【文章內(nèi)容簡介】 MAC 幀映射到媒體上，主要進(jìn)行載波偵聽的分析和針對(duì)不同的物理層形成相應(yīng)格式的分組。 PMD 子層用于識(shí)別相關(guān)媒體傳輸?shù)男盘?hào)所使用的調(diào)制和編碼技術(shù)。完成這些幀的發(fā)送。物理層管理子層進(jìn)行信道選擇和協(xié)調(diào)。 16 MAC 層也分為 MAC 子層和 MAC 管理子層。 MAC子層負(fù)責(zé)訪問機(jī)制的實(shí)現(xiàn)和分組的拆分與重組。 MAC 管理子層負(fù)責(zé) ESS 散步管理、電源（節(jié)能）管理，以及鏈接過程中的鏈接、解除鏈接和重新鏈接等過程的管理。 此外 還定義了一個(gè)管理子層，其主要把任務(wù)是協(xié)調(diào)物理層和 MAC 層之間的交互作用。 IEEE802 委員會(huì)給出的局域網(wǎng)的協(xié)議體系如圖 15 所示，它由一系列的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議構(gòu)成 . 圖 15 無線局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 無線局域網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用方式也很多?？傮w上分，無線局域網(wǎng)主要有室外應(yīng)用和室內(nèi)應(yīng)用。室內(nèi)應(yīng)用主要有家庭或小型辦公室應(yīng)用（ SOHO）和大型辦公室、企事業(yè)單位、工業(yè) 或商業(yè)等。室外應(yīng)用主要有園區(qū)網(wǎng)（如校園網(wǎng)、醫(yī)院網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)等）和較遠(yuǎn)距離的無線網(wǎng)絡(luò)連接（用無線網(wǎng)橋、無線路由器等設(shè)備）以及更遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)中繼。某些部門網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)會(huì)有室外的應(yīng)用。公共無線局域網(wǎng)接入是近兩年來發(fā)展的新的應(yīng)用模式，它借助于現(xiàn)有的廣域網(wǎng)絡(luò)，如中國電信公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、公共移動(dòng)網(wǎng)（ GSM、 GPRS、 CDMA20211X等），構(gòu)成廣大區(qū)域的無線 ISP(WISP)。當(dāng)前的構(gòu)造方式主要是在熱點(diǎn)場所部署無線局域網(wǎng)。 另外一類適合無線局域網(wǎng)應(yīng)用的場合是需要臨時(shí)組網(wǎng)和難以布線的地方，如災(zāi)難恢復(fù)、短時(shí)間的商用系統(tǒng)和大型會(huì) 議等，以及軍事、公安等專用網(wǎng)。組成一個(gè)臨時(shí)的 WLAN，最典型的應(yīng)用是 Ad hoc 網(wǎng)（完全可移動(dòng)方式）。通常是一群具有便攜式終點(diǎn)的用戶為會(huì)議或其他目的的聚集到一起，需要在無法預(yù)料的距離間構(gòu)筑一個(gè)臨時(shí)性的 WLAN。 LLC MAC 站 管 理 MA管理 PHY管理 FHSS IR DSSS DLL PLCP PMD 17 從支持移動(dòng)性的角度來看，目前的無線局域網(wǎng)還只能用于不移動(dòng)或慢速移動(dòng)的用戶或業(yè)務(wù)，可能會(huì)在不久的將來開發(fā)出適合高速移動(dòng)的無線局域網(wǎng)。 WLAN 有三種應(yīng)用方式，即 WLAN接入網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)無線互聯(lián)和定位。前兩類應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，而 WLAN 定位應(yīng)用是近幾年才發(fā)展起來的，是與無線廣域網(wǎng)的定位類似的一種應(yīng)用方式。 WLAN 定位不僅可以單獨(dú)應(yīng)用，而且可以將其與其他應(yīng)用結(jié)合起來，進(jìn)一步促進(jìn) WLAN 的應(yīng)用。 18 第二章 物理層和 MAC層規(guī)范 物理層結(jié)構(gòu) 物理層概念 物理層簡介： 無線局域網(wǎng)物理層是空中接口的重要組成部分，它為 WLAN系統(tǒng)提供無線通信鏈路。無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的物理層內(nèi)容主要解決適應(yīng) WLAN信道特性的高效而可靠地?cái)?shù)據(jù)傳輸問題，并向上層提供必要的支持與響應(yīng)。 