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1、计算机网络与工程实践教程讲座(11)黎连业,计算机网络与工程实践教程讲座教材 计算机网络与工程实践教程 第 1 版 科学出版社(2007.12),第 11章 无 线 网 络,本章重点讨论以下内容：无线网络的概述;无线网络标准与协议;无线应用协议（WAP）;无线网卡的组成与工作原理;宽带无线技术与宽带无线接入技术LMDS;微波扩频通信技术;无线网络典型连接方式;无线联网方案。,11.1 无线网络的概述,近年来，由于无线通信技术的发展，出现了移动上网，无线Internet。而11Mbit/s、54Mbit/s无线局域网的推出，使无线网络出现了新的生机，而且势头较猛。无线网络采用与有线网络同样的工作
2、方法，它们按PC、服务器、工作站、无线适配器和访问点通过电缆连接建立网络。应该说，计算机无线联网方式是有线联网方式的一种补充，它是在有线网的基础上发展起来的，使网上的计算机具有可移动性。能快速、方便地解决有线联网方式不易实现的网络信道的连通问题。无线联网要解决以下两个主要问题。（1）通信信道的实现与性能。（2）提供像有线网络系统那样的网络服务功能。对于第一点的基本要求是：工作稳定、数据传输率高（大于1Mbit/s）、抗干扰、误码率低、频道利用率高、具有保密性，收发的单一性、可以进行有效的数据提取。对于第二点的基本要求是：现有的网络系统应能在其中运行，即要兼容有线网络的软件，使用户能透明地操作而
3、无须考虑网络环境。,无线联网的系统具有如下特点:（1）频率为工业自由辐射频率，不用专门申请;（2）该网络支持现有各种计算机需要的网络软件;（3）建立透明式网络链路;（4）能够完成局域网互联的高速率传输;（5）采用扩展频谱通信技术;（6）用无线电波通信、不用电缆;（7）施工快速、简便、维修方便;（8）采用宽带数据通信，抗干扰性能好;（9）低功耗，0.1W可实现30km通信;（10）无须改变原网络系统软件和应用软件。,无线网络适用范围有：（1）适用工矿、企业、广域远距离联网;（2）适合银行、保险、工商、税务、证券系统网络;。（3）用于水利、电力、铁路、油田远程网络;（4）用于大专院校、科研院所网络
4、;（5）用于海关、港口、机场联网;（6）用于高速公路、城市联网;（7）适用于公安、消防、环境监测、军事移动通信网络;（8）用于江、河、湖、海、海峡、山谷等复杂地形环境联网;（9）适用于难以铺设电缆的各种地区和环境联网。无线网络室内天线覆盖范围请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-1。无线网络室外天线传输距离请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-2。,11.1.1 无线局域网 随着信息技术的发展，人们对网络通信技术的要求不断提高，希望不论在何时、何地，都能与任何人进行包括数据、语音和图像等任何内容的通信，并希望主机在网络环境中移动和
5、漫游。无线局域网是实现移动网络的关键技术之一。随着IEEE等国际机构对于无线局域网标准的制定，市场上无线局域网产品的兼容性大大提高，极大地促进了无线局域网产品和市场的发展。众多低价位无线局域网产品的出现，使得越来越多的用户考虑使用无线局域网产品来满足应用上的需求。,总的来说，无线局域网在以下几个方面有非常现实的意义:在不能使用传统布线或者是使用传统布线困难很大的地方。租用专线耗资高的地方。重复的临时建立和安排的网络环境，使用有线不方便、成本高、耗时长的地方。局域网用户需要在一定范围内进行移动通信的环境。但是，目前无线局域网在数据传输速率、传输范围、安全性等方面都还不如有线局域网，所以无线局域网
6、在相当长的时间内会与有线局域网共存。对于智能建筑应用环境，特别是众多的公共场所或专业场所，如机场、车站、会议大厅、会展中心、图书馆以及大开间的办公室等地方，会越来越多地使用无线局域网，满足用户无线终端入网的需求。,无线局域网技术有：（1）无线个人网（WPAN，Wireless Personal Area Network）。主要用于个人信息化设备的无线网络连接，目前发展的主流技术是蓝牙。无线局域网。IEEE 802.11a/b/g。主要用于一个局域物理区域内信息设备的无线网络连接。（2）无线广域网（WWAN，Wireless Wide Area Network）。GSM/GPRS/CDMA/UM
