局域网与城域网：第8章 无线局域网

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1、1 1 lxm lxm第第8章章 无线局域网无线局域网n8.1 引言引言n8.2 802.11标准标准n8.3 802.11网络系统结构网络系统结构n8.4 802.11 系统服务系统服务n8.5 802.11 MAC层概述层概述n8.6 802.11MAC协议协议n8.7 802.11 物理层概述物理层概述n8.8 802.11的安全性的安全性2 2 lxm lxm8.1 引言引言n8.1.1 WLAN的引入的引入n8.1.2 WLAN的技术发展的技术发展n8.1.3 WLAN技术概况技术概况3 3 lxm lxm8.1.1 WLAN的引入的引入n如何理解如何理解 WLAN？nWLAN：Wi

2、reless Local Area Networkn直观理解直观理解 在小范围内通过无线传输方式将站点互联起来在小范围内通过无线传输方式将站点互联起来n小范围：典型小范围：典型100m，增大发射功率可适当增大范围，增大发射功率可适当增大范围n无线传输：无线传输：2.4GHz频段和频段和5GHz频段频段nWLAN的功能的功能n为小范围内固定或移动站点提供无线接入与数为小范围内固定或移动站点提供无线接入与数据通信服务据通信服务4 4 lxm lxm8.1.1 WLAN的引入的引入n需求需求为为WLAN的引入提供了契机的引入提供了契机n自由接入的需求自由接入的需求n宽带无线数据接入的需求宽带无线数据

3、接入的需求n特定应用场合无线数据通信的需求特定应用场合无线数据通信的需求n游牧接入（如大学校园的来访者等）游牧接入（如大学校园的来访者等）n布线不便不宜布线不便不宜n教室、会议厅、仓库、车间教室、会议厅、仓库、车间n历史古建、家庭网络历史古建、家庭网络n临时通信的需求（露天活动等）临时通信的需求（露天活动等）n技术技术的进步为的进步为WLAN的发展提供了支撑的发展提供了支撑n尽管尽管WLAN技术复杂，实现困难，但：技术复杂，实现困难，但：n核心技术已相当成熟：协议、纠错、编码、调制核心技术已相当成熟：协议、纠错、编码、调制n长期努力，长期努力，WLAN已得到较大发展已得到较大发展 n近期发展迅

4、速，成为网络方面的研究热点近期发展迅速，成为网络方面的研究热点5 5 lxm lxm8.1.2 WLAN的技术发展的技术发展nWLAN经历了漫长发展历程经历了漫长发展历程n1990年：成立新的工作组：年：成立新的工作组：802.11n1997年：历经十年，发布正式标准第年：历经十年，发布正式标准第1版版n199799年：年：2Mbps、11Mbps、54Mbpsn2003年：年：54Mbps，进入快速发展期，进入快速发展期n2004年：安全性标准的增强年：安全性标准的增强802.11in2005年：增强年：增强MAC的的QoS标准标准802.11en2007年年: 正式标准发布第正式标准发布第

5、2版版n2012年：正式标准发布第年：正式标准发布第3版版n新的标准还在制定中新的标准还在制定中6 6 lxm lxm8.1.3 WLAN的技术概况的技术概况nWLAN是一种共享信道的无线数据网络是一种共享信道的无线数据网络nWLAN主要研究主要研究MAC层和物理层技术层和物理层技术n信道分配采用平等争用的方式信道分配采用平等争用的方式n基本基本MAC 协议：协议：CSMA/CAn工作频段：工作频段：n免照频段：免照频段：2.4GHz（ISM频段）和频段）和5GHz （国家基础（国家基础设施）设施）n工作方式工作方式:n只能是半双工方式只能是半双工方式n且无线覆盖范围内同时只能允许一个站点发送

6、，否则，且无线覆盖范围内同时只能允许一个站点发送，否则，将发生冲突将发生冲突7 7 lxm lxm8.2 WLAN的标准化的标准化8.2.1 标准化组织标准化组织8.2.2 IEEE标准惯例标准惯例8.2.3 IEEE802.11基本标准基本标准8.2.4 IEEE802.11增补标准增补标准8.2.5 正在制定中的标准正在制定中的标准8 8 lxm lxm8.2.1 WLAN的标准化组织的标准化组织n标准化组织标准化组织nIEEEn研究内容研究内容n主要研究主要研究WLAN的物理层和的物理层和MAC层层n现有标准系列：现有标准系列：n已推出一系列关于物理层、已推出一系列关于物理层、MAC层以

7、及扩展协议层以及扩展协议nWi-Fi组织推动组织推动WLAN产品市场化产品市场化9 9 lxm lxm8.2.2 802.11基本标准基本标准n802.11基本标准基本标准nIEEE std 802.11-1997第第1版版n物理层：物理层：2Mbps，DSSS/FHSS2.4GHz、IRnIEEE 802.11, 1999 Editionn编辑版，未经过正式投票表决编辑版，未经过正式投票表决n网管改变：网管改变：CMIP - SNMPnIEEE std 802.11-2007第第2版版nIEEE std 802.11-2012第第3版版1010 lxm lxm8.2.3 802.11增补标准

8、增补标准n物理层（物理层（PMD）增补标准）增补标准nIEEE 802.11b-1999n11Mbps2.4GHz，CCK/DSSSnIEEE 802.11a-1999n54Mbps 5GHz，OFDMnIEEE 802.11g-2003n54Mbps2.4GHz，OFDMnIEEE 802.11n-2012n 100Mbps，D1.02：600Mbps、MIMO1111 lxm lxm8.2.3 802.11增补标准增补标准n其他增补标准其他增补标准nIEEE 802.11h-2003n欧洲，欧洲，5GHz运行运行n频谱管理、发射功率管理频谱管理、发射功率管理nIEEE 802.11j-20

9、04：日本，：日本， 5GHz运行运行nIEEE 802.11i-2004nMAC的安全性增强的安全性增强nIEEE 802.11e-2005n MAC的的QoS增强增强1212 lxm lxm8.2.4 802.11制定中的标准制定中的标准n一些一些其他其他新标准新标准n802.11p：汽车无线网：汽车无线网nWireless Access in the Vehicular Environmentn802.11s：无线：无线Mesh网网nMesh Networkingn其他任务组其他任务组(TG)也在制定各自负责的标准也在制定各自负责的标准n802.11r/11u/11k/11m/11v/1

10、1w/11yn802.11T、WNG1313 lxm lxm8.2.5 Wi-FiWiFi： Wireless Fidelity n802.11产品互操作性认证的非盈利专业组织产品互操作性认证的非盈利专业组织n致力于推动致力于推动802.11系列标准的推广应用，促进系列标准的推广应用，促进802.11无线接入产品的规模发展无线接入产品的规模发展n对不同厂商的对不同厂商的802.11芯片和设备进行标准化认证芯片和设备进行标准化认证和测试和测试n帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性帮助推动与保证设备的兼容性和互操作性n对通过一致性和互操作性测试的产品发放获得对通过一致性和互操作性测试的产品发放获得

11、“WiFi认证认证”标志标志n因而：获得因而：获得WiFi认证的产品将成为大规模提供宽认证的产品将成为大规模提供宽带服务的最具竞争力的产品带服务的最具竞争力的产品1414 lxm lxm8.3 WLAN网络系统结构网络系统结构n8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境n8.3.2 基本网络结构基本网络结构n8.3.3 网络单元网络单元n8.3.4 网络系统构成网络系统构成n8.3.5 分发系统分发系统DSn8.3.6 参考模型参考模型1515 lxm lxm8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境nWLAN使用的无线介质与有线介质很不相同使用的无线介质与有线介质很不相同nWM：wire

12、less mediumn外来信号易于侵入共享的无线介质外来信号易于侵入共享的无线介质n站点移动形成动态拓扑站点移动形成动态拓扑n物理移动，或信号变化形成逻辑移动物理移动，或信号变化形成逻辑移动n缺乏全连通性，可形成隐蔽站点和暴露站点缺乏全连通性，可形成隐蔽站点和暴露站点n无线通信的广播环境不能简单认为是无线通信的广播环境不能简单认为是“总线型总线型”n传播时延可能变化，可能不对称传播时延可能变化，可能不对称1616 lxm lxm8.3.1 无线数据传输环境无线数据传输环境n无线介质影响系统的设计与性能无线介质影响系统的设计与性能n无线覆盖没有明确的易于确定的边界无线覆盖没有明确的易于确定的边

13、界n边界之外的站点不一定接收不到网络帧边界之外的站点不一定接收不到网络帧n边界之内的站点未必可以良好接收网络帧边界之内的站点未必可以良好接收网络帧n覆盖区域与实际环境关系很大覆盖区域与实际环境关系很大n信号强度与分布信号强度与分布n建筑物阻拦建筑物阻拦n外界干扰外界干扰1717 lxm lxm WALN中的中的隐藏站点隐藏站点A AB BC CA A覆盖覆盖B B，C C覆盖覆盖B B，B B覆盖覆盖ACAC，但但A A与与C C彼此不覆盖，导致：彼此不覆盖，导致： A A、C C 侦听不到彼此的载波侦听不到彼此的载波 （载波侦听失效！）（载波侦听失效！）隐藏站点：隐藏站点： 在同一无线频率下

14、，彼此不能感知对方的发在同一无线频率下，彼此不能感知对方的发 送信号，这类站点互为隐藏站点送信号，这类站点互为隐藏站点图中：图中：A、C互为隐藏站点（终端），彼此不能感知对方互为隐藏站点（终端），彼此不能感知对方fff会出现：会出现：A A、C C同时向同时向B B发送发送 ，且彼，且彼 此认为没有冲突，此认为没有冲突， 实际上冲突会在实际上冲突会在B B处发生处发生隐藏终端问题：加剧冲突，严重影响隐藏终端问题：加剧冲突，严重影响WLANWLAN的性能的性能1818 lxm lxmWLAN中的暴露站点中的暴露站点n图中，图中，C和和B互为暴露站点（终端）互为暴露站点（终端）n当当B向向A发射时

15、，发射时，C因侦听到因侦听到B的载波，误认为不可以向的载波，误认为不可以向D发射发射n其实，其实，B和和A的通信并不影响的通信并不影响C与与D的通信的通信n暴露终端问题，降低信道的使用效率暴露终端问题，降低信道的使用效率1919 lxm lxm8.3.2 基本网络结构基本网络结构n无线数据网络结构分类无线数据网络结构分类n无中心网与有中心网无中心网与有中心网n网络结构中是否有一个中心站点网络网络结构中是否有一个中心站点网络n单跳网与多跳网单跳网与多跳网n一跳一跳(Hop) ：等价于有线网络的一条链路：等价于有线网络的一条链路n多跳：存在路由、动态路由、自组织网等问题多跳：存在路由、动态路由、自

