第6章無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

11.IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)（1）起源和發(fā)展（2）IEEE802.11WLAN主要特性綜述2（1）起源和發(fā)展IEEEWLAN標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代后期，即1985年美國聯(lián)邦通信委員會FCC為非授權(quán)用戶開放了3個ISM無線頻段之后，而WLAN標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的重要里程碑卻是1997年IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)和發(fā)布。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)最初規(guī)定的數(shù)據(jù)速率是1Mbps和2Mbps，隨后幾年對標(biāo)準(zhǔn)做了改進(jìn)，改進(jìn)版本在IEEE802.11后加字母后綴，如IEEE802.11a,b和g等。3（1）起源和發(fā)展IEEE802.11a、b于1999年7月正式批準(zhǔn)。IEEE802.11b提供的數(shù)據(jù)速率上升到11Mbps，成為第一個在Wi-Fi標(biāo)志下將產(chǎn)品推向市場的標(biāo)準(zhǔn)。2003年6月IEEE802.11g規(guī)范正式批準(zhǔn)，物理層速率提高到54Mbps，并提高了與IEEE802.11b設(shè)備在2.4GHzISM頻段共用的能力。4IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)家族56（2）IEEE802.11WLAN主要特性綜述IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了無線局域網(wǎng)的物理層和MAC層。如圖6.1所示，數(shù)據(jù)鏈路層（OSI第2層）中的上層部分為IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的邏輯鏈路控制層(LLC)，也用于以太網(wǎng)(IEEE802.3)中，LLC為網(wǎng)絡(luò)層和高層協(xié)議提供鏈路。123網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制（LLC）媒體訪問控制（MAC）物理層（PHY）7IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)組成8在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中，WLAN基于單元結(jié)構(gòu)，每個單元被稱為基本業(yè)務(wù)區(qū)(BSS)，在一個接入點(diǎn)的控制下。當(dāng)多個基站工作在同一個BSS時，表明這些基站使用相同的RF信道發(fā)送和接收、使用共用的BSSID(BSSIdentity)、同樣的數(shù)據(jù)速率、同步于共用的定時器。這些BSS參數(shù)包含在信標(biāo)幀中，定期由站點(diǎn)或接入點(diǎn)廣播。9BSS（基本服務(wù)集）IBSSBSS10IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了BSS的兩種工作模式，Adhoc模式和固定結(jié)構(gòu)模式。Adhoc模式：當(dāng)兩個或兩個以上的IEEE802.11站點(diǎn)不依靠接入點(diǎn)或有線網(wǎng)絡(luò)而直接相互通信，則形成Adhoc網(wǎng)絡(luò)。這種工作模式也叫對等模式，允許一組具有無線功能的計(jì)算機(jī)之間迅速建立起無線連接用于數(shù)據(jù)共享。11在Adhoc模式中的基本業(yè)務(wù)區(qū)稱為獨(dú)立基本業(yè)務(wù)區(qū)(IndependentBasicServiceSet,IBSS)，在同一IBSS下所有的站點(diǎn)廣播相同的信標(biāo)幀，使用隨機(jī)生成的BSSID。Ad-hoc模式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獨(dú)立的基本服務(wù)組（IBSS）12基本服務(wù)組（BSS）固定結(jié)構(gòu)模式：當(dāng)站點(diǎn)與接入點(diǎn)通信而不是站點(diǎn)之間直接通信時，則構(gòu)成固定結(jié)構(gòu)模式。家庭WLAN，有一個接入點(diǎn)及多個通過以太網(wǎng)集線器或交換機(jī)連接的有線設(shè)備，就是一個固定結(jié)構(gòu)模式BSS的例子。在BSS內(nèi)站點(diǎn)間通信通過接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，即使兩個站點(diǎn)位于相同的單元中。普通模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)13對比在單元內(nèi)這種雙倍的通信（先從發(fā)送站點(diǎn)到接入點(diǎn)，再從接入點(diǎn)到目的站點(diǎn)）在簡單的網(wǎng)絡(luò)中似乎是沒有必要的。但是使用BSS而不是IBSS的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)接收站處于待機(jī)模式、臨時不在通信范圍內(nèi)以及被切斷時，接入點(diǎn)可以緩存數(shù)據(jù)。在固定結(jié)構(gòu)模式中接入點(diǎn)還可以承擔(dān)廣播信標(biāo)幀的任務(wù)。14可以將接入點(diǎn)連接到分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)通常是有線網(wǎng)絡(luò)，接入點(diǎn)也可以作為連接到其他無線網(wǎng)絡(luò)單元的無線網(wǎng)橋。在這種情況下，含有一個接入點(diǎn)的單元即為一個BSS，在一個局域網(wǎng)中的兩個或多個這樣的單元構(gòu)成了擴(kuò)展業(yè)務(wù)區(qū)(ESS)。15ESS（擴(kuò)展服務(wù)集）

屬Infrastructured網(wǎng)(DS:分配系統(tǒng)，AP：接入點(diǎn)，SSID：ESS擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)識符。一個移動節(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，移動節(jié)點(diǎn)便可實(shí)現(xiàn)從該ESS的一個BSS到另一個BSS的漫游)16在ESS中，接入點(diǎn)(AP)利用分布式系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從一個BSS傳送到另一個BSS，也可以在服務(wù)不中斷的情況下把站點(diǎn)從一個AP移動到另一個AP。而網(wǎng)絡(luò)外部的傳輸和路由協(xié)議感覺不到這種移動，即設(shè)備路由的快速變化。在IEEE802.11k之前，IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)的移動性僅限于一個ESS內(nèi)的BSS之間的站點(diǎn)移動，稱為BSS遷移。IEEE802.11k支持ESS之間的站點(diǎn)漫游，當(dāng)感知到某個站點(diǎn)超出覆蓋范圍時，接入點(diǎn)發(fā)出位置報(bào)告來確定站點(diǎn)可以連接的可選接入點(diǎn)，以使服務(wù)不間斷。172.IEEE802.11MAC層（1）無線媒體接入（2）發(fā)現(xiàn)和加入網(wǎng)絡(luò)（3）站點(diǎn)服務(wù)（4）分布式系統(tǒng)服務(wù)18（1）無線媒體接入有線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)接口能夠通過感知載波來檢測沖突，例如在以太網(wǎng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)時如果檢測到?jīng)_突則停止發(fā)送。這就是載波監(jiān)聽/沖突檢測(CSMA/CD)的媒體接入機(jī)制。無線網(wǎng)絡(luò)中多個發(fā)射站點(diǎn)的共享媒體接入的實(shí)現(xiàn)比有線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，這是因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)無法檢測到自己的發(fā)射和其他站點(diǎn)發(fā)射的沖突，因?yàn)闊o線電收發(fā)信機(jī)不能在同一時間既發(fā)射又監(jiān)聽其他站點(diǎn)的發(fā)射。1920212223IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了一些MAC層協(xié)調(diào)功能來調(diào)節(jié)多個站點(diǎn)的媒體接入。媒體接入方法可以是基于競爭的，如強(qiáng)制性的IEEE802.11分布式協(xié)調(diào)功能(DistributedCoordinationFunction,DCF)，所有的站點(diǎn)競爭接入媒體。媒體接入方法也可以是無競爭的，如可選擇的點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PointCoordinationFunction,PCF)，站點(diǎn)可以被分配在特定的時間單獨(dú)使用媒體。24

