第8章 无线局域网接入技术

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接入网技术
BSS与ESS（续）

ESS
ESS:Extended Service Set ，扩展服务组 多个BSS通过一个分布系统（DS)相连构成一个 ESS(每个BSS内有一个AP，用于连接DS及控制 BSS内站点的接入） ESS有一个ID，称为ESSID（与BSSID统称为 SSID）。同一个ESS的站点可以在不同的BSS之间 切换


5.725~5.850 GHz，带宽：125MHz
信部无[2002]277号 发射功率：500 mW

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接入网技术
8.2 IEEE802.11标准概要

标准概述
参考模型
BSS与ESS WLAN系统服务 STA接入过程 分片与重组 802.11主要系列
接入网技术
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8.2.1 IEEE802.11标准概述

1990年IEEE802委员会成立IEEE802.11工作组 1997年6月公布标准 现行标准是IEEE802.11-1999 IEEE802.11标准全称

无线局域网介质访问控制和物理层规范 Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer Specifications 基本的组网方式及结构 协议参考模型 MAC层协议、数据格式与数据传输 物理层技术 用户认证与信息安全
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接入网技术
ISM频段的无线电波

ISM频段属于非注册使用频段，因此，构建WLAN不需要
申请无线电频率

为了防止对同频段的其它系统造成干扰，若采用窄带调制 技术，则必须得到无线电管理部门颁发的许可证

在ISM频段上，可使用的频段包括

902Hz~928MHz（可利用带宽26MHz） 2.4GHz~2.4835GHz（可利用带宽83.5 MHz） 5.725GHz~5.850GHz（可利用带宽125MHz）
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源自文库
物理层

WLAN的物理层涉及到两个主要问题：即采 用的无线传输媒质和传输技术 WLAN使用的无线传输媒质是红外线 （Infrared）和位于ISM（Industrial， Scientific and Medical）频段的无线电波

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接入网技术
红外线

一般用于室内环境，无法穿透非透明障碍物，只能以视线 进行点对点传播

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接入网技术
WLAN概述

WLAN的功能

为小范围内固定或移动站点提供无线数据通信服务 IEEE802.11工作组 Wi－Fi联盟 IEEE802.11系列 Ad-hoc（无中心） AP（有中心）

标准机构及组织


技术标准


网络结构


MAC协议

CSMA/CA协议
2.4GHz（ISM频段），5GHz
IP
MSDU
MAC
MPDU
PHY
分段
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重装
接入网技术
8.2.7 802.11主要标准

IEEE std 802.11-1997发布，2Mbps@2.4GHz IEEE 802.11， 1999 Edition IEEE 802.11a-1999 : 54Mbps@ 5GHz IEEE 802.11b-1999 : 11Mbps@2.4GHz IEEE 802.11g-2003 : 54Mbps@2.4GHz IEEE 802.11i-2004 ，MAC的安全性增强 正在发展：
接入网技术
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8.2.3 BSS与ESS

BSS

BSS
Basic Service Set ,基本服务组
BSS是一个基本的WLAN的单元网络 为一组站点提供通信服务

在一个BSS内，各站点可直接通信（对等），或 只能通过一跳中继实现站点之间的通信（AP)
每个BSS都有一个ID，称为BSSID 不同的BSS之间的站点不能直接通信

不受无线电管理部门的管制 采用红外线的两种方式


扩散红外（DF-IR—Diffused Infrared）方式：发送方把多个发 光装置排成圆形，使各发光装置从不同方向把红外线发出去 定向波束红外方式（DB-IR—Directed Beamed Infrared）：又 有两种方式

点对点方式，发送方瞄准接收方后再把红外波束发出去 反射方式，发送方将红外波束射向特制的反射装置，经其反射后到达 接收方
接入网技术


站有三类

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服务区

WLAN中的服务区可分为两类

基本服务区（BSA—Basic Service Area） 扩展服务区（ESA—Extended Service Area）

BSA是WLAN中最小的服务区，又称为小区（cell），其覆盖范围一般为
几十米到上百米之间，在有些应用中也可达到几十公里
Interne t
无线漫游

一个基站的覆盖范围形成一个微小区（即BSA）。通常，微小区的直径
是几十米到上百米

当不同微小区间有一定的重叠时，移动站点的无线网卡能够随时自动
发现附近信号最强的AP，并切换到该AP的工作频率上，通过该AP收发
数据，从而保持不间断的网络连接

移动站点就可以在整个WLAN的覆盖区内自由移动，而不会中断与网络 的连接。这种现象被称为无线漫游


节能技术


当某站不收发数据时，应使该站的收发信机处于休眠状 态
当该站需要收发数据时，再激活其收发信机
接入网技术

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工作频段 – 中国

中国频谱管理

2.4~2.4835GHz，带宽：83.5MHz
信部无 [2001] 653号、信部无 [2002] 353号 发射功率：100/500 mW
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802.11协议的物理层

802.11协议



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无线传输媒质是红外线和2.4GHz的无线电 无线传输技术为两种扩频技术，即FHSS （Frequency Hopping Spread Spectrum） 跳频扩频和DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）直接序列扩频 FHSS采用GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying）调制技术 DSSS采用BPSK（Binary Phase Shifting Keying）或QPSK（Quandrature Phase Shifting Keying）调制技术 支持的数据传输速率是1Mb/s和2Mb/s

ESA则是通过接入点（AP—Access Point）将不同BSA连接起来，并将
其接入到有线主干网，以扩大WLAN的服务区域
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接入网技术
WLAN的网络结构