16、组织网等问题n4种基本类型种基本类型n无中心单跳网无中心单跳网n无中心多跳网无中心多跳网n有中心单跳网有中心单跳网n有中心多跳网有中心多跳网2020 lxm lxm8.3.2 基本网络结构基本网络结构nWLAN的基本网络结构的基本网络结构n由由IEEE 802.11定义定义n802.11当前只定义了单跳网当前只定义了单跳网n802.11中的定义中的定义n无中心网：称为无中心网：称为Ad hoc模式模式n有中心网：网络结构中有一个中心站点有中心网：网络结构中有一个中心站点APn称为称为infrastructure模式模式n也称也称AP模式模式nAP：Access Point，接入点，接入点n80

17、2.11正在发展多跳网正在发展多跳网(802.11s)，称为无线，称为无线Mesh网网2121 lxm lxmWLAN无中心（无中心（Ad-hoc模式）结构模式）结构n无中心网无中心网n称为称为Ad hoc模式模式n网络结构无中心站点网络结构无中心站点n所有站点平等所有站点平等n站点之间的通信站点之间的通信n是一种单跳的对等网络是一种单跳的对等网络n站点之间直接通信站点之间直接通信n适合少用户小范围的临时适合少用户小范围的临时组网组网f2222 lxm lxmWLAN 有中心（有中心（AP模式）结构模式）结构A AP Pn网络结构有一个中心站点网络结构有一个中心站点n称为称为infrastru

18、cture模式模式n中心站点称为：中心站点称为：APn其它站点为从节点其它站点为从节点n站点之间的通信站点之间的通信n从站点之间不能直接通信从站点之间不能直接通信n从节点与从节点与AP直接通信直接通信n从节点之间经从节点之间经AP中继中继n特别适用于接入网特别适用于接入网nAP上联上层网络上联上层网络n其他站点通过其他站点通过AP接入接入nAP控制其他站点接入控制其他站点接入APAPf12323 lxm lxm8.3.2 网络结构网络结构-有中心多跳网（拓展）有中心多跳网（拓展）n也称无线也称无线Mesh网网n近年来发展的热点近年来发展的热点n如：如：802.11、802.16n从站点可多跳中

19、继接入从站点可多跳中继接入n在在BWA中很有价值中很有价值nBroadband Wireless Acces2424 lxm lxm8.3.2 网络结构网络结构-无中心多跳网（拓展）无中心多跳网（拓展）n网络层不存在中心节点网络层不存在中心节点n常是全动态路由常是全动态路由n常是拓扑自组织网常是拓扑自组织网n抗毁性十分好抗毁性十分好n目前研究的热点目前研究的热点n网络结构的研究网络结构的研究n平面结构平面结构n分层结构分层结构n动态路由协议的研究动态路由协议的研究n平面路由协议、分层路由协议平面路由协议、分层路由协议n按需路由协议等按需路由协议等n链路协议的研究链路协议的研究n十分适用于军用通

20、信十分适用于军用通信n是军方的长期研究题目是军方的长期研究题目nAd hoc、MANET2525 lxm lxm8.3.3 基本网络单元基本网络单元 服务区概念：服务区概念： Service Area （SA）n802.11站点可以相互通信的区域站点可以相互通信的区域n表示一个无线网络覆盖区域的概念表示一个无线网络覆盖区域的概念n一个具有明确边界的二维图形一个具有明确边界的二维图形（主观认为）（主观认为）n实质上仅仅是一个概念性的区域实质上仅仅是一个概念性的区域n是是802.11协议的作用范围协议的作用范围n实际上并不存在一个边界明确的静态覆盖区实际上并不存在一个边界明确的静态覆盖区n站点的无

21、线电场强是一个动态的三维图站点的无线电场强是一个动态的三维图n电波传播特性动态变化、无论电波传播特性动态变化、无论STA是移动还是静止是移动还是静止n场强逐渐减弱，并无明显边界场强逐渐减弱，并无明显边界2626 lxm lxm8.3.3 基本网络单元基本网络单元n802.11中的基本网络单元中的基本网络单元nService Set，服务组，由协调功能控制的一，服务组，由协调功能控制的一组站点组站点nBSS：Basic Service Set，基本服务组，基本服务组nESS：Extended Service Set，扩展服务组，扩展服务组APDistribution SystemAP2727 l

22、xm lxm8.3.3 基本网络单元基本网络单元 BSSnBSS是一个基本的是一个基本的WLAN的单元网络的单元网络n位于同一基本服务区的一组站点位于同一基本服务区的一组站点n基本服务区基本服务区BSA ： Basic Service Area n一个一个BSS内的站点可简单地相互通信内的站点可简单地相互通信nAd_hoc模式：站点直接互通通信模式：站点直接互通通信nAP模式：通过模式：通过AP中继中继n不同不同BSS间的站点不能直接通过无线信道通信间的站点不能直接通过无线信道通信nIBSSn不与其他系统互连，自成一个独立的小系统，通常不与其他系统互连，自成一个独立的小系统，通常适合适合Adh

23、oc模式模式IBSSIBSS2828 lxm lxm8.3.3 基本网络单元基本网络单元 ESS的概念：的概念：nESS是一个扩展的基本是一个扩展的基本WLAN网络单元网络单元n位于同一扩展服务区的一组站点位于同一扩展服务区的一组站点n扩展服务区扩展服务区ESA ： Extended Service Area n通过通过DS互连多个互连多个BSS形成形成n通常，互连通常，互连AP而形成而形成nDS：分发系统（：分发系统（Distribution System）n互连互连AP的系统，如以太网的系统，如以太网（也可以是其他网络）（也可以是其他网络） DSDSAPAPAPAPBSS1BSS1BSS2

24、BSS2ESSESS2929 lxm lxm8.3.3 基本网络单元基本网络单元 ESS的概念：的概念：nBSS内内站点间的通信站点间的通信、站点站点到到DS的通信都靠的通信都靠AP转转发发n同一个同一个ESS的站点可以在不同的的站点可以在不同的BSS之间之间“漫游漫游”n802.11标准不支持不同标准不支持不同ESS之间的移动与之间的移动与“漫游漫游” DSDSAPAPAPAPBSS1BSS1BSS2BSS2ESSESS3030 lxm lxm8.3.4 WLAN系统构成系统构成3131 lxm lxm8.3.5 分发系统分发系统DSn概念概念nDS互连互连BSS形成更大的形成更大的ESSn

25、802.11声明：声明：DS仅是一个逻辑概念仅是一个逻辑概念n可以是有线网络或无线网络可以是有线网络或无线网络n可以是可以是802网络或非网络或非802网络网络n这可使这可使802.11标准有更大的适应性标准有更大的适应性n实现实现nDS通常用以太网桥实现通常用以太网桥实现n可以更容易实现与以太网的兼容和整合可以更容易实现与以太网的兼容和整合n这些措施使得业界称这些措施使得业界称802.11网络为网络为“无线以太网无线以太网”nDS也可用也可用WLAN网桥实现网桥实现3232 lxm lxm8.3.5 分发系统分发系统DSn以太网作为以太网作为DS互连互连BSSnAP此时桥接此时桥接WLAN与

26、以太网与以太网nAP有两个物理接口有两个物理接口nWLAN无线接口：与无线接口：与BSS内站点通信内站点通信n以太网接口：连接到以太网接口：连接到DSBSS1BSS1BSS2BSS2ESSESSDS：以太网：以太网AP802.11MAC802.11PHY802.3MAC802.3PHYRelayDSSTAAPAP3333 lxm lxm8.3.5 分发系统分发系统DSn无线网络作为无线网络作为DS互连互连BSS（例：（例：802.11）n通常通常DS与与BSS采用不同物理层标准的采用不同物理层标准的WLAN，如：，如：nBSS采用采用802.11bnDS采用采用802.11anAP此时桥接此时

27、桥接802.11b与与802.11anAP具有两个物理接口具有两个物理接口nWLAN802.11b无线接口：与无线接口：与BSS内站点通信内站点通信nWLAN802.11a无线接口：连接到无线接口：连接到DSBSS1BSS1802.11b802.11bESSESSAP802.11MAC802.11bPHY802.11MAC802.11aPHYRelayDSSTADSDS：802.11a802.11aBSS2BSS2802.11b802.11b3434 lxm lxm8.3.6 802.11参考模型参考模型MACMAC子层子层物理层，进一步分为两个子层物理层，进一步分为两个子层3535 lxm

28、lxm8.3.6 802.11参考模型参考模型nMAC子层子层n向高层提供向高层提供MAC服务服务n成帧，介质访问，差错控制等等成帧，介质访问，差错控制等等nPHY的层次结构的层次结构nPLCP：物理层汇聚协议（介质无关）：物理层汇聚协议（介质无关）nphysical layer convergence protocoln使不同的使不同的PMD能力适合统一的能力适合统一的PHY服务服务n将将MPDU映射成适合于映射成适合于PMD系统收发的帧格式系统收发的帧格式nPMD：物理介质相关子层：物理介质相关子层nphysical medium dependentn适应多种物理层技术的特点适应多种物理层

29、技术的特点,例如例如nIR、FHSS、DSSS、CCK_DSSS、OFDM3636 lxm lxm8.4 系统服务系统服务8.4.1 系统服务概述系统服务概述8.4.2 站点提供的服务站点提供的服务SS8.4.3 分发系统提供的服务分发系统提供的服务 DSS8.4.4 服务之间的关系服务之间的关系3737 lxm lxm8.4.1 系统服务概述系统服务概述n802.11定义了一些系统服务定义了一些系统服务nIEEE 802.11 architectural servicesn802.11-1999：定义了：定义了9种服务种服务n11i增强增强1种，种，11h增加增加2种，种，11e增加增加2种

30、种n系统服务功能系统服务功能n支持支持STA之间的数据投递：之间的数据投递：6种种n接入控制和机密性：接入控制和机密性：3种种n频率管理：频率管理：2种，种，11h增加增加nQoS设施：设施：2种，种，11e增加增加3838 lxm lxm8.4.1 系统服务概述系统服务概述n根据服务提供者可以对服务分类根据服务提供者可以对服务分类nSTA提供的服务：提供的服务： SSnDS提供的服务：提供的服务： DSSn最基本的服务是：最基本的服务是：MSDU投递投递nMSDU deliveryn在在STA之间投递之间投递MSDUn这是这是 WLAN的基本任务的基本任务n注意注意:nAP既有站点的功能，又

