无线局域网的关键技术.ppt

1、无线局域网的关键技术Snxgsh和OSI将网络通信协议体系分为七层。局域网协议的标准结构主要包括物理层和数据链路层。系统的底层称为物理层，网络采用的不同传输介质对应不同的物理层，如双绞线或光缆。系统的第二层是数据链路子层，由于局域网介质访问的复杂性，数据链路子层分为两层。数据链路层的上半部分是逻辑链路控制子层(LLC)，负责向物理层正确发送数据；数据链路层的下半部分是媒体访问控制(MAC)，负责控制和连接物理层的物理媒体。有线和无线局域网的区别主要体现在物理层和数据链路层，所以我们要讨论的关键技术也集中在这两层。无线局域网物理层关键技术、微波数字通信系统模型、扩频传输技术系统、跳频扩频传输技术

2、FHSS、跳频技术(跳频扩频；FHSS)是一种扩频传输技术，它利用频率活动来传播数据。这项技术仅在IEEE 802.11中有规定，在实际应用中很少见到。因此，我们只解释一些主要概念。频率活动是指微波在射频应用的频带中突然改变传输频率的能力。使用跳频扩频传输技术的无线局域网(FHSS)支持1兆位/秒和2兆位/秒。1兆比特每秒采用的调制方法是二相高斯频移键控(2GPSK)，2兆比特每秒采用的调制方法是四相高斯频移键控(4GPSK)。直接序列扩频(DSSS)是一种扩频技术，它直接利用高比特率扩频码序列的各种调制方法在发送端对信号进行扩频，然后在接收端对具有相同扩频码序列的信号进行解码，将扩频信号恢复

3、到原始信息。直接序列扩频系统工作模式，在DSSS有三种主要的编码类型，即分组二进制卷积编码(PBCC)互补码键控(CCK)巴克码序列，PBCC码技术，块二进制卷积码(PBCC)是IEEE802.11b中的一种可选方案，它使用一个64位二进制卷积码和一个掩码序列进行二进制卷积编码。分组二进制卷积码(PBCC)在编码模式上不同于补码键控(CCK)。块二进制卷积码(PBCC)将增益提高了3dB，相当于传输功率的两倍。因此，在实际应用中，CCK只能达到11兆位/秒的传输速率。而分组二进制卷积码(PBCC)可以达到22兆比特每秒的传输速率。这就是我们通常所说的IEEE802.11b技术。巴克码(Bark

4、er Code)序列，它将信息源与某个伪随机码结合在一起，每个巴克码序列代表一个数据位(1或0)，该数据位将被转换成可以无线传输的波形符号。例如，在发送端，“1”被替换为11001000110，“0”被替换为00110010110。这个过程实现了扩频。在接收机处，只要接收序列是1100100110到“1”和001100110到“0”，这就称为解扩。这样，源速率提高了11倍，处理增益大于10dB，有效地提高了整机的信噪比。在IEEE802.11中，11码片巴克码序列被应用于1兆赫兹和2兆赫兹的调制。补码键控(CCK)，CCK由64个8位长的码字组成。总的来说，这些码字具有它们自己独特的数据特征，

5、并且即使在重要的噪声和多重干扰(例如由建筑物中的多重无线反射引起的干扰)的情况下，接收机也能够正确地区分它们。根据IEEE802.11b，当速率为5.5兆位/秒时，CCK用于用4位对每个载波进行编码。当速率为11兆位/秒时，每个载波用8位编码。载波调制技术。调制被定义为将输入信号转换成适合通过信道传输的波形。调制是物理层功能，它是无线电收发器准备将数字信号转换为传输微波的过程，或者是将数字信号映射为模拟形式的过程，以便信息可以在信道中传输。调制是通过可控方式改变振幅、频率和相位来增加数据的过程。每个数字通信系统都包括一个调制器来完成这一任务。与调制密切相关的是相反的解调过程。接收机通过解调恢复

