802.11 wireless

IEEE 802.11 wireless lan(無線區域網路)

主要特性
多重傳輸速率,可用不同的傳輸速率, ex:0.5Mbps,1Mbps,2Mbps
傳輸和接收會在同一個channel,因此無法同時進行,屬半雙工作業
基本通訊協定為CSMA/CA
兩種傳送服務:DCF,PCF
允許ad-hoc和infrastructure的無線區域網路同時使用同一套基本擷取協定。
無法保証頻寬,不適合多媒體傳輸
提供Authentication(認證) 及資料Privacy (保密) 功能
使用一種選項配備,WEP(Wired Equivalent Privacy Algorithm,有線等效保密演算法)維持安全

與傳統有線不同的特性:
1因可移動,Destination Address(目的位址)通常不等於Destination Location(目的位置)
2傳輸媒介會影嚮整体網路的設計:因實体層設計大不同
3要能處理會移動的工作站
4和其它IEEE 802網路層間的關係不同

影響wireless最常見的原因
cordless phones(室內無線電話)
metal file cabinets(金屬櫃)
antenna type or direction(天線方向)
microwave oven(微波爐)

常見802無線網路如下:
802.11:
1997年
 實體層:紅外線,fhss,dsss
 速率:
1mbps(採用dbpsk),2mbps(採用dqpsk)
 頻率:2.4ghz
802.11a:
1999年
 實體層:ofdm
 頻率:5ghz
 速率:54,48,36,24,18,12,9,6mbps,
若用rate doubling專利技術可達108mbps
 距離:距離短,室內30尺,約75feet,若使用最低6mb傳輸,距離可長達175feet
 
non-overlapping channel數量:北美12,歐洲19,日本8
802.11b:
1999年
 實體層:hr-dsss
 
頻率:2.4ghz(2.4GHz-2.485GHz)
 速率:11mbps,依環境品質可自動調整成5.5/2/1Mbps,最高可擴充到22Mbps
 距離:距離遠(a的7倍),室內30尺,約150feet,若使用最低1mb傳輸,距離可長達350feet
 channel數量:北美11,歐洲13,日本14,而non-overlapping channel只提供3個
802.11g:
 實體層:ofdm
 頻率:2.4ghz
,與802.11b相容
 速率:54mbps
,理論上可達108,125mbps
 距離:
距離比b短比a遠,室內30尺室外100尺,約100feet,若使用最低6mb傳輸,距離可長達300feet
 channel數量:北美11,歐洲13,日本14,而non-overlapping channel:只提供3個
802.11n:
 頻率:5/2.4ghz
 速率:540,300,240,108mbps
 距離:室內50尺,室外125尺,
 導入mimo(mutliple input multiple output,多重輸入輸出)
 可滿足高解析度視訊傳輸、家庭影院等全新應用對數據速率的更高的要求
802.16(WiMAX,寬頻無線網路),
 全雙工,非移動性,遠距離,10-66GHZ頻率運作,適合做MAN
 屬於last mile技術
 傳輸訊框分為down-link subframe和uplink subframe
   有提供scheduling架構,且可選擇不同的scheduling演算法   
802.15(PAN,personal area network):
  802.15.1(藍芽),dsss2.4ghz,最多可接七個設備
ps:5ghz無法直接與2.4ghz溝通
ps:802.11a/b/g主要在軟體上突破,802.11n則是在硬體上突破

其他802.11標準如下:
802.11d:定義了一些物理層方面的要求(諸如信道化、跳頻模式等)以適應802.11設備在這些國家無線電管制上的特殊要求
802.11e:訂出加密、認證,以及QoS的共通規格
802.11c:定義WLAN AP之Bridge功能。
802.11f:為增進漫遊功能定義AP與AP之通訊,讓使用者能跨AP而做漫遊。
802.11i:為補足脆弱的WEP,定義WPA2,為WLAN的安全標準。
802.11j:促進802.11a及HyperLAN2之並存。
802.11k:為方便WLAN網路管理而設
802.11m:用於對802.11各標準進行維護
802.11p:主要應用於智慧交通領域的無線連接
802.11r:對802.11的快速漫遊進行了改進,將能保證焦點間連接的無縫性
802.11s:對802.11增加了mesh網路的支援
802.11h:為符合其他國家的DFS (Dynamic Frequency Selection)及TPC (Transmit Power Control)標準。為了避免頻帶干擾與衝突(歐洲國家)。

ps:
Wi-Fi(Wireless fidelity)
一個無線網路通信的工業標準
WECA聯盟用來執行各家產品相容性認證,一但通過wi-fi認證的產品表示設備彼此之間可以互通

