43局域網(wǎng)工作原理課件

4.7無線局域網(wǎng)工作原理無線局域網(wǎng)的分類紅外局域網(wǎng)定向光束全方位漫反射擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)跳頻通信直接序列擴(kuò)頻窄帶微波無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)藍(lán)牙系統(tǒng)高速WPAN低速WPAN無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11基本結(jié)構(gòu)模型802.11服務(wù)物理介質(zhì)規(guī)范協(xié)議體系結(jié)構(gòu)無線局域網(wǎng)特殊問題隱蔽站暴露站無線局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制無線局域網(wǎng)的應(yīng)用4.7.1無線局域網(wǎng)的分類紅外局域網(wǎng)擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)窄帶微波無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)√1、紅外無線局域網(wǎng)定向光束全方位

漫射點(diǎn)對點(diǎn)基站漫反射區(qū)SRSRSR紅外無線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)比微波更安全頻譜寬，速率高每個(gè)房間獨(dú)立簡單、便宜（強(qiáng)度調(diào)制）將信號擴(kuò)展至更高的頻率以預(yù)防擁塞和干擾跳頻通信直接序列擴(kuò)頻

2、擴(kuò)頻無線局域網(wǎng)

Frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS

√跳頻通信FT頻譜變化以固定間隔隨機(jī)變化，從一個(gè)頻譜跳到另一個(gè)頻譜IEEE802.11跳頻通信標(biāo)準(zhǔn)

2.4GHz通用ISM頻譜速率:1Mb/s或2Mb/s

固定間隔:300ms偽隨機(jī)碼用于決定頻率變化的順序

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)以同樣的順序（同步）發(fā)送或接收信號FSK或PSK(2P)

ISM:工業(yè),科學(xué)，醫(yī)學(xué)偽隨機(jī)碼：結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，具有某種隨機(jī)序列隨機(jī)特性的序列碼X0=345Xn=(Xn-1*A+B)/C

直接序列擴(kuò)頻Directsequencespreadspectrum,DSSS2.4GHz通用ISM頻譜速率:1Mb/s或2Mb/s系統(tǒng)實(shí)際發(fā)送的信號d(t)是發(fā)送數(shù)據(jù)a(t)與偽隨機(jī)碼c(t)模二加的結(jié)果;1001101010011001010010011010原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)編碼后待發(fā)送數(shù)據(jù)PN碼模二加去除PN碼擴(kuò)頻解擴(kuò)PSK速率增加，安全性增加SR3、窄帶微波無線局域網(wǎng)窄帶微波：使用微波無線電頻帶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其帶寬剛好能夠容納信號需要執(zhí)照(FCC:

每個(gè)執(zhí)照覆蓋兩個(gè)頻率，28KM內(nèi)5個(gè)執(zhí)照)

不需要執(zhí)照(RadioLAN,1995,點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò))(FederalCommunicationsCommission)(美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(認(rèn)證),FCC)4.7.2無線局域網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)

1、

有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)AP1AP2預(yù)先建立起來，能夠覆蓋一定地理范圍的一批固定基站一個(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)，都要通過本BSS的基站。AP1AP2基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點(diǎn)AP(AccessPoint)AP1AP2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32字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符SSID和一個(gè)信道。AP1AP2一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn)AP連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng)DS(DistributionSystem)，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(ExtendedServiceSet)。AP1AP2ESS還可通過門戶(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。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），仍可保持與另一個(gè)移動(dòng)站B進(jìn)行通信。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)2、無固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN

或稱特殊無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(adhoc)處于平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)性無線網(wǎng)絡(luò),沒有中央服務(wù)器軍事用途會(huì)議應(yīng)急處置連接個(gè)人電子設(shè)備（無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)：WPAN）無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)WPAN

