的SSID加入到該擴(kuò)展服務(wù)集中，一旦加入ESS，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)從該ESS的一個(gè)BSS到另一個(gè)BSS的漫游)移動(dòng)自組網(wǎng)(MobileAdhocnetwork)

移動(dòng)自組網(wǎng)（MANET），無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施，沒(méi)有基本服務(wù)集中的接入點(diǎn)AP，而是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)。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)移動(dòng)設(shè)備都具有路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能。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)接入例：有線(xiàn)網(wǎng)的擴(kuò)展HubServerSwitchInternetAccessPointHubWirelessLAN(WLAN)asanextensiontowiredLAN典型的WLAN拓?fù)淅鼳ccessPointWireless“Cell”Channel6WirelessClientsLANBackboneChannel1AccessPointWireless“Cell”WirelessClients中繼例：擴(kuò)展距離----無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋中繼：利用無(wú)線(xiàn)信道作為企業(yè)網(wǎng)的干線(xiàn)，用于大樓與大樓之間的數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)實(shí)例擴(kuò)頻之母-海蒂拉瑪802.11標(biāo)準(zhǔn)中的PHY層

WLAN傳輸方式有紅外線(xiàn)(InfraRed,IR)和無(wú)線(xiàn)電射頻兩種紅外系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：不受無(wú)線(xiàn)電干擾；視距傳輸，檢測(cè)和竊聽(tīng)困難，保密性好。缺點(diǎn)是：對(duì)非透明物體的透過(guò)性極差，傳輸距離受限；易受日光、熒光燈等干擾；半雙工通信。無(wú)線(xiàn)電射頻系統(tǒng)采用擴(kuò)頻(SpreadSpectrum)技術(shù)進(jìn)行調(diào)制。擴(kuò)頻技術(shù)的頻率范圍開(kāi)放在ISM頻段，此頻段不需申請(qǐng)：Industry:902~928Mhz(26MHz)Science:2.4~2.4835GHz(83.5MHz)Medicine:5.15~5.35GHzand5.725~5.825GHz(300MHz)擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為跳頻和直接序列兩種技術(shù)。DSSS（直接序列擴(kuò)頻）

DirectSequenceSpreadSpectrum（Chipcode也稱(chēng)為pseudo-noice或spreadingcode）

DSSS系統(tǒng)則將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過(guò)擴(kuò)展碼調(diào)制而人為地?cái)U(kuò)展帶寬，即使在傳輸波段中存在部分噪聲信號(hào)，接收機(jī)也可以無(wú)錯(cuò)誤地接收數(shù)據(jù)。DSSS的發(fā)送與接收※ModulatorXspreaderDSWidebandpseudo-noicecarrierDataDemodulatorXdespreaderDSWidebandpseudo-noicecarrierDataDSSSsignalsTransmitterReceiver使用擴(kuò)頻技術(shù)的好處

擴(kuò)頻是一種在信號(hào)傳輸前先將信號(hào)的帶寬進(jìn)行擴(kuò)展的技術(shù)。采用擴(kuò)頻的好處是：抗干擾。若使用窄頻，容易受到使用相同頻率的通信干擾導(dǎo)致完全無(wú)法通信(“蓋臺(tái)”)對(duì)于非特定的目的接收器，擴(kuò)展了帶寬的信號(hào)混在背景噪聲中，讓蓄意想偵聽(tīng)竊取數(shù)據(jù)資料的人不易判別真正的信號(hào)，避免了他人的截聽(tīng)提供了供多個(gè)用戶(hù)使用同一傳輸波段的方法，保證了無(wú)線(xiàn)設(shè)備在頻段上的可用性和可靠的吞吐量，也保證使用同一頻段的設(shè)備不互相影響。IEEE802.11PHYFHSS－FrequencyHoppingSpreadSpectrum，跳頻擴(kuò)頻DSSS－DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻OFDM－OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用（也叫多載波調(diào)制技術(shù)，載波數(shù)可多達(dá)52個(gè)），802.11a/g用，信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的各種調(diào)制（如PSK、QAM等）后，速率可達(dá)54/48/36/24/18/12/9/6MbpsHR-DSSS－HighRateDSSS，802.11b用，信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的各種調(diào)制（如PSK、CCK等）后，傳輸速度可達(dá)11/5.5/2/1MbpsOFDM/DSSSPhysicalLayer802.11標(biāo)準(zhǔn)中的MAC層

