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1、2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,1,IEEE 802.11标准,标准概述物理层MAC,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,2,IEEE 802.11标准制定具有如下好处：设备互操作性产品的快速发展便于升级，保护投资价格降低,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,3,IEEE 802.11逻辑结构 每个站点应用的IEEE 802.11标准的逻辑结构中包括一个单一的MAC层和多个PHY中的一个。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,4,IEEE 802.11 MAC层 MAC层在LLC层的支持下为共享介质物理层提供访问控制功能（寻址，访问协
2、调，帧校验序列生成等） MAC的协议为：CSMA/CA,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,5,IEEE 802. 11物理层,IEEE802.11无线局域网标准的物理层协议建议了三种实现方式，分别是无线电波方式下的直接序列扩频（DSSS）、跳频扩频（FHSS）和红外线（IR）方式，在2.4GHz波段（全球统一的ISM波段）上进行操作。, 直接序列扩频（DSSS）物理层直接序列扩频（DSSS）物理层规定了两种不同进制的差分相移键控调制方式以及要求的数据传输速率：利用差分四进制相移键控（DQPSK）调制方式，数据传输速率2Mbit/s ；利用差分二进制相移键控（DBPSK）调制方式
3、，数据传输速率1Mbit/s 。, 跳频扩频（FHSS）物理层跳频扩频（FHSS）物理层与直接序列扩频（DSSS）物理层相比，有低成本、低功率消耗、强抗信号干扰能力的优点。基于IEEE 802.11的跳频扩频方式利用无线电从一个频率跳到另外一个频率来发送数据信号，在移动到一个不同的频率之前，在每个频率上传输若干位数据信息。跳频系统的输出载频以一种随机的方式跳跃。跳频系统的实施会逐渐便宜而且不像直接序列那样消耗太多的频率资源，所以更加适用于移动式应用。, 红外线（IR）物理层红外线（IR）物理层描述了一种在850到950nM波段运行的调制类型，用于小型设备和低速率连接的数据传输应用。这种红外线介
4、质的基本数据速率是利用十六进制脉冲位置调制（16PPM）的1Mbit/s速率和利用四进制脉冲位置调制（4PPM）的2Mbit/s增强速率。基于红外线设备的峰值功率被限定为2W。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,6,IEEE 802.11拓扑结构独立基本服务集（IBSS）网络基本服务集（BSS）网络扩展服务集（ESS）网络ESS(无线)网络 基本服务集（BSS）:BSS提供一个覆盖区域，使BSS中的站点保持充分的连接，一个站点可以在BSS内自由移动，但离开了该BSS,就不能与其他站点连接。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,7,2017/12/29,移动通信重点
5、实验室-景小荣,8,在集中控制组网方式下，由于信道资源的分配、MAC控制都采用集中控制方式，中心站可根据网内业务量的具体情况改变控制策略及参数，使网络性能（吞吐量、延迟等）趋于最佳，信道利用率可大大提高。,另外，该方式下的中心站还起信号中继作用，可有效延长网内移动站间的通信距离。这种方式的主要缺点是中心站的引入使得BSA结构复杂，且中心站的故障会导致全网工作瘫痪。,在集中控制组网方式下，BSA内须设置一个中心控制站点来完成MAC控制及信道分配等功能。网中的各站点在中心站点的协调下与其它站点通信。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,9,ESS网络结构示意图,若干个独立结构的BSS
6、网络经接入点AP通过有线骨干网与其它BSS网络相连，便构成多小区的无线局域网络，即ESS网络。扩大了通信范围，通信距离可达到几km。, 部分重叠BSS：这类配置在一个已定义区域内提供邻接覆盖。 自然分离BSS：对这种情况，配置不提供邻接覆盖。IEEE802.11没有指定BSS间距离的限制。 自然配置BSS：这对于提供一个冗余的或高操作性的网络是必要的。,ESS(无线)中不是所有的AP接入到有线网络上，而是存在没有接在有线网络上，该AP与距离最近的AP通信,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,10,IEEE 802.11服务站点服务和分布式系统服务站点服务：认证服务和不认证服务，加
7、密等分布式服务：结合、分离、分布、集成、重新结合,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,11,物理层结构与主要功能,物理层结构,IEEE 802.11 物理（PHY）层结构,IEEE 802.11 标准规定的物理层协议可以分为一般物理层管理和物理层汇聚过程、物理媒体依赖两个子层（图中未示出物理层管理）。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,12,物理层结构与主要功能,物理层结构, 物理层管理（Physical Layer Management）：物理层管理与MAC层管理相连，为物理层提供管理功能。 物理层汇聚子层（PLCP）：媒体访问控制（MAC）子层和物理层汇聚（P
8、LCP）子层通过物理层服务访问点（SAP）利用原语进行通信。MAC发出指示后，PLCP就开始准备需要传输的媒体协议数据单元（MPDU）。PLCP也从无线媒体向MAC层传递接收帧。PLCP为MPDU附加字段，形成一种合成帧，字段中包含物理层发送器和接收器所需的信息。IEEE 802.11标准称这个合成帧为PLCP协议数据单元（PPDU）。PPDU的帧结构提供了工作站之间MPDU的异步传输，因此，接收工作站的物理层必须同步每个单独的即将到来的帧。 物理媒体依赖（PMD）子层：在PLCP下方，PMD支持两个工作站之间通过无线媒体实现物理层实体的发送和接收。为了实现以上功能，PMD需直接面向无线媒体，