31、具有既有站点的功能，又具有DS的功能的功能n因此因此AP既提供既提供SS，也提供，也提供DSS3939 lxm lxm8.4.2 站点提供的服务站点提供的服务SSn站点提供的服务与接入控制和安全性相关站点提供的服务与接入控制和安全性相关n802.11基本标准中定义的基本标准中定义的SSn认证认证/解除认证：解除认证：Authentication/Deauthenticationn机密性：机密性：Confidentiality（1999版原为：版原为：privacy）n802.11i大大增强了此功能大大增强了此功能nMSDU投递：投递：MSDU deliveryn802.11h增补标准中增加的增

32、补标准中增加的SSn频率管理：频率管理：nDFS（动态频率选择）（动态频率选择）/ TPC（发射功率控制）（发射功率控制）n802.11e增补标准中增加的增补标准中增加的SSnQoS设施：设施：n高层定时器同步（高层定时器同步（Higher layer timer synchronization）nQoS流量调度（流量调度（QoS traffic scheduling）4040 lxm lxm8.4.2 SS认证认证/解除认证解除认证n802.11中认证的概念中认证的概念nSTA之间的链路级认证之间的链路级认证n不是端到端认证也不是用户到用户认证不是端到端认证也不是用户到用户认证n端到端：信息

33、源站到信息目的站端到端：信息源站到信息目的站n就接入控制而言，就接入控制而言， 802.11中认证的安全性十分弱中认证的安全性十分弱n802.11中认证的目的中认证的目的n确定站点在确定站点在WLAN中的唯一身份中的唯一身份n得到其他站点的认可，成为得到其他站点的认可，成为BSS的成员的成员n采用采用MAC地址作为站点唯一的身份地址作为站点唯一的身份n802.11中认证的方式中认证的方式n开放式认证开放式认证n共享密钥认证共享密钥认证4141 lxm lxm8.4.2 SS机密性机密性n机密性：机密性：Confidentialityn99版中称为版中称为privacy，802.11i大大增强大

34、大增强nSTA可选择适当加密算法用于特定关联可选择适当加密算法用于特定关联n机密性的目的就是对数据加密，提高安全性机密性的目的就是对数据加密，提高安全性n3种加密算法以保护数据流种加密算法以保护数据流nWEPnwired equivalent privacy，基于，基于RC48算法算法nTKIPnTemporal Key Integrity Protocol ，基于，基于RC48算法算法nCCMPnCTR with CBC-MAC Protocol，基于，基于AES标准标准4242 lxm lxm8.4.3 分发系统提供的服务分发系统提供的服务DSSnDS提供的服务支持信息分发与移动性提供的服

35、务支持信息分发与移动性n802.11基本标准中定义的基本标准中定义的DSSn分发：分发：Distributionn整合：整合：Integrationn关联关联/解除关联解除关联/重新关联重新关联nAssociation / Disassociation / Reassociationn站点的移动支持站点的移动支持n802.11e增补标准中增加的增补标准中增加的SSnQoS流量调度（流量调度（QoS traffic scheduling）4343 lxm lxm8.4.3 DSS分发与整合分发与整合n信息在信息在DS内的分发内的分发n分发：分发：Distribution n当当802.11 ST

36、A通过通过DS发送帧时必须使用发送帧时必须使用n即：即：ESS中中BSS之间的站点发送数据时使用之间的站点发送数据时使用n802.11不指定不指定DS如何分发信息如何分发信息n通常用以太网桥实现：简单实用、易于理解通常用以太网桥实现：简单实用、易于理解n整合：整合：Integration n当信息不是发向另一个当信息不是发向另一个WLAN而是发向接到而是发向接到DS的一的一个有线个有线LAN时，使用整合服务时，使用整合服务nDS的出口点不是另一个的出口点不是另一个AP而是一个而是一个“portal”时时n此功能将此功能将WLAN与有线与有线LAN有机整合成一体有机整合成一体4444 lxm l

37、xm8.4.3 DSS关联关联/解除关联解除关联/重新关联重新关联n关联：关联：Associationn建立建立AP/STA映射，使映射，使STA得以引用得以引用DSSnDS分发信息需知分发信息需知STA接入何接入何APn即：即：STA关联到何关联到何APn解除关联：解除关联：Disassociationn终止现存关联终止现存关联n在在ESS内通知内通知DS现存关联无效现存关联无效n重新关联：重新关联：Reassociationn将当前关联从一个将当前关联从一个AP移到另一移到另一APn用此服务支持用此服务支持STA的的BSS跃迁跃迁4545 lxm lxm8.4.3 DSS对移动性的支持对移

38、动性的支持n移动类型移动类型n802.11定义了定义了3种类型的站点移动种类型的站点移动n非跃迁：非跃迁： No-transitionn静止，或仅在一个静止，或仅在一个BSS内移动内移动nBSS跃迁：跃迁： BSS-transition: n在一个在一个ESS内的内的BSS之间移动之间移动nESS跃迁：跃迁： ESS-transitionn从一个从一个ESS的的BSS移动到另一移动到另一ESS中的中的BSSn不同类型的移动需要不同的关联服务支持不同类型的移动需要不同的关联服务支持n802.11并不直接定义对站点并不直接定义对站点ESS跃迁的支持跃迁的支持n需要高层协议更多的的支持需要高层协议更

39、多的的支持4646 lxm lxm8.4.4 系统服务之间的关系系统服务之间的关系n服务之间服务之间n并不是完全独立的，存在一定关系并不是完全独立的，存在一定关系n对于对于IBSS（Adhoc）方式）方式n都是站点的服务都是站点的服务n站点之间通信之前，只需要通过认证站点之间通信之前，只需要通过认证n对于对于AP模式模式n需要提供需要提供SS和和DSSn站点在通过站点在通过AP转发数据之前转发数据之前n先认证，后关联先认证，后关联n认证成功且关联成功，才能获得整合认证成功且关联成功，才能获得整合和分发服务和分发服务n即即AP才能为站点提供接入和转发服务才能为站点提供接入和转发服务n注意：在已关

40、联的状态下，解除认注意：在已关联的状态下，解除认 证将同时解除关联证将同时解除关联状态状态1非认证非关联非认证非关联状态状态2已认证非关联已认证非关联状态状态3已认证已关联已认证已关联成功认证成功认证解除认证通知解除认证通知解除关联通知解除关联通知解除认证解除认证通知通知成功关联成功关联或重新关联或重新关联4747 lxm lxm8.4.4 服务之间的关系服务之间的关系n注意：注意：IEEE 802.11-1999/ Fig.8 有错有错?4848 lxm lxm8.5 MAC层概述层概述n8.5.1 MAC层功能层功能n8.5.2 MAC服务服务n8.5.3 MAC结构结构n8.5.4 MA

41、C帧格式帧格式n8.5.5 站点典型接入过程站点典型接入过程4949 lxm lxm8.5.1 MAC层功能层功能n向高层提供向高层提供MAC服务服务n成帧、发送与接收成帧、发送与接收MAC帧帧n信道访问控制信道访问控制nPCFnDCFCSMA/CAn分片与合片分片与合片n分片连传分片连传n差错控制（确认差错控制（确认+重传）重传）n电源自动管理电源自动管理nMAC采用无连接协议采用无连接协议5050 lxm lxm8.5.2 MAC服务服务n8.5.2.1 服务的概念服务的概念n8.5.2.2 MAC服务类型服务类型n8.5.2.3 MAC服务原语服务原语5151 lxm lxm8.5.2.

42、1 服务的概念服务的概念MPDUMPDUMACMACPHYPHYMAC_SAPMAC_SAPMSDUMSDUPHY_SAPPHY_SAPMAC实体实体LLC LLC 或或或或 IPIPnMAC服务：服务：MAC层向邻接上层提供的能力层向邻接上层提供的能力nMAC_SAP：MAC向上层提供服务的点向上层提供服务的点nPHY_SAP：MAC实体使用实体使用PHY服务的那一点服务的那一点nMSDU：MAC服务数据单元服务数据单元n通过通过MAC层提交到对等层提交到对等MAC实体的数据组（实体的数据组（DATA）nMPDU：MAC协议数据单元协议数据单元n对等对等MAC实体根据实体根据MAC协议交互的

43、数据单元协议交互的数据单元MACMACPHYPHYMAC_SAPMAC_SAPMSDUMSDUPHY_SAPPHY_SAPMAC实体实体LLC LLC 或或或或 IPIP5252 lxm lxm8.5.2.2 MAC服务种类服务种类n数据服务：数据服务：Data servicen为对等为对等LLC实体提供实体提供MSDU交换能力交换能力n若协议栈为若协议栈为IPoverMAC，则为对等，则为对等IP实体提供实体提供n安全服务：安全服务：Security servicesn提供认证服务及提供认证服务及WEP、TKIP、CCMP机制机制nMSDU排序服务：排序服务：MSDU orderingn80

44、2.11允许两种排序服务允许两种排序服务n严格排序（严格排序（Strictly ordered：MSDU发送接收同序发送接收同序n可重新排序服务：实施可重新排序服务：实施QoS管理时采用（管理时采用（802.11e）5353 lxm lxm8.5.2.3 MAC服务原语服务原语nMA-UNITDATA.requestn本地本地LLC实体请求实体请求MAC实体将实体将MSDU 发送到对等发送到对等LLC实体实体n对等实体可为：单一实体或一组实体对等实体可为：单一实体或一组实体n本地本地MAC实体从实体从MAC SAP接收原语，加上头部成帧并发送接收原语，加上头部成帧并发送nMA-UNITDATA

45、.indicationnMAC实体告知实体告知LLC实体收到实体收到MSDUn仅收到有效仅收到有效MAC帧且目的帧且目的MAC匹配的站点才会产生该原语匹配的站点才会产生该原语nMA-UNITDATA-STATUS.indicationnMAC实体告知实体告知LLC相应相应request原语处理的状态信息，如：原语处理的状态信息，如：nMSDU被成功传送被成功传送n无法投递（已超过重传次数）无法投递（已超过重传次数）n无法投递（无有效无法投递（无有效BSS）n。n注意：仅具有本端意义注意：仅具有本端意义5454 lxm lxm8.5.3 MAC结构结构n802.11-1999MAC层提供两种信道

46、访问服务层提供两种信道访问服务n分布协调方式：分布协调方式：DCFn提供争用型服务，并且是提供争用型服务，并且是PCF的基础的基础n点协调方式：点协调方式：PCFn提供无争用服务提供无争用服务nPCF方式在产品中方式在产品中 几乎没采用几乎没采用n802.11-2005增强型增强型MAC结构结构见见P232DistributedDistributedCoordination FunctionCoordination Function(DCF)(DCF)PointedPointedCoordination FunctionCoordination Function(PCF)(PCF)MACMAC

47、ExtentExtentUsed forUsed forContention ServicesContention Servicesand Basis for PCFand Basis for PCFRequired forRequired forContention FreeContention FreeServicesServices5555 lxm lxm8.5.3 信道访问方式信道访问方式DCFnDCF:Distributed Coordination Functionn802.11的基本的基本MAC访问机制、访问机制、MAC子层的子层的基础基础n提供争用型服务提供争用型服务n使用使用

48、CSMA/CA协议协议nCSMA / Collision Avoidancen适用于适用于Adhoc和和AP模式的网络模式的网络5656 lxm lxm8.5.3 信道访问方式信道访问方式PCFnPCF：Point Coordination Functionn提供无争用服务提供无争用服务n对无线信道访问的集中仲裁机制对无线信道访问的集中仲裁机制n由由APAP仲裁访问请求，类似于轮询仲裁访问请求，类似于轮询n仅适用于仅适用于AP模式模式n实际并未得到应用实际并未得到应用5757 lxm lxm8.5.4 802.11的的MAC帧格式帧格式n8.5.4.1 通用通用MAC帧格式帧格式n8.5.4.