ps:
根據NCC(2014)的資料,台灣開放下列3個5GHz頻段:
5250~5350MHz
(CH52 5260MHz、CH56 5280MHz、CH60 5300MHz、CH64 5320MHz)
只能在室內使用
5470~5725MHz
(CH100 5500MHz、CH104 5520MHz、CH108 5540MHz、CH112 5560MHz、CH116 5580MHz、CH120 5600MHz、CH124 5620MHz、CH128 5640MHz、CH132 5660MHz、CH136 5680MHz、CH140 5700MHz)
該頻段主要被軍方和氣象用雷達使用,若要使用該頻段,可能須DFS和TPC,當裝置感測到目前頻率有其它人在使用時,必須能夠跳開改採其它頻率
5725~5825MHz
(CH149 5745MHz、CH153 5765MHz、CH157 5785MHz、CH161 5805MHz、CH165 5825MHz)
大部份設備都支援這頻率區間,使用上較沒有問題
refer
http://www.techbang.com/posts/13944-wi-fi-5ghz-do-you-support

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使用無線媒體要去偵測網路中的碰撞現象是極為困難的。因此採取避免碰撞策略,來避免媒體中發生碰撞的情形
主要有3大階段:
1依RBT決定是否要送RTS
當無線網路卡要發出資料時,根據以下兩情況決定動作
 若通道閒置:等待DIFS(distributed inter frame space,分散式訊框間隔)的時間後在到步驟2 
 若通道非閒置:產生一個Random Backoff Time(隨機的延遲時間)。在延遲時間裡,無線網路若發現頻道忙碌的話,則凍結延遲時間的計算的工作; 直到確認頻道是空閒的再繼續計算。直到延遲時間一到,再到步驟2。
2送出RTS取得發送資料的權利
網卡在發出資料前,先發出RTS(Request To Send)的通知訊號,
可能會有兩情況
 1多個發送端同時發送RTS,所以產生碰撞,所有發送端回到第1步
 2目的端收到其中一個發送端的RTS訊號後,回應CTS(Clear To Send)訊號。
3收到CTS後開始送出資料
發送端收到CTS訊號後才把資料發送出去。
其他要傳送資料的無線網路節點.如偵測到媒體中存有RTS或CTS訊號時,則會因為處於延遲時間凍結的階段,因此不會在此時傳送資料
萬一傳送資料的無線網路節點此時正巧到達延遲時間而發出RTS,便會造成眾多RTS/CTS訊號彼此發生碰撞,對於傳送資料的訊號來說,並不會造成任何影響
ps:
資料傳完後,接收端在SIFS(shart inter frame space,短暫訊框間隔)的時間後回傳確認訊框,告訴傳送端資料正確接收 
若傳送端都沒收到確認訊框,則會在重送一次資料
ps:
RTS/CTS機制可解決hidden terminal problem

... 

IEEE 802.11MAC訊框格式:
Header(表頭) 30byte,如下:
Frame Control (2byte):有11個子欄位
Duration/ID (2byte):訊框回應將佔據頻道的時間長度
Address 1 (6byte) :ap mac addr
Address 2 (6byte) :src host addr
Address 3 (6byte) :dst addr
Sequence Control (2byte):可用來切割片段標上號碼
Address 4 (6byte) :used only in ad hoc mode
資料 (0-2312byte)
錯誤檢查碼(4byte):crc-32技術

Frame Control欄位 2byte
Protocol Version 2bit: 802.11 標準版本
Type 2bit: 訊框型態 (Data 訊框, Control 訊框, Management 訊框)
Subtype 次型態 4bit rts,cts
To DS 1bit: 值為1表Data訊框要傳送給分散式系統
From DS 1bit: 值為1表Data 訊框由分散式系統傳送下來
More Fragments 1bit:值為1表工作站尚有其他片段(Fragments)待傳送
Retry 1bit:值為1表Data訊框(或Management訊框)為重送之訊框
Power Management 1bit:值為1表此工作站處於省電模式,ap需為0
More Data 1bit:值為1表至少還有一個 MSDU 待轉送(AP通知省電模式工作站)
WEP 1bit: 值為1表Data訊框(或Management訊框)所帶資料經過WEP演算法處理
Order 1bit: 值為1表Data訊框由嚴格依序服務等級(Strictly-Ordered service class)來傳送
ps:to DS,from DS的四種組合
To DS=0 From DS=0 表Data訊框由一個工作站傳送給另個BSS中的工作站
To DS=1 From DS=1 由一個AP 傳給另外一個AP 的WDS訊框

... 

media access control(媒體存取控制)的擷取方法有:
DCF(Distributed Coordination Function, 分散協調式功能)
是MAC基本擷取方法,用CSMA/CA,
非同步傳輸,contention(競爭)方法
DCF可用在Ad Hoc和Infrastructure的無線區域網路架構中,適合傳非即時資訊
PCF(Point Coordination Function, 集中協調式功能)
讓工作站送收具time bounded(時限性)的資料,屬於contention free(免競爭)方法,訊框不會碰撞 
Point Coordinator(網路協調者)用polling(輪詢)機制,可提供保証傳送延遲服務
PCF是透過DCF來完成的
PCF只用在infrastructure mode中
ps:Coordination Function(協調式功能):決定何時那個工作站能開始送收資料的機制
ps:進行一段時間的PCF,再跟著進行一段時間的DCF,Superframe (超級訊框)

