計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ch9無線網(wǎng)絡(luò)

1、課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀9

2、.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1 無線局域網(wǎng)9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成(pp.336),,無線局域網(wǎng)（WLAN-Wireless Local Area Network）無線局域網(wǎng)分兩類： （1）有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng) （2）無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng),,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局

3、域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò) 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成,,1. 有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)(pp.336),,IEEE 802.11Wi-Fi: W

4、Ireless-Fidelity, 無線保真度MAC采用CSMA/CAAP: Access Point星形拓?fù)?課件制作人：謝希仁,1. 有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)(pp.336),,（1）基本服務(wù)集 BSS (Basic Service Set),,BSS包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)站 所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信。 802.11把基站叫做接入點(diǎn) AP (Access Point) 必須為該 AP 分配一個(gè)服務(wù)集

5、標(biāo)識(shí)符 SSID (Service Set Identifier)和一個(gè)信道。 BSS的覆蓋范圍叫BSA (Basic Service Area) BSA一般不超過100米,,,,,,,,,AP1,AP2,（2）擴(kuò)展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set) 分配系統(tǒng) DS (Distribution System) 把多個(gè)BSS連接起來，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。

6、 ESS 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),,,,,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 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)移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò) 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀9.2

7、無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,2. 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)(pp.338),,,自組網(wǎng)絡(luò),,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,E,D,C,B,F,,,,,源結(jié)點(diǎn),目的結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)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)。處于平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間直接相互通信,課件制作人：謝希仁,移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,在軍事領(lǐng)域中，攜

8、帶了移動(dòng)站的戰(zhàn)士可利用臨時(shí)建立的移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jī)群。 當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)利用移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往很有效的。,課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network),由大量傳感器結(jié)點(diǎn)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(jìn)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，

9、但是在大部分時(shí)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(diǎn)的存儲(chǔ)容量受限，因此對(duì)協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重組等方面有一定的要求。,課件制作人：謝希仁,傳感器結(jié)點(diǎn)的形狀(a)和組成(b),,存儲(chǔ)器,CPU,,傳感器硬件,電池,無線收發(fā)器,(a)形狀,(b)組成,課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域,環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)（如洪水預(yù)報(bào)、動(dòng)物棲息的監(jiān)控）；戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)敵情

10、的偵查和對(duì)兵力、裝備、物資等的監(jiān)控；醫(yī)療中對(duì)病房的監(jiān)測(cè)和對(duì)患者的護(hù)理；在危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境（如礦井、核電站等）中的安全監(jiān)測(cè)；城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全控制等。,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.1

11、1 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1.2 802.11 局域網(wǎng)的物理層,根據(jù)物理層的不同，802.11 無線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類型?，F(xiàn)在最流行的無線局域網(wǎng)是 802.11b，而另外兩種（802.11a 和 802.11g）的產(chǎn)品也廣泛存在。 802.11 的物理層有以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：直接序列擴(kuò)頻 DSSS正交頻分復(fù)用 OFDM 跳頻擴(kuò)

12、頻 FHSS （已很少用）紅外線 IR （已很少用）,幾種常用的 802.11 無線局域網(wǎng),,ISM (Industrial, Scientific and Medical)頻段,課件制作人：謝希仁,9.1.3 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 層協(xié)議1. CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)卻不能簡(jiǎn)單地搬用 CSMA/CD 協(xié)議。這里主要有兩個(gè)原因。CSMA/CD 協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)，還必須不間斷地檢測(cè)信道，但在

13、無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過大。即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測(cè)的功能，并且當(dāng)我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。,課件制作人：謝希仁,無線局域網(wǎng)的特殊問題,當(dāng) A 和 C 檢測(cè)不到無線信號(hào)時(shí)，都以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。,這種未能檢測(cè)出媒體上已存在的信號(hào)的問題叫做隱蔽站問題(hidden station problem),,A 的作用范圍,,C 的作用范圍,A,B,

14、C,D,,,課件制作人：謝希仁,,,無線局域網(wǎng)的特殊問題,,B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測(cè)到媒體上有信號(hào)，于是就不敢向 D 發(fā)送數(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)這就是暴露站問題(exposed station problem),,,,A,D,C,B,？,B 的作用范圍,C 的作用范圍,,,課件制作人：謝希仁,CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD，而只能使用

