第五章-無線局域網(wǎng)

1、1lWLAN概述lWLAN調(diào)制解調(diào)技術(shù)l擴(kuò)頻通信技術(shù)lWLAN協(xié)議l寬帶無線l藍(lán)牙技術(shù)2lWLAN（Wireless Local Area Network）是指利用）是指利用RF（Radio Frequency）或）或IR（Infrared Ray）等無線互連）等無線互連方式，構(gòu)建起來的局域網(wǎng)。方式，構(gòu)建起來的局域網(wǎng)。 3紅外技術(shù)是指使用波長為850-950nm的紅外線在室內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。比起無線電波，紅外線的安全性更強(qiáng)，性能更好。這樣局域網(wǎng)更加安全可靠，因?yàn)樵诜块g或建筑物內(nèi)，紅外線無法穿過諸如墻壁之類的不透明物，這可以保護(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)。一般的噪聲源，如微波爐和無線電接收器也不會(huì)干擾紅外線信號(hào)。在性能

2、方面，紅外線具有較大的帶寬，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。然而，由于自身覆蓋區(qū)域的限制，紅外線并不像無線電波那樣可用于較大范圍的移動(dòng)連接。 4WLAN物理結(jié)構(gòu)原理拓?fù)湮锢斫Y(jié)構(gòu)原理拓?fù)鋱D圖5l用戶層用戶層是是WLAN 業(yè)務(wù)的享用層，主要的設(shè)備是安裝有業(yè)務(wù)的享用層，主要的設(shè)備是安裝有無線網(wǎng)卡或讀卡器的無線網(wǎng)卡或讀卡器的PDA 和便攜機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備，和便攜機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備，以及臺(tái)式機(jī)。以及臺(tái)式機(jī)。l接入層接入層解決無線接入和連接有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的問題，主要解決無線接入和連接有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的問題，主要的設(shè)備是用于無線連接的的設(shè)備是用于無線連接的AP（Access Point，無線接入，無線接入點(diǎn)），點(diǎn)），AP

3、通過通過L2 設(shè)備（如：設(shè)備（如：LanSwitch或或DSLAM）連）連接上層邊緣匯聚層。接上層邊緣匯聚層。l邊緣匯聚層邊緣匯聚層主要解決主要解決WLAN 用戶的接入認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、用戶的接入認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、QoS 等的控制，主要設(shè)備稱為等的控制，主要設(shè)備稱為AC（Access Controller，接入控制點(diǎn)）。接入控制點(diǎn)）。l業(yè)務(wù)控制層業(yè)務(wù)控制層提供用戶鑒權(quán)網(wǎng)關(guān)，可以是提供用戶鑒權(quán)網(wǎng)關(guān)，可以是RADIUS 服務(wù)器服務(wù)器或者是或者是AS（Authentication Server）。）。RADIUS 可獨(dú)立可獨(dú)立完成通用的用戶的認(rèn)證（如完成通用的用戶的認(rèn)證（如WEB 認(rèn)證、認(rèn)證、EAP-MD5認(rèn)認(rèn)

4、證）；證）；AS 則提供了基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備和用戶資源則提供了基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備和用戶資源的多種認(rèn)證方式（的多種認(rèn)證方式（EAP-SIM 認(rèn)證、認(rèn)證、OTP 認(rèn)證等）。認(rèn)證等）。l管理層管理層提供設(shè)備管理和用戶業(yè)務(wù)管理兩種功能，主要的提供設(shè)備管理和用戶業(yè)務(wù)管理兩種功能，主要的設(shè)備是設(shè)備網(wǎng)管平臺(tái)和設(shè)備是設(shè)備網(wǎng)管平臺(tái)和Portal、APP Server 等業(yè)務(wù)生成等業(yè)務(wù)生成和下發(fā)平臺(tái)。和下發(fā)平臺(tái)。6DBPSK(相對(duì)二相調(diào)制)DQPSK（相對(duì)四相調(diào)制）FSK（頻移鍵控）QAM（正交幅度調(diào)制）CCK（補(bǔ)償編碼鍵控）PBCC（分組二進(jìn)制卷積編碼）OFDM（正交頻分多路復(fù)用）7lQAM是利用正交載波對(duì)

