无线LAN技术和标准

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,无线 LAN 技术和标准802.11,无线 LAN 应用,无线,LAN,是一种利用无线传输媒体的网络。,能满足对于移动性、重定位性、自组网以及覆盖难以布线的位置等需求。,无线,LAN,仍很少使用，其理由包括高价、低速、对安全的考虑和许可的需求。,无线应用,LAN,扩展,交叉建筑物的互联,移动接入,自组织网络,LAN 扩展,无线LAN一般被连接到有线LAN上,有线LAN,它是骨干,支持服务器和工作站,无线 LAN,一般使用一个无线接口的控制模块(CM)，CM一般包括网桥或路由器控制功能，以将无线LAN与骨干网相连它包括几类轮询或令牌传递模式的访问控制逻辑，以管理由端系统传来的访问,Multiple-cell Wireless LAN,交叉建筑物的互联,互连邻近建筑的有线 LANs和无线LANs.,有线 或无线 LANs,点到点的无线链路,连接的设备一般为网桥或路由器,游动接入,游动接入在LAN集线器和笔记本电脑等带天线的移动终端间提供了一条无线链路,应用场合:,从个人的便携式计算机发送数据至办公室的服务器,校园内的无线接入,自组织网络,为满足某种急需而临时搭建的点到点网络（无中央服务器）,举例:,临时会议，战争局域通信,无线LAN 最重要的需求,(吞吐量)Throughput,(节点数)Number of nodes,连接到主干网Connection to backbone LAN,服务区域Service aream,电池功率的消耗，无通信时采用睡眠模式,传输的鲁棒性和安全性，(防止干扰和窃听),配置的网络操作：当一个区域存在多个无线LAN的操作，要能允许对特殊的LAN做授权访问和非授权访问。,无许可操作,无线MAC协议能满足越区切换/漫游,动态配置：允许动态的和自动的添加、删除、重定位终端系统。,无线 LAN 技术产品分类,根据所用的传输技术分类：,红外LANs（Infrared(IR)LANs）：红外线不能穿透不透光的墙，所以它的单个蜂窝区被限制在单个房间。,扩频局域网(Spread spectrum LANs)：它利用扩频技术，在ISM波段上运行，因此不需要FCC许可。,窄带微波：这些LAN在微波频率上运行，但并不使用扩频，这些产品一部分在需要FCC许可的频率上运行，而其它产品使用一个非许可的ISM波段。,1、红外LAN,光谱红外领域的光无线通信是很常见的，被用于远程控制设备，最近已转向用红外技术构建无线,LAN.,在无线,LAN,中，两个竞争的传输媒体是使用扩频或窄带传输的,微波无线电,和,红外线,。,红外线,提供了大量明显,优于,微波,无线电,方式的优点。,红外LAN的优点,红外线提供了大量明显优于微波无线电方式的优点。,红外线的频谱实际上是无限的。,可能获得极高的数据速率,红外线频谱不做规定,设备廉价和简单,能被白色或淡色物体反射，获得对整个房间的覆盖,无法穿透墙壁或不透明物体,更容易避免窃听,不同房间互相无干扰.,红外LAN的缺点,室内环境有阳光和室内发出的集中红外背景辐射，这些周围的辐射在红外接收器中表现为噪声。,高功率的发射器,但对眼睛有伤害，高能量消耗,红外线(IR)数据传输技术,直束红外(IR)：传输信号能被集中和瞄准(几公里 110M,一般用于交叉建筑物的互联),全向：涉及一个基站，它在所有其他站点视线中，通常安装在天花板上，起到多端口中继器的作用。收发机对准天花板基站发送一个定向束，基站广播一个全向信号！,分散（Diffused）：所有IR发射器聚焦，并对准一点-扩散反射天花板。如B,2、扩频LAN,利用多蜂窝区布置(Figure 13.2)，在同一波段，相邻蜂窝区利用不同的中心频率来避免干扰。,在一个给定的蜂窝区中，拓扑结构或是点对点，或是hub.在集线器拓扑结构中，hub一般安装在天花板上，连接到骨干有线LAN上。,集线器也可控制无线站点接入,集线器也可对移动站做,自动的越区切换,。,根据hub感觉到信号的衰减自动切换到最邻近hub,扩频LAN波段,使用不需经过FCC许可的波段,在美国，已预拨出三个微波波段用于未经许可的扩频使用，频率越高，潜在的带宽越高：,915M波段（902909MHz）:已有大量的设备运行在其上。如：无绳电话、无线麦克风等,2.4G波段(2.4G2.4835GHz)：微波炉,5.8G波段(5.725GHz 5.825GHz)：竞争很少！,窄带微波 LANs,使用微波无线电频率波段做信号传输，并且窄带带宽相当窄，宽度仅够容纳信号。,主要用于话音、数据、视频传输。,许可的微波波段：目前所有的窄带微波LAN产品都是使用许可的微波波段。,非许可的微波波段,许可的微波波段,在特定的区域内使用许可的窄带RF可以避免系统间的潜在干扰。,许可在FCC控制下，每个地理区域的半径为28KM，能容纳5个许可。其中每个许可覆盖2个频率。,窄带机制：相邻区使用不重叠的频率波段，在18GHz的波段中拥有600个许可。在美国有摩托罗拉公司控制频段，确保不重叠相互干扰，数据经过加密避免窃听。,非许可的微波波段,in 1995，RadioLAN 成为第一个使用非许可的窄带微波波段ISM频谱引入窄带无线LAN的厂家。,使用无限制的 ISM 频谱,低功耗(0.5 watts or less),5.8-GHz 波段，10 Mbps,范围 50 m to 100 m,Wi-Fi和IEEE802.11无线 LAN 标准,Protocol Layers,协议体系结构,物理层:IEEE802的最低层与OSI最低层相对应,它的主要功能如下:,信号的编码和解码,前导位生成与去除(为同步所需),位的传输与接收,包括了对传输媒体和拓扑的规范.,对于某些802.11标准,物理层被进一步划分为几个子层.