短距离无线通信

短距离无线通信短距离无线通信的重要特征和优势:低功耗，对等通信，低成本IEEE 802.11技术☐IEEE802.11标准定义了两种类型的设备⏹无线站-通常是通过一台PC机加上一块无线网卡构成⏹无线接入点（AP）-当作有线网络与无线网络之间的桥梁。

☐无线局域网广义上分为两类：⏹基于射频(Radio Frequency，RF)无线电波⏹基于光波（如红外线）☐IEEE802.11标准定义单一的媒介访问控制子层（MAC）和多样的物理层☐物理层标准主要有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g。

IEEE 802.11标准的逻辑结构MAC层的目的是在LLC的支持下为共享介质物理层提供访问控制功能(寻址方式、访问协调、帧校验序列生成的检查等）MAC层在LLC层的支持下执行寻址和帧识别的功能IEEE 802.11标准MAC层采用CSMA/CA协议控制每一个站点的接入物理层解决的是数据终端设备与通信线路上数据电路设备之间的接口问题在BSS网络中，有一无线接入点充当中心站，所有络的访问站点对网均由其控制。

此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。

缺点：抗毁性差，成本高。

一个ESS网络是由两个或多个BSS网络构成的一个单一子网，满足大小任意、大范围覆盖的网络要求。

站点通过AP在ESS内不同BSS之间的相互连接。

RTS/CTS机制是为了更好地解决隐蔽站点带来的碰撞问题，发送站和接收站之间以握手的方式对信道进行预约的一种常用方法。

RTS/CTS机制采用四次（Four-way）握手机制，包括RTS-CTS-DATA-ACK四个过程。

⏹发送者在发送数据之前，首先发送一个RTS来预约信道⏹接收者发回一个CTS⏹发送者开始进行数据的发送⏹接收者进行发送ACK进行确认如果发送者没有接收到返回的ACK，则会认为之前的传输没有成功，会重新传输。

但如果只是ACK丢失而之前的RTS-CTS传输成功，则重新发送的RTS到接收者后，接收者只会重新发送ACK而不是CTS，且退避时间不会增加。

如果发送了RTS后没有收到CTS或ACK，那么退避时间就会增加。

SIFS（Short IFS）。

SIFS是最短的帧间间隔，它是紧随在被发送信息类型的前面和后面的时间间隔，其长度为28us。

SIFS用于确认帧(ACK)、请求发送/清除待发帧(RTS／CTS)等。

当无线工作站已经获得介质使用权且需要保持完成帧交换序列的持续时间时，应使用SIFS 。

帧交换序列传输之间采用最小的时间间隙，以阻止那些需要等待更长介质空闲时间的工作站试图使用介质，为已启动的帧交换序列的完成提供优先权。

点协调功能(PCF)的帧间间隔(PIFS)。

PIFS只能有工作在PCF方式下的站使用，AP 利用能够该帧间隔在无竞争期（CFP）开始时获得对媒体访问的优先权。

PIFS的长度为78us（28us+50us）。

分布式协调功能帧间间隔(DIFS)。

DIFS由工作在DCF方式下的站使用,以发送数据帧(MPDU)和管理帧(MMPDU)。

DIFS的长度比PIFS多一个时隙长度，为128us。

扩展的帧问间隔(EIFS)。

在当物理层指示未正确接收到含有完整和正确FCS的MAC 帧时，那么DCF使用扩展的帧问间隔(EIFS)。

优先级SIFS> PIFS> DIFS> EIFSMAC帧结构地址2、地址3 、顺序控制、地址4 和帧实体域只出现在某些类型的帧中帧控制（Frame Control）：工作站之间发送的控制信息。

帧控制字段定义了该帧的类型：管理帧、控制帧、数据帧。

持续时间／标志（Duration/ID）：大部分帧中，该字段包含持续时间的数值，值的大小取决于帧的类型。

通常每个帧一般都包含下一个帧发送的持续时间信息。

例如：数据帧和应答帧中“持续时间／标志”字段表明下个分段和应答的持续时间。

网络中的工作站就是通过监视这个字段，依据时间信息来推迟发射的（NAV）。

地址1/2/3/4（Address 1/2/3/4）：地址字段包含不同类型的地址，地址的类型取决于发送帧的类型。

地址类型可以包含基本服务组标识（BSSID）、源地址、目的地址、发送站地址、接收站地址。

地址分为每一站点的单独地址和组地址，组地址包括：组播地址和广播地址，广播地址的所有位均为1。

序列控制（Sequence Control）：该字段最左边的4bit由分段序列号子字段组成，用于表示一个特定的MSDU的分段序列号。

第1个分段的分段序列号为0，并按每次递增1。

后面12bit 是帧序列号子字段，序列号由1个模4096的计数器产生，开始值为0，对于每一个发送的MSDU子序列依次加1。

帧体（Frame Body）：该字段长度可变，为0~2312字节。

这些信息单元可由若干256 字节长的上层信息单元封装而成。

如果帧不需要承载信息，那么帧体字段的长度为0。

帧校验序列（FCS）：发送工作站的MAC层利用循环冗余码校验法（CRC）计算一个32位的FCS，并将结果存入这个字段。

MAC帧的类型IEEE802.11标准将MAC帧分为三种类型：管理帧、控制帧和数据帧，分别在工作站及AP之间提供管理、控制和数据交换。

管理帧：负责在工作站和AP之间之间建立初始的通信，提供连接和认证等服务。

在无竞争期间发送的所有管理类帧中持续时间域的值设为32768，而在竞争期间发送的所有管理类帧中持续时间域的值按如下规则决定：如果目的地址是成组地址时，则持续时间的值取0如果本帧控制域的多段比特为0，并且目的地址为一个单独站点的地址时，则持续时间值为发送1个ACK帧和1个SIFS所需的时间之和。