(WirelessPersonalAreaNetwork)在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡(luò)，不需要使用接入點(diǎn)AP。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在10m左右。低功率、小范圍（10M）、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。WPAN都工作在2.4GHz的ISM頻段。藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth)最早使用的WPAN，1994年愛立信公司標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.1。數(shù)據(jù)率為720kb/s，通信范圍在10米左右。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)。直譯：“微微網(wǎng)”。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)。通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個(gè)皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個(gè)范圍更大的擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。皮可網(wǎng)(piconet)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)備高速WPAN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(biāo)準(zhǔn)是802.15.3，。IEEE802.15.3a工作組：更高數(shù)據(jù)率的物理層標(biāo)準(zhǔn)的超高速WPAN，使用超寬帶UWB技術(shù)。UWB技術(shù)工作在3.1--10.6GHz微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號的絕對帶寬超過500MHz。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。

低速WPAN主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動(dòng)化與控制等領(lǐng)域，其速率是2--250kb/s。標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.4，新修訂的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.4-2006。低速WPAN中最重要的就是ZigBee。ZigBee的特點(diǎn)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要用于各種電子設(shè)備（固定的、便攜的或移動(dòng)的）之間的無線通信特點(diǎn)：通信距離短（10--80m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，功耗非常低，網(wǎng)絡(luò)容量大，成本低廉。FFDFFDFFDFFDFFDRFD端設(shè)備路由器FFDFFD協(xié)調(diào)器一個(gè)ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過64000個(gè)結(jié)點(diǎn)。ZigBee的協(xié)議棧物理層MAC層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層IEEE802.15.4定義ZigBee聯(lián)盟定義ZigBee協(xié)議棧IEEE802.4工作組:旨在開發(fā)無線令牌總線MAC協(xié)議IEEE802.11工作組:開發(fā)MAC子層協(xié)議和物理介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)凡使用802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)又稱為Wi-Fi(Wireless,Fidelity,無線保真度)4.7.3無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)另：Wi-Fi是非營利性國際組織Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）的一個(gè)標(biāo)志，對通過其互操作性測試的產(chǎn)品給予Wi-Fi認(rèn)證的注冊商標(biāo)Wi-Fi經(jīng)常做為無線局域網(wǎng)的代稱1.IEEE802.11基本結(jié)構(gòu)模型MAC協(xié)議IEEE802.11無線LAN

BSS:

無線主機(jī)基站

當(dāng)安裝基站時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員需要為其分配服務(wù)集標(biāo)識(≤32B)和一條信道擴(kuò)展服務(wù)集由多個(gè)BSS組成，并使用門橋與主干局域網(wǎng)相聯(lián)

