80211基础

IEEE802.11基础及发展——yuqingreferences•StefanMangold,SunghyunChoi,“AnalysisofIEEE802.11eforQoSSupportinWirelessLANs”,IEEEWirelessCommun.,Dec.2003•EldadPerahia“IEEE802.11nDevelopment:History,Process,andTechnology”IEEECommunMagazine,Jul.2008•JosipLorincz“PhysicalLayerAnalysisofEmergingIEEE802.1inWLANStandard”ICA0TFeb.2006•YangXiao“ThroughputandDelayLimitsofIEEE802.11”2002IEEE•EldadPerahia《下一代无线局域网802.11n的吞吐率、强健性和可靠性》，人民邮电出版社2010年9月outline•802.11网络基本结构•802.11主要标准•物理层•MAC层访问机制：CSMA/CA，RTS/CTS•802.11e对QoS的支持及块确认机制•用户接入的整个过程：扫描、认证、关联•802.11n对802.11的改进•802.11的未来：802.11ac、802.11ad802.11网络基本结构•WLAN包括；IEEE802.11BlueToothHiperLANHomeRFESSBSSDSAPSTASTABSSID=“NJUPT”APSTASTABSSID=“NJUPT”802.11主要标准•802.11：1997，除802.11（2007）和f、t外，其它都是对它的修正案。•2.4GHz•定义了三种物理层传输技术(DSSS,FSSS,IR)•MAC层：CSMA/CA,RTS/CTS•802.11a：•5GHz（电磁波在空中传输的损耗与频率平方成正比，比2.4GHz传输衰耗大，距离短。）•物理层：OFDM802.11主要标准•802.11b：•2.4GHz•物理层：采用补码键控CCK/DSSS增加了2个新速率5.5Mb/s和11Mb/s。自适应速率选择机制•WiFi的由来•802.11g：•2.4GHz•物理层：OFDM(6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s)CCK/DSSS(1,2,5.5,11Mb/s)兼容802.11b•802.11e：•对MAC层改进，增加了4个服务等级:AC_VO(voice),AC_VI(video),AC_BE(besteffort),andAC_BK(background).802.11主要标准•802.11n：•2.4GHz和5GHz(40M带宽）•物理层：OFDM+MIMO互补,智能天线，信道绑定•MAC层：帧聚合物理层•PLCP(物理层会聚协议)子层：主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分组。•PMD(物理介质相关协议)子层：用于识别相关介质传输的信号所使用的调制和编码技术。•物理层管理子层：进行信道选择和调谐。MAC层访问机制•DCF:DistributedCoordinationFunction基本的，CSMA/CA,RTS/CTS，OptionalFragmentation•PCF:Pointcoordinationfunction可选的，tosupportQoSfortime-boundservices.CSMA/CA•CarrierSenseMultipleAccess（先听后说）CollisionAvoidance（backoff）与802.3以太网CSMA/CD的不同RTS/CTS•Requesttosend/cleartosendFigure1.AnillustrationofthebackoffprocedureFigure2.TimingofframeexchangesandNAVsettingsofthe802.11DCFFigure3.AnexampleofPCFoperation•Station1isthePCandpollsstation2.Station3detectsthebeaconframeandupdatestheNAVtothewholeCFP.Station3haslearnedfromearlierbeaconsthataCFPstartsaftertheTBTTshownhere.802.11e对QoS的支持802.11e中的块确认机制用户接入的整个过程扫描•ActivescanningSTA在不同信道上主动发ProbeRequest广播来探测AP，包的内容包括SSID。STA收听AP的ProbeResponse，包的内容与Beacon相似。STA收集到的所有的AP信息，选择其中一个进行连接。•PassivescanningAP周期性广播Beacon消息，内容包括SSID、BSSID、安全参数等。STA侦听Beacon消息，收集所有AP信息，选择其中一个进行连接。认证OpenSystem：2次握手1.STA给AP发鉴权消息Authentication发起OpenSystem鉴权。2.AP给STA回Authentication消息，告知鉴权结果。SharedKey：4次握手STA给AP发鉴权消息Authentication发起SharedKey鉴权。AP给STA发Authentication消息，带challengetext，质询STA。STA给AP发Authentication消息，带加密的chanllenge，回复质询。AP给STA发Authentication消息，回复鉴权结果。•802.1XTheIEEE802.1Xstandarddefinesamechanismforport-basednetworkaccesscontroltoprovidecompatibleauthenticationandauthorizationmechanismsfordevicesinterconnectedbyvarious802LANs.