如果本帧控制域的多段比特为1，并且目的地址是一个单独站点的地址时，则持续时间值为发送下一个分段所需的时间、2个ACK帧和3个SIFS所需的时间之和。

工作站接收管理帧时，首先根据MAC帧地址1的目标地址（DA）内容来进行地址匹配，以决定是否接收。

如果目标地址与该工作站相匹配，则该站完成帧的接收，并把它交给LLC层。

如果地址不匹配，工作站将忽略这个帧。

管理帧的子类型包括11个子类型。

连接请求帧：用于工作站与AP建立连接关系。

如果工作站向AP发送连接请求帧，得到AP的许可后，工作站就连接到了AP上。

连接响应帧：AP收到一个连接请求帧后，返回一个连接响应帧，指明是否允许和该工作站建立连接。

再次连接请求帧：如果工作站想和一个AP再次连接就向AP发送此帧。

再次连接响应帧：AP收到一个再次连接请求帧后，返回一个再次连接响应帧，指明是否和该工作站再次连接。

探测请求帧（Probe Request Frame）：工作站通过发送探测请求帧，以得到来自另一个工作站或AP的信息。

探测响应帧：工作站或AP收到一个探测请求帧后，会向发送工作站发送一个包含自身特定参数（如跳频和DSSS的参数）的探测响应帧。

信标帧：在一个基础结构网络中，AP定期发送信标帧，保证相同物理网络中的工作站同步。

信标帧包括时戳，所有工作站都利用时戳来更新计时器。

此外，还利用信标帧声明一个无竞争期的开始。

在无AP网络，所有工作站发送信标帧，确保网络同步。

业务声明指示信息帧：该帧用于IBSS中。

有的工作站缓存发向其它工作站的帧。

前者向后者发送该帧，唤醒接收站，接收站发送一个信标帧，随后，发送工作站将缓存的帧发送到接收工作站。

分离帧：当工作站或AP想同某个工作站或AP解除连接关系时，只需要向对方发送一个分离帧即可。

广播地址全部为1时，仅仅一个分离帧就会终止和多个工作站的连接。

认证帧：工作站通过发送该帧，可以实现对工作站的认证。

解除认证帧：当工作站想终止安全通信时，就向工作站或AP发送一个解除认证帧。

控制帧:当工作站与AP 之间建立连接和认证之后，控制帧为数据帧的发送提供辅助功能。

控制帧六类子类型：请求发送（RTS）、清除发送（CTS）、应答（ACK）、节能轮询（PS Poll）无竞争结束（CF End）、带确认信息的无竞争结束（CF END+CF ACK）。

请求发送（RTS）：工作站向某接收工作站发送RTS帧，以协商数据帧的发送。

RTS帧的持续时间是以微秒为单位，是发送工作站发送一个即将要发送的数据帧或者管理帧、一个CTS帧、一个ACK帧和三个短帧间隔（SIFS）所需的时间之和。

清除发送（CTS）：收到RTS帧后，接收工作站向发送工作站返回一个CTS帧，以确认发送工作站享有发送数据帧的权利。

应答（ACK）：工作站收到一个无误的帧后，会向发送工作站发送一个ACK帧，以确认帧已被成功接收。

如果刚接收到的定向数据帧或定向管理帧中的帧控制域的多分段比特被置为0，ACK帧的持续时间域的值置为0，如果这个多分段比特被置为1，那么帧的持续时间域的值为前述数据帧或定向管理帧中的持续时间域中的值减去发送1个ACK帧所需的时间与1个SIFS之和得到节能轮询（PS Poll）：该帧的作用是向AP 请求工作站处于睡眠状态时缓存的帧。

接收到节能轮询控制帧的工作站都会在协调功能规则下使用持续时间对其NAV值做出适当更新无竞争结束（CF End）：CF End表明集中控制方式的无竞争的终点。

这类帧的持续时间一般设置为0，接收地址包含广播组地址。

带确认信息的无竞争结束（CF END+CF ACK）：该帧用于确认CF End帧。

这类帧的持续时间一般设置为0，接收地址包含广播组地址。

RTS/CTS的使用由于网络有时只能实现部分连通，因此无线局域网协议必须考虑隐藏工作站，这时可以通过AP的安装程序激活RTS/CTS模式。

当存在隐藏工作站的可能性较高时，RTS/CTS性能比基本访问优越得多。

当网络使用率增加时，RTS/CTS性能的降低速度比基本访问慢得多。

如果隐藏工作站存在的可能性很低，RTS/CTS反而会导致网络吞吐量的降低。

数据帧:数据帧的主要功能是传送信息（如介质服务数据单元）到目标工作站，转交给LLC层。

数据帧地址域的内容取决于帧控制字段的输入DS （To DS）和输出DS （From DS）两个比特的取值。

地址域1总是为预定的接收方的接收地；地址域2总是为发送本帧的工作站的的地址帧控制字段的To DS和From DS子字段决定了数据帧地址字段的有效内容物理层:无线局域网物理层是空中接口的重要组成部分，它为无线局域网提供无线通信链路。

它主要解决适应无线局域网信道特性的高效而可靠的数据传输问题，并向上层提供必要的支持与响应。

传输媒介可以是无线电波和红外线。

电波-窄带或宽带。

物理层的结构PLMPLCP子层PMD子层物理层管理（Physicallayer management）：为物理层提供管理功能，它与MAC层管理相连。

物理层会聚子层（PHY Convergence Procedure，PLCP）：MAC层和PLCP通过物理层访问点（SAP）利用原语进行通信。