7、TS。主要用于广域范围内信息设备的无线网络连接。,11.1.2 无线网络的发展过程 无线局域网是1990年出现的，但是，无线局域网的研究可以追溯到20世纪70年代早期，主要的领导者是AT&T的贝尔实验室，早期的产品为频分多址（FDNA）模拟蜂窝系统技术。20世纪70年代后期瑞士IBM Ruschlikon实验室的Gfeller第一次提出了无线局域网的概念，并且在北欧部署了第一个移动电话系统。语音的无线网络历史从此展开，直到1998年开始3G标准化。面向语音的历史进展请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-3。语音无线网络的出现，推动数据无线局域网的发展，并获得了很
8、大的成功，其历史进展请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-4。,11.1.3 无线网络分代1.第一代 蜂窝网络在北欧出现后，便掀起了移动通信的研究，并以全球移动通信系统（GSM，Globle System of Mobile communications）为导向，人们习惯地把这一阶段研究称之为第一代（1G）系统。第一代系统是面向语音的模拟蜂窝和无绳电话。第一代系统在下行链路（从基站到移动台）和上行链路（从移动台到基站）中使用了两分开的频段。这种系统采用的是频分双工（FDD Frequency Duplexing）模拟。典型的在每个方向上都分配整个频段。例如AMP
9、S、TACS和NTM-900在每个方向上的频段都是25MHz。这些系统的主要工作频率是800 MHz和900 MHz频段。理想情况下，频段和使用地区请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-5。,第一代系统通常也称为模拟蜂窝系统，在这一阶段中还提供了移动数据业务，但只能提供单向的短信息数据，在这基础上人们就把研究的注意力放到面向语音和面向数据的研究上来，这一过程被称为第二代（2G）系统。,2.第二代 第二代系统主要表现为4个方面，它们是：数字蜂窝移动系统、PCS、移动数据和无线局域网标准。无线局域网标准的详细内容将放在下一节讲述。数字蜂窝移动通信系统 数字蜂窝移动通
10、信系统有4个主要标准，它们是GSM、IS-54、JDC、IS-95。GSM是欧洲数字移动通信标准，后来扩展到亚洲，也称为泛欧数字移动通信标准；IS-54是北美地区的数字移动通信标准；JDC是日本的数字移动通信标准；IS-95是美国和亚洲的数字移动建设标准。GSM、IS-54、JDC系统使用的是JDMA技术、IS-95系统使用的是CDMA技术。第二代数字蜂窝移动通信标准的主要情况请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-6。,2G的PCS 个人通信业务（PCS，Personal Communications Services）是从1G的模拟无绳电话技术发展而来，它与蜂
11、窝移动通信在技术特性上有所差别。其比较结果请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-7。对于PCS的标准规范有4个，它们是：CT-2和CT-2+，是欧洲和加拿大的标准，也是第一个无绳电话标准；DECT，是欧洲的标准；PHS，日本的标准；PACS，美国的标准。它们的主要情况请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-8。,移动数据业务 移动数据业务能够为用户接入分组交换数据网络提供合适的数据速率和广泛的覆盖范围。移动数据网络出现在寻呼业务取得成功之后，提供一种大信息量的双向连接，并先后出现了ARKIS、Mobitex、CDPD、TETRA、G
12、PRS、Metricom。它们在移动数据业务上的差别，请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-9。,3第三代第三代系统（3G）无线网络把蜂窝电话和PCS语音业务和各种分组交换数据综合在一个统一的网络中，3G的主要技术是宽带码分多址（WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access），最基本的要求是可支持不同速率的应用（从384kbit/s的电路交换连接到带宽为2Mbit/s的连接）和不同的运行环境。3GSM（WCDMA）和EDGE是被国际电信联盟（ITU）认可的国际移动通信（IMT-2000）的3G标准，要求将语音和数据结合
