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第 11 章 無線區域網路

第 11 章 無線區域網路. 大 綱. 無線區域網路的應用與需求條件 無線區域網路技術 IEEE 802.11 系列協定 IEEE 802.11 架構與服務 IEEE 802.11 媒體存取控制 IEEE 802.11 實體層. 大 綱. 無線區域網路的應用與需求條件 無線區域網路技術 IEEE 802.11 系列協定 IEEE 802.11 架構與服務 IEEE 802.11 媒體存取控制 IEEE 802.11 實體層. 無線區域網路與其應用. 無線區域網路就是一種利用無線傳輸技術的區域網路

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第 11 章 無線區域網路

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  1. 第11章 無線區域網路

  2. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  3. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  4. 無線區域網路與其應用 • 無線區域網路就是一種利用無線傳輸技術的區域網路 • 無線區域網路可滿足移動性、重新佈置、隨意連網以及難以連線地點之涵蓋的要求，因此無線區域網路已是傳統有線區域網路不可或缺的一部份，並奠定其在局部區域網路市場的地位。 • 無線區域網路應用 • 區域網路的延伸 • 大樓間的連線 • 漫遊 • 隨意網路

  5. 單細胞無線區域網路組態的例子

  6. 多細胞無線區域網路組態的例子

  7. 大型展覽會場無線區域網路的例子

  8. 適用於辦公場所之區域網路的例子

  9. 大樓間的連線 • 鄰近大樓的區域網路相連結 • 不論有線還是無線區域網路 • 點對點的無線連結使用 • 連結的設備通常是橋接器或路由器

  10. 無基礎架構的無線區域網路(隨意網) 圖12.6 無基礎架構的無線區域網路(隨意網)

  11. 漫遊存取(Nomadic Access) • 漫遊進接提供一無線區域網路集線器和像手提或筆記型電腦等配備天線之行動式資料終端機間的連結 • 使用情況: • 資料從個人手提電腦傳輸到辦公室的伺服器 • 校園的開闊空間中

  12. 無線區域網路的必要條件 • 一個無線區域網路有一些基本之需求，其中包括高容量、涵蓋短距離的能力以及所有相連接站台間的完全連結和廣播功能 。 • 此外，無線區域網路環境中存在一些特有的必要條件 • 到骨幹區域網路的連結 • 服務區域範圍 • 傳輸的強韌性和安全性 • 多個網路在同一地點運作 • 操作在毋需執照的頻帶 • 換手/漫遊 • 動態結構

  13. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  14. 無線網路技術分類 • 依據無線傳輸訊號涵蓋範圍由小到大分成以下四類無線網路： • 無線個人區域網路：採用IEEE 802.15.1(藍芽)、IEEE 802.15.4(ZigBee)或IEEE 802.15.3(Ultra-Wideband, UWB)技術規格 。 • 無線區域網路：主要採用IEEE 802.11家族或系列協定，另外也有HomeRF 或HiperLAN技術規格 。 • 光學無線網路：採用紅外線或雷射技術 。 • 個人行動無線網路：採用GSM、GPRS、EDGE、WCDMA或CDMA 2000等規格系統規格 。

  15. 無線區域網路技術 • 紅外線區域網路：紅外線不能穿透不透明的牆壁，因此採用紅外線傳輸的區域網路之個別細胞限於單一房間中。 • 展頻區域網路：利用展頻傳輸技術之區域網路是在工業、科學和醫學(Industrial, Scientific and Medical, ISM)頻帶下操作，主要有免執照的好處。 • 窄頻微波：此類區域網路使用非展頻之窄頻微波傳輸技術，其產品有些在需要許可證的頻率中運作，有些則可在免執照的ISM頻帶運作。

  16. 無線區域網路技術的比較

  17. 紅外線相對於無線微波之優點 • 紅外線的頻譜幾乎沒有限制 • 提供了達到超高資料速率的可能性 • 紅外線頻譜在全世界都沒有規範 • 設備相當便宜且簡單 • 紅外線會被淡色物體擴散反射 • 利用天花板反射來涵蓋整個房間範圍 • 不能穿透牆壁或不透明的物體 • 紅外線通訊比微波更不易被竊聽 • 大樓的每一個房間中運作而不會有干擾

