【文章內容簡介】 T加CP加CPTX1TXNt1NtSt(0)Si(Ne1)Sn(0)Sn(Ne1) MIMO+OFDM系統(tǒng)發(fā)送方案框圖檢測解碼FFTFFT去CP去CP時頻同步RXRX信道估計xyr MIMO+OFDM系統(tǒng)接收方案框圖 無線局域網的數據鏈路層關鍵技術在OSI參考模型中，數據鏈路層（Data link Sublayer）位于第二層為，通用的標準定義將該層分為兩個子層：①介質訪問控制子層 (Media Access Control)， 簡稱MAC子層，負責控制與連接物理層的物理介質。②邏輯鏈路控制子層 (Logical Link Control Sublayer) ，簡稱LLC子層，負責將數據正確的發(fā)送到物理層。介質訪問控制（MAC）作為局域網的關鍵技術之一,完全決定局域網的網絡性能（諸如吞吐性能與遲延性能）等等。而無線局域網（WLAN）由于其傳輸介質以及移動性等特點，采用與有線局域網有所區(qū)別的MAC協(xié)議?！? 　 MAC發(fā)送數據流程 　　　　　　　　　　　 MAC接收數據流程 當發(fā)送數據時，MAC層要完成以下任務：首先它按規(guī)則從LLC層接收數據，然后執(zhí)行媒體訪問規(guī)程，查看網絡是否可以發(fā)送；一旦網絡可以發(fā)送，它將給數據附加上一些控制信息，把數據及控制信息以規(guī)定的格式（一般稱做幀）送往物理層。 當接收數據時，MAC層要完成以下任務：首先它從物理層接收到數據幀并檢查數據幀中的控制信息，從而判斷是否發(fā)生傳輸錯誤。如數據正確，則去掉控制信息后把其送至LLC層。 無線局域網的MAC子層工作方式無線局域網中MAC子層所對應的標準為IEEE ，IEEE MAC綜合了兩種工作方式:：分布控制(DCF)和中心控制(PCF)兩種工作方式：1． 分布控制方式(DCF)，類似CDMA/CD，利用載波監(jiān)聽機制，適用于分布式網絡，傳輸具有突發(fā)性和隨機性的普通分組數據, 支持無競爭型實時業(yè)務及競爭型非實時業(yè)務。2． 中心控制方式(PCF)，建立在DCF工作方式之上并且僅支持競爭型非實時業(yè)務,適用于具備中央控制器的網絡。◆ 分布控制方式(DCF)DCF機制是MAC層中最基本的媒體接入控制機制。DCF機制基于CSMA/CA(CSMA/Collision Avoidance載波監(jiān)聽多址接入/碰撞避免) , 并以RTS/CTS消息交換機制作為輔助的介質訪問方式1． CSMA/CA協(xié)議　　CSMA作為隨機競爭類MAC協(xié)議，算法簡單而且性能豐富，所以在實際局域網的使用中得到了廣泛的應用。但是在無線局域網中，由于無線傳輸媒體固有的特性及移動性的影響，無線局域網的MAC在差錯控制、解決隱藏終端等方面存在應有別于有線局域網。因此無線局域網與有線局域網所采用的CSMA具備一定的差異。無線局域網采用CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）協(xié)議，其與CSMA/CD最大的不同點在于其采取避免沖突工作方式。與CSMA/CD不同，無線局域網介質訪問控制(MAC)層采用的CSMA/CA（CSMA/Collision Avoidance）協(xié)議，由于在RF傳輸網絡中沖突檢測比較困難，采用沖突避免機制盡量減小沖突碰撞發(fā)生的概率，以提高網絡吞吐性能與遲延性能。協(xié)議使用信道空閑評估(CCA)算法來決定信道是否空閑，通過測試天線能量和決定接收信號強度RSSI來完成。并且使用RTS、CTS和ACK幀減少沖突。數據加密與普通局域網的等同加密(WEP)算法一樣，使用64位密鑰和RC4加密算法。2． CSMA/CA工作過程：當發(fā)射端希望發(fā)送數據時，首先檢測介質是否空閑，若是介質為空閑時，送出RTS（Request To Send請求發(fā)送），RTS信號包括發(fā)射端的地址、接收端的地址、下一筆數據將持續(xù)發(fā)送的時間等信息，接收端收到RTS信號后，將響應短信號CTS(Clear To Send)，CTS信號上也RTS內記錄的持續(xù)發(fā)送的時間，當發(fā)射端收到CTS包后，隨即開始發(fā)送數據包，接收端收到數據包后，將以包內的CRC(Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗)的數值來檢驗包數據是否正確，若是檢驗結果正確時，接收端將響應ACK包，告知發(fā)射端數據已經被成功地接收。