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)雖然也是多個(gè)站點(diǎn)共享無(wú)線(xiàn)信道，卻不能簡(jiǎn)單地搬用以太網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議，這里主要有兩個(gè)原因：

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(cè)信道，但在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種全雙工功能花費(fèi)過(guò)大；即使我們能夠在發(fā)送的同時(shí)實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)的功能，并且當(dāng)我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生沖突。802.11MAC

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)。802.11MAC使用DCF或PCF

分布協(xié)調(diào)功能DCF----爭(zhēng)用服務(wù)（必選項(xiàng)）(DistributedCoordinationFunction)DCF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)。

點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF----無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)（可選項(xiàng)）

(PointCoordinationFunction)PCF使用AP集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)站從而避免了沖突的產(chǎn)生802.11MAC:CSMA802.11CSMA發(fā)送站：-如監(jiān)聽(tīng)到信道空閑,經(jīng)DIFS時(shí)間后則發(fā)送整個(gè)幀（發(fā)送時(shí)不用沖突檢測(cè)）-如果監(jiān)聽(tīng)到信道忙，則堅(jiān)持監(jiān)聽(tīng)到不忙時(shí)，經(jīng)DIFS時(shí)間后進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)期，進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避（第i次退避時(shí)，在2i+2個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)），退避后重新嘗試發(fā)送-如果發(fā)后未收到ACK(超時(shí))，則重發(fā)幀802.11CSMA接收站：-如果接收正確，則在SIFS時(shí)間后應(yīng)答一個(gè)ACK幀

其它站點(diǎn)：

聽(tīng)到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪(fǎng)問(wèn)信道NAV(NetworkAllocationVector)時(shí)間802.11MAC：CSMA802.11MACQ&AQ：無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)時(shí)如何判定信道“忙”？A：802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在物理層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽(tīng)，通過(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的門(mén)限數(shù)值來(lái)判定是否有其他的無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。Q：為何無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到信道空閑還要再等待？A：因?yàn)榇藭r(shí)可能有多個(gè)站點(diǎn)都在監(jiān)聽(tīng)，而其他的站點(diǎn)可能有更高優(yōu)先級(jí)的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送（高優(yōu)先級(jí)幀需等待的幀間間隔時(shí)間較短，可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級(jí)幀需等待的幀間間隔時(shí)間較長(zhǎng)，須等待較長(zhǎng)時(shí)間。SIFS>PIFS>DIFS>EIFS）幀間間隔IFS

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(tīng)）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱(chēng)為幀間間隔IFS(InterFrameSpace)幀間間隔長(zhǎng)度取決于該站欲發(fā)送的幀的類(lèi)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)，但低優(yōu)先級(jí)幀就必須等待較長(zhǎng)的時(shí)間若低優(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)短幀間間隔

SIFSSIFS，即短(Short)幀間間隔，長(zhǎng)度為10s（802.11g時(shí)為例），是最短的幀間間隔，用來(lái)分隔開(kāi)屬于一次對(duì)話(huà)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幀間間隔的場(chǎng)合：(1)應(yīng)答ACK幀(2)應(yīng)答CTS幀

(3)過(guò)長(zhǎng)的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀

(4)應(yīng)答AP探詢(xún)幀

(5)PCF方式中接入點(diǎn)AP發(fā)送出的任何幀。PCF幀間間隔

PIFSPIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長(zhǎng)），是為了在開(kāi)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長(zhǎng)度:

SIFS加一個(gè)時(shí)隙(slot)長(zhǎng)度（其長(zhǎng)度為20s），即30s時(shí)隙(時(shí)間片)長(zhǎng)度選多長(zhǎng)？在一個(gè)基本服務(wù)集BSS內(nèi)，若一無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙開(kāi)始接入到媒體，則在下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)，其他站都能檢測(cè)出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該長(zhǎng)度作為時(shí)隙長(zhǎng)度。DCF幀間間隔DIFS、延長(zhǎng)幀間間隔EIFSDIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，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，因此DIFS的長(zhǎng)度為50s