6、发送的数字信息。复用技术、正交频分复用技术。与传统的无线局域网技术相比，正交频分复用具有更高的频谱利用率和更好的抗多径干扰能力。它不仅增加了系统容量，更重要的是，它能更好地满足多媒体通信的要求。与正交频分复用信号相比，在正交频分复用系统中，FDM信号的频谱是相互正交的，因此它们的频谱是相互重叠的，这不仅减少了子载波之间的相互干扰，而且提高了频谱利用率。如图所示，每个子信道中的这种正交调制和解调可以通过IFFT和快速傅立叶变换来实现。随着大规模集成电路技术和数字信号处理器技术的发展，IFFT和快速傅立叶变换很容易实现。快速傅立叶变换的引入大大降低了正交频分复用实现的复杂度，提高了系统性能。多输入

7、多输出技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线。通过使用多个发射机或接收机来提高吞吐量和可靠性，这种多信道效应问题成为一个积极因素。多输入多输出正交频分复用技术，采用多输入多输出系统是提高频谱效率的有效方法。正交频分复用系统不仅减少了子载波间的相互干扰，而且提高了频谱利用率。因此，多输入多输出技术和正交频分复用技术的结合是满足下一代无线局域网发展要求的趋势。研究表明，在衰落信道环境下，正交频分复用系统非常适合使用多输入多输出技术来提高容量。无线局域网数据链路层技术，在现场视察参考模型中，数据链路层位于第二层。通用标准定义将该层分为两个独立的子层：媒体访问控制子层。只有当网络上的设

8、备传输信息时，才会涉及该层设置的标准。逻辑链路控制子层简称为LLC子层。该层提供设备之间的初始(逻辑链路)连接。计算机网络中的通信方式有很多种，可以分为两类：点对点通信和广播通信。点对点通信是指网络中每两个相连的设备之间有一个物理信道，一个设备发送的数据由信道另一端的设备接收。点对点通信网络没有信道竞争，也没有信道接入控制问题。广播通信意味着网络中的所有设备共享一个信道，并且一个设备发送的数据可以被其他设备接收。在广播通信网络中，由于共享信道引起的接入冲突，必须首先解决信道控制问题。为竞争多个信道的用户分配单个信道，通常有两种分配方法：1)静态分配方法传统的分配方法，将单个信道划分并分配给多个

9、用户。2)动态分配方法以动态方式为每个用户站分配信道使用权。在无线局域网中，有两种动态分配方法：竞争和保留。共享信道分配方法，竞争和保留，竞争方法属于随机接入技术，也就是说，所有站都可以竞争介质。它实现简单，对轻负载和中负载系统有效，适合突发通信。预约方法指的是将传输介质上的时间划分为时间片。如果互联网上的用户站点需要发送数据，它必须预先预留可以占用的时间片。这项技术适用于大数据流的通信。媒体访问控制作为局域网的关键技术之一，完全决定着局域网的网络性能(如吞吐量性能和延迟性能)。无线局域网采用了不同于有线局域网的媒体访问控制层协议，因为它具有传输介质和移动性。媒体访问控制子层(2)的功能是为用

10、户提供可靠的数据传输，实现共享媒体访问的公平控制。本文主要介绍了媒体访问控制子层的两个主要功能：分布式协调功能和点协调功能。分布式协调功能是IEEE802.11协议标准中规定的接入控制方法，也是无线局域网中最基本的接入控制方法。分布式协调功能采用载波侦听多路访问和冲突避免。以太网中使用的CSMA/加拿大和CSMA/加拿大、CSMA/加拿大(载波侦听多路访问和冲突避免)和CSMA/加拿大(载波侦听多路访问和冲突检测)已经成为冲突避免，这是非常不同的。由于载波侦听和冲突检测在无线传输中不可靠，因此很难侦听载波。此外，当无线电波通过天线发出时，它们不能被自己监控，因此碰撞检测实际上是不可能的。CSM