15、改進(jìn)的 CSMA 協(xié)議。改進(jìn)的辦法是把 CSMA 增加一個(gè)碰撞避免(Collision Avoidance)功能。802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在使用 CSMA/CA 的同時(shí)，還增加使用停止等待協(xié)議。下面先介紹 802.11 的 MAC 層。,802.11 的 MAC 層,,MAC 層,無爭(zhēng)用服務(wù)（選用）,,,,爭(zhēng)用服務(wù)（必須實(shí)現(xiàn)）,分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Fun

16、ction)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function),,,物理層,,MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中的移動(dòng)站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。,,,,,MAC 層,無爭(zhēng)用服務(wù),,,,爭(zhēng)用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordinati

17、on Function),,,物理層,,,,,,DCF 子層在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的分布式接入算法，讓各個(gè)站通過爭(zhēng)用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭(zhēng)用服務(wù)。,,MAC 層,無爭(zhēng)用服務(wù),,,,爭(zhēng)用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function),,,物理層,,,,,PCF

18、 子層使用集中控制的接入算法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)站從而避免了碰撞的產(chǎn)生,,課件制作人：謝希仁,幀間間隔 IFS,所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱是幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。幀間間隔長(zhǎng)度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級(jí)幀需要等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。若低優(yōu)先級(jí)幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級(jí)幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低

19、優(yōu)先級(jí)幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)。,三種幀間間隔,,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙）,DIFS,,,,,,,,,,,,,,爭(zhēng)用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,SIFS，即短(Short)幀間間隔，是最短的幀間

20、間隔，用來分隔開屬于一次對(duì)話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。,使用 SIFS 的幀類型有：ACK 幀、CTS 幀、由過長(zhǎng)的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答 AP 探詢的幀和在 PCF 方式中接入點(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙）,DIFS,,,,,,,,,,,,,,

21、爭(zhēng)用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比 SIFS 長(zhǎng)，是為了在開始使用 PCF 方式時(shí)（在 PCF 方式下使用，沒有爭(zhēng)用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS 的長(zhǎng)度是 SIFS 加一個(gè)時(shí)隙(slot)長(zhǎng)度。,時(shí)隙的長(zhǎng)度是這樣確定的：在一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么

22、在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站就都能檢測(cè)出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。,,,,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙）,DIFS,,,,,,,,,,,,,,爭(zhēng)用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長(zhǎng)的 IFS）

23、，在 DCF 方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長(zhǎng)度比 PIFS 再增加一個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度。,,,,課件制作人：謝希仁,CSMA/CA 協(xié)議的原理,欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測(cè)信道。在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動(dòng)站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè) MAC 幀時(shí)，若檢測(cè)到信道空閑，則在等待一段時(shí)間 DIFS 后就可發(fā)送。,課件制

24、作人：謝希仁,為什么信道空閑還要再等待,這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級(jí)的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級(jí)幀先發(fā)送。,課件制作人：謝希仁,假定沒有高優(yōu)先級(jí)幀要發(fā)送,源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時(shí)間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 ACK。若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK（由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間），就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。,課件制作人：謝希仁,虛擬載

25、波監(jiān)聽,虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī)制是讓源站將它要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會(huì)。 “虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。,課件制作人：謝希仁,虛擬載波監(jiān)聽的效果,這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其 MAC

26、幀首部中的第二個(gè)字段“持續(xù)時(shí)間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時(shí)間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時(shí)間。,課件制作人：謝希仁,網(wǎng)絡(luò)分配向量,當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。NAV 指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。,課件制作人：謝希仁,爭(zhēng)用窗口,信道從忙

27、態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅都必須等待一個(gè) DIFS 的間隔，而且還要進(jìn)入爭(zhēng)用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖接入到信道。在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。802.11 使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法。,圖例 凍結(jié)剩余的退避時(shí)間,,,,,,,,,,,,,,,幀,幀,幀,幀,幀,DIFS,DIFS,DIFS,DIFS,,,,,

