計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第5版CH9-5ed無線網(wǎng)絡(luò).ppt

1、課件制作人：謝希仁,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀 9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1 無線局域網(wǎng)9.1.1 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),AP1,AP2,一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 包括一個(gè)基站和若干個(gè)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

2、以外的站通信時(shí) ， 都要通過本 BSS 的基站。,AP1,AP2,基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點(diǎn) AP (Access Point) 其作用和網(wǎng)橋相似。,AP1,AP2,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。,AP1,AP2,一個(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 (Distribution System)， 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 (Extended Service Set)。,AP1,AP2,ESS 還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供 到

3、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(dāng)于一個(gè)網(wǎng)橋。,AP1,AP2,移動站 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)移動站 B 進(jìn)行通信。,課件制作人：謝希仁,與接入點(diǎn) AP 建立關(guān)聯(lián)(association),一個(gè)移動站若要加入到一個(gè)基本服務(wù)集 BSS，就必須先選擇一個(gè)接入點(diǎn) AP，并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。 建立關(guān)聯(lián)就表示這個(gè)移動站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個(gè) AP 之間創(chuàng)建了一個(gè)虛擬線路。 只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個(gè)移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個(gè)移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀

4、。,課件制作人：謝希仁,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(biāo)幀(beacon frame)。 信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 以及支持的速率等）。 主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀(probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回的探測響應(yīng)幀(probe response frame)。,課件制作人：謝希仁,熱點(diǎn)(hot spot),現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機(jī)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(wù)。這樣的地點(diǎn)就叫做熱點(diǎn)。 由許多熱點(diǎn)和 AP 連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(ho

5、t zone)。熱點(diǎn)也就是公眾無線入網(wǎng)點(diǎn)。 現(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)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)。,課件制作人：謝希仁,2. 移動自組網(wǎng)絡(luò)又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network),自組網(wǎng)絡(luò),A,E,D,C,B,F,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),自組網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(shí)網(wǎng)絡(luò)。,課件制作人：謝希仁,移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的

6、戰(zhàn)士可利用臨時(shí)建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)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(jī)群。 當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往很有效的，,課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network),由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是進(jìn)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(shí)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(diǎn)的存儲容量受限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組

7、等方面有一定的要求。,課件制作人：謝希仁,傳感器結(jié)點(diǎn)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),課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域,環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)（如洪水預(yù)報(bào)、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(hù)理； 在危險(xiǎn)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。,課件制作人：謝希仁,移動自組網(wǎng)絡(luò)和移動 IP 并不相同,移動 IP 技術(shù)使漫游的主機(jī)可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。 移動 IP 的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使

8、用的各種路由選擇協(xié)議。 移動自組網(wǎng)絡(luò)是將移動性擴(kuò)展到無線領(lǐng)域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。,課件制作人：謝希仁,幾種不同的接入,固定接入(fixed access)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。 移動接入(mobility access)用戶設(shè)置能夠以車輛速度移動時(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(portable access)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時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力。 游牧接入(nomadic access)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

9、移動了位置，則再次進(jìn)行通信時(shí)可能還要尋找最佳的基站,課件制作人：謝希仁,9.1.2 802.11 局域網(wǎng)的物理層,802.11 無線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類型。 現(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(shí)現(xiàn)方法： 直接序列擴(kuò)頻 DSSS 正交頻分復(fù)用 OFDM 跳頻擴(kuò)頻 FHSS （已很少用） 紅外線 IR （已很少用）,課件制作人：謝希仁,幾種常用的 802.11 無線局域網(wǎng),課件制作人：謝希仁,9.1.3 802.11 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

10、單地搬用 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信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過大。 即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。,課件制作人：謝希仁,無線局域網(wǎng)的特殊問題,當(dāng) A 和 C 檢測不到無線信號時(shí)，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(hidden station problem),A 的作用范圍,C 的作用范圍,A,B,C,D,課件制作人：謝希仁

11、,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) 這就是暴露站問題(exposed station problem),A,D,C,B,？,B 的作用范圍,C 的作用范圍,課件制作人：謝希仁,CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD，而只能使用改進(jìn)的 CSMA 協(xié)議。 改進(jìn)的辦法是把 CSMA 增加一個(gè)碰撞避免(Collision Avoidance)功能。 802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在使用 CSMA/CA 的同時(shí)，還增加使用

12、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(wù)（選用）,爭用服務(wù) （必須實(shí)現(xiàn)）,分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function),物理層,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(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。,MAC 層,無爭用服務(wù),爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功

