无线局域网(三).ppt
2023年3月27日,3.1 引言3.2 无线局域网的组成 3.2.1 概述 3.2.2 单小区自组无线局域网（IBSS网络）3.2.3 多小区无线局域网（ESS网络）3.3 无线局域网中站的管理3.4 无线局域网的协议体系 3.4.1 无线局域网协议层次 3.4.2 无线局域网的MAC协议 3.4.3 无线局域网的物理层协议3.5 无线局域网协议的基本功能要求,2023年3月27日,3.1 引言,无线局域网是以无线电波或红外线等无线传输媒体为通信介质的局部区域计算机网络。无线局域网与有线计算机局域网络的主要区别在于其传输媒体以及与之有关的媒体访问控制（MAC）协议。,IEEE802.11 委员会把独立使用的无线局域网称作自组无线局域网（Adhoc Network），把若干自组无线局域网通过接入点AP（Access Point）与有线网互连使用的无线局域网称作多区无线局域网（Infrastructure Network）。,本章内容：无线局域网的结构组成与协议体系 无线局域网中站的管理 无线局域网主要功能,2023年3月27日,3.2 无线局域网的组成,3.2.1 概述,所有网中的设备都称做站。除了互联使用的无线局域网中的AP是一个特殊的站（固定的）外，其它站都是用户站，它们可以是台式计算机、便携式计算机或其它智能终端设备。按照站的移动性划分，无线局域网中的站可以分为三种：移动站：经常在行进中开机和使用。半移动站：经常改变使用场所，但行进中不使用。固定站：很少改变使用场所，即使改变使用场所时，不在行进中开机或使用。,2023年3月27日,3.2 无线局域网的组成,3.2.1 概述,图3.1 无线局域网的组成示意图,每一个小区称作一个基本服务区（BSA），区内的构件称为基本服务集（BSS）。,若干个通过有线骨干网桥接的基本服务区（BSA）构成一个扩展服务区（ESA），ESA内的构件称为扩展服务集（ESS）。,2023年3月27日,3.2 无线局域网的组成,3.2.2单小区自组无线局域网（IBSS网络）,IBSS 称为独立基本服务集,BSA是构成无线局域网的最小单元，类似于蜂窝电话网的小区，其组网构成方式有以下三种：无中心分布对等方式 有中心集中控制方式 混合方式,一.BSA组网构成方式,2023年3月27日,3.2.2单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,图3.2 三种BSA组网方式信号传输与区域覆盖示意图(a)无中心分布对等组网方式,在分布式对等组网方式无需设中心转接站。BSA中任意两点可直接通信，MAC控制功能由各站分布式管理。选用CSMA/CA，网上各站点共享一个无线广播信道。,在分布式对等组网方式特点是结构简单，建网容易，维护方便，且由于采用分布式控制，某一站点的故障不会影响整个BSA中其它站的运行。,2023年3月27日,3.2.2单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,图3.2 三种BSA组网方式信号传输与区域覆盖示意图(b)有中心集中控制组网方式,在集中控制组网方式下，由于信道资源的分配、MAC控制都采用集中控制方式，中心站可根据网内业务量的具体情况改变控制策略及参数，使网络性能（吞吐量、延迟等）趋于最佳，信道利用率可大大提高。,另外，该方式下的中心站还起信号中继作用，可有效延长网内移动站间的通信距离。这种方式的主要缺点是中心站的引入使得BSA结构复杂，且中心站的故障会导致全网工作瘫痪。,在集中控制组网方式下，BSA内须设置一个中心控制站点来完成MAC控制及信道分配等功能。网中的各站点在中心站点的协调下与其它站点通信。,2023年3月27日,3.2.2单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,图3.2 三种BSA组网方式信号传输与区域覆盖示意图(c)混合组网方式,混合组网方式是分布式与集中式的结合方式。该方式下，BSA中任两站之间仍能直接通信。网内设有中心站，但该中心站仅用来完成特定情况下的管理及部分无线信道的资源分配控制。,2023年3月27日,3.2.2单小区自组无线局域网（IBSS网络）,二.BSA通信覆盖范围,单小区无线局域网络的服务区域覆盖（BSA区域直径）由站的无线收发机通信辐射信号确定的通信距离决定。