无线局域网技术基础

物联网工程技术第4章附1WLAN技术基础武汉理工大学物联网工程系2011.9无线网络协议标准文档IEEE802.11™:WIRELESSLOCALAREANETWORKS(WLANs)IEEE802.15™:WIRELESSPERSONALAREANETWORKS(WPANs)IEEE802.16™:BROADBANDWIRELESSMETROPOLITANAREANETWORKS(WMANs)IEEE802.20™:MOBILEBROADBANDWIRELESSACCESS(MBWA)IEEE802.21™:MEDIAINDEPENDENTHANDOVERSERVICESIEEE802.22™:TVBroadcastBands（WirelessRegionalAreaNetworks）IEEE802.20™:MOBILEBROADBANDWIRELESSACCESS(MBWA)802.20-2008:AirInterfaceforMobileBroadbandWirelessAccessSystemsSupportingVehicularMobility—PhysicalandMediaAccessControlLayerSpecification802.20.2™-2010:ProtocolImplementationConformanceStatement(PICS)Proforma802.20.3™-2010:MinimumPerformanceCharacteristicsofIEEE802.20TerminalsandBaseStations/AccessNodes802.20a™-2010:Amendment1:ManagementInformationBaseEnhancementsandCorrigendaItems802.20b™-2010:Amendment15:BridgingofIEEE802.20IEEE802.21™:MEDIAINDEPENDENTHANDOVERSERVICES802.21-2008:IEEEStandardforLocalandmetropolitanareanetworks-Part21:MediaIndependentHandoverServices802.21isdevelopingstandardstoenablehandoverandinteroperabilitybetweenheterogeneousnetworktypesincludingboth802andnon802networks.ItincludesmediatypesspecifiedbyThirdGeneration(3G)PartnershipProject(3GPP),3GPartnershipProject2(3GPP2),andbothwiredandwirelessmediaintheIEEE802familyofstandards.IEEE802.22™:TVBroadcastBands（WirelessRegionalAreaNetworks）IEEE802.22.1™-2010:IEEEStandardforLocalandMetropolitanAreaNetworks-SpecificrequirementsPart22.1:StandardtoEnhanceHarmfulInterferenceProtectionforLow-PowerLicensedDevicesOperatinginTVBroadcastBands（频段）IEEE802.11™:WIRELESSLOCALAREANETWORKS(WLANs)802.11-2007:Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Localandmetropolitanareanetworks—Specificrequirements—Part11:WirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)Specifications802.11k™-2008:Amendment1-RadioResourceMeasurementofWirelessLANs802.11r™-2008:Amendment2:FastBasicServiceSet(BSS)802.11w™-2009:A4-ProtectedManagementFrames802.11n™-2009:A5-EnhancementsforHigherThroughput802.11p™-2010:A6-WirelessAccessinVehicularEnvironments802.11z™-2010:A7-ExtensionstoDirect-LinkSetup(DLS)802.11v-2011:A8-IEEE802.11WirelessNetworkManagement802.11u-2011:A9-InterworkingwithExternalNetworks第4章附1WLAN技术基础F4.1无线局域网WLANF4.1.1无线局域网的组成F4.1.2802.11标准中的物理层F4.1.3802.11标准中的MAC层F4.1.4802.11标准中的MAC帧F4.1无线局域网F4.1.1无线局域网的组成1.有固定基础设施的无线局域网802.11，星形拓扑，AP，CSMA/CA，Wi-Fi联盟AP1AP2一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时，都要通过本BSS的基站。AP1AP2•基本服务集内的基站叫做接入点AP(AccessPoint)，其作用和网桥相似。AP1AP2•当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。