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1、1,第五章 无线局域网,WLAN概述WLAN调制解调技术扩频通信技术WLAN协议宽带无线蓝牙技术,2,5.1 无线局域网(WLAN)简介,WLAN（Wireless Local Area Network）是指利用RF（Radio Frequency）或IR（Infrared Ray）等无线互连方式，构建起来的局域网。WLAN provides all the features and benefits of traditional LAN technologies such as Ethernet and Token Ring,but without the limitations of wi
2、res or cables.WLANs redefine the way the industry views LANs.Connectivity no longer implies attachment.An infrastructure need not be buried in the ground or hidden behind walls.An infrastructure can be moved and changed based on the needs of an organization.,3,红外技术IR(InfraRed),红外技术是指使用波长为850-950nm的红
3、外线在室内传输数据。比起无线电波，红外线的安全性更强，性能更好。这样局域网更加安全可靠，因为在房间或建筑物内，红外线无法穿过诸如墙壁之类的不透明物，这可以保护数据信号。一般的噪声源，如微波炉和无线电接收器也不会干扰红外线信号。在性能方面，红外线具有较大的带宽，可以实现数据的高速传输。然而，由于自身覆盖区域的限制，红外线并不像无线电波那样可用于较大范围的移动连接。,4,wireless LAN,WLAN,just like a LAN,requires a physical medium through which transmission signals pass.Instead of usi
4、ng twisted-pair or fiber-optic cable,WLANs use infrared light(IR)or radio frequencies(RFs).The use of RF is far more popular for its longer range,higher bandwidth,and wider coverage.WLANs use the 2.4-gigahertz(GHz)and 5-GHz frequency bands.These portions of the RF spectrum are reserved in most of th
5、e world for unlicensed devices.Wireless networking provides the freedom and flexibility to operate within buildings and between buildings.,5,No more wires?,Wireless systems are not completely wireless.Wireless devices are just one part of the traditional wired LAN.These wireless systems,designed and
6、 constructed using standard microprocessors and digital circuits（infrared interface）,connect to traditional wired LAN systems.Furthermore,wireless devices must be powered to provide energy to encode,decode,compress,decompress,transmit,and receive wireless signals.,6,Benefits of WLANs,7,Requirments o
7、f WLAN technology,ReliablitySecrecyCompatibilityData transmission rateRange of frequency bandsMobilityEconomyMinitype,8,wireless standards and certifications,9,WLAN物理结构原理拓扑图,10,用户层是WLAN 业务的享用层，主要的设备是安装有无线网卡或读卡器的PDA 和便携机等移动终端设备，以及台式机。接入层解决无线接入和连接有线网络设施的问题，主要的设备是用于无线连接的AP（Access Point，无线接入点），AP 通过L2 设
8、备（如：LanSwitch或DSLAM）连接上层边缘汇聚层。边缘汇聚层主要解决WLAN 用户的接入认证、计费、QoS 等的控制，主要设备称为AC（Access Controller，接入控制点）。业务控制层提供用户鉴权网关，可以是RADIUS 服务器或者是AS（Authentication Server）。RADIUS 可独立完成通用的用户的认证（如WEB 认证、EAP-MD5认证）；AS 则提供了基于移动网络原有设备和用户资源的多种认证方式（EAP-SIM 认证、OTP 认证等）。管理层提供设备管理和用户业务管理两种功能，主要的设备是设备网管平台和Portal、APP Server 等业务生
