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从零开始学布线无线网络IEEE
802.11标准第二6IEEE
802.11工作组和要点
1.IEEE
802.11工作组IEEE
802.11工作组是IEEELANMAN标准委员会的一个组成部分,IEEE
802.11会议对所有人开放参加者必须交纳会费用于会议开销作为会员必须在连续的4次全体会议中至少参加2次全体会议才能拥有投票数
2.IEEE
802.11工作组要点IEEE
802.11工作组在IEEE802全体会议间一年集会3次工作组会员近200个,会员资格分为4类口投票会员已有投票资格的会员□准会员已经参加了两次会议,其中一次是全体会议,还须参加一次集合便可成为投票会员口候补会员已经参加一次全体会议或临时会议口停止投票会员以前是投票会员,但已不再继续7IEEE
802.11a标准IEEE
802.Ila的物理层是基本正交频分多路复用OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM技术进行传输的,OFDM工作组的频段是5GHz的免许可证国家级信息基础Uni icensedNationalInformat ioninfrastructure,U-NII频段
802.11a的OFDM系统的细则和HLTER/2标准是
802.llg使用与目前主流的
802.llbWLAN标准相同的
2.4GHz,而且采用
802.Ila无线局域网络规格相同的OFDM的调制技术通信最大速率可达54Mbpso具有与
802.11a、
802.lib混合的特点从零开始学布线无线局域网物理层从零开始学布线无线网络IEEE
802.11标准第从零开始学布线无线网络的互连设备从零开始学布线无线网络的体系结构从零开始学布线无线网络的概念与特点一样的MAC层与其他的IEEE
802.11标准是相同的,因此有载波侦听、MAC子层、MAC管理子层等问题,现集中讨论如下
1.载波侦听IEEE
802.3的信道侦听机制非常简单,接收器读取线路上的峰值电压并同阈值电压相比较来进行但IEEE
802.11的侦听机制就比较复杂,它既有实际的物理操作也有虚拟的操作物理层的侦听是通过信道分配清除ClearChannelAssignment,CCA信号来实现的;CCA信号是由IEEE
802.11的物理层的PLCP发出的CCA信号是基于空中接口实际侦听来产生的,为此,或者通过在空中接口侦听检测的比特,或者载波的接听信号的强度ReceiveSignalStrength,RSS超过阈值也会发生CCA信号RSS侦听方式是通过测量接口电平的方法来实现的,这种侦听方式有可能发误报警因此最佳的方案就是综合运用了载波侦听和数据检测侦听这两种方法的设计方案有关载波侦听的实现原理请参阅机械工业出版社出版的《十兆百兆千兆万兆的以太网络技术及其组网方案X1SBN7-111-11675一书
2.MAC子层MAC层的所有任务都是在MAC子层和MAC管理子层之间进行分配MAC子层的主要任务是定义访问机制和MAC帧格式MAC管理子层的功能主要是定义ESS中实现漫游的支持方式、电源管理和安全等IEEE
802.11规定了三种访问机制,这三种机制都能同时支持竞争和无竞争的访问无竞争的传输方式有两种□RTS/CTS机制,这种机制可以解决隐藏终端问题口时间限制管理信息中点协调功能PCF的实现机制为了使这些不同的MAC层的操作能够相互配合,IEEE
802.11了三种分组传输的帧内间隔IFS这些IFS周为优先级的设置提供了一种实现机制,这种优先级的设定为需要QoS的一些服务,如时间限制等应用提供了实现的途径每次传输完成之后,所有需要发送数据的终端都必须根据它们的信息帧优先级等待三种IFS周的一种这三种IFS分别是□DCF-IFS DIFS□短IFS SIFS□PCFIFS