WLAN 物理層是 一個(gè)無線通信系統(tǒng)， WLAN 信道為無線信道，而無線信道的主要特征就是誤碼率較高（可靠性低）和帶寬受限（傳輸容量受限）。為了保證通信的完整性與傳輸?shù)目煽啃裕岣邿o線鏈路的質(zhì)量，必須提供一定的措施或技術(shù)來檢測和糾正在無線傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。這些手段可以分為兩類： ，主要是克服多徑等現(xiàn)象用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，包括差錯(cuò)控制編碼在內(nèi)的編碼技術(shù)、均衡與交織技術(shù)和無線系統(tǒng)等。 ，如擴(kuò)展與瑞克接收技術(shù)、多載波技術(shù)、分集技術(shù)、功率控制技術(shù)和智能無線技術(shù)等。 在無線局域網(wǎng) 物理層上，通過高效的編碼、交織、調(diào)制技術(shù)和有效的無線技術(shù)等來降低誤碼率，提高信道容量，這是提供 WLAN Qos 保證的最低層和最基本的技術(shù)。但由于無線頻譜受限，它能達(dá)到的效果也是有限的。 無線局域網(wǎng)物理層的性能主要由傳輸容量（以傳輸速率標(biāo)稱）、傳輸質(zhì)量（以誤碼性能和可用度指標(biāo)體現(xiàn)）、信道利用率或頻帶利用率（單位頻帶的信息傳輸速率）和覆蓋范圍等技術(shù)指標(biāo)來衡量。 物理層層次結(jié)構(gòu) 從縱向的層次結(jié)構(gòu)來看， WLAN 物理層包括三個(gè)功能實(shí)體，如圖 21所示： 19 圖 21。 理層管理實(shí)體 PLME PLME 與 MAC 層管理相連，執(zhí)行本地物理層的管理功能。 2. 物理層會(huì)聚過程 PLCP 子層 PLCP 子層是 MAC 層與 PMD 子層或物理層介質(zhì)的中間橋梁，他與 MAC層通過物理層訪問點(diǎn)（ PHY SAP）利用原語進(jìn)行通信。 PLCP子層規(guī)定了如何將 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ MPDU）映射為合適的幀格式用于收發(fā)用戶數(shù)據(jù)和管理信息。 MAC 層發(fā)出指示后， PLCP 就開始準(zhǔn)備需要傳輸?shù)?MPDU（媒體協(xié)議數(shù)據(jù)單元），并為 MPDU 附件包含物理層發(fā)送器和接收器所需信息的字段 。在 標(biāo)準(zhǔn)中，將這種附加有 PLCP 字段的 MPDU 稱為PLCP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ PPDU）。 PPDU 的幀結(jié)構(gòu)提供了站點(diǎn)之間的異步傳輸，因此，接收站點(diǎn)的物理層必須對(duì)每個(gè)單獨(dú)的即將到來的幀同步。 PLCP 子層與 PMD子層通過 PMD 子層訪問點(diǎn)（ PMD SAP）利用原語進(jìn)行通信，控制發(fā)送和接受功能。 PMD 子層 PMD 子層在 PLCP 子層之下，直接面向無線介質(zhì)，定義了兩點(diǎn)和多點(diǎn)之間通過無線媒介收發(fā)數(shù)據(jù)的特性和方法，為幀傳輸提供調(diào)制和解調(diào)。 標(biāo)準(zhǔn)定義了 DSSS PMD/FHSS PMD/IR PMD)等三種 PMD。其中，DSSS PMD 又有三種高速擴(kuò)展，分別對(duì)應(yīng) 準(zhǔn)擴(kuò)展。 WLAN 物理層主要實(shí)現(xiàn)三種功能或操作（三種狀態(tài)機(jī)），即發(fā)送、接受和狀態(tài)監(jiān)測（向上層提供狀態(tài)指示信息 ） 。狀態(tài)指示信息在 標(biāo)準(zhǔn)中指的是信道空閑估計(jì) CCA，它可以是載波檢測（ CS）、能量超過門MAC 層管理 PHY 層管理 MAC 層 PHY SAP PLCP 子層 PMD SAP PMD 子層 物理層 20 限和能量超過門限與載波檢測中的任意一種。這三種功能都是 PMD 子層在 PLCP 子層的控制下完成的。 物理層分類 WLAN 物理層傳輸 方式涉及無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體、選擇的頻段和調(diào)制方式等內(nèi)容。而這些內(nèi)容決定了 WLAN 物理層的分類。 WLAN物理層分類情況如圖 22 所示： 圖 22 目前，無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種，即無線電波與紅外線。對(duì)于采用無線電波作為傳輸媒體的無線局域網(wǎng)依調(diào)制方式不同，又可分為擴(kuò)展頻譜方式與窄帶調(diào)制方式。 物理層協(xié)議 無線局域網(wǎng)的 PHY 層分為兩類：一類是 的基本型 WLAN物理層協(xié)議；另一類是高速擴(kuò)展協(xié) 議，主要有 。