EIFS，即延長(zhǎng)幀間間隔（最長(zhǎng)的IFS），站點(diǎn)在進(jìn)行幀重發(fā)時(shí)所必須等待的時(shí)間。EIFS的長(zhǎng)度至少等于DIFS再增加一個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度，因此DIFS的長(zhǎng)度為70s

SIFS<PIFS<DIFS<EIFS虛擬載波監(jiān)聽(tīng)

虛擬載波監(jiān)聽(tīng)(VirtualCarrierSense)：源站將它還要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需時(shí)間）在其MAC幀首部字段“持續(xù)時(shí)間”中填入指示給所有其他站，其他所有站會(huì)在這段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù),這樣大大減少了沖突的機(jī)會(huì)?！疤摂M”是指其他站并沒(méi)有真正監(jiān)聽(tīng)信道，而是檢測(cè)到源站發(fā)送幀中的“持續(xù)時(shí)間”才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種效果好像是其他站都監(jiān)聽(tīng)了信道。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(NetworkAllocationVector)，NAV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)。IEEE802.11MAC/PHY小結(jié)隱終端(Hiddenterminal)效應(yīng)

如只使用CSMA，偵聽(tīng)到信道“閑”可能結(jié)果不正確，由于：(a)隱蔽站問(wèn)題----在發(fā)送方偵聽(tīng)不到:A,C不能互相聽(tīng)到，中間有障礙物、信號(hào)衰減，A、C于是都發(fā)給B，B處此時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突。(b)信號(hào)強(qiáng)度衰減問(wèn)題----C在發(fā)送，由于信號(hào)傳輸衰減，傳到A處時(shí)，A聽(tīng)不到，A以為聽(tīng)到信道閑，也發(fā)，接收站B處此時(shí)產(chǎn)生沖突。

隱終端是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的終端。LocationSignalstrengthABC暴露終端(Exposedterminal)效應(yīng)當(dāng)節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C也希望向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)CSMA協(xié)議，節(jié)點(diǎn)C偵聽(tīng)信道，它將聽(tīng)到節(jié)點(diǎn)B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯(cuò)誤地認(rèn)為它此時(shí)不能向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，但實(shí)際上它的發(fā)送不會(huì)影響節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)接收，這就導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)C所謂暴露終端問(wèn)題的出現(xiàn)。暴露終端是指在發(fā)送者的通信范圍之內(nèi)而在接收者通信范圍之外的終端。ABCD改進(jìn)CSMA

目的:為了盡可能避免沖突，要進(jìn)一步改進(jìn)CSMA改進(jìn):CSMACSMA/CA

CSMA/CA:CSMAwithCollisionAvoidance沖突避免:增加RTS-CTS交互進(jìn)一步改進(jìn):CSMA/CA:信道預(yù)約發(fā)送站:發(fā)出短的RTS幀(requesttosend)預(yù)約信道接收站:應(yīng)答短的CTS幀(cleartosend)同意預(yù)約CTS為發(fā)送站保留信道,起了通知其它(可能隱蔽的)站點(diǎn)的效果避免了隱蔽站點(diǎn)造成的沖突沖突避免:RTS-CTS預(yù)約信道RTS與CTS為短幀:由于RTS幀長(zhǎng)20字節(jié)，CTS幀長(zhǎng)14字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度2346字節(jié)要短很多，所以發(fā)生沖突可能性很小最后效果類(lèi)似于沖突檢測(cè)協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會(huì)發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能發(fā)生，如B和C站同時(shí)向A發(fā)送RTS幀，這兩個(gè)RTS幀就會(huì)發(fā)生碰撞，A收不到正確的RTS幀，因而也不會(huì)發(fā)送后續(xù)的CTS幀，這時(shí)，B和C發(fā)現(xiàn)超時(shí)后，會(huì)隨機(jī)推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTS幀，推遲時(shí)間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。隱終端問(wèn)題解決方式節(jié)點(diǎn)A欲發(fā)送一數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)B,首先A發(fā)送一RTS給B;B發(fā)送CTS;A收到CTS后發(fā)送數(shù)據(jù);C監(jiān)聽(tīng)到CTS，知道有節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)，A和B數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間C不會(huì)發(fā)數(shù)據(jù)包。

