DUT-Chapter6中文(大連理工軟件學院計算機網(wǎng)絡課件)

Wirelessnetwork內(nèi)容無線網(wǎng)絡概述

無線網(wǎng)絡的歷史背景

無線網(wǎng)絡的分類

無線網(wǎng)絡的發(fā)展和問題無線網(wǎng)絡的歷史背景古列爾默·馬可尼在1896年發(fā)明了無線電報。他在1901年把長波無線電信號從康沃爾（位于英國的西南部）跨過大西洋傳送到3200公里之外的圣約翰（位于加拿大）的紐芬蘭島。他的發(fā)明使雙方可以通過彼此發(fā)送用模擬信號編碼的字母數(shù)字符號來進行通信。第一代無線電話使用的是模擬技術(shù)，這種設(shè)備笨重且覆蓋范圍是不規(guī)則的，然而它們成功地向人們展示了移動通信的固有便捷性。現(xiàn)在的無線設(shè)備已經(jīng)采用了數(shù)字技術(shù)。二戰(zhàn)期間，美國軍隊率先在數(shù)據(jù)傳輸中使用無線電信號。這給之后的科學研究提供了靈感：1971年，夏威夷大學的研究小組基于無線電通信網(wǎng)絡--ALOHNET設(shè)計了第一個報文。ALOHNET是第一個無線局域網(wǎng)(WLAN)。第一個WLAN包含了7臺計算機，他們構(gòu)成了一個雙流向的星型拓撲以實現(xiàn)相互通信。無線網(wǎng)絡的分類無線個域網(wǎng)（WPAN）無線局域網(wǎng)（WLAN）無線城域網(wǎng)（WMAN）無線廣域網(wǎng)（WWAN）無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)

在個人工作地方把屬于個人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡，不需要使用接入點AP。整個網(wǎng)絡的范圍大約在10m左右。無線個人區(qū)域網(wǎng)

WPAN和個人區(qū)域網(wǎng)