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間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。25分布協(xié)調(diào)功能DCF----爭用服務(wù)（必選項(xiàng)）(DistributedCoordinationFunction)DCF在每一個結(jié)點(diǎn)使用CSMA

機(jī)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(wù)。點(diǎn)協(xié)調(diào)功能

PCF----無爭用服務(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)輪流交給各個站從而避免了沖突的產(chǎn)生。26802.11CSMA發(fā)送站：-如監(jiān)聽到信道空閑,經(jīng)DIFS時間后則發(fā)送整個幀（發(fā)送時不用沖突檢測）-如果監(jiān)聽到信道忙，則堅(jiān)持監(jiān)聽到不忙時，經(jīng)DIFS時間后進(jìn)入競爭期，進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避（第i次退避時，在2i+2個時隙中隨機(jī)選擇一個），退避后重新嘗試發(fā)送-如果發(fā)后未收到ACK(超時)，則重發(fā)幀802.11CSMA接收站：-如果接收正確，則在SIFS時間后應(yīng)答一個ACK幀

其它站點(diǎn)：

聽到信道上在發(fā)送數(shù)據(jù)，則推遲訪問信道NAV(NetworkAllocationVector)時間2728Q：無線站點(diǎn)監(jiān)聽時如何判定信道“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，通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值來判定是否有其他的無線站點(diǎn)在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。Q：為何無線站點(diǎn)監(jiān)聽到信道空閑還要再等待？A：因?yàn)榇藭r可能有多個站點(diǎn)都在監(jiān)聽，而其他的站點(diǎn)可能有更高優(yōu)先級的幀要發(fā)送，如其有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送（高優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時間較短，可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，低優(yōu)先級幀需等待的幀間間隔時間較長，須等待較長時間。）SIFS>PIFS>DIFS>EIFS29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。這段時間的通稱為幀間間隔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)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。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。30短幀間間隔

SIFS

SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為10s（802.11g為例），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(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從接收方式切換到發(fā)送方式。使用

SIFS幀間間隔的場合：(1)應(yīng)答ACK幀(2)應(yīng)答CTS

幀

(3)過長的MAC

幀分片后的數(shù)據(jù)幀

(4)應(yīng)答

AP探詢幀

(5)PCF方式中接入點(diǎn)

AP

發(fā)送出的任何幀。31PCF幀間間隔

PIFS

PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔（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

長度:SIFS

加一個時隙(slot)長度（其長度為20s），即30s。時隙(時間片)長度選多長？在一個基本服務(wù)集

BSS內(nèi)，若一無線站點(diǎn)在某個時隙開始接入到媒體，則在下一個時隙開始時，其他站都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)，選定該長度作為時隙長度。32DCF幀間間隔DIFS、延長幀間間隔EIFS

DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔，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，因此DIFS的長度為50s。EIFS，即延長幀間間隔（最長的IFS），站點(diǎn)在進(jìn)行幀重發(fā)時所必須等待的時間。EIFS的長度至少等于DIFS再增加一個時隙長度，因此DIFS

的長度為70s。SIFS<PIFS<DIFS<EIFS33虛擬載波監(jiān)聽

虛擬載波監(jiān)聽(VirtualCarrierSense)：源站將它還要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需時間）在其MAC幀首部字段“持續(xù)時間”中填入指示給所有其他站，其他所有站會在這段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣大大減少了沖突的機(jī)會。34“虛擬”是指其他站并沒有真正監(jiān)聽信道，而是檢測到源站發(fā)送幀中的“持續(xù)時間”才不發(fā)送數(shù)據(jù)，這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。當(dāng)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(luò)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)。35隱藏節(jié)點(diǎn)(Hiddenterminal)效應(yīng)

如只使用CSMA，偵聽到信道“閑”可能結(jié)果不正確，由于：(a)隱藏節(jié)點(diǎn)問題----在發(fā)送方偵聽不到：A,C不能互相聽到，中間有障礙物、信號衰減，A、C于是都發(fā)給B，B處此時會產(chǎn)生沖突。(b)信號強(qiáng)度衰減問題----C在發(fā)送，由于信號傳輸衰減，傳到A處時，A聽不到，A以為聽到信道閑，也發(fā)，接收站B處此時產(chǎn)生沖突。36隱藏節(jié)點(diǎn)(Hiddenterminal)效應(yīng)隱藏節(jié)點(diǎn)是指在接收者的通信范圍內(nèi)而在發(fā)送者通信范圍外的節(jié)點(diǎn)。LocationSignalstrengthABC37暴露節(jié)點(diǎn)(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，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偵聽信道，它將聽到節(jié)點(diǎn)B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，于是錯誤地認(rèn)為它此時不能向節(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所謂暴露節(jié)點(diǎn)問題的出現(xiàn)。IEEE802.1138暴露節(jié)點(diǎn)(Exposedterminal)效應(yīng)暴露節(jié)點(diǎn)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。ABCDIEEE802.1139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:CSMAwithCollisionAvoidance40沖突避免:增加RTS-CTS交互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41沖突避免:RTS-CTS預(yù)約信道RTS與CTS為短幀:由于RTS幀長20字節(jié)，CTS幀長14字節(jié)，比最大數(shù)據(jù)幀長度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似于沖突檢測協(xié)議設(shè)計(jì)精巧，碰撞很少會發(fā)生。但極少數(shù)情況下碰撞仍可能發(fā)生，如B和C站同時向A發(fā)送RTS幀，這兩個RTS幀就會發(fā)生碰撞，A收不到正確的RTS幀，因而也不會發(fā)送后續(xù)的CTS幀，這時，B和C發(fā)現(xiàn)超時后，會隨機(jī)推遲一段時間后重新發(fā)送其RTS幀，推遲時間的算法也是使用二進(jìn)制指數(shù)退避。42隱藏節(jié)點(diǎn)問題解決方式節(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)傳輸時間C不會發(fā)數(shù)據(jù)包。

43暴露節(jié)點(diǎn)問題解決方式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而沒收到CTS，可以傳輸數(shù)據(jù)。44802.11MAC:CSMA/CA計(jì)算隨機(jī)退避時間(2i+2個時隙選一）以再次重新試圖接入信道45二進(jìn)制指數(shù)退避(BinaryBackoff)當(dāng)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間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時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)多個站都打算占用信道時）。46二進(jìn)制指數(shù)退避(BinaryBackoff)以下情況不使用退避算法：當(dāng)一個站要發(fā)送的是它的第一個數(shù)據(jù)幀時，并檢測到信道為空閑。其余情況下，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道為忙在每一次的重傳后在每一次的成功發(fā)送后47BinaryBackoff802.11使用的二進(jìn)制指數(shù)退避算法（BinaryBackoff）如下：第i次退避時，在2i+2個時隙中隨機(jī)選擇一個。[例]第1次退避在8個時隙中隨機(jī)選擇一個（而不是象以太網(wǎng)那樣第1次沖突后在2個時隙中選）；第2次退避在16個時隙中隨機(jī)選擇一個（而不是象以太網(wǎng)那樣第2次沖突后在4個時隙中選）。48BinaryBackoff然后根據(jù)該時隙數(shù)設(shè)置一個退避計(jì)時器進(jìn)行減1計(jì)時，當(dāng)計(jì)時器時間減小到0時就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。若時間還未減到0信道又變?yōu)槊?，則凍結(jié)該計(jì)時值重新等待信道變?yōu)榭臻e、再經(jīng)過時間DIFS后，繼續(xù)啟動退避計(jì)時器（從剩下的時間開始）。這樣規(guī)定有利于該繼續(xù)啟動計(jì)時器的站更早地接入信道中。49點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF（選項(xiàng)）IEEE802.11