暴露終端問(wèn)題解決方式1、發(fā)送者發(fā)送RTS。2、接收者返回CTS。3、鄰居節(jié)點(diǎn)：如果收到CTS則保持安靜，不能傳輸數(shù)據(jù)。如果只收到RTS而沒(méi)收到CTS,可以傳輸數(shù)據(jù)。

802.11MAC:CSMA/CA計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間(2i+2個(gè)時(shí)隙選一）以再次重新試圖接入信道二進(jìn)制指數(shù)退避(BinaryBackoff)

當(dāng)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，這樣就減少了發(fā)生沖突的概率（當(dāng)多個(gè)站都打算占用信道時(shí)）以下情況不使用退避算法：當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送的是它的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，并檢測(cè)到信道為空閑。其余情況下，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測(cè)到信道為忙在每一次的重傳后在每一次的成功發(fā)送后BinaryBackoff

802.11使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（BinaryBackoff）如下：

第i次退避時(shí)，在2i+2個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。[例]第1次退避在8個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第1次沖突后在2個(gè)時(shí)隙中選）；第2次退避在16個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)（而不是象以太網(wǎng)那樣第2次沖突后在4個(gè)時(shí)隙中選）。。。。。。。然后根據(jù)該時(shí)隙數(shù)設(shè)置一個(gè)退避計(jì)時(shí)器進(jìn)行減1計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器時(shí)間減小到0時(shí)就開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時(shí)間還未減到0信道又變?yōu)槊?，則凍結(jié)該計(jì)時(shí)值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過(guò)時(shí)間DIFS后，繼續(xù)啟動(dòng)退避計(jì)時(shí)器（從剩下的時(shí)間開(kāi)始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器的站更早地接入信道中。無(wú)線(xiàn)接入過(guò)程

STA(工作站）啟動(dòng)初始化、開(kāi)始正式使用AP傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段才能接入:(1)掃描(SCAN)(2)認(rèn)證(Authentication)(3)關(guān)聯(lián)(Association)

無(wú)線(xiàn)接入過(guò)程

無(wú)線(xiàn)接入第一階段:掃描（SCAN)階段若無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)STA設(shè)成Ad-hoc模式：STA先尋找是否已有IBSS（與STA所屬相同的SSID）存在，如有，則參加（join）；若無(wú),則會(huì)自己創(chuàng)建一個(gè)IBSS，等其他站來(lái)join。若無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)STA設(shè)成Infrastructure模式：1、主動(dòng)掃描方式（特點(diǎn)：能迅速找到） STA依次在11個(gè)信道發(fā)出ProbeRequest幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP，若找不到有相同SSID的AP，則一直掃描下去…2、被動(dòng)掃描方式（特點(diǎn)：找到時(shí)間較長(zhǎng)，但STA節(jié)電）STA被動(dòng)等待AP每隔一段時(shí)間定時(shí)送出的Beacon信標(biāo)幀，該幀提供了AP及所在BSS相關(guān)信息：“我在這里”…無(wú)線(xiàn)接入過(guò)程

無(wú)線(xiàn)接入第二階段:認(rèn)證（Authentication）階段

當(dāng)STA找到與其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根據(jù)收到的AP信號(hào)強(qiáng)度，選擇一個(gè)信號(hào)最強(qiáng)的AP，然后進(jìn)入認(rèn)證階段。只有身份認(rèn)證通過(guò)的站點(diǎn)才能進(jìn)行無(wú)線(xiàn)接入訪(fǎng)問(wèn)。802.11提供幾種認(rèn)證方法，有簡(jiǎn)單有復(fù)雜，如采用802.1x/EAP認(rèn)證方法時(shí)大致為：

STA向AP發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求AP向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信息要求驗(yàn)證STA的身份認(rèn)證服務(wù)器認(rèn)證完畢后向AP返回相應(yīng)信息如果STA身份不符，AP向STA返回錯(cuò)誤信息如果STA身份相符，AP向STA返回認(rèn)證響應(yīng)信息

