ch5无线局域网

1第五章无线局域网WLAN概述WLAN调制解调技术扩频通信技术WLAN协议宽带无线蓝牙技术25.1无线局域网(WLAN)简介WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）是指利用RF（RadioFrequency）或IR（InfraredRay）等无线互连方式，构建起来的局域网。WLANprovidesallthefeaturesandbenefitsoftraditionalLANtechnologiessuchasEthernetandTokenRing,butwithoutthelimitationsofwiresorcables.–WLANsredefinethewaytheindustryviewsLANs.Connectivitynolongerimpliesattachment.–Aninfrastructureneednotbeburiedinthegroundorhiddenbehindwalls.Aninfrastructurecanbemovedandchangedbasedontheneedsofanorganization.3红外技术IR(InfraRed)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。4wirelessLANWLAN,justlikeaLAN,requiresaphysicalmediumthroughwhichtransmissionsignalspass.Insteadofusingtwisted-pairorfiber-opticcable,WLANsuseinfraredlight(IR)orradiofrequencies(RFs).TheuseofRFisfarmorepopularforitslongerrange,higherbandwidth,andwidercoverage.WLANsusethe2.4-gigahertz(GHz)and5-GHzfrequencybands.TheseportionsoftheRFspectrumarereservedinmostoftheworldforunlicenseddevices.Wirelessnetworkingprovidesthefreedomandflexibilitytooperatewithinbuildingsandbetweenbuildings.5Nomorewires?Wirelesssystemsarenotcompletelywireless.WirelessdevicesarejustonepartofthetraditionalwiredLAN.Thesewirelesssystems,designedandconstructedusingstandardmicroprocessorsanddigitalcircuits（infraredinterface）,connecttotraditionalwiredLANsystems.Furthermore,wirelessdevicesmustbepoweredtoprovideenergytoencode,decode,compress,decompress,transmit,andreceivewirelesssignals.6BenefitsofWLANs7RequirmentsofWLANtechnologyReliablitySecrecyCompatibilityDatatransmissionrateRangeoffrequencybandsMobilityEconomyMinitype8wirelessstandardsandcertifications9WLAN物理结构原理拓扑图10用户层是WLAN业务的享用层，主要的设备是安装有无线网卡或读卡器的PDA和便携机等移动终端设备，以及台式机。接入层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AP（AccessPoint，无线接入点），AP通过L2设备（如：LanSwitch或DSLAM）连接上层边缘汇聚层。边缘汇聚层主要解决WLAN用户的接入认证、计费、QoS等的控制，主要设备称为AC（AccessController，接入控制点）。业务控制层提供用户鉴权网关，可以是RADIUS服务器或者是AS（AuthenticationServer）。RADIUS可独立完成通用的用户的认证（如WEB认证、EAP-MD5认证）；AS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（EAP-SIM认证、OTP认证等）。管理层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Portal、APPServer等业务生成和下发平台。115.2WLAN的调制解调技术DBPSKDQPSKFSKQAMCCKPBCCOFDM12QAM（正交幅度调制）QAM是利用正交载波对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。QAM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。QAM是既调幅又调相的方式。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。13CCK（补偿编码键控）CCK是WLAN标准IEEE802.11b种采用的一种先进的编码技术。其实质是利用了CDMA的方法。14PBCC（分组二进制卷积编码）PBCC是IEEE802.11b、IEEE802.11g规定的可选调制方式。在PBCC调制时，经过扰码后的数据进行BBC，然后映射到BPSK或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。15OFDM（正交频分多路复用）Currentlythe802.11aand802.11gstandards,operatingupto54Mbps,useOFDM.OFDMlimitsthecrosstalk（串话）orinterferenceoftransmittingchannels.OFDMisusedinEuropeandigitalaudiobroadcastservices.OFDMallowsmorespeed.OFDMdoesnotgiveupdistance.Infactitfacilitateslongerdistancecapability.OFDMdoesrequiremoreprocessingpowerintheradio.FrequencyandPhasemodulation.165.3SpreadspectrumtechniqueSpreadspectrumisamodulationtechniquethatwasdevelopedinthe1940s.Itspreadsatransmissionsignaloverabroadrangeofradiofrequencies.Thistechniqueisidealfordatacommunicationsbecauseitislesssusceptible(易受影响的)toradionoiseandcreateslittleinterference.17扩频通信的作用提高系统抗干扰能力提高频谱利用率误码率低可以实现cdma抗多径干扰精确定时和测距18扩频通信扩频通信的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Chirp19直接序列DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)DSSS是一种重要的扩频技术。它也使用2.4GHz的ISM频段。20跳频扩频FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum）FHSS是扩频技术中最常用的一种。它使用2.4GHz的ISM频段（2.4000~2.4835GHz）。共有79个信道可供跳频使用。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。215.4WLAN协议802.11物理层802.11ＭＡＣ子层协议802.11帧格式802.11服务22802.11的物理层五种传送技术：（1）红外方法（2）FHSS（3）DSSS（4）OFDM（5）HR-DSSS23802.11的MAC子层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CBACDB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，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。24这就是暴露结点问题。在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个结点进行通信。这点与总线式局域网有很大的差别。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用冲突检测的方法来确定是否发生了冲突。因此无线局域网不能使用CSMA/CD（检测），而只能使用CSMA。为提高CSMA的效率，802.11使用了CSMA/CA。(载波侦听多路访问/冲突避免)25802.11的MAC子层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点式协调功能PCF(可选)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，如分组语音等。它向上层提供无竞争服务。分布式协调功能DCFDCF在每个结点使用CSMA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，它向上提供竞争式服务。为提高CSMA的效率，802.11使用了CSMA/CA。为了尽量避免冲突，802.11标准给出了不同的帧间间隔IFS，它们长短各不相同。26CSMA/CACSMA/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。A的传输范围B的传输范围CABDERTSCABDECTS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。27A和B附近的结点会做出什么反应1.C处于A的传输范围内，但不在B的传输范围内。因此C能够收到A发送的RTS，但经过一小段时间后，C不会收到B发送的CTS。2.这样，在A向B发送数据时，C也可以发送自己的数据而不会干扰B。3.再观察D，D收不到A发的RTS，但能收到B发的CTS。因此D在B发送数据帧的时间内不发送数据，因而不会干扰B接收A发来的数据。4.E能收到RTS和CTS，因此E在A发送数据帧的整个过程中不能发送数据。？？虽然协议经过精心设计,但冲突仍然会发生.例如,B和C同时向A发送RTS。这时，B和C像以太网发生冲突那样，各自推迟一段时间后重新发送其R