5、兩路信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成的，通常有4、16、64QAM，對(duì)應(yīng)到空間信號(hào)矢量端點(diǎn)圖上，分別有4、16、64個(gè)端點(diǎn)。lQAM的已調(diào)波可由每個(gè)正交通道上的調(diào)幅信號(hào)組合而成，矢量端點(diǎn)不在一個(gè)圓上，解調(diào)時(shí)，相鄰的已調(diào)波矢量容易區(qū)分，誤碼率低。lQAM是既調(diào)幅又調(diào)相的方式。l頻帶利用率比較高，在頻帶受限的情況下是一種很有發(fā)展前景的調(diào)制方法。8lCCK是WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b種采用的一種先進(jìn)的編碼技術(shù)。l其實(shí)質(zhì)是利用了CDMA的方法。9lPBCC是IEEE802.11b 、IEEE802.11g規(guī)定的可選調(diào)制方式。l在PBCC調(diào)制時(shí)，經(jīng)過擾碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行BBC，然后映射到BPSK或

6、QPSK調(diào)制的電群圖上，映射規(guī)則由映射序列決定，最后再進(jìn)行BPSK或QPSK調(diào)制。10l提高系統(tǒng)抗干擾能力l提高頻譜利用率l誤碼率低l可以實(shí)現(xiàn)cdmal抗多徑干擾l精確定時(shí)和測距11擴(kuò)頻通信的4種實(shí)現(xiàn)方法。1直接序列 DSSS2跳頻擴(kuò)頻 FH3跳時(shí)擴(kuò)頻TH4寬帶線性調(diào)頻Chirp12lDSSS是一種重要的擴(kuò)頻 技術(shù)。它也使用2.4GHz的ISM頻段。13lFHSS是擴(kuò)頻 技術(shù)中最常用的一種。它使用2.4GHz的ISM頻段（2.40002.4835 GHz）。共有79個(gè)信道可供跳頻使用。l第一個(gè)頻道的中心頻率為2.402GHz，以后每隔1MHz一個(gè)信道。因此每個(gè)信道可使用的帶寬為1MHz。14l

7、802.11物理層l802.11子層協(xié)議l802.11幀格式l802.11服務(wù)15l五種傳送技術(shù)：l（1）紅外方法l（2）FHSSl（3）DSSSl（4）OFDMl（5） HR-DSSS16由于無線局域網(wǎng)有其自身的特點(diǎn),因此不能簡單的使用有線局域網(wǎng)的協(xié)議。BCDA信號(hào)傳輸 距離A發(fā)送信號(hào)BACDB發(fā)送信號(hào)1.A向B發(fā)送數(shù)據(jù)。由于C收不到A發(fā)送的信號(hào)，就錯(cuò)誤的以為網(wǎng)絡(luò)上沒有人發(fā)送數(shù)據(jù)，因而向B發(fā)送數(shù)據(jù)。結(jié)果B同時(shí)收到A和C發(fā)來的數(shù)據(jù)，發(fā)生了沖突?？梢娫跓o線局域網(wǎng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)前未檢測到介質(zhì)上有別的信號(hào)還不能保證發(fā)送能夠成功。這種未能檢測到介質(zhì)上已存在的信號(hào)的問題叫做隱藏結(jié)點(diǎn)問題。2.另一種情況，

