【精品】08-无线局域网（可编辑.ppt

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1、08-无线局域网 第第8单元单元 无线局域网无线局域网8.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成8.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系8.3 8.3 无线局域网中的扩展频谱技术无线局域网中的扩展频谱技术8.3.18.3.1 跳频跳频 8.3.2 8.3.2 直接序列直接序列 8.4 8.4 IEEE 802.11 MAC协议协议8.4.0 8.4.0 概论概论8.4.18.4.1 分布式协调功能分布式协调功能 8.4.2 8.4.2 点协调功能点协调功能 8.5 8.5 物理层物理层2第第8单元无线局域网单元无线局域网l当用户在一个小的区域，例如一个校园或一个建筑物内，

2、当用户在一个小的区域，例如一个校园或一个建筑物内，从一个地方移动到另一个地方时，无线局域网提供高速从一个地方移动到另一个地方时，无线局域网提供高速数据传输。访问这些数据传输。访问这些LAN的无线设备是固定的或以步行的无线设备是固定的或以步行的速度移动的速度移动。l所谓无线局域网（所谓无线局域网（WLANWireless Local Area Network）就是在互连的各主机及设备之间，不使用通）就是在互连的各主机及设备之间，不使用通信电缆或光缆等有线方式，而是信电缆或光缆等有线方式，而是采用无线通信方式采用无线通信方式。在。在无线网络中各节点之间无线通信可以通过两种方式来实无线网络中各节点之

3、间无线通信可以通过两种方式来实现。最常用的是现。最常用的是类似于调幅或调频无线广播系统类似于调幅或调频无线广播系统，当然，当然具体采用的调制技术会不同。另一种是用光来通信，具体采用的调制技术会不同。另一种是用光来通信，类类似于红外光遥控器系统似于红外光遥控器系统。目前的无线局域网。目前的无线局域网大都采用无大都采用无线广播技术线广播技术。3第第8单元单元 无线局域网无线局域网l无线技术可以免除许多对硬导线连接的需求，同时简化了设备的无线技术可以免除许多对硬导线连接的需求，同时简化了设备的安装和移动。它安装和移动。它可以提供在一个计算机系统部件之间的连接，可以提供在一个计算机系统部件之间的连接，

4、也可以提供计算机之间的连接也可以提供计算机之间的连接。然而，无线技术必须克服下列。然而，无线技术必须克服下列挑战挑战：*易于受到易于受到噪音和干扰噪音和干扰的影响，传输不是很可靠。的影响，传输不是很可靠。*由多径传播和因物理障碍及地理拓扑引起的非平稳传播所产生的由多径传播和因物理障碍及地理拓扑引起的非平稳传播所产生的衰减效应使得无线传输的强度随时间和空间变化，其衰减效应使得无线传输的强度随时间和空间变化，其覆盖范围覆盖范围是不一致的，不可预料的是不一致的，不可预料的。*所发射的信号不可能限定到一个指定的区域，信号所发射的信号不可能限定到一个指定的区域，信号可能被窃听者可能被窃听者截取截取。*频

5、谱是有限的频谱是有限的，必须跟其它用户（临近的无线，必须跟其它用户（临近的无线LAN）和设备（例）和设备（例如微波炉和荧光灯）共享。如微波炉和荧光灯）共享。*有限的频谱也使得难以提供跟使用有线媒体易于得到的同样的有限的频谱也使得难以提供跟使用有线媒体易于得到的同样的传传输速率输速率。*无线频谱传统地受到不同政府部门所进行的无线频谱传统地受到不同政府部门所进行的不同的管制不同的管制，难以设，难以设计针对全球市场的产品。计针对全球市场的产品。4第第8单元单元 无线局域网无线局域网lIEEE 802.11标准标准制定了制定了MAC层协议，它运行在多层协议，它运行在多个物理层标准上。个物理层标准上。标

6、准是相当复杂的标准是相当复杂的。标准的复杂。标准的复杂性源于上述挑战。除了基本的协调访问问题，标准性源于上述挑战。除了基本的协调访问问题，标准还必须结合进错误控制以克服通道固有的不可靠性，还必须结合进错误控制以克服通道固有的不可靠性，适宜的寻址和关联规程以处理站的适宜的寻址和关联规程以处理站的可携带性和移动可携带性和移动性性，以及互连进程以扩展无线站的通信范围，并且，以及互连进程以扩展无线站的通信范围，并且允许用户在移动的同时还可以通信。允许用户在移动的同时还可以通信。58.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l对网络用户来讲，希望对网络用户来讲，希望BSA越大越好。然而，考虑到越大越