定义了两个子层:,物理层收敛规程,物理媒体依赖子层,协议体系结构,MAC层的主要功能:,传输时，将数据集中到一个带有地址和检错域的Frame.,接收时，分拆Frame,并执行地址识别和检错,控制对LAN传输媒体的接入,LLC层的主要功能:,向更高层提供接口与及执行流控制和差错控制,LLC层与MAC层分开的理由:,在数据链路层，未发现对一个共享接入媒体的接入进行管理所要求的逻辑。,对同样的LLC可提供几个MAC选项,MAC层负责检错和丢弃所有出错Frame,LLC层选择性地跟踪已成功收到的Frame.,MAC Frame 格式,MAC层接收LLC发出的数据块，并负责执行与媒体接入相关的功能和负责发送数据。MAC层处理的数据单元是Frame.它的域包括如下：,MAC 控制,Contains Mac protocol information,目的 MAC 地址,Destination physical attachment point,源 MAC 地址,Source physical attachment point,CRC校验位,Cyclic redundancy check,逻辑链路控制LLC,LLC与其他链路层很相似，在不需要中间交换节点的情况下，LLC涉及在两个站点间链路层PDU的传送。但LLC有两个特征：,它必须支持链路的多接入、共享媒体特性。,MAC层减少链路接入的一些细节。,逻辑链路控制LLC服务,无确认的无连接服务,不提供流控制和差错控制,数据发送没有保证,连接模式的服务,在两个交换数据的用户间建立一条逻辑连接,提供流控制和差错控制,确认的无连接服务,前两个服务的折中,提供需确认的数据报,不建立前面的逻辑连接,IEEE 802.11 体系结构,IEEE 802.11专门致力于无线LAN，它拥有开发MAC协议和物理媒体规范的许可权。,IEEE802.11工作组不断发布了扩展的标准列表。802.11,802.11a 802.11n,为保证基于同样的802.11标准的产品能相互操作，WI-FI联盟（无线以太兼容性联盟）于1999年成立，它建立了用于验证802.11b产品互操作能力的一套测试程序。后来WI-FI联盟对802.11其他的产品也开发了认证。,IEEE 802.11 体系结构,无线LAN的最小构成块是,基本服务集(BBS),，它由一些执行相同MAC协议和竞争接入相同共享无线媒体的站点组成。,一个BBS要么是孤立的，要么通过一个接入点(Acess Point,AP)与骨干分布式(DS)相连。AP起到网桥的功能。,骨干分布式(DS)可以是一个交换机、有线网、无线网。,下图解释了802.11工作组所开发的模型。,IEEE 802.11 体系结构,IEEE 802.11 体系结构,图显示最简单的配置，每个站点都属于同一单独的基本服务集(BBS)。站点其实可以参与的BBS不止一个。更进一步，一个站点与一个BBS之间的联系是动态的，站点可能关闭、进入区域或移出区域。,一个扩展服务集(ESS)由经过一个分布式系统互联的两个或多个BBS组成。可以被看作为一个单独的逻辑LAN.,接入点AP除了作为站点的功能外，还通过提供DS服务提供对DS的接入。,入口：实现IEEE802.11与有线LAN集成,IEEE 802.11 服务,基本服务：包括在AP的实现,扩展服务：分布式系统的专用设备的实现,DS中的报文分发（分发和集成）,与关联相关的服务：为满足(无变动、BSS变动、ESS变动)三种需求，提供关联、重关联、中断关联的服务,3个控制IEEE802.11的LAN接入和机密性的服务：认证、取消认证、保密,IEEE 802.11媒体接入控制,IEEE 802.11 MAC 层覆盖了三个功能区:,可靠的数据传送,接入控制,安全,IEEE 802.11可靠的数据传送,MAC层处理错误比高层处理错误更有效,两Frame交换协议,Source station transmits data,Destination responds with acknowledgment(ACK),If source doesnt receive ACK,it retransmits frame,四Frame交换协议,Source issues request to send(RTS),Destination responds with clear to send(CTS),Source transmits data,Destination responds with ACK,IEEE 802.11接入控制,两种：集中接入控制 与 分布式接入控制(主要的),802.11的最终成果-分布式基础无线MAC算法（DFWMAC算法），包括两个方面,分布协调功能,DCF,，在,MAC,较低子层实现。,DCF,采用一个竞争算法为所有通信提供接入。普通的非同步通信直接使用,DCF,。,使用载波监听机制决定节点发送，但不包括冲突检测功能，因为对于无线网，其不实用。算法思想如下：,点协调功能,PCF,：,PCF,是在,DCF,之上实现的替代接入方式，采用轮询的方式获得接入。是一个集中的,MAC,算法。被用于提供自由竞争服务。,IEEE 802.11接入控制,DCF子层的CSMA算法,DCF子层的CSMA算法,简化后的分布协调功能DCF算法思想CSMA机制,IEEE 802.11 MAC Frame 格式,控制Frame类型,节能轮询：由任意节点发给AP(接入)的站点，它的主要目的是在站点处于节能模式时，请求AP发送为该节点缓存Frame.,请求发送Frame:四次交换的第一frame,清除发送Frame:四次交换的第二frame,确认(Acknowledgment)frame,宣告自由竞争结束的Frame,确认自由竞争结束的Frame,管理Frame,连接请求,连接响应,其它一些管理Frame,802.11物理层,IEEE 802.11物理层分四个阶段