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无线网络与移动技术无线网络与移动技术无线网络与移动技术无线网络与移动技术第1页，共197页，编辑于2022年，星期六无线网络无线网络一、无线网络概述一、无线网络概述二、无线局域网二、无线局域网三、无线个人区域网三、无线个人区域网四、无线城域网技术四、无线城域网技术五、无线五、无线Ad hoc网络网络六、无线传感器网络六、无线传感器网络七、物联网七、物联网 第2页，共197页，编辑于2022年，星期六一、一、无线网络概述无线网络概述随着便携机、掌上计算机和个人电子助手随着便携机、掌上计算机和个人电子助手PDA的出现，无线计算机网络也逐渐流行起来了。的出现，无线计算机网络也逐渐流行起来了。无线电子设备可以随时、随地、无缝地接入全无线电子设备可以随时、随地、无缝地接入全球因特网。球因特网。从网络观点来说，无线网络提出的挑战，特别从网络观点来说，无线网络提出的挑战，特别是在数据链路层和网络层，与传统的有线网络是在数据链路层和网络层，与传统的有线网络的差别非常大，所以，我们需要专门讨论无线的差别非常大，所以，我们需要专门讨论无线网络和移动网络。网络和移动网络。第3页，共197页，编辑于2022年，星期六无线网络可以分成以下三大类无线网络可以分成以下三大类系统内部互连系统内部互连：蓝牙技术可以将监视器、键盘、：蓝牙技术可以将监视器、键盘、鼠标、打印机、数码相机、耳机、扫描仪和其他鼠标、打印机、数码相机、耳机、扫描仪和其他的设备连接到计算机上。不需要电缆，也不需要的设备连接到计算机上。不需要电缆，也不需要安装驱动程序，只要把它们放到一起，然后打开安装驱动程序，只要把它们放到一起，然后打开开关，它们就可以工作了。开关，它们就可以工作了。无线局域网无线局域网LAN：802.11，WLAN 是指传输范是指传输范围在围在 100米左右的无线网络，也称为米左右的无线网络，也称为Wi-Fi无线无线保真度。它的推动联盟为保真度。它的推动联盟为Wi-Fi。有基础设施模式和无基础设施模式。有基础设施模式和无基础设施模式。无线广域网无线广域网WAN：蜂窝电话。：蜂窝电话。1G2G3G第4页，共197页，编辑于2022年，星期六无线网络的组成构件无线网络的组成构件无线主机无线主机无线链路无线链路基站：蜂窝网络中的蜂窝塔、基站：蜂窝网络中的蜂窝塔、802.11无线网无线网络中的接入点。络中的接入点。Ad hoc网络中没有基站网络中没有基站 网络基础设施网络基础设施第5页，共197页，编辑于2022年，星期六无线网络无线网络无线（移动）通信功能实体和结构无线（移动）通信功能实体和结构（RFC2002）高级网络6第6页，共197页，编辑于2022年，星期六WLAN无线局域网无线局域网 Wireless LAN高级网络7第7页，共197页，编辑于2022年，星期六WLAN工作模式工作模式高级网络8基本服务集合（基本服务集合（Basic Service Set，BSS）扩展服务集合（扩展服务集合（Extended Service Set，ESS）独立基本服务集合（独立基本服务集合（Independent Basic Service Set，IBSS）第8页，共197页，编辑于2022年，星期六WLAN传输使用的频段传输使用的频段第9页，共197页，编辑于2022年，星期六WLAN物理层标准物理层标准802.112Mbps，2.4GHz/IR，目前已淘汰，目前已淘汰802.11b11Mbps，2.4GHz，直序扩频直序扩频DS-SS，补码键控，补码键控CCK和分组二进制卷积码和分组二进制卷积码PBCC编码编码，DQPSK调制调制802.11a54Mbps，5GHz，正交频分复用正交频分复用OFDM多载波调制技术，载波数达多载波调制技术，载波数达52个个802.11g802.11b802.11a，2.4GHz802.11n300Mbps，MIMO智能天线技术智能天线技术高级网络10第10页，共197页，编辑于2022年，星期六802.11b802.11b802.11b802.11b802.11b802.11b 工作于工作于工作于工作于2.4GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz 由于最初的由于最初的802.11标标准存在诸多缺陷，准存在诸多缺陷，1999年年IEEE进行了很多更新，进行了很多更新，推出了推出了802.11b标准，标准，该标准工作在该标准工作在2.4GHz频频带，最大数据传输速率带，最大数据传输速率可达可达11Mbps。第11页，共197页，编辑于2022年，星期六802.11a802.11a802.11a802.11a802.11a802.11a 工作于工作于工作于工作于5.8GHz5.8GHz5.8GHz5.8GHz802.11b工作于公共频段，容易与同工作于公共频段，容易与同一工作频段的蓝牙、微波炉等设备形一工作频段的蓝牙、微波炉等设备形成干扰，且速度较低，为了解决这个成干扰，且速度较低，为了解决这个问题，在问题，在802.11b通过的同年，通过的同年，802.11a标准应运而生。该标准工作标准应运而生。该标准工作于于5.8GHz频段，最大数据传输速频段，最大数据传输速率提高到率提高到54Mbps。