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IEEE 802.11技术标准分析,邓佳君 dengjjedu内容提纲,1,2,3,4,IEEE 802.11无线局域网基础,无线局域网标准分化 IEEE 802.11阵营，主张采用无连接的WLAN，是从面向数据的计算机通信发展而来的； 另一个阵营是HIPERLAN-2（欧盟1992年提出） 是基于连接的WLAN，从面向语音通信的蜂窝电话发展而来的。,IEEE 802.11无线局域网基础,IEEE 802.11发展历程,最大传输速率,IEEE 802.11无线局域网基础,ISM频段 ISM（Industrial Scientific and Medical）频段是一个免许可证的可用于发展消费电子产品的频段，由美国联邦通信委员会（FCC）分配。 分别规定了工业、科学研究和医疗的使用频段。 802.11无线局域网使用的频率为ISM频段中的2.4G和5.8G两部分。,IEEE 802.11无线局域网基础,802.11无线局域网结构,图1-1 基础结构,图1-2 ad-hoc结构,802.11无线局域网结构,无线终端通过访问接入点设备AP 与骨干网相连,无线终端在对等的基础上进行通信,IEEE 802.11无线局域网基础,基础结构的802.11无线局域网 基础结构的无线局域网目前有几种常用网络拓扑方式：总线型拓扑、星型拓扑、网状网拓扑。,IEEE 802.11无线局域网基础,ad-hoc结构的802.11无线局域网 安装有无线网卡的计算机实施无线互联，其中一台计算机连接Internet就可以共享带宽。 对等、无中心、自组织,802.11 系列协议,802.11标准 作为基础协议，包含了物理层和MAC子层的内容，后续扩展（如：802.11a、802.11b、802.11g和802.11n）都延续了它所定义的MAC协议。,802.11 系列协议,关键参数（十分重要）,802.11分层协议体系,802.11分层协议体系,802.11标准协议栈和OSI七层模型的对应图,OSI2,OSI1,802.11物理层,物理层定义了设备之间实际连接的电气性能， 为上层提供传输链路，包括使用频率、调制技 术、频率扩展技术等。 IEEE 802.11使用2.4GHz频段，数据速率为 2Mbit/，物理层定义了3种标准，分别是红外传 输（IrDA）、直接序列扩频（DSSS）和跳频扩 频（FHSS）。,802.11媒体接入控制层(MAC),媒体接入控制层关注的则是在多个站点共享信道的情况下，如何将全部的信道资源分配给各个节点，保证传输不冲突，在相对公平的前提下尽量提高系统的吞吐量或保证某些业务的QoS.,802.11物理层关键技术,直接序列扩频（ DSSS）,Direct Sequence Spread Spectrum,码片，密码,802.11物理层关键技术,直接序列扩频（ DSSS）,扩频后，信号带宽变大,解扩后，信号带宽恢复,扩频是一种在信号的带宽进行扩展的技术。 隐蔽性好，传输中信号隐藏在噪声中 抗干扰性强，误码率低 可以实现码分多址 提高了无线频谱利用率,802.11物理层关键技术,跳频扩频(FHSS),Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS 系统在一个扩展或宽波段的信道上使用不同的中心频率， 以预先安排好的顺序在固定的时间间隔内进行跳频。 跳频现象可以使FHSS系统避免受到信道内窄带噪声的干扰。,802.11物理层关键技术,红外线技术 红外线局域网采用小于1um波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性。 优点：不受无线电干扰；视距传输，检测和窃听困难，保密性好。 缺点：对非透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受日光、荧光灯等干扰；半双工通信。,802.11物理层关键技术,正交频分复用技术（OFDM） 基本原理：是将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波上，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流进行传输。,子信道： 1, 2, 3， 4， 5,正交性： 相互间不干扰,OFDM的优点： 1）抗码间干扰 2）抗子载波干扰。 3) 信道利用率高。,单载波系统,OFDM技术原理-频带效率,多载波系统,低速并行码流,高速串行码流,2019/11/17,21,可编辑,OFDM技术原理-码间干扰（ISI）,不同波形畸变,不同时延,OFDM技术原理-子载波干扰（ICI）,消除ICI,802.11物理层关键技术,多进多出技术（MIMO）,802.11数据链路层关键技术,经典以太网冲突 冲突（Collision），有时也叫做碰撞，由多台主机争用传输媒介引起的。当连接在共享链路上的两台或两台以上主机同时发送数据时，表示这些数据的信号将在同一段传输媒介上叠加时，从而导致无法被接收主机正确接收。,802.11数据链路层关键技术,CSMA/CA 在广播通信网络中，所有的设备共享一条信道，为了解决多个用户争抢信道问题，需要一个公平合理的介质访问控制协议，IEEE 802.11所提供的媒体接入控制层的共享信道接入方案是： 碰撞避免的载波侦听多址接入（Carrier-Sense Multiple Access Collision Avoidance）,802.11数据链路层关键技术,CSMA/CA步骤 载波侦听（Carrier Sense）：当某台主机想要发送数据时，它首先侦听媒介是否忙，如果是，表示当前有其它主机正在传输数据，因此将继续侦听，直到媒介空闲，然后发送数据。这时空闲时间需大于分布式帧间隔（DIFS），否则进行执行退避算法 冲突检测（Collision Detection）：如果主机在数据发送过程中检测到冲突，则发送干扰信号（jamming signal），以确保所有主机都知道发生了冲突，并且取消发送,802.11数据链路层关键技术,经典以太网退避算法 当主机检测冲突后，它将等待一个随机的时间，也称作退避（back off） 二进制指数退避算法来确定冲突发生后的随机等待时间,802.11数据链路层关键技术,CSMA/CA基本过程,802.11数据链路层关键技术,CSMA/CA基本过程,1、检测信道空闲与否（状态检测） 2、等待固定时间IFS（等待） 3、退避计时：等待随机时长（队列排队） 其中，1是每个一个时隙进行的。,图例备注： 窗口绿色表示正常工作； 红色表示暂停工作,窗口,退避计时中如检测到信道忙，则暂停计时； 信道重新空闲后，等待固定时间IFS后继续计时。,802.11数据链路层关键技术,802.11MAC管理子层 MAC管理子层的功能主要是同步管理、认证与关联、省电管理、业务流TS、块确认操作、直接链路建立、发送功率控制和动态频率选择等。 802.11MAC管理子层负责客户端与AP之间的通讯，主要功能包括：接入、扫描、认证、加密、漫游和同步。,802.11数据链路层关键技术,1、用户接入管理过程,验证,关联,和建立关联关系的AP收发数据,802.11数据链路层关键技术,2、扫描（Scanning） 802.11无线局域网通过扫描方式获取同步信息，扫描方式有两种，一种是主动扫描（Active Scanning），通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，另一种是被动扫描(Passive Scanning)，在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息。,802.11数据链路层关键技术,3、链路验证（Authentication）,802.11数据链路层关键技术,4、关联（Association）,802.11数据链路层关键技术,5、同步管理 在802.11无线局域网中，所有的节点必须采用一个公共的时钟才能实现相互的通信，时钟同步功能（RSF）,使所有节点的定时器保持同步。,无线局域网主要特点,与有线网络相比，WLAN具有以下优点： 安装便捷 使用灵活 经济