13、在一起。许多运营商、开发商都认可这项技术，并选择3GSM作为过渡到3G的升级途径，在2003年9月8日10日的北京无线网络会议中，许多厂商的技术资料都证实了这一点。,11.1.4 几种无线局域网标准 1990年，IEEE执行委员会成立了802.11工作组，其目标是创建无线局域网（WLAN）标准，规定为“所提议的无线LAN标准的作用范围是为局域网固定的、便携式和可移动站点的无线连接开发的规范”。最终的标准，即正式称为IEEE无线LAN介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）规范，并像802的IEEE标准一样（如802.3、802.5），规定了一些至关重要的技术机制。,历经十几年的发展，802.1
14、1已经从最初的802.11a、802.11b发展到了目前的802.11i等8种标准。802.11a：5GHz波段上的物理层规范。802.11b：2.4GHz波段上的物理层规范。802.11d：当前802.11标准中规定的操作仅在几个国家中是合法的，该标准旨在扩充802.11无线局域网在其他国家的应用。802.11e：改进和管理WLAN的服务质量，保证能在802.11无线网络上进行话音、音频、视频等多媒体业务的传输。802.11f：实现不同厂商无线局域网之间的互操作，保证网络内访问点之间信息的互换。802.11g：是802.11的扩充，通过提高数据率，来增强802.11b兼容网络的性能和应用。8
15、02.11h：增强5GHz波段的802.11MAC规范及802.11b高速物理层规范。802.11i：增强WLAN的安全和鉴别机制。,802.11a在使用频率的选择和数据传输速率上都优于802.11b，但不兼容802.11b。无线局域网最常用的标准是IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g等几种。目前市场上的产品绝大部分均遵循IEEE 802.11b标准，即数据传输速率可达511Mbit/s，IEEE 802.11b标准的发布，使得无线局域网的应用和普及发展到了一个新的阶段。标准使无线局域网的用户能够自由、灵活地选择不同厂家的产品。无
16、线局域网的主流厂商组成了一个称做无线以太网兼容性联盟（WECA）的国际性组织。WECA的任务是负责认证无线局域网产品的互操作性和兼容性，并推动无线局域网在企业和家庭中的应用。继IEEE 802.11b后，具有54Mbit/s传输速率的符合IEEE 802.11a和IEEE 802.11g标准的无线局域网技术及其产品在市场已流行了几年。此外，家居无线网络HomeRF2等无线局域网技术也在广泛应用。几种无线局域网标准的性能比较请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-10。,11.1.5 无线网络的传输介质 目前，计算机无线通信传输手段有两种。（1）无线电波，即短波或超
17、短波、微波。（2）光波，即激光、红外线。短波，超短波类似电台或电视台广播。采用调幅、调频或调相的载波，通信距离可达数十千米。这种通信方式早已用于计算机通信，但其速率慢、保密性差、没有通信的单一性、易受其他电台或电气设备的干扰，可靠性差。另外频道、频度都要专门申请，因此一般不用作无线联网。微波是以微波收发机作为计算机网络的通信信道。因为微波的频率很高，所以能够实现数据传输高速率，受气候条件环境影响很小。它的频率范围为300MHz300GHz内。微波波段又可分为分米波、厘米波、毫米波，还有用字母命名更细分微波各波段的。微波各波段请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的表11-
18、11。,微波的波长很短，具有如下特性:（1）直线传播。（2）频谱宽，携带信息容量大。（3）微波器件受尺寸大小的影响。（4）微波受金属物体屏蔽，虽能穿越非金属物体，但耗损大。（5）可穿透大气层，向外空传播。,由于激光和红外线易受天气影响、也不具备穿透能力，因此在无线网络中一般不用。根据前面叙述，可以看到无线网络传输媒介性能最好的是微波。以微波频段为媒介，采用直序扩展频谱或跳频方式发射的传输技术，并以此技术制作了发射机、接收机、遵照 IEEE 802.3以太网协议，许多公司开发了整套的计算机无线网络产品。其通信方面的主要技术特点是：用900MHz或2.45GHz微波作传输媒介，以先进的直序扩展频谱
