無線基礎(chǔ)一.doc

第一課IEEE 802.11協(xié)議簡述作為全球公認(rèn)的局域網(wǎng)權(quán)威，IEEE 802工作組建立的標(biāo)準(zhǔn)在過去二十年內(nèi)在局域網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)獨領(lǐng)風(fēng)騷。這些協(xié)議包括了802.3 Ethernet協(xié)議、802.5 Token Ring協(xié)議、802.3z 100BASET快速以太網(wǎng)協(xié)議。在1997年，經(jīng)過了7年的工作以后，IEEE發(fā)布了802.11協(xié)議，這也是在無線局域網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)的第一個國際上被認(rèn)可的協(xié)議。在1999年9月，他們又提出了802.11bHigh Rate協(xié)議，用來對802.11協(xié)議進行補充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps兩個新的網(wǎng)絡(luò)吞吐速率。利用802.11b，移動用戶能夠獲得同Ethernet一樣的性能、網(wǎng)絡(luò)吞吐率、可用性。這個基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)使得管理員可以根據(jù)環(huán)境選擇合適的局域網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)造自己的網(wǎng)絡(luò)，滿足他們的商業(yè)用戶和其他用戶的需求。802.11協(xié)議主要工作在ISO協(xié)議的最低兩層上，并在物理層上進行了一些改動，加入了高速數(shù)字傳輸?shù)奶匦院瓦B接的穩(wěn)定性。 主要內(nèi)容： 1.802.11工作方式 2.802.11物理層 3.802.11b的增強物理層 4.802.11數(shù)字鏈路層 5.聯(lián)合結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和漫游 1. 802.11工作方式802.11定義了兩種類型的設(shè)備，一種是無線站，通常是通過一臺PC機器加上一塊無線網(wǎng)絡(luò)接口卡構(gòu)成的，另一個稱為無線接入點(Access Point, AP)，它的作用是提供無線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網(wǎng)絡(luò)接口(802.3接口)構(gòu)成，橋接軟件符合802.1d橋接協(xié)議。接入點就像是無線網(wǎng)絡(luò)的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線的網(wǎng)絡(luò)上。無線的終端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非計算機終端上的嵌入式設(shè)備(例如802.11手機)。 2. 802.11物理層在802.11最初定義的三個物理層包括了兩個擴散頻譜技術(shù)和一個紅外傳播規(guī)范，無線傳輸?shù)念l道定義在2.4GHz的ISM波段內(nèi)，這個頻段，在各個國際無線管理機構(gòu)中，例如美國的USA，歐洲的ETSI和日本的MKK都是非注冊使用頻段。這樣，使用802.11的客戶端設(shè)備就不需要任何無線許可。擴散頻譜技術(shù)保證了802.11的設(shè)備在這個頻段上的可用性和可靠的吞吐量，這項技術(shù)還可以保證同其他使用同一頻段的設(shè)備不互相影響。802.11無線標(biāo)準(zhǔn)定義的傳輸速率是1Mbps和2Mbps，可以使用FHSS(frequency hopping spread spectrum)和DSSS(direct sequence spread spectrum)技術(shù)，需要指出的是，F(xiàn)HSS和DHSS技術(shù)在運行機制上是完全不同的，所以采用這兩種技術(shù)的設(shè)備沒有互操作性。3. 802.11b的增強物理層802.11b在無線局域網(wǎng)協(xié)議中最大的貢獻就在于它在802.11協(xié)議的物理層增加了兩個新的速度：5.5Mbps和11Mbps。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，DSSS被選作該標(biāo)準(zhǔn)的唯一的物理層傳輸技術(shù)，這個決定使得802.11b可以和1Mbps和2M的802.11bps DSSS系統(tǒng)互操作。最初802.11的DSSS標(biāo)準(zhǔn)使用11位的chippingBarker序列來將數(shù)據(jù)編碼并發(fā)送，每一個11位的chipping代表一個一位的數(shù)字信號1或者0，這個序列被轉(zhuǎn)化成波形(稱為一個Symbol)，然后在空氣中傳播。這些Symbol以1MSps(每秒1M的symbols)的速度進行傳送，傳送的機制稱為BPSK(Binary Phase Shifting Keying )，在2Mbps的傳送速率中，使用了一種更加復(fù)雜的傳送方式稱為QPSK(Quandrature Phase Shifting Keying)，QPSK中的數(shù)據(jù)傳輸率是BPSK的兩倍，以此提高了無線傳輸?shù)膸挕Ｔ?02.11b標(biāo)準(zhǔn)中，一種更先進的編碼技術(shù)被采用了，在這個編碼技術(shù)中，拋棄了原有的11位Barker序列技術(shù)，而采用了CCK(Complementary Code Keying)技術(shù)，它的核心編碼中有一個64個8位編碼組成的集合，在這個集合中的數(shù)據(jù)有特殊的數(shù)學(xué)特性使得他們能夠在經(jīng)過干擾或者由于反射造成的多方接受問題后還能夠被正確地互相區(qū)分。