第3章 无线网络物理结构

1、图3.1 点到点、总线形和环形拓扑结构总线和环形拓扑都易于受到单点错误的影响，单个连接故障会使总线形网络的部分节点与网络隔断，或者使环形网络的所有通信中断。图3.2 星形和树形拓扑结构图3.3 实际星形网络中的无源集线器第一台第一台PC第二台第二台PC打印机打印机无源集线器无源集线器扫描仪扫描仪图3.4 实际星形网络中的交换式集线器交换式集线器交换式集线器第一台第一台PC第二台第二台PC打印机打印机扫描仪扫描仪图3.5 无线网络的星形拓扑结构接入点交换机接入点交换机图3.6 使用无线接入点交换的树形拓扑结构扇区天线扇区天线交换式集线器交换式集线器图3.7 可交换星形无线MAN拓扑结构Inter

2、net存在点存在点接入点接入点网状网状路由器路由器网状网状设备设备 有线连接有线连接网络连接网络连接点到点连接点到点连接设备与网络的连接设备与网络的连接图3.8 无线网状网络拓扑结构 图3.9 各种各样的无线NIC特性描述Internet网关支持许多功能，如路由、网络地址转换、为客户站提供动态IP地址的动态主机分配协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)服务器、虚拟专用网(Virtual Private Network, VPN)等交换式集线器可以包含多个有线以太网端口，为一些以太网设备提供交换式集线器功能无线网桥或中继器接入点可以作为中继站来

3、扩展另一个接入点的工作范围，或者作为两个网络之间的点对点的无线网桥网络存储服务器接有外部存储器的Internet硬盘驱动器或端口，为无线站点提供集中的文件存储或备份表3.1 接入点可选功能接入点交换机接入点交换机接入点图3.11 采用无线交换机的WLAN拓扑结构优点描述低成本“瘦”接入点经过优化，只高效地完成无线通信功能，降低了最初的硬件成本以及未来的维护和升级成本简化的接入点管理接入点配置，包括安全功能都采用集中式，简化了网络管理任务改善漫游性能比传统接入点的漫游切换速度要快得多，改善了语音服务性能简化网络升级集中式的命令和控制能力使得为适应WLAN标准而对网络进行的升级变得更加简单，因为升

4、级只需在交换层次上进行，而不是在每个接入点上表3.2 “瘦”接入点的优点特性描述布局规划自动站点测量工具，允许导入组网规划和结构特点，用来确定最佳接入点位置RF管理分析收到的来自所有接入点的管理帧，调整一个或多个接入点的发射功率或信道设置来诊断并自动纠正与RF信号相关的问题自动配置无线交换机通过为每个接入点确定最佳的RF信道和发射功率设置实现自动配置负载平衡通过多个接入点的用户间的自动负载平衡来最大化网络容量基于策略的接入控制接入策略可以基于接入点分组和客户端列表，指定哪些接入点或组或特殊的客户站点允许接入指令检测通过连续扫描或者预定的站点勘探，检测和定位恶意接入点、未认证的用户或ad hoc

5、网络表3.3 无线LAN交换机特性LWAPP功能描述接入点设备的发现及信息交换接入点发送“发现请求”帧，所有接收到的接入路由器响应“发现应答”帧。接入点选择一个响应的接入路由并通过交换“加入请求”和“加入应答”帧与其发生关联接入点验证、配置、规定和软件控制关联后，接入路由为接入点提供一些规定，包括服务设置标识符(Service Set Identifier, SSID)、安全参数、工作信道和数据速率。接入路由器还可以配置MAC操作参数（例如帧的尝试发送次数）、发送功率、直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)或OFDM参数和接入点的天线配置。在

6、规定和配置后，接入点就可以进行工作了数据和管理帧的封装、分段和格式LWAPP为接入点和接入路由间的传输封装数据和管理帧。如果封装的数据或管理帧超过了接入点和接入路由之间支持的最大传输单元(Maximum Transmission Unit, MTU)，将对帧进行分段和重组接入点和关联设备间的通信控制与管理LWAPP使接入路由向其接入点请求统计报告，包括与接入点和其关联设备的通信有关的数据（例如重试次数和RTS/ACK失败次数）表3.4 LWAPP功能12扇区天线组合波束图谱扇区天线组合波束图谱每个天线波束宽度为每个天线波束宽度为60相邻天线的偏置为相邻天线的偏置为304扇区天线组合波束图谱扇区

