计算机网络工程 第5章-1.ppt

1、,计算机网络,无线LAN,802.11协议栈,物理层,红外线技术 波段0.85,0.95um 速率1Mbps灰色编码，每4位编成一个16位（15个0，1个1） 2Mbps2位，用4位码字 缺点：带宽低 跳频扩频FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)79个信道（2.4GHzISM频段），1MHz/信道，伪随机数发生器产生跳频序列。同步，同样种子。停延时间（可调） 缺点：带宽低 直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)1或2Mbps.编码方案类似于CDMA使用巴克序列，每一位传输用11个时间片。,正交频分多路复用

2、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)在5GHz的ISM频段上可达到54Mbps.在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，各个子信道的载波相互正交，频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。高速无线LAN802.11a 高速率直接序列扩频HR-DSSS(High Rate Direct Sequence Spread Spectrum)另一种扩频技术，在2.4GHz频段内可达11Mbps. 802.11b,802.11MAC层,(a) The h

3、idden station problem. (b) The exposed station problem.,两种操作模式,DCF(Distributed Coordination Function分布式协调功能) 是通常的接入模式 CSMA/CA（1）发送站监听信道，空闲则发送，发出整个帧。 CSMA/CA（2）MACAW802.11定义了请求发送/清除发送(RTS/CTS)机制。在传送数据帧以前STA先发送一个短RTS帧，接收方接收到RTS后立即发送一个CTS帧，RTS和CTS帧都包含了下一个数据帧的长度信息。因此STA附近的其他STA及接收数据的STA附近的“隐藏节点”通过设置网络分配

4、向量(NAV)定时器，在NAV规定的时间内不发送数据以避免数据冲突。RTS/CTS和NAV机制可以有效保护长数据帧免受“隐藏节点”的碰撞。,发送者,接收者,NAV由RTS和CTS帧的头部携带，表示媒质被预约的时间 在NAV结束之后，再隔DIFS间隔，可以由其他站点竞争信道，竞争窗口，分成很多时间槽，站点随机选择一个时间槽，等待那个时间槽来再发送。,误码率和帧长的关系 分片串,每个数据分片为后一个数据分片设置NAV，最后一个分片将NAV设置成0,DCF操作中，由于各STA在发送数据前需要对信道进行争用，因此DCF无法对时延敏感的业务提供QoS保障。因此，802.11协议定义了点协调功能(PCF)

5、来保证STA以一定的优先权接入到无线信道中. 基站（点协调器PC）轮询其他站是否要发送优先权由点协调器(PC)来协调。 基站周期性广播信标帧（beacon frame）包含了系统参数，调频和停延时间，时钟同步。,PCF(Point Coordination Function点协调功能),在一个单元中PCF和DCF可以共存，802.11定义了帧间间隔。 短帧间间隔SIFS (RTS/CTS帧，确认帧) ； PCF帧间间隔PIFS(基站的信标帧)；DCF帧间间隔DIFS(任何站的新帧竞争) ； 扩展帧间间隔EIFS(错误帧) 帧间间隔的变化给不同的流量不同的优先权：高优先权的流在信道空闲时等待的时

6、间较短,PCF发起数据传输的等待时间间隔称为PIFS，PIFS介于SIFS和DIFS之间，因而PCF比DCF的优先级高。PCF的传输时间被划分为重复的周期，即交替出现的竞争周期(CP)和非竞争周期(CFP)。 CP和随后的CFP一起组成超帧。在CFP阶段采用PCF机制接入无线信道，在CP阶段则使用DCF机制传输数据。超帧由信标帧(Beacon)开始。PC通过发送CF-Poll帧轮询有数据要发送的STA，STA接收到轮询帧以后给出确认。若PC在等待了一个PIFS的时间后没有收到STA的响应，可以继续轮询其他的STA，一直到CFP的结束。PC通过发送一个特殊的控制帧CF-End来指示CFP的结束。

7、,Beacon中申明的一项就是CFP的最大时间，所有收到Beacon帧的站点，将NAV设为CFPMaxDuration.在这一时间段中禁止基于DCF的接入。所有间隔都小于PIFS,802.11 帧格式,数据帧 管理帧 控制帧：只有一个或两个地址，没有Data和Sequence域 由Subtype域指定是RTS,CTS,ACK,服务,5种分发服务由基站提供 关联：移动站利用该服务连接到基站上 分离：解除关联关系 重新关联：移动站改变首选基站 分发：如何路由发送给基站的帧 融合：若一帧通过非802.11网络，转换帧格式 4种单元内服务 认证：移动站向基站证明自己的身份（密钥） 解除认证：离开网络时

