1、1數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)（第 4 版）楊心強 陳國友編著電子工業(yè)出版社 2012 年 5 月2課件制作人聲明q本課件是數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)(第4版)的教輔材料，共12個 Powerpoint 文件(每章一個)。任課教師可根據(jù)教學(xué)的實際需要，自行修改或增刪其內(nèi)容，但不能自行出版銷售。q對于課件中存在的缺點和錯誤，歡迎讀者提出寶貴意見，以便及時修訂。 課件制作人 楊心強 2012年5月3數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)第 10 章無線網(wǎng)絡(luò)4第 10 章 無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)目的q 掌握無線局域網(wǎng)的基本概念，以及媒體接入控制機制q 了解無線個域網(wǎng)的概念和標(biāo)準(zhǔn)q 了解無線城域網(wǎng)的概念和標(biāo)準(zhǔn)q 了解無線傳感器網(wǎng)和無線網(wǎng)格網(wǎng)的

2、概念和標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)內(nèi)容q 無線局域網(wǎng)q 無線個域網(wǎng)q 無線城域網(wǎng)q 其他無線網(wǎng)絡(luò)5第 10 章：內(nèi)容提綱10.1 無線局域網(wǎng)10.2 無線個域網(wǎng)10.3 無線城域網(wǎng)10.4 其他無線網(wǎng)絡(luò)610.1 無線局域網(wǎng)10.1.1 無線局域網(wǎng)概述q無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Area Network)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒體，利用電磁波完成數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)功能的局域網(wǎng)。q無線局域網(wǎng)問世之初，發(fā)展較慢。其原因是價格高、速率低、安全性差以及登記手續(xù)復(fù)雜。q20世紀(jì)80年代末以來，由于人們的工作和生活節(jié)奏加快以及移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展；

3、無線局域網(wǎng)能滿足安裝便捷、可移動、易擴展、高可靠和特殊聯(lián)網(wǎng)的需求，而且能覆蓋到很難布線的地區(qū)，起著傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)無法取代的補充作用。因此，無線局域網(wǎng)發(fā)展很快，開始進(jìn)入市場。710.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)1)q無線局域網(wǎng)可分為兩大類，一類是有固定基礎(chǔ)設(shè)施的，另一類是無固定基礎(chǔ)設(shè)施的。所謂“固定基礎(chǔ)設(shè)施”是指預(yù)先建立的、能覆蓋一定地理范圍的一批固定基站。q無線局域網(wǎng)的兩種站：便攜站和移動站 相同點：便攜站和移動站都是可以移動的。 不同點：便攜站工作時的位置是固定不變的，而移動站(電池供電)不僅可移動，而且可以實現(xiàn)動中通。8802.11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)的最小模塊是基本服務(wù)集BSS(Basic

4、Service Set)?；痉?wù)集是由一個接入點（又稱基站）和若干個移動站組成。它類似于蜂窩小區(qū)。 10.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)2)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)分發(fā)系統(tǒng)擴展服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS入口部件入口部件局域網(wǎng)接入點(基站)移動站基本服務(wù)集BSS因特網(wǎng)910.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)3)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可以通過接入點AP(Access Point)連接到主干分發(fā)系統(tǒng)DS(Extended Service Set) 。AP的功能與網(wǎng)橋類似。本BSS內(nèi)的移動站可以相互通信，但與本BSS以外的移動站通信必須通過基站才能實現(xiàn)。分發(fā)系統(tǒng)擴展服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS入口部件

5、入口部件局域網(wǎng)接入點(基站)移動站基本服務(wù)集BSS因特網(wǎng)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)10擴展服務(wù)集ESS(Extended Service Set)是由兩個或多個基本服務(wù)集通過一個分發(fā)系統(tǒng)互連而成。擴展服務(wù)集可通過入口部件portal (其作用相當(dāng)于網(wǎng)橋)為無線用戶提供802.x局域網(wǎng)的接入。10.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)4)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)分發(fā)系統(tǒng)擴展服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS入口部件入口部件局域網(wǎng)接入點(基站)移動站基本服務(wù)集BSS因特網(wǎng)11三種類型的站：無轉(zhuǎn)移的站；BSS間轉(zhuǎn)移的站；ESS間轉(zhuǎn)移的站。轉(zhuǎn)移站可以從某一個BSS/ESS漫游到另一個BSS/ESS，而仍可保持與另一

6、轉(zhuǎn)移站保持通信。10.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)5)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)因特網(wǎng)分發(fā)系統(tǒng)擴展服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS入口部件入口部件局域網(wǎng)接入點(基站)移動站基本服務(wù)集BSS1210.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)6)移動站的漫游q802.11標(biāo)準(zhǔn)并沒有定義如何實現(xiàn)漫游，但定義了一些基本工具。 q移動站要加入到一個基本服務(wù)集BSS，必須先選擇一個接入點AP，并與它建立關(guān)聯(lián)(association)。關(guān)聯(lián)建立建立之后，該移動站就可以與選定的AP互相進(jìn)行對話。如果移動站使用重建關(guān)聯(lián)(reassociation)，這種關(guān)聯(lián)就可轉(zhuǎn)移到另一個接入點。使用分離(dissociation)則可終止這種關(guān)