5.5Mbps使用CCK串來攜帶4位的數(shù)字信息，而11Mbps的速率使用CCK串來攜帶8位的數(shù)字信息。兩個速率的傳送都利用QPSK作為調(diào)制的手段，不過信號的調(diào)制速率為1.375MSps。這也是802.11b獲得高速的機理。表1中列舉了這些數(shù)據(jù)。為了支持在有噪音的環(huán)境下能夠獲得較好的傳輸速率，802.11b采用了動態(tài)速率調(diào)節(jié)技術(shù)，來允許用戶在不同的環(huán)境下自動使用不同的連接速度來補充環(huán)境的不利影響。在理想狀態(tài)下，用戶以11M的全速運行，然而，當(dāng)用戶移出理想的11M速率傳送的位置或者距離時，或者潛在地受到了干擾的話，這把速度自動按序降低為5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。同樣，當(dāng)用戶回到理想環(huán)境的話，連接速度也會以反向增加直至11Mbps。速率調(diào)節(jié)機制是在物理層自動實現(xiàn)而不會對用戶和其它上層協(xié)議產(chǎn)生任何影響。 4. 802.11數(shù)字鏈路層802.11的MAC和802.3協(xié)議的MAC非常相似，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進行網(wǎng)絡(luò)的可用性。在802.3協(xié)議中，是由一種稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的協(xié)議來完成調(diào)節(jié)，而在802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議中，沖突的檢測存在一定的問題，這個問題稱為Near/Far現(xiàn)象，這是由于要檢測沖突，設(shè)備必須能夠一邊接受數(shù)據(jù)信號一邊傳送數(shù)據(jù)信號，而這在無線系統(tǒng)中是無法辦到的。鑒于這個差異，在802.11中對CSMA/CD進行了一些調(diào)整，采用了新的協(xié)議CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者DCF(Distributed Coordination Function)。 CSMA/CA利用ACK信號來避免沖突的發(fā)生，也就是說，只有當(dāng)客戶端收到網(wǎng)絡(luò)上返回的ACK信號后才確認(rèn)送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)目的。CSMA/CA通過這種方式來提供無線的共享訪問，這種顯式的ACK機制在處理無線問題時非常有效。然而不管是對于802.11還是802.3來說，這種方式都增加了額外的負(fù)擔(dān)，所以802.11網(wǎng)絡(luò)和類似的Ethernet網(wǎng)比較總是在性能上稍遜一籌。 另一個的無線MAC層問題是hidden node問題。兩個相反的工作站利用一個中心接入點進行連接，這兩個工作站都能夠聽到中心接入點的存在，而互相之間則可能由于障礙或者距離原因無法感知到對方的存在。為了解決這個問題，802.11在MAC層上引入了一個新的Send/Clear to Send(RTS/CTS)選項，當(dāng)這個選項打開后，一個發(fā)送工作站傳送一個RTS信號，隨后等待訪問接入點回送RTS信號，由于所有的網(wǎng)絡(luò)中的工作站能夠聽到訪問接入點發(fā)出的信號，所以CTS能夠讓他們停止傳送數(shù)據(jù)，這樣發(fā)送端就可以發(fā)送數(shù)據(jù)和接受ACK信號而不會造成數(shù)據(jù)的沖突，這就間接解決了hidden node問題。由于RTS/CTS需要占用網(wǎng)絡(luò)資源而增加了額外的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，一般只是在那些大數(shù)據(jù)報上采用(重傳大數(shù)據(jù)報會耗費較大)。 最后，802.11MAC子層提供了另兩個強壯的功能，CRC校驗和包分片。在802.11協(xié)議中，每一個在無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報都被附加上了校驗位以保證它在傳送的時候沒有出現(xiàn)錯誤，這和Ethernet中通過上層TCP/IP協(xié)議來對數(shù)據(jù)進行校驗有所不同。包分片的功能允許大的數(shù)據(jù)報在傳送的時候被分成較小的部分分批傳送。這在網(wǎng)絡(luò)十分擁擠或者存在干擾的情況下(大數(shù)據(jù)報在這種環(huán)境下傳送非常容易遭到破壞)是一個非常有用的特性。這項技術(shù)大大減少了許多情況下數(shù)據(jù)報被重傳的概率，從而提高了無線網(wǎng)絡(luò)的整體性能。MAC子層負(fù)責(zé)將收到的被分片的大數(shù)據(jù)報進行重新組裝，對于上層協(xié)議這個分片的過程是完全透明的。 5.聯(lián)合結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和漫游802.11的MAC子層負(fù)責(zé)解決客戶端工作站和訪問接入點之間的連接。當(dāng)一個802.