無(wú)線(xiàn)接入過(guò)程

無(wú)線(xiàn)接入第三階段:關(guān)聯(lián)（Association）階段

當(dāng)AP向STA返回認(rèn)證響應(yīng)信息、身份認(rèn)證獲得通過(guò)后，進(jìn)入關(guān)聯(lián)階段。STA向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求AP向STA返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)至此，接入過(guò)程才完成，STA初始化完畢，可以開(kāi)始向

AP傳送數(shù)據(jù)幀。無(wú)線(xiàn)接入過(guò)程示意圖AuthenticationServerAPSTAProbeRequestProbeResponse●●●ProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認(rèn)證關(guān)聯(lián)Y第二部分WiMAX技術(shù)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)主要考慮以下因素：覆蓋范圍,發(fā)射功率，傳輸速率…WIIWiMAX服務(wù)范圍Source:WiMAXForum/Siemens中繼服務(wù)固定通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)固定無(wú)線(xiàn)接入熱點(diǎn)地區(qū)固定無(wú)線(xiàn)接入漫游服務(wù)便攜移動(dòng)設(shè)備接入切換、漫游等服務(wù)，支持移動(dòng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)（與3G、WLAN部分重疊）1.Wimax介紹WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性）專(zhuān)為支持電信運(yùn)營(yíng)商級(jí)部署和低成本、免許可證部署而設(shè)計(jì)的、獲WiMAX論壇認(rèn)證的系統(tǒng)，不僅將提供大吞吐量（在20MHz新信道上最高可達(dá)75Mbps），而且還能夠在近視距和非視距環(huán)境中實(shí)現(xiàn)3～5英里的信號(hào)傳播距離。這些系統(tǒng)擁有足夠的容量，可以同時(shí)支持?jǐn)?shù)百個(gè)使用T-1連接速度的公司和數(shù)千個(gè)使用DSL連接速度的家庭。

2.Wimax標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)802.16IEEE802.16工作組于2002年4月8日正式發(fā)布了IEEE802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)，為寬帶無(wú)線(xiàn)接入(BWA)定義了無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)(WMAN)的空中接口規(guī)范，它標(biāo)志著寬帶無(wú)線(xiàn)接入將作為一個(gè)新的主要途徑，把各商業(yè)機(jī)構(gòu)和家庭接入全球電信核心網(wǎng)。IEEE802.16-2001工作在10～66GHz頻段，由于這個(gè)頻段對(duì)于像建筑物和樹(shù)這樣的障礙物無(wú)穿透能力，故要求基站和用戶(hù)站是視距(LOS)鏈路，從而限制了基站的覆蓋范圍。同時(shí)由于用戶(hù)站天線(xiàn)的安裝要求很高，并且系統(tǒng)受雨衰影響較大802.16aIEEE802.16工作組于2003年4月頒布了IEEE802.16a，該標(biāo)準(zhǔn)支持的工作頻段為2～11GHz，包括了需要發(fā)放牌照頻段和免牌照的頻段。與高頻段相比，該頻段能以更低的成本提供更大的用戶(hù)覆蓋，系統(tǒng)受雨衰影響不大，系統(tǒng)可以在非視距傳輸環(huán)境下運(yùn)行，大大降低了用戶(hù)站安裝的要求。另外，IEEE802.16a的MAC層提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證機(jī)制，可支持語(yǔ)音和視頻等實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，增加了對(duì)網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的支持，能適應(yīng)各種物理層環(huán)境。802.16dIEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)僅僅是IEEE802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)的修改和擴(kuò)展，不是一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，所以2004年7月IEEE802.16組織又通過(guò)了IEEE802.16d。IEEE802.16d對(duì)2～66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細(xì)規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務(wù)類(lèi)型的固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的MAC層和相對(duì)應(yīng)的多個(gè)物理層。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)IEEE802.16-2001和IEEE802.16a進(jìn)行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入規(guī)范，是相對(duì)比較成熟并且最具實(shí)用性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本。802.16eIEEE802.16e是工作在2～6GHz頻段支持移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。制訂它的目的是為了實(shí)現(xiàn)既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又使用戶(hù)具有移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案。IEEE802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容IEEE802.16d，因此IEEE802.16e的標(biāo)準(zhǔn)化工作基本上是在IEEE802.16d的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在IEEE802.16d固定無(wú)線(xiàn)接入標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)上，為了支持移動(dòng)特性，IEEE802.16e提出了具有移動(dòng)特性的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，并于2004年9月通過(guò)了草案，但由于種種原因推遲發(fā)布，到了直到06年1月底才正式發(fā)布。Wimax與802.16協(xié)議族的關(guān)系WiMAX論壇成立于2001年4月，最初該組織旨在對(duì)基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSIHiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證，通過(guò)WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品會(huì)擁有“WiMAX(r)CERTIFIED”標(biāo)識(shí)。隨著802.16e技術(shù)和規(guī)范的進(jìn)展，該組織的目標(biāo)也逐步擴(kuò)展，不僅要建立一整套基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSIHiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證體系，同時(shí)還致力于可運(yùn)營(yíng)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的研究、需求的分析、應(yīng)用模式的探索、市場(chǎng)的拓展等一系列大力促進(jìn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入市場(chǎng)發(fā)展的工作。通常認(rèn)為，IEEE802.16工作組是IEEE802.16WiMAX空中接口規(guī)范的制定者，而WiMAX論壇是技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的推動(dòng)者。目前WiMAX幾乎成為了IEEE802.16WiMAX技術(shù)的代名詞，其空中接口規(guī)范涵蓋了IEEE802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)。