移動(dòng)結(jié)點(diǎn)無跳變結(jié)點(diǎn)固定或只在一個(gè)BSS的直接通信范圍內(nèi)移動(dòng)BSS跳變在同一擴(kuò)展服務(wù)集的不同BSS中移動(dòng)結(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要尋址來辨識結(jié)點(diǎn)ESS跳變從一個(gè)ESS的某個(gè)BSS移動(dòng)到另一個(gè)ESS的某個(gè)BSS2.IEEE802.11服務(wù)聯(lián)系:在結(jié)點(diǎn)和訪問點(diǎn)間建立初始聯(lián)系重新聯(lián)系:將已建立的結(jié)點(diǎn)從一個(gè)訪問點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)訪問點(diǎn)，從而使結(jié)點(diǎn)能夠從一個(gè)BSS轉(zhuǎn)移到另一個(gè)BSS終止聯(lián)系:結(jié)點(diǎn)離開一個(gè)ESS或關(guān)機(jī)以前，首先需要通知訪問點(diǎn)終止聯(lián)系認(rèn)證:用于在互相通信的結(jié)點(diǎn)之間建立彼此識別身份的標(biāo)志隱私權(quán):加密選項(xiàng)用于防止信息被竊聽，以保證隱私移動(dòng)站與AP建立關(guān)聯(lián)的方法被動(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。其中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識符SSID以及支持的速率等）。主動(dòng)掃描，即移動(dòng)站主動(dòng)發(fā)出探測請求幀，然后等待從AP發(fā)回的探測響應(yīng)幀。熱點(diǎn)：向公眾提供有償或無償接入無線網(wǎng)的服務(wù)的地點(diǎn)熱區(qū)：由許多熱點(diǎn)和AP連接起來的區(qū)域無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者：WirelessInternetServiceProvider，WISP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)。WISP互聯(lián)網(wǎng)幾種不同的接入固定接入在作為網(wǎng)絡(luò)用戶期間，用戶設(shè)置的地理位置保持不變移動(dòng)接入用戶設(shè)置能夠以車輛速度移動(dòng)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)發(fā)生切換時(shí)，通信仍然是連續(xù)的便攜接入在受限的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積中，用戶設(shè)備能夠在以步行速度移動(dòng)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力游牧接入用戶設(shè)備的地理位置至少在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)保持不變。如用戶設(shè)備移動(dòng)了位置，則再次進(jìn)行通信時(shí)可能還要尋找最佳的基站3.物理介質(zhì)規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps和2Mbps，波長在850nm和950nm之間的紅外線運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻帶上的直接序列擴(kuò)展頻譜，可使用7條信道，每條信道的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps或2Mbps運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻帶上的跳頻通信，數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps或2Mbps邏輯鏈路控制分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)2.4GHz直接序列擴(kuò)頻1Mbps2Mbps紅外線1Mbps2Mbps……2.4GHz跳頻通信1Mbps2Mbps無沖突服務(wù)有沖突服務(wù)MAC層CSMA輪詢主4.IEEE802.11協(xié)議體系結(jié)構(gòu)幾種常用的802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻段數(shù)據(jù)速率優(yōu)缺點(diǎn)802.11b2.4GHz最高為11Mb/s最高數(shù)據(jù)率較低，價(jià)格最低，信號傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙802.11a5GHz最高為54Mb/s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，信號傳播距離較短，且易受阻礙802.11g2.4GHz最高為54Mb/s最高數(shù)據(jù)率較高，支持更多用戶同時(shí)上網(wǎng)，信號傳播距離最遠(yuǎn)，且不易受阻礙，價(jià)格比802.11b貴無線局域網(wǎng)中的隱蔽站問題隱蔽站:A站點(diǎn)和C站點(diǎn)不能互相聽見障礙物,信號衰減在B站點(diǎn)發(fā)生沖突

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(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)暴露站問題ADCB？B的作用范圍C的作用范圍有信號，可能沖突CSMACSMA/CA:信道預(yù)留訪問點(diǎn)輪詢802.11MAC設(shè)計(jì)目標(biāo)：避免沖突802.11CSMA:發(fā)送方監(jiān)聽介質(zhì),如果空閑時(shí)間達(dá)到最長幀間間隔（DIFS）,迅速傳輸數(shù)據(jù)幀，不做沖突檢測

如果介質(zhì)忙，

二進(jìn)制避退接收方:接收成功，等待最小幀間間隔時(shí)間（SIFS）后返回確認(rèn)幀二進(jìn)制指數(shù)退避算法第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1次退避是在8個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。第2次退避是在16個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)。第3次退避是在32個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選擇一個(gè)?！?/p>

退避計(jì)時(shí)器站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次信道。若檢測到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。若檢測到信道忙，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。計(jì)時(shí)器：8計(jì)時(shí)器：8計(jì)時(shí)器：7計(jì)時(shí)器：6計(jì)時(shí)器：0發(fā)送數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)器：7閑閑閑閑忙閑忙退避算法的使用情況檢測到信道是空閑的，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，不使用退避算法。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。在每一次的重傳后。在每一次的成功發(fā)送后。

免沖突:RTS-CTS交換CSMA/CA:發(fā)送方:發(fā)送短的RTS:requesttosend接收方:發(fā)送短的CTS:cleartosend,為發(fā)送方預(yù)留信道,并通知其它站點(diǎn)（可能是隱蔽站點(diǎn)）避免隱蔽站點(diǎn)的沖突虛擬載波監(jiān)聽

無線城域網(wǎng)WMAN

(WirelessMetropolitanAreaNetwork)2002年4月，802.16無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歐洲:

ETSI也制訂類似的無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)HiperMAN。ETSI：Euro