1第3章無線局域網(wǎng)主講陳燕華僑大學信息學院2第3章無線局域網(wǎng)3.1概述3.2無線局域網(wǎng)的體系結構與服務3.3無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系3.4IEEE802.11物理層3.5IEEE802.11媒體訪問控制層3.6其他IEEE802.11標準3.7Wi-Fi保護接入33.1.1無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍無線局域網(wǎng)是在局部區(qū)域內以無線媒體或介質進行通信的無線網(wǎng)絡。局部區(qū)域就是距離受限的區(qū)域，是相對廣域而言。兩者的區(qū)別主要在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶煌?但覆蓋范圍界限的區(qū)別并不十分明顯)，而引起網(wǎng)絡設計和實現(xiàn)方面的一些區(qū)別。介于廣域網(wǎng)WAN和局域網(wǎng)LAN之間還有一種局部網(wǎng)絡，稱為城域網(wǎng)(MAN)。比局域網(wǎng)覆蓋范圍更小的局部網(wǎng)絡稱為個(人區(qū))域網(wǎng)。廣義的無線局域網(wǎng)還包含無線城域網(wǎng)(WMAN)和無線個域網(wǎng)(WPAN)。無線網(wǎng)絡也可以粗略分為無線廣域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)兩種。43.1.2無線局域網(wǎng)的特點1.無線局域網(wǎng)的優(yōu)點(1)移動性(Mobility)：無線局域網(wǎng)中兩個站點間的距離目前可達到50km以上；移動性分為用戶移動和用戶設備移動；無線局域網(wǎng)設備的移動性又可分為不移動或固定、半移動或便攜式移動和全移動：半移動是指設備可在網(wǎng)內移動，但只能在靜止狀態(tài)下與網(wǎng)絡進行通信；全移動是指設備可在移動狀態(tài)下保持與網(wǎng)絡的通信；無線局域網(wǎng)一般只支持固定、半移動和慢速移動。5(2)靈活性(Flexibility)：無線局域網(wǎng)可以將網(wǎng)絡延伸到線纜無法連接的地方，并可方便地增減、移動和修改設備；可以通過基礎結構接入骨干網(wǎng)，也可以自組網(wǎng)，可以組成單區(qū)網(wǎng)和多區(qū)網(wǎng)，還可以在不同網(wǎng)間進行移動。(3)可伸縮性(Scalability)：適當位置放置或添加接入點或擴展點，即可滿足擴展組網(wǎng)的需要(4)經(jīng)濟性(Saving)：節(jié)省布線費用、人工費用、快速投入使用1.無線局域網(wǎng)的優(yōu)點62.無線局域網(wǎng)的局限性(1)可靠性(Reliability)：無線信道是一個不可靠信道，存在著各種各樣的干擾和噪聲，從而引起信號的衰落和誤碼，導致網(wǎng)絡吞吐性能的下降和不穩(wěn)定。由于無線傳輸?shù)奶厥庑裕€可能產生“隱藏終端”和“暴露終端”和“插入終端”等現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的可靠性。72.無線局域網(wǎng)的局限性(2)帶寬與系統(tǒng)容量：比有線小(3)兼容性(Compatibility)與共存性(Coexistence)兼容現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)；兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡軟件；多種無線局域網(wǎng)標準的兼容；不同廠家無線局域網(wǎng)產品間的兼容；同一頻段的不同制式或標準的無線網(wǎng)的共存；不同頻段、不同制式或標準的無線網(wǎng)的共存，如2.4GHz頻段WLAN和5.8GHz頻段WLAN的共存，無線局域網(wǎng)與GPRS的共存等。82.無線局域網(wǎng)的局限性(4)覆蓋范圍：低功率和高頻率限制了無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍。可采用蜂窩或微蜂窩網(wǎng)絡結構、中繼與橋接結構來擴大覆蓋范圍。(5)干擾：外干擾、自干擾(6)安全性：信息安全（保證信息傳輸?shù)目煽啃浴⒈Ｃ苄浴⒑戏ㄐ院筒豢纱鄹男裕⑷藛T安全（電磁波的輻射對人體健康的損害）。92.無線局域網(wǎng)的局限性(7)節(jié)能管理電源管理很重要：當某站不處于數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時，使機內收發(fā)處于休眠狀態(tài)；當要收發(fā)數(shù)據(jù)時，再激活收發(fā)信機；(8)多業(yè)務與多媒體：發(fā)展方向；(9)移動性：目前還不能支持高速移動，即使在小范圍的低速移動過程中，性能還要受到影響；(10)小型化、低價格103.1.3無線局域網(wǎng)的發(fā)展歷程與相關標準化活動無線局域網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了四代:(1)第一代無線局域網(wǎng)：1985年，F(xiàn)CC頒布的電波法規(guī)為無線局域網(wǎng)的發(fā)展掃清了道路。