7、好。然而，考虑到无线资源（例如频率资源）的有效利用和无线通信技无线资源（例如频率资源）的有效利用和无线通信技术上的限制，术上的限制，BSA不可能太大。通常，不可能太大。通常，BSA范围在范围在100米以内米以内，也就是说，也就是说，BSA中两个相距最远的站应中两个相距最远的站应在在100米以内。米以内。l我们可以使用单个我们可以使用单个BSS形成一个自组网络。一个自组形成一个自组网络。一个自组网络是由一组处在互相可通达的范围内的站构成。自网络是由一组处在互相可通达的范围内的站构成。自组网络在性质上典型地是暂时的。它们可以在任何地组网络在性质上典型地是暂时的。它们可以在任何地方自发组成，并且在有

8、限的期间之后解散。图方自发组成，并且在有限的期间之后解散。图8-1示出示出了一个自组网络。两个站就可以形成一个自组网络。了一个自组网络。两个站就可以形成一个自组网络。88.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成 98.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l在概念上，在概念上，我们把无线局域网可复盖的区域称为服务区域。我们把无线局域网可复盖的区域称为服务区域。服务区域又可分为服务区域又可分为基本服务区域基本服务区域（BSABasic Service Area）和）和扩展服务区域扩展服务区域（ESAExtended Service Area）。为了扩大无线局域网的复盖区域，通常采用）

9、。为了扩大无线局域网的复盖区域，通常采用无无线接入站线接入站AP（Access Point）把）把BSA与骨干网（通常是与骨干网（通常是有线局域网）相连接有线局域网）相连接。多个。多个BSA中的站经由访问点中的站经由访问点（AP）设备与有线骨干网连接，构成扩展服务区域。）设备与有线骨干网连接，构成扩展服务区域。典典型的型的ESA的复盖范围与有线局域网一样，在几公里以内的复盖范围与有线局域网一样，在几公里以内。在在ESA中，访问点设备除了具有无线中，访问点设备除了具有无线/有线的桥接功能外，有线的桥接功能外，还确定了一个还确定了一个BSA的地理位置。的地理位置。108.1 8.1 无线局域网的组

10、成无线局域网的组成l在在802.11中中，一一组组BSS可可以以通通过过与与一一个个分分布布系系统统互互连连形形成成一一个个扩扩展展服服务务集集（ESS）。BSS像像是是蜂蜂窝窝网网络络中中的的单单元元。每每个个BSS都都有有一一个个访访问问点点（AP），AP具具有有站站功功能能，提提供供对对分分布布系系统统的的访访问问。AP类类似似于于在在蜂蜂窝窝通通信信网网络络中中的的基基站站。如如图图8-2所所示示，一一个个ESS也也可可以以为为无无线线用用户户提提供供像像是是Internet这这样样的的有有线线网网络络的的网网关关访访问问。这这种种访访问问通通过过称称作作门门户户的的设设备备完完成成。

11、术术语语基基础础网网络络用用于于非非正正式式地地指指称称BSS、分分布布系系统统和和门门户户的的结合结合。118.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成 128.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l分布系统提供下列分布服务分布系统提供下列分布服务：（1）在多个在多个BSS的的AP之间传送之间传送MAC SDU(MSDU)。（2）在在ESS内的门户和内的门户和BSS之间传送之间传送MSDU。（3）当当MSDU有一个组播地址或广播地址，或者发送站选有一个组播地址或广播地址，或者发送站选择使用分布服务时，向目的地位于同一个择使用分布服务时，向目的地位于同一个BSS内的站传内的站传输输

12、MSDU。分布服务的作用是要使分布服务的作用是要使ESS对对LLC而言看起来像是单个而言看起来像是单个BSS，LLC在在ESS的任一站中都运行在的任一站中都运行在MAC之上。之上。IEEE 802.11定义分布服务，但不定义分布系统。定义分布服务，但不定义分布系统。分布系统可分布系统可以使用有线或无线网络实现以使用有线或无线网络实现。138.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成lBSA是构成无线局域网的最小单元。按照有线局域网的是构成无线局域网的最小单元。按照有线局域网的术语，术语，BSA构成一个物理网段构成一个物理网段，而，而ESA是扩展了的逻辑是扩展了的逻辑网段网段。BSA跟蜂窝电

13、话中的单元或称跟蜂窝电话中的单元或称小区小区相似，但它又相似，但它又和小区有明显的差异；蜂窝电话网中的和小区有明显的差异；蜂窝电话网中的小区采用集中控小区采用集中控制方式组网制方式组网，网中的站一定要经过小区中的，网中的站一定要经过小区中的基站基站方可互方可互相通信，但相通信，但BSA的组网方式却不限于集中控制的组网方式却不限于集中控制。l事实上，事实上，BSA的组网方式的组网方式有三种：有三种：无中心的分布式对等无中心的分布式对等方式方式，有中心的集中控制方式有中心的集中控制方式，以及上述两种方式的，以及上述两种方式的混混合方式合方式。148.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l在