49、2 MAC帧的控制字段帧的控制字段FCn8.5.4.3 MAC帧的类型帧的类型/子类型子类型n8.5.4.4 MAC帧的帧的Duration/ID字段字段n8.5.4.5 MAC帧的序列控制字段帧的序列控制字段SCn8.5.4.6 MAC帧地址字段及应用帧地址字段及应用5858 lxm lxm8.5.4.1 MAC帧通用格式帧通用格式nMAC帧：即帧：即MAC PDUnMAC帧各字段帧各字段nFC字段：帧控制段字段：帧控制段nDuration/ID字段：持续时间，虚拟侦听使用字段：持续时间，虚拟侦听使用n地址段：可以多达地址段：可以多达4个个，随帧类型而定，随帧类型而定nSC字段：序列控制段，

50、分片合片用字段：序列控制段，分片合片用n帧体：封装帧体：封装MSDU及及WEP控制信息等控制信息等nFCS：帧校验序列，根据：帧校验序列，根据CRC-32生成生成2266626023124FrameControlDuration/IDAddr1 Addr2 Addr3SequenceControlAddr4FrameBodyFCSOctetsOctets5959 lxm lxm8.5.4.2 MAC帧的控制字段帧的控制字段FCProtocolVersiontypeSubtypeToDSFromDSMoreFragRetryPwtMgtMoreDataWEPOrder2 2 4 1 1 1 1

51、1 1 1 1 Bits:：0 0，为当前，为当前，为当前，为当前标准版本标准版本标准版本标准版本定义了定义了3种帧类型种帧类型管理帧管理帧控制帧控制帧数据帧数据帧定义了每种定义了每种帧的不同子帧的不同子帧类型帧类型To DS: 1入入DS的数据帧的数据帧From DS: 1出出DS的数据帧的数据帧其他帧该两位其他帧该两位置置01：还有：还有后续分后续分片片0：无后：无后续分片续分片1：重传帧重传帧0：非：非重传帧重传帧对于站点：对于站点：1：省电：省电0：活动：活动对于对于AP：永远置永远置01：表示：表示至少还有至少还有一个被缓一个被缓存的帧要存的帧要传给省电传给省电的站点的站点1：数据：

52、数据帧或认证帧或认证子帧用子帧用WEP加密加密0：不加：不加密密1：采用：采用严格排序严格排序服务等级服务等级0：可能：可能重新排序重新排序0 1 2 3 4 5 6 86060 lxm lxm8.5.4.3 MAC帧类型帧类型/子类型字段子类型字段nFC中的中的Type字段定义了字段定义了MAC帧类型帧类型n00：管理帧：管理帧 n01：控制帧：控制帧 n10：数据帧：数据帧 n11：保留：保留nFC中的中的Subtype字段定义字段定义MAC帧子类型帧子类型n管理帧子类型管理帧子类型n关联关联/解除关联解除关联/重新关联、认证、信标等重新关联、认证、信标等n控制帧子类型控制帧子类型n nR

53、TSRTSRTSRTS、CTSCTSCTSCTS、ACKACKACKACK等等等等n数据帧子类型数据帧子类型n含含data的帧、不含的帧、不含data的帧的帧6161 lxm lxm8.5.4.4 MAC帧的帧的Duration/ID字段字段nDuration/ID 字段：字段：16 bitn在不同的帧中有不同的含义在不同的帧中有不同的含义Duration/ID含义与用途含义与用途bit15bit14bitS13-00032767下一帧的持续时间，在下一帧的持续时间，在DCF方式下，方式下，虚拟载波侦听时站点更新虚拟载波侦听时站点更新NAV100固定值固定值32768，PCF方式发送帧方式发送

54、帧111-2008节能轮询帧节能轮询帧PS-Poll，站点请求，站点请求AP为其缓存的帧为其缓存的帧10116383保留保留112008163836262 lxm lxm8.5.4.5 MAC帧的序列控制字段帧的序列控制字段SCnSC：Sequence Control， 16bitnSN：序号，：序号，12bit，n序号序号0-4095采用递增方式循环使用采用递增方式循环使用n结合结合SA，形成帧唯一标识，形成帧唯一标识nFN：分片号，：分片号，4bitn用于分片用于分片/合片过程合片过程n若一个帧仅有一个段（未分段），则若一个帧仅有一个段（未分段），则FN总是为总是为0n注意：重传的注意：重

55、传的MPDU其其SN和和FN序号不变序号不变FragmentFragment Number NumberSequence Sequence NumberNumber b0 b3 b4 b15 b0 b3 b4 b15bitsbits： 4 4 12 126363 lxm lxm8.5.4.6 MAC帧地址字段及应用帧地址字段及应用nTo/FromDS决定了帧中地址段的表示决定了帧中地址段的表示nBSSID：AP模式下，可使用模式下，可使用AP的的48位位MAC地址地址 Ad-hoc模式下，使用某站点的地址（发送信标帧的站点）模式下，使用某站点的地址（发送信标帧的站点）nDA、SA、RA、TA（

56、目的地址、源地址、接收站地址、发送站地址）（目的地址、源地址、接收站地址、发送站地址）ToDSFrDS Addr1 Addr2 Addr3Addr400DASABSSIDN/A01DABSSIDSAN/A10BSSIDSADAN/A11RATADASAAd-hoc 模式适用模式适用AP模式模式 适用适用AP站站站站 APAP AP6464 lxm lxm8.5.4.6 MAC帧地址字段及应用帧地址字段及应用nMAC地址在不同应用中的变化地址在不同应用中的变化n示例示例1：Ad-hoc模式，模式，IBSS内投递内投递n示例示例2：AP模式，模式，BSS内投递内投递n示例示例3：ESS内，通过以太

57、网分发内，通过以太网分发n示例示例4：ESS内，通过内，通过WDS分发分发n示例示例5： WLAN到有线到有线LAN6565 lxm lxm8.5.4.6 数据投递与地址变化数据投递与地址变化-例例1nIBSS内投递，内投递，Ad-hoc模式模式n假设假设BSSID为为STA3的的MAC3nSTA1发数据到发数据到STA2n直接发送直接发送IBSSIBSSSTA1STA1STA2STA2STA3STA3To/FrDSAddr1Addr2Addr3Addr4STA1发到发到STA20 0DAMAC2SAMAC1BSSIDMAC3N/A6666 lxm lxm8.5.4.6 数据投递与地址变化数据

58、投递与地址变化-例例2nBSS内投递，内投递， AP模式模式nSTA1发数据到发数据到STA2 （1）首先）首先STA1发到发到AP （2）AP3发到发到STA2To/FrDSAddr1Addr2Addr3Addr4 STA1 - AP31 0BSSIDSADAN/A AP3 - STA2 0 1DABSSIDSAN/ABSSBSSSTA1STA1STA2STA2AP3AP3MAC3MAC1MAC2MAC2MAC3MAC16767 lxm lxm8.5.4.6 数据投递与地址变化数据投递与地址变化-例例3nESS内，通过以太网分发内，通过以太网分发nBSS1/2均为均为AP模式模式nSTA1发

59、数据到发数据到STA5（1）STA1 - AP3（2）AP3网桥网桥- AP6网桥网桥（3） AP6 - STA5To/FrDSAddr1Addr2Addr3Addr4STA1 - AP31 0BSSID1SADAN/A AP3桥桥-AP6桥桥 802.3帧帧DASAN/AN/A AP6 - STA50 1DABSSID2SAN/ABSSBSS1 1STA1STA1STA2STA2AP3AP3BSSBSS2 2STA4STA4STA5STA5AP6AP6EthernetEthernetMAC3MAC1MAC5MAC5MAC1MAC5MAC6MAC18.5.4.6 数据投递与地址变化数据投递与地

60、址变化-例例4nESS内，通过内，通过WDS分发分发nBSS1/2均为均为AP模式模式n通过无线通过无线DS分发分发nSTA1发数据到发数据到STA5（1）STA1发到发到AP3（2） AP3发到发到AP6（3）AP6发到发到STA5BSSBSS1 1STA1STA1STA2STA2AP3AP3BSSBSS2 2STA4STA4STA5STA5AP6AP6Wireless DSWireless DSTo/FrDSAddr1Addr2Addr3Addr4STA1 - AP31 0BSSID1SADAN/A AP3桥桥-AP6桥桥 1 1RATADASA AP6 - STA50 1DABSSID2

61、SAN/AMAC3MAC1MAC5MAC6MAC3MAC5MAC6MAC1MAC5MAC16969 lxm lxm8.5.4.6 数据投递与地址变化数据投递与地址变化-例例5nWLAN投递到有线投递到有线LANnBSS为为AP模式模式nSTA1发数据到发数据到Eth4（1）STA1 - AP3（2） AP3 桥桥- Eth4n注意：注意：WLAN的整合服务的整合服务BSSBSSSTA1STA1STA2STA2AP3AP3EthernetEthernetEth4Eth4To/FrDSAddr1Addr2Addr3Addr4STA1 - AP31 0BSSID1SADAN/A AP3桥桥-Eth4

62、 802.3帧帧DASAN/AN/AMAC3MAC1MAC4MAC4MAC17070 lxm lxm8.5.5站点接入站点接入802.11网络网络n8.5.5.1 站点接入站点接入WLAN的概念的概念n8. 5.5.2 站点接入站点接入WLAN的条件的条件n8. 5.5.3 站点接入站点接入WLAN的步骤的步骤n8. 5.5.4 站点接入站点接入WLAN相关概念相关概念n8. 5.5.5 AP模式下站点接入模式下站点接入WLANn8. 5.5.6 Ad hoc模式下站点接入模式下站点接入WLAN7171 lxm lxm8.5.5.1 站点接入站点接入WLAN的概念的概念n站点接入站点接入WLA