第12页，共197页，编辑于2022年，星期六802.11b802.11b802.11b与与与与与与802.11a802.11a802.11a的兼容性问题的兼容性问题的兼容性问题的兼容性问题的兼容性问题的兼容性问题802.11a802.11a802.11a802.11a802.11b802.11b802.11b802.11b只工作于只工作于只工作于只工作于2.4GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz只工作于只工作于只工作于只工作于5.8GHz5.8GHz5.8GHz5.8GHz 用户从用户从802.11b标准的区域进入标准的区域进入802.11a标准的区域中，无法与标准的区域中，无法与AP节点节点进行联系。进行联系。第13页，共197页，编辑于2022年，星期六解决问题一：双频双模解决问题一：双频双模解决问题一：双频双模解决问题一：双频双模 双频双模双频双模（双频指同时支持（双频指同时支持2.4GHz和和5.8GHz，双模指同时，双模指同时支持支持802.11b、802.11a二种模式）二种模式）的的AP可支持二种不同标可支持二种不同标准的准的WLAN网卡接入网络。网卡接入网络。802.11b/a802.11b/a802.11b/a802.11b/a802.11b/a802.11b/a802.11b/a802.11b/a2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz无线网的无线网的无线网的无线网的“双频自适应双频自适应双频自适应双频自适应”，就好象有线网的，就好象有线网的，就好象有线网的，就好象有线网的“10/100M10/100M10/100M10/100M自适应自适应自适应自适应”一样。一样。一样。一样。第14页，共197页，编辑于2022年，星期六解决问题二：解决问题二：解决问题二：解决问题二：802.11g802.11g无法平滑升级 虽然虽然802.11a标准比起标准比起802.11b先进不少，先进不少，但由于但由于802.11b的广泛使用，无线局域网的部署的广泛使用，无线局域网的部署和升级必须考虑到客户的既有投资，业界迫切需要和升级必须考虑到客户的既有投资，业界迫切需要一种与一种与802.11b工作于同一频段且更为先进工作于同一频段且更为先进的技术来保证这种妥协。的技术来保证这种妥协。2001年，工作于年，工作于2.4GHz频段数据速率最高达频段数据速率最高达54MHz的的802.11g标准获得通过。标准获得通过。802.11a802.11a802.11a802.11a5.8GHz5.8GHz5.8GHz5.8GHz802.11b802.11b802.11b802.11b2.4GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz第15页，共197页，编辑于2022年，星期六解决问题三：双频三模解决问题三：双频三模解决问题三：双频三模解决问题三：双频三模 随着随着802.11g标准的诞生，双标准的诞生，双频产品随后也将该标准融入其中，频产品随后也将该标准融入其中，成为全方位的无线网络解决方案。成为全方位的无线网络解决方案。802.11g802.11g802.11g802.11g802.11a802.11a802.11a802.11a802.11b802.11b802.11b802.11b支持双频支持双频支持双频支持双频2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz2.4GHz/5.8GHz 双频三模双频三模（双频指同时支持双频指同时支持2.4GHz和和5.8GHz，三模指同时支持，三模指同时支持802.11b、802.11a、802.11g三种模式）三种模式）的的AP可支持可支持三种不同标准的三种不同标准的WLAN网卡接入网络。网卡接入网络。第16页，共197页，编辑于2022年，星期六其他常用协议与技术介绍802.11e无线服务质量保证协议无线服务质量保证协议无线服务质量保证协议无线服务质量保证协议对于教师、学生等不同的无线用户，定义不同的优先传输级别，充分利用有限的带宽。802.11f无线接入点漫游协议无线接入点漫游协议无线接入点漫游协议无线接入点漫游协议保证移动笔记本电脑在校内不同的AP之间移动不会中断，尤其适用于今后的校园无线语音运营。802.11h动态频率与信道调整协议动态频率与信道调整协议动态频率与信道调整协议动态频率与信道调整协议根据校园内同频干扰的实时特征动态调整发射频率和占用信道，避免信号叠加、碰撞造成的衰减。802.11i无线链路安全保障协议无线链路安全保障协议无线链路安全保障协议无线链路安全保障协议采用WPA/WPA2认证模式，采用TKIP/AES加密机制，补充了校园无线链路层的安全。802.3af以太网传输供电协议以太网传输供电协议以太网传输供电协议以太网传输供电协议也叫PoE，AP可接受网线传输的48V直流供电，无需外接220V电源，是校园部署AP的必须。802.1X基于逻辑端口的认证协议基于逻辑端口的认证协议基于逻辑端口的认证协议基于逻辑端口的认证协议在校园无线用户没有通过认证之前没有上网权限，相比传统的Webportal方式保证了安全访问。