14、在分布式对等方式分布式对等方式下，下，BSA中任意两站可以互相直中任意两站可以互相直接通信，接通信，无须设中心转接站无须设中心转接站。这时。这时MAC控制功能由控制功能由各站各站分布式管理分布式管理。网上的站共享一个无线信道，通。网上的站共享一个无线信道，通常使用常使用CSMA/CA（带碰撞避免的载波感应多点访（带碰撞避免的载波感应多点访问）协议。这种方式的特点是结构简单，易维护。问）协议。这种方式的特点是结构简单，易维护。由于采用分布式控制，某一站点的故障不会影响整由于采用分布式控制，某一站点的故障不会影响整个个BSA的运行。的运行。158.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l在在

15、集中控制方式集中控制方式下，下，BSA中中有一个中心控制站有一个中心控制站，主要，主要完成完成MAC控制及信道分配等功能。网中的其它站在该控制及信道分配等功能。网中的其它站在该中心站的协调下互相通信。由于对信道资源分配、中心站的协调下互相通信。由于对信道资源分配、MAC控制采用集中控制的方式，控制采用集中控制的方式，信道利用率大大提高，信道利用率大大提高，网络的吞吐率优于分布式对等方式网络的吞吐率优于分布式对等方式。当然引入中心站。当然引入中心站也使得也使得BSA结构复杂结构复杂，且中心站需要进行信道资源分，且中心站需要进行信道资源分配和站点管理等较复杂的处理。配和站点管理等较复杂的处理。l第

16、三种方式则是第三种方式则是前两种方式的组合前两种方式的组合：即分布式对等方：即分布式对等方式与集中控制方式的混合方式。在这种方式下，式与集中控制方式的混合方式。在这种方式下，BSA中的任意两站均可中的任意两站均可直接通信直接通信，而，而中心控制站执行部分中心控制站执行部分的无线信道资源控制的无线信道资源控制。168.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l当多个当多个BSABSA互相距离较近时，互相距离较近时，BSABSA之间的干扰之间的干扰就成了一个就成了一个很大的问题。使用无线传输媒体，某一个很大的问题。使用无线传输媒体，某一个BSABSA的无线信的无线信号可能会辐射到它的覆盖范围之

17、外，这些泄漏至其它号可能会辐射到它的覆盖范围之外，这些泄漏至其它BSABSA的信号就成为其它的信号就成为其它BSABSA的干扰。为了解决的干扰。为了解决BSABSA之间的之间的干扰问题，最简单的手段就是干扰问题，最简单的手段就是采取信道切换的方法采取信道切换的方法，也，也就是说，就是说，让相邻的让相邻的BSABSA使用不同的无线信道使用不同的无线信道。通常采用。通常采用频分多址或码分多路访问的方法实现信道切换。频分多址或码分多路访问的方法实现信道切换。频分多频分多址址是把可用的频段划分成若干个子频段，每个子频段对是把可用的频段划分成若干个子频段，每个子频段对应一个信道，而一个应一个信道，而一个

18、BSABSA仅使用其中的一个信道。仅使用其中的一个信道。码分码分多路访问多路访问采用伪随机码来区分不同的信道。由于伪随机采用伪随机码来区分不同的信道。由于伪随机码具有良好的自相关特性，每个码具有良好的自相关特性，每个BSABSA可使用唯一的伪随可使用唯一的伪随机码来完成本机码来完成本BSABSA内的通信。内的通信。178.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l半移动站及移动站半移动站及移动站通常可在通常可在BSABSA及及ESAESA区域内自由移动。区域内自由移动。这使得某一这使得某一BSABSA内的站的数量会随时间不断地变化。如果内的站的数量会随时间不断地变化。如果把站的移动限制在某

19、一把站的移动限制在某一BSABSA范围内，由于构成范围内，由于构成BSABSA的站并的站并没有发生变化，故这样移动不会对没有发生变化，故这样移动不会对BSABSA产生影响。然而，产生影响。然而，对于对于在在BSABSA间的移动间的移动而言，移动站从一个而言，移动站从一个BSABSA切换到另一切换到另一个个BSABSA（改变（改变APAP），与移动相关联的两个），与移动相关联的两个BSABSA的构成情况的构成情况都发生变化，故需要对该移动都发生变化，故需要对该移动进行专门的管理进行专门的管理。通常，。通常，这类管理包括这类管理包括登录管理、认证管理和移动管理登录管理、认证管理和移动管理。188.

