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LA

2、N-to-LAN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n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。n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（IEEE802.1

3、1,802.11b,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n电磁频谱在可见光和微波之间n不受无线电波干扰且使用不会被无线电管理委员会限制。n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无线网络所采用的频段 IEEE 802.15 WPAN工作组负责制定无线个工作组负责制定无线个人网人网WPAN的通信标准。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：下面有几个分标准： 802.15.1为为BlueTeeth（蓝牙）（蓝牙） 802.15.4为低数据传输

4、率的为低数据传输率的WPAN1.2.1 Bluetooth技术n蓝牙是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其传输频段为2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。n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。n缺点：缺点：n过于昂贵，芯片大小和价格难以下调过于昂贵，芯片大小和价格难以下调n传输距离太短传输距离太短n信息安全问题信息安全问题n抗干扰能力不强抗干扰能力不强1.2.2 Zigbee技术n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

5、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。nZigbee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，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。n数据传输速率低：数据传输速率低：10KB/10KB/秒秒250250KB /KB /秒秒n功耗低：功耗低：两节普通两节普通5 5号电池可使用号电池可使用624624个月个月 n成本低：成本低：数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本

6、n网络容量大：网络容量大：255255个设备个设备n时延短：时延短：典型搜索设备时延为典型搜索设备时延为30ms30ms，休眠激活时延为，休眠激活时延为15ms15ms， 活动设备信道接入时延为活动设备信道接入时延为15ms15ms。n安全：安全：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128AES-128加密加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）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。各个应用可灵活确定其安全属性。n有效范围小：有效范围小：有效覆盖范围有效覆盖范围10751075米，具体

7、依据实际发射功率米，具体依据实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定。大小和各种不同的应用模式而定。n工作频段灵活：工作频段灵活：使用频段为使用频段为2.4GHz2.4GHz、868MHz868MHz（欧洲）和（欧洲）和915MHz915MHz（美国），均为免执照（美国），均为免执照（免费）的（免费）的频段。频段。Zigbee优点低速无线设备低速无线设备 TV VCR DVD CD 鼠标鼠标 键盘键盘 操作杆操作杆 保安保安 HVAC 照明照明 门禁门禁 玩具玩具 游戏器具游戏器具 监视监视 诊断诊断 传感器传感器工业、农业和商业消费电子消费电子个人健康监护 监视监视 传感器传感器 自动化自动

8、化控制控制玩具和玩具和游戏游戏家庭家庭自动化自动化PC 机的机的外围设备外围设备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）。Access PointAir interfaceWLAN Card1.3.1 无线局域网优点n1 无需布线n2 安装和维护成本低n3 移动性强（搬迁，AP）n4 扩充性性强，出现网络瓶颈时，只需要增加一个接入点n5 无需增加任何

9、租用费用，只需要架设天线等一次性投资n6 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所有网中的设备都称做站站。除了互联使用的无线局。除了互联使用的无线局域网中的域网中的AP是一个特殊的站（固定的）外，其它站都是一个特殊的站（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。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按照站的移动性划分，无线局域网中的站可以分为三种：三种： 移动站：移动站： 经常在行进中开机和使用。经常

10、在行进中开机和使用。 半移动站：半移动站：经常改变使用场所，但行进中不使用。经常改变使用场所，但行进中不使用。 固定站：固定站： 很少改变使用场所，即使改变使用场所很少改变使用场所，即使改变使用场所时，不在行进中开机或使用。时，不在行进中开机或使用。 概述1.3.2 无线局域网的组成 概述 BSA1 BSA2AP1MS11MS12MS13AP2MS21MS23 BSA3AP3MS33MS32MS31基本服务区（BSA）：20200米 扩展服务区（ESA）：最大几千米 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

11、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（单小区自组无线局域网（IBSS网络）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 一一. . BSABSA组网构成方式组网构成方式单小区自组无线局域网（单小区自组无线局域网（IBSS网络）网络）一一. BSA组网构成方式组网构成方式 L MS1 MS2 MS3 三种三种BSA组网方式信号传输与区域覆盖示意图组网方式信号传输与区域覆盖示意图 (

12、a) 无中心分布对等组网方式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。单小区自组无线局域网（单小区自组无线局域网（IBSS网络）网络）一一. BSA组网构成方式组网构成方式 三种三种BSA组网方式信号传输与区域覆盖示意图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有中心集中控制组网方式 L LMS1 MS2 中心站中心

13、站(CS)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。单小区自组无线局域网（单小区自组无线局域网（IBSS网络）网络）一一. BSA组网构成方式组网构成方式 三种三种B

14、SA组网方式信号传输与区域覆盖示意图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 L MS1 MS2 中心站中心站(CS) 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。单小区自组无线局域网（单小区自组无线局域网（IBSS网络）网络）二二. BSABSA通信覆盖范围通信覆盖范围 单小区无线局域网络的服务区域覆盖（单小区无线局域网络的服务区域覆盖（BSA区域直径）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。由站的无线收发机通信辐射信号确定的通信

15、距离决定。 设任一站的有效无线通信距离为设任一站的有效无线通信距离为L，则，则 无中心分布对等无中心分布对等组网方式下要求任组网方式下要求任BSA内任两站可直内任两站可直接通信，则接通信，则BSA覆盖区域为覆盖区域为半径为半径为L/2的圆形区的圆形区。 有中心集中控制有中心集中控制组网方式下，由于中心站的中继转接组网方式下，由于中心站的中继转接作用，若设置中心站在作用，若设置中心站在BSA中心，则中心，则BSA区域为区域为半径为半径为L的圆形区的圆形区。 混合方式混合方式下，尽管设置中心站，但由于仍要求下，尽管设置中心站，但由于仍要求BSA内任意两站可直接通信，故该方式下内任意两站可直接通信，

16、故该方式下BSA覆盖区域和无中覆盖区域和无中心分布对等组网方式一样，为心分布对等组网方式一样，为半径为半径为L/2的圆形区的圆形区。 多小区无线局域网（多小区无线局域网（ESS网络）网络）一一. . 同一逻辑网段的多小区无线局域网同一逻辑网段的多小区无线局域网BSA1 MS11 AP1 MS12 MS13 BSA2MS21 MS21 AP2 MS23 MS24固定站 固定站 服务器 固定站 其它局域网或广域网 路由器 同一逻辑网段上两同一逻辑网段上两BSA构成的构成的 多小区无线局域网多小区无线局域网(ESS网络网络) 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（多小区无线局域网（ESS网络）网络）二二. . 不同逻辑网段的多小区无线连网不同逻辑网段的