對(duì)于基本型的物理層協(xié)議，有三種傳輸方式，即跳頻擴(kuò)展頻譜（ FHSS）方式、直接序列擴(kuò)展頻譜（ DSSS）方式和紅外線方式。物理層的選擇取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。跳頻擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻是通信技術(shù)中兩種常用的擴(kuò)展頻譜技術(shù)，用以提高無線信道的利用率和數(shù)據(jù)通信的安全性。目前大多數(shù)基于 的 無 線 局 域 網(wǎng) 產(chǎn) 品 的 物 理 層 介 質(zhì) 工 作 在 的無線射頻頻段（ ISM 頻段），采用直接序列擴(kuò)展頻譜WLAN 物理層 無線電波 微波 射頻（ RF） 窄帶 寬帶 非擴(kuò)頻 擴(kuò)頻 直擴(kuò)（ DS） 跳頻（ FH） 正交頻分復(fù)用（ OFDM） 光波 紅外線（ IR） 可見光 21 技術(shù)以提高高達(dá) 11Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。 其中， DSSS 系統(tǒng)包括以下三個(gè)協(xié)議子層： PLCP 子層 DSSS PLCP 子層提供了一個(gè) MPDU 與 PPDU 轉(zhuǎn)換的會(huì)聚過程。 PMD 子層 PMD 子層的功能是定義了兩個(gè)或者更多的站點(diǎn)之間通過無線媒體發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法。 PLME 子層 PLME 的功能是協(xié)同 MAC 管理單元完成本地 PHY 功能的管理。 物理層關(guān)鍵技術(shù) 隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛，用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。但是在室內(nèi)等較為復(fù)雜的電磁環(huán)境中，多徑效應(yīng)、頻率 選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實(shí)現(xiàn)無線信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道中困難。 無 線 局 域 網(wǎng) 絡(luò) 是 一 種 能 支 持 較 高 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率（ 154Mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。其物理層關(guān)鍵技術(shù)大致有三種： DSSS 或 CCK技術(shù)、 PBCC 和 OFDM。目前擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)正成為主流，而 OFDM 技術(shù)由于其優(yōu)越的傳輸性能也逐漸成為人們關(guān)注的新焦點(diǎn)。 調(diào)制技術(shù) 中基于 DSSS 的調(diào)制技術(shù)有三種：最初 標(biāo)準(zhǔn)制定在 1Mbps 數(shù)據(jù)速率下采 用 DBPSK；如提供 2Mbps 的數(shù)據(jù)速率，要采用DQPSK，這種方法每次處理兩個(gè)比特碼元，成為雙比特；第三種是基于 CCK的 QPSK，是 11b 標(biāo)準(zhǔn)采用的基本數(shù)據(jù)調(diào)制方式。 使用了 CCK調(diào)制技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá) 11Mbps。但是如果要求傳輸速率超過 11Mbps， CCK 為了對(duì)抗多徑干擾需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。為了推動(dòng)無線局域網(wǎng)的發(fā)展， 工作組又引進(jìn)新的調(diào)制技術(shù)。 調(diào)制技術(shù) PBCC調(diào)制技術(shù)是有 TI公司提出的，已作為 的可選項(xiàng)被采用 。 22 PBCC 也是單載波調(diào)制，但它與 CCK 不同，它使用了更多復(fù)雜的信號(hào)星座圖。 PBCC 采用 8PSK，而 CCK 使用 BPSK/QPSK；另外 PBCC 使用了卷積碼，而 CCK 使用區(qū)塊碼。因此它們的解調(diào)過程十分不同。 PBCC 可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為 1 22 和 33Mbps。 技術(shù) 關(guān)于 OFDM 系統(tǒng)較完善的概念是 Weinstein 和 Ebert 在 1971 年提出的。如圖 23 所示，其核心思想是利用 IFFT將數(shù)據(jù)流調(diào)制在多個(gè)子載波上，對(duì)信道的頻率響應(yīng)進(jìn)行分割，使之變成并行、獨(dú)立近似無記憶的多個(gè)子信道。 