第17页，共197页，编辑于2022年，星期六WLAN数据链路层数据链路层MAC子层子层高级网络18第18页，共197页，编辑于2022年，星期六二、二、无线局域网无线局域网2.1 802.11协议栈协议栈2.2 802.11服务集和关联服务集和关联2.3 802.11物理层物理层2.4 802.11MAC子层子层2.5 802.11MAC帧帧2.6 802.11无线无线LAN提供的服务提供的服务2.7 802.11无线站点接入过程无线站点接入过程2.8 802.11协议标准协议标准第19页，共197页，编辑于2022年，星期六使用使用WLAN的场合的场合需要主要包括：需要主要包括：(1)不方便架设有线网络的环境不方便架设有线网络的环境;(2)使用者时常需要移动位置使用者时常需要移动位置;(3)临时性的网络。临时性的网络。第20页，共197页，编辑于2022年，星期六无线无线LAN面临的问题面临的问题首先，以太网上的侦听总线载波，当总线空闲首先，以太网上的侦听总线载波，当总线空闲时，才开始传输数据。无线时，才开始传输数据。无线LAN中，侦听总线中，侦听总线空闲时，并不一定能传输成功。空闲时，并不一定能传输成功。“多径衰减多径衰减”的现象，无线信号在碰到固体对的现象，无线信号在碰到固体对象的时候会有反射现象，所以同样的无线信号象的时候会有反射现象，所以同样的无线信号可能会被收到多次。可能会被收到多次。大量的软件并不知道这种移动性大量的软件并不知道这种移动性 第21页，共197页，编辑于2022年，星期六2.1 802.11协议栈协议栈 高层逻辑链路控制LLCMAC子层802.11红外线802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM物理层第22页，共197页，编辑于2022年，星期六2.2 802.11服务集和关联服务集和关联 一个一个基本服务集基本服务集BSS包括一个基站和移动站点，所有站在本包括一个基站和移动站点，所有站在本BSS以以内都可以直接通信，但在和本内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站点通信时，都要通过本以外的站点通信时，都要通过本BSS的基站，在的基站，在802.11中，也叫中，也叫接入点接入点AP。必须为该必须为该AP分配一个不超过分配一个不超过32字节的字节的服务集标识符服务集标识符SSID和一个信和一个信道。道。一个一个BSS所覆盖的地理范围叫做所覆盖的地理范围叫做基本服务区基本服务区BSA。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个连接到一个主干分主干分配系统配系统DS，然后再接入到另一个基本服务集，构成，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集扩展的服务集ESS。ESS还为无线用户提供非还为无线用户提供非802.11无线局域网的接入，通过无线局域网的接入，通过门桥门桥来来实现。实现。第23页，共197页，编辑于2022年，星期六802.11的的BSS和和ESS 基本服务集基本服务集BSS扩展的服务集扩展的服务集 ESS接入点接入点AP2portal基本服务集基本服务集BSS接入点接入点AP1AA因特网因特网漫游漫游至其它至其它802.x局域网局域网分配系统分配系统DSDSB第24页，共197页，编辑于2022年，星期六漫游与关联漫游与关联移动站点移动站点A从一个从一个BSS漫游到另一个漫游到另一个BSS时，仍时，仍可保持与另一个移动站点可保持与另一个移动站点B进行通信。进行通信。如果一个移动站点要加入到一个基本服务集如果一个移动站点要加入到一个基本服务集 BSS，就必须先选择一个接入点，就必须先选择一个接入点 AP，并与此接，并与此接入点建立入点建立关联关联。若移动站点使用若移动站点使用重建关联重建关联服务，就可以把这种关服务，就可以把这种关联转移到另一个接入点。联转移到另一个接入点。当使用当使用解除关联解除关联服务时，就可以终止这种关联。服务时，就可以终止这种关联。第25页，共197页，编辑于2022年，星期六 2.3 802.11物理层物理层WLAN 传输方式有传输方式有 红外线红外线 和和 无线电射频无线电射频 两种两种红外系统：红外系统：优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。密性好。缺点：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、缺点：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。荧光灯等干扰；半双工通信。无线电射频系统：采用无线电射频系统：采用 扩频扩频 技术进行调制。扩频技术的频率技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在范围开放在 ISM 频段。频段。