7、聯(lián)。10.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)7)移動站的漫游(續(xù))q移動站與接入點建立關(guān)聯(lián)的方法有兩種：被動掃描，即移動站等待接收接入點周期性發(fā)出的信標(biāo)幀；主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀，然后等待從接入點發(fā)回的探測響應(yīng)幀。q現(xiàn)在許多地方(如機場、旅館等) 都向公眾提供了有償或無償?shù)腤LAM環(huán)境，同時提供Wi-Fi服務(wù)。凡能提供公眾無線接入的網(wǎng)點稱為熱點。由許多熱點和接入點AP連接起來構(gòu)成的區(qū)域稱為熱區(qū)。隨著無線信道使用的日趨廣泛，必然會出現(xiàn)無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者WISP。 131410.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)8)無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)BACDEA和D通信是經(jīng)過ABCD的存儲轉(zhuǎn)發(fā)它又稱自組網(wǎng)

8、絡(luò)(ad hoc network)。自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點AP， 而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站組成的臨時性通信網(wǎng)絡(luò)。1510.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)9)無線局域網(wǎng)采用的傳輸技術(shù) 技術(shù)性能紅外線擴頻窄帶微波漫射紅外線直接紅外線跳頻直接序列速率(Mb/s)14110132501020移動性固定/移動視距內(nèi)固定移動固定/移動范圍(m)15602530100302501040探測能力可忽略很小有一些波長和頻率：850950nm902928MHz2.42.4835GHz5.7255.85GHz902928MHz5.25.775GHz18.82519.205GHz調(diào)制技術(shù)ASKFSKQ

9、PSKFS/QPSK幅射能量1W25mW接入方式CSMA令牌環(huán)CSMACSMA保留ALOHA，CSMA要求許可證不需要不需要需要(除ISM外)1610.1.1 無線局域網(wǎng)概述(續(xù)10)移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景q在軍事領(lǐng)域中，攜帶移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。充分發(fā)揮分布式移動自組網(wǎng)生存性強的特點。 q在民用領(lǐng)域中，利用移動自組網(wǎng)可方便交換信息。當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時的通信往往很有效的。1710.1.2 IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)q1997年IEEE制訂出無線局域網(wǎng)的

10、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，稱為802.11。1999年又制訂了剩下的兩部分，即802.11a和802.11b。q802.11的物理層有以下三種實現(xiàn)方法：跳頻擴頻 FHSS、直接序列擴頻DSSS和紅外線IR。q802.11a的物理層工作在5GHz頻帶，采用正交頻分復(fù)用OFDM(又稱多載波調(diào)制技術(shù))，載波數(shù)可多達(dá)52個。可以使用的數(shù)據(jù)率為6、9、12、18、24、36、48和56Mb/s。q 802.11b的物理層使用工作在2.4 GHz的直接序列擴頻技術(shù)，數(shù)據(jù)率為5.5或11 Mb/s。1810.1.2 IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)1)q IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)主要包括21個標(biāo)準(zhǔn)，如表6-8所列

11、。q 隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，WLAN研究工作呈現(xiàn)如下特點：向更高數(shù)據(jù)速率(高于100Mbps)、更高頻帶方向發(fā)展； 積極研究WLAN與3G乃至4G蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)的互通與融合。802.11紅外線802.11FHSS802.11DSSS802.11aOFDM802.11bHR-DSSS802.11gOFDM分布協(xié)調(diào)功能(DCF)點協(xié)調(diào)功能(PCF)邏輯鏈路控制物理層MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)IEEE 802.11無線局域網(wǎng)的協(xié)議棧10.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層q 802.11委員會把MAC層劃分為兩個子層，并為媒體接入控制提出了兩種機制。q分布式接入機制(必選)。具有分布協(xié)調(diào)

12、功能DCF，采用類似于以太網(wǎng)的爭用算法向所有要求發(fā)送數(shù)據(jù)的站通過爭用信道來提供接入服務(wù)。q集中式接入機制(任選)。由一個集中的決策模塊來控制發(fā)送權(quán)，具有點協(xié)調(diào)功能PCF，它位于DCF之上，并利用DCF的特性來保證它的用戶的接入。PCF提供的是無爭用服務(wù)。192010.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)1)1、分布協(xié)調(diào)功能 CSMA/CA協(xié)議q無線局域網(wǎng)不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。有兩個主要原因： CSMA/CD 協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，但是在無線局域網(wǎng)中要實現(xiàn)這種功能的設(shè)備成本太高。 即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道

13、是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。這說明碰撞檢測對無線局域網(wǎng)無用，這是由無線信道本身的特點(全向傳播和傳播距離有限)所決定的。2110.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)2)A 的作用范圍C 的作用范圍ABCA和C都想與B通信，但相距較遠(yuǎn)。 A和C因檢測不到無線信號，都以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在信號的問題稱為隱蔽站問題(hidden station problem) 。這說明在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，未檢測到媒體上有信號，還不能保證接收端成功地接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)。無線環(huán)境內(nèi)在的復(fù)雜性2210.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)3)ABC