20、1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l当当一个站加电启动一个站加电启动时，首先应寻找自己所在的时，首先应寻找自己所在的BSABSA，向该，向该BSABSA的的APAP登录，登录，并获得该并获得该BSABSA的相关信息，例如的相关信息，例如BSABSA标识、信道号等。当一个站脱离原标识、信道号等。当一个站脱离原BSABSA移至另一个新的移至另一个新的BSABSA时，应向新的时，应向新的BSABSA中的中的APAP重新登录，同时新的重新登录，同时新的BSABSA中的中的APAP应把该站应把该站移动的信息移动的信息通知原通知原BSABSA中的中的APAP。l在支持移动的网络中，在支持移动的网

21、络中，认证管理认证管理是网络安全所必须的，通常只有那些办是网络安全所必须的，通常只有那些办理过入网手续的用户才可以接入网络，这样的用户被称为合法用户。理过入网手续的用户才可以接入网络，这样的用户被称为合法用户。BSABSA或或ESAESA保存其服务区域内合法用户的名单。即使某站使用与合法用户保存其服务区域内合法用户的名单。即使某站使用与合法用户一样的物理层设备与上层协议，但如果是非法用户，它仍然不能接入相一样的物理层设备与上层协议，但如果是非法用户，它仍然不能接入相应的应的BSABSA或或ESAESA。一个站向其它站表明自己是合法用户的过程称作认证。一个站向其它站表明自己是合法用户的过程称作认

22、证。当一个站初次登录到一个当一个站初次登录到一个BSABSA时，该时，该BSABSA同时应对该站进行认证处理。同时应对该站进行认证处理。198.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l在在IEEE 802.11IEEE 802.11范围内范围内LANLAN拓扑的动态特征意味着在拓扑的动态特征意味着在无线和有线无线和有线LANLAN之间之间几个基本的差别几个基本的差别。在有线。在有线LANLAN中，中，MACMAC地址指定一个站的物理位置。因为地址指定一个站的物理位置。因为用户是固定的。用户是固定的。在无线在无线LANLAN中，中，MACMAC地址标识站，但并不标识位置地址标识站，但并不标

23、识位置，因为，因为标准假定站是可以携带的，或是移动的。标准假定站是可以携带的，或是移动的。l802.11 MAC802.11 MAC子层需要向子层需要向LLCLLC提供跟其它的提供跟其它的IEEE 802 LAN IEEE 802 LAN 同样的一组标准同样的一组标准服务。这一需求意味着服务。这一需求意味着必须在必须在MACMAC子层内处理移动性子层内处理移动性。当一个站在多个。当一个站在多个BSABSA之间移动，而这些之间移动，而这些BSABSA通过有线骨干网构成一个逻辑网段时，移动管通过有线骨干网构成一个逻辑网段时，移动管理并不困难。但当这些理并不困难。但当这些BSABSA分属不同的子网（

24、例如分属不同的子网（例如IPIP子网）时，移动管子网）时，移动管理将变得十分复杂。理将变得十分复杂。l无线局域网处理在同一逻辑网段内的移动，即解决越区切换的问题。而无线局域网处理在同一逻辑网段内的移动，即解决越区切换的问题。而跨越子网的移动问题还要通过网络层来解决跨越子网的移动问题还要通过网络层来解决。208.1 8.1 无线局域网的组成无线局域网的组成l要要加入一个基础加入一个基础BSSBSS，一个站必须选择一个，一个站必须选择一个AP,AP,并跟它建立一并跟它建立一个关联。这一过程在站和可以提供给分布系统的个关联。这一过程在站和可以提供给分布系统的APAP之间建立之间建立一个映射。然后该站

25、就可以通过该一个映射。然后该站就可以通过该APAP发送和接收数据报文。发送和接收数据报文。再关联服务再关联服务允许一个已经建立了一个关联的站把它的关联从允许一个已经建立了一个关联的站把它的关联从一个一个APAP移动到另一个移动到另一个 APAP。解除关联服务解除关联服务用以终止一个现存用以终止一个现存的关联。站可以选择使用的关联。站可以选择使用身份验证服务身份验证服务执行对其它站的身份执行对其它站的身份鉴别。站还可以选择使用鉴别。站还可以选择使用保密服务保密服务防止报文内容被指定的接防止报文内容被指定的接收方之外的其他人阅读。收方之外的其他人阅读。218.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局