8、 B向A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。但C檢測到介質(zhì)上有信號(hào),于是就不向D發(fā)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)。17l這就是暴露結(jié)點(diǎn)問題這就是暴露結(jié)點(diǎn)問題。在。在無線局域網(wǎng)中，在不無線局域網(wǎng)中，在不發(fā)生干擾的情況下，可允許同時(shí)多個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)生干擾的情況下，可允許同時(shí)多個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。這點(diǎn)與總線式局域網(wǎng)有很大的差別。通信。這點(diǎn)與總線式局域網(wǎng)有很大的差別。l然而無線信道由于傳輸條件特殊，造成信號(hào)強(qiáng)然而無線信道由于傳輸條件特殊，造成信號(hào)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)范圍非常大。這就使發(fā)送結(jié)點(diǎn)無法使度的動(dòng)態(tài)范圍非常大。這就使發(fā)送結(jié)點(diǎn)無法使用用沖突檢測的方法來確定是否發(fā)生了沖突。因沖突檢測的方法來確定是否

9、發(fā)生了沖突。因此此無線局域網(wǎng)不能使用無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD（檢測），（檢測），而只能使用而只能使用CSMA。為提高。為提高CSMA的效率，的效率， CSMA/CA。(載波偵聽多路訪問載波偵聽多路訪問/沖突避免沖突避免)18l為了盡量減少?zèng)_突，802.11標(biāo)準(zhǔn)精心設(shè)計(jì)了它的MAC子層。它又分為兩個(gè)子層，其結(jié)構(gòu)如圖 物理層分布式協(xié)調(diào)功能 DCF上層點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCFMAC子層l點(diǎn)式協(xié)調(diào)功能點(diǎn)式協(xié)調(diào)功能PCF(PCF(可選可選) ) 使用集中控制的接入算法，一般在接入點(diǎn)實(shí)使用集中控制的接入算法，一般在接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)集中控制，用類似于輪詢的方法將發(fā)送數(shù)現(xiàn)集中控制，用類似于輪詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)輪流

10、權(quán)交給各個(gè)站，從而避免了沖突的產(chǎn)據(jù)輪流權(quán)交給各個(gè)站，從而避免了沖突的產(chǎn)生。它適宜于對(duì)時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)，如分組語生。它適宜于對(duì)時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)，如分組語音等。它向上層提供無競爭服務(wù)。音等。它向上層提供無競爭服務(wù)。l分布式協(xié)調(diào)功能分布式協(xié)調(diào)功能DCFDCF DCF DCF在每個(gè)結(jié)點(diǎn)使用在每個(gè)結(jié)點(diǎn)使用CSMACSMA技術(shù)的分布式接入技術(shù)的分布式接入算法，讓各站通過競爭信道來獲取發(fā)送權(quán)，算法，讓各站通過競爭信道來獲取發(fā)送權(quán)，它向上提供競爭式服務(wù)。為提高它向上提供競爭式服務(wù)。為提高CSMACSMA的效率，的效率， 802.11802.11使用了使用了CSMA/CACSMA/CA。l為了盡量避免沖突，為了盡量

11、避免沖突，802.11802.11標(biāo)準(zhǔn)給出了不同標(biāo)準(zhǔn)給出了不同的的幀間間隔幀間間隔IFSIFS，它們長短各不相同。，它們長短各不相同。 19CSMA/CA CSMA/CA這種協(xié)議實(shí)際上就是在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，先對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約預(yù)約。A A的傳輸范圍的傳輸范圍B B的傳輸范圍的傳輸范圍CABDERTSCABDECTSl其原理可用圖來說明。A向B發(fā)數(shù)據(jù)之前，先向B發(fā)一個(gè)請求發(fā)送幀RTS。在RTS幀中說明將要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的長度。 B收到RTS幀后就向A響應(yīng)一個(gè)允許發(fā)送幀CTS。在CTS幀中也附上A欲發(fā)的數(shù)據(jù)幀的長度。 A收到CTS幀后就可發(fā)送其發(fā)送幀了。201.1.C C處于處于A A的傳輸范圍內(nèi)，但不