14、A、B和C三個站彼此距離不遠(yuǎn)，但A和B之間有一座山阻隔，使A和C都不能檢測到對方發(fā)出的信號。此時，如A和C同時向B發(fā)送數(shù)據(jù)，就會發(fā)生碰撞，使B無法正常接收。這說明移動站之間有障礙物也會出現(xiàn)隱蔽站問題。無線環(huán)境內(nèi)在的復(fù)雜性2310.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)4)B 的作用范圍C 的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C也想和D通信。因C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D 發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposed station problem) 無線環(huán)境內(nèi)在的復(fù)雜性2410.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)5)q以上情況說明無線局域網(wǎng)在

15、檢測信道忙/閑時可能會出現(xiàn)差錯，即信道忙而其實不忙，信道空閑又不是真正的空閑。這說明無線局域網(wǎng)不能簡單地使用有線局域網(wǎng)的CSMA/CD協(xié)議。于是，802.11委員會把CSMA/CD修改成CSMA/CA，其中CA(Collision Avoidance) 表示沖突避免。q為了保證算法的平穩(wěn)和公平，DCF包含一組類似于優(yōu)先級策略的時延。802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了三種基于優(yōu)先級的幀間隔IFS(Inter Frame Space)，其長短各不相同(IFS值小的優(yōu)先級高) ，以便使沖突的可能性減到最小程度。10.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)6)802.11標(biāo)準(zhǔn)的幀間隔IFSq所有的站在完成發(fā)送后，

16、必須再等待一段很短的時間(繼續(xù)監(jiān)聽) 才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔 IFS(InterFrame Space)。q幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。q若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會。 25三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間

17、間隔，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。使用 SIFS 的幀類型有：ACK 幀、CTS 幀、由過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答 AP 探詢的幀和在 PCF 方式中接入點 AP 發(fā)送出的任何幀。三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比 SIFS 長，是為了在開始使用 PCF 方式時（在 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)

18、先獲得接入到媒體中。PIFS 的長度是 SIFS 加一個時隙(slot)長度。 時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。 三種幀間間隔 時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑 發(fā)送第 1 幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一 幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS 其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個時隙長度。 2910.1.3

19、 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)10)CSMA/CA協(xié)議的基本原理q欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。q通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。q當(dāng)源站發(fā)送它的第一個 MAC 幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間 DIFS 后就可發(fā)送。為什么信道空閑還要再等待q考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。q如有這種情況，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。 10.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)11)如果沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送q源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。q目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔

20、SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 ACK。q若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK(由重傳計時器控制這段時間)，就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。3010.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)12)虛擬載波監(jiān)聽q虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機制是讓源站將它要占用信道的時間(包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時間)通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機會。 q“虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。3110.1.3 802.11局域網(wǎng)M

21、AC層(續(xù)13)虛擬載波監(jiān)聽的效果q這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。q所謂“源站的通知”就是源站在其 MAC 幀首部中的第二個字段“持續(xù)時間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時間(以微秒為單位) ，包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時間。3210.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)14)二進(jìn)制指數(shù)退避算法q第 i 次退避是在時隙 0, 1, , 22 + i 1 中隨機地選擇一個。即：q第 1 次退避是在8個時隙(而不是2個)中隨機選擇一個。q第 2 次退避是在16個時隙(而不是4個)中隨機選擇一個。依次類推。q第6次退避時，因為整數(shù)集合最大值已達(dá)255，以后就不再增加。 3310.1.3

22、802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)15)退避算法的使用情況q僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。q除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即： 在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。 在每一次的重傳后。 在每一次的成功發(fā)送后。3410.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)16)退避計時器(backoff timer)q站點每經(jīng)歷一個時隙的時間就檢測一次信道。這可能發(fā)生兩種情況。若檢測到信道空閑，退避計時器就繼續(xù)倒計時。若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計時器的剩余時間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并再經(jīng)過時間DIFS后，從剩余時間開始繼續(xù)倒計時。如果退避計

23、時器的時間減小到零時，就開始發(fā)送整個數(shù)據(jù)幀。 35圖例 凍結(jié)剩余的退避時間幀幀幀幀幀DIFSDIFSDIFSDIFS爭用窗口爭用窗口爭用窗口爭用窗口退避退避退避退避ABCDEttttt凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)凍結(jié)802.11 的退避機制10.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)17)3710.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)18) 信道預(yù)約q為了更好地解決隱蔽站的問題，802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送RTS，其中包括源地址、目的地址和數(shù)據(jù)幀長度。 A 的作用范圍B 的作用范圍ACBDERTSRTS3810.1.3 802.1

24、1局域網(wǎng)MAC層(續(xù)19)若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS ，此幀中內(nèi)含A欲發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長度。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。 A的作用范圍B的作用范圍CTSABDECTSCC能收到A發(fā)送的數(shù)據(jù)，但不會收到B發(fā)送的CTS幀。因此在A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時，C也可發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。D收不到A發(fā)送的RTS幀，但能收到B發(fā)送的CTS幀。因此D知道B將與A通信，在期間就不再發(fā)送數(shù)據(jù)。E能收到RTS和CTS，它與D一樣，在期間就不再發(fā)送數(shù)據(jù)。3910.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)20)q為了做到信道預(yù)約而使用RTS和CTS幀，將使整個網(wǎng)絡(luò)的效率有所下降。q但是，RTS和C