還有：協(xié)調(diào)功能

PCF

–無爭用服務(wù)（可選項(xiàng)）(PointCoordinationFunction)某些AP有此功能。具有該功能的AP使用集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站，從而避免了沖突的產(chǎn)生?？梢杂迷跁r間敏感的服務(wù)場合，如音頻、視頻傳輸時；AP通過使用短的幀間間隔PIFS，可獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)；AP有了優(yōu)先發(fā)送權(quán)，就可以輪流向各個無線站點(diǎn)發(fā)送查詢請求，從而控制無線介質(zhì)的訪問。505152535455一個新的活躍站點(diǎn)第一步要做的是，判定在覆蓋范圍內(nèi)都有哪些站點(diǎn)并可以進(jìn)行鏈接。這可以通過被動或主動掃描實(shí)現(xiàn)。STA(站點(diǎn)）啟動初始化、開始正式使用AP傳送數(shù)據(jù)幀前，要經(jīng)過三個階段才能接入：(1)掃描(SCAN)

(2)認(rèn)證(Authentication)

(3)關(guān)聯(lián)(Association)

（2）發(fā)現(xiàn)和加入網(wǎng)絡(luò)56無線接入第一階段:掃描（SCAN)階段若無線站點(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，則會自己創(chuàng)建一個IBSS，等其他站來join。

57若無線站點(diǎn)STA設(shè)成Infrastructure模式：

1、主動掃描方式（特點(diǎn)：能迅速找到）

STA依次在11個信道發(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…582、被動掃描方式（特點(diǎn)：找到時間較長，但STA節(jié)電）

STA被動等待AP每隔一段時間定時送出的Beacon信標(biāo)幀，該幀提供了AP及所在BSS相關(guān)信息：“我在這里”…59掃描結(jié)束后會產(chǎn)生一份掃描報(bào)告，這份報(bào)告記錄了本次掃描所發(fā)現(xiàn)的BSS以及相關(guān)參數(shù)，因此我們使用無線網(wǎng)卡在完成掃描的時候，可以看到各個BSS的SSID、信道、加密模式、連接速率等信息。60

無線接入第二階段

:認(rèn)證（Authentication）階段基于802.11的設(shè)備使用的都是射頻通信，任何處于發(fā)送者覆蓋范圍內(nèi)的無線工作站均能接收發(fā)送者的信息，所以WLAN需要一種安全機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的安全性。兩種鏈路驗(yàn)證方法：1.OpenSystem：開放系統(tǒng)認(rèn)證是缺省使用的認(rèn)證機(jī)制，即不認(rèn)證。2.SharedKey：共享密鑰認(rèn)證，在認(rèn)證前STA和AP均預(yù)先設(shè)置好密碼；61兩種安全防范措施：1.MAC地址過濾：AP通過網(wǎng)卡MAC地址限制非法用戶接入。2.有線等效加密：WEP是一種基于RC4算法的、密鑰長度為40/104/128bit的加密技術(shù)。但是WEP密鑰BSS內(nèi)所有成員共享、初始向量IV較短且明文發(fā)送，導(dǎo)致密鑰很容易被破解，因此WEP并不安全；62

綜上，802.11a/b/g定義的安全機(jī)制存在嚴(yán)重隱患：1.采用的鏈路認(rèn)證機(jī)制不完善，認(rèn)證形同虛設(shè)；2.缺乏雙向認(rèn)證手段，STA無法識別非法的AP；3.加密key易被破譯，用戶數(shù)據(jù)易被竊聽；63

為解決802.11原有的WEP等協(xié)議的安全缺陷，802.11i應(yīng)運(yùn)而生；802.11i協(xié)議的主要內(nèi)容： 1.增強(qiáng)了STA和AP的認(rèn)證機(jī)制

采用雙向認(rèn)證方式，有效防止非法AP的使用。 2.增加了key的生成、管理和傳遞機(jī)制 802.11i定義了密鑰的動態(tài)協(xié)商、密鑰的分發(fā)和使用會話密鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密保護(hù)。 3.增加了兩類對稱加密算法TKIP與CCMP TKIP仍采用WEP的RC4作為流加密算法，可對現(xiàn)有設(shè)備提供很好的支持。CCMP機(jī)制是基于AES加密算法和CCM認(rèn)證方式的數(shù)據(jù)保護(hù)協(xié)議。但是AES對硬件要求較高，因此需要更換更高配置的設(shè)備才能支持。 4.增加了安全漫游的解決方案64Wi-FiProtectedAccess(WPA)

協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)從制定到發(fā)布需要較長的時間，在802.11i草案的基礎(chǔ)上，Wi-Fi聯(lián)盟制定了WPA安全機(jī)制。它使用TKIP(臨時密鑰完整性協(xié)議)，使用的加密算法還是WEP中使用的RC4算法，所以不需要修改原無線設(shè)備的硬件，WPA針對WEP中存在的問題，通過升級軟件的方法提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。WPA2 WPA2(WPA第二版)是Wi-Fi聯(lián)盟對采用IEEE802.11i安全增強(qiáng)功能的產(chǎn)品的認(rèn)證計(jì)劃。WPA2使用基于AES的CCMP協(xié)議，對這種協(xié)議的支持需要使用專門的芯片。因此，WPA2在安全性能上更突出，但是對于無線設(shè)備的兼容性并不很好。65

無線接入第三階段:關(guān)聯(lián)（Association）階段一旦完成身份驗(yàn)證，STA就可以跟AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便獲取網(wǎng)絡(luò)的完全訪問權(quán)。關(guān)聯(lián)屬于一種記錄保持過程，他讓分布式系統(tǒng)能夠記錄每個STA的位置，以便分布式系統(tǒng)將傳送給STA的幀傳送給正確的AP。關(guān)聯(lián)只限于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，在邏輯上等同于有線網(wǎng)絡(luò)中插入網(wǎng)線。802.11在規(guī)范中禁止STA同時與一個以上的AP形成關(guān)聯(lián)。66如上圖所示，關(guān)聯(lián)也是由STA發(fā)起的:STA一旦與AP完成身份驗(yàn)證，便可發(fā)送AssociationRequest幀請求關(guān)聯(lián)。未通過身份驗(yàn)證的STA會在AP的響應(yīng)中收到Deauthentication幀。802.11標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)范如何判斷是否允許關(guān)聯(lián)，因AP的實(shí)現(xiàn)而異。若關(guān)聯(lián)請求獲準(zhǔn)，AP就會以代表成功的狀態(tài)碼0及關(guān)聯(lián)標(biāo)識符（AssociationID，AID）來響應(yīng)。若關(guān)聯(lián)請求失敗，AP就會返回失敗狀態(tài)碼并終止整個過程。67無線接入過程示意圖AuthenticationServerAPSTAProbeRequestProbeResponse●●●ProbeRequestProbeResponseSSID比較AuthenticationRequestAuthenticationResponseAssociationRequestAssociationResponse掃描認(rèn)證關(guān)聯(lián)Y68802.11協(xié)議定義三類幀802.11MAC有三種類型的幀：數(shù)據(jù)幀、控制幀、管理幀。數(shù)據(jù)幀：主要負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)報(bào)文。