19、（DSSS）或跳频（FH）方式发射信号，其扩展编码（Spreading Code）位长为216，射频带宽为26MHz。与传统的无线电窄带调制发射方式不同，这是宽带调制发射。故它具有传输速率高（达2Mbit/s），发射功率小（只有100200mW），保密性好，抗干扰能力很强，不与其他无线电设备及用户互相干扰的特点。更方便的是易于多点通信，这是因为它和一般无线电通信采用的频分式或时分式不同，扩频调制是码分方式。很多用户可以使用相同的通信频率，只要设置不同的标识码ID，就可以产生不同的伪随机码来控制扩频调制，即能做到互不干扰的同时通信。其通信距离和覆盖范围视所选用的天线不同而异；定向传送距离为540
20、km；室外的全向天线可覆盖1.510km的半径范围；室内全向可覆盖最大半径为250m的5000m2范围。电波能穿透几层墙或两层楼的混凝土楼板。由此可见，微波扩频通信技术为计算机无线网提供了良好的通信信道。,11.1.6 无线局域网物理层 无线局域网的物理层共有3种接口方式。（1）跳频扩频（FHSS）物理层接口。FHSS规范定义了物理层帧的格式，通过跳频功能和频移键控调制技术，即PMD利用它们将二进制数据帧转换为适合无线电波传播的信号，通过PMD使用FHSS发送数据帧。,（2）直接序列扩频（DSSS）物理层接口。DSSS PLCP规范定义了物理层帧的格式。DSSS PMD解释工作站如何利用DSS
21、S发送帧。通过PMD将二进制数据帧转换成适合无线电波传播的信号。,（3）红外线（IR）物理层接口。通过对PMD工作站利用红外线物理层发送帧以及PMD利用调制技术将二进制数据帧转换成适合红外线光传播的信号。为了能够说明无线局域网物理层物理接口，还需要介绍物理层物理接口特性。,1.跳频扩频的特性 FHSS有以下特性:成本低；能量耗废量低；最强的抗干扰能力；单物理层数据传输率具有最小的电压；多物理层具有最大的集成能力；发送范围小于DSSS，但大于IR。,2.直接序列扩频的特性 直接序列扩频（DSSS）与跳频扩频相比，具有以下特点:成本最高；能量消耗最大；接收口的数据率最高；和跳频扩频相比，它的多物理
22、层集成能力低；其可支持的不同地理位置无线电小区的个数最少，所以限制了可提供的信道数；其发送距离比跳频扩频和红外线物理层都大。它的通信方式采用的是不覆盖脉冲，数据码速率是11Mbit/s。占用的带宽大概为26MHz，ISM的2.4GHz频段分成11个相互覆盖的频道。每两个信道之间的中心频带间隔是5 MHz。,3.红外线的特性 红外线接口具有以下特性:成本低；对RF（Radio Frequency，无线频率）干扰的容忍度最高；相对扩频无线电系统，红外线的传播距离最短；抗窃听能力最强；多工作在有顶蓬的地方（主要是在户内），顶蓬作为红外线信号的反射点；在世界范围内都没有频率限制。IEEE 802.11
23、标准推荐技术，使用时它的光波长规定在850950mm之间。,11.2无线网络标准与协议,IEEE原计划1993年推出的关于无线网络标准802.11技术规范，由于各种原因，直到1997年7月才正式出台，但现在已成为无线联网技术循序渐进发展和市场不断开拓的基础。这个技术规范旨在解决不同厂商1bit/s、2Mbit/s和10Mbit/s无线局域网产品的兼容问题，同时也对网络产品的价格下调问题产生了积极的影响，有助于市场的发展。,IEEE 802.11标准为无线局域网定义了物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）的结构。对于物理层定义了3种不同的传输方式:采用红外线传输方式或两种不同的射频信号传输方
24、式；直序扩频技术（DSSS）；跳频扩频技术（FHSS）。同时还定义了直序扩频技术（DSSS），如采用DBPSK（差分二相移相键控）编码方式，其传输峰值速率可达到1Mbit/s，而采用DQPSK（差分正交移相键控）编码方式则传输速率可达2Mbit/s。同时FHSS PHY还可以利用GFSK二级或四级调制方式允许2Mbit/s工作速率，以便满足市场对不同性能价格比产品的需求。,IEEE 802.11标准的介质访问控制（MAC）单元使得无线网络可通过其桥接器与标准的有线网络（LAN）一起工作，以保证有线网与无线网节点逻辑上的无差别性及互操作性。但无线网的MAC与有线网的MAC有所不同，但此不同均被转
25、接处的存取点遮掩掉了。无线网络标准采用CSMA/CA（带有回避冲突的载波侦听多路访问）的MAC方式，同时IEEE 802.11标准还提供漫游功能等多方面优势，它允许一台客户机在多个无线子网中漫游，同时还可以工作在同一或不同的信道中。但标准并不保证客户机在多个子网中由不同的产品供应商提供的产品之间漫游。,美国朗讯科技、Aironet、数字海洋（Digital Ocean）等无线网络产品的主要公司已联手开发了“接入点互联协议（IAPP，Inter Access Point Protocol）”规范。IAPP规范将推广到更多厂家，使它们产品具有互通性，对于“接入点”则应考虑以下几点:原始投资低，操作