设任一站的有效无线通信距离为L，则 无中心分布对等组网方式下要求任BSA内任两站可直接通信，则BSA覆盖区域为半径为L/2的圆形区。有中心集中控制组网方式下，由于中心站的中继转接作用，若设置中心站在BSA中心，则BSA区域为半径为L的圆形区。混合方式下，尽管设置中心站，但由于仍要求BSA内任意两站可直接通信，故该方式下BSA覆盖区域和无中心分布对等组网方式一样，为半径为L/2的圆形区。,2023年3月27日,3.2 无线局域网的组成,3.2.3多小区无线局域网（ESS网络）,图3.3 ESS网络结构示意图,若干个独立结构的BSS网络经接入点AP通过有线骨干网与其它BSS网络相连，便构成多小区的无线局域网络，即ESS网络。扩大了通信范围，通信距离可达到几km。,部分重叠BSS：这类配置在一个已定义区域内提供邻接覆盖。自然分离BSS：对这种情况，配置不提供邻接覆盖。IEEE802.11没有指定BSS间距离的限制。自然配置BSS：这对于提供一个冗余的或高操作性的网络是必要的。,2023年3月27日,3.2.3多小区无线局域网（ESS网络）,一.同一逻辑网段的多小区无线局域网,图3.4 同一逻辑网段上两BSA构成的 多小区无线局域网(ESS网络),IEEE802.11标准支持同一逻辑网段上若干BSA构成的多小区无线局域网(ESS网络)。既是说在多个BSA构成的ESA区域内，站可以任意移动。,当BSA1中的移动站MS11、MS12和MS13当移动到AP2所在小区BSA2时（这种移动常称为“散步”），仍和在原来小区一样，保持与整个网络的联系，且不失透明性。对散步的处理，主要是一个越区切换问题，AP负责来完成。,散步,2023年3月27日,3.2.3 多小区无线局域网（ESS网络）,二.不同逻辑网段的多小区无线连网,一个BSA内的移动站移动到另一个BSA时，由于跨越了不同的IP子网，仅仅靠AP的越区切换是远远不够的，这种移动常称为“漫游”。,“漫游”涉及到IP子网间的数据交换，需要更高层次（网络层）的处理，一般还须有类似有线网路由器的漫游管理路由器（RSR）。,图3.5 不同逻辑网段上两BSA互联构成的 多小区无线局域网(ESS网络),漫游,2023年3月27日,3.2.3 多小区无线局域网（ESS网络）,三.BSA间的干扰及解决方法,使用无线传输媒体，某一BSA内设备所发出的无线信号会辐射出其覆盖区，对其他BSA的信号形成干扰。通常用信道分割方法，如频分多址（FDMA）或码分多址（CDMA）来解决BSA干扰问题。,频分多址 频分多址是把整个无线局域网可用的射频频段划分成若 干子频段，每个子频段对应一个射频信道，而一个BSA 仅使用其中的一个射频信道。如图3.6(a)所示。,码分多址 码分多址利用扩展频谱时所采用的不同伪随机码来区分 不同的信道。由于伪随机码具有良好的自相关特性，每 个BSA可使用与其它BSA不同的伪随机码来完成本BSA 内的通信。在这种方式下，不同BSA可共用一个宽带射 频频段。如图3.6(b)所示。,2023年3月27日,3.2.3 多小区无线局域网（ESS网络）,三.BSA间的干扰及解决方法,图3.6 防止BSA间信号干扰的两种信道分割方式,2023年3月27日,3.2.3 多小区无线局域网（ESS网络）,三.BSA间的干扰及解决方法,图3.7 无线局域网（WLAN）BSA蜂窝结构示意图,为了防止相邻BSA间的干扰，至少需要一组分割开的7个信道。因为任何一个BSA的邻接小区BSA有6个。为了进一步减低BSA干扰的影响，可能需要19个或27个信道。,2023年3月27日,3.3 无线局域网中站的管理,WLAN中的站点可以分为固定站点、半移动站点、移动站点三类。,站的管理包括：登录管理、认证管理及移动管理。,2023年3月27日,3.3 无线局域网中站的管理,一站的登录管理 当某一站点开机时，首先应找到自己所在的 BSA，向该BSA的AP 登录，并获得该BSA的相 关信息。当该站点移动到另一个 BSA 时，应向 新的BSA中的AP重新登录，同时新BSA的AP应 把该站点的移动信息通知原BSA中的AP。,二站的认证管理 在支持移动的网络中，认证管理是网络安全所 必须的，通常只有办理过入网手续的用户才可接 入网络。,三站的移动管理 支持移动的网络要对站点的移动情况进行管理。