第五章-无线局域网

1、1lWLAN概述lWLAN调制解调技术l扩频通信技术lWLAN协议l宽带无线l蓝牙技术2lWLAN（Wireless Local Area Network）是指利用）是指利用RF（Radio Frequency）或）或IR（Infrared Ray）等无线互连）等无线互连方式，构建起来的局域网。方式，构建起来的局域网。 3红外技术是指使用波长为850-950nm的红外线在室内传输数据。比起无线电波，红外线的安全性更强，性能更好。这样局域网更加安全可靠，因为在房间或建筑物内，红外线无法穿过诸如墙壁之类的不透明物，这可以保护数据信号。一般的噪声源，如微波炉和无线电接收器也不会干扰红外线信号。在性能

2、方面，红外线具有较大的带宽，可以实现数据的高速传输。然而，由于自身覆盖区域的限制，红外线并不像无线电波那样可用于较大范围的移动连接。 4WLAN物理结构原理拓扑物理结构原理拓扑图图5l用户层用户层是是WLAN 业务的享用层，主要的设备是安装有业务的享用层，主要的设备是安装有无线网卡或读卡器的无线网卡或读卡器的PDA 和便携机等移动终端设备，和便携机等移动终端设备，以及台式机。以及台式机。l接入层接入层解决无线接入和连接有线网络设施的问题，主要解决无线接入和连接有线网络设施的问题，主要的设备是用于无线连接的的设备是用于无线连接的AP（Access Point，无线接入，无线接入点），点），AP

3、通过通过L2 设备（如：设备（如：LanSwitch或或DSLAM）连）连接上层边缘汇聚层。接上层边缘汇聚层。l边缘汇聚层边缘汇聚层主要解决主要解决WLAN 用户的接入认证、计费、用户的接入认证、计费、QoS 等的控制，主要设备称为等的控制，主要设备称为AC（Access Controller，接入控制点）。接入控制点）。l业务控制层业务控制层提供用户鉴权网关，可以是提供用户鉴权网关，可以是RADIUS 服务器服务器或者是或者是AS（Authentication Server）。）。RADIUS 可独立可独立完成通用的用户的认证（如完成通用的用户的认证（如WEB 认证、认证、EAP-MD5认认

4、证）；证）；AS 则提供了基于移动网络原有设备和用户资源则提供了基于移动网络原有设备和用户资源的多种认证方式（的多种认证方式（EAP-SIM 认证、认证、OTP 认证等）。认证等）。l管理层管理层提供设备管理和用户业务管理两种功能，主要的提供设备管理和用户业务管理两种功能，主要的设备是设备网管平台和设备是设备网管平台和Portal、APP Server 等业务生成等业务生成和下发平台。和下发平台。6DBPSK(相对二相调制)DQPSK（相对四相调制）FSK（频移键控）QAM（正交幅度调制）CCK（补偿编码键控）PBCC（分组二进制卷积编码）OFDM（正交频分多路复用）7lQAM是利用正交载波对

5、两路信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的，通常有4、16、64QAM，对应到空间信号矢量端点图上，分别有4、16、64个端点。lQAM的已调波可由每个正交通道上的调幅信号组合而成，矢量端点不在一个圆上，解调时，相邻的已调波矢量容易区分，误码率低。lQAM是既调幅又调相的方式。l频带利用率比较高，在频带受限的情况下是一种很有发展前景的调制方法。8lCCK是WLAN标准IEEE802.11b种采用的一种先进的编码技术。l其实质是利用了CDMA的方法。9lPBCC是IEEE802.11b 、IEEE802.11g规定的可选调制方式。l在PBCC调制时，经过扰码后的数据进行BBC，然后映射到BPSK或

6、QPSK调制的电群图上，映射规则由映射序列决定，最后再进行BPSK或QPSK调制。10l提高系统抗干扰能力l提高频谱利用率l误码率低l可以实现cdmal抗多径干扰l精确定时和测距11扩频通信的4种实现方法。1直接序列 DSSS2跳频扩频 FH3跳时扩频TH4宽带线性调频Chirp12lDSSS是一种重要的扩频 技术。它也使用2.4GHz的ISM频段。13lFHSS是扩频 技术中最常用的一种。它使用2.4GHz的ISM频段（2.40002.4835 GHz）。共有79个信道可供跳频使用。l第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后每隔1MHz一个信道。因此每个信道可使用的带宽为1MHz。14l