7、天线组合波束图谱每个天线波束宽度为每个天线波束宽度为180相邻天线的偏置为相邻天线的偏置为90图3.12 16扇区接入点阵列天线配置介入点交换机介入点交换机接入点阵列接入点阵列客户站客户站接入点阵列覆盖区域；接入点阵列覆盖区域；12802.11g+4802.11a信道信道图3.13 使用接入点阵列的WLAN树状拓扑图3.14 户外无线网桥图3.15 无线打印服务器Belkin 公司、D-Link（欧洲）公司及Linksys（Cisco子公司）提供图3.16 WLAN天线类型D-Link（欧洲）公司提供室外全向天线高增益八木天线室内定向平面天线室外全向天线天线类型子类型波束宽度(o)增益(dBi

8、)全向天线360015贴片天线/平面天线1570820扇区天线18081512092090920601017定向天线八木天线1030820抛物面反射天线5251430表3.5 2.4 GHz无线LAN典型参数目标站方向目标站方向发射机转换到波束发射机转换到波束6给目给目标站方向提供最大的增益标站方向提供最大的增益图3.17 六元交换波束阵列波束图在期望方向在期望方向上的相干干涉上的相干干涉两个天线信号两个天线信号之间的相位偏移之间的相位偏移图3.18 产生同相波束的两天线间的相移元线阵列元累加放大器幅度相位控制自适应控制算法接收机图3.19 自适应波束天线自适应波束阵列MIMO无线通信目标将传

9、播集中在单个期望的空间方向上，以便能够允许多址接入，降低干扰或者增加传输范围利用多径传播增加数据容量，采用通过多个空间信道复用数据流的方式天线配置接收端及/或发射端有两个或者多个天线元，接收端和发射端天线独立配置一般是22或44（发射端接收端），接收端及发射端通过数字信号处理算法连接空间分集接收端和发射端之间集中使用单个空间信道多个空间信道，利用多径传播数据复用对所有发射天线进行单个比特流编码数据流通过空间信道复用信号处理为每个天线进行简单的相位和增益调整使用复杂的处理技术来对通过多个空间信道的信号进行解码应用举例第三代WLAN接入点，见3.3.4 节IEEE 802.11n标准的物理层，见6

10、.6.4 节表3.6 自适应波束阵列与MIMO无线通信的比较蓝牙设备主要特性移动电话与蓝牙无线耳麦的交互；与PDA或者PC连接用以传输或者备份文件；与其他蓝牙设备交换合同（商务卡）、日历表、照片等PDA与PC连接用来传输或者备份文件；通过蓝牙接入点访问Internet；与其他蓝牙设备交换合同（商务卡）、日历表、照片等耳机或耳麦无须手持的移动电话；来自于PC, TV, MP3播放器或高保真(hi-fi)的音频数据流等音频收发器从PC或者hi-fi系统传至蓝牙耳机的音频数据流接入点将LAN扩展到包括可以使用蓝牙的设备；为蓝牙设备提供Internet连接蓝牙适配器使笔记本电脑或PDA等很多设备可以使

11、用蓝牙；WLAN NIC，有很多可用形式，最流行的是USB软件狗(Dongle)；为任何RS-232串口设备提供即插即用串口适配器打印机适配器打印来自于蓝牙设备的文件或图片PC输入设备为PC的键盘、鼠标提供无线连接表3.7 蓝牙设备及其特性图3.20 各种各样的蓝牙设备 ZigBee设备主要特性PC输入设备为PC鼠标或键盘提供无线连接自动化设备 用于家庭以及工业自动化功能的无线控制设备，例如加热、照明、安全无线遥控取代现有用于电视等设备的红外遥控器，消除了视距和对准的限制传感器调制解调器为现有的家庭或者工业自动化环形传感器提供无线网络接口以太网网关 作为ZigBee网络协调器，能够控制ZigB

12、ee终端设备或者作为以太网路由器表3.8 ZigBee设备与特性图3.21 ZigBee设备举例（Cirronet公司提供）图3.22 小型与大型WMAN基站设备（Aperto公司提供） WMAN设备主要特点基本的自动安装室内CPE与客户端PC或网络的基本WMAN连接；使用多分集或自适应阵列天线改善非视距接收室外CPE外部天线与射频部分；提供更高的天线增益和更远的传输距离基站设备标准组件及规模化建设；大型或小型配置分别适应人口稠密的市区或人口稀疏的郊区；灵活的RF信道使用：从多个天线扇区上的一个信道到每个天线扇区上的多信道集成网络网关MAN接口具有网络网关功能（路由、NAT以及防火墙功能）；可选的集成WLAN接入点；集成的CPU支持如VoIP等附加WISP业务表3.9 WMAN设备与特点图3.23 固定WLAN CPE设备（Aperto公司提供） 位置天线类型应用CPE全向天线低增益要求，用于距离基站比较近的用户贴