12、在的傳輸范圍內(nèi)，但不在B B的傳輸范圍內(nèi)。因此的傳輸范圍內(nèi)。因此C C能夠能夠收到收到A A發(fā)送的發(fā)送的RTSRTS，但經(jīng)過一小段時(shí)間后，但經(jīng)過一小段時(shí)間后，C C不會(huì)收到不會(huì)收到B B發(fā)送發(fā)送的的CTSCTS。2.2.這樣，在這樣，在A A向向B B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，C C也可以發(fā)送自己的數(shù)據(jù)而不也可以發(fā)送自己的數(shù)據(jù)而不會(huì)干擾會(huì)干擾B B。3.3.再觀察再觀察D D，D D收不到收不到A A發(fā)的發(fā)的RTSRTS，但能收到但能收到B B發(fā)的發(fā)的CTSCTS。因此。因此D D在在B B發(fā)送數(shù)據(jù)幀的時(shí)間內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的時(shí)間內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)，因而不會(huì)干擾因而不會(huì)干擾B B接收接收A A發(fā)

13、來的數(shù)據(jù)。發(fā)來的數(shù)據(jù)。4.4.E E能收到能收到RTSRTS和和CTSCTS，因此，因此E E在在A A發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的整個(gè)過程中不幀的整個(gè)過程中不能發(fā)送數(shù)據(jù)。能發(fā)送數(shù)據(jù)。？雖然協(xié)議經(jīng)過精心設(shè)計(jì)？雖然協(xié)議經(jīng)過精心設(shè)計(jì), ,但沖突仍然會(huì)發(fā)生但沖突仍然會(huì)發(fā)生. .例如例如,B,B和和C C同同時(shí)向時(shí)向A A發(fā)送發(fā)送RTSRTS。這時(shí)，。這時(shí)，B B和和C C像以太網(wǎng)發(fā)生沖突那樣，各自像以太網(wǎng)發(fā)生沖突那樣，各自推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其推遲一段時(shí)間后重新發(fā)送其RTSRTS。推遲時(shí)間的算法也是使。推遲時(shí)間的算法也是使用用二進(jìn)制二進(jìn)制指數(shù)退避算法。指數(shù)退避算法。 21無線網(wǎng)的特點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)可移動(dòng)、部分連通

14、性結(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)： 有些結(jié)點(diǎn)允許漫游， 有些結(jié)點(diǎn)連接到一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。后者稱為訪問點(diǎn)（訪問點(diǎn)（Access Points,APAccess Points,AP），并且這些結(jié)點(diǎn)是通過一個(gè)所謂的分布式系分布式系統(tǒng)統(tǒng)彼此連接的。分布式系統(tǒng)AP-1AP-2AP-3ACBDHGEF23結(jié)點(diǎn)如何選擇結(jié)點(diǎn)如何選擇APAP選擇選擇APAP的技術(shù)稱為主動(dòng)掃描，它包含以下的技術(shù)稱為主動(dòng)掃描，它包含以下4 4步：步：1.結(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)ProbeProbe(探測幀)。2.所有可達(dá)的AP用一個(gè)Probe Response Probe Response (探測響應(yīng)) ) 幀應(yīng)答。3.結(jié)點(diǎn)從中選擇一個(gè)訪問點(diǎn)，并向那個(gè)AP發(fā)

15、送一個(gè)Association Request(相關(guān)請求)幀。4.該AP用一個(gè)Association Response (相關(guān)響應(yīng))幀應(yīng)答。24l這種方法詳細(xì)定義了4種幀間時(shí)間間隔，一幀發(fā)送之后，其他站發(fā)送數(shù)據(jù)之間，留有一定量的暫停時(shí)間間隔。l這4種時(shí)間間隔每一個(gè)都有特定用途。l(1)SIFSl(2)PIFSl(3)DIFSl(4)EIFS25Addr4PayloadSeqCtrlAddr3Addr2Addr1CRC0- 18,496481632484848Duration16Control1626l9種服務(wù)：5種分布服務(wù)和4種站點(diǎn)服務(wù)l5種分布服務(wù)：l（1）建立連接l（2）拆除連接l（3）重新