25、TS幀的長度分別為20和14字節(jié)，與數(shù)據(jù)幀(最長可達(dá)2346字節(jié))相比開銷很小。q802.11標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了使用、不使用和僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀的長度超過某一數(shù)值時才使用等三種情況供用戶選擇是否要用這種信道預(yù)約機制。 4010.1.3 802.11局域網(wǎng)MAC層(續(xù)21)2、點協(xié)調(diào)功能q點協(xié)調(diào)功能PCF是在DCF之上實現(xiàn)的另一種接入方法。點協(xié)調(diào)器實行集中式輪詢控制操作。因為PIFS比DIFS小，所以點協(xié)調(diào)功能在進(jìn)行輪詢和接收響應(yīng)時能截獲并鎖定所有異步通信量。qPCF超幀的結(jié)構(gòu)。 PCF延遲突發(fā)：異步通信推遲時間爭用時段DCF超級幀(固定的額定長度)無爭用時段 變長(每個超級幀)PCF(可選)媒體忙PCF(可

26、選)縮短的實際超級幀時段超級幀(固定的額定長度)4110.1.4 802.11局域網(wǎng)的MAC幀q802.11定義了三種不同類型的幀：數(shù)據(jù)幀、控制幀和管理幀。q802.11MAC數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu) 幀控制持續(xù)時間地址1地址2地址3序列號地址4數(shù) 據(jù)校驗和226662023124字節(jié)6q802.11 MAC數(shù)據(jù)幀用于數(shù)據(jù)的傳輸及控制，由以下3個部分組成： MAC首部(30B) ，包含7個字段： 幀控制(2B) ，指明所用的協(xié)議版本、幀的類型等信息。10.1.4 802.11局域網(wǎng)的MAC幀(續(xù)1) 持續(xù)時間(2B)。指明一個MAC幀成功傳輸需要分配的信道時間。 地址(6B)。共有4個字段，含4個地址，詳

27、見表 10-3。 序列號(2B)。包含兩個子字段：一個是12位用于幀的編號（04095）；另一個是4位用于數(shù)據(jù)報分片和重裝。 數(shù)據(jù)(02312B) 。幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312字節(jié)。通常不大于1500字節(jié)。 校驗和(4B)。填入32位的循環(huán)冗余檢驗碼。424310.1.5 802.11提供的服務(wù)2、 IEEE 802.11 提供的服務(wù)q802.11標(biāo)準(zhǔn)提供了9 種服務(wù)(表10-4。這些服務(wù)可分成兩類：分發(fā)服務(wù)和站服務(wù)。q分發(fā)服務(wù)(共5種)是由基站提供的，對單元集內(nèi)的站的關(guān)系實施管理，并會影響到單元集以外的站。當(dāng)移動站進(jìn)入單元集時，通過這些服務(wù)與基站關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)移動站離開單元集時，通過這些有務(wù)

28、與基站斷開聯(lián)系。 q站服務(wù)(共4種)只對單元集內(nèi)部的活動有關(guān)。站服務(wù)是在單元集內(nèi)部進(jìn)行的。當(dāng)關(guān)聯(lián)過程完成后，這些服務(wù)才可能用到。 44第 10 章：內(nèi)容提綱10.1 無線局域網(wǎng)10.2 無線個域網(wǎng)10.3 無線城域網(wǎng)10.4 其他無線網(wǎng)絡(luò)4510.2 無線個人區(qū)域網(wǎng)WPANq無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN是指在個人操作范圍內(nèi)把屬于個人使用的電子設(shè)備(便攜電腦、掌上電腦、便攜打印機和蜂窩電話等)用無線通信方式連接起來的自組網(wǎng)絡(luò)。其實質(zhì)是以個人為中心的無線個人區(qū)域網(wǎng)，是一種低功率、小范圍、低速率和低價格的電纜替代技術(shù)。該網(wǎng)絡(luò)沒有接入點AP，其范圍大約在10m左右。qPAN是個人區(qū)域網(wǎng)，但它不一定局限于使用

29、無線通信的手段。qWLAN是無線局域網(wǎng)，它是一個大功率、中等范圍、記速率的局域網(wǎng)。4610.2.1 藍(lán)牙技術(shù)q在WPAN出現(xiàn)前(1994年)，Ericssion、IBM、Intel、Nokia、Toshiba等五家公司聯(lián)合開發(fā)了一個用于將計算機、通信設(shè)備、附加部件和外部設(shè)備，通過無線信道連接的無線標(biāo)準(zhǔn)。這個項目被命名為藍(lán)牙(Bluetooth)。q藍(lán)牙是一種短距離無線連接技術(shù)，以技術(shù)規(guī)范的面目出現(xiàn)。該規(guī)范由藍(lán)牙SIG于1998年提出。1999年7月，SIG公布了藍(lán)牙規(guī)范1.0版。IEEE 802.15.1標(biāo)準(zhǔn)是IEEE與藍(lán)牙SIG合作完成的，與藍(lán)牙1.1版完全兼容。q藍(lán)牙規(guī)范1.0版規(guī)定了13