(2)第二代無線局域網(wǎng)：基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)，設備大都工作在2.4~2.4835GHz頻段，傳輸速率為1~2Mb/s。113.1.3無線局域網(wǎng)的發(fā)展歷程與相關標準化活動(3)第三、四代無線局域網(wǎng)IEEE802.11任務組的研究進展比計劃的要慢，歐洲也成立了關于高速無線局域網(wǎng)（HiperLAN）的標準化組織；IEEE802.11b（2.4G頻段）標準，傳輸速率分別可達11Mb/s，歸為第三代無線局域網(wǎng)產品；IEEE802.11a（5G頻段）、HiperLAN2（5G頻段）和IEEE802.11g（2.4G頻段）標準，傳輸速率可達54Mb/s，IEEE802.11n最大速率可達600Mb/s，稱為第四代無線局域網(wǎng)產品。123.1.4無線局域網(wǎng)的分類與應用無線局域網(wǎng)可根據(jù)不同的層次、不同的業(yè)務、不同的技術和不同的標準以及不同的應用等進行分類。根據(jù)不同的頻段分類專用頻段：需要執(zhí)照自由頻段：不需要執(zhí)照紅外線2.4GHz5GHz根據(jù)采用的傳輸技術可以細分，如圖3-1所示。13無線局域網(wǎng)的分類方法1——按頻段分類專用頻段自由頻段圖3-1143.1.4無線局域網(wǎng)的分類與應用根據(jù)業(yè)務類型分類（如圖3-2）面向連接的業(yè)務主要用于傳輸語音等實時性較強的業(yè)務一般采用基于TDMA和ATM技術主要標準有HiperLAN2和BlueTooth(藍牙)等面向非連接的業(yè)務主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸一般采用基于分組和IP的技術主要標準有IEEE802.11x等有些標準兩種業(yè)務均適用，采用綜合語音和數(shù)據(jù)技術15無線局域網(wǎng)的分類方法2——業(yè)務類型分類圖3-2163.1.4無線局域網(wǎng)的分類與應用根據(jù)網(wǎng)絡拓撲和應用要求分類PeertoPeer（對等式）Infrastructure（基礎結構式）接入式中繼式173.1.4無線局域網(wǎng)的分類與應用無線局域網(wǎng)的應用室外應用園區(qū)網(wǎng)：如校園網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)等較遠距離的無線網(wǎng)絡連接：無線網(wǎng)橋、無線路由器更遠距離的網(wǎng)絡中繼室內應用家庭或小型辦公室應用大型辦公室、企事業(yè)單位工業(yè)（如車間）或商業(yè)（如商場、倉庫等）臨時組網(wǎng)或難以布線的場所如災難恢復、臨時商用系統(tǒng)和大型會議、軍事臨時組網(wǎng)等183.1.5無線局域網(wǎng)的需求（1）吞吐量(throughput)為了使容量最大化，媒體接入控制協(xié)議應盡可能高效地利用無線媒體。節(jié)點數(shù)(numberofnodes)可能需要在多個蜂窩區(qū)中支持上百個節(jié)點。與骨干LAN的連接(connectiontobackboneLAN)對于無線LAN的基礎設施，可以使用控制模塊相連。對于移動用戶和自組無線網(wǎng)絡，也需提供相應的功能。服務區(qū)域(servicearea)無線LAN一般的覆蓋范圍為直徑100m~300m。193.1.5無線局域網(wǎng)的需求（2）電池功率的消耗(batterypowerconsumption)當使用無線網(wǎng)卡時，要求移動節(jié)點不間斷地監(jiān)視接入點或不停地與基站頻繁握手的MAC協(xié)議是不適當?shù)摹Ｒ虼耍诓皇褂镁W(wǎng)絡時，無線LAN應具有減少功率消耗的功能，如進入睡眠模式等。傳輸?shù)陌踩?transmissionsecurity)無線LAN在傳輸中可能很容易被干擾和被竊聽。要求無線LAN的設計必須達到即使在噪音環(huán)境下仍有可靠的傳輸及應提供一些安全級別以避免被竊聽。203.1.5無線局域網(wǎng)的需求（3）越區(qū)切換/漫游(handoff/roaming)無線LAN中所用的MAC協(xié)議應使移動站點能由一個蜂窩區(qū)移到另一個蜂窩區(qū)。無許可操作(license-freeoperation)用戶更愿意購買和操作不需要對該LAN所用頻段給予安全許可的無線LAN產品。動態(tài)配置(dynamicconfiguration)LAN的MAC尋址和網(wǎng)管方面應允許動態(tài)的和自動的添加、刪除，以及在不影響其他用戶的情況下重定位終端系統(tǒng)。213.2無線局域網(wǎng)的體系結構與服務3.2.1無線局域網(wǎng)的組成結構無線局域網(wǎng)的物理組成如圖3-3所示。圖3-3站station（STA）WirelessMedium無線介質（WM）