63、N的概念的概念n站点接入站点接入WLAN是指：是指：n站点如何成为站点如何成为802.11网络的一个站点网络的一个站点n对于对于AP模式模式n站点如何成为站点如何成为BSS、ESS的成员的成员n对于对于Adhoc模式模式n站点如何成为站点如何成为IBSS的成员的成员7272 lxm lxm8.5.5.2 站点接入站点接入WLAN的条件的条件n对于不同模式，站点接入条件有所差异对于不同模式，站点接入条件有所差异nAd hoc模式下，站点之间通信前模式下，站点之间通信前n必须通过认证必须通过认证nAP模式下，站点通过模式下，站点通过AP转发数据前转发数据前n必须先通过认证，再通过关联必须先通过认证

64、，再通过关联n只有认证成功且关联成功，只有认证成功且关联成功，AP才能为站点提供才能为站点提供接入和转发服务接入和转发服务7373 lxm lxm8.5.5.3 站点接入站点接入WLAN的的步骤步骤n分为两个步骤分为两个步骤n第第1步：同步步：同步n包括物理同步（位同步、物理帧同步）包括物理同步（位同步、物理帧同步）nMAC同步（网络同步）同步（网络同步）n第第2步：入网处理步：入网处理n可能涉及认证、关联可能涉及认证、关联7474 lxm lxm8.5.5.4 站点接入站点接入WLAN相关概念相关概念n认证与关联认证与关联n网络名网络名SSIDn信标帧信标帧n认证与关联在系统服务中已描述过认

65、证与关联在系统服务中已描述过7575 lxm lxm8.5.5.4 站点接入站点接入WLAN相关概念相关概念nSSID：Service Set Identifiern802.11的网络名的网络名n用于区分不同的用于区分不同的802.11网络网络n用字符表示，最多不超多用字符表示，最多不超多32个字符个字符n使用者可以根据自己的需要取名使用者可以根据自己的需要取名n具有相同具有相同SSID的站点属于同一的站点属于同一BSSn对于对于Ad hoc模式，其模式，其SSID为为IBSSID7676 lxm lxm8.5.5.4 站点接入站点接入WLAN相关概念相关概念n信标帧：信标帧：Beacon F

66、ramen802.11的一种管理帧的一种管理帧n用于站点扫描入网和定时同步用于站点扫描入网和定时同步n信标帧中含有信标帧中含有nTSF， Timing Synchronization Function (同步定时功能同步定时功能)n网络名网络名SSIDn其他网络参数其他网络参数7777 lxm lxm8.5.5.4 站点接入站点接入WLAN相关概念相关概念信标帧与信标帧与TSFn所有所有STA中均有一个中均有一个TSF定时器定时器n该定时器须与信标帧中的该定时器须与信标帧中的TSF定时器当前值同步定时器当前值同步nAP模式中信标帧与模式中信标帧与TSFnAP上的上的TSF定时器提供主时钟定时器

67、提供主时钟nAP周期性发射信标帧周期性发射信标帧n含有含有AP中的中的TSF定时器当前值定时器当前值n所有所有STA接收信标帧并同步接收信标帧并同步AP中的中的TSF定时器定时器nAdhoc模式中的信标帧与模式中的信标帧与TSFn由最初入网的站点发送信标帧由最初入网的站点发送信标帧n其他后续入网的站点同步该信标帧中的其他后续入网的站点同步该信标帧中的TSF7878 lxm lxm8.5.5.5 AP模式下站点的入网模式下站点的入网物理层同步后，启动扫描扫描，得到需要的网络参数，进行入网处理认 证关 联7979 lxm lxm8.5.5.5 AP模式下站点的入网模式下站点的入网nSTA可工作在被

68、动扫描或主动扫描模式可工作在被动扫描或主动扫描模式n被动扫描模式被动扫描模式nSTA扫描所有指定信道扫描所有指定信道n查看收到信标帧中的查看收到信标帧中的SSID类型与值类型与值n选择适合的信标帧，进行入网处理选择适合的信标帧，进行入网处理n主动扫描模式主动扫描模式nSTA发射探询发射探询( probe )帧帧n含有需要的含有需要的SSIDn接收接收AP的探询响应帧，进行入网处理的探询响应帧，进行入网处理8080 lxm lxm8.5.5.6 Adhoc模式下站点的入网模式下站点的入网n前提前提:站点配置为站点配置为“对等模式对等模式”n分为两种情况讨论：分为两种情况讨论：n最先入网的站点最先

69、入网的站点 后续入网的站点后续入网的站点n最先入网的站点扫描不到信标帧，因此自己启最先入网的站点扫描不到信标帧，因此自己启动发送信标帧动发送信标帧n后续入网的站点扫描各指定信道，得到信标帧，后续入网的站点扫描各指定信道，得到信标帧，同步信标帧中的同步信标帧中的TSF定时器定时器n认证认证8181 lxm lxm8.6 CSMA/CA协议协议n8.6.1 CSMA/CA协议概述协议概述n8.6.2 帧间间隔与优先级帧间间隔与优先级n8.6.3 载波侦听载波侦听n8.6.4 冲突避免冲突避免n8.6.5 RTS/CTS机制机制n8.6.6 MAC级确认级确认n8.6.7 分片与合片分片与合片n8.

70、6.8分片连发分片连发n8.6.9 帧交互序列帧交互序列8282 lxm lxm8.6.1 CSMA/CA协议概述协议概述nCSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance带冲突避免的载波侦听多路访问带冲突避免的载波侦听多路访问n是是802.11中中DCF方式下的主体协议方式下的主体协议n是一种适用于共享信道的争用性访问协议是一种适用于共享信道的争用性访问协议n是是CSMA协议的扩展，协议的扩展，使用了较多辅助的算法，以适应共使用了较多辅助的算法，以适应共享的无线信道享的无线信道n全面、精致、复杂全面、精致、复杂n是目

71、前许多新协议的参考范例是目前许多新协议的参考范例n同时也是许多文章研究的热点同时也是许多文章研究的热点8383 lxm lxm8.6.1 CSMA/CA协议概述协议概述nCSMA/CA协议要解决的主要问题协议要解决的主要问题n核心问题核心问题n站点何时获得、如何获得信道访问权？站点何时获得、如何获得信道访问权？n如何避免冲突？如何避免冲突？n如果发生冲突，如何降低再次冲突的可能性？如果发生冲突，如何降低再次冲突的可能性？n扩展问题扩展问题n在在MAC层，如何从协议的角度进行设计，提高在无线层，如何从协议的角度进行设计，提高在无线信道上传输信道上传输MAC帧的成功率？帧的成功率？8484 lxm

72、 lxm8.6.1 CSMA/CA协议概述协议概述nCSMA/CA协议的要点协议的要点n帧优先级处理：帧优先级处理：使用长度不同的帧间间隔使用长度不同的帧间间隔n载波侦听：载波侦听：采用采用“物理载波侦听物理载波侦听+MAC虚拟载波侦听虚拟载波侦听” n冲突避免：冲突避免：采用采用“随机后退机制随机后退机制”机制机制n对于隐藏站点问题：对于隐藏站点问题：采用采用“ RTS/CTS”机制机制n差错控制：差错控制：采用采用“逐帧确认逐帧确认+重传重传”机制机制n克服脉冲干扰：克服脉冲干扰：采用采用“分片分片”机制机制8585 lxm lxm8.6.2 帧间间隔与优先级帧间间隔与优先级n在无线介质在

73、无线介质(WM)上传输，前后帧间必须适当间隔上传输，前后帧间必须适当间隔n原因：收发切换、发射功率稳定、同步建立、原因：收发切换、发射功率稳定、同步建立、n帧间隔：帧之间的间隔时隙帧间隔：帧之间的间隔时隙nIFS：Interframe spacenSTA察觉察觉WM变成空闲时等待发射的时隙变成空闲时等待发射的时隙nIFS用于帧的优先级处理用于帧的优先级处理n使用不同的使用不同的IFS，控制访问，控制访问WM的优先级别的优先级别nIFS值小：则意味着优先处理值小：则意味着优先处理nIFS的具体值与的具体值与PHY技术相关技术相关8686 lxm lxm8.6.2 帧间间隔与优先级帧间间隔与优先级

74、n5种种IFS：在：在802.11-1999中定义、在中定义、在802.11e中增补中增补nSIFS：短：短IFS，最高优先级，用于，最高优先级，用于ACK、CTS、分片连发等、分片连发等nPIFS：PCF IFS，高优先级，用于，高优先级，用于PCF中心调度中心调度nDIFS：DCF IFS，普通优先级，用于一般，普通优先级，用于一般STA争用争用WMnAIFS：802.11e增补中定义，用于增补中定义，用于QoS设施（图中略）设施（图中略）nEIFS：扩展：扩展IFS，低优先级，用于不明帧处理等（图中略，低优先级，用于不明帧处理等（图中略)BusySIFSPIFSDIFSMedium878

75、7 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听n目的目的n通过侦听信道，确定无线介质的占用状态通过侦听信道，确定无线介质的占用状态n无线介质的状态：无线介质的状态：忙忙 或或 闲闲n实现实现n物理层载波侦听物理层载波侦听+MAC层虚拟载波侦听层虚拟载波侦听n如何判定介质如何判定介质“忙忙”或或“闲闲”？n忙：忙：两种载波侦听两种载波侦听任意一种指示忙任意一种指示忙n闲：闲：两种载波侦听两种载波侦听同时指示闲同时指示闲8888 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听物理层载波侦听物理层载波侦听n物理载波侦听是物理层的功能物理载波侦听是物理层的功能n基本思想基本思想n采用采用CCA（信道空闲评

76、估）实现（信道空闲评估）实现nclear channel assessmentn确定确定WM（无线介质）当前的使用状态（无线介质）当前的使用状态n具体方法与物理层采用的技术相关具体方法与物理层采用的技术相关nFHSS物理层物理层nDSSS物理层物理层nOFDM物理层物理层8989 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听物理层载波侦听物理层载波侦听n如：如：DSSS物理层执行物理层执行CCA的方式的方式n侦听并检测到侦听并检测到DSSS信号且信号且ED超门限，则指示介质忙超门限，则指示介质忙n能量检测：能量检测：ED，Energy DetectionnPMD用原语通过用原语通过PMD_SAP

77、向向PLCP指示指示nPMD_CS.indicatenPMD_ED.indicatenPLCP用原语通过用原语通过 PHY_SAP向向MAC指示指示nPHY_CCA.indicaten指示介质状态：忙或闲指示介质状态：忙或闲9090 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听MAC层虚拟载波侦听层虚拟载波侦听n基本思想基本思想n使用使用NAV实现虚拟侦听实现虚拟侦听nNetwork Allocation Vector，网络分配矢量，网络分配矢量n一个逻辑上的计时器一个逻辑上的计时器n每个站点都维护一个每个站点都维护一个NAV（计时器），当计时器值减到（计时器），当计时器值减到0时，站点判定介质