802.11定義了兩種數(shù)據(jù)幀：

Data：貨真價(jià)實(shí)的數(shù)據(jù)幀，所有802.11的數(shù)據(jù)報(bào)文的承載體；

Null：只有802.11MAC頭和FCS尾，STA可以使用它通知AP自己省電模式的切換。69控制幀：主要用來協(xié)助數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，負(fù)責(zé)無線區(qū)域的清空，信道的獲取等，還用于收到數(shù)據(jù)時的確認(rèn)。

RTS/CTS：負(fù)責(zé)無線信道的清空，取得媒介控制權(quán)。

PS-Poll：STA從省電模式醒來，可發(fā)送PS-Poll幀，從AP獲取緩存幀。

ACK：接收端收到報(bào)文后需要回應(yīng)ACK幀向發(fā)送端確認(rèn)收到了報(bào)文。

BlockAckRequest/BlockACK：802.11n中，為提升MAC層效率，使用BlockACK機(jī)制對一批數(shù)據(jù)幀一次性確認(rèn)。BlockAckRequest/BlockACK用來建立BlockACK通道。70管理幀：負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的管理，包括網(wǎng)絡(luò)信息通告、加入或退出無線網(wǎng)絡(luò)、頻譜管理等；

Beacon：周期性宣告某個802.11網(wǎng)絡(luò)的存在，以及支持的各類無線參數(shù)，如SSID、支持的速率、認(rèn)證類型、緩存幀的STA列表等；

ProbeRequest/Response：探測幀，STA可發(fā)送ProbeRequest來主動探測周圍有哪些802.11網(wǎng)絡(luò)；接收到的AP需回應(yīng)ProbeResponse，其中基本包含了Beacon幀的所有參數(shù)；

Authentication/Deauthentication：認(rèn)證/解除認(rèn)證，用于無線身份驗(yàn)證；71 AssociationRequest/Response：關(guān)聯(lián)請求/應(yīng)答，STA嘗試關(guān)聯(lián)某個AP時使用；

Disassociation：解除關(guān)聯(lián)，AP和STA均可以發(fā)送此幀解除和對方的關(guān)聯(lián)；

Action：802.11h標(biāo)準(zhǔn)中添加的幀，用來要求802.11設(shè)備進(jìn)行頻譜管理，如對空間中的信道、傳輸功率控制情況進(jìn)行測量，或進(jìn)行信道切換通告。Action幀可細(xì)分為5中子類型：MeasurementRequest/Report（測量請求/報(bào)告）、TPCRequest/Report（傳輸功率控制請求/報(bào)告）、ChannelSwitchAnnouncement（信道切換通告）。72802.11MAC幀格式802.11MAC幀種類雖多，但都遵循著相同的幀格式規(guī)范，均由幀頭(MACHeader)、幀主體(FrameBody)和幀校驗(yàn)(FCS)字段組成。幀類型的確定主要依據(jù)幀頭中的屬性字段。73Framecontrol字段（2byte）：ProtocolVersion字段：顯示該幀使用的MAC版本，目前802.11MAC只有一個版本，編號為0；Type與subtype字段：指示幀類型和子類型；ToDS與FromDS字段：指示幀是否來自和去往分布式系統(tǒng)；Morefragments字段：指示是否有后續(xù)分片的幀待傳送；Retry字段：指示管理幀或數(shù)據(jù)幀是否重傳；Powermanagement字段：指示STA發(fā)送當(dāng)前幀序列后將要進(jìn)入的狀態(tài)，Active或Sleep；MoreData字段：AP若設(shè)定此位，即代表至少有一個幀待傳給休眠中的STA；ProtectdFrame字段：指示當(dāng)前幀是否已被加密；Order字段:此位置1，幀與幀片段將嚴(yán)格依次傳送；74Duration/ID字段（2byte）：此字段有三種作用：

1.設(shè)定NAV：bit15==0，此字段用來設(shè)置NAV，Duration值代表當(dāng)前進(jìn)行的傳送會占用媒介的時間。

2.無競爭周期所傳送的幀：bit15==1，bit14==0，其他位全為0，Duration的值為32768；3.在PS-Poll幀中表示AID(AssociationID)：bit14==bit15==1，從省電模式醒來的STA必須發(fā)出一個PS-Poll幀，以便從AP取得之前緩存的幀；STA在PS-Poll幀中加入AID指示其隸屬的BSS。AID值介于1~2007。75Address字段（24bytes）：不同于802.3Ethernet幀，802.11MAC幀頭中，4個Address的填法是不固定的，需要和FrameControl字段的ToDS、FromDS結(jié)合來確定。具體如下表：其中，RA—接收端地址，TA—發(fā)送端地址，DA—目的地址，SA—源地址，BSSID—BSS的MAC地址。76AddressingMechanism:Case1A、BinthesameIBSS，AB（Adhoc無線自組網(wǎng)中的數(shù)據(jù)幀的地址格式）77AddressingMechanism:Case2從AP發(fā)出的無線數(shù)據(jù)幀中的地址格式78AddressingMechanism:Case3發(fā)到AP的無線數(shù)據(jù)幀中的地址格式79AddressingMechanism:Case4通過無線分配系統(tǒng)傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)幀中的地址格式80順序控制（SequenceControl）字段（2byte）：

此字段用來重組幀片段以及丟棄重復(fù)幀；16位包含順序編號（12bit）+片段編號（4bit）；被分段的幀的所有幀片段順序編號相同，包括重傳幀，片段編號由0開始遞增；QoSControl字段（2byte）：此字段只會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀中，用以實(shí)現(xiàn)802.11e無線QoS功能。FrameBody字段（0-2312byte）：

數(shù)據(jù)字段，負(fù)責(zé)傳遞上層有效載荷(Payload)。在802.11中，在進(jìn)入MAC處理之前，待傳輸?shù)妮d荷報(bào)文更多的被稱為MSDU—MACServiceDataUnit。FCS字段（4byte）：FCS讓工作站能夠檢查所有收到的幀的完整性；81（3）站點(diǎn)服務(wù)MAC層站點(diǎn)服務(wù)提供發(fā)送和接受LLC層數(shù)據(jù)單元的功能，并實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的認(rèn)證和安全功能。82IEEE802.11MAC層站點(diǎn)服務(wù)

83（4）分布式系統(tǒng)服務(wù)

