无线局域网(WLAN)设计与实现.ppt

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1、无线局域网（WLAN）设计与实现,无线局域网,无线网络分类,主要内容 无线局域网的基本概念、特点 无线局域网的组成 无线局域网的协议体系 物理层 MAC层 几种无线通信标准及其比较,什么是无线局域网？,以无线电波、激光、红外线等来代替有线局域网中的部分或全部传输媒介就构成了无线局域网 无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份,无线与有线的比较1,有线通信的开通必须架设电缆，或挖掘电缆沟或架设架空明线；而架设无线链路则无需架线挖沟，线路开通速度快。将所有成本和工程周期统筹考虑无线扩频的投资节省 一般有线通信的质量会随着线路的扩展而急剧下降，通过电话转接局

2、，则信号质量下降更快，到4、5公里左右已经无法传输高速率数据，或者会产生很高的误码率，速率级别明显降低；无线扩频通信方式，50公里内几乎没有影响，一般可提供从64K到2M的通信速率，误码率小于10-10有线通信受地势影响，不能任意铺设；而无线通信覆盖范围大，几乎不受地理环境限制,无线与有线的比较2,有线通信除电信部门外，其它单位没有在城区挖沟铺设电缆的权力；而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制 有线链路的维护需沿线路检查，出现故障时寻找故障点较麻烦，而无线扩频通信只需维护扩频电台，出现故障时则能快速找出原因，恢复线路正常运行 建设通信线路时一般需要备份，如果主备通道皆为有线线路，往往会存在相

3、关故障点。若一条有线中断，另外一条很可能由于整个电缆被挖断或被破坏、配线架损坏、转接局断电等原因，同时中断。如果有线通信线路利用无线扩频进行备份，当有线线路中断时，则可将通信链路切换到无线链路上，仍可保证通信线路的畅通,无线与有线的比较3,无线扩频通信可以迅速（数十分钟内）组建起通信链路，实现临时、应急、抗灾通信的目的，而有线通信则需要较长的时间 在安全性能方面，无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听(Anti-Aming)技术；而有线链路沿线均可能遭搭线窃听。结论：无线扩频通信在可靠性、可用性和抗毁性等很多方面超出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，更是体现出了其优越性。当然，

4、无论是选择有线还是无线通信手段，都应根据具体情况因地制宜，量体裁衣,无线局域网的特点,可移动性：提供了不受限制的应用，用户可以随时上网 容易安装：无需布线，大大节约建网时间 组网灵活，即插即用：网络管理人员可以迅速而容易地将它加入到现有的网络中运行，在某些环境下无线通信可能是唯一可行的通信方式 成本低：特别适合变化频繁的工作场合,无线局域网的组成1,无线工作站：便于移动的，但便携站在工作时其位置固定不变。无线接入点（AP）无线路由等提供无线和有线网络之间的桥接 1997年11月IEEE小组制定出无线局域网的协议标准802.11。,影响无线局域网传输的因素,无线网的应用1,室内应用 网中任意两个

5、终端可直接通信，无须中心站控制。结构简单，使用方便,无线网的应用2,延伸有线局域网 网中任意一台无线网络终端均可通过AP接入有线网络,无线网的应用3 漫游,用户可随意在两个基础结构网络中无线漫游，从而给移动办公带来了极大的方便,无线网的应用4,企业网 无线终端 笔记本电脑 台式机 PDA掌上电脑 条码型扫描仪,无线网的应用5,楼宇之间的网络互连 无线网桥：使用多个无线网桥将彼此分开的局域网连接在一起 高增益室外定向或者全向天线：对于室外远距离站点的无线网络互连需要配合使用高增益室外定向或者全向天线，定向天线可实现点对点连接，全向天线可实现点对多点的连接 避雷器：为确保雷雨天气时无线网络系统的正

6、常运行，需要使用避雷器装置 功率放大器：在一些情况下需要所有功率放大器来提高更远距离的覆盖，可以使用500mW的功率放大器 室外机箱：由于在室外进行点对点或者点对多点的连接，为了减少馈线的衰减以提高网络的传输性能和保护避雷器及功放，可以使用室外机箱将无线网桥、室外供点单元、避雷器及功放放置在其中,无线网的应用6,蓝牙技术,蓝牙技术（Bluetooth）是一种近距无线连接技术，其传输频段为2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速度和10m的传输距离。蓝牙技术缺点是过于昂贵，抗干扰能力弱，传输距离短等。,红外技术,红外技术IR(InfraRed)是指使用波长为850 950 nm的红外线在