11、A/裁谈会、CSMA/裁谈会的工作过程被形象地概括为“先听后说”或“边听边说”的共享传播媒介。先听一听，然后说在发送帧之前，每个站应该首先监控线路是否空闲，并等到线路空闲。边听边说意味着在电台开始发送后，它需要继续监控至少一个往返传输信号的时间，以判断是否存在冲突。一旦发生冲突，它需要通知车上的所有车站，并立即停止发送。所有以太网，无论其速度或帧类型，都使用CSMA/光盘。虽然CSMA/光盘在有线局域网中取得了很大的成功，但其冲突检测机制不适合无线局域网的通信环境，无线局域网不能简单地采用CSMA/光盘协议。这里有两个主要原因。CSMA/光盘协议要求站点在发送自己的数据时不断检测信道，但在无线

12、局域网设备中实现这一功能成本太高。即使我们能够实现冲突检测的功能，当我们在发送数据时检测到信道空闲时，在接收端仍然可能存在冲突。CSMA/认证中心的工作流程、RTS/cts机制、DCF访问模式除了上述基本访问模式外，还定义了可选的访问机制RTS/CTS(请求发送/清除发送)。该机制实际上在终端发送数据帧之前保留了无线信道。一旦媒体访问控制层的确认稳定系统受到其他噪声干扰或无法监听，就可能发生信号冲突。在媒体访问控制层工作可以提供快速恢复能力。RTS/CTS应用，站a可以正常与站b通信，站c可以接收站a的RTS帧，但不能接收站b的CTS帧，站e可以接收站a的RTS帧和站b的CTS帧，无线局域网的

13、其他问题，地址采用标准的48位媒体访问控制地址，与有线网络802.3兼容。每帧包含四个媒体访问控制地址，控制字段中的两个控制位可选择代表源地址、目的地址、中转地址和扩展地址，使得无线网络接入灵活，组网方式可根据需求变化。安全物理层链路层有多种保证。传输功率非常小，可扩展至22兆赫兹带宽。平均能量非常低。没有单一频率的载波，难以扫描和跟踪。无线站共享密钥或执行身份认证；安全的WEP可以基于RC4加密；电源在睡眠和唤醒模式下节省能源，以确保移动用户的正常运行。在基站间漫游不会丢失信息和连接。安全802.11标准中的WEP协议非常脆弱。无线网络把无线个人身份认证作为一个强制性的认证标准。IEEE将采

14、用WAPI通过802.11(WPA2)的中国国家标准。随着距离和用户数量的增加，实际数据速率远远低于理论速率。802.11a链路中数据速率与距离的关系，无线局域网技术面临的问题(续)，无线局域网距离与数据吞吐率的关系(802.11a，HiperLAN/2)，中国标准问题，ISO/IEC 8802.11，WEP，GB 15629.11，WAPI，正在努力成为国际标准或国际标准的一部分，即IEEE 880。wpa、2003.8 20%、2003.5、wapi(无线局域网认证和安全基础设施)、WLAN架构、Ad hoc WLAN模式仅提供端到端通信设备以形成独立的基本服务集(IBSS)基础设施WAL

15、N模式没有端到端通信，始终通过接入点通过分布式系统连接多个基站，并部署无线网络。现实面临着新的挑战。接入层移动应用的多样化变得越来越普遍。管理成本越来越高。无线网络的安全性不断受到挑战。接入层缺乏纯接入点解决方案的漫游性能和可靠性，QOS 802.11协议802.11a/b/g/x/n/i的不断扩展，网络应用对无线网络的要求，安全性，WIDS/WIPS和有线网络的综合服务质量管理，漫游管理的强制应用策略，移动接入设备的多元化管理和移动应用的可靠整体投资，移动架构必须：支持多种接入层应用，提供无缝漫游保护， 在行业最佳实践中使用电缆网络的完整性模块化，易于管理，易于维修，能够预测发展方向，并且安全价格合理。 典型的解决方案是、服务器1000M、核心交换机、聚合交换机、图