PAN(PersonalAreaNetwork)并不完全等同，因為PAN不一定都是使用無線連接的。2ndTinyOSTechnologyExchange7UbiquitousHealthMonitoringZigBee的特點功耗非常低。在工作時，信號的收發(fā)時間很短；而在非工作時，ZigBee結(jié)點處于休眠狀態(tài)，非常省電。對于某些工作時間和總時間之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。ZigBee的標準在IEEE802.15.4標準基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。所有ZigBee產(chǎn)品也是802.15.4產(chǎn)品。IEEE802.15.4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)絡層和應用層）則是由ZigBee聯(lián)盟定義的。ZigBee的協(xié)議棧物理層MAC層網(wǎng)絡層應用層IEEE802.15.4定義ZigBee聯(lián)盟定義ZigBee協(xié)議棧WPAN和WLAN并不一樣。WPAN是以個人為中心來使用的無線人個區(qū)域網(wǎng)，它實際上就是一個低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術(shù)。WPAN都工作在2.4GHz的ISM頻段。但WLAN卻是同時為許多用戶服務的無線局域網(wǎng)，它是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。低速WPAN低速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2~250kb/s。低速WPAN的標準是IEEE802.15.4。最近新修訂的標準是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中最重要的就是ZigBee。ZigBee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，其主要特點是通信距離短（10~80m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。高速WPAN高速WPAN用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11~55Mb/s的數(shù)據(jù)率，標準是802.15.3，。IEEE802.15.3a工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標準的超高速WPAN，它使用超寬帶UWB技術(shù)。UWB(超寬帶)技術(shù)工作在3.1~10.6GHz微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶技術(shù)使用了瞬間高速脈沖，可支持100~400Mb/s的數(shù)據(jù)率，可用于小范圍內(nèi)高速傳送圖像或DVD質(zhì)量的多媒體視頻文件。UltrawidebandUltrawideband可以使人們在短距離內(nèi)以高的數(shù)據(jù)速率移動大量文件。例如，在家庭中，Ultrawideband可使用戶不需要任何凌亂的線纜就可將幾小時的視頻從一臺PC機傳送到TV上。在行車途中，乘客可以將筆記本電腦放在行李箱內(nèi)，通過Mobile-Fi接收數(shù)據(jù)，然后再利用Ultrawideband將這些數(shù)據(jù)拖到放在前座位的一臺手持式計算機上。無線局域網(wǎng)局域網(wǎng)也是一種由各種設(shè)備相互連接，并在這些設(shè)備間提供交換信息的手段的通信網(wǎng)絡。而相對于廣域網(wǎng)，局域網(wǎng)的范圍較小，通常是一棟樓或一片樓群，但是局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)率通常要比廣域網(wǎng)的高得多。IEEE802.11是關(guān)于無線局域網(wǎng)（WLAN）的標準，它主要涉及物理層和介質(zhì)訪問子層（MAC層）。在IEEE802.11標準無線用戶通過接入點（AP）連接到網(wǎng)絡，每個用戶終端使用無線網(wǎng)卡與AP連接。無線網(wǎng)卡和AP支持IEEE802.11物理層和MAC層標準，同樣AP也負責連接這些用戶到像IEEE802.3那樣的網(wǎng)絡。Wi-Fi多年來，這些無線電頻率被人們忽視，僅僅是在無繩電話和微波爐中應用。然而，近年來在消費者需求和活躍的標準化組織的激勵下，相當多的研究和開發(fā)工作在進行中。這些工作的第一個顯著成果是Wi-Fi（WirelessFidelity，無線保真），這是基于IEEE802.11標準的非常流行的無線局域網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi不僅覆蓋了基于辦公室的局域網(wǎng)，也包括基于家庭的局域網(wǎng)和公開可獲得的熱點（hotspots）。熱點是指中心天線周圍的一些區(qū)域，人們使用經(jīng)適當配備的筆記本電腦可以無線地共享信息或連接到Internet上。StandardsIEEE802.11.b–2.4GHz–11MbpsIntroductiontoWireless/802.11bInternationalstandardforwirelessnetworkingthatoperatesinthe2.4GHzfrequencyrange(2.4GHzto2.4835GHz)andprovidesathroughputofupto11Mbpswitharangeofjustover300feetindoors.Thisisaverycommonlyusedfrequency.Microwaveovens,cordlessphones,medicalandscientificequipment,aswellasBluetoothdevices,allworkwithinthe2.4GHzfrequencyband.StandardsIEEE802.11.b–2.4GHz–11MbpsIntroductiontoWireless/802.11b802.11benablestransfersofupto11Mbps.Comparableto10BaseTinspeeds,802.11bisthemostcommonwirelessstandarddeployedtoday.

MostdeploymentsofWirelessutilize802.11b

StandardsIEEE802.11.a–5GHz–11MbpsIntroductiontoWireless/802.11bInternationalstandardforwirelessnetworkingthatoperatesinthe5GHzfrequencyrange(5.725GHzto5.850GHz)withamaximum54Mbpsdatatransferrate.The5GHzfrequencybandisnotascrowdedasthe2.4GHzfrequency,becausethe802.11aspecificationoffersmoreradiochannelsthanthe802.11b.Theseadditionalchannelscanhelpavoidradioandmicrowaveinterference.Costof802.11aequipmentisapproximatelytwicethatof802.11bandcurrentdeploymentislimited.StandardsIEEE802.11.b–2.4GHz–11MbpsIEEE802.11.a–5GHz–54MbpsIEEE802.11g–2.4Ghz–Hybrid11/54Mbps802.11gisopenforcommentsuntilJanuary8,2003.IntroductiontoWireless/802.11b802.11n

802.11n(2.4-5GHzrange)wasdesignedtoimproveon802.11gintheamountofbandwidthsupportedbyutilizingmultiplewirelesssignalsandantennas(calledMIMOtechnology)insteadofone.Industrystandardsgroupsratified802.11nin2009withspecificationsprovidingforupto300Mbpsofnetworkbandwidth.802.11nalsoofferssomewhatbetterrangeoverearlierWi-Fistandardsduetoitsincreasedsignalintensity,anditisbackward-compatiblewith802.11b/ggear.Consof802.11n-standardisnotyetfinalized;costsmorethan802.11g;theuseofmultiplesignalsmaygreatlyinterferewithnearby802.11b/gbasednetworks.無線城域網(wǎng)(WirelessMetropolitanAreaNetwork)