•BSA—BasicServiceArea，100m，相似蜂窝小区AP1AP2一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS(ExtendedServiceSet)。AP1AP2ESS还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非802.11无线局域网（例如，到有线连接的因特网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。AP1AP2•移动站A从某一个基本服务集漫游到另一个基本服务集（到A的位置），仍可保持与另一个移动站B进行通信。•802.11没有定义如何实现漫游，但定义了一些基本的工具。与接入点AP建立关联(association)一个移动站若要加入到一个基本服务集BSS，就必须先选择一个接入点AP，并与此接入点建立关联。建立关联就表示这个移动站加入了选定的AP所属的子网，并和这个AP之间创建了一个虚拟线路。只有关联的AP才向这个移动站发送数据帧，而这个移动站也只有通过关联的AP才能向其他站点发送数据帧。（类似手机开机过程）802.11关联协议移动站与选定的AP使用关联协议进行对话，AP对移动站鉴别身份。关联阶段过后，移动站还要通过关联的AP向该子网发送“DHCP发现报文”以获得IP地址。重建服务Reassociation分离服务Dissociation移动站与AP建立关联的方法被动扫描，即移动站等待接收接入站AP周期性发出的信标帧(beaconframe)。信标帧中包含有若干系统参数（如服务集标识符SSID以及支持的速率等）。主动扫描，即移动站主动发出探测请求帧(proberequestframe)，然后等待从AP发回的探测响应帧(proberesponseframe)。热点(hotspot)现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入Wi-Fi的服务。这样的地点就叫做热点。由许多热点和AP连接起来的区域叫做热区(hotzone)。热点也就是公众无线入网点。现在也出现了无线因特网服务提供者WISP(WirelessInternetServiceProvider)这一名词。用户可以通过无线信道接入到WISP，然后再经过无线信道接入到因特网。2.移动自组网络又称自组网络(adhocnetwork)自组网络AEDCBF源结点目的结点转发结点转发结点转发结点自组网络是没有固定基础设施（即没有AP）的无线局域网。这种网络由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。A-E，一连串的存储转发，节点具有路由功能一般不与外界的其他网络相连接，移动分组无线网络自组织网络的构成与问题构成：一些移动设备发现在他们附近还有其他的可移动设备，并要求和其他移动设备进行通信。自组网络的每一个站都要参与网络中的其他移动站的路由的发现与维护，又由于其网络拓扑随时间变化很快，故在固网中的一些行之有效路由协议不在适用。多播问题，多播是常见的、复杂，实时性和效率要求高的多播协议。安全问题更为突出。IETF的自组网工作组MANET（MobileAd-hocNETworks）移动自组网络的应用前景在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的，无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络。无线传感器网络的应用是进行各种数据的采集、处理和传输，一般并不需要很高的带宽，但是在大部分时间必须保持低功耗，以节省电池的消耗。由于无线传感结点的存储容量受限，因此对协议栈的大小有严格的限制。无线传感器网络还对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面有一定的要求。WSN与自组网的不同(移动性、处理和存储能力、能源)传感器结点的形状(a)和组成(b)存储器CPU传感器硬件电池无线收发器(a)(b)移动自组网络和移动IP并不相同移动IP技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网（漫游的主机可直连或通过无线链路连接到固网）。移动IP的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议地址管理和协议互操作性。移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。自组织网是以残桩网络方式工作的，通信量可以进入或从它发出，但不允许外部的通信量穿越Stubnetwork几种不同的接入固定接入(fixedaccess)——在接入网络期间，用户设备的地理位置保持不变。移动接入(mobilityaccess)——用户设备能够以车辆速度移动时进行网络通信。当发生切换（关联）时，通信仍然是连续的。便携接入(portableaccess)——在受限的网络覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动时进行网络通信，提供有限的切换能力。游牧接入(nomadicaccess)——用户设备的地理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用户设备移动了位置（蜂窝小区），则再次进行通信时可能还要寻找最佳的基站第4章附1WLAN技术F4.1无线局域网WLANF4.1.1无线局域网的组成F4.1.2802.11标准中的物理层F4.1.3802.11标准中的MAC层F4.1.4802.11标准中的MAC帧F4.1.2802.11局域网的物理层802.11无线局域网可再细分为不同的类型。现在最流行的无线局域网是802.11b、802.11g和802.11n的产品。802.11的物理层有以下几种实现方法：直接序列扩频DSSS正交频分复用