三元结构：鉴权在终端和鉴权服务器之间进行，AP仅进行协议转发。业务端口为受控端口，初始处于关闭状态，鉴权通过后打开，终端可使用该业务端口。鉴权完成后，终端与鉴权服务器协商生成主密钥MK，该主密钥由鉴权服务器分发给AP。关联关联：2次握手1.STA给AP发AssociateRequest，内容包括速率、功率、QoS能力、安全参数。2.AP给STA发AssociateResponse，内容包括状态、速率集和关联ID。802.11n对802.11的改进•802.11n的目标：itaimsathigherthroughputinsteadofhigherdatarateswithPHYandmediumaccesscontrol(MAC)enhancements.如今已实现PHY600Mb/s,MACover400Mb/s•需求：Data-rate-intensiveapplicationsexistsuchasmultimediaconferencing,MPEGvideostreaming,consumerapplications,networkstorage,filetransfer,andsimultaneoustransmissionofmultipleHDTVsignals,audio,andonlinegaming.•制定：2002到2009年•2001年下一代无线协议常务委员会WNGSC做了一个报告，高数据速率市场需求，空间复用和双倍频宽•2002年高吞吐率研究组HTSG成立，两份文件：1）项目授权请求表PAR制定对802.11物理层和MAC层得修订，以实现在MAC层的数据服务接入点SAP测量到的最大吞吐率至少为100Mb/s。（802.11a/g是25Mb/s，物理层54Mb/s）2）五大准则表①市场潜力②兼容性③与其他IEEE802标准的区别④技术上的可行性⑤经济上的可行性•2003年IEEE802.11TaskGroupn（TGn）取代HTSG，制定使用模型、信道模型、功能需求和对比标准的文档。•Thecomponentsoftheusagemodelsincludedapplications,environments,andusecases.•Eachusagemodelcontainedanaccesspoint(AP)andadefinednumberofstationsrunningamixofapplicationsbasedontheusecases.•channelmodel：•2004年提案征稿，出现两大阵营TgnSync:Intel、Cisco、Agere、SonyWWiSE:Broadcom、Conexant、TexasInstrument•2005年提案合并（TGn草案1.0），增强无线联盟EWC：Intel、Broadcom•2006年对TGn草案1.0信件投票（IEEE802.11工作组成员，不是任务组成员），至少75%的赞成票才被采用。这次没达到75%，解决反馈问题。•2007年2月推出TGn草案2.0信件投票。83%赞成票通过，反馈意见•2007年3月—9月TGn草案2.0继续被修改，得出TGn草案3.0•修改持续，直到否决票和反馈意见减到最少为止，之后进入负责机构投票（所有802组成员为草案提供更广泛的审稿意见。•2009年形成了最终的IEEE802.11nOverviewof11nenhancements•MIMO•信道绑定：相邻20MHz40MHz香农公式C=Blog（1+S/N）工作频段在5GHz•数据包聚合：省去了头部等的开销•Rate5/6:当码字大小为1944bit，MCS的码率为5/6，信息比特的数量为1620bit，校验比特数量为324bit。•ShortGI：短保护间隔，减少码间干扰。•MixedformatGreenfieldformat•STBC：空时块编码（可选的发送分集机制,完全开环无需反馈），应用的场景：AP使用两个发送接收天线、手持设备只使用一个发送接收天线。下行2*1STBC，上行1*2MRC.•LDPC:低密度奇偶校验码（特殊的线性分组码、校验检测码，校验检测矩阵大部分是0，只有几个是1•RISF:以前是SIFS。Thestationnolongerrequiresadditionaltimetoswitchbetweentransmitandreceivestates.•EnhancedblockACK:基于802.11e，对分片不确认。•Reversedirectionprotocol：allowsastationtoshareitstransmitopportunity(TXOP)withanotherstation.•Fastlinkadaptation：Inordertomorerapidlytrackchangesinthechannel,assistsintheselectionoftheoptimal(MCS).•Transmitbeamforming:maybeconsideredaPHYtechnique,butitrequiresagreatdealofcontrolintheMACforchannelsounding,calibration,andtheexchangeofchannelstateinformationorbeamformingweights.•PCO:分享共存运行，AP控制20MHz相与40MHz相交替运行。AnAPscanforneighboringbasicservicesets(BSSs)andpreventingtheestablishmentofa40MHzBSSwhenneighboringBSSsaredetectedinoverlappingchannels.