Industry:902 928 Mhz(26MHz)Science:2.42.4835 GHz(83.5MHz)Medicine:5.155.35 GHz和和5.7255.825 GHz(300MHz)扩频技术主要又分为扩频技术主要又分为 跳频扩频跳频扩频FHSS 和和 直接序直接序列列DSSS 两种技术两种技术第26页，共197页，编辑于2022年，星期六无线扩频技术无线扩频技术 直接序列频带的14个子频道 第27页，共197页，编辑于2022年，星期六 扩频通信与一般无线通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，扩频通信与一般无线通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调。而在接收端增加了扩频解调。扩频技术的扩频技术的优点优点包括：易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率包括：易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率;抗干扰抗干扰性强，误码率低性强，误码率低;隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小;可以实现码可以实现码分多址分多址;抗多径干扰抗多径干扰;能精确地定时和测距能精确地定时和测距;适合数字话音和数据传输，以及适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务开展多种通信业务;安装简便，易于维护。安装简便，易于维护。第28页，共197页，编辑于2022年，星期六扩频数字通信系统的基本结构扩频数字通信系统的基本结构 第29页，共197页，编辑于2022年，星期六跳频通信(frequence hopping spread spectum,FHSS)IEEE 802.11标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;(Industrial,Scientific,Medical)跳频扩频通信的数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s。第30页，共197页，编辑于2022年，星期六跳频扩频通信的技术要点跳频扩频通信的技术要点将分配的频带划分为多个子频带，子频带称为信道；每一个信道带宽相同；信道按跳频序列的规律被随机的使用；跳频序列是根据一个伪随机码决定；发送双方使用同一个伪随机码。第31页，共197页，编辑于2022年，星期六直接序列扩频也使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的ISM频段;数据传输速率为1Mb/s或2Mb/s;系统实际发送的信号d(t)是发送数据a(t)与伪随机码c(t)模二加的结果;直接序列扩频直接序列扩频(direct sequence spread spectrum,DSSS)第32页，共197页，编辑于2022年，星期六直接序列扩频的技术要点直接序列扩频的技术要点将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异或操作将待发送的数据与伪随机的二进制序列进行异或操作,然后将然后将编码后的数据调制在载波上进行发送编码后的数据调制在载波上进行发送;同一个同一个WLAN中的所有结点使用相同的伪随机的二进制序列；中的所有结点使用相同的伪随机的二进制序列；属于同一个属于同一个WLAN中的所有结点使用同一个分配的频带，使用中的所有结点使用同一个分配的频带，使用同样的伪随机的二进制序列，它们之间的传输会产生相互干扰，同样的伪随机的二进制序列，它们之间的传输会产生相互干扰，因此也存在采用介质访问控制方法问题。因此也存在采用介质访问控制方法问题。第33页，共197页，编辑于2022年，星期六 2.4 802.11 MAC子层子层 与与802.3以太网不同，以太网不同，802.11MAC协议并没协议并没有实现冲突检测，这主要有两个原因。有实现冲突检测，这主要有两个原因。第一个原因，在无线网络的适配器上接收信第一个原因，在无线网络的适配器上接收信号的强度往往会远远小于发送信号的强度，号的强度往往会远远小于发送信号的强度，所以，若要实现冲突检测，需要在硬件上付所以，若要实现冲突检测，需要在硬件上付出更多的化费；出更多的化费；第二个原因，因为在无线局域网中存在着第二个原因，因为在无线局域网中存在着“隐藏站隐藏站”问题、问题、“暴露站暴露站”问题和问题和“衰减衰减”问题，导致无线站点无法检测到所有冲突。问题，导致无线站点无法检测到所有冲突。第34页，共197页，编辑于2022年，星期六Signal fading衰减衰减:B,A hear each otherB,C hear each otherA,C can not hear each other interferring at B无线信号衰减问题无线信号衰减问题 A BCAs signalstrengthspaceCs signalstrengthsignalstrength信号强度足信号强度足以在以在B处产处产生干扰生干扰信号弱，不足以检测信号弱，不足以检测到对方传输到对方传输信号弱，不足以检信号弱，不足以检测到对方传输测到对方传输第35页，共197页，编辑于2022年，星期六A 的作用范围C 的作用范围ABCD当当A A、C C相距较远相距较远时，因为检测不到时，因为检测不到无线信号时，都以无线信号时，都以为为B B是空闲的，是空闲的，因而都向因而都向B B发送发送数据，结果发生数据，结果发生碰撞。