30、種應(yīng)用所需的專門協(xié)議集，并將完整的協(xié)議固化在專用的藍(lán)牙芯片中，因而制造成本低，應(yīng)用范圍廣。4710.2.1 藍(lán)牙技術(shù)(續(xù)1)q藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM頻段，采用FM調(diào)制方式，發(fā)射功率最大可達(dá)100mW，時分全雙工傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s（藍(lán)牙2.0版的速率達(dá)210Mb/s），傳輸距離約10m。q藍(lán)牙系統(tǒng)的基本單元是微微網(wǎng)(picomnet)。每個微微網(wǎng)可由一個主結(jié)點，最多7個活動的從結(jié)點，以及多達(dá)255個閑置結(jié)點(parked node)組成。q微微網(wǎng)是一個集中控制的TDM系統(tǒng)，由主結(jié)點控制時間片，決定某個時間片與哪個從結(jié)點進(jìn)行通信。所有通信都在主結(jié)點與從結(jié)點之間進(jìn)行，從

31、結(jié)點之間不能直接通信。主、從結(jié)點之間采用主從工作方式。閑置結(jié)點除了響應(yīng)主結(jié)點的激活或指示信號以外，無其他任何操作。4810.2.1 藍(lán)牙技術(shù)(續(xù)2)q多個微微網(wǎng)可通過橋從結(jié)點互連起來構(gòu)成分散網(wǎng)(scatternet)微微網(wǎng)1PMMSSSSSSSSPP微微網(wǎng)2活動從結(jié)點閑置從結(jié)點橋從結(jié)點主結(jié)點4910.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)1、概述qIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)是以藍(lán)牙規(guī)范為基礎(chǔ)制定的，主要考慮低速無線個人區(qū)域網(wǎng)LR-WPAN的應(yīng)用問題，其目標(biāo)是低功耗、低速率和低成本，為近距離范圍內(nèi)不同設(shè)備之間的低速互連提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。q與WLAN相比較，LR-WPAN的特點是只需要很少(甚至不要)基礎(chǔ)設(shè)施

32、。5010.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)1)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要特點 使用不同載波頻率，實現(xiàn)三種不同的傳輸速率，即 20Kbps、40Kbps 和 250Kbps。 支持星形和點到點兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 使用了16位和64位兩種地址格式，其中64位地址是全球唯一的擴展地址。 采用了CSMA/CA協(xié)議。 采用確認(rèn)應(yīng)答機制，提高傳輸?shù)目煽啃浴?采用低功耗的電源管理。5110.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)2)2、LR-WPAN 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)qLR-WPAN是通過IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信的一組設(shè)備的集合。q根據(jù)設(shè)備通信能力的強弱，分為兩種類型：簡易功能設(shè)備RFD和全功能設(shè)備FFD

33、。其通信關(guān)系：FFD可以與FFD和RFD直接通信，但RFD與RFD之間不能直接通信，RFD與RFD之間的通信必須由FFD轉(zhuǎn)發(fā)。q具有轉(zhuǎn)發(fā)功能的FFD稱為PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（簡稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器），起著主控制器的作用，還負(fù)責(zé)身份識別、鏈路管理和分組轉(zhuǎn)發(fā)等。5210.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)3)LR-WPAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形結(jié)構(gòu)(b)點-點結(jié)構(gòu)RFDRFDFFDFFDq 星形結(jié)構(gòu)以中心結(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(持續(xù)供電)，所有周邊結(jié)點只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(電池供電)通信。不同星形網(wǎng)絡(luò)之間的通信可通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)通信。星形結(jié)構(gòu)適用于小范圍的室內(nèi)應(yīng)用。5310.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)4)q構(gòu)建星形網(wǎng)時，需先確

34、立網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。任何一個FFD設(shè)備都可成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。其策略是：通過廣播查詢網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的請求報文，若收到已有網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的應(yīng)答，則將自己設(shè)為普通設(shè)備，否則自成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。當(dāng)然，還會有更深入的問題(如網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的過期、損壞和能量耗盡，以及多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間的競爭等問題)需要考慮。q點-點結(jié)構(gòu)的任意兩個結(jié)點只要能接收到對方的無線信號，就可直接通信。點-點網(wǎng)絡(luò)仍有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其功能是實現(xiàn)結(jié)點注冊和訪問控制等網(wǎng)絡(luò)管理。5410.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)5)分群樹結(jié)構(gòu)的LR-WPANFFDRFDCID1CID2CID3000q RFD設(shè)備只能作為葉設(shè)備，只有一個FFD設(shè)備可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。它可以通過

35、發(fā)送信標(biāo)幀的方法來成為群首，也可指定另一個設(shè)備成為鄰接的新群首，以擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。點-點網(wǎng)絡(luò)適合于設(shè)備分布范圍較廣的應(yīng)用，如工業(yè)檢測與控制、倉庫貨物存儲的智能管理等。5510.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)6)3、IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)qIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議結(jié)構(gòu)物理層MAC子層SSCS子層IEEE 802.11 LLC子層高層協(xié)議IEEE 802.15.4只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層。MAC子層為高層訪問物理信道提供了點到點通信的服務(wù)接口。高層協(xié)議既可直接訪問MAC子層，也可通過LLC子層和特定服務(wù)聚合子層SSCS來訪問。5610.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)7

36、)q物理層定義了無線信道與MAC子層的接口，提供物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。q物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)有5個基本功能： 激活或休眠射頻收發(fā)器。 信道能量檢測。 鏈路質(zhì)量檢測。 定義了三種空閑信道評估模式。 發(fā)送和接收比特流。q物理層定義了3個載波頻波：868MHz頻段有一個信道，速率為20Kbps； 915MHz頻段有10個信道，速率為40Kbps；2450MHz頻段有16個信道，速率為250Kbps。5710.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)8)物理層的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)4BnB1B1B保留前導(dǎo)碼幀長度物理幀部分負(fù)載部分同步部分物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU幀起始定界符同步部分，包括前導(dǎo)碼(4B)和幀起始定界符(1B，