接入點AccessPoint（AP）基站BaseStation（BS）分布式系統(tǒng)distributionSystem（DS）

BS/AP分布式系統(tǒng)221.站(STA，Station)站(點)也稱主機(Host)或終端(Terminal)，是無線局域網(wǎng)的最基本組成單元，在無線局域網(wǎng)中通常用作客戶端，包括以下幾部分：(1)終端用戶設備終端用戶設備是站與用戶的交互設備，可以是臺式計算機、便攜式計算機和掌上計算機等，也可以是其他智能終端設備，如PDA等。(2)無線網(wǎng)絡接口負責處理從終端用戶設備到無線介質間的數(shù)字通信，一般采用調制技術和通信協(xié)議的無線網(wǎng)絡適配器（無線網(wǎng)卡）或調制解制器（modem）。(3)網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信協(xié)議。23無線局域網(wǎng)中關于站的相關概念站之間可直接相互通信，也可通過基站或接入點進行通信。站之間的通信距離受天線的輻射能力和應用環(huán)境限制。服務區(qū)域(servicearea,SA)：無線局域網(wǎng)所能覆蓋的區(qū)域基本服務區(qū)域(basicservicearea,BSA)：由無線局域網(wǎng)中移動站的無線收發(fā)信機及地理環(huán)境所確定的通信覆蓋區(qū)域（服務區(qū)域），又稱小區(qū)(cell)，它是構成無線局域網(wǎng)的最小單元。一般距離不超過100m。基本業(yè)務組(basicserviceset,BSS)：在一個BSA內彼此相互聯(lián)系、相互通信的一組主機。242．無線介質無線介質是無線局域網(wǎng)中站與站之間、站與接入點之間通信的傳輸介質。空氣是無線電波和紅外線傳播的良好介質。無線局域網(wǎng)中的無線介質由無線局域網(wǎng)物理層標準定義。253．無線接入點無線接入點類似蜂窩結構中的基站，是無線局域網(wǎng)的重要組成單元。它是一種特殊的站，通常處于BSA的中心，固定不動。無線接入點是具有無線網(wǎng)絡接口的網(wǎng)絡設備，其至少應包括：與分布式系統(tǒng)的接口（至少一個）無線網(wǎng)絡接口（至少一個）和相關軟件橋接軟件、接入控制軟件、管理軟件等AP軟件和網(wǎng)絡軟件

無線接入點也可以作為普通站使用，稱為APClient263．無線接入點——基本功能無線接入點的基本功能(1)作為接入點，完成其他非AP的站對分布式系統(tǒng)的接入訪問和同一BSS中的不同站間的通信聯(lián)結。(2)作為無線網(wǎng)絡和分布式系統(tǒng)的橋接點完成無線局域網(wǎng)與分布式系統(tǒng)間的橋接功能。(3)作為BSS的控制中心完成對其他非AP的站的控制和管理。274．分布式系統(tǒng)DS一個BSA(基本服務區(qū))所能覆蓋的區(qū)域受到環(huán)境和主機收發(fā)信機特性的限制。為了覆蓋更大的區(qū)域，把多個BSA通過分布式系統(tǒng)連接起來，形成一個擴展業(yè)務區(qū)(extendedservicearea,ESA)