26、简便，维护费用低；可迅速安装；易于一体化。,由于许多无线局域网用户使用便携式终端及工作站，IEEE 802.11标准给无线MAC增加了多项功能，使便携电脑通过电源管理功能延长电池寿命。对于无线网系统，在特定或用户自定义的时间段内没有活动时，典型的系统电源管理方式使系统处于休眠状态（低电压或断电状态）。但不幸的是休眠有可能导致关键网络数据丢失，为支持周期性进入休眠状态的客户机，IEEE 802.11规定接入点（AP）需要缓冲器，让传输的报文排队。而朗讯科技的Wave LAN产品的休眠则可能间断性地清醒及恢复任何信息，接入点设备（AP）也允许经特别处理后消除被恢复的信息。,MAC层协议则使用CSM
27、A/CA信令，与标准以太网协议（CSMA/CD）可无缝连接运作。尽管无线局域网与有线局域网有些不同，也需要一个接入连接点（AP）连接，但其兼容性会使得Wave LAN在与LAN结合运行连成一网时，易于安装、运行和管理，而且还能有更多的特性，诸如异地漫游、电源管理等。如是符合802.11 WLAN标准的产品则能使终端工作站在多个不同的接入点（AP）的相同或不同的信道中，每个AP点每隔100ms发射一个控制信号，每个控制信号包括一个同步信号标志、传输指令及支持的传输速率的信息。漫游用户将利用控制号规定其实时的连接，如果连接的信号很弱，漫游的工作站则会自动连接到另一个AP点。,目前，用于无线局域网的
28、网卡（NIC）在功能上要求做到以下几点:从驱动程序接收时间并装帧发送；从扩频通信机接收数据，拆帧并送至驱动程序；介质访问控制（MAC）；与主机的总线接口；移动管理越区切换、用户登录与认证；网络同步指本站与基站和WLAN的其他站达到时钟同步；节能管理当无业务量或者业务量少时，使物理层处于睡眠状态或节能工作模式。,关于IEEE 802.11标准的介质访问控制协议简述如下:介质访问控制协议即IEEE 802.11 MAC，其基础是CSMA/CA，在它之上可配置无竞争信道访问的接入机制，这就是中心网控方式（PCF）。在PCF方式中，时间域被划分为超帧格式。在超帧的无竞争期，由中心控制节点（一般是AP）
29、进行轮询，某一时刻仅允许一个站点发送。而在超帧的竞争期，使用改进的CSMA/CA方式，或称分布接入方式（DCF）。这样，IEEE 802.11除了能以竞争接入方式支持异步业务外，还能以无竞争的访问方式支持同步业务或时限业务。时限业务对于实时数据和语音通信是至关重要的。,下面对介质访问控制协议作4点说明。1.CSMA/CA与DCF基本的CSMA/CA与访问控制 IEEE 802.11 MAC有两种访问控制方式，即DCF和PCF，二者的基础是CSMA/CA。IEEE 802.11 MAC采用的基本的CSMA/CA算法非常简单：当监测到信道空闲时间大于某一帧间隔（IFS）后立即开始发送帧；否则延迟接
30、入直至监测到需要的帧间隔，然后选择退避时延进入退避；退避结束后重新开始上述过程。基本的CSMA/CA利用物理层提供的载波监测指示信号CS监测信道的忙闲。IEEE 802.11 MAC规定了3种访问优先级，根据优先级不同，IFS也不同。,Short优先级：是需要立即响应业务（如某些控制帧）的优先级。例如，MAC层的ACK帧，或当采用PCF时主机对轮询的响应帧等。该优先级的帧间隔被称为SIFS。PCF优先级：PCF接入方式的优先级。该优先级的帧间隔被称为DIFS。DFS是动态频率选择，优先级最高。上述各IFS满足：DFSDIFSSIFS。,增强型CSMA/CA 为了增强基本CSMA/CA对异步业务
31、传输的可靠性，IEEE 802.11 MAC建立在CSMA/CA的基础上并使用MAC层确认机制，也就是CSMA/CAACK，这样可以在MAC层对帧丢失予以检测并重发送。此外，为了进一步减小在各种环境下的碰撞概率，源站与目的站可在数据传送前交换简短的控制帧，即RTS/CTS，它们以Short优先级接入信道。RTS/CTS帧中的Duration字段被各站点（目的站除外）用于设置它们的网络分配矢量（NAV，Net Allocation Vector），以确定信道将被占用多长时间，这样，载波监测的功能可由监测、维护CS及NAV实现。IEEE 802.11 MAC要求DCF方式必须支持基本的CSMA/C