7、室内传送数据。接入速率为12 Mbit/s。红外线系统优点 不受无线电干扰 邻近区域无干扰，可采用 不受国家无线电管理委员会的限制 视距传输检测和窃听困难，保密性好 红外线系统缺点 对非透明物体的透过性极差，传输距离受限 易受日光荧光灯等噪声干扰 半双工通信,无线局域网的协议体系,802.11 MAC 寻址，访问协调，帧校验序列生成和检查等802.11物理层 定义数据传输的信号特征和传输方法 三种传输技术：跳频，直接序列和红外,LLC：Logical Link ControlMAC：Medium Access Control,LLC：为上层提供统一的服务MAC：与接入各种传输介质有关的问题,8

8、02.11物理层,使用802.11的客户端设备不需要任何无线许可802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范 无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内，这个频段，在各个国际无线管理机构中，例如美国的USA，欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段 扩散频谱技术 保证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。802.11定义的传输速率是1Mbps和2Mbps，可以使用FHSS跳频序列扩频技术(frequency hopping spread spectrum)和DSSS直接序列扩频技术(d

9、irect sequence spread spectrum)技术,物理层标准,802.11b的增强物理层,802.11b的贡献：在物理层增加了两个新的速度：5.5Mbps和11Mbps 为了实现这个目标，DSSS被选作该标准的唯一的物理层传输技术，这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2M的802.11bps DSSS系统互操作 在802.11b标准中，采用了更先进的编码技术，抛弃了原有的11位Barker序列技术，而采用了CCK(Complementary Code Keying)，核心编码中有一个64个8位编码组成的集合,IEEE 802.11,制定 1997年7月IEEE 802

10、.11 标准，内容：基本的传输媒体配置问题 传输协议吞吐量 覆盖范围 802.11 的特性 保证了各个厂家产品的兼容性 功率管理：节能 用户漫游 通信安全,IEEE 802.11b,1999 年9 月正式通过支持11 Mbps速率 只支持直接序列(Direct Sequence)扩频 采用CCK 调制方式在与1 和2 Mbps DSSS相同的带宽下支持5.5 和11 Mbps速率 兼容性好，与1、2 Mbps DSSS 无缝兼容,IEEE 802.11b特点,速度 2.4GHz直接序列扩频 最大数据传输速率为11Mb/s 无须直线传播 动态速率转换 当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.

11、5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s 使用范围 在室外为300米，在办公环境中最长为100米,IEEE802.11a,频段：5GHz，无需许可证，在美国被称为UNII(Unlicensed National InformationInfrastructure)速率：654Mbps 802.11a与802.11b区别：802.11a与802.11b工作在不同的频段 它们可以MAC控制，802.11a更多的是物理层上不同的标准描述,IEEE802.11g,频段：2.4GHz 直接序列扩频DSSS 速率：最大数据传输速率为54Mb/s理论峰值吞吐量可以达到108Mb/s可以穿透墙壁和地板，更加高效的工

12、作（由于工作在2.4GHz频段内，公容易受到手机、微波炉等设备的干扰）,IEEE802.11n,采用无线网络需要解决的问题,必须支持高速突发数据业务 在室内使用时要解决包括多径衰落，相邻子网间串扰等问题 无线局域网必须克服的技术难点:可靠性 兼容性 数据速率 通信保密 移动性 节能管理 小型化低价格 电磁环境无线电频段的使用范围,前两章讲解内容到此结束，,第三章 无线局域网的组建与使用,本章主要内容：1、无线局域网的组建2、无线局域网常见问题,无线局域网物理层设计的关键技术主要是在采用的传输介质、频段、调制方式。,1跳频扩频,跳频扩频FHSS(Frequency Hopping Spread

13、Spectrum)是常用的扩频技术。使用2.4 GHz 的ISM 频段(即2.4000 2.4835 GHz)。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402 GHz，以后每隔1 MHz一个信道。每个信道可使用的带宽为1 MHz。当使用二元高斯移频键控GFSK时，基本接入速率为1 Mbit/s。当使用4元GFSK时，接入速率为2 Mbit/s。,2直接序列扩频,直接序列扩频DSSS(Direct SequenceSpread Spectrum)也使用2.4 GHz的ISM频段。当使用二元相对移相键控时，基本接入速率为1 Mbit/s。当使用4元相对移相键控时，接入速率为2 Mbi