26、域网的协议体系l图图8-3示出了示出了无线局域网的协议体系结构无线局域网的协议体系结构。由图。由图中可以看出，与有线局域网一样，无线局域网的中可以看出，与有线局域网一样，无线局域网的标准化工作主要在逻辑链路控制（标准化工作主要在逻辑链路控制（LLC）层以下）层以下，即即MAC层和物理层层和物理层。由于无线传输技术与有线。由于无线传输技术与有线传输技术的差异及无线信道特殊性质，需要有不传输技术的差异及无线信道特殊性质，需要有不同的同的MAC协议和相应的物理层协议。协议和相应的物理层协议。228.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系 238.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域

27、网的协议体系l物理层物理层主要由主要由所使用的无线频段及调制方式所使用的无线频段及调制方式决定。目前使用的无决定。目前使用的无线频段主要有线频段主要有亚微波亚微波（1G1G赫兹赫兹3G3G赫兹）、赫兹）、亚毫米波亚毫米波（10G30G10G30G赫赫兹）等。兹）等。亚微波亚微波及其以下频段的无线电波相对来讲及其以下频段的无线电波相对来讲传播损耗较小，传播损耗较小，且对障碍物的穿透性也较好且对障碍物的穿透性也较好。也正是因为如此，诸多的移动通信。也正是因为如此，诸多的移动通信系统都在使用该频段，使这一频段系统都在使用该频段，使这一频段已很拥挤已很拥挤。与此相比，。与此相比，亚毫来亚毫来波波传播损

28、耗大，直线传播性强，对障碍物的穿透性差传播损耗大，直线传播性强，对障碍物的穿透性差。使用该频。使用该频段时，常使用定向天线并要求接收天线段时，常使用定向天线并要求接收天线在发射天线视野之内在发射天线视野之内。目。目前使用亚毫米波的天线网络系统尚不多。前使用亚毫米波的天线网络系统尚不多。l表表9-19-1分别列出了亚微波和亚毫米波作为分别列出了亚微波和亚毫米波作为WLANWLAN传输媒体的主要参数传输媒体的主要参数指标。除了传播特性外，采用什么样的调制方式也将影响物理层指标。除了传播特性外，采用什么样的调制方式也将影响物理层的性能。当的性能。当采用无线电波作为传输媒体时采用无线电波作为传输媒体时

29、，常用的调制方式有扩常用的调制方式有扩频调制和窄带调制两种方式频调制和窄带调制两种方式。248.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系 258.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l原则上讲，无线局域网的原则上讲，无线局域网的MAC协议与有线局域网并无本质上的区别。协议与有线局域网并无本质上的区别。然而，然而，无线局域网不能采用以太网的无线局域网不能采用以太网的CSMA/CD,其其原因原因有三个方面。有三个方面。第一第一，无线环境不像有线广播媒体那样好控制，来自其它，无线环境不像有线广播媒体那样好控制，来自其它LAN中的用中的用户传输会干扰户传输会干扰CSMA/C

30、D的操的操 作。作。第二第二，无线，无线LAN存在隐藏站点和暴存在隐藏站点和暴露站点问题。露站点问题。第三第三，大多数无线电都是半双工的，它们不能够在同一，大多数无线电都是半双工的，它们不能够在同一频率上于发送的同时监听突发噪音。频率上于发送的同时监听突发噪音。l无线局域网的一种常见配置无线局域网的一种常见配置就是一个办公大楼环境，许多发射基站合就是一个办公大楼环境，许多发射基站合理地分布在大楼内，所有的基站都通过铜钱或光纤互连。如果把理地分布在大楼内，所有的基站都通过铜钱或光纤互连。如果把基站基站和用户便携机的发射功率都调节成和用户便携机的发射功率都调节成覆盖覆盖3米或米或4米的范围米的范围

31、，那么每个房，那么每个房间就是一个独立的单元，整个大楼类似于一个大蜂窝系统。与蜂窝电间就是一个独立的单元，整个大楼类似于一个大蜂窝系统。与蜂窝电话系统不同的是，话系统不同的是，每个单元只有一个信道，覆盖了整个带宽，带宽通每个单元只有一个信道，覆盖了整个带宽，带宽通常是常是1Mbps到数十到数十Mbps。268.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l控制无线媒体访问控制无线媒体访问的最简单元的方法是使用的最简单元的方法是使用CSMACSMA（载波载波监测多路访问监测多路访问），监测是否有其它发送者，如果没有，），监测是否有其它发送者，如果没有，自己就可以发送。但实际上该协议是自己