28、,爭(zhēng)用窗口,,,,,,,,爭(zhēng)用窗口,爭(zhēng)用窗口,爭(zhēng)用窗口,,,,,,,,,,,,,,,,,,退避,退避,退避,退避,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,D,E,t,t,t,t,t,,,,,凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),,,,,,802.11 的退避機(jī)制,課件制作人：謝希仁,二進(jìn)制指數(shù)退避算法,第 i 次退避就在 22 + i 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個(gè)，即： 第 I 次退避是在時(shí)隙 {0, 1, …, 22 + i – 1} 中隨機(jī)地

29、選擇一個(gè)。 。第 1 次退避是在 8 個(gè)時(shí)隙（而不是 2 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。第 2 次退避是在 16 個(gè)時(shí)隙（而不是 4 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。,課件制作人：謝希仁,退避計(jì)時(shí)器(backoff timer),站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測(cè)一次信道。這可能發(fā)生兩種情況。若檢測(cè)到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。若檢測(cè)到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并再經(jīng)過時(shí)間DIFS 后，從剩余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如果

30、退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。,課件制作人：謝希仁,退避算法的使用情況,僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測(cè)到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測(cè)到信道處于忙態(tài)。在每一次的重傳后。在每一次的成功發(fā)送后。,課件制作人：謝希仁,2. 對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E,源站 A 在

31、發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個(gè)短的控制幀，叫做請(qǐng)求發(fā)送 RTS (Request To Send)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀）所需的持續(xù)時(shí)間。,課件制作人：謝希仁,2. 對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對(duì)信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E,若媒體空閑，則目的站 B 就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送 CTS (Clear To Send)，它包括這次通信所需的持續(xù)時(shí)間（從 RTS 幀中將此持

32、續(xù)時(shí)間復(fù)制到 CTS 幀中）。,A 收到 CTS 幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。,課件制作人：謝希仁,,RTS 和 CTS 幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK 幀的傳輸時(shí)間關(guān)系,,,,時(shí)間,DIFS,,,RTS,SIFS,,,時(shí)間,,NAV（RTS）,DIFS,,,,爭(zhēng)用窗口,,推遲接入,,源站,,時(shí)間,目的站,,,ACK,,,其他站,,,CTS,SIFS,,,,SIFS,,,,數(shù)據(jù),,NAV（CTS）,NAV（數(shù)據(jù)）,,,課件制作人：謝希仁,9.1.4

33、 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 幀,802.11 幀共有三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。下面是數(shù)據(jù)幀的主要字段。,,字節(jié) 2 2 6 6 6 2 6 0 ~ 2312 4,,幀控制,持續(xù)期,地址 1,地

34、址 2,地址 3,序號(hào)控制,地址 4,幀主體,FCS,協(xié)議版本,類型,子類型,到DS,從DS,更多分片,重試,功率管理,更多數(shù)據(jù),WEP,順序,位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1

35、 1,,MAC 首部,課件制作人：謝希仁,802.11 數(shù)據(jù)幀的三大部分,MAC 首部，共 30 字節(jié)。幀的復(fù)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(gè)數(shù)值比以太網(wǎng)的最大長(zhǎng)度長(zhǎng)很多。不過 802.11 幀的長(zhǎng)度通常都是小于 1500 字節(jié)。幀檢驗(yàn)序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié),課件制作人：謝希仁,1. 關(guān)于 802.11 數(shù)據(jù)幀的地址,802.11 數(shù)據(jù)幀最特殊的地方就是有四個(gè)地址字段。地址 4

36、用于自組網(wǎng)絡(luò)。我們?cè)谶@里只討論前三種地址。,,,,,,,,,課件制作人：謝希仁,序號(hào)控制字段、持續(xù)期字段和幀控制字段,序號(hào)控制字段占 16 位，其中序號(hào)子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。持續(xù)期字段占 16 位。幀控制字段共分為 11 個(gè)子字段。協(xié)議版本字段現(xiàn)在是 0。類型字段和子類型字段用來區(qū)分幀的功能。更多分片字段置為 1 時(shí)表明這個(gè)幀屬于一個(gè)幀的多個(gè)分片之一。有線等效保密字段 WEP 占 1 位。若 WEP =