7、802.11物理层l802.11子层协议l802.11帧格式l802.11服务15l五种传送技术：l（1）红外方法l（2）FHSSl（3）DSSSl（4）OFDMl（5） HR-DSSS16由于无线局域网有其自身的特点,因此不能简单的使用有线局域网的协议。BCDA信号传输 距离A发送信号BACDB发送信号1.A向B发送数据。由于C收不到A发送的信号，就错误的以为网络上没有人发送数据，因而向B发送数据。结果B同时收到A和C发来的数据，发生了冲突。可见在无线局域网中，在发送数据前未检测到介质上有别的信号还不能保证发送能够成功。这种未能检测到介质上已存在的信号的问题叫做隐藏结点问题。2.另一种情况，

8、 B向A 发送数据，而C又想和D通信。但C检测到介质上有信号,于是就不向D发数据。其实，B向A 发送数据并不影响C向D 发送数据。17l这就是暴露结点问题这就是暴露结点问题。在。在无线局域网中，在不无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个结点进行发生干扰的情况下，可允许同时多个结点进行通信。这点与总线式局域网有很大的差别。通信。这点与总线式局域网有很大的差别。l然而无线信道由于传输条件特殊，造成信号强然而无线信道由于传输条件特殊，造成信号强度的动态范围非常大。这就使发送结点无法使度的动态范围非常大。这就使发送结点无法使用用冲突检测的方法来确定是否发生了冲突。因冲突检测的方法来确定是否

9、发生了冲突。因此此无线局域网不能使用无线局域网不能使用CSMA/CD（检测），（检测），而只能使用而只能使用CSMA。为提高。为提高CSMA的效率，的效率， CSMA/CA。(载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突避免冲突避免)18l为了尽量减少冲突，802.11标准精心设计了它的MAC子层。它又分为两个子层，其结构如图 物理层分布式协调功能 DCF上层点协调功能 PCFMAC子层l点式协调功能点式协调功能PCF(PCF(可选可选) ) 使用集中控制的接入算法，一般在接入点实使用集中控制的接入算法，一般在接入点实现集中控制，用类似于轮询的方法将发送数现集中控制，用类似于轮询的方法将发送数据轮流

10、权交给各个站，从而避免了冲突的产据轮流权交给各个站，从而避免了冲突的产生。它适宜于对时间敏感的业务，如分组语生。它适宜于对时间敏感的业务，如分组语音等。它向上层提供无竞争服务。音等。它向上层提供无竞争服务。l分布式协调功能分布式协调功能DCFDCF DCF DCF在每个结点使用在每个结点使用CSMACSMA技术的分布式接入技术的分布式接入算法，让各站通过竞争信道来获取发送权，算法，让各站通过竞争信道来获取发送权，它向上提供竞争式服务。为提高它向上提供竞争式服务。为提高CSMACSMA的效率，的效率， 802.11802.11使用了使用了CSMA/CACSMA/CA。l为了尽量避免冲突，为了尽量

11、避免冲突，802.11802.11标准给出了不同标准给出了不同的的帧间间隔帧间间隔IFSIFS，它们长短各不相同。，它们长短各不相同。 19CSMA/CA CSMA/CA这种协议实际上就是在发送数据帧之前，先对信道进行预约预约。A A的传输范围的传输范围B B的传输范围的传输范围CABDERTSCABDECTSl其原理可用图来说明。A向B发数据之前，先向B发一个请求发送帧RTS。在RTS帧中说明将要发送的数据帧的长度。 B收到RTS帧后就向A响应一个允许发送帧CTS。在CTS帧中也附上A欲发的数据帧的长度。 A收到CTS帧后就可发送其发送帧了。201.1.C C处于处于A A的传输范围内，但不

12、在的传输范围内，但不在B B的传输范围内。因此的传输范围内。因此C C能够能够收到收到A A发送的发送的RTSRTS，但经过一小段时间后，但经过一小段时间后，C C不会收到不会收到B B发送发送的的CTSCTS。2.2.这样，在这样，在A A向向B B发送数据时，发送数据时，C C也可以发送自己的数据而不也可以发送自己的数据而不会干扰会干扰B B。3.3.再观察再观察D D，D D收不到收不到A A发的发的RTSRTS，但能收到但能收到B B发的发的CTSCTS。因此。因此D D在在B B发送数据帧的时间内不发送数据，发送数据帧的时间内不发送数据，因而不会干扰因而不会干扰B B接收接收A A发