顧名思義，城域網(wǎng)是介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的中等規(guī)模的網(wǎng)絡。無線城域網(wǎng)的主要市場是那些在城市范圍內(nèi)對高容量通信有需求的用戶。相比于從本地電話公司那里獲得的同樣服務，一個無線城域網(wǎng)就是要以更低的成本和更高的效率為用戶提供所需容量的通信服務。WiMAXWiMAX類似于Wi-Fi。二者均可建立熱點，Wi-Fi覆蓋的范圍是幾百米，WiMAX可以有40~50?000米的覆蓋范圍。因而，WiMAX可以為用于最后一英里寬帶接入的有線、DSL和T1/E1方案提供一種無線的技術(shù)選擇。它也作為附贈技術(shù)可用于連接802.11熱點和Internet。WiMAX最初部署在固定位置上，但其移動版本在開發(fā)中。WiMAX是基于IEEE802.16的一個互操作能力規(guī)范。802.16無線城域網(wǎng)服務范圍的示意圖ISP802.11WLAN802.11熱點802.11WLAN802.16802.16802.16基站802.16因特網(wǎng)802.16基站802.16802.16電信網(wǎng)無線廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)覆蓋了很大的地理范圍，它可能需要通過公共信道，或者至少有一部分依靠的是公共載波電路進行傳輸?shù)木W(wǎng)絡。一個典型的無線廣域網(wǎng)包括了多個相互連接的交換節(jié)點。所有的傳輸過程都是從一個設(shè)備出發(fā)，途經(jīng)這些網(wǎng)絡節(jié)點，最后到達所規(guī)定的目的設(shè)備。電信組織為無線廣域網(wǎng)制定了系列標準，例如GSM標準、CDMAIS一95標準等等。GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)是由歐洲電信公司提出的標準，CDMA接入技術(shù)采用TDMA和FDMA，調(diào)制采用GMSK技術(shù)。覆蓋范圍幾種無線網(wǎng)絡的比較1Gb/s100Mb/s10Mb/s1Mb/s100kb/s10kb/s用戶數(shù)據(jù)率PANLANMANWAN802.15.4ZigBee802.15.1藍牙802.15.3超寬帶802.11g,a802.11b802.162G移動通信3G移動通信4G移動通信Wi-FiWiMAXWWANWMANWLANWPAN傳輸范圍0.011010.11001000數(shù)據(jù)傳輸率（Mbps）IEEE802.20標準專門為基于IP的移動寬帶無線接入技術(shù)而制定其他網(wǎng)絡類型：無線傳感器網(wǎng)絡WSN(WirelessSensorNetwork)由大量傳感器結(jié)點通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡的應用是進行各種數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是在大部分時間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的消耗。由于無線傳感結(jié)點的存儲容量受限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴格的限制。無線傳感器網(wǎng)絡還對網(wǎng)絡安全性、結(jié)點自動配置、網(wǎng)絡動態(tài)重組等方面有一定的要求。什么是無線傳感網(wǎng)絡？30

無線傳感網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成的多跳無線網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)概念篇

大規(guī)模、自組織、隨機部署、環(huán)境復雜、傳感器節(jié)點資源有限、網(wǎng)絡拓撲經(jīng)常變化Multi-hopNodeRelayGateWayInternet,衛(wèi)星或者移動通信監(jiān)控中心NodeNode三種類型的節(jié)點，密集網(wǎng)絡自組織多跳路由

cluster傳感器結(jié)點的形狀(a)和組成(b)存儲器CPU傳感器硬件電池無線收發(fā)器(a)(b)無線傳感器網(wǎng)絡主要的應用領(lǐng)域環(huán)境監(jiān)測與保護（如洪水預報、動物棲息的監(jiān)控）；戰(zhàn)爭中對敵情的偵查和對兵力、裝備、物資等的監(jiān)控；醫(yī)療中對病房的監(jiān)測和對患者的護理；在危險的工業(yè)環(huán)境（如礦井、核電站等）中的安全監(jiān)測；城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全控制等。3435Sensorattachedtoeveryvehicle.Capableofdetectingtheirlocation,vehiclesizes,speedsand;roadconditions…Alternateroutes,estimatetriptimes…