37、 1，就表明采用了 WEP 加密算法。,課件制作人：謝希仁,分片的發(fā)送舉例,t,t,t,源站,目的站,其他站,RTS,CTS,分片 1,,,,,ACK,,,分片 2,ACK,分片 3,ACK,,,SIFS,,NAV (RTS),NAV (CTS),,長(zhǎng)的幀劃分為許多分片,,,,課件制作人：謝希仁,9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN (Wireless Personal Area Network),在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備

38、用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡(luò)，不需要使用接入點(diǎn) AP。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在 10 m 左右。無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 和個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network)并不完全等同，因?yàn)?PAN 不一定都是使用無線連接的。,課件制作人：謝希仁,WPAN 和 WLAN 并不一樣。,WPAN 是以個(gè)人為中心來使用的無線人個(gè)區(qū)域網(wǎng)，它實(shí)際上就是一個(gè)低功率、小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。WPAN 都工作在 2.4 G

39、Hz 的 ISM 頻段。 但 WLAN 卻是同時(shí)為許多用戶服務(wù)的無線局域網(wǎng)，它是一個(gè)大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。,課件制作人：謝希仁,1. 藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth),最早使用的 WPAN 是 1994 年愛立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.1 。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。藍(lán)牙使用 TDM 方式和擴(kuò)頻跳頻 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。,

40、課件制作人：謝希仁,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(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)主設(shè)備(Master)和最多7個(gè)工作的從設(shè)備(Slave)。通過共享主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個(gè)皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個(gè)范圍更大的擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。這種主從工作方式的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起來價(jià)格就會(huì)比較便宜。,課件制作人：謝希仁,藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng),,,M,M,S,S,P,S,S,S,

41、S,S,P,皮可網(wǎng) 2,擴(kuò)散網(wǎng),,皮可網(wǎng) 1,M,——主設(shè)備,S,——從設(shè)備,P,——擱置的設(shè)備,課件制作人：謝希仁,2. 低速 WPAN,低速 WPAN 主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動(dòng)化與控制等領(lǐng)域，其速率是 2 ~ 250 kb/s。低速 WPAN 的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4。最近新修訂的標(biāo)準(zhǔn)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)

42、備（固定的、便攜的或移動(dòng)的）之間的無線通信，其主要特點(diǎn)是通信距離短（10 ~ 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的特點(diǎn),功耗非常低。在工作時(shí)，信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短；而在非工作時(shí)，ZigBee 結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常省電。對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)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(gè) ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255 個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備

43、。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過 64000 個(gè)結(jié)點(diǎn)。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的標(biāo)準(zhǔn),在 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。所有 ZigBee 產(chǎn)品也是 802.15.4 產(chǎn)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。,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的協(xié)議棧,,物理層

44、,,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,課件制作人：謝希仁,ZigBee 的組網(wǎng)方式可采用星形和網(wǎng)狀拓?fù)洌騼烧叩慕M合,,,,,,,,,,FFD,FFD,FFD,FFD,FFD,,,,,,,,,,,,,,,,RFD,端設(shè)備,路由器,FFD,,,FFD,協(xié)調(diào)器,有一個(gè)全功能設(shè)備 FFD 充當(dāng)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(jiǎn)功能

45、設(shè)備 RFD 結(jié)點(diǎn)。,課件制作人：謝希仁,3. 高速 WPAN,高速 WPAN 用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11 ~ 55 Mb/s的數(shù)據(jù)率，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)的帶寬應(yīng)超過信號(hào)中心頻率的 25% 以上，或信號(hào)

46、的絕對(duì)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。,課件制作人：謝希仁,9.3 無線城域網(wǎng) WMAN(Wireless Metropolitan Area Network),2002 年 4 月通過了 802.16 無線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的 ETSI 也制訂類似的無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) HiperMAN。WMAN 可提供

47、“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動(dòng)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(shí)又稱為無線本地環(huán)路。,課件制作人：謝希仁,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(biāo)準(zhǔn)的制訂者，而 Wi