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

1、課件制作人：謝希仁,第 9 章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò),9.1 無(wú)線局域網(wǎng) WLAN9.2 無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無(wú)線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò),9.1 無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無(wú)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(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無(wú)線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1 無(wú)線局域網(wǎng)9.1.1 無(wú)線局域網(wǎng)的組成(pp.336),,無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN-Wireless Local Area Network）無(wú)線局域網(wǎng)分兩類(lèi)： （1）有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng) （2）無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng),,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò),9.1 無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無(wú)線局

3、域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)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(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無(wú)線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1.1 無(wú)線局域網(wǎng)的組成,,1. 有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng)(pp.336),,IEEE 802.11Wi-Fi: W

4、Ireless-Fidelity, 無(wú)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(wú)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(guò)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(lái)，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。

6、 ESS 還可通過(guò)叫做門(mén)戶(portal)為無(wú)線用戶提供到非 802.11 無(wú)線局域網(wǎng),,,,,課件制作人：謝希仁,第 9 章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò),9.1 無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無(wú)線局域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)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(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無(wú)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(méi)有固定基礎(chǔ)設(shè)施（即沒(méi)有 AP）的無(wú)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(chē)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network),由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線收發(fā)器,(a)形狀,(b)組成,課件制作人：謝希仁,無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò),9.1 無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無(wú)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(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN9.3 無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類(lèi)型?，F(xiàn)在最流行的無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過(guò)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(wú)線局域網(wǎng)的特殊問(wèn)題,當(dāng) A 和 C 檢測(cè)不到無(wú)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(wèn)題叫做隱蔽站問(wèn)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(wú)線局域網(wǎng)的特殊問(wèn)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(wèn)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(wú)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(wú)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(guò)協(xié)調(diào)功能來(lái)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(wú)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(guò)爭(zhēng)用信道來(lái)獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭(zhēng)用服務(wù)。,,MAC 層,無(wú)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(tīng)）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(lèi)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(méi)來(lái)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(lái)分隔開(kāi)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(lèi)型有：ACK 幀、CTS 幀、由過(guò)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(kāi)始使用 PCF 方式時(shí)（在 PCF 方式下使用，沒(méi)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(kāi)始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么

22、在下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)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(lái)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(tīng)。通過(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的門(mén)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(méi)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(guò)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(méi)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(guò)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(tīng),虛擬載波監(jiān)聽(tīng)(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(tīng)”是表示其他站并沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)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(tīng)的效果,這種效果好像是其他站都監(jiān)聽(tīng)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(guò)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(guò)時(shí)間DIFS 后，從剩余時(shí)間開(kāi)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(kāi)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(lèi)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(lèi)型,子類(lèi)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(guò)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(guò) 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(lèi)型字段和子類(lèi)型字段用來(lái)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(wú)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(wú)線技術(shù)連接起來(lái)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(wú)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(wú)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(lái)使用的無(wú)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(wú)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(ài)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(wú)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(guò)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(lái)，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(lái)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(wú)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(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò) 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(lái)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)?，或兩者的組合,,,,,,,,,,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(guò)信號(hào)中心頻率的 25% 以上，或信號(hào)

46、的絕對(duì)帶寬超過(guò) 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(wú)線城域網(wǎng) WMAN(Wireless Metropolitan Area Network),2002 年 4 月通過(guò)了 802.16 無(wú)線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的 ETSI 也制訂類(lèi)似的無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) HiperMAN。WMAN 可提供

47、“最后一英里”的寬帶無(wú)線接入（固定的、移動(dòng)的和便攜的）。在許多情況下，無(wú)線城域網(wǎng)可用來(lái)代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時(shí)又稱為無(wú)線本地環(huán)路。,課件制作人：謝希仁,WiMAXWorldwide Interoperability for Microwave Access,WiMAX 常用來(lái)表示無(wú)線城域網(wǎng) WMAN，這與Wi-Fi 常用來(lái)表示無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 相似。IEEE 的 802.16 工作組是無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂者，而 Wi