，通過DS互相連接起來的屬于同一個ESA的所有主機組成一個擴展業(yè)務組(extendedserviceset,ESS)。分布式系統(tǒng)是用來連接不同BSA的通信信道，稱為分布式系統(tǒng)信道(distributionsystemmedium,DSM)。284．分布式系統(tǒng)DSDSM可以是有線信道，也可以是頻段多變的無線信道。一般：有線DS系統(tǒng)與骨干網(wǎng)都采用有線局域網(wǎng)無線分布式系統(tǒng)(wirelessdistributionsystem,WDS)可通過AP間的無線通信（無線網(wǎng)橋）實現(xiàn)不同BSS的連接。圖3-429分布式系統(tǒng)通過入口(Portal)與骨干網(wǎng)相連分布式系統(tǒng)通過Portal(入口)與骨干網(wǎng)相連，通過Portal把無線局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)連接起來了；Portal是一個邏輯的接入點，既可以是一個單一的設備，也可以和AP共存于同一設備中，在目前的設計中，Portal和AP大都集成在一起。303.2.2無線局域網(wǎng)的拓撲結構從物理拓撲分類單區(qū)網(wǎng)(singlecellnetwork,SCN)多區(qū)網(wǎng)(multiplecellnetwork,MCN)從邏輯上分類對等式、基礎結構式和線型、星型、環(huán)型等從控制方式方面分類無中心分布式、有中心集中控制式從與外網(wǎng)的連接性分類獨立WLAN和非獨立WLAN311．分布對等式拓撲（1）分布對等式網(wǎng)絡是一種獨立的(Independent)BSS(IBSS)，它至少有兩個站。它是一種典型的、以自發(fā)方式構成的單區(qū)網(wǎng)。在可以直接通信的范圍內，IBSS中任意站之間可直接通信而無須AP轉接，如圖3-6所示。圖3-6321．分布對等式拓撲（1）不需AP，因此，各站之間的關系是對等的(peertopeer)、分布式的或無中心的。IBSS網(wǎng)絡不需要預先計劃，隨時需要隨時構建，因此，該工作模式被稱作特別網(wǎng)絡或自組織網(wǎng)絡(AdHocNetwork)。這種拓撲結構，各站競爭公用信道，當站點數(shù)過多時，信道競爭成為限制網(wǎng)絡性能的要害。圖3-6331．分布對等式拓撲（2）注意IBSS是一種單區(qū)網(wǎng)，但單區(qū)網(wǎng)不一定就是IBSSIBSS不能接入DS圖3-6342．基礎結構集中式拓撲（1）在WLAN中，基礎結構包括：分布式系統(tǒng)媒體(DSM)AP（至少有一個），它是BSS的中心控制站，網(wǎng)中的站在該中心站的控制下與其他站進行通信。端口實體：零個或多個抗毀性較差，AP是它的弱點，而且，AP的復雜度較大，實現(xiàn)成本也比較高。傳輸時延增加：一個站與同一BSS內的另一站通信，必須經(jīng)過源站到AP和AP到目的站兩跳（由AP轉接）。352．基礎結構集中式拓撲（2）基礎結構BSS的優(yōu)勢（與IBSS相比）：基礎結構BSS的覆蓋范圍或通信距離由AP確定由于各站不需要保持鄰居關系，其路由的復雜性和物理層的實現(xiàn)復雜度較低AP作為中心站，控制所有站點對網(wǎng)絡的訪問，當網(wǎng)絡業(yè)務量增大時網(wǎng)絡的吞吐性能和時延性能的惡化并不劇烈可控性好：AP可以很方便對BSS內的站點進行同步管理、移動管理和節(jié)能管理等為接入DS或骨干網(wǎng)提供了一個邏輯接入點，并有較大的可伸縮性362．基礎結構集中式拓撲（3）圖3-7只包含一個AP的單區(qū)基礎結構網(wǎng)絡如圖3-7所示。373．ESS（擴展業(yè)務組）網(wǎng)絡拓撲（1）ESA：是由多個BSA通過DS聯(lián)結形成的一個擴展區(qū)域，其范圍可覆蓋數(shù)公里。ESS：由屬于同一個ESA的所有站組成。ESS是由多個BSS組成的多區(qū)網(wǎng)，其中每個BSS都被分配了一個標識號BSSID(BSSidentifier)。如果一個網(wǎng)絡由多個ESS組成，則每個ESS也被分配一個標識號ESSID，所有的ESSID組成一個網(wǎng)絡標識NID(networkID)——子網(wǎng)。ESS無線局域網(wǎng)的拓撲結構如圖3-8所示。383．ESS（擴展業(yè)務組）網(wǎng)絡拓撲（2）圖3-8393．ESS（擴展業(yè)務組）網(wǎng)絡拓撲（3）散步或越區(qū)切換（鏈路層的移動）散步是指一個站（如STA1）從一個BSA（如BSA1）移動到另一個BSA（如BSA2），這是一種鏈路層的移動；漫游（網(wǎng)絡層移動）漫游是站從一個子網(wǎng)移動到另一個子網(wǎng)的過程，它是一種網(wǎng)絡層或IP層的移動，在移動過程中，同時伴隨著越區(qū)切換操作。漫游是指一個站（如STA1）從一個ESA移動到另一個ESA。404．中繼或橋接型網(wǎng)絡拓撲兩個或多個網(wǎng)絡(LAN或WLAN)或網(wǎng)段通過無線中繼器、無線網(wǎng)橋或無線路由器等無線網(wǎng)絡互連設備連接起來。如果中間只通過一級無線互連設備，稱為單跳；如果中間需要通過多級無線互連設備，稱為多跳采用中繼或橋接型網(wǎng)絡拓撲是一種拓展WLAN覆蓋范圍的有效方法。413.2.3無線局域網(wǎng)的服務與WLAN體系結構和工作原理密切相關的服務主要有兩種類型，這兩種服務均由MAC層使用。STA服務(SS)分布式系統(tǒng)服務(DSS)IEEE802.11標準中定義了9種服務3種用來移動數(shù)據(jù)，6種是管理操作4種屬于STA服務，5種屬于DSS服務421．STA服務(SS)STA服務：它是由STA提供的服務，存在于每個STA和AP中SS包括：

(1)認證(Authentication)

在有線LAN中，采用物理安全性來阻止非授權接入；在WLAN中，利用認證服務控制LAN的接入能力：開放系統(tǒng)認證(opensystemauthentication)共享密鑰認證(sharedkeyauthentication)

431．STA服務(SS)(2)解除認證(Deauthentication)解除認證可由任何一個聯(lián)結實體(非AP的STA或AP)喚醒；它是通知型服務，不是請求型服務，不能被拒絕

