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WLAN 基础概念(一)

概述

WLAN的定义有广义和狭义两种:

  1. 广义上讲WLAN是以各种无线电波(红外、激光等)的无线信道来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。
  2. 狭义上是基于IEEE 802.11系列标准,利用高频无线射频(如2.4GHz或5GHz ISG频段的无线电磁波)作为传输介质的无线局域网。
  3. 采用IEEE 802.11系列标准的WLAN网络,组网结构如下所示:
    在这里插入图片描述
  4. 在WLAN的演进和发展过程中,其实现技术标准有很多,如蓝牙、802.11系列、HyperLAN2等。而802.11系列标准由于其实现技术相对简单、通信可靠、灵活性高和实现成本相对较低等特点,成为了WLAN的主流技术标准,且802.11系列标准也成为了WLAN技术标准的代名词。

WLAN名词解释

站点(Station,简称STA)

  1. 站(点)也称主机(Host)或终端(Terminal),是无线局域网的最基本组成单元,包括以下几部分:
  • 终端用户设备(硬件)
  • 无线网络接口(无线网卡)
  • 网络软件(软件驱动硬件)

无线接入点(Access Point,简称AP)

  1. 做为无线接入点,AP的基本功能有:
  • 作为接入点,实现与其关联的STA对分布式系统的接入访问。
  • 作为接入点,实现和同一BSS中的不同站间的通信联结。
  • 作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理。
  • 作为无线网络和分布式系统的桥接点,完成无线局域网与分布式系统间的桥接功能。

基本服务集(Basic Service Set,简称BSS)

  1. 用于描述在一个802.11 WLAN中的一组相互通信的移动设备,可以理解为一个无线局域网(WLAN)。
  2. 一个BSS可以包含AP,也可以不包含AP,即BSS有两种组成类型:
  • 一种是有基础设施模式的BSS,包含一个AP和若干个STA,所有STA关联到该AP上;
  • 另一种没有基础设施的,是独立模式的BSS,简称 IBSS,由若干个对等的STA组成;
  1. 每个BSS都有一个唯一的标识,称为BSSID。
  2. BSS的覆盖范围称为基本服务区(Basic Service Area,简称BSA)。

扩展服务集(Extended Service Set,简称ESS)

  1. 一个BSS中AP的覆盖范围有限,为了覆盖更大的区域,把多个BSA通过分布式系统(Distribution System,简称DS)连接起来,形成一个扩展服务区(Extended Service Area,简称ESA);
  2. 通过DS互相连接起来的属于同一个ESA的所有主机组成一个扩展服务集。

WLAN协议模型(协议簇)

在这里插入图片描述

  • LLC:负责数据链路控制,包括差错控制、流量控制等(逻辑链路控制子层);
  • MAC:MAC子层负责媒体访问控制和分组拆装(媒体访问控制子层);
  • MAC管理:负责ESS(扩展服务集)漫游、电源管理和登记过程中的关联管理(媒体访问控制子层);
  • PHY管理:与MAC层管理相连,上层通过该模块对PHY进行管理、控制;
  • PLCP:PHY汇聚协议子层,负责载波侦听;
  • PMD:物理媒体相关子层,负责传输信号的调制解调和编解码;
  • 站管理:协调物理层和MAC层之间的交互作用

WLAN物理层PHY

IEEE 802.11物理层(PHY)技术发展历程,所用技术标准如下:

  1. IEEE 802.11 (1997年)
  • 调制技术:跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)的红外线传输
  • 工作频段:工作在2.4GHz频段(2.4~2.4835GHZ,一共83.5MHZ,被划分为13个信道(相邻信道间隔5MHZ),每个信道占22MHZ,信道同时使用时,有3个互不重叠的信道【1 6 11 或者 2 7 12 或者 3 8 13】)
  • 传输速率:只能用于数据访问业务,最高传输速率为2Mbps
  • 兼容性:无
  1. IEEE 802.11a (1999年)
  • 调制技术:引入正交频分复用(OFDM)技术
  • 工作频段:工作在5.8GHz频段(5.725G~5.85GHZ,一共125MHZ,被划分为5个信道,每个信道占20MHZ,相邻信道互不重叠,也就是说信道同时使用时,有5个互不重叠的信道)
  • 传输速率:54, 48, 36, 24, 18, 12, 9或者6Mbps
  • 兼容性:无
  1. IEEE 802.11b (1999年)
  • 调制技术:对IEEE 802.11 DSSS模式的扩充,采用CCK调制方法
  • 工作频段:工作在2.4GHz频段
  • 传输速率:支持11 Mbps, 4.5 Mbps, 2 Mbps, 1 Mbps的不同速率
  • 兼容性:兼容IEEE 802.11
  1. IEEE 802.11g (2003年)
  • 调制技术:引入正交频分复用(OFDM)技术
  • 工作频段:工作在2.4GHz频段
  • 传输速率:实现54 Mbps的最大数据传输速率
  • 兼容性:兼容IEEE 802.11/IEEE 802.11b
  1. IEEE 802.11n (2009年)
  • 调制技术:引入正交频分复用(OFDM)技术 + 多路输入/多路输出(MIMO)技术
  • 工作频段:工作在2.4G或者5.8GHz频段
  • 传输速率:数据传输速度可高达300~600Mbps
  • 兼容性:兼容IEEE 802.11/IEEE 802.11b/IEEE 802.11a

WLAN数据链路层

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IEEE 802.11 MAC子层主要有二种不同的媒介访问机制:

  1. DCF:分布式协调功能(Distributed Coordination Function)
  • DCF是IEEE 802.11 MAC的基本接入方法,采用CSMA/CA技术,属于竞争方法;
  • 节点发送数据时,会监听信道,等待信道空闲时才能发送数据,一旦信道空闲,节点就再等待一个指定的时间DIFS;
  • 如果在DIFS结束前没有监听到其他节点的发送,则计算一个随机退避时间,就相当于设置了一个退避时间计时器;
  • 节点每经历一个时隙的时间就检测一次信道:若检测到信道空闲,退避计时器继续计时,否则冻结退避计时器的剩余时间,重新等待信道变为空闲并再经过时间DIFS后,从剩余时间开始继续倒计时;如果退避计时器的时间减小到零时,就开始发送整个数据帧。
  1. PCF:点协调功能(Point Coordination Function);
  • PCF 提供点协调器轮询所有站点发送或者接受数据,属于无竞争方法,因此不会发生帧冲撞的情形,但只能用在某种基础架构的无线局域网络中。
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