无线局域网课件

第5章无线网络,本章主要内容,5.1无线通信概述5.2无线局域网5.3无线个人区域网5.4其他无线网络应用,5.1无线通信,无线通信基本原理无线通信技术与发展无线通信的标准,1）无线通信基本原理,定义：无线通信是利用电磁波信号在自由空间中的传播特性进行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无线通信又称为移动通信，通常把二者合称为无线移动通信。,1）无线通信基本原理,无线通信系统组成,变换器发射机天线,接收天线接收机变换器,无线信道是无线通信的传输媒介，信道性能的好坏直接决定着通信的质量。,1）无线通信基本原理,无线电波是一种波长较长、频率较低的电磁波。,电磁波的传播方式：绕射（地波）用于超长波、长波、中波无线电信号通信反射和折射（天波）用于短波通信直射（空间波）用于超短波和微波通信,2）无线通信技术与发展,第一代无线通信系统（1G）模拟蜂窝网第二代无线通信系统（2G）GSM、GPRS第三代无线通信系统（3G）CDMA、WCDMA、UMTS第四代无线通信系统（4G）,无线通信系统的发展,典型无线通信系统,GSM（GlobalSystemforMobileCommunications），全称为全球移动通信系统，俗称“全球通”（2G）CDMA（CodeDivisionMultipleAccess），全称为码分多址访问（3G）WCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess），全称为宽带码分多址访问（3G）UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem），全称为通用移动电信系统（3G）,绿色手机,典型通信技术,蓝牙（Bluetooth）定义：一种支持设备短距离通信（一般在10m内）的无线电技术，能够实现在移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行的无线信息交换。,典型通信技术,微波微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。这种通信方式称为微波中继通信或微波接力通信。,典型通信技术,红外定义：红外（InfraRed,IR）通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒介，进行无线数据的传输。,广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。,典型通信技术,3）无线通信的标准,无线局域网标准IEEE802.11短距离无线网标准IEEE802.15无线城域网标准IEEE802.16,无线局域网标准IEEE802.11,常见的IEEE802.11标准：IEEE802.11a：使用5GHz频段，传输速率为54Mbit/s。IEEE802.11b：使用2.4GHz频段，传输速率为11Mbit/s。IEEE802.11g：使用2.4GHz频段，传输速率为54Mbit/s。IEEE802.11n：使用双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段），传输速率为300Mbit/s600Mbit/s。,大多数无线局域网采用的是802.11b标准，也称为Wi-Fi,5.2无线局域网,无线局域网的概念无线局域网的链路结构无线局域网的组建无线局域网配置示例,1）无线局域网的概念,定义：无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）将无线通信和局域网结合起来，不需布线就可组成局域网，从而实现网络资源的共享。特点：1）移动性强2）安装简易且费用低3）可靠性高4）组网简单5）扩充性好,2）无线局域网的链路结构,无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA协议。改进的办法是将CSMA增加一个冲突避免(CollisionAvoidance)功能。,无线局域网的介质访问控制机制冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）,CSMA/CA原理,某个站在发送数据前先检测信道，若检测到信道空闲时，还要等待一段时间间隔再发送。目的站正确接收数据后，要经过一段时间间隔后，向源站发送确认帧，若源站在规定时间内没有收到确认帧，就必须重传，直到正确接收。接着信道从忙态转换为空闲时，各站退避一段时间间隔以减少发生冲突的概率。,无线局域网的特殊问题,A,B,C,D,当A和C检测不到无线信号时，都以为B是空闲的，因而都向B发送数据，结果发生冲突。,这种未能检测出信道上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题,无线局域网的特殊问题,A,D,C,B,B向A发送数据，而C又想和D通信。C检测到信道上有信号，于是就不敢向D发送数据。,其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题,对信道进行预约,802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。,A,C,B,D,E,源站A在发送数据帧之前先发送一个短的控制帧，叫做请求发送RTS(RequestToSend)。,对信道进行预约,802.11允许要发送数据的站对信道进行预约。,CTS,A,C,B,D,E,CTS,若信道空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS(ClearToSend)。,A收到CTS帧后就可发送其数据帧。,无线局域网的帧结构,802.11帧共有三种类型，即控制帧、数据帧和管理帧。下面是数据帧的主要字段。,字节2266626023124,帧控制,持续期,地址1,地址2,地址3,序号控制,地址4,帧主体,FCS,协议版本,类型,子类型,到DS,从DS,更多分片,重试,功率管理,更多数据,WEP,顺序,位22411111111,MAC首部,无线局域网的帧结构,MAC首部，共30字节。