9、并对帧传送提供调制和解调。PLCP和PMD之间通过原语进行通信，控制发送和接收。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,13,物理层结构与主要功能,物理层主要功能,物理（PHY）层的主要功能包括： 载波侦听（CS）功能； 信号发送（TX）功能； 信号接收（RX）功能。,物理层操作,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,14,DSSS物理层的汇聚(PLCP)子层,直接序列扩频(DSSS)物理层,直接序列扩频(DSSS)物理层具有较大的传输距离和较高的数据速率，但其实现成本与设备功耗较高。,DSSS物理层的 PLCP协议数据单元（PPDU）的组成,直接序列扩频（DSSS）物
10、理层的 PLCP帧PLCP层协议数据单元（PPDU），由一个PLCP前导码（同步码SYNC和帧起始定界符SFD）、PLCP适配头（信号Signal、服务Service、长度Length和帧校验序列FCS）和MAC层协议数据单元MPDU所组成。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,15,DSSS物理层的汇聚(PLCP)子层,直接序列扩频(DSSS)物理层, 同步序列（SYNC）：该字段由0和1交替组成，用于提醒接收器有潜在可接受的信号存在。接收器检测SYNC后，就开始与输入信号进行位同步。 帧起始定界符（SFDStart Frame Delimiter）：该字段的内容定义了一个帧的
11、开始。该字段的位模式一般如下：1111001110100000。 信号（Signal）：该字段表明发送器/接收器用来调制与解调信号的方法及数据速率。1997年6月版IEEE 802.11规定该字段的两个可能的值是：1Mbit/s DSSS为00001010；2Mbit/s DSSS为00010100。 长度（Length）：该字段的值是一个无符号的16位整数，用于表示发送MPDU所需的微秒数。接收器利用该字段提供的信息确定帧的结束。 帧校验序列（FCSFrame Check Sequence）：该字段包含基于CCITT的CRC-16校验算法的16位CRC码。CRC-16的生成多项式G（x）=X
12、16+X12+X5+1。CRC校验在发送工作扰频之前进行。物理层并不检查PSDU中是否存在差错。MAC层将基于FCS对差错进行检测。 PLCP服务数据单元（PSDU）：PSDU实际上是MAC层发来的MPDU，其大小可以从0位到最大尺寸，最大尺寸由MIB中的aMPDUMaxLenght参数设定。,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,16,FHSS物理层的汇聚(PLCP)子层,跳频扩频(FHSS) 物理层,跳频扩频(FHSS)物理层具有较低成本、低功耗和较强的抗信号干扰能力，但是其通信距离一般比DSSS要小一些。,FHSS物理层PLCP协议数据单元（PPDU） 帧格式,FHSS物理层
13、的PLCP协议数据单元（PPDU）（也被称为PLCP帧）由PLCP帧前导码、适配头和经过扰码器漂白化的MPDU（Whitened PSDU）构成。,PLCP帧的各组成字段内容及含义,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,17,FHSS物理层的汇聚(PLCP)子层, 同步序列（SYNC）：该字段由0和1交替组成，用于提醒接收器有可接受的信号存在，并从中获得接收位时钟。 帧起始定界符（SFDStart Frame Delimiter）：该字段的内容常是0000110010111101，用于表示一个帧的开始。 PSDU的长度（PLWPSDU Length Word）：该字段以字节为单位明
14、确PSDU的长度。 PLCP信号字段（PSFPLCP Signaling Field）：用于明确帧的Whitened PSDU部分的数据速率。PPDU的前导码和适配头一般以1Mbit/s发送，而帧的余下部分可以不同的数据速率发送，数据速率由PSF字段给出。PLCP帧的PSF字段由4比特构成， bit0恒为0，bit1、bit2和bit3意义如下：,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,18,红外线(IR)物理层,红外线(IR)物理层的汇聚(PLCP)子层,IR物理层具有最低成本和最强的抗无线电信号干扰能力，但是其通信距离一般认为是最小的，且有很强的方向性。,红外线（IR）物理层 P
15、LCP帧格式,2017/12/29,移动通信重点实验室-景小荣,19,红外线(IR)物理层,红外线(IR)物理层的汇聚(PLCP)子层 PLCP帧, 同步序列（SYNC）：该字段由相继时隙内交替出现的脉冲组成。标准规范SYNC字段的最小长度为57个时隙，最大为73个时隙。 帧起始定界（SFDStart Frame Delimiter）：内容指明一帧的开始。 数据速率（Data Rate）：该字段明确了PMD将用来发送的数据速率。基于IEEE 802.11有两种可能的值：000（1Mbit/s）,001(2Mbit/s)。 DC电平调节（DC Level Adjustment）：该字段的位形式使
16、接收工作站能够稳定信号的DC级别。两种数据速率的对应的本字段位形式如下： 1Mbit/s：00000000100000000000000010000000 2Mbit/s：00100010001000100010001000100010 长度（Length）：该字段的值是一个无符号的16位整数，用于指明发送该PPDU所需的微秒数。接收器将利用这个信息来判断帧的结束。 帧校验序列（FCSFrame Check Sequence）：该字段包含一个16位的CRC码。CRC-16的生成多项式是G（x）=X16+X12+X5+1。 PLCP服务数据单元（PSDU）：它是MAC层发送的MPDU，其长度在02500字节之间。,