8、 私密性：加密算法RC4 数据投递：不保证可靠性,宽带无线网络,802.16-2002年4月批准。无线MAN或无线本地回路 802.11大部分内容处理移动性问题，移动的以太网。 802.16针对建筑物提供服务，没有单元迁移问题。可以使用全双工模式。允许距离可达几公里。每个单元内用户数多得多。运行在10-66GHz频段上，波长短，易被雨水吸收，定向波束。设计目的是无线的，但固定的有线电视,802.16协议栈,增加两种物理层协议802.16a支持OFDM,频率范围是2-11GHz，802.16b运行在ISM频段中。 安全子层：处理加密，解密和密钥管理 MAC子层公共部分信道管理。基站调度下行信道，

9、管理上行信道。,802.16物理层,距离不同调制方法不同，离基站越远，数据速率越低。150 100 50Mbps,带宽分配： FDD(Frequency Division Dulexing,频分双工制) TDD(Time Division Dulexing,时分双工制),TDD的帧和时间槽 防护时间用于切换方向 物理层用海明码前向纠错,802.16MAC子层,安全子层:用户与基站用X.509和RSA公钥算法完成双向认证.净荷部分用对称密钥加密.完整性检查用 SHA-1算法 MAC子层公共部分: MAC帧占用整数倍的物理层时槽。每帧由多个子帧组成，前面两个子帧是下行和上行流的映射图。指明哪些时槽

10、是什么内容，哪些时槽是空闲的。 下行信道的分配直接由基站决定哪个子帧放什么内容,在802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QOS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的Qos参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了四种不同的上行带宽调度模式，分别为： 非请求的带宽分配业务(UGS)：用于恒定比特率连接。传输未经压缩的语音信号 实时轮询业务(rtPS)：周期性地为终端分配可变长度的上行带宽。传输压缩的多媒体 非实时轮询业务(nrtPS)：不定期地为终端分配可变长度的上行带宽。非实时的繁重的传输任务。 尽力而为业务(BE)：尽可能地利用空中资源传送数据，但

11、是不会对高优先级的连接造成影响。,802.16帧格式,EC指明净荷域是否经过加密 CI指明校验和是否存在 EK指明所使用的是哪个密钥。,蓝牙技术（Bluetooth）,蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。只对物理层和数据链路层进行了标准化。 94年，爱立信与IBM,Intel,Nokia,Toshiba成立蓝牙兴趣小组(BluetoothSpecialInterest Group，Bluetooth SI

12、G)99年推出蓝牙.0版本，后被IEEE采纳。2005年月宣布采用蓝牙核心规范(Bluetooth Core Specification)2.0版本及更高数据传输速率（Enhanced Data Rate，EDR）。新规范提高了数据传输速率（可达当前速率的3倍 ）并降低了功耗，这将大大改善蓝牙用户使用多个蓝牙设备协同工作以及传输大型数据文件时的体验，同时还将延长移动设备的电池使用时间。,蓝牙的体系结构,两个微微网连接起来构成一个分散网,基本单元微微网，主从式结构，一个主节点，10米之内最多7个活动结点。多达255个静观节点。 TDM系统，由主节点决定时槽分配，只有主节点和从节点之间的通信。,蓝

13、牙应用轮廓,基础轮廓 一般访问为主从节点建立和维护安全的链路 服务发现轮廓发现其他设备提供哪些服务 串口轮廓支持使用串行线的应用程序 一般对象交换定义了数据移动的客户服务器模式 针对网络连接的 LAN访问使蓝牙设备可以连接到固定网络中 拨号上网允许笔记本连接到移动电话上网 传真无线传真机通过移动电话收发传真,针对电话的 无绳电话将无绳电话的手持机与基站连接起来 内部通信联络系统使两部电话像步话机一样连接起来 头戴通话为头戴设备和集站提供免提话音通信能力 无线设备间实际交换对象 对象推送文件传送同步,蓝牙协议栈,无线电层：在2.4GHzISM频段上，分成79个信道，1MHz信道，使用频移调制方案

14、，1 位Hz，速率1Mbps 跳频扩频技术，1600跳秒一个微微网同步跳频由于802.11和蓝牙采用同样的频段，所以会相互干扰。,蓝牙基带层信道分配 传统时分复用主节点定义时间槽序列，625us/时槽，主节点传输用偶数序列槽，从节点共享奇数时槽，数据帧可以是，个时槽 跳频分时需要250-260us的停顿时间使无线电路稳定。只留下366位，其中240位是数据 链路在主节点和从节点之间的逻辑信道。 ACL异步无连接链路，用于分组交换数据，提供尽力而为服务。一个从节点与主节点之间只有一条ACL SCO面向连接的同步链接，用于实时数据，如电话数据。一个从节点与主节点之间可多达条SCO链路。每条可传64KbpsPCM信道。,逻辑链路控制适应协议L2CAP,类似于802LLC子层 功能： 对高层分组的分解和合并 处理多个分组源的多路复用和解复用 处理与服务质量有关的需求，,蓝牙的帧结构,对应于时隙的传输,Addr标识接收目标 Type表示帧类型，数据域中使用的纠