16、連接l（4）分布l（5）綜合l4種站點(diǎn)服務(wù)：l（1）認(rèn)證l（2）脫離驗(yàn)證l（3）保密服務(wù)l（4）數(shù)據(jù)提交 27l802.16協(xié)議l802.16物理層l802.16MAC子層l801.16幀格式28 1998年年5月，五家世界著名的大公司月，五家世界著名的大公司愛立信（愛立信（Ericsson）、諾基亞（）、諾基亞（Nokia）、）、東芝（東芝（Toshiba）、國際商用機(jī)器公司）、國際商用機(jī)器公司（IBM）和英特爾（）和英特爾（Intel）聯(lián)手推出了）聯(lián)手推出了藍(lán)牙藍(lán)牙(Bluetooth)計(jì)劃。這五家公司包含計(jì)劃。這五家公司包含了兩家著名的移動(dòng)通信制造公司、兩家了兩家著名的移動(dòng)通信制造公司、

17、兩家著名的便攜式計(jì)算機(jī)制造公司和一家在著名的便攜式計(jì)算機(jī)制造公司和一家在芯片技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理（芯片技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)）技術(shù)上領(lǐng)先的公司。上領(lǐng)先的公司。29l藍(lán)牙藍(lán)牙(B1uetooth)含義：含義：狼的牙齒參差不齊，卻能緊緊地嚙合在一起，這種設(shè)備狼的牙齒參差不齊，卻能緊緊地嚙合在一起，這種設(shè)備同樣會(huì)讓耳機(jī)、筆記本電腦、冰箱等毫不相關(guān)的產(chǎn)品緊同樣會(huì)讓耳機(jī)、筆記本電腦、冰箱等毫不相關(guān)的產(chǎn)品緊密結(jié)合在一起。由于狼牙在月光下會(huì)發(fā)出藍(lán)光，密結(jié)合在一起。由于狼牙在月光下會(huì)發(fā)出藍(lán)光，“藍(lán)牙藍(lán)牙”由此得名。由此得名。l藍(lán)牙技術(shù)實(shí)質(zhì)：藍(lán)牙技術(shù)實(shí)質(zhì)：一種短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)一種短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)l藍(lán)

18、牙技術(shù)內(nèi)容：藍(lán)牙技術(shù)內(nèi)容：要建立通用的無線電空中接口（要建立通用的無線電空中接口（radio air interface）及其）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能（能（interoperability）。）。30l使特定的移動(dòng)電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備使特定的移動(dòng)電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機(jī)之間在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無

19、縫的資源共享。它利用短程的主機(jī)之間在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無縫的資源共享。它利用短程無線鏈路取代專用電纜，不但免去相互之間連接的麻煩，無線鏈路取代專用電纜，不但免去相互之間連接的麻煩，而且便于人們在室內(nèi)或戶外流動(dòng)操作。而且便于人們在室內(nèi)或戶外流動(dòng)操作。l 它的基帶技術(shù)可以支持分組數(shù)據(jù)和話音兩種類型的鏈路。它的基帶技術(shù)可以支持分組數(shù)據(jù)和話音兩種類型的鏈路。l藍(lán)牙技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)之一是不需要特意建立或激活，它總藍(lán)牙技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)之一是不需要特意建立或激活，它總存在于背景之中，隨時(shí)準(zhǔn)備在任何需要的時(shí)候開始工作。存在于背景之中，隨時(shí)準(zhǔn)備在任何需要的時(shí)候開始工作。試想一下，假如你正面對(duì)一部筆記本電腦參加視頻會(huì)議，試想一下，假如你正面對(duì)一部筆記本電腦參加視頻會(huì)議，突然光標(biāo)開始閃爍，一封新的電子郵件展現(xiàn)在你的眼前，突然光標(biāo)開始閃爍，一封新的電子郵件展現(xiàn)在你的眼前，而此時(shí)計(jì)算機(jī)并沒有與任何設(shè)備用電纜相連，移動(dòng)