32、A，可选地支持增强型CSMA/CA，即CSMA/CAACK与CSMA/CAACKRTS/CTS。,延迟接入与退避算法 如上所述，欲发送帧的站检测到信道忙时就会延迟接入，直到监测到信道空闲时间大于DIFS/SIFS后，选择一个退避时间值，然后进入退避状态。这样可解决正在处于延迟的多个站间的竞争。在退避状态下，只有当检测到信道空闲时，退避计时器才计时。如果检测到信道忙，则退避计时器将停止计时，直到检测到信道空闲时间大于DIFS后，计时器才重新继续计时。这一做法的作用是：当多个站延迟并进入随机退避状态后，退避时间值（Backoff）最小的站将在竞争中获胜，从而获得对介质的访问权，在竞争中失败的站会保
33、持在退避状态直到下一个DIFS。这样，这些主站就有可能比第一次进入退避的新站具有更短的退避时间。另外，退避过程也可重传。,防止重帧 因为在IEEE 802.11 MAC中引入了确认和重传，所以可能产生重帧现象，即接收站可能会收到多个相同的帧。IEEE 802.11 MAC利用帧中的MPDU-ID域防止重帧现象。同一MPDU中的帧具有相同的MPDU-ID值，在不同MPDU中的帧，其MPDU-ID值不同。接收站保持一个PDU-ID缓冲区，它将拒收那些PDU-ID值与缓冲区某一MPDU-ID值相同的重传帧。,2.中心网控方式（PCF）PCF支持的业务模型 IEEE 802.11 MAC的业务模型请参
34、见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的图11-1，PCF方式由CSMA/CA协议提供的访问优先级实现，它可支持无竞争型时限业务及无竞争型异步业务。而DCF仅支持竞争型异步业务。,超帧结构 IEEE 802.11 MAC使用图11-2所示的超帧实现PCF。在一个超帧期间（SFP），PCF使用无竞争期（CFP），DCF使用竞争期（CP）。在超帧开始时，如果信道空闲，则PCF获得信道访问权；否则，PCF会延迟，直到它检测到信道空闲时间大于PIFS，才能获得信道访问权。这样，就可能引起超帧的扩展，导致超帧中CFP的起始点可变，从而使CFP的长度可变。而DCF的异步业务将自动地延迟到
35、CFP之后才能获得信道访问权。,PCF协议原理 采用PCF协议轮询机制，即如果某站（如手持或固定站点）希望提供无竞争服务，则需要向AP（Access Point，基站）发出请求，经许可后该站将列入轮询序列，从而参与无竞争业务。AP以PCF优先级向参与无竞争业务的站发送下行数据帧（CF-Down业务），具体使用帧头控制域的轮询比特实现轮询。如果被轮询到的站有缓存的数据，则在检测到一个SIFS后立即将数据发出。当AP发出轮询后，如果在PIFS时间内没有响应，那么AP将恢复对信道的控制，发出下一个轮询帧。当没有上行的无竞争业务（CF-Up）等待发送时，参与无竞争业务的站不对AP的轮询进行响应，并且对
36、前面收到的下行无竞争帧（CF-Down）也无须进行确认。,3.网同步 无线网络中每个站均有其内部时钟，所谓网同步是指这些时钟的同步。在多区WLAN中，AP（基站）控制着网同步，它周期性地发送含有其自身时钟信息的信标帧，BSS内与AP连接的各站对照此信标修改自己的本地时钟。而在自组WLAN中，所有站均承担有定期发送网同步信标的责任，各站根据确定的算法将本地时钟与“听”到的时间进行比较并调整，这样，在一定时间内全网时钟能够达到同步。无线网络中的许多功能都借助各站同步的时钟实现，例如，下面几个典型的功能就是利用同步实现的。（1）节能管理，允许MT关闭其接收机直到下一信标到达为止。（2）物理层管理，比
37、如当物理层使用跳频扩展频谱方式时，网同步用于确定跳频定时。（3）支持时限业务，利用网同步完成超帧定时。尽管信标发送应该是定期的，但它也必须遵循CSMA/CA这一基本信道访问原则，因此确定的“信标间隔”只能是预计发送时刻。信标中含有时戳、信标间隔等内容。信标以广播方式发送，含有发送者的物理网地址（NID）。如何在入网时获取同步，这一问题实际上是解决越区切换的基础。,4.节能管理 IEEE 802.11 MAC提供的节能管理机制允许网中各站点收发器在一段时间内关闭，使之工作于低功耗节能模式。其基本原则是在不同环境中，使网中站点获得合理的性能功耗比。在多区WLAN中，当一个站希望进入节能模式时，应事