13、能 PCF (Point Coordination Function),物理層,DCF 子層在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的分布式接入算法，讓各個(gè)站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。,MAC 層,無爭用服務(wù),爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function),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(gè)站從而避免了碰撞的產(chǎn)生,課件制作人：謝希仁,幀間間隔 IFS,所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一

14、段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱是幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。 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(shí)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(jī)會。,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,媒體空閑,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,時(shí)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(shí)間,有幀要發(fā)送,源站,時(shí)間,目的站,ACK,SIFS,其他站,有幀要發(fā)送,SIF

15、S，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(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 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(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,媒體空閑,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,時(shí)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(shí)間,有幀要發(fā)送,源站,時(shí)間,目的站,ACK,SIFS,其他站,有幀要發(fā)送,PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比 SIFS 長

16、，是為了在開始使用 PCF 方式時(shí)（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(gè)時(shí)隙(slot)長度。,時(shí)隙的長度是這樣確定的：在一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，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(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,媒體空閑,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,時(shí)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(shí)間,有幀要發(fā)送,源站,時(shí)間,目的站,ACK,SIFS,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

17、），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(gè)時(shí)隙長度。,課件制作人：謝希仁,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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(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(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè) MAC 幀時(shí)，若檢測到信道空閑，則在等待一段時(shí)間 DIFS 后就可發(fā)送。,課件制作人：謝希仁,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。,課件制作人：謝希仁,假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送

18、,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(shí)間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 ACK。 若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK（由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間），就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。,課件制作人：謝希仁,虛擬載波監(jiān)聽,虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī)制是讓源站將它要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。 這樣就大大減少了碰撞的機(jī)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)。,課

19、件制作人：謝希仁,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(gè)字段“持續(xù)時(shí)間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時(shí)間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時(shí)間。,課件制作人：謝希仁,網(wǎng)絡(luò)分配向量,當(dāng)一個(gè)站檢測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 (Network Allocation Vector)。 NAV 指出了必須經(jīng)過多少時(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)。,課件制作人：謝希仁,爭用窗口,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

20、必須等待一個(gè) DIFS 的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，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。 在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，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。 802.11 使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法。,圖例 凍結(jié)剩余的退避時(shí)間,幀,幀,幀,幀,幀,DIFS,DIFS,DIFS,DIFS,爭用窗口,爭用窗口,爭用窗口,爭用窗口,退避,退避,退避,退避,A,B,C,D,E,t,t,t,t,t,凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),802.11 的退避機(jī)制,課件制作人：謝希仁,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 I 次退避是在時(shí)隙 0,

21、1, , 22 + i 1 中隨機(jī)地選擇一個(gè)。 。 第 1 次退避是在 8 個(gè)時(shí)隙（而不是 2 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。 第 2 次退避是在 16 個(gè)時(shí)隙（而不是 4 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。,課件制作人：謝希仁,退避計(jì)時(shí)器(backoff timer),站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次信道。這可能發(fā)生兩種情況。 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。,課件制作人：謝希仁,退避算法的使用情況,僅在下面的情況下才不使用退避算法：

22、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。 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。,課件制作人：謝希仁,2. 對信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E,源站 A 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個(gè)短的控制幀， 叫做請求發(fā)送 RTS (Request To Send)，它包括 源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀） 所需的持續(xù)時(shí)間。,課件制作人：謝希仁,2. 對信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E,若媒

23、體空閑，則目的站 B 就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀， 叫做允許發(fā)送 CTS (Clear To Send)，它包括這次 通信所需的持續(xù)時(shí)間（從 RTS 幀中將此持續(xù)時(shí)間 復(fù)制到 CTS 幀中）。,A 收到 CTS 幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。,課件制作人：謝希仁,RTS 和 CTS 幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK 幀的傳輸時(shí)間關(guān)系,時(shí)間,DIFS,RTS,SIFS,時(shí)間,NAV（RTS）,DIFS,爭用窗口,推遲接入,源站,時(shí)間,目的站,ACK,其他站,CTS,SIFS,SIFS,數(shù)據(jù),NAV（CTS）,NAV（數(shù)據(jù)）,課件制作人：謝希仁,9.1.4 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 幀,802.11 幀共有三種類型，