TrafficControl應用場景36

BiologicalSystems應用場景WearableMonitoringSystemsPulseOximeter

脈搏血氧儀其他網(wǎng)絡類型：2.移動自組網(wǎng)絡

又稱自組網(wǎng)絡(adhocnetwork)

自組網(wǎng)絡AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點自組網(wǎng)絡是沒有固定基礎(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網(wǎng)絡。移動自組網(wǎng)絡的應用前景在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡進行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。當出現(xiàn)自然災害時，在搶險救災時利用移動自組網(wǎng)絡進行及時的通信往往很有效的，Introduction1-42SocialNetworksHowdoyouexplaintosaysomebodywhatSocialNetworkis?WhatSocialNetworkAnalysisis?NetworkAnalysisisthekeywordForthe21stCenturyResearchers,Politicians,PeopletalkaboutNetworksaroundyou.Howdoyouexplainwhatnetworkis?WhatisaNetwork?

WebDefinition:Asetofnodes,points,orlocationsconnectedbymeansofdata,voice,andvideocommunicationsforthepurposeofexchange.

LinkSocialNetworksAsocialnetworkisadescriptionofthesocialstructurebetweenactors,mostlyindividualsororganizations.Itindicatesthewaysinwhichtheyareconnectedthroughvarioussocialfamiliaritiesrangingfromcasualacquaintancetoclosefamiliarbonds.SocialnetworksandKMSWhySocialNetworksinKMS?PeopleTechnologyOrganizationProcessesKMKnowledgeManagementinvolvespeople,technology,andprocessesinOverlappingparts.SocialNetworksandKMSWhyarewestudyingSocialNetworks?WhattiesInformationArchitecture,KnowledgeManagementandSocialNetworkAnalysismorecloselytogetheristhereciprocalrelationshipbetweenpeopleandcontent.SocialNetworkAnalysisSocialnetworkanalysis[SNA]isthemappingandmeasuringofrelationshipsandflowsbetweenpeople,groups,organizations,computersorotherinformation/knowledgeprocessingentities.

Thenodesinthenetworkarethepeopleandgroupswhilethelinksshowrelationshipsorflowsbetweenthenodes.SocialNetworkAnalysisWemeasureSocialNetworkintermsof:1.DegreeCentrality:

Thenumberofdirectconnectionsanodehas.Whatreallymattersiswhere thoseconnectionsleadtoandhowtheyconnecttheotherwise unconnected.2.BetweennessCentrality:

Anodewithhighbetweennesshasgreatinfluenceoverwhatflowsinthe networkindicatingimportantlinksandsinglepointoffailure.3.ClosenessCentrality:

Themeasureofclosenessofanodewhichareclosetoeveryoneelse.Thepatternofthedirectandindirecttiesallowsthenodesanyothernodein thenetworkmorequicklythananyoneelse.Theyhavetheshortestpathsto allothers.ExerciseonSNA:KiteNetworkByDavidKrackhardt/inflow3.html6:WirelessandMobileNetworks6-56Wirelessnetworktaxonomysinglehopmultiplehopsinfrastructure(e.g.,APs)noinfrastructurehostconnectstobasestation(WiFi,WiMAX,cellular)whichconnectstolargerInternetnobasestation,noconnectiontolargerInternet(Bluetooth,adhocnets)hostmayhavetorelaythroughseveralwirelessnodestoconnecttolargerInternet:meshnetnobasestation,noconnectiontolargerInternet.MayhavetorelaytoreachotheragivenwirelessnodeMANET,VANET6:WirelessandMobileNetworks6-57WirelessLinkCharacteristics(1)Differencesfromwiredlink….decreasedsignalstrength:radiosignalattenuatesasitpropagatesthroughmatter(pathloss)interferencefromothersources:standardizedwirelessnetworkfrequencies(e.g.,2.4GHz)sharedbyotherdevices(e.g.,phone);devices(motors)interfereaswellmultipathpropagation:radiosignalreflectsoffobjectsground,arrivingaddestinationatslightlydifferenttimes….makecommunicationacross(evenapointtopoint)wirelesslinkmuchmore“difficult”無線中常見幾個問題Q1：何謂ISM頻段?