MAC分布式系統(tǒng)服務(wù)提供的功能與站點(diǎn)式服務(wù)截然不同，這些服務(wù)擴(kuò)展到整個分布式系統(tǒng)而不是空中接口末端的發(fā)送和接收站點(diǎn)。84MAC層分布系統(tǒng)服務(wù)853.IEEE802.11物理層（1）IEEE802.11a物理層（2）IEEE802.11b物理層（3）IEEE802.11g物理層（4）物理層和MAC層的數(shù)據(jù)速率86IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了單一的MAC層和多樣的物理層，首先我們看一下802.11的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)族譜。87802.11MAC層之下，有一系列物理層技術(shù)，包括：原始標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的FHSSPHY（跳頻）、DSSSPHY（直接序列擴(kuò)頻）、IRPHY（紅外線，上圖未列出），802.11b規(guī)定的HR/DSSSPHY(高速直接序列擴(kuò)頻)，802.11a規(guī)定的OFDMPHY（正交頻分復(fù)用），802.11g規(guī)定的ERPPHY（擴(kuò)展速率）。各種PHY層技術(shù)的區(qū)別在于不同的編碼調(diào)制方式、不同的速率以及不同的PHY層幀格式。88802.11基本物理層（2.4GHz頻段）

DSSS：1,2Mbps

FHSS：1,2Mbps

IR：

1,2Mbps802.11b（2.4GHz頻段）

HR/DSSS：DBPSK：1,MbpsDQPSK：2MbpsCCK：5.5，11Mbps802.11a（5GHz頻段）

OFDM：6,9,12,18,24,36,48,54Mbps802.11g（2.4GHz頻段）--ERP（ExtendedRatePHY）

ERP-DSSS/CCK：1,2,5.5,11Mbps

ERP-OFDM：6,9,12,18,24,36,48,54Mbps

ERP-PBCC(可選)：22,33Mbps

DSSS-OFDM(可選)：6,9,12,18,24,36,48,54Mbps802.11n（2.4GHz、5GHz頻段） MIMO-OFDM：89FHSS跳頻技術(shù)(Frequency-HoppingSpreadSpectrum)，是無線通訊最常用的擴(kuò)頻方式之一。所謂跳頻，就是用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控(FSK)調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。跳頻系統(tǒng)的跳變頻率有多個，多達(dá)幾十甚至上千個。傳送的信息與這些擴(kuò)頻碼的組合，在傳送中不斷跳變。90在接收端，由于有與發(fā)送端完全相同的本地發(fā)生器發(fā)生完全相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，然后通過解調(diào)才能正確地恢復(fù)原有的信息。對于一個非特定的接受器，F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動訊號對它而言，也只算是脈沖噪聲。

時間912GFSK：左圖顯示了兩種符號（1,0）編碼過程，右圖中：傳送1時，頻率=中心頻率+特定偏移量傳送0時，頻率=中心頻率-特定偏移量924GFSK：與2GFSK類似，但使用了4種符號（00,01,10,11），因此相同條件下，4GFSK可傳送兩倍的數(shù)據(jù)。由上面的幾幅圖可以看出GFSK編碼的缺陷：區(qū)分兩種信號很簡單，四種就比較困難。位率每提高兩倍，信號電平也就變?yōu)閮杀丁F組件就必須區(qū)分更加細(xì)微的頻率波動。正是這些限制，使得FHPHY局限于2Mbps。93跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

保密性：跳頻系統(tǒng)不停的切換頻率，接收端如果不使用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼，很難偵測信息。

抗干擾：由于載波頻率是跳變的，具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力。

抗多徑衰落：利用載波頻率的快速跳變，具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。

共享頻譜：利用跳頻圖案的正交性可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng)，共享頻譜資源，并具有承受過載的能力。

兼容窄帶系統(tǒng)：跳頻系統(tǒng)為瞬時窄帶系統(tǒng)，能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容通信。

94跳頻系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)和局限：

抗多頻干擾能力有限：當(dāng)跳頻的頻率數(shù)目中有一半的頻率被干擾時，對通信會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至中斷通信。

快速跳頻器的限制：產(chǎn)生寬的跳頻帶寬、快的跳頻速率、偽隨機(jī)性好的跳頻圖案的跳頻器在制作非常困難。

95802.11直接直接序列擴(kuò)頻物理層的數(shù)據(jù)率為1與2Mbps。雖然速度與FHSS相同，不過DSSS有潛力達(dá)到更高的速度。DSSS的基本運(yùn)作方式：通過精確的控制將RF能量分散至某個寬頻頻段。如下圖，擴(kuò)頻器將窄頻輸入信號的振幅平坦分布至較寬的頻段；接收時原始信號可以通過相關(guān)器還原，只要逆轉(zhuǎn)整個擴(kuò)頻程序即可。96相關(guān)器找尋影響整個頻段的RF信號變動。相關(guān)性所提供的防護(hù)，使得直接序列傳輸可以抗拒相當(dāng)多的干擾。噪聲通常是以突波或脈沖形式出現(xiàn)，所占頻段較窄，相關(guān)函數(shù)將噪聲擴(kuò)展，所以經(jīng)過相關(guān)處理的信號完全不受影響，如下圖：97補(bǔ)碼鍵控（ComplementaryCodeKeying，CCK）802．11b使用物理層調(diào)制方式為CCK的DSSS，稱為高速直接序列物理層（HR/DSSS）。DSSS系統(tǒng)采用了每秒一千一百萬的碎片率。原本DSPHY將碎片流分為一系列11位的Barkerword，每秒傳送一百萬個。每個word當(dāng)中，編碼一或兩個位所以速率為1.0Mbps或2.0Mbps。CCK將碎片流劃分為一系列以8位構(gòu)成的編碼符號，因此底層使用的傳輸率是每秒傳送1.375百萬個編碼符號。CCK采用了復(fù)雜的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換函數(shù)，可以使用若干8-bit序列，在每個編碼字中編碼4或8個位，因此數(shù)據(jù)總傳輸量5.5Mbp或11Mbps。98DSSS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1.抗干擾能力強(qiáng)

相關(guān)性所提供的防護(hù)，使得直接序列傳輸可以抗拒相當(dāng)多的干擾。

2.