802.16物理層(1)物理層由傳輸匯聚子層(TCL)和物理媒質(zhì)依賴(lài)子層(PMD)組成，通常說(shuō)的物理層主要是指PMD。物理層定義了兩種雙工方式：TDD和FDD，這兩種方式都使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，這種傳輸機(jī)制支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，傳輸參數(shù)(調(diào)制方式、編碼方式、發(fā)射功率等)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是需要MAC層協(xié)助完成。802.16MAC層(1)MAC層結(jié)構(gòu)：特定業(yè)務(wù)匯聚子層(ConvergenceSublayer——CS)、MAC公共部分子層(CommonPartSublayer——CPS)加密協(xié)議子層(SecuritySublayer——SS) 其中加密協(xié)議子層是可選的。802.16MAC層(2)802.16是面向連接的，即所有用戶(hù)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及與之相關(guān)的QoS要求，都是在面向連接的范疇中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)連接均由一個(gè)16位的連接標(biāo)識(shí)符ConnectID(CID)來(lái)唯一標(biāo)識(shí)。802.16MAC層(3) MAC幀結(jié)構(gòu)：一個(gè)MAC幀總是占用一段連續(xù)的物理層定義的時(shí)隙，MAC幀由子幀（Sub-frame）組成，前兩個(gè)子幀是Downstreammap和Upstreammap，用于說(shuō)明在時(shí)隙中的內(nèi)容和哪些時(shí)隙是空的。Downstreammap中包括各種系統(tǒng)參數(shù)，并通告新站點(diǎn)此時(shí)可以請(qǐng)求進(jìn)入。下行信道較為簡(jiǎn)單，基站只要決定內(nèi)容放在哪個(gè)子幀中。上行信道則由互不相關(guān)而又需要接入的用戶(hù)互相競(jìng)爭(zhēng)，基站將盡可能根據(jù)QoS的要求分配。802.16MAC層(4)MAC定義了4種上行基本業(yè)務(wù)，通過(guò)這4種與QoS相關(guān)的上行預(yù)訂業(yè)務(wù)，基站可以預(yù)期上行數(shù)據(jù)的吞吐量及處理時(shí)間，并在適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行查詢(xún)并進(jìn)行分配帶寬。主動(dòng)授予服務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(wù)(BE)特定業(yè)務(wù)匯聚子層(CS)該子層代替了LLC子層，CS子層主要功能是負(fù)責(zé)將其業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和映射到MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)，并傳遞到MAC層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)。具體包括對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)SDU執(zhí)行分類(lèi)，并映射到適當(dāng)?shù)腗AC業(yè)務(wù)流和連接標(biāo)識(shí)符(CID)上，甚至可能包括凈荷頭抑制(PHS)等功能。協(xié)議提供多個(gè)CS規(guī)范作為與外部各種協(xié)議的接口。它的功能可以理解為提供與網(wǎng)絡(luò)層的接口。由于802.16設(shè)計(jì)為可以與數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（如IP、PPP、以太網(wǎng)）和ATM協(xié)議進(jìn)行無(wú)縫銜接，但數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是無(wú)連接的，而ATM是面向連接的，這意味著每一條ATM連接要映射到一條802.16連接上，而IP分組也必須映射到一條802.16連接上，該層主要處理這些內(nèi)容。公共部分子層(CPS)MACCPS是MAC的核心部分，主要功能包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立和連接維護(hù)等。