碰撞。未能检测出媒体上已存在的信号，不能发现潜在介质竞争者的问题叫作隐藏终端问题(hidden station problem)1.无线局域网中的特殊问题无线局域网中的特殊问题隐藏终端问题隐藏终端问题第36页，共197页，编辑于2022年，星期六有障碍物时的隐藏终端问题有障碍物时的隐藏终端问题ABCHidden terminal problem：B,A hear each otherB,C hear each otherA,C can not hear each othermeans A,C unaware of their interference干扰干扰 at BA,C之间有障碍物时的隐藏终端问题第37页，共197页，编辑于2022年，星期六隐藏站隐藏站隐藏站是指在接收站点的覆盖范围内，而在发隐藏站是指在接收站点的覆盖范围内，而在发送站点的覆盖范围外的站点。送站点的覆盖范围外的站点。在采用单向传输信道的情况下，由于隐藏站感在采用单向传输信道的情况下，由于隐藏站感知不到发送站点的发送，而有可能同时向这个知不到发送站点的发送，而有可能同时向这个接收站点发送数据，从而导致冲突。接收站点发送数据，从而导致冲突。发送站点在冲突后需要重传冲突的帧，这样会发送站点在冲突后需要重传冲突的帧，这样会降低信道利用率。降低信道利用率。第38页，共197页，编辑于2022年，星期六暴露终端问题B 的作用范围C 的作用范围ADCB？B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据这就是暴露终端问题(exposed station problem)第39页，共197页，编辑于2022年，星期六暴露站暴露站暴露站是指在发送站点通信范围内，而在接收站通暴露站是指在发送站点通信范围内，而在接收站通信范围外的站点。信范围外的站点。暴露站因感知到发送站点的发送而延迟发送。但是，暴露站因感知到发送站点的发送而延迟发送。但是，由于它在接收站点的通信范围外，它的发送实际上由于它在接收站点的通信范围外，它的发送实际上并不会造成冲突，这样就引入不必要的延迟，并造并不会造成冲突，这样就引入不必要的延迟，并造成信道利用率的降低，因此是通信接入结束研究中成信道利用率的降低，因此是通信接入结束研究中需要解决的问题。需要解决的问题。在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个移动站点进行通信。这与无线局域网有很同时多个移动站点进行通信。这与无线局域网有很大的区别。大的区别。第40页，共197页，编辑于2022年，星期六隐蔽站和暴露站隐蔽站和暴露站隐蔽站问题（隐蔽站问题（Hidden Station Problem）暴露站问题（暴露站问题（Exposed Station Problem）高级网络41 RTS-CTS握手机制可以解决隐蔽发送站问题 当B收到A发出的RTS而响应CTS后，C同样可以收到 但是会引发掩蔽接收站问题 如果此时D向C发送RTS，C无法做出响应，D只能不断超时重发RTS，浪费了资源，C称为A的隐蔽接收站 双信道方式可解决掩蔽接收站问题 数据和控制在不同信道上传输 RTS-CTS握手机制可在一定程度上解决暴露站问题 B向A发送RTS，C收不到A向B回送的CTS，C可判断自己是暴露站，就可向D发送数据 但是仍然可能存在暴露发送站和暴露接收站问题 C判断可以向D发送，就发出RTS，D回复CTS，然而该CTS与B发送给A的数据报文在C处碰撞，使C收不到CTS，C重复发送RTS，做无用功，C为暴露发送站 若D要向暴露站C发送数据，RTS在C处冲突，C无法正常收到RTS，也就无法接收来自D的数据，C为暴露接收站 双信道方式可解决第41页，共197页，编辑于2022年，星期六2.802.11 MAC层包括两个子层层包括两个子层 802.11支持两种操作模式：支持两种操作模式：分布式协调功能分布式协调功能 DCF（必须实现）（必须实现）点协调功能点协调功能 PCF（选用）（选用）第42页，共197页，编辑于2022年，星期六802.11的的MAC层包括两个子层层包括两个子层 MAC 层无争用服务（选用）争用服务（必须实现）分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11第43页，共197页，编辑于2022年，星期六 DCF 子层在每一个节点使用子层在每一个节点使用 CSMA 机制的分布式接入算法，机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。让各个站通过争用信道来获取发送权。DCF 向上提供争用服务。适用于有基础设施和无基础设施两种模式向上提供争用服务。适用于有基础设施和无基础设施两种模式MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11第44页，共197页，编辑于2022年，星期六PCF子层使用集中控制的接入算法子层使用集中控制的接入算法(在在AP)将发送数据权轮流交给各个将发送数据权轮流交给各个站，避免碰撞。