對其他電臺干擾小，抗截獲能力強(qiáng)

信號經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制后頻譜被大大擴(kuò)展，功率譜密度大大降低，信號完全淹沒在噪聲中，對其他同頻段電臺的接收不會形成干擾，信號也就不容易被發(fā)現(xiàn)，所以有非常高的隱蔽性。 3.便于實(shí)現(xiàn)多址通信

不同的擴(kuò)頻碼接近正交，彼此影響很小，將不同的擴(kuò)頻碼作為用戶地址碼，很容易實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）通信。

99

DSSS系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

1.干擾信號增多：系統(tǒng)帶寬太大，進(jìn)入接收機(jī)前端的干擾信號增多。

2.抗多徑干擾能力差：時間差造成的時延是相位差編碼機(jī)制的天敵；

3.傳輸速率受限：要有效的抗多徑和利用多徑，擴(kuò)頻碼必須足夠窄，信息位必須足夠?qū)?，后者限制了傳輸速率的提高?00DSSS物理層DSSS（直接序列）工作于2.4GHz頻段，采用BPSK和QPSK兩種調(diào)制方式，對應(yīng)1Mbps和2Mbps兩種速率。PLCP子層PLCP子層從MAC層獲取MPDU封包，增加PLCP前導(dǎo)和幀頭，轉(zhuǎn)化為PPDU封包進(jìn)行傳輸。PPDU幀格式如下：

101各個域作用： SYNC：同步序列128bit，為全‘1’，用于同步發(fā)射器和接收器； SFD：幀起始符16bit，為“0x05CF”，用于接收器識別一個幀的開始。 Signal域：接收器通過該字段識別后面MPDU封包所用的調(diào)制方式和速率，0x0A表示1Mbps，0x14表示2Mbps Service域：該域保留，設(shè)置為全‘0’。 Length域：該域用于表示傳輸當(dāng)前幀所需的時間，是一個16位無符號整數(shù)，單位是微秒。102DSSS物理層擾碼

整個PPDU需要經(jīng)過擾碼器進(jìn)行擾碼，其目的是使數(shù)據(jù)盡量的隨機(jī)化，使頻譜呈現(xiàn)類似白噪聲的特性，從而增強(qiáng)抗衰落的能力。發(fā)送和接收過程 PPDU的前導(dǎo)和幀頭必須采用BPSK調(diào)制（1Mbps），MPDU的調(diào)制方式從上層傳遞下來的TXVECTOR決定，并將Signal域設(shè)置為相應(yīng)的值。接收端從Signal域獲知MPDU的調(diào)制方式并按照相應(yīng)的調(diào)制方式進(jìn)行解調(diào)。103DSSS物理層PMD子層發(fā)送模塊：擴(kuò)頻

DSSS將源數(shù)據(jù)的一個bit擴(kuò)展為一個序列，以較高的碼片速率對較低的數(shù)據(jù)比特率進(jìn)行編碼，達(dá)到擴(kuò)頻的目的。DSSS采用11位Barker序列作為擴(kuò)頻碼，將0用序列{10110111000}代替，1用序列{01001000111}代替，頻譜擴(kuò)展11倍。104DSSS物理層調(diào)制 DSSS提供了2種調(diào)制方式：DBPSK和DQPSK。兩種調(diào)制方式都是差分調(diào)制，即利用后一個波形與前一個波形的相位差表示信源符號。DBPSK一個載波符號編碼1個碼片，碼片對應(yīng)的符號相位如下表；DQPSK一個載波符號編碼2個碼片。105DSSS物理層差分二進(jìn)制相移鍵控（DBPSK）和2GFSK一樣，DBPSK也受限于每個符號只能編碼一個位。編碼0：相移=0；編碼1：相移=π。106DSSS物理層差分正交相移鍵控（DQPSK）較先進(jìn)的接收器與傳送器可以使用DQPSK技術(shù)，以每個符號編碼數(shù)個位。DQPSK每個載波符號編碼兩個位。編碼00：相移=0；編碼01：相移=π/2；編碼11：相移=π；編碼10：相移=π3/2；相比DBPSK，DQPSK可提供兩倍的速率，但是抗多徑干擾能力更差（時間差造成的時延是相位差編碼機(jī)制的天敵）。107DSSS物理層DSSS物理層接收模塊：相關(guān)器

相關(guān)器用于對接收的信號進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算（相當(dāng)于濾波），從而將有效信號和背景噪聲區(qū)分開來。相關(guān)器還起著載波檢測的作用，檢測有效信號的能量向CCA反饋。108DSSS物理層時鐘恢復(fù)

根據(jù)PPDU的前導(dǎo)序列恢復(fù)出載波頻率、碼片頻率等時間參數(shù)，用于解調(diào)。解調(diào)

從經(jīng)過BPSK或QPSK調(diào)制的載波中，解調(diào)出基帶信號。符號判決

根據(jù)解調(diào)出的碼片序列，恢復(fù)出原始的信息bit序列。109DSSS物理層頻譜和頻道分配DSSS工作于2.4GHz的ISM頻段上，該頻段的范圍是2.4GHz～2.4835GHz，可用頻譜資源共83.5MHz。每個DSSS頻道占用帶寬為22MHz。標(biāo)準(zhǔn)將83.5MHz的頻譜資源劃分為13個DSSS頻道。Channel1中心頻率在2412MHz，相鄰頻道的中心頻率間隔為5MHz。需要注意的是，2個頻道的中心頻率間隔小于頻道寬度，有可能發(fā)生頻譜重疊帶來干擾。進(jìn)行無線網(wǎng)部署時，要求相鄰的網(wǎng)絡(luò)采用不重疊信道。在只允許11個頻道的地區(qū)，只有3個不重疊信道：chn1，chn6和chn11；110HR/DSSS物理層概述： HR/DSSS是基本DSSS的擴(kuò)展，同樣工作于2.4GHz頻段；引入了CCK（補(bǔ)碼鍵控）調(diào)制方式，提供更高的傳輸速率——5.5Mbps和11Mbps。HR/DSSS物理層采用與基本DSSS相同的PPDU幀格式，所以二者可以在一個BSS中可以共存；HR/DSSS可選采用短前導(dǎo)，一定程度上提高了吞吐率。PLCP子層 HR/DSSS物理層采用與基本DSSS相同的PPDU幀格式，修改之處在于定義了2種幀前導(dǎo)：144bit長前導(dǎo)，與基本DSSS前導(dǎo)相同，可以與基本DSSS設(shè)備通信，該種前導(dǎo)是強(qiáng)制具備的；72bit短前導(dǎo)，提高了傳輸效率，短前導(dǎo)幀只能被同樣支持短前導(dǎo)的設(shè)備接收，因此無法與舊有的DSSS設(shè)備兼容，該種前導(dǎo)是可選的。111HR/DSSS物理層112HR/DSSS物理層前導(dǎo)字段包括2個域： SYNC：同步序列，用于同步發(fā)射器和接收器。長前導(dǎo)時為128bit全‘1’，短前導(dǎo)時為56bit全‘0’； SFD：幀起始符16bit，為“0x05CF”，用于接收器識別一個幀的開始。幀頭字段包括4個域：

Signal域：接收器通過該字段識別后面MPDU封包所用的調(diào)制方式和速率，HR/DSSS增加了2種速率：

0x0A表示1Mbps；0x14表示2Mbps；0x37表示5.5Mbps；0x6E表示11Mbps；113HR/DSSS物理層Service域：基本DSSS中將該域保留，HR/DSSS利用了其中3個bit，如下：Bit7用于Length域的擴(kuò)展，原來的16bitLength域已經(jīng)不夠用。Bit3用于表示HR/DSSS的調(diào)制方式，0表示CCK，1表示PBCC。Bit2用于表征符號時鐘和發(fā)送載頻是否來自于同一個時鐘。