无中心－对等结构（ad－hoc）
B A
C
频率f
D

E

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所有移动站点都处于平等地位，网状拓扑 无中心站，所有站点间可直接通信无需中继 所有站点共享同一信道，竞争同一信道 不便于采用定向天线 用户增加时，冲突厉害 适合用户少且范围小的组网

DS
BSS1
AP
AP
BSS2
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ESS
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8.2.4 WLAN系统服务

802.11系统提供的服务

IEEE 802.11 architectural services SS：站点提供的服务


认证/解除认证：Authentication/Deauthentication 隐私、保密：Privacy M_SDU投递：MSDU delivery 关联/解除关联/重新关联
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802.11协议的物理层

802.11a



使用的是5.8GHz无线频段，正交频分复用 OFDM 支持的数据传输速率为5Mb/s，11Mb/s，和54Mb/s 支持的数据传输速率是1Mb/s和2Mb/s

802.11b

使用的仍是2.4GHz无线频段，直接序列扩频技术 支持的数据传输速率则为1Mb/s，2Mb/s，5.5Mb/s 和11Mb/s 具有动态速率自适应调节功能，即它能根据无线信道的 传输质量（如噪声干扰的大小）自动调整其数据发送速 率

认证

成为组成员 BSS成员 可使用DSS


关联

ESS成员
DS服务
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接入网技术
8.2.6 分段与重装

WLAN对高层的接口呈现以太网的接口

对上的服务接口为以太接口

WLAN帧必须先转换成以太帧，再交高层
发送方需要对SDU分段

为了适应无线信道的传输，形成PDU时

接收方需要对分段重装，再上交高层

这种多基站的网络常常与有线LAN或MAN互连，从而可以构成覆盖范围 较的大混合MAN或WAN
接入网技术
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关键技术

抗干扰与抗衰落技术

扩频技术 跳频技术 纠错编码技术
严密的用户身份认证技术 用户信息加密技术 扩频技术，能降低单位频带内的发送功率密度，从而使盗听者难以 从空中捕获到有用信号 跳频技术，不仅能躲避干扰，而且能使不知道随机跳频序列的无权 用户，无法接收到其他用户的发送信息

通信保密技术


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接入网技术
关键技术（2）

兼容技术

网络兼容技术，要求WLAN应与有线LAN在操作系统与网 络软件的使用上相互兼容，以方便用户的使用 电磁兼容技术，要求WLAN必须考虑其发送电磁功率对周 围电磁环境的影响，以避免对其他设备正常工作，以及 对人体健康造成不良影响 为了节省便携机的电池消耗，网络应具有节能管理功能

频段


无线环境恶劣，存在诸多问题很难解决
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无线数据传输的环境

有效地利用带宽
避免冲突、如何分解冲突
克服隐藏站点和暴露站点 保持站点移动时的连续通信 提高抗干扰能力 安全性问题
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接入网技术
系统组成
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接入网技术
WLAN中的站

通常将相互连接的设备称为“站”；将无线电波覆 盖的范围成为“服务区”
接入网技术
对等结构的特点

是一个独立的WLAN
建网容易（无需布线），费用低
网络整体移动性好


抗毁性强
容量有限，仅适于用户群较小的应用环境
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接入网技术
WLAN的网络结构

有中心－AP接入结构
AP
f


有中心的结构便于对用户的接入管理，更适合作WLAN接
入网的结构
11 接入网技术
所有移动站点通过中心站点(AP)接入 一般AP位置不动，实现站点的接入和到有线网的桥接 不考虑移动站点之间的直接通信 只考虑各站点与AP之间的直接通信 无线站点之间、无线站点到互联用户的通信都需通过AP转发 基站一般有两个接口：即符合IEEE 802.11协议的无线接口与符合 IEEE 802.3协议的有线接口
所谓“站”是指连接在WLAN中的各种智能化终端设 备。


装有无线适配卡(wireless adapter card)的台式计算机、笔 记本电脑 嵌入式IEEE 802.11终端设备（如802.11手机） 固定站的天线一般为定向天线，不能随便移动 移动站可以在覆盖范围内随便移动 半移动站可以改变位置，但不能在移动中保持通信
接入网技术
第8章 无线局域网接入技术
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接入网技术
第8章 无线局域网接入技术
8.1 WLAN概述
8.2 IEEE802.11标准概要
8.3 WLAN安全技术 8.4 WLAN的应用
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接入网技术
8.1 WLAN概述

无线局域网（WLAN）是以无线电波或红外 线作为传输媒质的计算机局域网（LAN）， 它是IP接入网的一种形式 WLAN与有线局域网（LAN）相比，最大的 优点是：建设周期短，施工容易，易于扩展， 且能支持用户在移动中上网，为用户提供多 媒体业务


DSS：DS提供的服务

Association / Disassociation / Reassociation

分布：Distribution 集成： Integration
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接入网技术
8.2.5 STA接入过程



AP定期发送信标 帧广播自己的通信 参数 STA扫描所有信道， 通过接收AP的信 标帧得到通信参数 选择一个AP接入
接入网技术

标准包含的内容包括


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8.2.2 IEEE802.11的参考模型


MAC子层
物理层，进一步分为两个子层


PLCP:Physical Layer Convergence Procedure 物理 层汇聚子层 PMD :Physical Medium Dependent 物理介质相关子 层
接入网技术
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MAC子层功能

访问控制

标准定义了两种访问方式


分布式协调功能DCF,站点之间通信基于竞争协议CSMA/CA
点协调功能 PCF，是一种集中控制方式，站点之间的通信基于轮询的 方式，一种无竞争的方式

关联
认证与加密 帧的分段与重装

无线信道易受干扰，短帧有利于提供传输的成功率 分段功能是802.11的一个可选项