无线局域网设计与实现.ppt

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1、无线局域网设计与实现,1.1 无线网络,无线网络是利用无线电射频（Radio FrequencyRF）或红外线（InfraredIR）等无线传输媒体与技术构成的通信网络系统。,第一章 概述,1.1.1 无线网络基本概念,无线个人网（WPAN）无线个人网主要用于个人用户工作空间，典型 距离覆盖几米，可 以与计算机同步传输文件，访问本地外设。目前主要技术包括蓝 牙（Bluetooth）和红外（IrDA）。,无线局域网（WLAN）而无线局域网主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米。目前主要技术为802.11系列。传输速率达到中高2-54Mbps。,无线LAN-to-LAN

2、网桥 无线LAN-to-LAN网桥主要用于大楼之间的连网 通信，典型距离可 达几公里。许多无线网桥采用802.11b技术。,无线城域网(WMAN)和无线广域网（WWAN）无线城域网和广域网覆盖城域和广域环境，目前多采用CDPD（蜂窝数字式分组数据交换网络）等技术，主要用于Internet/E-mail访问，但提供的带宽低很多。,1.1.2 各种无线网络技术定位,无线电波划分为许多频段，分配给广播、电视、移动电话等使用，并且需要国家的无线电管理委员会批准。无线局域网选择的是ISM频段。,1.1.3 无线网络所采用的频段,1.1.3 无线网络所采用的频段,无线局域网（IEEE802.11,802.

3、11b,802.11g）使用的频段2.4000-2.4835GHz的频段，实际上只有83.5MHz。,家用无绳电话和无线监控系统,红外线电磁频谱在可见光和微波之间不受无线电波干扰且使用不会被无线电管理委员会限制。传输受距离影响很大并且穿透能力很差。,1.1.3 无线网络所采用的频段,IEEE 802.15 WPAN工作组负责制定无线个人网WPAN的通信标准。,1.2 短程无线网络的标准,IEEE 802.15下面有几个分标准：802.15.1为BlueTeeth（蓝牙）802.15.4为低数据传输率的WPAN,1.2.1 Bluetooth技术,蓝牙是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其

4、传输频段为2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。蓝牙协议的标准为IEEE802.15.1，新版IEEE802.15.1a具备一定的QOS，并完整 保持后向兼容性。,缺点：过于昂贵，芯片大小和价格难以下调传输距离太短信息安全问题抗干扰能力不强,1.2.2 Zigbee技术,主要用于近距离无线连接。它依据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。802.15.4强调的就是省电、简单、成本又低的规格。802.15.4的物理层（PHY）采用直接序列展频技术。Zigbee采用2.4GHz频段，和跳频技术。相对于蓝牙，它的设备更简单，速度更慢

5、，功率及费用更低但距离稍微长一些。,ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。,数据传输速率低：10KB/秒250KB/秒功耗低：两节普通5号电池可使用624个月 成本低：数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本 网络容量大：255个设备时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。安全：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）,各个应用可灵活确定其安全属性。有效范围小：有效覆盖范围1075米，具体依据实际发射功率大小和各种不同的应用模式

6、而定。工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段。,Zigbee优点,低速无线设备,工业、农业和商业,消费电子,个人健康监护,玩具和游戏,家庭自动化,PC 机的外围设备,ZigBee适应的应用场合,1.3 无线局域网,无线局域网（Wireless Local Area NetworkWLAN）是利用无线媒体构成的局部区域网络。按照国际相关标准，目前的无线局域网产品的单小区（CELL）覆盖直径在几十米到二、三百米（特殊情况下加功率放大和外接天线可增大覆盖范围）。,1.3.1 无线局域网优点,1 无需布线2 安装和维护成本低3 移动性

7、强（搬迁，AP）4 扩充性性强，出现网络瓶颈时，只需要增加一个接入点5 无需增加任何租用费用，只需要架设天线等一次性投资6 安全性（DSSS直接扩频传输和补偿编码键控调制编码技术，抗射频干扰强）,1.3.2 无线局域网的组成,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。,概述,1.3.2 无线

8、局域网的组成,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）。,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,单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,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

9、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。,单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,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

10、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。,单小区自组无线局域网（IBSS网络）,一.BSA组网构成方式,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。,单小

11、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。,多小区无线局域网（ESS网络）,一.同一逻辑网段的多小

12、区无线局域网,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,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

13、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）。,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,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

14、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。,多小区无线局域网（ESS网络）,三.BSA间的干扰及解决方法,防止BSA间信号干扰的两种信道分割方式,多小区无线局域网（ESS网络）,三.BSA间的干扰及解决方法,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。,