Length域：該域和Service域中的bit7共同表示傳輸當(dāng)前幀所需的時間。 CRC域：對幀頭進(jìn)行CRC計(jì)算，用于接收端進(jìn)行校驗(yàn)。PPDU幀擾碼、發(fā)送和接收過程與DSSS相同。114HR/DSSS物理層PMD子層發(fā)送模塊：當(dāng)采用1Mbps和2Mbps傳輸時，發(fā)送模塊與DSSS完全相同。當(dāng)采用5.5Mbps和11Mbps傳輸時，發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)與DSSS類似，只是將擴(kuò)頻部分的機(jī)制進(jìn)行了變更——引入了CCK（補(bǔ)碼鍵控）機(jī)制。CCK的一組擴(kuò)頻碼由8個碼片組成，每個碼組編碼4個bit或8個bit的源數(shù)據(jù)，對應(yīng)的傳輸速率為5.5Mbps或11Mbps。CCK編碼的優(yōu)點(diǎn)是提高了傳輸?shù)男旁氡萐NR。115HR/DSSS物理層PMD子層接收模塊:CCK接收模塊基本為發(fā)送模塊的逆過程，只是增加了相關(guān)器和時鐘恢復(fù)模塊，這一點(diǎn)與DSSS接收模塊相同。接收模塊的框圖如下：頻譜和頻道分配HR/DSSS的工作頻段、頻道分配和射頻參數(shù)要求與DSSS完全相同。116OFDM物理層802.11a使用正交頻分復(fù)用技術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)，其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的載波間干擾（ICI）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。117OFDM物理層OFDM工作于5GHz頻段，占用20MHz的帶寬；提供多種傳輸速率——6,9,12,18,24,36,48,and54Mb/s。其中6,12,24Mb/s強(qiáng)制支持，其余是可選的。OFDM技術(shù)的引入將WLAN的傳輸速率大大提高，但由于工作頻段和調(diào)制方式完全不同，11a的網(wǎng)絡(luò)不能兼容舊有的11設(shè)備，加上5G射頻電路的成本較高，所以11a網(wǎng)絡(luò)未廣泛流行。802.11OFDM物理層還引入了其它技術(shù)用以提高SNR和編碼效率，包括FEC，QAM編碼等。118OFDM物理層PLCP子層前導(dǎo)域：用于同步發(fā)送器和接收器的定時器。Signal字段是一個OFDM符號，包括多個域，意義如下： Rate域：4個bit，其編碼表示采用的傳輸速率 Length域：12bit的無符號整數(shù)，表示幀中所傳輸?shù)腗PDU的字節(jié)數(shù)(僅MAC幀的字節(jié)數(shù))。 Parity域：是其前面16bit數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。 Tail域：PPDU中有2個Tail域，位于幀頭和幀尾，均為6bit的0，用于將2進(jìn)制卷積編碼器設(shè)置為0狀態(tài)。 Service域：共16bit，bit0~bit6為全0，用于擾碼器同步；bit7~bit15也為全0，保留供將來使用。 Pad域：長度不固定的填充數(shù)據(jù)。119OFDM物理層PMD子層傳統(tǒng)的頻分復(fù)用是將一個信道分割為若干個子信道，各子信道占有一定的頻寬，子信道之間互不重疊且有一定的防護(hù)頻帶；OFDM與此類似，但是各子信道存在重疊、沒有防護(hù)頻帶，從而提高了頻譜利用效率。雖然各子信道頻率有重疊，但是在數(shù)學(xué)上是彼此正交的，即通過FFT可以后，可以針對某個子信道進(jìn)行檢波，其它信道的信號將被濾除。發(fā)送模塊：FEC編碼 FEC編碼實(shí)際上是二進(jìn)制卷積編碼，通過增加一定的冗余位以便接收端進(jìn)行糾錯；120OFDM物理層數(shù)據(jù)交錯和副載波映射

每個OFDM信道由48個副載波組成，需要將經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)流映射到各副載波上；

數(shù)據(jù)交錯的目的是提高編碼和調(diào)制的隨機(jī)性，增強(qiáng)抗信道衰落能力。IFFT：IFFT是將頻域參數(shù)恢復(fù)為實(shí)際的時域信號的工具。上圖中的IFFT模塊可以理解為時域基帶信號的發(fā)生器。防護(hù)時間（GI）：防護(hù)間隔是指在相鄰的2個符號之間增加一段時間的間隔，防止出現(xiàn)符號間干擾。符號整形：為防止符號波形的陡變導(dǎo)致不期望的頻譜擴(kuò)展，如同DSSS中的加窗濾波，OFDM也對信號采用升余弦窗進(jìn)行整形。調(diào)制：調(diào)制是將基帶信號調(diào)制到載波上。OFDM物理層采用的調(diào)制方式有：BPSK，QPSK，16-QAM，64-QAM，分別對應(yīng)每個副載波符號編碼1bit，2bit，4bit，6bit數(shù)據(jù)，從而對應(yīng)不同的傳輸速率。121OFDM物理層接收模塊：接收機(jī)結(jié)構(gòu)基本為發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)的逆過程，前端增加了兩級放大器：低噪聲射頻放大器和帶AGC（自動增益控制）的基帶放大器，以及帶AFC（自動頻率控制）的時鐘恢復(fù)模塊。122OFDM物理層頻譜和頻道分配 802.11a工作于5GHz頻段，不同地區(qū)的法規(guī)在4.920～5.825GHz這個廣闊的頻率范圍劃分了若干個不連續(xù)的頻帶供WLAN使用，從地域上分，主要有美國、歐洲和日本三種，802.11a最初是為美國設(shè)計(jì)的，歐洲的信道設(shè)計(jì)在802.11h中補(bǔ)充定義，日本的信道設(shè)計(jì)在802.11j中補(bǔ)充定義。 OFDM操作信道寬度為20MHz，與DSSS信道的22MHz相比略有減小。標(biāo)準(zhǔn)將5GHz頻段劃分為若干個操作信道，每個信道賦予一個編號，相鄰操作信道的中心頻率間距為5MHz（相鄰信道有重疊）。123ERP物理層ERP物理層本質(zhì)上說不是全新的，而是好幾種物理層規(guī)范的結(jié)合。ERP規(guī)定的幾種物理層技術(shù)如下： 1.ERP-OFDM：將OFDM技術(shù)應(yīng)用于2.4GHz頻段，同樣占用20MHz的帶寬，提供多種傳輸速率——6,9,12,18,4,36,48和54Mb/s，其中6,12和24Mb/s是強(qiáng)制支持的，其余是可選的。 2.ERP-DSSS：實(shí)際就是802.11和802.11b，ERP做了稍許修改。ERP強(qiáng)制要求向下支持DSSS和HR/DSSS，即支持1,2,5.5,11Mbps速率。ERP結(jié)合了OFDM的高速率和2.4G頻段的易用性，所以很快成為主流的WLAN技術(shù)。124ERP物理層PLCP子層ERP-OFDMPHY必須支持3種PPDU幀頭：DSSS長前導(dǎo)幀頭、DSSS短前導(dǎo)幀頭、ERP-OFDM幀頭。支持這三種才能實(shí)現(xiàn)向下兼容。PMD子層 ERP-OFDM的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)與OFDM完全相同。頻譜和頻道分配 ERP-OFDM的操作信道所占用帶寬與OFDM的相同——20MHz，但為了與DSSS兼容，2.4GHz頻段仍按照每個操作信道22MHz帶寬來劃分。1254.IEEE802.11增強(qiáng)(網(wǎng)絡(luò)容量和性能有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù))（1）服務(wù)質(zhì)量（IEEE802.11e規(guī)范）（2）5GHz的頻譜管理（IEEE802.11h）a.傳輸功率控制b.動態(tài)頻率選擇（3）網(wǎng)絡(luò)性能和漫游（IEEE802.11k和IEEE802.11r）a.IEEE802.11k;無線電資源測量增強(qiáng)b.IEEE802.11r；快速BSS轉(zhuǎn)換（4）MIMO和600Mbps數(shù)據(jù)速率（IEEE802.11n）（5）網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（IEEE802.11s）126（1）服務(wù)質(zhì)量（IEEE802.11e規(guī)范）