38、先通知AP。而AP将暂存发往该站的数据并在适当的时刻转发给该站。在由AP定时发送的信标中含有业务指示表TIM，该表中标识了哪些站在AP中暂存有待收数据。工作于节能模式的站点仍须以一定的时间间隔定时“苏醒”，以便接收像信标帧这样的控制帧。在TIM中被标识的站点应当向AP申请或做好等待接收被暂存数据的准备。,在自组LAN中，没有像AP这样的站点始终处于激活状态并为其他站点提供暂存服务。为了支持节能工作模式，需要各站在全网同步的基础上定时“苏醒”。当某站要向一个处于节能模式的站点发送数据时，就预先发送一种具有声明性质的控制帧（ATIM），这样可使处于节能模式的目的站定时打开收发器并维持一段时间的正常
39、工作状态，以便接收源站点后续发来的数据。,11.3 无线应用协议（WAP）,随着无线通信技术的发展，手机上网成为手机技术发展的一大趋势。为了实现这一技术，无线通信业的领导厂商一起开发了无线应用协议，支持移动电话利用有限的（4个或5个）显示器来浏览国际互联网，WAP按比例缩小信息，使其适用于移动电话。就是说，无线应用协议是一个用于通过移动电话或其他无线终端访问的显示无线信息服务的全球事实标准。WAP规范既利用了现有的技术标准中适用于无线通信环境的部分，又在此基础上进行了新的扩展。厂商使用它可以开发无线接口独立、设备独立和完全可交互操作的手持设备Internet接入方案，从而使厂家的WAP方案最大
40、限度地利用了用户对Web服务、Web开发工具、Web编程和Web应用的既有投资，同时也解决了无线环境所带来的新问题。目前，全球各大手机制造商已经保证提供支持WAP的无线设备。在最广泛的意义上讲，无线应用协议是一种开放式的全球规范，它使移动用户可以利用无线设备方便地访问或交互式地使用信息和服务。,11.3.1 WAP规范的要点 WAP规范是一种无线应用程序的编程型语言，它第一次定义了一个开放的标准结构和一套用来实现无线Internet接入的协议。WAP规范还为其他的标准机构（如W3C、ETSI、TIA、IETF等）未能解决的问题提供了解决方案，它的出现也促进了其他无线方案的开发和相关无线标准机构
41、标准化工作的进展，适应于大多数无线网络的连接。WAP规范的要素主要包括以下几点。,1.WAP编程模型在设计WAP规范时，WAP论坛一个很重要的指导思想是让WAP尽可能地与现有的标准保持一致，以最大限度地保护制造商、服务提供商和应用开发者的投资。这个模型请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的图11-3。WAP编程模型在很大程度上利用了现有的WWW编程模型，应用开发人员可以从这种模型中得到许多好处，包括可以继续使用自己熟悉的编程模型，能够利用现有的工具（如Web服务器、XML工具）等。另外，WAP编程模型还针对无线环境的通信特点，对原有的WWW编程模型进行了优化和扩展。,2
42、.遵守XML标准的无线标记语言（WML）WML使得性能严重受限的手持设备能够提供强大的Internet接入功能。WML和WMLScript不要求用户使用常用的PC机键盘或鼠标进行输入，而且它在设计时就考虑到了手机的小屏幕显示问题。与HTML文件不同的是，WML将文件分割成一套容易定义的用户交互操作单元。每个交互操作单元被称为一个卡，用户通过在一个或多个WML文件产生的各个卡之间来回导航以实现Internet的接入。针对手机通信的特点，WML提供了一套数量更小的标记标签集，这使它比HTML更适合在手持设备中使用。使用WAP网关，所有的WML内容都可以通过HTTP 1.1请求进行Internet接
43、入，这样，传统的Web服务器、工具和技术都可以继续使用。WAP可利用二进制传输经过高度压缩的数据，并对长时延和中、低带宽进行优化。WAP的会话可以处理不连续覆盖的问题，并在可以使用IP时使用IP；不能使用IP时，可使用其他优化的协议在多种多样的无线传输方式中运行。用于WAP内容的WML语言充分利用了小屏幕，无须使用完整的键盘就可实现方便的单手操作导航，而且WML语言具有内置的可伸缩性，可以实现从两行文本的显示到智能电话和个人通信器上的全图形屏幕的显示和伸缩。,3.用于无线终端的微浏览器规范 这个规范与标准的Web浏览器规范类似，它定义了一个适合于手持设备的功能强大的用户接口模型。这个规范定义手
44、机如何解释WML和WMLScript，并且把信息正确显示给用户。在无线手机中，使用微浏览器规范可以使产生的代码短小、高效，并且它还提供了一个灵活而又强大的用户接口。用户可通过上移键和下移键（不是鼠标）在各个卡之间进行导航。软键盘允许用户执行适合无线Internet应用特点的操作，如WAP使用传统的12键电话键盘来输入阿拉伯字符集，而不是用来输入一套完整的标准字符集。为了保持与标准浏览器一致，微浏览器还提供了各种导航功能，如Back、Home、书签等。由于这个微浏览器与现在Internet上使用的标准浏览器很类似，因此这个用户接口为绝大多数习惯Web界面的用户提供了方便，很容易为手机用户所接受。