37、值為 57H)，其功能是進(jìn)行物理幀的同步和比特同步。物理幀部分，包括幀長度（7位）和保留（1位），物 理幀的長度不應(yīng)超過127B。負(fù)載部分，其長度可變，為物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU， 用來承載MAC幀。 5810.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)9)MAC子層提供的服務(wù)qMAC子層提供兩種服務(wù)：數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。q數(shù)據(jù)服務(wù)保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確發(fā)送和接收。q管理服務(wù)維護著存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。5910.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)10)MAC子層的主要功能 利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（見后述）產(chǎn)生的信標(biāo)幀，實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與結(jié)點間的同步。 支持無線信道的安全操作。 支持C

38、SMA/CA協(xié)議，以及時間片訪問機制。 支持不同設(shè)備的MAC層之間的可靠幀傳輸。 支持LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)的建立關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作。6010.2.2 低速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)11)MAC子層的幀結(jié)構(gòu)地址信息負(fù)載源地址幀序列號2B1B2BnB0/2B0/2/8B0/2/8B0/2B目的地址幀控制幀數(shù)據(jù)單元目的設(shè)備PAN標(biāo)識符幀尾部FCS幀首部源設(shè)備PAN標(biāo)識符q MAC子層的幀由幀首部、負(fù)載和幀尾部3個部分組成。q MAC子層的設(shè)備地址有兩種格式：短地址(16位)和擴展地址(64位)。q MAC子層定義了 4 種類型的幀：信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。還有LR-WPAN的傳輸控制機制等內(nèi)容。 6110

39、.2.3 高速個人區(qū)域網(wǎng)q高速WPAN物理層工作于2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)55Mb/s。MAC層能支持 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)。適用于小范圍（小于10m）便攜式電子和通信設(shè)備之間有ad hoc連接功能，在保證帶寬的條件下，可以提供要求的服務(wù)質(zhì)量。q高速WPAN的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.3。表8-5 列出了它與其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比較的一些關(guān)鍵性能指標(biāo)。q為了加強對更高速WPAN技術(shù)的研究，2002 年802.15工作組于成立了 TG3a 任務(wù)組，主要研究 110Mb/s 以上速率的多媒體和數(shù)字圖像的傳輸。6210.2.3 高速個人區(qū)域網(wǎng)(續(xù)1)IEEE 802.15.3與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的性能指

40、標(biāo)的比較 性能指標(biāo)IEEE 802.15.3IEEE 802.1+1b、g*IEEE 802.11a藍(lán)牙1.1頻段(GHz)2.42.452.4速率(Mb/s)最高55最高22最高541電流(mA)8035035030視頻信道數(shù)425作用距離(m)1010010010100復(fù)雜性(區(qū)域)1.5341連接時間(s)1不確定不確定5服務(wù)質(zhì)量QoS有用于多媒體的保護時隙IEEE 802.11e補上QoS支持LAN不支持視頻63第 10 章：內(nèi)容提綱10.1 無線局域網(wǎng)10.2 無線個域網(wǎng)10.3 無線城域網(wǎng)10.4 其他無線網(wǎng)絡(luò)6410.3 無線城域網(wǎng)WMAN10.3.1 無線城域網(wǎng)概述q隨著接入網(wǎng)

41、技術(shù)的進(jìn)展，無線接入問題受到人們的重視。1999年設(shè)立了802.16工作組，研究寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。2002年公布了寬帶無線網(wǎng)絡(luò)802.16標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的全稱是“固定帶寬無線訪問系統(tǒng)空中接口”，又稱無線城域網(wǎng)或無線本地環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)。此類標(biāo)準(zhǔn)的制定可解決“最后一公里”的無線寬帶接入問題。q802.16標(biāo)準(zhǔn)體系的主要目標(biāo)是制定工作在 266 GHz頻段的無線接入系統(tǒng)的物理層與媒體訪問控制 MAC 層的規(guī)范。 6510.3.1 無線城域網(wǎng)概述(續(xù)1)IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)系列的性能比較 項 目IEEE 802.16IEEE 802.16aIEEE 802.16dIEEE 802.16e發(fā)布日期200

42、1年1月2003年1月2004年6月2005年12月使用頻段1066GHz211GHz211GHz26GHz信道條件視距非視距視距+非視距非視距固定/移動固定固定固定移動+漫游信道帶寬25/28MHz1.25/20MHz1.25/20MHz1.25/20MHz傳輸速率32134Mb/s75Mb/s75Mb/s30Mb/s額定小區(qū)半徑5km510km515kmX km6610.3.1 無線城域網(wǎng)概述(續(xù)2)q無線接入技術(shù)是為用戶提供接入服務(wù)的一種技術(shù)。從接入方式上可分為固定接入和移動接入兩大類。固定接入是從交換結(jié)點到固定用戶終端采用無線接入的方式。移動接入的網(wǎng)絡(luò)包括移動電話網(wǎng)、無線尋呼網(wǎng)、集群電