ANS：ISM(IndustrialScientificMedical)Band，此頻段(2.4~2.4835GHz)主要是開放給工業(yè)，科學、醫(yī)學，三個主要機構(gòu)使用，該頻段是依據(jù)美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)所定義出來，屬于FreeLicense，并沒有所謂使用授權(quán)的限制。Q2：無線網(wǎng)絡所能含蓋的范圍有多廣?

ANS：一般無線網(wǎng)絡所能含蓋的范圍應視環(huán)境的開放與否而定，若不加外接天線而言，在視野所及之處約250M，若屬半開放性空間，有隔間之區(qū)域，則約35~50M左右，當然若加上外接天線，則距離可達更遠，此關(guān)系到天線本身之增益而定，因此需視客戶之需求而加以規(guī)劃之。Q3：何謂橋接器(AccessPoint)?

ANS：AccessPoint，一般俗稱為網(wǎng)絡橋接器，顧名思義即是當作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡與無線局域網(wǎng)絡之橋梁，因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡之PC均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)絡甚至廣域網(wǎng)絡之資源。除此之外，AP本身又兼具有網(wǎng)管之功能，可針對接有無線網(wǎng)絡卡之PC作必要之控管。Q4：AccessPoint在使用上可同時支持多少工作站?

ANS：理論上是可以支持到一個CLASSC，但為了讓工作站本身有足夠之頻寬可利用，一般建議一臺AP約支持20~30左右之工作站為最佳狀態(tài)。Q5：何謂漫游(Roaming)功能?

ANS：如同大哥大一般，可漫游在不同的基地臺之間，無線網(wǎng)絡工作站亦可漫游在不同的AP之間，只要AP群的ESSID定義一樣，則自然無線網(wǎng)絡工作站可自由的漫游于無線電波所能含蓋之區(qū)域。無線網(wǎng)絡1.1無線局域網(wǎng)WLAN1.1.1無線局域網(wǎng)的組成

1.1.2802.11標準中的物理層

1.1.3802.11標準中的MAC層

1.1.4802.11標準中的MAC幀課件制作人：謝希仁1.1無線局域網(wǎng)

1.1.1無線局域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)AP1AP2一個基本服務集BSS包括一個基站和若干個移動站，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，都要通過本BSS的基站。AP1AP2基本服務集內(nèi)的基站叫做接入點AP(AccessPoint)其作用和網(wǎng)橋相似。AP1AP2當網(wǎng)絡管理員安裝AP時，必須為該AP分配一個不超過32字節(jié)的服務集標識符SSID

和一個信道。AP1AP2一個基本服務集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)

DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一個基本服務集，構(gòu)成擴展的服務集ESS(ExtendedServiceSet)。AP1AP2ESS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，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當于一個網(wǎng)橋。AP1AP2移動站A從某一個基本服務集漫游到另一個基本服務集（到A的位置），仍可保持與另一個移動站B進行通信。與接入點AP

建立關(guān)聯(lián)(association)一個移動站若要加入到一個基本服務集BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此接入點建立關(guān)聯(lián)。建立關(guān)聯(lián)就表示這個移動站加入了選定的AP所屬的子網(wǎng)，并和這個AP之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。只有關(guān)聯(lián)的AP才向這個移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的AP才能向其他站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。移動站與AP建立關(guān)聯(lián)的方法被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標幀(beaconframe)。信標幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務集標識符SSID以及支持的速率等）。主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀(proberequestframe)，然后等待從AP發(fā)回的探測響應幀(proberesponseframe)。例如：