45、微浏览器允许具有较大屏幕和更多特性的设备自动显示更多的内容，就像传统的浏览器在浏览窗口扩大时能显示更多的信息一样。,4.轻量级协议栈 这个协议栈将无线手机接入Internet的带宽需求降到最低，保证了各种无线网络都可以使用WAP规范，该协议栈请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的图11-4。手机通过WAP协议栈可以为无线网络节省大量的带宽，例如，完成一个股票指数的查询操作，如果通过HTTP 1.0的台式机浏览器来完成要比通过一个WAP浏览器来完成所涉及的包通信量大一倍以上。WAP协议使用的包数量不到标准的HTTP/TCP/IP协议栈的一半。,5.无线电话应用（WTA）框
46、架WTA允许无线手机接入各种电话功能和呼叫控制、电话本访问和来自WMLScript Applet中的电文信息。这样，商家就能够开发各种电话应用并且将其集成到WML/WMLScript服务中。例如，对于呼叫转移服务，商家可以提供一个用户接口，提醒用户决定是接受呼叫、转移到他处还是将其转发成一个语音邮件等。,WAP网关 WAP规范使用标准的Web代理技术将无线网络与Web连接起来。通过将处理功能集中在WAP网关中，大大减少了WAP手机上的负载，为手机实现价廉提供了基础。例如，一个WAP网关一般可以使用所有的DNS服务来解析URL中使用的域名，因此就不再需要手机来完成这个计算任务。另外，网络还可以利
47、用WAP网关来为用户提供各种服务，并且可以帮助网络服务商防止诈骗和服务利用。,一个WAP网关一般包括以下功能:协议网关。它将来自WAP协议栈的请求翻译到WWW协议栈（HTTP/IP）中。内容编码器和解码器。内容编码器将Web内容翻译成压缩编码的格式，以减少通过无线数据网络传输出的数据包的大小和数量。这个结构使移动终端用户可以浏览各种WAP内容和应用，而不管它们使用的是什么类型的无线网络。应用开发者能够创建网络和终端独立的内容服务和应用，使这些应用可以被尽可能多的用户使用和访问。使用WAP代理，内容和应用可以放在标准的WWW服务器上，开发者可以继续使用通用的Web技术，如CGI编程来进行开发。W
48、AP网关还可以将来自不同Web服务器上的数据集合起来，并且缓存经常使用的信息，从而减少手持设备的应答时间。WAP网关还可以与用户的数据库接口，根据来自无线网络的信息（如位置信息），为某一组用户动态定制WML页面。,11.3.2 WAP方案解决无线网络的问题（1）将HTTP的明文首标翻译成二进制码，大大减少了必须通过无线接口传输的数据量。（2）重新定义了一个轻量级会话重建协议，以允许会话暂停一段时间后再继续。利用允许会话暂停功能，不仅可以释放网络资源，还可以节省电池消耗。（3）WAP提供了一个无线传输协议（WTP），WTP能够提供可靠的数据报服务，就像传统的TCP提供TCP/IP服务一样，但WT
49、P去掉了传统的TCP不适合在无线网络中传输的信息，如TCP处理每个请求-应答要传输大量的信息，包括用来处理包顺序错乱的信息，从而减少了每个请求-应答处理需要的信息量。（4）WAP的WTP方案还意味着TCP堆栈并不需要设置在手机里，这为手机节省了大量的处理和内存成本。,这种Web应用要求客户端和服务器之间有一个安全的连接链路，WAP规范可以保证手机接入Internet的安全。无线传输层安全（WTLS）协议是基于工业标准的传输层安全（TLS）协议（该协议的前身即为安全套接层SSL协议），它与WAP传输协议一起使用，并且针对窄带通信信道中的应用进行了优化。WTLS可保证数据的完整性、隐私性、认证和拒
50、绝服务保护。,11.4无线网卡的组成与工作原理,目前，我国西安电子科技大学和上海康泰克电子技术有限公司，都已研制生产出符合IEEE 802.11协议的网卡，而且具有漫游功能。1无线网卡的硬件组成无线网卡的硬件组成包括RF&Antenna、IF、SS和NIC等几部分，请参见科学出版社计算机网络与工程实践(2007.12)第1版的图11-5。NIC是网络接口控制单元，它完成SS单元与计算机之间的接口控制。SS是扩频、解扩频及解调单元，它完成对发送数据的频谱扩展和对接收信号的解扩解调，同时，它还具有对数据进行加、解扰处理的功能，在QPSK时还要进行并/串和串/并转换。在SS单元，还要对发射功率和分集