43、話網(wǎng)、衛(wèi)星移動通信網(wǎng)和個人通信網(wǎng)等，是當(dāng)今通信行業(yè)中最為活躍的一個領(lǐng)域。q無線接入技術(shù)具有投資省、建網(wǎng)周期短、提供業(yè)務(wù)快等優(yōu)點，已成為大家值得關(guān)注的一種重要接入方式。6710.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)1、IEEE 802.16的協(xié)議模型物理層MAC層物理層(PHY)加密子層共同部分子層(MAC CPS)特定服務(wù)的會聚子層(CS)PHY SAPCS SAPMAC SAP管理實體特定服務(wù)的會聚子層管理實體共同部分子層管理實體物理層加密子層標(biāo)準(zhǔn)范圍網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)/控制平面管理平面6810.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)1)2、IEEE 802.16的層次結(jié)構(gòu) 物理層q物理層定義了

44、兩種雙工方式：時分雙工TDD和頻分雙工FDD。根據(jù)使用頻段的不同，分別采用不同的物理層技術(shù)，如1066GHz頻段的系統(tǒng)，主要采用單載波調(diào)制技術(shù)，而211GHz頻段的系統(tǒng)，將采用正交頻分多路復(fù)用 OFDM 和 OFDMA 技術(shù)。q802.16標(biāo)準(zhǔn)允許系統(tǒng)采用從1.25MHz20MHz之間的帶寬。對于1066GHz的固定無線接入系統(tǒng)，可采用28MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。6910.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)2)q物理層的上行鏈路采用時分多址復(fù)用TDMA和按需分配多址接入DAMA混合的接入方式。上行數(shù)據(jù)的傳送方式有三種：在初始維護階段，數(shù)據(jù)以競爭方式傳輸；在響應(yīng)多播和廣播查詢的請

45、求間隔預(yù)留階段，數(shù)據(jù)也以競爭方式傳輸；一般情況下，數(shù)據(jù)按分配的時間間隙傳輸數(shù)據(jù)。q下行信道一般采用 TDM 方式。q物理層的數(shù)據(jù)分幀傳輸，幀長為0.5ms、1ms或2ms。 7010.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)3)上/下行數(shù)據(jù)的傳送流程 隨機化基帶脈沖成形 符號映射前綴生成FEC編碼調(diào)制解調(diào)匹配濾波與均衡解隨機化FEC解碼符號反映射數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(a)上行(b)下行發(fā)送端接收端射頻信號射頻信號7110.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)4)IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)物理層的多種傳輸速率 信道帶寬(MHz)數(shù)據(jù)信號速率(Mb/s)QPSK16-QAM64-QAM203264962540

46、801202844.889.6134.47210.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)5) MAC層qMAC層最主要的特征是基于“連接”。每一個“連接”由一個16位的標(biāo)識符來唯一標(biāo)識。“連接”一旦被建立，需要維護的要求則隨著連接的業(yè)務(wù)類型不同而改變。當(dāng)然，當(dāng)用戶的業(yè)務(wù)要求改變時，“連接”也可以被終止。qMAC層的核心部分是共同部分子層CPS，它通過 MAC 層服務(wù)訪問點 MAC SAP 接收來自會聚層CS的數(shù)據(jù)，形成MAC CPS層的服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU（長度可變），以保證相應(yīng)的QoS。7310.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)6)qMAC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元MAC PDU由首部（固定6B）

47、、負(fù)荷（可變）和校驗CRC碼（可選）三個部分組成。qMAC PDU既可以傳輸普通數(shù)據(jù)，也可以傳輸BS站與SS站之間的管理信息。qMAC首部定義了兩種類型：一般MAC首部和有帶寬請求MAC首部。帶寬請求MAC首部單獨發(fā)送，后面不攜帶數(shù)據(jù)負(fù)荷。負(fù)荷中的MAC子首部可分為3種類型：拆分子首部、打包子首部和帶寬分配管理子首部，以區(qū)別負(fù)荷數(shù)據(jù)的格式。7410.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)7)q在公共部分子層CPS中，共定義了29種管理信息，用于上/下行信道描述、系統(tǒng)接入、注冊、連接建立、資源申請、動態(tài)服務(wù)管理、接入認(rèn)證等功能。連接類型不同，相應(yīng)的管理信息傳送的QoS也不同。BS與SS之間通過互

48、相發(fā)送管理信息，取得充分的協(xié)商，以獲得最優(yōu)化“連接”的性能。q為了簡化帶寬分配機制，MAC層預(yù)先規(guī)定了 4 種上行基本業(yè)務(wù)。通過這 4 種上行預(yù)定業(yè)務(wù)及相伴隨的QoS，BS可以預(yù)期上行數(shù)據(jù)的吞吐量及處理時間，并在適當(dāng)?shù)臅r間提供查詢或分配帶寬。q802.16的QoS機制定義了數(shù)據(jù)在空中傳輸?shù)南群蟠涡蚣皞鬏敺桨?。QoS參數(shù)可包括延遲時間、抖動、吞吐量保證等。7510.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)8)q802.16標(biāo)準(zhǔn)在MAC層中還定義了一個加密子層，提供SS與BS之間的私密性。它包括兩個協(xié)議：一是加密封裝協(xié)議，負(fù)責(zé)空中傳輸?shù)姆纸M數(shù)據(jù)的加密。二是密鑰管理協(xié)議PKM，負(fù)責(zé)BS到SS之間密鑰的