它通過(guò)MACSAP接收來(lái)自各種CS層的數(shù)據(jù)并分類(lèi)到特定的MAC連接，同時(shí)對(duì)物理層上傳輸和調(diào)度的數(shù)據(jù)實(shí)施服務(wù)質(zhì)量(QoS)控制。通常說(shuō)的MAC層主要指MACCPS。加密協(xié)議子層（SS）加密協(xié)議子層的主要功能是提供認(rèn)證、密鑰交換和加解密處理。加密封裝協(xié)議(PrivacyKeymanagement)負(fù)責(zé)加密算法在MACPDU數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用規(guī)則并實(shí)現(xiàn)，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。加密只針對(duì)MACPDU中的載荷部分，而不包括MAC頭部。MAC中的所有管理信息都不被加密。 通常的算法是：DES（DataEncryptionStandard）TripleDESAES(AdvancedEncryptionStandard)802.16協(xié)議族重要協(xié)議的具體介紹目前，IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)主要包括IEEE802.16d和IEEE802.16e。802.16d的初衷是統(tǒng)一固定無(wú)線(xiàn)接入的空中接口。該標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于2～11GHz非視距(NLOS)傳輸和10～66GHz視距(LOS)傳輸。而IEEE802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動(dòng)特性，在IEEE802.16d的基礎(chǔ)上加入了切換、QoS、安全等新的特性。802.16d802.16d對(duì)2-66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層做了詳細(xì)規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務(wù)類(lèi)型的固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的MAC層和相對(duì)應(yīng)的多個(gè)物理層。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入規(guī)范。它保持了802.16、16a等標(biāo)準(zhǔn)中的所有模式和主要特性同時(shí)未增加新的模式，增加或修改的內(nèi)容用來(lái)提高系統(tǒng)性能和簡(jiǎn)化部署。IEEE802.16d是固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了三種物理層實(shí)現(xiàn)方式：?jiǎn)屋d波、OFDM(256-Point)、OFDMA(2048-Point)。802.16d/e技術(shù)特征(1)在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA(時(shí)分多址)，下行采用TDM(時(shí)分復(fù)用)支持多用戶(hù)傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個(gè)子載波的情況為例，系統(tǒng)將所有可用的子載波分為32個(gè)子信道，每個(gè)子信道包含若干子載波。多用戶(hù)多址采用和跳頻類(lèi)似的方式實(shí)現(xiàn)，只是跳頻的頻域單位為一個(gè)子信道，時(shí)域單位為2或3個(gè)符號(hào)周期。802.16d/e技術(shù)特征(2)在調(diào)制技術(shù)方面，802.16d/e支持的最高階調(diào)制方式為64QAM，相對(duì)于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(3GPPHSDPA最高支持16QAM)，802.16d/e更強(qiáng)調(diào)在信道條件較好時(shí)實(shí)現(xiàn)極高的峰值速率。為適應(yīng)高質(zhì)量數(shù)據(jù)通信的要求，802.16d/e選用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯(cuò)能力很強(qiáng)但解碼延時(shí)較大的信道碼，同時(shí)也考慮使用低復(fù)雜度、低延時(shí)的LDPC碼。802.16d/e技術(shù)特征(3)在雙工方式方面，802.16d/e支持FDD和TDD兩種方式，其物理層技術(shù)基本相