当某站点在多个BSA间移动，而这些BSA通过有线骨干网构成同一逻辑网段的ESA，这时的移动（散步）管理较为简单，只需解决越区切换；但如果这些BSA分属不同的IP子网时，移动（漫游）管理将变得十分复杂，因为跨越子网的移动要由网络层处理。这种管理目前不在IEEE802.11标准规定的范围内。,2023年3月27日,3.4 无线局域网的协议体系,3.4.1 无线局域网协议层次,IEEE802.11,图3.8 无线局域网的协议层次,IEEE802.11委员会提出了无线局域网的协议体系。和其它IEEE802系列局域网标准一样，它对OSI七层网络模式中的链路层层以上未作具体规定，而只定义了媒体访问控制（MAC）和物理（PHY）两个层次。,2023年3月27日,3.4 无线局域网的协议体系,3.4.2 无线局域网的MAC协议,无线局域网(WLAN)的MAC协议的主要功能和操作基本原理原则上与有线局域网没有什么本质区别。由于所采用的传输媒体不同，而媒体访问控制（MAC）不能不和媒体有关。无线局域网(WLAN)的MAC协议必须考虑与所用无线传媒相关的一些特定问题，使得在与信道有关的差错控制、解决隐藏终端等方面有别于有线局域网。另外，无线局域网(WLAN)的MAC协议在网络业务功能、网络安全机制以及协议的具体操作上都比原有的有线局域网MAC协议有较大的改进。关于无线局域网(WLAN)的MAC协议的详细讨论在第五章进行。,2023年3月27日,3.4 无线局域网的协议体系,3.4.3 无线局域网的物理层协议,一.无线电波传输媒体,窄带调制方式 无线局域网在这种方式下使用亚微波(1GHz3GHz)和 亚毫米波(10GHz30GHz)波段。使用亚微波可做到几百 Kb/s 到本 10Mb/s的数据传输速率，使用亚毫米波时的数 据传输速率可达 10Mb/s 以上。前者的通信距离可达 100 米以上，后者只能在几十米内视距传播，且成本较高。二者的使用都须向无线电管理部门申请许可。,扩展频谱方式 扩展频谱分直接序列扩展频谱（DS）和跳频（FH）、跳时（TH）及混合（如DS/FH）扩展频谱等几种。IEEE802.11标准推荐了全球通用的2.4GHz ISM波段，并对直接序列扩展频谱（DS）和跳频（FH）物理层 作了详细的规定（见第七章）。无须向无线电管理部 门申请许可。,2023年3月27日,3.4 无线局域网的协议体系,3.4.3 无线局域网的物理层协议,二红外线传输媒体,散射波束红外线 散射波束红外线用多个发光管做成红外线光发射器，用多个检测管做成红外线光接收器，可无定向地覆盖 一圆形区域。可以在直径50米以内的无线局域网中使 用。,指向波束红外线 指向波束红外线常用来作无线点到点信号中继使用，中继距离可达到50米以上。关于无线局域网(WLAN)的红外线传输媒体物理层协 议的详细讨论在第七章。,红外线只能以视距传播，且对非透明物体的穿透能力极差。由于其使用无须向无线电管理部门申请许可，因此也被IEEE802.11所推荐。,2023年3月27日,3.5 无线局域网协议的基本功能要求,一.物理层支持1.支持各种不同无线传输媒体(亚微波、亚毫米波无线 电波，红外线等)；2.支持各种不同的调制方式(窄带调制、扩展频谱等)；3.数据传输速率1Mb/s20Mb/s(新标准可达56Mb/s)；4.传输误码率 Pe 10-8。红外线传输媒体,二.MAC层支持 1.支持平均传输延迟尽量小的突发性异步传输业务；2.支持有限最大帧传输延迟的同步或时限传输业务；3.协议在不同的BSA及ESA是一致的。,三.站及站的移动性支持1.支持固定站、半移动站和移动站；2.支持移动速度为步行与缓慢行驶(不大于10km/h)；3.移动过程中的越区切换对用户是完全透明的。,四.扩展性及与其它网络的互联支持1.BSA构成简单方便，若干个BSA可方便地扩展为 ESA；2.与现有LAN相兼容，可通过路由器容易地与LAN 及WAN互联。,五.网络安全与通信保密 1.具有严格的认证机制，禁止非法用户入网；2.在物理及以上层次上有数据保密措施；3.具备抗人为电磁波干扰的能力。,六.降低功耗的电源管理1.移动用户设备有尽可能低的功率消耗；2.支持半睡眠、睡眠工作模式等节能控制机制。,七.使用方便1.建网容易，用户站安装灵活、自由，移动操作对 用户透明；2.用户无须向无线电管理部门申请频段的许可等。,2023年3月27日,本章结束,