78、从忙变为闲时，站点判定介质从忙变为闲n以下问题需要讨论以下问题需要讨论n每个站点如何设置每个站点如何设置NAV计时值？计时值？n何时启动计时器计时？何时启动计时器计时？9191 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听MAC层虚拟载波侦听层虚拟载波侦听 站点站点NAV值的设置与调整值的设置与调整n使用帧中的使用帧中的Duration字段值维护字段值维护NAVn发送的站在帧的发送的站在帧的“Duration ” （即（即NAV）字段通告）字段通告自己预计对自己预计对WM的占用时间的占用时间n特别注意：特别注意：是指本帧后续的一个完整帧交互序列的总占是指本帧后续的一个完整帧交互序列的总占用时间用

79、时间n收到收到NAV通告的站认为侦听到虚拟信道被占用通告的站认为侦听到虚拟信道被占用n设置或调整自己的计时器，以便预计信道何时空闲设置或调整自己的计时器，以便预计信道何时空闲n当当NAV计时器值递减到计时器值递减到0时，认为信道空闲时，认为信道空闲2266626023124FrameControlDuration/IDAddr1 Addr2 Addr3SequenceControlAddr4FrameBodyFCS9292 lxm lxm8.6.3 载波侦听载波侦听MAC层虚拟载波侦听层虚拟载波侦听n案例案例1：帧交互序列：帧交互序列DATA+ACK与与NAV的设置的设置n图中，在图中，在A、

80、B两站交互帧时两站交互帧时n其他站点收到其他站点收到A发送的发送的DATA帧后，取出帧中帧后，取出帧中“Duration”字段内容字段内容n调整自己的调整自己的NAV值为值为NAV（DATA），并递减直到），并递减直到0，介，介质将空闲下来质将空闲下来nNAV（DATA） =SIFS+ACK_time=SIFS+ACK_timeSIFSSIFSACKACKA A（发送站）（发送站）（发送站）（发送站）DATADATAB B（接收站）（接收站）（接收站）（接收站）OthersOthersNAVNAV（datadata）此时，介质将此时，介质将空闲下来空闲下来9393 lxm lxm8.6.3 载

81、波侦听载波侦听MAC层虚拟载波侦听层虚拟载波侦听n案例案例2：RTS/CTS+DATA+ACK序列与序列与NAV设置设置DATADATASIFSSIFSCTSCTSA AB BRTSRTSSIFSSIFSSIFSSIFSACKACKOthersOthers NAVNAV（RTSRTS） NAVNAV（CTSCTS） NAV NAV（datadata）2SIFS+(DATA2SIFS+(DATAACK)_ timeACK)_ timeSIFS+ACK_timeSIFS+ACK_time3SIFS+(CTS+data3SIFS+(CTS+dataACK)_timeACK)_time此时，介质将此时

82、，介质将空闲下来空闲下来9494 lxm lxm从以下几个方面进行讨论从以下几个方面进行讨论（1）什么原因会导致冲突发生？）什么原因会导致冲突发生？（2）什么是冲突避免？）什么是冲突避免？（3）采用什么办法避免冲突？）采用什么办法避免冲突？（4）采用避免冲突的具体算法？）采用避免冲突的具体算法？（5）冲突避免算法性能如何）冲突避免算法性能如何（扩展内容）（扩展内容）？8.6.4 冲突避免冲突避免9595 lxm lxm（1）什么原因会导致冲突发生？）什么原因会导致冲突发生？n信道由忙变为空闲时，产生冲突的可能性最大信道由忙变为空闲时，产生冲突的可能性最大n称为称为：冲突易发区冲突易发区n所有欲

83、发送站点侦听信道，发现忙推迟接入，直到信道空闲所有欲发送站点侦听信道，发现忙推迟接入，直到信道空闲n一旦信道空闲，多个站点就可能试图发送一旦信道空闲，多个站点就可能试图发送n因此产生冲突的可能性非常大因此产生冲突的可能性非常大8.6.4 冲突避免冲突避免9696 lxm lxm（2）什么是冲突避免？）什么是冲突避免？n冲突避免就是通过某种机制冲突避免就是通过某种机制n最大限度降低信道由忙变闲时，站点同时发送的可能性，最大限度降低信道由忙变闲时，站点同时发送的可能性，避免冲突高发的产生避免冲突高发的产生n想一想，为什么在想一想，为什么在WLAN中采用冲突避免（中采用冲突避免（CA）的方式，而不能

84、采用冲突检测（的方式，而不能采用冲突检测（CD）呢？）呢？8.6.4 冲突避免冲突避免9797 lxm lxm（3）采用什么办法避免冲突？）采用什么办法避免冲突？n采用随机后退机制避免冲突采用随机后退机制避免冲突n最大限度减低站点同时发送的概率，避免冲突发生最大限度减低站点同时发送的概率，避免冲突发生n随机后退的目的随机后退的目的n是将可能冲突的站点的发送时刻错开，分散开来是将可能冲突的站点的发送时刻错开，分散开来8.6.4 冲突避免冲突避免9898 lxm lxm随机后退机制的基本策略随机后退机制的基本策略n所有欲发送的站点所有欲发送的站点n在信道空闲后不是立即发送在信道空闲后不是立即发送n

85、而是随机后退一段时间后，才可能启动发送而是随机后退一段时间后，才可能启动发送n每个站点退避的时间值随机选取每个站点退避的时间值随机选取n随机选取值相同的概率很小随机选取值相同的概率很小n因此尽可能避免了站点同时发送的可能性。因此尽可能避免了站点同时发送的可能性。8.6.4 冲突避免冲突避免9999 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退算法描述随机后退算法描述n欲发送的站点首先侦听信道欲发送的站点首先侦听信道n根据信道的闲或忙状态，采用不同的处理方法根据信道的闲或忙状态，采用不同的处理方法n如果闲，继续侦听信道如果闲，继续侦听信道n持续持续DIFS时间仍然闲，则启动发送时间仍然闲，

86、则启动发送n否则推迟接入否则推迟接入信道闲信道闲A站点站点开始侦听开始侦听DIFSDATA启动发送启动发送信道忙信道忙A站点站点开始侦听开始侦听推迟接入推迟接入8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退算法描述随机后退算法描述n如果忙则推迟接入，直到空闲后，启动如果忙则推迟接入，直到空闲后，启动DIFS计时计时（1）若等待）若等待DIFS时间未到，信道又忙，则继续推迟接入时间未到，信道又忙，则继续推迟接入信道忙信道忙A站点站点开始侦听开始侦听推迟接入推迟接入DIFS信道闲信道闲信道忙信道忙101101 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退算法描述随机后退算法描述n信道由忙变为空闲后，启

87、动信道由忙变为空闲后，启动DIFS计时计时（2）等待）等待DIFS时间仍空闲，继续侦听信道，并启动随机时间仍空闲，继续侦听信道，并启动随机退避计时器计数，递减直至退避计时器计数，递减直至0，且信道仍空闲，启动发送，且信道仍空闲，启动发送信道忙信道忙A站点站点开始侦听开始侦听推迟接入推迟接入DIFS退避时间退避时间信道闲信道闲启动发送启动发送DATA退避窗口退避窗口102102 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退的基本思想随机后退的基本思想n若在退避过程中信道由闲变忙若在退避过程中信道由闲变忙（3）即在退避计数器值未减到）即在退避计数器值未减到0前信道变忙，则冻结计时前信道变忙，

88、则冻结计时值，并等到下一次信道空闲再竞争信道值，并等到下一次信道空闲再竞争信道信道忙信道忙A站点站点开始侦听开始侦听推迟接入推迟接入DIFS退避时间退避时间信道闲信道闲信道忙信道忙此时，停止递减计时器，此时，停止递减计时器，并冻结剩余的值并冻结剩余的值8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退基本思想小节随机后退基本思想小节侦听信道侦听信道信道闲信道闲信道忙信道忙DIFS后后仍闲仍闲发送发送DIFS未到未到又忙又忙推迟接入推迟接入侦听信道侦听信道直道闲直道闲DIFS未未到又忙到又忙启动启动DIFS计时计时启动启动DIFS计时，并侦听计时，并侦听DIFS后仍闲后仍闲递减随机递减随机计数器值计数器值计数

89、值未计数值未到到0，又忙，又忙计数值到计数值到0，仍闲，仍闲冻结剩余值冻结剩余值欲发送站欲发送站发送发送104104 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免如何选取随机退避时间？如何选取随机退避时间？nBackoff Time = Random（）（）a SlotTimena SlotTimen一个时间片（也称时隙），具体值与的物理层技术相关一个时间片（也称时隙），具体值与的物理层技术相关nRandom（）（）n在在0，cw内取一个服从平均分布的随机整数内取一个服从平均分布的随机整数n nCWCW， contention windowcontention window，竞争窗口，竞争窗口，

90、竞争窗口，竞争窗口n nCWCW取值：取值：取值：取值：aCWmin aCWmin CW CW aCWmaxaCWmaxn具体的具体的 aCWminaCWmin与与与与aCWmaxaCWmax值取决于物理层技术值取决于物理层技术值取决于物理层技术值取决于物理层技术n若发送成功，则若发送成功，则CW将回到初始值将回到初始值aCWminaCWminn若发送失败，若发送失败，CW将加倍将加倍n意味着冲突厉害，需要增大随机时延。失败次数越多，意味着冲突厉害，需要增大随机时延。失败次数越多，则则CW取值将按二进制指数增长！取值将按二进制指数增长！105105 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免n

91、a SlotTime与与CW案例案例物理层技术物理层技术a SlotTimeaCWminaCWminaCWmaxaCWmax802.11 FHSS50us151023802.11 DSSS20us311023802.11a OFDM 9us151023802.11b DSSS20us311023106106 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退机制随机后退机制Busy MediumBusy MediumSIFSSIFSPIFSPIFSDIFSDIFSDIFSDIFSBackoff-WindowBackoff-WindowContention WindowContention Wi

92、ndowNext FrameNext FrameSlot TimeSlot TimeDefer AccessDefer AccessSelected Slot and Decrement BackoffSelected Slot and Decrement Backoffas long as medium is idleas long as medium is idleImmediate access when Immediate access when medium is free=DIFSmedium is free=DIFS107107 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免随机后退

93、机制随机后退机制FrameFrameDIFSDIFSCWindowCWindowBackoffBackoffFrame Frame DeferDeferDeferDeferA AB BC CD DDeferDeferCWindowCWindowFrameFrameFrameFrameCWindowCWindowCWindow = Contention WindowCWindow = Contention Window= Backoff= Backoff= Remaining Backoff= Remaining Backoffn多站协调随机后退过程：多站协调随机后退过程：源自源自Fig.52,