32、就可以发送。但实际上该协议是行不通行不通的，因为参的，因为参与通信的所有节点并非总是在互相可到达的范围之内，与通信的所有节点并非总是在互相可到达的范围之内，虽然发送方不会互相干扰，但虽然发送方不会互相干扰，但在接收方会产生干扰在接收方会产生干扰。为。为了把这个问题解释清楚，考虑图了把这个问题解释清楚，考虑图8-48-4所示的情况。图中画所示的情况。图中画出了出了4 4个无线站点。当一个站发送时，其信号在衰减到还个无线站点。当一个站发送时，其信号在衰减到还可以被识别之前只能到达紧邻其左边的站点和紧邻其右可以被识别之前只能到达紧邻其左边的站点和紧邻其右边的站点。其中边的站点。其中A A和和B B的

33、无线电波范围互相重合并且可能的无线电波范围互相重合并且可能互相干扰。互相干扰。C C可能干扰可能干扰B B和和D D但不会干扰但不会干扰A A。278.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系 288.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l现在假定现在假定A A向向B B发送发送，如图，如图8-48-4（a a）所示，）所示，C C在侦听，因为在侦听，因为A A在在C C的的范围之外，所以范围之外，所以C C听不到听不到A A，它会错误地认为它也可以发送。，它会错误地认为它也可以发送。如如果果C C确实也在此时开始发送确实也在此时开始发送，它就会干扰，它就会干扰B

34、B，从而破坏了从，从而破坏了从A A传来传来的帧。由于可能的竞争者相离太远，导致基站不能监测到的问的帧。由于可能的竞争者相离太远，导致基站不能监测到的问题有时被称作题有时被称作隐藏站点问题隐藏站点问题（hidden station problemhidden station problem）。）。l下面考虑一下相反的情况：下面考虑一下相反的情况：B B向向A A发送，如图发送，如图8-48-4（b b）所示。）所示。C C在在监测，它会听到正在进行的监测，它会听到正在进行的B B向向A A的发送，并且错误地认为不能的发送，并且错误地认为不能向向D D发送，但实际上现在不是发送，但实际上现在不是

35、A A向向B B发送，而是发送，而是B B向向A A发送，发送，B B的发的发送只会在送只会在B B和和C C之间的区域产生错误的接收；对于之间的区域产生错误的接收；对于C C的发送，的发送，D D是是可以得到正确的接收的，而且不会干扰可以得到正确的接收的，而且不会干扰A A的接收。这种情况有时的接收。这种情况有时被称为被称为暴露站点问题暴露站点问题（exposed station problemexposed station problem）。）。298.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l关键的问题是，关键的问题是，在开始传送之前发送站真正想知道的是在接收方在开始传送之前

36、发送站真正想知道的是在接收方周围是否还有其它传送活动。而周围是否还有其它传送活动。而CSMA却只告诉站点在它自己周却只告诉站点在它自己周围是否有传送活动在进行围是否有传送活动在进行。在有线方式下，所有的信号会传播到。在有线方式下，所有的信号会传播到所有的站点，因此在同一时刻只能产生一个发送。但所有的站点，因此在同一时刻只能产生一个发送。但在基于小范在基于小范围无线电的系统中围无线电的系统中如果多个发送者的目标均不相同并且如果多个发送者的目标均不相同并且传送传送范围范围互不影响，那么就互不影响，那么就可同时进行可同时进行。l换一个角度看待这个问题，假设办公大楼内所有的雇员都有一台换一个角度看待这

37、个问题，假设办公大楼内所有的雇员都有一台无线便携式计算机。现在无线便携式计算机。现在李明李明想想给给王华王华发送一条消息。李明的计发送一条消息。李明的计算机会监测其周围的环境，如果没有其它发送活动，就开始发送。算机会监测其周围的环境，如果没有其它发送活动，就开始发送。但是在王华的办分室内仍有可能会产生冲突，因为也许有但是在王华的办分室内仍有可能会产生冲突，因为也许有第三者第三者正在向王华发送正在向王华发送消息，但他的位置消息，但他的位置离李明太远离李明太远，李明的计算机不，李明的计算机不能监测到他的活动。能监测到他的活动。308.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l为无线局域

38、网设计的一个较早的协议是为无线局域网设计的一个较早的协议是避免冲突的多路访问避免冲突的多路访问（MACAMultiple Access With Collision AvoidanceMACAMultiple Access With Collision Avoidance）。它）。它被采用为被采用为IEEE802.11IEEE802.11无线局域网标准的基础无线局域网标准的基础。其基本思想就是：。其基本思想就是：发送方激发接收方，使其发送一短帧，因此接收方周围的站点就发送方激发接收方，使其发送一短帧，因此接收方周围的站点就会监测到这个短帧，从而使得它们在接收方有数据帧到来期间不会监测到这个短帧