(3)保密(Privacy)有線LAN中，只有物理連接到有線的那些STA可以偵聽LAN的服務。對無線共享媒體而言，任何一臺符合標準的STA可以偵聽到其覆蓋范圍內的所有PHY服務，為了加強WLAN的保密性能，IEEE802.11提供了等價保密(wiredequivalentprivacy,WEP)服務。441．STA服務(SS)(4)MAC服務數(shù)據(jù)單元傳送MAC服務數(shù)據(jù)單元(MSDU)是LLC層傳遞給MAC層的數(shù)據(jù)單元，LLC層訪問MAC服務的點常委MAC訪問點(SAP)；

這項服務保證了MSDU在服務接入點間的傳遞，RTS、CTS、ACK之類的控制幀可以用來控制站點間的幀流量。452．分布式系統(tǒng)服務(DSS)由DS提供的服務被稱為分布式系統(tǒng)服務(DSS)。在WLAN中，DSS通常由AP提供。DSS包括：(1)聯(lián)結(Association)聯(lián)結就是提供STA到DS的AP映射，它是支持BSS切換移動的必要條件。在任一給定瞬間，一個STA僅可與一個AP聯(lián)結，而一個AP通常可以在同一時間聯(lián)結多個STA。462．分布式系統(tǒng)服務(DSS)(2)重新聯(lián)結(Reassociation)重新聯(lián)結是用來完成聯(lián)結從一個AP移動到另一個AP的過程（保持當前聯(lián)結進行移動）。重新聯(lián)結總是由移動STA激活。(3)解除聯(lián)結(Disassociation)終止一個已存在的聯(lián)結。聯(lián)結的任一部分（非AP的STA或AP）均可喚醒解除聯(lián)結服務通知型服務，不是請求型服務，不能被拒絕472．分布式系統(tǒng)服務(DSS)(4)分布(Distribution)它是WLANSTA使用的基本服務，借助于DSS完成。是由來自或發(fā)送至工作在ESS中的WLANSTA的每個數(shù)據(jù)消息喚醒。(5)集成(Integration)負責完成消息從DSM到集成LAN介質和地址空間的變換。如果分布式服務確定消息的接收端為集成LAN的成員，則DS的“輸出”點將是端口而非AP。483．服務之間的關系對于通過WM（無線介質）進行直接通信的STA均有認證狀態(tài)（值為未被認證和已認證）和聯(lián)結狀態(tài)（值為未聯(lián)結和已聯(lián)結）兩個狀態(tài)變量。這兩個變量為每個遠端STA建立了三種本地狀態(tài)：狀態(tài)1：初始啟動狀態(tài)，未認證，未聯(lián)結；狀態(tài)2：已認證，未聯(lián)結；狀態(tài)3：已認證，已聯(lián)結。STA狀態(tài)變量和服務之間的關系如圖3-9所示。49狀態(tài)變量與業(yè)務之間的關系圖3-9有時也將聯(lián)結稱為關聯(lián)或登錄。503.3無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系1．無線網(wǎng)絡邏輯結構無線調制解調器或無線電臺只具備物理層的功能；WLAN包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能；WWAN具有網(wǎng)絡層的功能。512．IEEE802.11x無線局域網(wǎng)協(xié)議體系跳頻直接序列擴頻物理媒體依賴物理會聚過程紅外線OFDMHR/DSSSERP802.1802.2Logicallinkcontrol802.11Logicallinkcontrol正交頻分復用高速直接序列擴頻擴展速率物理層邏輯鏈路控制媒介接入控制IEEE802.11x無線局域網(wǎng)可以認為是美國工業(yè)化的代表，它代表的是無連接的WLAN標準。52IEEE802.11各子層的功能（1）在IEEE802.11系列標準中，把物理層又進一步劃分為：（1）物理層會聚過程（PLCP）子層將MAC幀映射到媒體上，主要進行載波偵聽的分析和針對不同的物理層形成相應格式的分組。（2）物理媒體依賴（PMD）子層用于識別相關媒體傳輸?shù)男盘査褂玫恼{制和編碼技術，完成這些幀的發(fā)送。（3）物理層管理子層為物理層進行信道選擇和協(xié)調。53IEEE802.11各子層的功能（2）MAC也劃分為：（1）MAC子層負責訪問機制的實現(xiàn)和分組的拆分與重組。（2）MAC管理子層負責ESS散步管理、電源（節(jié)能）管理；負責聯(lián)結過程中的聯(lián)結、解除聯(lián)結和重新聯(lián)結等過程的管理。站管理子層協(xié)調物理層和MAC層之間的交互作用。54IEEE802.11MAC子層支持的物理層名稱頻帶傳輸速率IEEE802.11跳頻FHSS2.4GHz1~2MbpsIEEE802.11直接序列擴頻DSSS2.4GHz1~2MbpsIEEE802.11紅外線1~2MbpsIEEE802.11b2.4GHz1~11MbpsIEEE802.11a5GHz5.5~54MbpsIEEE802.11g2.4GHz54MbpsIEEE802.11n5GHz108~340Mbps55IEEE802.11x標準較為完整的協(xié)議體系

