CH9-無線網(wǎng)絡(luò)

1、主講： 方群安徽師范大學 數(shù)學計算機科學學院2012年第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò)9.1 無線局域網(wǎng) WLAN9.2 無線個人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN 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)AP1AP2一個基本服務(wù)集 BSS 包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信時 ，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 AP (Access Point)其作用和網(wǎng)橋相似。AP1AP2當網(wǎng)絡(luò)管理員安裝 AP 時，必須為該 AP 分配一個不超過 32 字節(jié)的服務(wù)集標識符

2、 SSID 和一個信道。 AP1AP2一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點 AP連接到一個主干分配系統(tǒng) DS (Distribution System)，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。AP1AP2ESS 還可通過叫做門戶(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。門戶的作用就相當于一個網(wǎng)橋。 AP1AP2移動站 A 從某一個基本服務(wù)集漫游到另一個基本服務(wù)集（到 A 的位置），仍可保持與另一個移動站 B 進行通信。 與接入點 AP 建立關(guān)聯(lián)(association) 一

3、個移動站若要加入到一個基本服務(wù)集 BSS，就必須先選擇一個接入點 AP，并與此接入點建立關(guān)聯(lián)。 建立關(guān)聯(lián)就表示這個移動站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個 AP 之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。 只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。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)出的信標幀(beacon frame)。 信標幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標識符 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

4、應(yīng)幀(probe response frame)。熱點(hot spot) 現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機場、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)。這樣的地點就叫做熱點。 由許多熱點和 AP 連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(hot zone)。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點。 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)。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)AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點

5、轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點 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網(wǎng)絡(luò)。移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景 在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進行通信。 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、空中的機群。 當出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進行及時的通信往往很有效的， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network) 由大量傳感器結(jié)點通過無線通信技術(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

6、大部分時間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的消耗。 由于無線傳感結(jié)點的存儲容量受限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴格的限制。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面有一定的要求。 傳感器結(jié)點的形狀(a)和組成(b) 存儲器CPU傳感器硬件電池無線收發(fā)器(a)(b)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（如洪水預報、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)測和對患者的護理； 在危險的工業(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。 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

7、機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。 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進行網(wǎng)絡(luò)通信。當發(fā)生切換時，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進行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力。 游牧接入(nomadic a

8、ccess)用戶設(shè)備的地理位置至少在進行網(wǎng)絡(luò)通信時保持不變。如用戶設(shè)備移動了位置，則再次進行通信時可能還要尋找最佳的基站 幾種常用的 802.11 無線局域網(wǎng) 802.11 數(shù)據(jù)幀的三大部分 MAC 首部，共 30 字節(jié)。幀的復雜性都在幀的首部。 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)。 幀檢驗序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié) WPAN 和 WLAN 并不一樣。 WPAN 是以個人為中心來使用的無線人個區(qū)域網(wǎng)，它實際上就是一個低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術(shù)。WPAN 都工作在

9、2.4 GHz 的 ISM 頻段。 但 WLAN 卻是同時為許多用戶服務(wù)的無線局域網(wǎng)，它是一個大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。 1. 藍牙系統(tǒng)(Bluetooth) 最早使用的 WPAN 是 1994 年愛立信公司推出的藍牙系統(tǒng)，其標準是 IEEE 802.15.1 。 藍牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。 藍牙使用 TDM 方式和擴頻跳頻 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。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。 每一個皮可網(wǎng)有一個主設(shè)備(Master)和最多7個工作的從設(shè)備(Slave)。

10、 通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個范圍更大的擴散網(wǎng)(scatternet)。 這種主從工作方式的個人區(qū)域網(wǎng)實現(xiàn)起來價格就會比較便宜。 藍牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴散網(wǎng) MMSSPSSSSSP皮可網(wǎng) 2擴散網(wǎng)皮可網(wǎng) 1M 主設(shè)備S 從設(shè)備P 擱置的設(shè)備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 的標準是 IEEE 802.15.4。最近新修訂的標準是 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

11、攜的或移動的）之間的無線通信，其主要特點是通信距離短（10 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。 ZigBee 的特點 功耗非常低。在工作時，信號的收發(fā)時間很短；而在非工作時，ZigBee 結(jié)點處于休眠狀態(tài)，非常省電。對于某些工作時間和總時間之比小于 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 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255 個結(jié)點，其中一個是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過 64000 個結(jié)點。 ZigBee 的標準 在 IEEE 802.15.4 標準基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。 所有 ZigBee 產(chǎn)品也是 802.15.4 產(chǎn)

12、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。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ZigBee 的組網(wǎng)方式可采用星形和網(wǎng)狀拓撲，或兩者的組合 FFDFFDFFDFFDFFDRFD端設(shè)備路由器FFDFFD協(xié)調(diào)器有一個全功能設(shè)備 FFD 充當網(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。 3. 高速 WPAN 高速 WPAN 用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)

13、據(jù)，支持11 55 Mb/s的數(shù)據(jù)率，標準是 802.15.3， 。 IEEE 802.15.3a 工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標準的超高速 WPAN，它使用超寬帶 UWB 技術(shù)。 UWB 技術(shù)工作在 3.1 10.6 GHz 微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號的帶寬應(yīng)超過信號中心頻率的 25% 以上，或信號的絕對帶寬超過 500 MHz。 超寬帶技術(shù)使用了瞬間高速脈沖，可支持 100 400 Mb/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。 9.3 無線城域網(wǎng) WMAN(Wireless Metropolitan Area Network) 2002

14、 年 4 月通過了 802.16 無線城域網(wǎng)的標準。歐洲的 ETSI 也制訂類似的無線城域網(wǎng)標準 HiperMAN。 WMAN 可提供“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動的和便攜的）。 在許多情況下，無線城域網(wǎng)可用來代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時又稱為無線本地環(huán)路。 WiMAXWorldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX 常用來表示無線城域網(wǎng) WMAN，這與Wi-Fi 常用來表示無線局域網(wǎng) WLAN 相似。 IEEE 的 802.16 工作組是無線城域網(wǎng)標準的制訂者，而 WiMAX 論壇則是 802.16 技術(shù)的推動者。 兩個正式標準 802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定寬帶無線接入空中接口標準（2 66 GHz頻段）。 802.16 的增強版本，即 802.16e，是支持移動性的寬帶無線接入空中接口標準（2 6 GHz頻段），它向下兼容 802.16-2004。 802.16 無線城域網(wǎng)服務(wù)范圍的示意圖 ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.