14、t/s。,3.OFDM技术,1、OFDM技术既有调制技术，又有复用技术2、这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，常常被用在外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质汇总。OFDM使用的关键技术：1）时域和频域同步2）信道估计3）信道编码和交织4）减低峰均功率比5）均衡OFDM的优点（P51最后一段）,4.MIMO,点击下面连接查看mimo介绍及应用产品,5.RTS/CTS(P63),特点：能够避免冲突 使用RTS帧和CTS帧使得整个网络的效率有所下降，但这两种控制帧长度较短（20和14B）。若不使用则一旦发生冲突导致数据帧重发，则浪费的时间就更多 使用RTS/CTS方案 一直使用，如大文件传

15、输 仅当数据帧的长度超过某一数值时才使用 不使用,CSMA/CA(P58),802.11采用载波侦听多点接入/冲突避免CSMA/CA协议 载波侦听：查看介质是否空闲 冲突避免：通过对信道进行预约和随机的时间等待,使信号冲突发生的概率减到最小 MAC层的ACK：稳定系统一旦遭受其他噪声干扰，或者侦听失败时，信号冲突就可能发生，工作于MAC层的ACK能提供快速的恢复能力,隐蔽站,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem)A的作用范围 C的作用范围,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，结果发生碰撞。,暴露站,其实

16、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(exposed station problem),B向A发送数据,C检测到媒体上有信号,而C又想和D通信。于是就不敢向D发送数据。,802.11的MAC协议,为解决隐蔽站带来的碰撞问题，允许要发送数据的站对信道进行预约。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(Request To Send)，包括源地址、目的地址和这次通信(包括相应的确认帧)所需的持续时间。若媒体空闲，则目的站B就发送一个响应控制帧，叫做允许发送CTS(Clear To Send),本章其他内容自学,第四章 无线局域网设备及附件,第五章 无线局域网拓

17、扑,点对点方式,无线局域网拓扑,点对多点方式,无线局域网拓扑,无线网系统,无线局域网的组成2,无线局域网分为两大类: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,有固定基础设施的无线局域网1,802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS(Basic Service Set)。一个BSS所覆盖的地理范围叫作一个基本服务区BSA(Basic Service Area)。基本服务集中的基站接入点AP(Access Point)。一个基本服务集BSS可以是孤立的，也可通过AP连接到一个主干分配系统DS(Distribution System)，然后再接入到另一个BSS，构成扩展

18、的服务集ESS。,有固定基础设施的无线局域网2,BSS：Basic Service Set 无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成，采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务集（BSS）对等工作方式 任意两站点可以通信，无需中转站转接 结构简单，使用方便 覆盖区域较小,有固定基础设施的无线局域网3,有中心拓扑（集中控制方式）每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信 BSS区域较大 信道利用率大大提高，网络的吞吐性能优于对等方式 对中心站的依赖性较高，抗毁性差 所建中心站的费用较昂贵 随着网络中用户数的增多，中心站的负载将加

19、重,有固定基础设施的无线局域网4,扩展服务集ESS Extended Service Set 将无线和有线结合起来使用,无固定基础设施的无线局域网,又叫作自组网络(ad hoc network)自组网络没有基本服务集中的接入点AP 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。移动自组网络也就是移动分组无线电网络。,图：自组网络,接入点AP的覆盖范围,隐蔽站,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hidden station problem)A的作用范围 C的作用范围,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，结果发生碰撞。,暴露站,其实B向A发

20、送数据并不影响C向D发送数据这就是暴露站问题(exposed station problem),B向A发送数据,C检测到媒体上有信号,而C又想和D通信。于是就不敢向D发送数据。,暴露站问题,B向A发送数据，而C想和D通信，但C检测到媒体上有信号，于是不向D发送数据 实际上，B向A发送数据并不影响C向D发送数据，这是暴露站问题 在无线局域网中，在不发生干扰的前提下，可允许多个工作站进行通信，与CSMA/CD最大的区别,隐蔽站问题1,隐蔽站问题 基站A向基站B发送信息，基站C未侦测到A也向B发送，故A和C同时将信号发送至B，引起信号冲突，最终导致发送至B的信号都丢失 采用RTS/CTS协议解决,隐

21、蔽站问题2,RTS/CTS RTS：Request To Send 请求发送 CTS：Clear to Send 允许发送 A向B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时“按兵不动”A向B发送数据 B接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧 所有基站重新可以平等侦听、竞争信道,隐蔽站问题3,站A可以和站B 正常通信，A向B发送RTS，B回送CTS，这时：站C可以接收站A的RTS 帧，收不到站B的CTS帧，C可以发送自己的数据而不干扰B 站D可以接收站B的CTS 帧，收不到站A的RTS帧，在B发送时间内不会发送数据，不会干扰B接收A发来的数据 站E可以接收站A的RTS 帧和站B的CTS帧，不能发送,