9、成和下发平台。,11,5.2 WLAN的调制解调技术,DBPSKDQPSKFSKQAMCCKPBCCOFDM,12,QAM（正交幅度调制）,QAM是利用正交载波对两路信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的，通常有4、16、64QAM，对应到空间信号矢量端点图上，分别有4、16、64个端点。QAM的已调波可由每个正交通道上的调幅信号组合而成，矢量端点不在一个圆上，解调时，相邻的已调波矢量容易区分，误码率低。QAM是既调幅又调相的方式。频带利用率比较高，在频带受限的情况下是一种很有发展前景的调制方法。,13,CCK（补偿编码键控）,CCK是WLAN标准IEEE802.11b种采用的一种先进的编码技术
10、。其实质是利用了CDMA的方法。,14,PBCC（分组二进制卷积编码）,PBCC是IEEE802.11b、IEEE802.11g规定的可选调制方式。在PBCC调制时，经过扰码后的数据进行BBC，然后映射到BPSK或QPSK调制的电群图上，映射规则由映射序列决定，最后再进行BPSK或QPSK调制。,15,OFDM（正交频分多路复用）,Currently the 802.11a and 802.11g standards,operating up to 54 Mbps,use OFDM.OFDM limits the crosstalk（串话）or interference of transmit
11、ting channels.OFDM is used in European digital audio broadcast services.OFDM allows more speed.OFDM does not give up distance.In fact it facilitates longer distance capability.OFDM does require more processing power in the radio.Frequency and Phase modulation.,16,5.3 Spread spectrum technique,Spread
12、 spectrum is a modulation technique that was developed in the 1940s.It spreads a transmission signal over a broad range of radio frequencies.This technique is ideal for data communications because it is less susceptible(易受影响的)to radio noise and creates little interference.,17,扩频通信的作用,提高系统抗干扰能力提高频谱利用
13、率误码率低可以实现cdma抗多径干扰精确定时和测距,18,扩频通信,扩频通信的4种实现方法。1直接序列 DSSS2跳频扩频 FH3跳时扩频TH4宽带线性调频Chirp,19,直接序列 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum),DSSS是一种重要的扩频 技术。它也使用2.4GHz的ISM频段。,20,跳频扩频 FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）,FHSS是扩频 技术中最常用的一种。它使用2.4GHz的ISM频段（2.40002.4835 GHz）。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后
14、每隔1MHz一个信道。因此每个信道可使用的带宽为1MHz。,21,5.4 WLAN协议,802.11物理层802.11子层协议802.11帧格式802.11服务,22,802.11的物理层,五种传送技术：（1）红外方法（2）FHSS（3）DSSS（4）OFDM（5）HR-DSSS,23,802.11的MAC子层,由于无线局域网有其自身的特点,因此不能简单的使用有线局域网的协议。,C,A向B发送数据。由于C收不到A发送的信号，就错误的以为网络上没有人发送数据，因而向B发送数据。结果B同时收到A和C发来的数据，发生了冲突。可见在无线局域网中，在发送数据前未检测到介质上有别的信号还不能保证发送能够成
15、功。这种未能检测到介质上已存在的信号的问题叫做隐藏结点问题。另一种情况，B向A 发送数据，而C又想和D通信。但C检测到介质上有信号,于是就不向D发数据。其实，B向A 发送数据并不影响C向D 发送数据。,24,这就是暴露结点问题。在无线局域网中，在不发生干扰的情况下，可允许同时多个结点进行通信。这点与总线式局域网有很大的差别。然而无线信道由于传输条件特殊，造成信号强度的动态范围非常大。这就使发送结点无法使用冲突检测的方法来确定是否发生了冲突。因此无线局域网不能使用CSMA/CD（检测），而只能使用CSMA。为提高CSMA的效率，802.11使用了CSMA/CA。(载波侦听多路访问/冲突避免),2