39、，从而使得它们在接收方有数据帧到来期间不会发送自己的帧会发送自己的帧。l如图如图8-58-5所示，根据所示，根据MACAMACA协议，协议，A A站首先向站首先向B B站发送一个站发送一个RTSRTS（请求（请求发送）帧。这个短帧（发送）帧。这个短帧（3030字节）包含即将发送的数据帧的长度。字节）包含即将发送的数据帧的长度。然后然后B B站用一个站用一个CTSCTS（清送）帧应答。（清送）帧应答。CTSCTS帧也包含数据帧的长度帧也包含数据帧的长度（从（从RTSRTS帧拷贝而来）。收到了帧拷贝而来）。收到了CTSCTS帧，帧，A A站就开始发送。现在我们站就开始发送。现在我们再来看一看监测到

40、这两个帧的其它站是如何反应的。再来看一看监测到这两个帧的其它站是如何反应的。监测到监测到RTSRTS的的站显然是靠近站显然是靠近A A的的，它们必须在足够长的时间内保持沉默，使，它们必须在足够长的时间内保持沉默，使A A可可以无冲突地接收到以无冲突地接收到CTSCTS响应帧。响应帧。监测到监测到CTSCTS的站显然是靠近的站显然是靠近B B的的，这，这些站在数据帧向些站在数据帧向B B传输期间必须保持沉默，时间长度可从传输期间必须保持沉默，时间长度可从CTSCTS帧中帧中得到。得到。318.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系 328.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网

41、的协议体系l在上面的图在上面的图8-5中，中，C站在站在A的范围内，但不在的范围内，但不在B的范围内。的范围内。因此它因此它听到来自听到来自A的的RTS，但听不到来自，但听不到来自B的的CTS。只要不。只要不干扰干扰CTS，在，在A向向B发送数据帧的时候发送数据帧的时候C可以自由地发射。相可以自由地发射。相反，反，D站在站在B的范围内的范围内，但不在，但不在A的范围内。它听不到的范围内。它听不到RTS，但但听到听到CTS。听到。听到CTS就等于告诫它，靠近它的一个站正准就等于告诫它，靠近它的一个站正准备接收帧。备接收帧。l因此因此D站推迟自己的发送，直到附近的那个站接收的帧结束。站推迟自己的发

42、送，直到附近的那个站接收的帧结束。E站听到了站听到了RTS，也听到了，也听到了CTS，它跟，它跟D站一样，必须沉默，站一样，必须沉默，一直到那个数据帧传输的完成。一直到那个数据帧传输的完成。338.2 8.2 无线局域网的协议体系无线局域网的协议体系l尽管采取这些预防措施，尽管采取这些预防措施，碰撞还是可能发生的碰撞还是可能发生的。例。例如如B站和站和C站可能同时向站可能同时向A发送发送RTS帧。这将产生冲帧。这将产生冲突，引起帧的丢失。突，引起帧的丢失。在发生碰撞的情况下，没有成在发生碰撞的情况下，没有成功的发送方（在预期的时间长度内没有收到功的发送方（在预期的时间长度内没有收到CTS帧）帧

43、）等待一个随机长度的时间后重新尝试发送。跟等待一个随机长度的时间后重新尝试发送。跟IEEE 802.3一样，所使用的算法是二进制指数后退。一样，所使用的算法是二进制指数后退。348.3 8.3 无线局域网中的扩展频谱技术无线局域网中的扩展频谱技术l扩展频谱扩展频谱（SSSpread Spectrum）技术与传统的无线通信）技术与传统的无线通信技术不同，它是技术不同，它是把待传的数据信号用数字编码技术扩展为很把待传的数据信号用数字编码技术扩展为很宽的频带信号，其所占用的带宽远大于传输信号所需的带宽宽的频带信号，其所占用的带宽远大于传输信号所需的带宽（数千倍），并用待传信号和扩频码信号一起调制载波

44、。（数千倍），并用待传信号和扩频码信号一起调制载波。这这样，数据信号就像经样，数据信号就像经喷雾喷雾器喷出的水雾一样均匀地分布在很器喷出的水雾一样均匀地分布在很宽的频带上，而每个频段上分配的功率又微乎其微，这样就宽的频带上，而每个频段上分配的功率又微乎其微，这样就不会对其它无线电信号产生干扰，也不会对其它无线电信号产生干扰，也不易受到干扰不易受到干扰。扩频技。扩频技术由于不对其它无线电信号带来干扰，故术由于不对其它无线电信号带来干扰，故无需向无线电管制无需向无线电管制委员会申请专用频率许可证委员会申请专用频率许可证，这也是它的一个优势。，这也是它的一个优势。358.3 8.3 无线局域网中的扩