94、 IEEE 802.11-1999DIFSDIFSDIFSDIFS108108 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免 随机后退算法小结随机后退算法小结n算法能有效降低冲突算法能有效降低冲突n站点侦听到信道空闲，不是立即发送，而是需站点侦听到信道空闲，不是立即发送，而是需要等待要等待DIFS时间仍空闲，且退避计时器值减为时间仍空闲，且退避计时器值减为0时，才发送时，才发送n由于每个站点退避时间是随机的，相同是小概由于每个站点退避时间是随机的，相同是小概率事件，因此大大降低了冲突的可能性率事件，因此大大降低了冲突的可能性109109 lxm lxm8.6.4 冲突避免冲突避免 随机后退算法小

95、结随机后退算法小结n算法具有一定的局限性算法具有一定的局限性n轻载时，信道利用率低轻载时，信道利用率低n信道由忙变为空闲后，即使只有一个站点要发送，信道由忙变为空闲后，即使只有一个站点要发送，仍要执行退避过程。浪费资源仍要执行退避过程。浪费资源n有失公平性有失公平性n后欲发送的站点可能比先欲发送的站点先得到发送后欲发送的站点可能比先欲发送的站点先得到发送机会机会n如刚发完一帧的站点，其如刚发完一帧的站点，其CW=CWminn针对算法的不足，业界进行了许多改进研究针对算法的不足，业界进行了许多改进研究110110 lxm lxm 8.6.5 RTS/CTS机制机制n主要讨论以下问题主要讨论以下问

96、题n（1）为什么需要引入）为什么需要引入RTS/CTS机制？机制？n（2）RTS/CTS基本思想基本思想n（3）案例分析）案例分析111111 lxm lxm 8.6.5 RTS/CTS机制机制（1）为什么需要引入）为什么需要引入RTS/CTS机制？机制？A AB BC C A A、C C 侦听不到彼此的载波侦听不到彼此的载波 （载波侦听失效！）（载波侦听失效！）图中：图中：A、C互为隐藏站点，彼此不能感知对方的发送互为隐藏站点，彼此不能感知对方的发送fff会出现：会出现：A A、C C同时向同时向B B发送发送 ，且彼，且彼 此认为没有冲突，此认为没有冲突， 实际上冲突会在实际上冲突会在B

97、B处发生处发生隐藏站点使侦听失效，冲突加剧，需要某种机制进行解决隐藏站点使侦听失效，冲突加剧，需要某种机制进行解决引入引入 RTS/CTS机制！机制！112112 lxm lxm8.6.5 RTS/CTS机制机制（2）RTS/CTS机制基本思想机制基本思想n发发/收双方在交互数据前先交互短帧：收双方在交互数据前先交互短帧：RTS/CTSn发送方先发送发送方先发送RTS（请求发送）（请求发送）n接收方回应接收方回应CTS（清除发送，即发送允许）（清除发送，即发送允许）nRTS/CTS实质是一种预约信道的方式实质是一种预约信道的方式n通告双方覆盖范围内站点：信道即将占用请勿干扰通告双方覆盖范围内站

98、点：信道即将占用请勿干扰113113 lxm lxm8.6.5 RTS/CTS机制机制案例分析案例分析n图中，图中，A、C互为隐藏站点互为隐藏站点n假设：假设：AB通信通信nA发发RTS，B回应回应CTSnC虽不能侦听虽不能侦听A发发RTS，但能听到，但能听到B的的CTS，故，故C抑制发送抑制发送n避免了避免了C发送对通信的干扰发送对通信的干扰A AB BC Cfff114114 lxm lxm8.6.6 MAC级确认机制级确认机制n802.11采用采用MAC级确认级确认n无线环境干扰大，传输不可靠无线环境干扰大，传输不可靠n确认确认/重传机制，提供重传机制，提供MAC层传输可靠性层传输可靠性

99、n采用停等协议的确认方法采用停等协议的确认方法n停等协议在停等协议在802.11中的应用中的应用n逐帧确认（单帧确认）逐帧确认（单帧确认）n收到收到ACK才发下一帧（不使用否定应答）才发下一帧（不使用否定应答）n超时收不到超时收不到ACK，则重传，则重传115115 lxm lxm8.6.7 分片与合片分片与合片n什么是分片？（什么是分片？（ Fragmentation）n将一个将一个MSDU分割成多个小段分割成多个小段n每一个小段封装成一个每一个小段封装成一个MPDUn即一个即一个MSDU由多个由多个MPDU封装封装n什么是合片？什么是合片？ （Defragmentation）n分片的反过程

100、分片的反过程n802.11的的MAC层具有分片层具有分片/合片功能合片功能n分片理由分片理由n在易受干扰无线环境中在易受干扰无线环境中n采用短帧传输成功率高采用短帧传输成功率高n分片分片/合片是合片是802.11的可选项的可选项116116 lxm lxm8.6.7分片与合片分片与合片n802.11的分片的分片/合片示意图合片示意图n标准中的描述（标准中的描述（Fig.48, 802.11-1999）分片分片合片合片MACLLCPHYMSDUMPDU( )（ ）MSDUMSDUMACHDRFrameBodyCRCMACHDRFrameBodyCRCMACHDRFrameBodyCRCMACHD

101、RFrameBodyCRCFragment 0Fragment 1Fragment 2Fragment 3117117 lxm lxm8.6.8分片连发分片连发n什么是分片连发？（什么是分片连发？（fragment burst）n将一个将一个MSDU分割后封装成的多个分割后封装成的多个MPDU连续发送连续发送n在在802.11中为何需要分片连发？中为何需要分片连发？n合片必须在收到所有分片后才能完成合片必须在收到所有分片后才能完成n必须尽快将所有分片连续传送完必须尽快将所有分片连续传送完n任何一个分片的丢失意味着其他所有分片失去意义任何一个分片的丢失意味着其他所有分片失去意义n在在802.11

102、中如何实现分片连发？中如何实现分片连发？n将后续分片设置成高优先级将后续分片设置成高优先级n分片间间隔设置成短帧间隔分片间间隔设置成短帧间隔SIFSn在在802.11中总是将一个中总是将一个MSDU的分片连续传完的分片连续传完118118 lxm lxm8.6.9 帧交互序列帧交互序列 几种典型的帧交互序列几种典型的帧交互序列n最简单的帧交互序列（单帧停等）最简单的帧交互序列（单帧停等）nDATA +ACKn申请式的帧交互序列申请式的帧交互序列nRTS/CTS+DATA+ACKn申请式分片连传交互序列申请式分片连传交互序列nRTS/CTS+ fragment0/ACK+fragment N/A

103、CK1191198.7 802.11物理层物理层n8.7.0 物理层概述物理层概述n8.7.1 物理层功能物理层功能nPLCP功能功能nPMD功能功能n8.7.2 物理层调制技术物理层调制技术n8.7.3 物理层标准物理层标准n802.11b802.11bn802.11g802.11gn802.11a802.11an802.11n802.11n8.7.4 物理层小结物理层小结1201208.7.0 PHY概述概述n十年来，十年来，802.11物理层进步令人注目物理层进步令人注目n1997：2MbpsnFHSS/DSSS2.4GHz，IR850950nmnIEEE 802.11-1997n199

104、9：n54Mbps5GHz，802.11a-1999n11Mbps2.4GHz，802.11b-1999n2003：n54Mbps2.4GHz，802.11g-2003n2009：n150300Mbps，2.4GHz/5GHz，802.11n-20091211218.7.0 PHY概述概述参考模型参考模型n802.11系列标准系列标准n定义了一个定义了一个MAC实体和多个物理实体实体和多个物理实体n多个物理实体：多个物理实体：n包括单一的包括单一的PLCP实体，但不排除特定的附加实体，但不排除特定的附加PLCP实体实体n多个特定多个特定PMD实体，符合相应的物理层规范实体，符合相应的物理层规范

105、n这是符合这是符合OSI/BRM的描述的描述HTPMDERPPMDHRPMDOFDMPMDIRPMDDSSSPMDFHSSPMDPLCPPHY层层MACMAC子层子层1221228.7.1 物理层功能物理层功能PLCP子层子层nPLCP：物理层汇聚协议（介质无关）：物理层汇聚协议（介质无关）nPLCP: physical layer convergence protocoln将将MACMAC帧增加同步头、起始定界符等，形成物理层帧增加同步头、起始定界符等，形成物理层PDU,PDU,以适合信以适合信道的传输道的传输n不同的不同的PMDPMD子层，所对应子层，所对应PLCPPLCP也不同（与以太网

106、不同）也不同（与以太网不同）nPLCP PDU格式格式1231238.7.1 物理层功能物理层功能PMD子层子层nPMD：物理介质相关子层功能：物理介质相关子层功能nphysical medium dependentn信号的调制、解调，信道状态检测，从信道上收、信号的调制、解调，信道状态检测，从信道上收、发数据发数据n与物理层采用的技术相关与物理层采用的技术相关n在在802.11-1999中又具体分为中又具体分为nFHSS PMD、DSSS PMD 、IR PMD1241248.7.2 物理层调制技术物理层调制技术nWLAN使用了多种复杂的调制解调技术使用了多种复杂的调制解调技术n调制效率高、

107、电磁共存性好调制效率高、电磁共存性好nDSSS：扩频调制，用于：扩频调制，用于802.11b/gn抗干扰性能强抗干扰性能强nCCK：补码键控，用于：补码键控，用于802.11bnComplementary Code Keyingn提高了数据率提高了数据率nOFDM：正交频分复用，用于：正交频分复用，用于802.11g/anOrthogonal Frequency Division Multiplexingn类似于有线通信中的类似于有线通信中的DMT技术技术n抗多径、抗衰落、信道利用率高抗多径、抗衰落、信道利用率高1251258.7.2 物理层调制技术物理层调制技术n802.11nDSSS-DP

108、SK、2Mbps2.4GHzn802.11anOFDM-PSK/QAM、54Mbps5GHzn802.11bnDSSS/CCK-DPSK、11Mbps2.4GHzn802.11gnOFDM-PSK/QAM、54Mbps2.4GHz126126 lxm lxm8.7.3 物理层标准物理层标准802.11b要点要点n采用采用DSSS/CCK-DPSK技术技术n工作在工作在2.4GHz，ISM波段波段n13个子信道，不重叠子信道数：最大为个子信道，不重叠子信道数：最大为3n数据传输率：数据传输率：11/5.5/2/1Mbpsn传输范围：传输范围：100米米n2003年最为流行年最为流行2.4222.