無線移動終端（WirelessSTAtion，STA）直接與無線網(wǎng)絡接入點（AccessPoint，AP）進行信息交換，其中STA與AP進行連接時要經(jīng)歷探測、認證和關(guān)聯(lián)三個階段[1]在探測階段，STA可以被動地接收AP的廣播消息，并自動地加入到AP子網(wǎng)絡之中，也可以主動請求加入AP子網(wǎng)絡；第二階段是認證階段，即STA按某種認證機制接受AP的認證過程。第三階段是關(guān)聯(lián)階段，STA發(fā)送關(guān)聯(lián)請求給AP，AP接受關(guān)聯(lián)后將該STA記錄到AP的無線設(shè)備關(guān)聯(lián)表中。通常情況下，AP可以同時與多個STA建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，而STA在同一時刻只能與一個AP建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。熱點(hotspot)現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機場、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。這樣的地點就叫做熱點。由許多熱點和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(hotzone)。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務提供者

WISP(WirelessInternetServiceProvider)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)。1.1.2802.11局域網(wǎng)的物理層802.11無線局域網(wǎng)可再細分為不同的類型?，F(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。

802.11的物理層有以下幾種實現(xiàn)方法：直接序列擴頻DSSS正交頻分復用OFDM

跳頻擴頻FHSS（已很少用）紅外線

IR（已很少用）

課件制作人：幾種常用的802.11無線局域網(wǎng)標準頻段數(shù)據(jù)速率物理層優(yōu)缺點802.11b2.4GHz最高為11Mb/sHR-DSSS最高數(shù)據(jù)率較低，價格最低，信號傳播距離最遠，且不易受阻礙802.11a5GHz最高為54Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時上網(wǎng)，價格最高，信號傳播距離較短，且易受阻礙802.11g2.4GHz最高為54Mb/sOFDM最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時上網(wǎng)，信號傳播距離最遠，且不易受阻礙，價格比802.11b貴課件制作人：1.1.3802.11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。這里主要有兩個原因。CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。無線局域網(wǎng)的特殊問題當A和C檢測不到無線信號時，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(hiddenstationproblem)A的作用范圍C的作用范圍ABCD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檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實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(exposedstationproblem)ADCB？B的作用范圍C的作用范圍CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進的CSMA協(xié)議。改進的辦法是把CSMA增加一個碰撞避免(CollisionAvoidance)功能。802.11就使用CSMA/CA協(xié)議。而在使用CSMA/CA的同時，還增加使用停止等待協(xié)議。下面先介紹802.11的MAC層。

802.11的MAC層MAC層無爭用服務（選用）爭用服務（必須實現(xiàn)）分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層MAC層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務集BSS中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層DCF子層在每一個結(jié)點使用CSMA機制的分布式接入算法，讓各個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。MAC層無爭用服務爭用服務分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)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)

輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生幀間間隔IFS所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔

IFS(InterFrameSpace)。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間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。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)生碰撞的機會。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站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，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應當能夠在這段時間內(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AP發(fā)送出的任何幀。CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的發(fā)生，只有當客戶端收到網(wǎng)絡上返回的ACK信號后才確認送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達目的。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(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（在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加一個時隙(slot)長度。時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務集BSS內(nèi)當某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS

其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再增加一個時隙長度。CSMA/CA協(xié)議的原理欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在802.11標準中規(guī)定了在物理層的空中接口進行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對信號強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)。當源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送。

為什么信道空閑還要再等待這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認幀ACK。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認幀ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到確認為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽(VirtualCarrierSense)的機制是讓源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認幀所需的時間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機會。“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)。虛擬載波監(jiān)聽的效果這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其MAC幀首部中的第二個字段“持續(xù)時間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認幀所需的時間。網(wǎng)絡分配向量當一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡分配向量

NAV(NetworkAllocationVector)。NAV指出了必須經(jīng)過多少時間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。爭用窗口信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進入爭用窗口，并計算隨機退避時間以便再次重新試圖接入到信道。在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時，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。802.