圖3-12563．HiperLAN協(xié)議體系歐洲WLAN產業(yè)標準的代表是以HiperLAN為典型的寬帶無線接入網(wǎng)(BRAN)；它是以無線ATM(WATM)為基礎的面向連接業(yè)務的標準。HiperLAN中是WLAN的有兩種：HiperLAN1和HiperLAN2

HiperLAN1是早期的標準，沒有任何實際產品；HiperLAN2是一種支持QoS控制的先進的WLAN標準，它有3個基本的層：物理層(PHY)、數(shù)據(jù)鏈路層(DLC)和會聚層(CL)。57HiperLAN2的協(xié)議體系會聚層

把采用不同協(xié)議的高層分組映射到DLC層；DLC層

提供AP和移動終端之間的邏輯連接；

提供媒體訪問的功能和用于連接處理的通信管理功能；提供一個邏輯結構把執(zhí)行不同應用協(xié)議的會聚層分組映射到單一的物理層。PHYDLCCL58HiperLAN2的協(xié)議體系DLC包括以下幾個子層：MAC協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)時控制對物理媒體的訪問差錯控制協(xié)議EC采用可選擇重傳ARQ方法無線鏈路控制協(xié)議RLC為信令實體提供傳輸服務聯(lián)結控制功能ACF身份驗證、密鑰管理、聯(lián)結、解除聯(lián)結和加密種子無線資源控制RRC管理切換、動態(tài)頻率選擇、移動終端DLC連接控制DCC建立和釋放用戶連接、多點傳送和廣播594．Wi-Fi聯(lián)盟的作用在無線局域網(wǎng)標準的采納和市場化推進中，Wi-Fi聯(lián)盟(論壇)起到了主導作用。無線以太兼容性聯(lián)盟WECA1999年成立，后更名Wi-Fi聯(lián)盟，建立了用于驗證802.11b產品互操作能力的一套測試程序。2004年起，經(jīng)過驗證的802.11b產品使用的名稱是Wi-Fi；Wi-Fi認證已擴展到802.11n產品。Wi-Fi針對802.11a產品開發(fā)了一個認證過程，稱為Wi-Fi5603.4IEEE802.11物理層613.4.1初始的IEEE802.11物理層(1)工作在2.4GHz的ISM波段上的直接序列擴頻，數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。(2)工作在2.4GHz的ISM波段上的跳頻擴頻，數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。(3)工作在波長介于850nm~950nm的紅外波段上，其數(shù)據(jù)速率為1Mb/s和2Mb/s。623.4.2IEEE802.11a（1）1.信道結構IEEE802.11a使用通用網(wǎng)絡信息基礎結構UNII的頻帶。UNII-1頻段(5.15~5.25GHz)用于室內；UNII-2頻段(5.25~5.35GHz)用于室內或者室外；UNII-3頻段(5.725~5.825GHz)用于室外。633.4.2IEEE802.11a（2）2．編碼和調制

IEEE802.11a使用正交頻分多路復用OFDM。OFDM又稱為多載波調制，在不同頻率上使用多個(可以達到48個)載波信號，在每個信道上發(fā)送若干位，類似于FDM。每個子載波使用BPSK、QPSK、16-QAM或64-QAM進行調制，子載波頻率間的間隔為0.3125MHz。采用卷積碼提供正向糾錯，其編碼率為1/2、2/3或3/4。在OFDM中，所有的子信道被指定給單個的數(shù)據(jù)源。IEEE802.11a的關鍵參數(shù)見表3-4(d)64表3-4(d)IEEE802.11物理層規(guī)范——OFDM數(shù)據(jù)率Mbps調制編碼率每個子載波的編碼位數(shù)每個OFDM符號的碼位數(shù)每個OFDM符號的數(shù)據(jù)位數(shù)6BPSK1/2148249BPSK3/41483612QPSK1/22964818QPSK3/4296722416-QAM1/24192963616-QAM3/441921444964-QAM2/362881925464-QAM3/46288216653.4.2IEEE802.11a（3）3．物理層的幀結構幀中數(shù)據(jù)字段部分被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率保留位，未使用MPDU中8位組的個數(shù)對前三項的奇校驗位6個0，使卷積碼器達到0狀態(tài)16個0，前6位用于同步接收器中的解擾器，后9位保留由MAC層傳下來的數(shù)據(jù)幀6個0，重新初始化卷積編碼器使數(shù)據(jù)字段達到OFDM符號位數(shù)要求使接收器獲得一個OFDM的進入信號并同步解調器663.4.3IEEE802.11bIEEE802.11b是IEEE802.11DSSS模式的一個擴充，提供了在ISM頻段(開放給工業(yè)、科學、醫(yī)學的頻段)上5.5Mb/s和11Mb/s的數(shù)據(jù)速率。為在相同的分片速度、相同帶寬下獲得更高的數(shù)據(jù)速率，使用了一種名為補碼鍵控(complementarycodekeying，CCK)的調制模式。67IEEE802.11b物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元使接收器獲得一個進入信號并同步解調器同步字段幀起始分界符說明幀中MPDU部分發(fā)送時的數(shù)據(jù)率說明發(fā)送MPDU所必需的微秒數(shù)信號、服務和長度三項的校驗碼只有3位用于IEEE802.11b。1位指明使用的發(fā)送頻率和符號時鐘是否與本地的震蕩器一致；1位指明是否使用了CCK或PBCC編碼；1位用于長度字段的擴展683.4.4IEEE802.11gIEEE802.11g將802.11b的數(shù)據(jù)率擴展到20Mb/s以上，達到54Mb/s。與802.11b相同，802.11g操作在2.4GHz范圍內，因而二者是兼容的。該標準的設計使得802.11b的設備在連接到一個802.11g的AP上時仍能工作，802.11g的設備連接到一個802.11b的AP上時也仍能工作。這兩種情況下都使用較低的802.11b的數(shù)據(jù)率。69IEEE802.11g的物理層選項數(shù)據(jù)率(Mb/s)調制模式數(shù)據(jù)率(Mb/s)調制模式1DSSS18ERP-OFDM2DSSS22ERP-PBCC5.5CCK或PBCC24ERP-OFDM6ERP-OFDM33ERP-PBCC9ERP-OFDM36ERP-OFDM11CCK或PBCC48ERP-OFDM12ERP-OFDM54ERP-OFDM703.5