45、展频谱技术无线局域网中的扩展频谱技术l自从自从1985年美国联邦通信委员会（年美国联邦通信委员会（FCC）批准）批准扩展频谱技术用扩展频谱技术用于工业、科学和卫生领域（于工业、科学和卫生领域（ISMIndustrial，Scientific，Medical）以来，扩频技术已有了飞速发展。尽管它在一些国家以来，扩频技术已有了飞速发展。尽管它在一些国家的军队通信系统中已经使用几十年了，但在商业领域是从的军队通信系统中已经使用几十年了，但在商业领域是从1985年开始的。美国年开始的。美国FCC为扩展频谱通信为扩展频谱通信分配了几个频带分配了几个频带，其范围，其范围分别是分别是902932MHZ，24

46、002483MHZ和和5.7255.850GHZ，并宣布并宣布1瓦输出功率瓦输出功率的扩频无需许可证。的扩频无需许可证。l图图8-6示出了示出了扩展频谱系统的模型扩展频谱系统的模型。输入信号进入一个信道编码输入信号进入一个信道编码器。产生一个接近某中心频谱的较窄带宽的模拟信号。这个信器。产生一个接近某中心频谱的较窄带宽的模拟信号。这个信号将用一系列看似随机的数字号将用一系列看似随机的数字(伪随机序列伪随机序列)来进行调制。调制的来进行调制。调制的结果是大大拓宽了要传输的信号的带宽。在接收端，使用同样结果是大大拓宽了要传输的信号的带宽。在接收端，使用同样的数字序列来恢复原信号。最后，信号将进入信

47、道解码器来恢的数字序列来恢复原信号。最后，信号将进入信道解码器来恢复数据。复数据。368.3 8.3 无线局域网中的扩展频谱技术无线局域网中的扩展频谱技术 378.3 8.3 无线局域网中的扩展频谱技术无线局域网中的扩展频谱技术l上述上述随机数字串随机数字串由一个使用初值由一个使用初值(称为称为种子种子)的算法产生。算的算法产生。算法是确定的，因此产生的数字序列法是确定的，因此产生的数字序列不是统计随机的不是统计随机的。但如果。但如果算法设计得好，得到的序列还是能够通过各种随机性测试。算法设计得好，得到的序列还是能够通过各种随机性测试。这种随机序列被称为这种随机序列被称为伪随机序列伪随机序列。

48、重要的是除非知道。重要的是除非知道算法与算法与种子种子，否则预测序列是不现实的。因此，否则预测序列是不现实的。因此只有与发送器共享一只有与发送器共享一个伪随机序列的接收器才能成功地对信号进行解码个伪随机序列的接收器才能成功地对信号进行解码。l扩展频谱常用的扩展频谱常用的技术技术有有两种两种：一种是：一种是频率跳动频率跳动(frequency hopping)；另一种是；另一种是直接序列直接序列(direct sequence)。前者使。前者使用伪随机序列作为载频跳动的图案，后者使用伪随机序列作用伪随机序列作为载频跳动的图案，后者使用伪随机序列作为把为把1位扩展成的碎片序列。后一种用得更多一些。

49、位扩展成的碎片序列。后一种用得更多一些。388.3.18.3.1 跳频跳频l跳频扩频系统跳频扩频系统很很类似于频率调制系统类似于频率调制系统，在该系统中使用，在该系统中使用扩展编码来不断地改变载波的额定频率，术语扩展编码来不断地改变载波的额定频率，术语“跳频率跳频率”便是指载波频率每秒改变的次数。便是指载波频率每秒改变的次数。跳频模式跳频模式可可由伪随由伪随机序列产生机序列产生，所以不可预测其下一个跳频位置。，所以不可预测其下一个跳频位置。l在跳频在跳频CDMA（FH/CDMA）中，发送设备在一个频率）中，发送设备在一个频率上开始发送信息，然后在一段短的时间之后改变到另一上开始发送信息，然后在

50、一段短的时间之后改变到另一个频率。这样，在一个会话期内，发送设备不断更换频个频率。这样，在一个会话期内，发送设备不断更换频率。接收设备必须使用同样的跳频图案才能正确地理解率。接收设备必须使用同样的跳频图案才能正确地理解会话。会话。398.3.18.3.1 跳频跳频l信源产生的信息流信源产生的信息流a(t)调制频率合成器的载频，产生调制频率合成器的载频，产生射频信号射频信号。跳频系统的调制多采用非相干解调，因。跳频系统的调制多采用非相干解调，因而多采用频移键控，振幅键控等可进行非相干解调而多采用频移键控，振幅键控等可进行非相干解调的调制方式。发端的伪随机码并不直接传输，而是的调制方式。发端的伪随