13、来的数据。发来的数据。4.4.E E能收到能收到RTSRTS和和CTSCTS，因此，因此E E在在A A发送数据发送数据帧的整个过程中不帧的整个过程中不能发送数据。能发送数据。？虽然协议经过精心设计？虽然协议经过精心设计, ,但冲突仍然会发生但冲突仍然会发生. .例如例如,B,B和和C C同同时向时向A A发送发送RTSRTS。这时，。这时，B B和和C C像以太网发生冲突那样，各自像以太网发生冲突那样，各自推迟一段时间后重新发送其推迟一段时间后重新发送其RTSRTS。推迟时间的算法也是使。推迟时间的算法也是使用用二进制二进制指数退避算法。指数退避算法。 21无线网的特点：结点可移动、部分连通

14、性结点的特点： 有些结点允许漫游， 有些结点连接到一个有线网络基础结构。后者称为访问点（访问点（Access Points,APAccess Points,AP），并且这些结点是通过一个所谓的分布式系分布式系统统彼此连接的。分布式系统AP-1AP-2AP-3ACBDHGEF23结点如何选择结点如何选择APAP选择选择APAP的技术称为主动扫描，它包含以下的技术称为主动扫描，它包含以下4 4步：步：1.结点发送一个ProbeProbe(探测帧)。2.所有可达的AP用一个Probe Response Probe Response (探测响应) ) 帧应答。3.结点从中选择一个访问点，并向那个AP发

15、送一个Association Request(相关请求)帧。4.该AP用一个Association Response (相关响应)帧应答。24l这种方法详细定义了4种帧间时间间隔，一帧发送之后，其他站发送数据之间，留有一定量的暂停时间间隔。l这4种时间间隔每一个都有特定用途。l(1)SIFSl(2)PIFSl(3)DIFSl(4)EIFS25Addr4PayloadSeqCtrlAddr3Addr2Addr1CRC0- 18,496481632484848Duration16Control1626l9种服务：5种分布服务和4种站点服务l5种分布服务：l（1）建立连接l（2）拆除连接l（3）重新

16、连接l（4）分布l（5）综合l4种站点服务：l（1）认证l（2）脱离验证l（3）保密服务l（4）数据提交 27l802.16协议l802.16物理层l802.16MAC子层l801.16帧格式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爱立信（爱立信（Ericsson）、诺基亚（）、诺基亚（Nokia）、）、东芝（东芝（Toshiba）、国际商用机器公司）、国际商用机器公司（IBM）和英特尔（）和英特尔（Intel）联手推出了）联手推出了蓝牙蓝牙(Bluetooth)计划。这五家公司包含计划。这五家公司包含了两家著名的移动通信制造公司、两家了两家著名的移动通信制造公司、

17、两家著名的便携式计算机制造公司和一家在著名的便携式计算机制造公司和一家在芯片技术和数字信号处理（芯片技术和数字信号处理（DSP）技术）技术上领先的公司。上领先的公司。29l蓝牙蓝牙(B1uetooth)含义：含义：狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备同样会让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧同样会让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧密结合在一起。由于狼牙在月光下会发出蓝光，密结合在一起。由于狼牙在月光下会发出蓝光，“蓝牙蓝牙”由此得名。由此得名。l蓝牙技术实质：蓝牙技术实质：一种短距离无线通信标准一种短距离无线通信标准l蓝

18、牙技术内容：蓝牙技术内容：要建立通用的无线电空中接口（要建立通用的无线电空中接口（radio air interface）及其）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能（能（interoperability）。）。30l使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无

19、缝的资源共享。它利用短程的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享。它利用短程无线链路取代专用电缆，不但免去相互之间连接的麻烦，无线链路取代专用电缆，不但免去相互之间连接的麻烦，而且便于人们在室内或户外流动操作。而且便于人们在室内或户外流动操作。l 它的基带技术可以支持分组数据和话音两种类型的链路。它的基带技术可以支持分组数据和话音两种类型的链路。l蓝牙技术的独特优点之一是不需要特意建立或激活，它总蓝牙技术的独特优点之一是不需要特意建立或激活，它总存在于背景之中，随时准备在任何需要的时候开始工作。存在于背景之中，随时准备在任何需要的时候开始工作。试想一下，假如你正面对一部笔记本电脑参加视频会议，试想一下，假如你正面对一部笔记本电脑参加视频会议，突然光标开始闪烁，一封新的电子邮件展现在你的眼前，突然光标开始闪烁，一封新的电子邮件展现在你的眼前，而此时计算机并没有与任何设备用电缆相连，移动