與單載波系統(tǒng)相比， OFDM 系統(tǒng)最重要的優(yōu)越性是能夠很好地克服頻率選擇性信道衰落，另外出于各子信道之間的頻譜相互交疊， OFDM系統(tǒng)有著較高的頻譜效率，因此 OFDM 傳輸技術(shù)非常適用于寬帶高速無線移動(dòng)通信。 FFT 的引入，大大降低了 OFDM 的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。 MAC 層結(jié)構(gòu) MAC 層概念 多址接入技術(shù)是解決在網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)用戶如何高效共享一個(gè)物理鏈路的技術(shù)，它涉及多址信道的分割、接入方式、分配策略和控制機(jī)制等多方面內(nèi)容，是無線通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。多址接入技術(shù)的 一個(gè)核心問題是：對(duì)于一個(gè)共享信道，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競爭時(shí)，如何采用有效的協(xié)調(diào)機(jī)制或服務(wù)準(zhǔn)則來分配信道的使用權(quán)。這就是媒體（信道）訪問控制 MAC 技術(shù)， MAC 協(xié)議就是定義以一定的順序和有效的方法分配節(jié)點(diǎn)訪問媒體的規(guī)則，是 MAC 技術(shù)的基本內(nèi)容。 嚴(yán)格來講多址接入與 MAC 不完全相同，但在計(jì)算機(jī)通信中，一般用MAC 協(xié)議來描述和實(shí)施各用戶的多址接入?yún)f(xié)議的排隊(duì)論模型。 網(wǎng)絡(luò)的性能（吞吐量、時(shí)延等）主要取決于 MAC 子層的接入?yún)f(xié)議，而且系統(tǒng)的頻譜利用率、系統(tǒng)容量、小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)備的復(fù)雜度和成本等也受 MAC 協(xié)議的影響。所以，選擇適 當(dāng)?shù)?MAC 子層規(guī)范，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特征有效地配置信道資源、提高無線資源的使用率，提高系統(tǒng)的容量和傳輸質(zhì)量，是無線網(wǎng)絡(luò)研究的重要課題。 隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信業(yè)務(wù)要求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類型越來越 23 趨向多樣化，比如短數(shù)據(jù)、報(bào)文、語音業(yè)務(wù)和流媒體業(yè)務(wù)等等。為提供相應(yīng)的 QoS 保證，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，這就對(duì) MAC 層的接入機(jī)制提出了更高的要求，各種接入方式正處于不斷的改進(jìn)和融合之中。 評(píng)價(jià) MAC 協(xié)議的性能指標(biāo)或設(shè)計(jì) MAC 協(xié)議需要考慮的技術(shù)要求主要有吞吐率、延遲、公平性和穩(wěn)定性等。理想的 MAC 協(xié)議應(yīng)該具有盡可能小的時(shí)延，盡可能高 的吞吐率，公平性和穩(wěn)定性高，可伸縮性以及支持多媒體（ QoS）業(yè)務(wù)等其特性。 MAC 協(xié)議 MAC 協(xié)議的選擇與設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、業(yè)務(wù)的類型與要求以及物理層的限制等多方面的因素。 WLAN 是一種無線網(wǎng)絡(luò)，而且是一種以突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主（同時(shí)也可以支持多媒體業(yè)務(wù)）的分組無線網(wǎng)絡(luò)，帶寬有限，信道環(huán)境惡劣，還要支持有中心結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)兩種類型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，同時(shí)還要求具有節(jié)能、公平、安全等多方面的功能。隨機(jī)接入 MAC 協(xié)議適合于強(qiáng)突發(fā)性業(yè)務(wù)。 ALOHA 是一種簡單 的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，當(dāng)業(yè)務(wù)量較重時(shí)，容易發(fā)生業(yè)務(wù)流碰撞。而載波偵聽多址訪問 CSMA技術(shù)使整個(gè)信道帶寬為所有用戶共