IEEE802.11媒體訪問控制層IEEE802.11MAC層覆蓋了3個功能區(qū)：可靠的數(shù)據(jù)傳送接入控制安全（3.7中討論）713.5.1可靠的數(shù)據(jù)傳送（1）IEEE802.11使用幀交換協(xié)議。當一個站點收到從另一個站點發(fā)來的數(shù)據(jù)幀時，它向源站點返回一個確認(ACK)幀。此交換被作為一個原子單元處理，它不會被其他站點發(fā)出的傳送打斷。如果因為數(shù)據(jù)幀被損壞或因為返回的ACK被損壞，源站點在一個短的時間周期中沒有收到ACK，它會重發(fā)該幀。723.5.1可靠的數(shù)據(jù)傳送（2）為了進一步地增強可靠性，可使用四幀交換(RTS/CTS)首先，源站向目的站發(fā)布一個請求發(fā)送（RTS）幀，其作用是警告所有位于源站點接收范圍之內的站點——一個交換正在進行。然后，目的站用一個清除發(fā)送（CTS）幀響應，其作用是警告所有位于目的幀接收范圍內的站點——一個交換正在進行。收到CTS后，源站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，目的站以一個ACK響應。733.5.2接入控制分布接入?yún)f(xié)議集中接入?yún)f(xié)議74IEEE802.11的協(xié)議體系結構邏輯鏈路控制分布協(xié)調功能(DCF)點協(xié)調功能(PCF)2.4GHz跳頻擴頻1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序擴頻1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s紅外1Mb/s2Mb/s2.4GHz直序擴頻5.5Mb/s11Mb/sMAC層自由競爭的服務競爭服務IEEE802.11IEEE802.11aIEEE802.11b751．分布協(xié)調（DCF）功能DCF子層利用一個簡單的載波監(jiān)聽多點接入CSMA算法（不包括沖突檢測功能）：如果一個站點有一個MAC幀要發(fā)送，它監(jiān)聽媒體。如果媒體空閑，站點可以發(fā)送，否則，該站點必須等到當前發(fā)送已完成才能發(fā)送。為確保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相當于優(yōu)先級模式的時延，用幀間間隔（IFS）實現(xiàn)。76IEEE802.11媒體接入的控制邏輯等待需發(fā)送的幀等待IFS發(fā)送幀媒體空閑?依舊空閑?等待IFS當媒體空閑時，按指數(shù)率暫停發(fā)送幀依舊空閑?等待當前發(fā)送結束NNYNYY77三種幀間間隔（IFS）(1)SIFS(shortIFS，短IFS)：最短的IFS。被用于所有的立即響應動作中。(2)PIFS(pointcoordinationfunctionIFS，點協(xié)調功能IFS)：一個中間長度的IFS。在發(fā)布輪詢時，被中央控制器用于PCF模式。(3)DIFS(distributedcoordinationfunctionIFS，分布協(xié)調功能IFS)：最長的IFS。用于非同步幀的接入競爭。78基本的接入方法792.點協(xié)調（PCF）功能PCF是一個在DCF上實現(xiàn)的替代接入方式。該操作由中央輪詢主機(點協(xié)調者)的輪詢組成。點協(xié)調者在發(fā)布輪詢時使用PIFS。由于PIFS小于DIFS，所以點協(xié)調者能夠獲得媒體，并在發(fā)布輪詢及接收響應期間，鎖住所有的非同步通信，為避免這種情況，人們定義了超級幀。80點協(xié)調（PCF）操作實例一個無線網(wǎng)絡實施點協(xié)調。當使用CSMA保持接入的通信競爭時，大量帶有時間敏感通信的站點被點協(xié)調者控制。點協(xié)調者使用“圓桌”方式向所有被輪詢配置的站點發(fā)布輪詢。當點協(xié)調者發(fā)布一個輪詢后，被輪詢的站點使用SIFS作響應。當點協(xié)調都收到響應時，它使用PIFS發(fā)布另一個輪詢如果在預期的響應時間內沒收到響應，協(xié)調者會再發(fā)布一個輪詢81超幀解決點協(xié)調鎖住非同步通信問題在實例中，點協(xié)調者將通過不斷發(fā)布輪詢鎖住所有的非同步通信。解決方法：定義超幀間隔首先，在超幀間隔的第一部分中，點協(xié)調者以圓桌方式向為輪詢配置的所有站點發(fā)布輪詢然后，點協(xié)調者在超幀的剩余部分保持空閑，并允許有一個非同步通信接入的競爭周期82PCF超級幀的構造PCF(可選)媒體忙PCF(可選)DCF自由競爭周期競爭周期透明的實際超級幀時期超級幀(名義長度固定)PCF延遲CP-Burst;非同步流量延遲長度可變(每個超級幀)超級幀(名義長度固定)833.5.3MAC幀MAC幀幀控制域84不同的MAC幀類型1、控制幀：6種子類型，類型值為012、數(shù)據(jù)幀：8種子類型，類型值為103、管理幀：11種子類型，類型值為0085（1）控制幀類型值類型描述子類型值子類型描述0l控制1010節(jié)能輪詢01控制1011請求發(fā)送RTS01控制1100清除發(fā)送CTS01控制1101確認ACK01控制1110自由競爭(contention-free，CF)結束01控制1111CF結束+CF確認86（2）數(shù)據(jù)幀類型值類型描述子類型值子類型描述10數(shù)據(jù)0000數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)0001數(shù)據(jù)+CF確認10數(shù)據(jù)0010數(shù)據(jù)+CF輪詢10數(shù)據(jù)0011數(shù)據(jù)+CF確認+CF輪詢10數(shù)據(jù)0100空功能(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0101CF確認(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0110CF輪詢(無數(shù)據(jù))10數(shù)據(jù)0111CF確認+CF輪詢(無數(shù)據(jù))87（3）管理幀類型值類型描述子類型值子類型描述00管理0000連接請求(站點→AP)00管理0001連接響應(AP

