第07章_無線寬帶網(wǎng)絡(luò)

1、第7章無線寬帶網(wǎng)絡(luò),內(nèi)容提要,無線寬帶技術(shù)覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價(jià)且不受接入設(shè)備位置限制的互聯(lián)手段。本章將以Wi-Fi和WiMAX為例討論無線寬帶技術(shù)。,內(nèi)容回顧,第6章介紹了互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識互聯(lián)網(wǎng)的基本元素和常見接入方式互聯(lián)網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的常見協(xié)議本章重點(diǎn)介紹無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素和特點(diǎn)，著重以IEEE802.11和IEEE802.16為例介紹無線局域網(wǎng)技術(shù)和無線城域網(wǎng)技

2、術(shù)兩種無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的架構(gòu)和特點(diǎn)。,本章內(nèi)容,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)7.2 Wi-Fi：無線局域網(wǎng)7.3 WiMAX：無線城域網(wǎng)7.4 展望：無線物聯(lián)世界無線網(wǎng)絡(luò)的基本元素有哪些？無線寬帶網(wǎng)絡(luò)包含哪幾種無線網(wǎng)絡(luò)？,無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素？,,無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素？,,無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素？,,無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素？,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)分類,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)→無線寬帶網(wǎng)絡(luò),傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)定義：帶寬超過1.54Mbps的網(wǎng)絡(luò)可稱為

3、寬帶網(wǎng)絡(luò)。無線寬帶網(wǎng)絡(luò)包括：Wi-Fi：無線局域網(wǎng)WiMAX：無線城域網(wǎng)3G：無線廣域網(wǎng)UWB：超寬帶無線個域網(wǎng),7.1 無線連接的特點(diǎn),信號強(qiáng)度衰減無線信號能量隨著傳輸距離增長而減弱。非視線傳輸若發(fā)送者與接收者之間的路徑部分被阻擋，則稱其為非視線傳輸。無線信號可能會被阻擋物吸收或迅速衰減。信號干擾相同無線頻段的信號會相互干擾，例如2.4GHz。外部環(huán)境的電磁噪聲，例如微波爐、汽車、高壓電線。多徑傳播無線信

4、號由于阻擋物的反射和折射，到達(dá)接收端的時(shí)間可能略微不同。,7.1 無線連接的特點(diǎn)（續(xù)）,隱藏終端（Hidden Terminal）問題A，B之間可通訊C，B之間可通訊A，C之間不可通訊A，C可能同時(shí)向B傳輸，引起信號沖突，導(dǎo)致發(fā)送至B的信號都丟失,無線連接的特點(diǎn)導(dǎo)致的有線信道中不存在的問題：,本章內(nèi)容,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)7.2 Wi-Fi：無線局域網(wǎng)7.3 WiMAX：無線城域網(wǎng)7.4 展望：無線物聯(lián)世界IEEE8

5、02.11的架構(gòu)如何？物理層和數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)有哪些特點(diǎn)？,7.2 Wi-Fi：無線局域網(wǎng),Wi-Fi（ Wireless Fidelity）是由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)所持有的一個無線網(wǎng)路通信技術(shù)品牌（目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性）。隨著IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE 802.11這個標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱作Wi-Fi。IEEE802.

6、11是IEEE制定的一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無線接入。,802.11無線局域網(wǎng)的發(fā)展,802.11無線局域網(wǎng)的發(fā)展,一系列IEEE802.11協(xié)議的物理層使用技術(shù)差異很大但上層架構(gòu)和鏈路訪問協(xié)議相同如MAC層都使用帶沖突預(yù)防的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CA）技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)相同都支持基站和自組織兩種組網(wǎng)模式。,802.11架構(gòu),802.11架構(gòu)：基本服務(wù)組,基本服務(wù)組（B

7、asic Service Set，BSS）基站模式無線用戶（電腦、PDA等）：通過與接入點(diǎn)相關(guān)聯(lián)獲取上層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。接入點(diǎn)（基站）：通過有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)/路由器）連入上層公共網(wǎng)絡(luò)。“無線路由器”是接入點(diǎn)和路由器功能的結(jié)合體。自組織模式無線用戶：每個無線網(wǎng)絡(luò)用戶既是數(shù)據(jù)交互的終端也是數(shù)據(jù)傳輸中的路由。,802.11架構(gòu)：信道、關(guān)聯(lián)及掃描,信道：802.11b/g：將85MHz的頻寬分為11個不同頻段的信道。接入點(diǎn)管理者會為