當發(fā)射端沒有收到接收端的ACK包時，將認為包在傳輸過程中丟失，而一直重新發(fā)送包。 　　　　　　　　 帶RTS/CTS的DCF機制工作過程3． CSMA/CA與CSMA/CD的區(qū)別　?、? 載波檢測方式：因傳輸介質不同，CSMA/CD與CSMA/CA的檢測方式也不同。CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測，當數據發(fā)生碰撞時，電纜中的電壓就會隨著發(fā)生變化；而CSMA/CA采用能量檢測(ED)、載波檢測(CS)和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。② 信道利用率比較：CSMA/CS協(xié)議信道利用率低于CSMA/CD協(xié)議信道利用率。但是由于無線傳輸的特性，在無線局域網不能采用有線局域網的CSMA/CD協(xié)議。信道利用率受傳輸距離和空曠程度的影響，當距離遠或者有障礙物影響時會存在隱藏終端問題，降低信道利用率。 具體最高的信道利用率與傳輸速率有關。，在1Mbit/s速率時最高信道利用率可到90％，而在11Mbit/s時最高信道利用率只有65％左右。4． 虛擬介質檢測機制(VCS)　　，所有接收到RTS與CTS信號的無線設備，都將采用虛擬介質檢測（Virtual Carrier Sense）機制，設置NAV(Network Allocation Vector，網絡分配矢量)，并使用在RTS和CTS中包含的duration字段信息來設置MAC參數NAV，duration字段指明了源和目的主機為傳輸數據將要占用信道的時間長度。當物理層內的NAV指針打開時，設備將認為此時的物理介質正為其他設備所占用而停止發(fā)送與接收數據。NAV的值隨著時間推移不斷減小，在NAV值減到零之前，主機不會發(fā)起傳輸嘗試?！　√摂M介質檢測（VCS）機制設置使其它主機預先知道信道中正在進行的傳輸情況，從而有效提高了數據幀成功傳輸的概率。但是VCS機制增加了RTS和CTS的開銷，降低了有效數據傳輸速率。NAV的設計有助于解決無線局域網內隱藏節(jié)點的問題?！? 中心控制方式(PCF)PCF(Point Coordination Function)機制基于輪詢機制，可以用于支持無競爭型實時業(yè)務。1． PCF工作過程：　　希望發(fā)送數據的主機首先向AP（Acess Point）發(fā)送Association Request（連接請求）幀，并在幀的功能性能字段的CFPollable(可輪詢CF)子字段中表明希望加入輪詢表。在收到AP的ACK信息以后，主機被列入輪詢列表。輪詢列表中的主機按連接標識(Association ID:AID )升序排列。AID是由AP主機分配的16bit標識符。　　AP發(fā)出Beacon幀表明CFP期間的開始。然后AP依次向輪詢列表中的主機發(fā)出Poll幀給AP，或發(fā)送Data幀給其它非AP主機；如果在PIFS時間間隔內沒有響應，則表明主機無數據要發(fā)，AP繼續(xù)發(fā)出下一個Poll幀。輪詢中特殊情況：　　在一個CFP期間，如果輪詢列表中的主機沒有輪詢完，那么在下次CFP期間將從未輪詢主機開始輪詢；如果輪詢列表中的主機已經輪詢完，還剩有一段時間，AP將隨機選擇主機發(fā)出輪詢幀。輪詢結束過程：AP發(fā)出End幀，表明CFP期間的結束，CP期間的開始。下圖為PCF中幀傳輸的一個例子： 　　　　　　 PCF中幀傳輸的一個例子 無線局域網的主要設備和拓撲結構無線局域網的設備主要包括：無線網卡、無線訪問接入點、無線集線器和無線網橋，幾乎所有的無線網絡產品中都自帶無線發(fā)射/接收功能，且通常是一機多用。WLAN的拓撲結構主要有兩種類型：無中心拓撲和有中心拓撲。根據無線接入點(AP)的不同功用，WLAN可以實現(xiàn)不同的組網方式。目前有點對點模式、基礎結構模式、多AP模式、無線網橋模式、無線中繼器模式和AP Client客戶端模式等組網方式。 主要設備介紹1．無線接入點無線接入點（Access Point）即通常所說的AP，也被稱為無線訪問點。它是大多數無線網絡的中心設備。無線路由器、無線交換機和無線網橋等設備都是無線接入點定義的延伸，因為它們所提供的最基礎作用仍是無線接入。AP在本質上是一種提供無線數據傳輸功能的集線器，它在無線局域網和有線網絡之間接收、緩沖存儲和傳輸數據，以支持一組無線用戶設備。接入點通常是通過一根標準以太網線連接到有線主干線路上，并通過內置或外接天線與無線設備進行通信。2．