仅用于基础设施模式。站，避免碰撞。仅用于基础设施模式。MAC 层无争用服务争用服务分布协调功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA)点协调功能 PCF(Point Coordination Function)物理层2.4 GHzFHSS1 Mb/s2 Mb/s2.4 GHzDSSS1 Mb/s2 Mb/sIR1 Mb/s2 Mb/s5 GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54 Mb/s2.4 GHzDSSS5.5 Mb/s11 Mb/s802.11b802.11aIEEE 802.11第45页，共197页，编辑于2022年，星期六3.帧间间隔帧间间隔 802.11规定，所有站点在完成发送后，必须再规定，所有站点在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续侦听信道），才能发等待一段很短的时间（继续侦听信道），才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔IFS。常用的帧间间隔有三种：常用的帧间间隔有三种：短帧间间隔短帧间间隔SIFS点协调功能帧间间隔点协调功能帧间间隔PIFS分布协调功能帧间间隔分布协调功能帧间间隔DIFS 第46页，共197页，编辑于2022年，星期六三种帧间间隔三种帧间间隔 时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲 发送第 1 帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一 帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS 其他站有帧要发送SIFS，即短(Short)帧间间隔，长度为 28 s，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用 SIFS 的帧类型有：ACK 帧、CTS 帧、由过长的 MAC 帧分片后的数据帧，以及所有回答 AP 探询的帧和在 PCF 方式中接入点 AP 发送出的任何帧。第47页，共197页，编辑于2022年，星期六三种帧间间隔三种帧间间隔 时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲 发送第 1 帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一 帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS 其他站有帧要发送PIFS，即点协调功能帧间间隔（比 SIFS 长），是为了在开始使用 PCF 方式时（没有争用）优先接入到媒体中。PIFS 的长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度（其长度为 50 s），即78 s。时隙长度的确定：在一个BSS 内，当某个站在一个时隙开始时接入到媒体时，那么在下一个时隙开始时，其他站就都能检测出信道已转变为忙态。第48页，共197页，编辑于2022年，星期六三种帧间间隔三种帧间间隔 时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲 发送第 1 帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一 帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS 其他站有帧要发送DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的 IFS），在 DCF 方式中用来发送数据帧和管理帧。DIFS长度=PIFS+1个时隙长度，因此 DIFS 的长度为 128 s。第49页，共197页，编辑于2022年，星期六4.虚拟载波侦听虚拟载波侦听 为了减少冲突，为了减少冲突，802.11采用虚拟载波侦听机制。采用虚拟载波侦听机制。源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间），写到数据帧的帧所需的时间），写到数据帧的“持续时间持续时间”字段，字段，以微秒为单位。通知给所有其它站点，在这一段时以微秒为单位。通知给所有其它站点，在这一段时间都不要发送数据。间都不要发送数据。“虚拟载波监听虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了而是由于其他站收到了“源站的通知源站的通知”才不发送数才不发送数据。据。第50页，共197页，编辑于2022年，星期六网络分配向量网络分配向量 NAV网络分配向量网络分配向量 NAV，指出了必须经过多少时，指出了必须经过多少时间，该站点才能完成数据帧的这次传输，才能间，该站点才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。使信道转入到空闲状态。