8、每個接入點(diǎn)指定信道。用戶與接入點(diǎn)關(guān)聯(lián)（基站模式）：接入點(diǎn)廣播的“識別幀”（包含了接入點(diǎn)的MAC地址和服務(wù)集表示符）用戶根據(jù)收到的“識別幀”選擇與其中一個接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)識別幀掃描方式：被動掃描，接入點(diǎn)周期性廣播“識別幀”。主動掃描，首先無線用戶主動廣播“探測幀”，然后收到“探測幀”的接入點(diǎn)以“回應(yīng)幀”響應(yīng)，最后用戶根據(jù)“回應(yīng)幀”選擇接入點(diǎn)。,802.11介質(zhì)訪問控制協(xié)議,目的：避免多個用戶同時(shí)訪問信道CSMA：（Carr

9、ier Sense Multiple Access）用戶在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先監(jiān)聽信道，信道占用則不發(fā)送數(shù)據(jù)。CA：（Collision Avoidance）要求建立數(shù)據(jù)鏈路層確認(rèn)/重傳機(jī)制以避免沖突。CD：（Collision Detected）檢測沖突。802.11采用（CSMA/CA)太網(wǎng)采用帶（CSMA/CD）,CSMA/CA信道訪問機(jī)制,傳輸端：空閑信道若等待DIFS后，信道仍空閑，則開始傳輸數(shù)據(jù)。繁忙信道隨機(jī)退避

10、若偵測到信道空閑，減少退避數(shù)值當(dāng)退避時(shí)間結(jié)束后開始發(fā)送若沒有收到ACK，增大退避間隔接收端：接收到數(shù)據(jù)等待SIFS后發(fā)送ACK,802.11數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),,,,,,802.11數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（續(xù)）,三個地址域（地址1-3）用于802.11數(shù)據(jù)幀和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式中地址域的轉(zhuǎn)換。,本章內(nèi)容,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)7.2 WiFi：無線局域網(wǎng)7.3 WiMAX：無線城域網(wǎng)7.4 展望：無線物聯(lián)世界WiMAX技術(shù)架構(gòu)如何？物理

11、層和數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)有哪些特點(diǎn)？,7.3 WiMAX：無線城域網(wǎng),WiMAX（ Worldwide Interoperability for Microwave Access ）為廣闊區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)用戶提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，視線覆蓋范圍可達(dá)112.6千米，非視線覆蓋范圍可達(dá)40千米，帶寬70MbpsWiMAX技術(shù)的帶寬足以取代傳統(tǒng)的DSL型有線連接為企業(yè)或家庭提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，可取代部分互聯(lián)網(wǎng)有線骨干網(wǎng)絡(luò)。與之對應(yīng)的是一系列

12、IEEE 802.11協(xié)議。,802.16的發(fā)展,WiMAX架構(gòu),架構(gòu)與802.11基站模式類似基站以點(diǎn)對多點(diǎn)連接為用戶提供服務(wù)。被稱為“最后一英里”（Last Mile）?；局g或與上層網(wǎng)絡(luò)以點(diǎn)對點(diǎn)連接（光纖、電纜、微波）相連。稱為“回程”（Backhaul）。頻段10～66GHz（適合視線傳輸，作為回程連接載波）2～11GHz（適合非視線傳輸，用于最后一英里傳輸）,WiMAX介質(zhì)訪問控制協(xié)議特征,全雙工信道利用WiMA

13、X的寬頻特性提供更高效的寬帶服務(wù)?？蓴U(kuò)展性使單個WiMAX基站可為多個用戶同時(shí)提供服務(wù)。QoS是針對不同用戶的不同需求提供更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)流服務(wù)。時(shí)分多址轉(zhuǎn)換（TDM，Time Division Multiplex）幀提供了對上述特征的支持。,WiMAX介質(zhì)訪問控制協(xié)議（續(xù)）,傳輸幀訪問協(xié)議規(guī)定了基站和用戶交互的物理層參數(shù)（調(diào)制方式、編碼方式、糾錯參數(shù)），服務(wù)質(zhì)量（QoS））基站向用戶：下行連接子幀用戶向基站：上行連接子幀基

14、站通過下行突發(fā)數(shù)據(jù)向用戶傳輸數(shù)據(jù)用戶使用基站為自己預(yù)留的上行時(shí)間片與基站交互,本章內(nèi)容,7.1 概述：無線網(wǎng)絡(luò)7.2 WiFi：無線局域網(wǎng)7.3 WiMAX：無線城域網(wǎng)7.4 展望：無線物聯(lián)世界無線寬帶網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中扮演了重要角色。,7.4 展望：無線物聯(lián)世界,無線寬帶技術(shù)可為家庭、校園/企業(yè)、城市甚至全球范圍內(nèi)的用戶提供泛在的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)所需的更廣泛地互聯(lián)互通勢必缺少不了無線寬帶的支持。,無線物聯(lián)世界：Wi-Fi,