24、即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。 下面是數(shù)據(jù)幀的主要字段。,字節(jié) 2 2 6 6 6 2 6 0 2312 4,幀控制,持續(xù)期,地址 1,地址 2,地址 3,序號控制,地址 4,幀主體,FCS,協(xié)議 版本,類型,子類型,到 DS,從 DS,更多 分片,重試,功率 管理,更多 數(shù)據(jù),WEP,順序,位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1,MAC 首部,課件制作人：謝希仁,802.11 數(shù)據(jù)幀的三大部分,MAC 首部，共 30 字節(jié)。幀的復(fù)雜性都在幀的首部。 幀主體，也就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312 字節(jié)。這個(gè)數(shù)值比以太網(wǎng)的最大長度長很多。不過 802.11 幀的長度通常都是小于 1500 字節(jié)

25、。 幀檢驗(yàn)序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié),課件制作人：謝希仁,1. 關(guān)于 802.11 數(shù)據(jù)幀的地址,802.11 數(shù)據(jù)幀最特殊的地方就是有四個(gè)地址字段。地址 4 用于自組網(wǎng)絡(luò)。我們在這里只討論前三種地址。,課件制作人：謝希仁,序號控制字段、持續(xù)期字段和幀控制字段,序號控制字段占 16 位，其中序號子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。 持續(xù)期字段占 16 位。 幀控制字段共分為 11 個(gè)子字段。 協(xié)議版本字段現(xiàn)在是 0。 類型字段和子類型字段用來區(qū)分幀的功能。 更多分片字段置為 1 時(shí)表明這個(gè)幀屬于一個(gè)幀的多個(gè)分片之一。 有線等效保密字段 WEP 占 1 位。若 WEP = 1，就表

26、明采用了 WEP 加密算法。,課件制作人：謝希仁,分片的發(fā)送舉例,t,t,t,源站,目的站,其他站,RTS,CTS,分片 1,ACK,分片 2,ACK,分片 3,ACK,SIFS,NAV (RTS),NAV (CTS),長的幀劃分為許多分片,課件制作人：謝希仁,9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN (Wireless Personal Area Network),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 10 m 左右。 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 和個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network)并不完全等同

27、，因?yàn)?PAN 不一定都是使用無線連接的。,課件制作人：謝希仁,WPAN 和 WLAN 并不一樣。,WPAN 是以個(gè)人為中心來使用的無線人個(gè)區(qū)域網(wǎng)，它實(shí)際上就是一個(gè)低功率、小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。WPAN 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 頻段。 但 WLAN 卻是同時(shí)為許多用戶服務(wù)的無線局域網(wǎng)，它是一個(gè)大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。,課件制作人：謝希仁,1. 藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth),最早使用的 WPAN 是 1994 年愛立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.1 。 藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。 藍(lán)牙使用 TD

28、M 方式和擴(kuò)頻跳頻 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。,課件制作人：謝希仁,皮可網(wǎng)(piconet),Piconet 直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。 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)。 這種主從工作方式的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起來價(jià)格就會比較便宜。,課件制作人：謝希仁,藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng),M,M,S,S,P,S,S,S,S,S,P,皮可網(wǎng) 2,擴(kuò)散網(wǎng),皮可網(wǎng) 1,M,主設(shè)備,S,從設(shè)備,P,擱置的設(shè)備,課件

29、制作人：謝希仁,2. 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 2 250 kb/s。 低速 WPAN 的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4。最近新修訂的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4-2006。 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(diǎn)是通信距離短（10 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的特點(diǎn),功耗非常低。在工作時(shí)，信號的收發(fā)時(shí)間很短；而在非工作時(shí)，ZigBee 結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常省電。對于某些工

30、作時(shí)間和總時(shí)間之比小于 1% 的情況，電池的壽命甚至可以超過10 年。 網(wǎng)絡(luò)容量大。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)。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的標(biāo)準(zhǔn),在 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。 所有 ZigBee 產(chǎn)品也是 802.15.4 產(chǎn)品。 IEEE 802.15.4 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(luò)層和應(yīng)用層）則是由 ZigBee 聯(lián)盟定義的。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的協(xié)議棧,物理層,MAC 層,網(wǎng)絡(luò)層,應(yīng)用層,IEEE 802.15.4 定義,ZigBee 聯(lián)盟定義,ZigBee 協(xié)議棧,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的組網(wǎng)方式可采用星形和網(wǎng)狀拓?fù)?，或兩者的組合,FFD,FFD,FFD,FFD,FFD,RFD,端設(shè)備,路由器,FFD,FFD,協(xié)調(diào)器,有一個(gè)全功能設(shè)備 FFD 充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的端設(shè)備是精簡功能設(shè)備 RFD 結(jié)點(diǎn)。,課件制作人：謝希仁,