16、5,802.11的MAC子层,为了尽量减少冲突，802.11标准精心设计了它的MAC子层。它又分为两个子层，其结构如图,点式协调功能PCF(可选)使用集中控制的接入算法，一般在接入点实现集中控制，用类似于轮询的方法将发送数据轮流权交给各个站，从而避免了冲突的产生。它适宜于对时间敏感的业务，如分组语音等。它向上层提供无竞争服务。分布式协调功能DCF DCF在每个结点使用CSMA技术的分布式接入算法，让各站通过竞争信道来获取发送权，它向上提供竞争式服务。为提高CSMA的效率，802.11使用了CSMA/CA。为了尽量避免冲突，802.11标准给出了不同的帧间间隔IFS，它们长短各不相同。,26,C
17、SMA/CA,CSMA/CA这种协议实际上就是在发送数据帧之前，先对信道进行预约。,其原理可用图来说明。A向B发数据之前，先向B发一个请求发送帧RTS。在RTS帧中说明将要发送的数据帧的长度。B收到RTS帧后就向A响应一个允许发送帧CTS。在CTS帧中也附上A欲发的数据帧的长度。A收到CTS帧后就可发送其发送帧了。,27,A和B附近的结点会做出什么反应,C处于A的传输范围内，但不在B的传输范围内。因此C能够收到A发送的RTS，但经过一小段时间后，C不会收到B发送的CTS。这样，在A向B发送数据时，C也可以发送自己的数据而不会干扰B。再观察D，D收不到A发的RTS，但能收到B发的CTS。因此D在
18、B发送数据帧的时间内不发送数据，因而不会干扰B接收A发来的数据。E能收到RTS和CTS，因此E在A发送数据帧的整个过程中不能发送数据。？虽然协议经过精心设计,但冲突仍然会发生.例如,B和C同时向A发送RTS。这时，B和C像以太网发生冲突那样，各自推迟一段时间后重新发送其RTS。推迟时间的算法也是使用二进制指数退避算法。,28,分布式系统,无线网的特点：结点可移动、部分连通性结点的特点：有些结点允许漫游，有些结点连接到一个有线网络基础结构。后者称为访问点（Access Points,AP），并且这些结点是通过一个所谓的分布式系统彼此连接的。,例,30,结点如何选择AP,选择AP的技术称为主动扫描
19、，它包含以下4步：结点发送一个Probe(探测帧)。所有可达的AP用一个Probe Response(探测响应)帧应答。结点从中选择一个访问点，并向那个AP发送一个Association Request(相关请求)帧。该AP用一个Association Response(相关响应)帧应答。,31,集中式和分布式同时运行,这种方法详细定义了4种帧间时间间隔，一帧发送之后，其他站发送数据之间，留有一定量的暂停时间间隔。这4种时间间隔每一个都有特定用途。(1)SIFS(2)PIFS(3)DIFS(4)EIFS,32,802.11帧格式,33,802.11服务,9种服务：5种分布服务和4种站点服务5种
20、分布服务：（1）建立连接（2）拆除连接（3）重新连接（4）分布（5）综合4种站点服务：（1）认证（2）脱离验证（3）保密服务（4）数据提交,34,5.宽带无线,802。16协议802。16物理层802。16MAC子层801。16帧格式,35,5.6 蓝牙（Bluetooth）,1998年5月，五家世界著名的大公司爱立信（Ericsson）、诺基亚（Nokia）、东芝（Toshiba）、国际商用机器公司（IBM）和英特尔（Intel）联手推出了蓝牙(Bluetooth)计划。这五家公司包含了两家著名的移动通信制造公司、两家著名的便携式计算机制造公司和一家在芯片技术和数字信号处理（DSP）技术上领
21、先的公司。,36,什么是蓝牙,蓝牙(B1uetooth)含义：狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备同样会让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧密结合在一起。由于狼牙在月光下会发出蓝光，“蓝牙”由此得名。蓝牙技术实质：一种短距离无线通信标准蓝牙技术内容：要建立通用的无线电空中接口（radioairinterface）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能（interoperability）。,37,蓝牙技术目的,使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之
22、间在近距离内实现无缝的资源共享。它利用短程无线链路取代专用电缆，不但免去相互之间连接的麻烦，而且便于人们在室内或户外流动操作。它的基带技术可以支持分组数据和话音两种类型的链路。蓝牙技术的独特优点之一是不需要特意建立或激活，它总存在于背景之中，随时准备在任何需要的时候开始工作。试想一下，假如你正面对一部笔记本电脑参加视频会议，突然光标开始闪烁，一封新的电子邮件展现在你的眼前，而此时计算机并没有与任何设备用电缆相连，移动电话依然在你的公文包口袋中，这该是多么愉快的事情。,38,蓝牙技术的关键,蓝牙技术的关键是 极小的蓝牙晶片，它是一种比邮票还小的无线电收发装置，将其分别安装在信息处理设备和移动电话中，就能自动通过智能模式互通，自动同步交换高速数据信息，不需要使用任何连线与插头。实质上，它是将计算机的串行口、并行口和视频口的功能合并到一个无线链路上加以实现。蓝牙无线技术是 一种技术规范。它专门为小范围内的移动设备通讯而设计的。从功能上来说，蓝牙就和一个电缆差不多。关键的不同是，蓝牙使用无线信号将各个设备联系在一起，而不是电缆。从这种意义上来说，蓝牙是一种“使能”技术，而不是一种应用。这种技术最振奋人心的地方就是消除了现在连接各种设备之间所使用的电缆。,