IEEE802.11e規(guī)范對IEEE802.11MAC提出一些改進(jìn)以改善時間敏感型應(yīng)用（如流媒體、VoWIP（VoiceoverWirelessIP，基于無線IP的語音傳輸）的服務(wù)質(zhì)量，在2005年9月由IEEE正式發(fā)布。IEEE802.11e定義了兩種新的協(xié)調(diào)功能用做媒體接入控制和媒體接入優(yōu)先級，增強(qiáng)了在6.2.1節(jié)中介紹的IEEE802.11DCF和PCF機(jī)制。定義了高達(dá)8種通信業(yè)務(wù)類別(TrafficClass,TC)或接入類別(AccessCategory,AC)，每種類別規(guī)定了媒體接入的QOS要求和接收規(guī)定優(yōu)先級。127最簡單的IEEE802.11e協(xié)調(diào)機(jī)制是增強(qiáng)的DCF(EnhancedDCF,EDCF),EDCF允許幾個決定媒體接入難易程度的MAC參數(shù)由每個通信類別來表述。任意幀間間隙(ArbitraryInterframeSpace,AIFS)定義為等于最高優(yōu)先級通信類別的DIFS，長于其他類別的AIFS。128第二個改進(jìn)的地方是定義了混合協(xié)調(diào)功能(HybridCoordinationFunction,HCF)，在知道每個站點(diǎn)QoS要求的情況下補(bǔ)充PCF的查詢概念。站點(diǎn)為每個通信類別報(bào)告它的隊(duì)列長度，混合協(xié)調(diào)機(jī)制根據(jù)這些決定在競爭空閑傳送期間哪個站點(diǎn)能夠得到傳送機(jī)會(TransmitOpportunity,TXOP)。這種HCF控制信道接入(HCFControlChannelAccess,HCCA)機(jī)制在決定分配時考慮以下幾個因素：TC的優(yōu)先級TC的QoS要求（帶寬、時延和抖動）每個站點(diǎn)和每個TC的隊(duì)列長度待分配的TXOP可用的持續(xù)時間過去給予TC和站點(diǎn)的QoS129在IEEE2005年9月批準(zhǔn)IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)之前，Wi-Fi聯(lián)盟就采用了該標(biāo)準(zhǔn)的一個子集。這個子集稱為Wi-Fi多媒體(Wi-FiMultimedia,WMM)，描述了四種接入類別，如表所示接入類別描述WMM語音優(yōu)先級最高優(yōu)先級。允許多個并發(fā)的VoWLAN呼叫。低等待時間，質(zhì)量等同于付費(fèi)電話WMM視頻優(yōu)先級視頻通信的優(yōu)先級高于其他較低的類別一個IEEE802.11a信道能夠支持3～4個標(biāo)準(zhǔn)清晰度TV數(shù)據(jù)流，或1個高清晰度TV數(shù)據(jù)流WMM最大努力優(yōu)先級來自傳統(tǒng)設(shè)備、應(yīng)用設(shè)備或缺少Q(mào)oS性能的設(shè)備的通信，以及像網(wǎng)絡(luò)沖浪這種對等待時間不敏感但會受到長時延影響的通信WMM后臺優(yōu)先級低通信優(yōu)先級，如下載文件或打印，沒有嚴(yán)格的等待時間或吞吐量要求130（2）5GHz的頻譜管理（IEEE802.11h）a.傳輸功率控制(TPC)b.動態(tài)頻率選擇(DFS)131a.傳輸功率控制(TPC)

TPC限制傳輸功率的最低水平以保證最遠(yuǎn)站點(diǎn)有足夠的信號強(qiáng)度，DFS使得站點(diǎn)在檢測到非鏈接的站點(diǎn)，或系統(tǒng)在相同的信道上傳輸時，可以切換到新信道。

IEEE802.11h站點(diǎn)將其發(fā)射功率情況，包括最大和最小的功率電平(dBm)，在鏈接幀或者重新鏈接幀中發(fā)送給接入點(diǎn)。如果站點(diǎn)的傳輸功率不可接受，比如違反了當(dāng)?shù)氐南拗疲尤朦c(diǎn)會拒絕其聯(lián)結(jié)請求。接入點(diǎn)在信標(biāo)幀和探測請求幀中會標(biāo)明當(dāng)?shù)氐淖畲蠊β氏拗啤?32接入點(diǎn)在它的BSS內(nèi)通過要求站點(diǎn)返回鏈路邊界值來監(jiān)測信號的強(qiáng)度，站點(diǎn)發(fā)回的報(bào)告幀中包含了報(bào)告請求和將此報(bào)告幀傳回到接入點(diǎn)所需的功率。接入點(diǎn)利用這個信息估計(jì)到其他站點(diǎn)的鏈路損失，從而在它的BSS內(nèi)動態(tài)調(diào)整傳輸功率電平，以減少對其他設(shè)備的干擾，同時為通信的魯棒性維持足夠的鏈路邊界。133b.動態(tài)頻率選擇(DFS)當(dāng)站點(diǎn)使用探測幀識別覆蓋范圍內(nèi)的接入點(diǎn)時，接入點(diǎn)會在探測響應(yīng)幀中說明它使用的DFS。當(dāng)站點(diǎn)與使用DFS的接入點(diǎn)鏈接或重新鏈接時，站點(diǎn)會提供支持的信道列表，當(dāng)要求進(jìn)行信道切換時由接入點(diǎn)決定最佳的通信信道。對TPC來說，如果站點(diǎn)支持的信道列表被認(rèn)為不可接受，例如有太多的限制，接入點(diǎn)會拒絕鏈接。134接入點(diǎn)為了測定在當(dāng)前或潛在的新信道上是否有射頻信號傳送，會向一個或多個站點(diǎn)發(fā)送測量請求，在測量請求中指定要測量哪個信道的活躍性、測量的開始時間及持續(xù)期間等。當(dāng)需要時，接入點(diǎn)可以初始化信道切換開關(guān)，即向所有相鏈接的站點(diǎn)發(fā)送一個信道切換通告管理幀。這個通告識別新信道，指定信道切換啟用前信標(biāo)周期的數(shù)量，也指定當(dāng)前信道是否允許繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。IBSS（Adhoc模式）的動態(tài)頻率選擇更加復(fù)雜，因?yàn)闆]有相關(guān)的處理來支持信道交換信息，也沒有接入點(diǎn)協(xié)調(diào)信道測量或切換。IEEE802.11h定義一個