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计算机网络-移动互联网技术

来源:王刚博客 编辑:小编 时间:2019-10-09 19:47
计算机网络-移动互联网技术

无线局域网 无线局域网的组成

IEEE 802.11

IEEE 802.11 是一个有固定基础设施的无线局域网的国际标准。简单地说,802.11 就是无线以太网的标准:

它使用星形拓扑,其中心叫做接入点 AP (Access Point)

在MAC层使用 CSMA/CA 协议

凡使用 802.11 系列协议的局域网又称为 Wi-Fi (Wireless-Fidelity)。

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一个基本服务集BSS包括一个基站(接入点AP)若干个移动站,所有的站在本BSS以内都可以直接通信,但在和本BSS以外的站通信时,都要通过本 BSS 的基站。

当网络管理员安装AP时,必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。

一个基本服务集可以是孤立的,也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统 DS (Distribution System),然后再接入到另一个基本服务集,构成扩展的服务集 ESS (Extended Service Set)。

ESS 还可通过门户(portal) 为无线用户提供到非802.11无线局域网(例如,到有线连接的互联网)的接入。门户的作用就相当于一个网桥

建立关联

一个移动站若要加入到一个基本服务集 BSS,就必须先选择一个接入点 AP,并与此接入点建立关联(association) 。

只有关联的 AP 才向这个移动站发送数据帧,而这个移动站也只有通过关联的 AP 才能向其他站点发送数据帧。

移动站与AP建立关联有以下两种方法:

被动扫描

移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。

信标帧中包含有若干系统参数(如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等)。

主动扫描

移动站主动发出探测请求帧(probe request frame),然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。

热点(hot spot)

热点我们都不陌生,它也就是无线入网点,一般又办公室、快餐店等有偿或无偿向公众提供。

由许多热点和AP连接起来的区域被称作热区 (hot zone)。

现在也出现了无线互联网服务提供者WISP(Wireless Internet Service Provider) 这一名词。用户可以通过无线信道接入到 WISP,然后再经过无线信道接入到互联网。

移动自组网络 (ad hoc network)

自组网络是没有固定基础设施(即没有 AP)的无线局域网

这种网络是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络,也被称作移动分组无线网络。

无线传感器网络 WSN

无线传感器网络 WSN (Wireless Sensor Network) 是由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组网络

无线传感器网络主要的应用领域就是组成各种的物联网 IoT (Internet of Things)

802.11局域网的MAC层协议

无线局域网不能简单地搬用 CSMA/CD 协议,主要有这样两个原因:

“碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时,还必须不间断地检测信道,但接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度,在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大

即使能够实现碰撞检测的功能,并且在发送数据时检测到信道是空闲的时候,在接收端仍然有可能发生碰撞

无线局域网使用“碰撞检测”可能发生的“隐蔽站问题”和“暴露站问题”:

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因此,无线局域网采用改进的CSMA/CA协议,增加了碰撞避免CA (Collision Avoidance)功能。同时,增加使用停止等待协议

802.11的MAC层

MAC层通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接收数据

MAC层分为两个子层:无争用服务的点协调功能PCF争用服务的分布协调功能DCF(这是必须实现的功能)。

DCF子层在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法,让各个站通过争用信道来获取发送权

帧间间隔 IFS

在所有的站发送完成后,欲发送帧的站点必须再等待一段很短的时间(继续监听)才能发送,这段时间统称为“帧间间隔IFS(InterFrame Space)”。

帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型:高优先级帧所需等待的时间较短,可获得优先发送权。

SIFS,即短帧间间隔,长度为28μs,是最短的帧间间隔,用于分隔属于一次对话的各帧。一个站应当能够在这段时间从发送方式切换到接收方式。

DIFS,即分布协调功能帧间间隔,它比SIFS的帧间间隔要长得多,长度为128μs。DIFS一般用来发送数据帧和管理帧。

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CSMA/CA协议

先了解以下几个概念:

争用窗口

信道从忙态变为空闲时,任何一个站要发送数据帧时,不仅都必须等待一个 DIFS 的间隔,而且还要进入争用窗口,使用二进制指数退避算法计算随机退避时间以便再次重新试图接入到信道。

网络分配向量 NAV

网络分配向量(NAV)指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输,才能使信道转入到空闲状态。

当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时,就调整自己的网络NAV。

二进制指数退避算法

第i次退避就在2^(2+i)个时隙中随机选择一个。

不需要使用退避算法的情况:

检测到信道是空闲的,并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧

除此以外,都是需要使用退避算法的情况:

发送第一个帧之前检测到信道处于忙态

每一次重传

每一次成功发送后

CSMA/CA算法归纳:

(1) 若站点最初有数据要发送(而不是发送不成功再进行重传),且检测到信道空闲,在等待时间DIFS后,就发送整个数据帧。

(2) 否则,站点执行 CSMA/CA 协议的退避算法。一旦检测到信道忙,就冻结退避计时器。只要信道空闲,退避计时器就进行倒计时。

(3) 当退避计时器时间减少到零时(这时信道只可能是空闲的),站点就发送整个的帧并等待确认。


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