109、4322.4422.4522.4622.4822.4842.4122.4172.4272.4372.4472.4572.46723451789106111213127127 lxm lxm8.7.3 物理层标准物理层标准802.11g要点要点n2003年年6月发布，月发布，2004年的主流标准年的主流标准.n目前的主流技术目前的主流技术n802.11g的特征的特征n数据率五倍于数据率五倍于802.11b，高达，高达54Mbpsn工作在工作在2.4GHz，且兼容所有原来，且兼容所有原来802.11b的产品的产品n价格略高于价格略高于802.11b，性价比更好，性价比更好n802.11g采用了采用

110、了OFDM的调制的调制n所以能提供高达所以能提供高达54Mbps的性能的性能n但其仍然强制保留但其仍然强制保留DSSS/CCK的调制方式的调制方式n因此其能兼容因此其能兼容802.11b标准标准128128 lxm lxm8.7.3 物理层标准物理层标准802.11a要点要点n802.11a的特征的特征n1999年发布，近年来才开始流行年发布，近年来才开始流行n工作在工作在5GHz，频段干扰小，频段干扰小n子信道数达子信道数达12，且可以同时使用，且可以同时使用n采用采用OFDM，数据率高达，数据率高达54Mbpsn价格较高，但近年来下降显著价格较高，但近年来下降显著n高端应用（要求高的用户，

111、如企业）高端应用（要求高的用户，如企业）n同时工作信道数多，系统容量大同时工作信道数多，系统容量大n信道干扰小，有效传输率高信道干扰小，有效传输率高n实用形式为双频三模：实用形式为双频三模：11a/b/g129129 lxm lxm8.7.3 物理层标准物理层标准802.11a要点要点n802.11a中的子信道中的子信道n802.11a共定义共定义12个子信道：个子信道：U-NII L/M/Un所有所有12个子信道可以同时使用个子信道可以同时使用U-NII Low& MidU-NII Low& Mid波段波段波段波段: 8: 8个子信道个子信道个子信道个子信道U-NII UppU-NII Up

112、p波段波段波段波段: 4: 4个子信道个子信道个子信道个子信道1301308.7.3物理层标准物理层标准802.11n要点要点n背景背景nIEEE 802.11n - 2009n2009/09/11批准，批准，2009/11发布发布n基本特点基本特点n速率速率n要求：要求：100Mb/sn完成：完成：150Mb/s、300Mb/s、600Mb/sn物理层：物理层：MIMOnMAC：有所改进：有所改进1311318.7.3物理层标准物理层标准802.11n要点要点30, 60, 90, 120, 180, 240, 270, 30015, 30, 60, 90, 120, 135, 15014.

113、4, 28.9, 43.3, 57.8, 86.7, 115.6, 130, 144.47.1, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2801.11n GI=400ns2.4GHz, 5GHz27, 54, 81, 108, 162, 216, 243, 27013.5, 27, 40.5, 54, 81, 108, 121.5, 13513, 26, 39, 52, 78,104, 117, 1306.5, 13, 19.5, 26,39, 52, 58.5, 65802.11n GI=800ns5GHz13, 26, 39, 52, 78,104, 1

114、17, 1306.5, 13, 19.5, 26,39, 52, 58.5, 65802.11n GI=800ns2.4GHz1, 2, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54802.11g 2.4GHz6, 9, 12, 18, 24,36, 48, 54802.11a 5GHz1, 2, 5.5, 11802.11b 2.4GHz双流双流单流单流双流双流单流单流40MHz信道信道20MHz信道信道数据率（数据率（Mb/s）802.11n数据率数据率1321328.7.3物理层标准物理层标准802.11n要点要点n物理层物理层nMIMOn多天线：发射、接收多天线：发射、接收

115、n空间的多个流复用空间的多个流复用n减短保护间隔（减短保护间隔（Guard Interval）n802.11a：4 = 3.2+0.8 （s）n802.11n：3.6 = 3.2+0.4 （s）1331338.7.3物理层标准物理层标准802.11n要点要点nMAC层层n块块确确认认n以前已以前已经经定定义义，802.11n开始广泛使用开始广泛使用nA-MSDU：MAC SDU汇汇聚聚n汇汇聚多个短聚多个短SDU成成长长SDU（ 2.3KB8KB ）n特特别别有用于有用于话话音短音短帧帧nA-MPDU：MAC PDU汇汇聚聚n最最长帧长帧： 2.3KB64KB1341348.7.4 PHY小结

116、小结33123不重叠子频道数不重叠子频道数83.583.5300+25583.5可用带宽可用带宽（MHz）2.452.4 2.48352.4 2.48355.15 5.355.725 5.875 5.470 5.7252.4 2.4835(850-950nm)工作频段工作频段（GHz）15, 30, 60, 90, 120, 135, 150 ,180, 240, 270, 3001、2、5.5、116、9、12、18、24、36、48、541、2、5.5、116、9、12、18、24、36、48、541、2数据速率数据速率（Mb/s）OFDMCCK/DSSSOFDMCCK/DSSSCCK/D

117、SSSOFDMDSSS/HSSSIR调制方式调制方式（Mb/s）300Mb/s54Mb/s11Mb/s54Mb/s2Mb/s最大数据率最大数据率（每子频道）（每子频道）802.11n-2009802.11g-2003802.11b-1999802.11a-1999802.11-1997135135 lxm lxm8.7.5 信道空闲评估信道空闲评估CCAnCCA：信道空闲评估：信道空闲评估nclear channel assessmentn确定无线介质确定无线介质( WM )的当前使用状态的当前使用状态n物理层的逻辑功能，执行物理层载波侦听功能物理层的逻辑功能，执行物理层载波侦听功能n具体技术

118、与具体的物理层相关具体技术与具体的物理层相关n如如DSSS物理层采用能量超限判断信道的占用状态。物理层采用能量超限判断信道的占用状态。1371378.9 WLAN的应用的应用n8.9.1 接入的基本结构接入的基本结构n8.9.2 接入应用方式接入应用方式n8.9.3 WLAN的应用场合的应用场合1381388.9.1 WLAN接入基础接入基础nWLAN接入的基本设计接入的基本设计n室外型与室内型室外型与室内型n室外设备：防雨、供电、防窃、安装室外设备：防雨、供电、防窃、安装n无线覆盖与频率复用无线覆盖与频率复用n覆盖的计算、测试与优化覆盖的计算、测试与优化n频率复用与蜂窝网络类似频率复用与蜂窝

119、网络类似f f3 3f f4 4f f3 3f f1 1f f2 2f f4 4f f2 2f f1 1f f2 2f f3 3f f1 1f f1 1f f2 2f f3 3f f3 31391398.9.2 接入设备选型接入设备选型n家庭接入与家庭接入与SOHO接入接入n首选无线路由器首选无线路由器n功能组成：无线功能组成：无线AP + 宽带路由器宽带路由器n无线无线AP：自带天线：自带天线n宽带路由器宽带路由器n上联：以太网、甚至上联：以太网、甚至ADSLnPPPoE客户端、客户端、NAT、DHCPn具备交换机功能：具备交换机功能：4个个LAN口口n安全功能安全功能n软件防火墙、软件防火

120、墙、WEP，WPA/WPA21401408.9.2 接入设备选型接入设备选型n中型企业接入中型企业接入n专用专用AP网桥网桥n桥接模式为主，路由功能为辅桥接模式为主，路由功能为辅n桥接模式：点对点、点对多点、中继、转发等桥接模式：点对点、点对多点、中继、转发等n无线无线AP特性特性n峰值功率峰值功率100mW甚至更高甚至更高n可配外接天线：如高增益定向天线可配外接天线：如高增益定向天线n可工作于可工作于5GHz频段频段n支持以太网供电（支持以太网供电（PoE）n支持多支持多SSID及与及与VLAN绑定绑定1411418.9.2 接入设备选型接入设备选型n大型网络接入大型网络接入n新一代无线接入

121、系统架构：集中分布式新一代无线接入系统架构：集中分布式nAC：集中控制：集中控制nAP控制器接管常规控制器接管常规AP的部分功能的部分功能nAC收回收回AP部分功能，还具强大的集中控制功能部分功能，还具强大的集中控制功能n瘦瘦AP：分布接入：分布接入n瘦瘦AP上缴部分功能给上缴部分功能给ACn瘦瘦AP受受AC集中控制集中控制n标准：标准：RFC1421428.9.3 接入协议模型接入协议模型nAP网桥接入：链路级接入网桥接入：链路级接入n通常用于企业级接入通常用于企业级接入n使用使用802.1X进行用户身份认证进行用户身份认证nAP工作在链路层，不具有工作在链路层，不具有IP层的某些服务功能层

122、的某些服务功能802.11MACPHYIPTCP应用层应用层APRouter无线站点无线站点Internet互联网互联网802.11MACPHY802.3MACPHY802.3MACPHYIPDLLPHYDLLPHYIPTCP应用层应用层AP1431438.9.3 接入协议模型接入协议模型nAP路由器接入：网络级接入路由器接入：网络级接入n常用于家庭接入常用于家庭接入n接入设备具无线接入设备具无线AP和宽带路由器功能和宽带路由器功能n无线节点间无线节点间不不存在直接通信方式存在直接通信方式802.11MACPHYIPTCP应用层应用层APRouter无线站点无线站点APInternet互联网互

123、联网802.11MACPHYIP802.3MACPHY802.3MACPHYIPDLLPHYDLLPHYIPTCP应用层应用层1441448.9.4 典型接入应用典型接入应用n无线数据通信的特定应用无线数据通信的特定应用n不需布线、快速组网、移动范围有限不需布线、快速组网、移动范围有限n如：酒店、机场、会展、校园等如：酒店、机场、会展、校园等n接入场景接入场景n根据不同的需求，校园安全级别可分为根据不同的需求，校园安全级别可分为n开放型开放型n接入限制型接入限制型n信息保密型信息保密型n技术可采用技术可采用n802.11g/n，速率可达，速率可达150300Mb/sn802.11i/802.1

124、X，提高安全性，提高安全性1451458.9.4典型接入应用典型接入应用nWLAN园区网的安全级别园区网的安全级别n开放型、接入限制型、信息保密型开放型、接入限制型、信息保密型n开放型：不考虑限制接入或简单限制接入开放型：不考虑限制接入或简单限制接入n使用使用SSID匹配，或关闭匹配，或关闭SSID广播广播n接入限制型：为了计费等、限制接入接入限制型：为了计费等、限制接入n技术措施：技术措施： IEEE 802.1Xn注意：注意：AP需支持需支持802.1X端口控制端口控制n信息保密型：网络上有敏感数据，需要加密传输信息保密型：网络上有敏感数据，需要加密传输n技术措施：技术措施：IEEE 802.11in注意：无线注意：无线AP必须支持必须支持IEEE 802.11i/CCMPn注意：涉密网络另有规定注意：涉密网络另有规定