→站點)00管理0010重連請求00管理0011重連響應00管理0100偵測請求(站點)00管理0101偵測響應(AP)00管理1000信號燈(信標)00管理1001宣布通信指示報文00管理1010拆除連接00管理1011認證00管理1100取消認證883.6

其他IEEE802.11標準IEEE802.11c關注的是橋操作。一個橋是連接兩個具有類似的或相同MAC協(xié)議的局域網(wǎng)的設備，它完成類似于IP層的路由器的功能。IEEE802.11d是作為管理范疇(regulatorydomain)更新被提及。它處理的是有關管理規(guī)范在不同的國家中的差異問題。IEEE802.11e對MAC層作了一些修正以改進服務質量并解決了一些安全問題。89其他IEEE802.11標準IEEE802.11f致力于解決在來自多個廠商的接入點(AP)之間的互操作能力問題。IEEE802.11h處理頻譜和功率管理問題。其目標是讓IEEE802.11a與歐洲制定的管理規(guī)范要求能夠兼容。IEEE802.11i定義了MAC層的安全和認證機制。該標準的設計致力于解決有線等效加密(WEP)機制中安全性的缺陷問題。90其他IEEE802.11標準(續(xù))IEEE802.11k定義了無線資源測量(RadioResourceMeasurement)，增強了其功能，為較高層提供了無線和網(wǎng)絡測量的機制。IEEE802.11m是一個糾正標準中編輯的和技術問題的工作組正在進行著的活動。IEEE802.11n正研究對物理層和MAC層的增強范圍，以改進信息流通量。91IEEE802.11任務組（1）任務組負責的領域IEEE802.11a54Mbps，5GHz標準IEEE802.11b802.11的增強版（傳統(tǒng)）IEEE802.11cMAC層橋接IEEE802.11d全球兼容性IEEE802.11e服務質量（QoS）IEEE802.11f接入點間的漫游協(xié)議IEEE802.11g和802.11b兼容的54Mbps，2.4GHz標準IEEE802.11h兼容歐洲的5GHZ動態(tài)信道/頻率選擇和傳輸功率控制92IEEE802.11任務組（2）任務組負責的領域IEEE802.11i安全性增強IEEE802.11IR紅外線（IR）聯(lián)網(wǎng)IEEE802.11j用于日本的標準擴展IEEE802.11k無線資源度量和報告IEEE802.11m801.11標準維護IEEE802.11n較高吞吐量的改進IEEE802.11r具有IP電話（VoIP）功能的快速慢游無線IEEE802.11s擴展操作范圍的網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)933.7Wi-Fi保護接入（WPA）IEEE802.11定義了WEP算法實