無線路由器無線路由器是一種帶路由功能的無線接入點，它在家庭及小企業(yè)中經常應用。無線路由器具備無線AP的所有功能，例如支持DHCP、防火墻、支持WEP/WPA加密等等，除此之外還包括了路由器的部分功能，如網絡地址轉換（NAT）功能，通過無線路由器能夠實現(xiàn)跨網段數據的無線傳輸，例如實現(xiàn)ADSL或小區(qū)寬帶的無線共享接入。無線路由器通常包含一個若干端口的交換機，可以連接若干臺使用有線網卡的電腦，從而實現(xiàn)有線和無線網絡的順利過渡。在接入速度上，目前符合11Mbit/s、54Mbit/s的無線路由器產品在市場上都是主流產品。但是，現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了所謂22Mbit/s和108Mbit/s傳輸速度的產品，22Mbit/+，+，只不過是廠家的自有技術，打上宣傳的標記而已，同理，108Mbit/s也同樣是廠家肓目追求速度的典范，它的原理是同一時間使用兩個信道進行數據傳輸以獲得雙倍速率。在實際應用中，僅比標準的11Mbit/s和54Mbit/s速率略高。3．無線網卡使用無線網絡接入技術的網卡可以統(tǒng)稱為無線網卡，它們是操作系統(tǒng)與天線之間的接口，用來創(chuàng)建透明的網絡連接。其接口一般有USB、PCMCIA、PCI和MINIPCI、CF/CFII等形式。MiniPCI無線網卡即是筆記本中內置式無線網卡，目前大多數筆記本均使用這種無線網卡。其優(yōu)點是無須占用PC卡或USB插槽，老款的筆記本電腦是直接將芯片焊接在主板上的。CF無線網卡是應用在PDA、PPC等移動設備或終端上的網卡，其特點是體積很小且可直接插拔在設備上。目前的CF卡一般是Type II（CFII）的接口。此外，Bluetooth藍牙網卡也應算是無線網卡的一種。4．天線無線天線相當于一個信號放大器，主要用來解決無線網絡傳輸中因傳輸距離、環(huán)境影響等造成的信號衰減。與接收廣播電臺時在增加天線長度后聲音會清晰很多相同，無線設備（如AP）本身的天線由于國家對功率有一定限制，它只能傳輸較短的距離，當超出這個有限的距離時，可以通過外接天線來增強無線信號，達到延伸傳輸距離的目的。購買天線必須了解以下3個概念。（1）頻率范圍。頻率范圍是指天線工作的頻段。這個參數決定了它適用于哪個無線標準的無線設備，所以在購買天線時一定要認準與這個參數相匹配的產品。（2）增益值。增益值表示天線功率放大的倍數，數值越大表示信號的放大倍數越大，也就是說當增益數值越大，信號越強，傳輸質量就越好。通俗地講就是功率，天線在指定方向上輻射功率的集中程度，通常以dBi為衡量。（3）極化。極化即電磁波的傳輸方向，是指天線輻射時形成的電場強度方向，分為水平極化或垂直極化。一般天線可分為兩類：全向天線和定向天線。以上3個概念是天線最基本的要素。天線具有多種形狀和大小。表22中簡單介紹了各種天線的優(yōu)劣，讀者在購買時可以參考。表22無線天線的基本參數定 向 天 線全 向 天 線類型應用增益范圍類型應用增益范圍接線天線室內12～22dBi偶極天線室內6～8dBi八木天線室外點到點/點到多點6～21dBi桿狀天線室內/室外4～10dBi碟形天線室外點到點/點到多點26dBi頂裝天線室內4～12dBi拋物線天線室外點到點27dBi扇形天線室內/室外4～10dBi 拓撲結構1． 點對點模式Adhoc(peertopeer)點對點模式Adhoc(peertopeer)又稱對等結構模式或稱為自組織網絡，它是WLAN的一種特殊結構體系，屬無中心拓撲結構。它覆蓋的服務區(qū)稱IBSS。對等網絡用于一臺無線工作站（STA, Station）和另一臺或多臺其他無線工作站的直接通訊，該網絡無法接入有線網絡中，只能獨立使用。這是最簡單的無線局域網結構。()一個對等網絡由一組有無線接口的計算機組成。這些計算機要有相同的工作組名、ESSID和密碼。 對等網絡組網靈活，任何時間，只要兩個或更多的無線接口互相都在彼此的范圍之內，它們就可以建立一個獨立的網絡。這些根據要求建立起來的典型網絡在管理和預先調協(xié)方面沒有任何要求。無線工作站B無線工作站A無線工作站C 點對點模式對等網絡中的一個節(jié)點必需能同時看到網絡中的其他節(jié)點，否則就認為網絡中斷，因此對等網絡只能用于少數用戶的組網環(huán)境，比如4至8個用戶，并且他們離得足夠近。2． 基礎結構模式（Infrastructure）基礎結構模式（Infrastructure）由無線接入點（AP）、無線工作站（STA）以及分布式系統(tǒng)（DSS）構成，覆蓋