PIES其中DIFS是在基本竞争的数据传输中使用,它的优先级是最低的,周最长SIFS具有最高的帧发送优先级,如ACK和CTS等,它的间隔时间最短PIFS主要是为PCF操作设计的,它的帧发送优先级仅次于SIFS,帧内间隔周介于DIFS和SIFS之间采用CSMA/CA协议进行访问时,只要MAC层有分组需要发送时,就会利用物理和虚拟载波侦听机制侦听信道是否空闲如果虚拟载波侦听发现网络配置矢量NAV信号存在,则表示信道繁忙,就会将操作延时,继续保持侦听直到NAV信号消失当虚拟载波侦听发现信道空闲即NAV为0时,MAC层就侦听信道的物理条件这时如果认为信道是处于空闲状态,如所示,终端等待DIFS后就开始发送数据如果信道忙,MAC层将利用随机退让时间控制机制,即产生一个随机数作为退让时间进行等待在分组发送和相关的DIFS间,信道的争用停止,但对信道的侦听仍在继续着IEEE
802.11中采用的CSMA/CA基本工作原理如所示,一旦信道可以使用,所有需要发送数据的终端在消耗它们的退让时间后都试图进行数据发送其他的终端侦听到新的传输后,让它们暂停,等到本次的传输完成后在新的竞争周里再重新启动这种机械减小了冲突发生的可能性,但不能从根本上消除冲突为了减小冲突重复发生的概率,采用了与IEEE
802.3相类似的一种方式,退让等待的时间随终端进行的连续发送的次数增加而呈指数增长IEEE
802.11同时了两种CSMA/CA方式一种是基于来自物理层的CA信号所采用的CSMA/CA,另一种是带有ACK(应答)帧和差错恢复的CSMA/CA值得提出的是,以太网在MAC层不具备差错恢复机制,这个功能是IEEE
802.11所独有的表示的就是在一个终端和AP之间进行通信时使用的带有ACK的CSMA/CA的工作过程AP端接收到一个分组后等待一个SiFS,再发一个ACK帧,因为SIFS帧要比DIFS帧小得多,所以其他的终端必须要等到从MS到ACK传输完成才能开始一个竞争过程IEEE
802.11MAC采用的RTS/CTS工作机制IEEE
802.11MAC子层的PCF机制协调功能如所示,这种机制是建立在使用CSMA/CA机制的DCF(分布式协调功能)的上部,它支持无竞争的带有时间限制传输方式和异步传输IEEE
802.11中在DCF之上实现的PCF PCF操作仅适用于底层AP接管所有操作为其所包含的终端提供服务AP发挥中心协调控制的作用,可以停止其他所有的终端,也可以以半周的模式轮询其他终端PCF的工作模式如所示AP的PCF控制的竞争周的切换AP周性地组织一些CFP(竞争空闲)用于带有时间限制的信息的传输在每个CFP的开始,AP要对这些准备发送的具有时间限制的数据进行协调,并在这个周内为所有其他的终端重新安排NAV信号PCF周的长度是可以变化的,它仅占CFP的一部分CFP剩余的时间用于竞争和用来传输DCF分组当信道被一个DCF分组占用时,如果它的传输过程在下一个CFP开始之前不能完成时,则一个CFP的起始时间将会迟,同时在CFP开始时会通知所有其他终端的NAV信号继续运作对IEEE
802.11MAC帧格式讨论下列两点
(1)一般MAC帧格式为了说明IEEE
802.11帧格式,则从IEEE
802.3以太网的帧格式开始,这样便于理解IEEE
802.11的帧格式早的以太网标准只定义了一种帧格式,如所示,因为当时网络的控制和管理非常简单,所以一种格式的帧几乎就完成了网络的所有操作所有的帧都是以前同步信号开始,交替的0和1是用来进行同步的8比特的SFD字段由10101011构成,表示帧的开始MAC的DA(目的地址)和SA(源地址)可以是2个字或6字节,实际上使用的大多采用6字节数据长度字段表示随后的MAC客户数据字段的长度MAC客户数据字段和填充字段包括来自终端的客户所有准备发送的数据,还包括因需要达到载波侦听所要求的最小长度而补充的字段最后一个字段是帧校验序列,该字段长度是4字节,包括一个循环冗余校验(CRC)值,利用于检查发送是否出错因此IEEE
802.11的MAC帧格式和
802.3的帧格式中余下5个字段的功能相似,这余下的5个字段是用来处理地址信息,是因为它的格式必须要满足大量的管理和控制帧的需要IEEE
802.3以太网的帧格式就是IEEE
802.11的MAC帧的一般格式它以帧控制字段(FrameControl)开始,该字段载有该帧的一些特征信息该字段能表征传输的数据是来自控制帧还是管理帧,并能确定该帧所要实施的控制和管理信号的类别,帧控制字段的详细信息及其格式如所示一般的IEEE