帧的复杂性都在帧的首部。帧主体，也就是帧的数据部分，不超过2312字节。这个数值比以太网的最大长度长很多。不过802.11帧的长度通常都是小于1500字节。帧检验序列FCS是尾部，共4字节,无线局域网的帧结构,802.11数据帧最特殊的地方就是有四个地址字段。地址4用于自组网络。我们在这里只讨论前三种地址。,无线局域网组成无线网络接口卡（NIC）NIC：将PC机以及其它网络设备与无线网络相连接。NIC规格：11Mbps、22Mbps、54Mbps、108Mbps、125Mbps、300Mbps。NIC接口：PCMCIA、ISA、PCI。无线接入点（AP：AccessPoint）AP：将多个无线站点聚合到有线的网络上，连接到有线局域网。天线WLAN天线：WLAN所用的频率为2.4GHz。,3）无线局域网的组建,3）无线局域网的组建,有固定基础设施的无线局域网无固定基础设施的无线局域网无线局域网实例,有固定基础设施的无线局域网,无固定基础设施的无线局域网自组网络(adhocnetwork),自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,自组网络没有上述基本服务集中的接入点AP，而是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。,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。,无线局域网实例,5.3无线个人区域网,蓝牙系统无线传感网络高速无线个人区域网,无线个人区域网WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork),在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来自组网络，不需要使用接入点AP。整个网络的范围大约在10m左右。无线个人区域网WPAN和个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)并不完全等同，因为PAN不一定都是使用无线连接的。,WPAN和WLAN,WPAN是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。WPAN都工作在2.4GHz的ISM频段。但WLAN却是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。,1）蓝牙系统(Bluetooth),最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802.15.1。蓝牙的数据率为720kb/s，通信范围在10米左右。,2）无线传感网络,被认为是继计算机和互联网之后的“第三次IT浪潮”。“无线传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”以无线传感器网络为基础的“物联网”在全球高速发展。2009年8月7日，温家宝总理作出了重要指示：“加快推进传感网发展；尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。,无线传感网络标准,无线传感网络标准是IEEE802.15.4以及ZigBee。ZigBee是在IEEE802.15.4标准基础上发展而来的。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。IEEE802.15.4只是定义了ZigBee协议栈的最低的两层（物理层和MAC层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由ZigBee联盟定义的。,ZigBee的协议栈,物理层,MAC层,网络层,应用层,IEEE802.15.4定义,ZigBee联盟定义,ZigBee协议栈,无线传感网络概念,定义：无线传感网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，协作地探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。,无线传感网络概念,传感网络三要素传感器是一种检测装置感知对象是用户感兴趣的监测目标用户是感知信息的接收者和使用者,无线网络用于在传感器与用户之间建立通信路径。,协作式地感知、采集、处理和发布感知信息是传感网络的基本功能,无线传感网络概念,无线传感网络特点,结点成本低，适合大量生产；冗余度高，系统整体具有较强的容错能力和抗毁能力；传感器结点与探测目标可以超近距离接触，信息精确度高；多结点工作，可以对较大覆盖面积进行实时探测；可扩充性强，可以方便地扩大或缩小探测范围；系统可重用性强，可以方便地通过结点移动进行探测区域的更换；无线自组织性，避免了铺设线路的麻烦，安装方便；拓扑变化不频繁，结点通常处于静止状态，拓扑变化主要因为结点的添加与退出；以数据为中心，专用性强。,无线传感网络组建,网络的规模较小时，用平面结构（所有节点的地位平等，又称为对等结构）,无线传感网络组建,网络规模较大时，用分级结构（被划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成）,无线传感网络应用,3）高速无线个人区域网,高速无线个人区域网的标准是IEEE802.15.3它是专为在便携式多媒体装置之间传送数据而制定的支持11Mbit/s55Mbit/s的数据率,5.4其他无线网络应用,1）无线城域网2）物联网,1）无线城域网,无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）可用来代替现有的有线宽带接入，提供“最后一英里”的宽带无线接入。无线城域网的标准是IEEE802.16标准。,2）物联网,定义：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信