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IEEE 802.11定義的軟體架構

Station Services(站點服務):
Authentication(認證服務):「盤問/回應」(Challenge/Response,C/R)身份確認方法
1Assertion of Identity(聲明身份)
2Challenge of Assertion(盤問聲明)
3Response to Challenge(回應盤問)
Deauthentication(結束認識)
Privacy(隱密性服務):將資料做加密與解密(用privacy algorithm隱密性服務演算法)
MSDU delivery(MAC 數據傳輸)

Distribution System Services(分配系統服務):
Association(聯結服務):在工作站和擷取點間建立通訊連線
Disassociation(取消聯結服務):取消一個聯結(任一方可啟動)
Distribution(分送服務):決定該訊框送往那個輸出擷取點
Integration(整合服務):將訊框從分散系統轉送到portal(連區域網路旳媒介),將不同位址空間轉換
Reassociation(重聯結服務):工作站的聯結從一個擷取點轉移到另一個擷取點(先取消舊聯結,在聯結新的)

IEEE 802.11定義的硬体架構
依是否使用ap分為:
Infrastructure Wireless LAN(有基礎架構)
一個現存的wired distribution system(有線網路分散式系統)
access points(存在擷取點)將一個或多個的無線區域網路和現存的有線網路分散系統相連結,提供某無線區網中的工作站,能和較遠距離的另一個無線區網的工作站通訊,另一方面也促使無線區域網路中的工作站,能擷取有線分散式系統中的網路資源
這一類型的無線網路通訊範圍,通常是以同一棟建築物出現,例如,商店、 醫院、或是同一棟樓層
比ad hoc架構多了ap和ds
應用
single hop ex:wifi,wimax,...等
multile hops ex:mesh net  
Ad Hoc Wireless LAN(無基礎架構)
也稱隨意式網路,相當於peer-to-peer(對等式)連接網路
也稱為IBSS(independent basic service set,獨立的基礎服務)網路
提供不限量的用戶,能即時架設起無線通信網路
任二個用戶間可直接通訊,在會議室裡經常用得上
應用
single hop ex:bluetooth
multple hop ex:manet,vanet(Vehicular ad-hoc network) 

硬體架構由下列元件所組成
Station(工作站):任何設備只要擁有IEEE 802.11的MAC層和PHY層的介面,就可稱為一個工作站。
BSA (Basic Service Area):有基礎架構的每個幾何建構區塊,為基本服務區域
BSS (Basic Service Set):基本服務區中所有工作站的集合,通常是一個ap的範圍,或ad hoc架構的電腦範圍
ESS(extend service set):兩個以上的BSS集合
DS(Distribute System,分散式系統):通常由有線網構成,可連結數個BSS
Portal(埠接器):ap與有線區網連結的連結設備
ps:BSSID通常指的是BSS(AP)的MAC

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無線網路實體層特點
點和點間的連結範圍有限
使用需要共享的傳輸媒介
訊號未保護易受干擾
有動態的網路拓樸結構

802.11實体層
紅外線
1mbps,2mbps,用格雷碼,短距無線電技術
FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum,跳頻展頻)
有較佳的保密性,克服多重路徑的問題(更多的頻道75個,DSSS只有11個)
傳輸速度較慢,有2mbps的資料傳輸速率限制
DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列展頻)
較規則性的方式,成序列式展開碼來傳送技術。
可提供高傳輸率與大範圍的存取,最高可支援到11mbps
OFDM(Orthoogonal Frequency Division Multiplexing,正交分頻多工)
52種不同頻率,48種用於資料,4種用於同步化
802.11n/g有使用技術
HR-DSSS(high rate direct sequence spread spectrum,高速直接序列展頻)
另一種展頻技術

ss(spread spectrum,展頻)技術
1940所開發的調變技術,可在無線電頻率上展開傳輸的訊號
利用犠牲一些頻率的方法來達到較佳的
signal-to-noise(訊號與訊雜比)
此技術不易受無線電雜訊影響,且產生的干擾很少,適合數據資料通信上

ps:
參考來源
http://wiki.iiietc.ncu.edu.tw/mediawiki/index.php?title=Wireless_802.11_PHY_%E5%90%84%E7%A8%AE%E6%A8%99%E6%BA%96

2008-06-19 14:53:58發表 2017-01-08 22:23:39修改   

數據分析
程式開發
計算機組織與結構
資料結構與演算法
Database and MySql
manage tool
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