802.11的MAC帧的格式持续时间/ID字段是表示下一个要发送的帧可能要持续的时间的相关信息IEEE
802.il帧格式中有4个地址字段,而IEEE
802.3只有两个地址字段这4个地址字段分别用来表示源地址、目标地址和标示所连接的AP,这些地址采用类似于以太网地址的6个字节(48比特)的长度表示方式序列控制SequenceControl字段是为了控制帧的序列而给帧进行编号时使用的序列控制字段和持续时间/ID字段只在IEEE
802.11中MAC协议支持分和重组时才有用处
802.3的帧体FrameBody总长度要求在46〜1500字节之间,IEEE
802.11的MAC帧体的长度范围是0〜2312字节但两者的CRC的长度是一样的,
802.11也采用4字节保护MAC层客户的信息值得指出的是在PLCP中采用更短的CRC码保护PLCP帧头口协议版本当前的标准是00,其他选项留待将来使用□到DS/来自DS字段1代表两个AP之间的通信口更多分段有其他的分段存放在后续的帧中则置1口重发重发帧则该字段置lo口功率管理如果站处于睡眠模式,则该字段置1口波数据在节能模式下,如果还有帧发终端,该字段置lo□WEP该字段置1表示数据比特将加密详细的帧格式控制字段组成如所示IEEE
802.11的MAC帧格式中帧控制字段的组成格式MAC使用的RTS、CTS和ACK的帧格式如所示,从它们的格式中可以看出不是所有的帧都包括完整的字段,但一般的帧都具有相同的帧格式IEEE
802.11的MAC帧头中帧2MAC帧的控制字段同以太网相比较而言,IEEE
802.11首先是一个无线的因此它需要更多的控制和管理信号来处理用户登录过程、移动管理、功率管理和安全管理等为了实现这些功能,IEEE
802.11的帧格式中就不得不采用大量的指令帧,这同广域网的情形有些相似
802.11MAC帧中包括除了类型字段和子类型字段之外的所有控制字段的格式类型字段和子类型字段是非常重要的两个字段,因为它们规定了使用的帧的类型的不同的指令模式2b的类型字段定义了4种帧类型管理帧00,控制帧01,数据帧10,保留114b的子类型字段为每种类型的帧的功能进行了定义,可以提供的功能定义多达16种指令
3.MAC管理子层MAC管理子层负责在站和AP之间进行通信的初始化,这一层的操作机制是移动环境下所需要的这种功能在其他的无线系统中也有,但在
802.11的MAC管理子层得到了极大的扩展一般的MAC管理帧的格式如所示不同的管理帧一般用于不同的目的MAC管理帧格式注本节参考了美国KavehPahlavanPrashantKrishnamurthy所著的《PrinciplesofWirelessNetworks》8IEEE
802.11b标准IEEE
802.11b标准在
2.4GHz频段定义了一个新的物理层,这个物理层采用互补编码键控法ComplementaryCodeKeying,CCK调制技术,支持
5.5Mbps和11Mbps这两种数据速率
802.11b采用的PLCP层协议和IEEE
802.11DSSS标准是相同的IEEE
802.11b也支持
5.5Mbps的速率,并以此作为11Mbps的后备运行方案0是
5.5Mbps和11Mbps数据速率的比特格式0IEEE
802.lib系统
5.5Mbps和11Mbps对输入数据的多路复用从可以看出,
5.5Mbps模式中数据块是4比特的而不是8比特,这4比特的数据块是用于多路复用的其中,2比特是用于在可能的4种可能的复正交矢量中选择一种9IEEE
802.llg标准2003年,美国IEEE
802.111作组批准了“IEEE
802.llg”WLAN规范,虽然正式的标准在2003年夏天出台,但厂商对这个标准热情有加,已经有多家主流厂商针对
802.llg规范草案出了相关的产品虽然IEEE
802.llg拥有和IEEE
802.Ila同样的传输速度,但是
802.11a的产品已经出一年多的时间,在市场有一定的影响,若要与
802.Ua竞争,相信
802.llg产品仍然拥有些优势。