49、安全分發(fā)、密鑰數(shù)據(jù)的同步以及業(yè)務(wù)接入的鑒別。qIEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)僅對網(wǎng)絡(luò)的低層進(jìn)行了規(guī)范，即物理層、MAC層以及相應(yīng)的加密子層。IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)為開發(fā)新一代能兼容多家廠商的寬帶無線接入設(shè)備提供了新的指南，將大大加快無線寬帶接入網(wǎng)在世界范圍內(nèi)的配置進(jìn)程。7610.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)9)802.16 無線城域網(wǎng)服務(wù)范圍的示意圖ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 熱點802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特網(wǎng)802.16 基站802.1680

50、2.16電信網(wǎng)7710.3.2 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)10)幾種無線網(wǎng)絡(luò)的比較覆蓋范圍用戶數(shù)據(jù)率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1藍(lán)牙802.15.3超寬帶802.11g, a802.11b802.162G移動通信3G移動通信4G移動通信Wi-FiWiMAX78第 10 章：內(nèi)容提綱10.1 無線局域網(wǎng)10.2 無線個域網(wǎng)10.3 無線城域網(wǎng)10.4 其他無線網(wǎng)絡(luò)10.4 其他無線網(wǎng)絡(luò)隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc)技術(shù)有兩個發(fā)展趨勢：向軍事和特定行業(yè)發(fā)展和應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN；向民用的接入網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展，出現(xiàn)了

51、無線網(wǎng)格網(wǎng)WMN。798010.4.1 無線傳感器網(wǎng)q無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究始于20世紀(jì)90年代末期。在軍事領(lǐng)域，自組網(wǎng)絡(luò)與傳感器技術(shù)結(jié)合已成研究課題，并受到人們的重視。 q從21世紀(jì)開始，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起學(xué)術(shù)、軍事和工業(yè)界的關(guān)注，美、歐國家啟動有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計劃。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。因此，此項研究已成為“21世紀(jì)最有影響的21項技術(shù)之一”。8110.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)1)傳感器結(jié)點的形狀(a)和組成(b)存儲器CPU傳感器硬件電池?zé)o線收發(fā)器(a)(b)8210.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)2)q無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著非常廣泛的應(yīng)用前景。軍事上的應(yīng)用，包括觀察友軍

52、、裝備與物資的狀況；監(jiān)視戰(zhàn)場的變化；偵察敵方的地形與調(diào)動；戰(zhàn)果的評估等。醫(yī)療上的應(yīng)用，如為殘障人士提供方便，為醫(yī)生遠(yuǎn)程觀察病人的生理數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷等。其他，在環(huán)境監(jiān)測與保護、家庭服務(wù)、森林防火、城市交管、建筑物控制(如照明)、農(nóng)業(yè)管理等領(lǐng)域。8310.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)3)1、無線傳感器網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)q無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有無線通信與計算能力的微小傳感器結(jié)點構(gòu)成的分布式自組網(wǎng)絡(luò)。q特點：能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也是能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”系統(tǒng)。q無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由 3 種結(jié)點組成：傳感器結(jié)點、匯集結(jié)點和管理結(jié)點。8410.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)4)q傳感器

53、結(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，由自帶的電池供電。就網(wǎng)絡(luò)功能而言，它具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的終端和路由器雙重功能。傳感器結(jié)點可隨機地部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)構(gòu)成分布式自組網(wǎng)絡(luò)。q匯集結(jié)點具有處理、存儲和通信能力，是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的橋梁。傳感器結(jié)點將監(jiān)測到數(shù)據(jù)通過其他傳感器結(jié)點逐跳進(jìn)行傳輸和處理，最后到達(dá)匯集結(jié)點，最后通過外部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾斫Y(jié)點。q管理結(jié)點(通過管理者) 對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。8510.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)5)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)匯集結(jié)點管理結(jié)點因特網(wǎng)或衛(wèi)星通信網(wǎng)傳感器結(jié)點監(jiān)測區(qū)域8610.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)6)無線傳感器結(jié)點的組成 傳感器模塊 進(jìn)行監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的信息采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 處理器模塊 負(fù)責(zé)整個傳感器結(jié)點的操作，存儲和處理傳感器所采集的數(shù)據(jù)(含其他結(jié)點采集的數(shù)據(jù))。 無線通信模塊 與其他傳感器結(jié)點進(jìn)行無線通信，接收和發(fā)送采集的信息，并交換控制信息。 電能供應(yīng)模塊 為傳感器結(jié)點提供所需的電能，通常采用微型電池。還可以有其他功能模塊，如定位系統(tǒng)模塊、運動系統(tǒng)模塊以及發(fā)電裝置等。8710.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)7)無線傳感器結(jié)點的結(jié)構(gòu)傳感器存儲器處理器網(wǎng)絡(luò)層MAC層AD/DC無線收發(fā)器無線通信模塊處理器模塊傳感器模塊電能供應(yīng)模塊傳感器結(jié)點的設(shè)置由飛機布撒，人工布置等方式。8810.4.1 無線傳感器網(wǎng)(續(xù)