当一个站检测到正在信道中传送的当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首帧首部的部的“持续时间持续时间”字段时，就调整自己的字段时，就调整自己的NAV。第51页，共197页，编辑于2022年，星期六帧间间隔IFS与虚拟载波侦听NAV时间SIFSPIFSDIFS媒体空闲 发送第 1 帧SIFSPIFS时间NAV（媒体忙）DIFS争用窗口发送下一 帧推迟接入等待重试时间有帧要发送源站时间目的站ACKSIFS 其他站有帧要发送 信道从忙态变为空闲时，发送数据帧的站点不仅要等待一个信道从忙态变为空闲时，发送数据帧的站点不仅要等待一个 DIFS 间间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间，以便再次重新试图接隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间，以便再次重新试图接入到信道入到信道 当源站发送它的第一个当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS 后后就可发送就可发送 目的站若正确收到此帧，则经目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔过时间间隔 SIFS 后，向源站发送后，向源站发送确认帧确认帧 ACK第52页，共197页，编辑于2022年，星期六5.CSMA/CA协议工作原理协议工作原理 802.11的的MAC层采用层采用CSMA/CA机制。机制。当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，时间内一直空闲，则发送这个数据帧。则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送时间，然后向源站点发送ACK确认帧。确认帧。若源站点在规定的时间内接收到若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。说明没有发生冲突，这一帧发送成功。第53页，共197页，编辑于2022年，星期六无无无无线线网网网网络协议络协议：CSMA/CA协议协议协议协议有线局域网在有线局域网在有线局域网在有线局域网在MACMAC层的标准协议是层的标准协议是层的标准协议是层的标准协议是CSMA/CDCSMA/CD，即载波侦听多点接入，即载波侦听多点接入，即载波侦听多点接入，即载波侦听多点接入/冲突检测。冲突检测。冲突检测。冲突检测。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此 IEEE802.11 IEEE802.11全新定全新定全新定全新定义了一种新的协议，即载波侦听多点接入义了一种新的协议，即载波侦听多点接入义了一种新的协议，即载波侦听多点接入义了一种新的协议，即载波侦听多点接入/冲突避免（冲突避免（冲突避免（冲突避免（CSMA/CACSMA/CA）。一方面，载）。一方面，载）。一方面，载）。一方面，载波侦听查看介质是否空闲；另一方面，通过随机的时间等待，使信号冲突发生的波侦听查看介质是否空闲；另一方面，通过随机的时间等待，使信号冲突发生的波侦听查看介质是否空闲；另一方面，通过随机的时间等待，使信号冲突发生的波侦听查看介质是否空闲；另一方面，通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，则优先发送。不仅如此，为了使系统更概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，则优先发送。不仅如此，为了使系统更概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，则优先发送。不仅如此，为了使系统更概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，则优先发送。不仅如此，为了使系统更加稳固，加稳固，加稳固，加稳固，IEEE802.11IEEE802.11还提供了带确认帧还提供了带确认帧还提供了带确认帧还提供了带确认帧 ACK ACK的的的的CSMA/CACSMA/CA协议。协议。协议。协议。传输介质不同，传输介质不同，传输介质不同，传输介质不同，CSMA/CDCSMA/CD与与与与CSMA/CACSMA/CA的检测方式也不同。的检测方式也不同。的检测方式也不同。的检测方式也不同。CSMA/CDCSMA/CD通过电通过电通过电通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而而而而CSMA/CACSMA/CA采用能量检测采用能量检测采用能量检测采用能量检测(ED)(ED)、载波检测、载波检测、载波检测、载波检测(CS)(CS)和能量载波混合检测三种检测信和能量载波混合检测三种检测信和能量载波混合检测三种检测信和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式道空闲的方式道空闲的方式道空闲的方式 第54页，共197页，编辑于2022年，星期六CSMA/CA带冲突避免的载波侦听