  18. 紅外線缺點 • 室內環境遭受紅外線背景輻射影響 • 太陽光和室內光 • 週邊的輻射在紅外線接收器中形成雜訊 • 需要用較原需要的功率更高的發射機 • 發射機功率的增加受限於對眼睛安全性的考量和過度的功率消耗 • 距離範圍受限制

  19. 紅外線資料傳輸技術 • 直射光束紅外線 • 直射光束紅外線能被用來產生點對點的連結。在這種模式下，距離範圍取決於放射功率和對焦的程度，一個對焦好的紅外線連結能到公里的範圍，此種紅外線鏈路可用於視線範圍的橋接器或路由器做跨大樓間的網路互連。此方式也可應用於其他點對點傳輸。 • 全向性 • 全向性的紅外線結構適用基地台，一般這個基地站台是架設在天花板上(圖11.7)。這個基地站台用來當作多埠的中繼站。 • 散射 • 利用紅外線散射方式傳輸，不須正對面，例如一發射器對焦且瞄準在天花板擴散反射器發射，打到天花板上的紅外線會被全方向性的反射而被區域內的接收器所接收。

  20. 使用紅外線的典型網路架構

  21. 展頻區域網路 • 目前使用最廣泛的一種無線區域網路是採用展頻技術，即本章要討論之IEEE 802.11家族或系列協定。 • 除了相當小的辦公室外，展頻無線區域網路可運用多細胞的安排，相鄰的細胞利用在相同頻帶的不同中心頻率來避免干擾。 • 一個細胞中，採用展頻技術之無線區域網路結構型態可以是集線式(hub)或對等式(peer to peer) 。 • 工作於ISM頻帶之展頻無線區域網路發展非常快速。

  22. 窄頻微波區域網路 • 窄頻微波(narrowband microwave)是指以微波無線電頻帶傳輸信號，而其頻寬相當窄，剛好夠容納一個信號頻寬為原則。 • 一般窄頻微波區域網路產品都使用要執照的微波頻帶，最近也有使用ISM頻帶的區域網路的產品。 • 窄頻微波可用於聲音、資料和視訊傳輸 。 • 為避免系統間的干擾，微波無線電在特定地理區域內必須被授權與管理。以美國為例，FCC控制執照，每個28公里半徑地理區域內可有五張執照，每個執照使用兩個頻率。

  23. 需執照的窄頻微波區域網路 • 在特定的地理區域中必須被授權與協調以避免系統間的干擾。 • Motorola 在18GHz範圍內擁有600張執照 • 涵蓋都會區 • 能確保鄰近的地理位置中獨立運作的區域網路不會互相干擾 • 為了提供免被竊聽的安全性，所有的傳輸都被加密

  24. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  25. IEEE 802.11系列協定 圖13.1 IEEE 802.11家族協定相關性

  26. IEEE針對WLAN制定的一些標準

  27. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  28. IEEE 802家族標準相關位置 圖11.9 IEEE 802家族標準相關位置

  29. IEEE 802協定架構與OSI架構 圖11.10 IEEE 802協定架構與OSI架構的對應關係

  30. IEEE 802.11架構 • IEEE 802參考模型的最低層相當於OSI模型的實體層，包括下列主要功能： • 信號編/解碼 • 前導資料產生/移除(同步用) • 位元資料傳輸/接收

  31. IEEE 802.11架構(續) • 在實體層之上一層是與提供服務給區域網路用戶有關的功能，包括： • 傳輸時將資料集合成一個訊框(Frame)，其中包括位址與錯誤偵測的欄位。 • 接收時將訊框拆解，並執行位址辨識與錯誤偵測。 • 控制對區域網路傳輸媒介的存取。 • 提供與較高層間的介面並執行流量與錯誤的控制。

  32. IEEE 802模型架構 圖11.11 IEEE 802模型架構

  33. IEEE 802模型層與層的關係 圖11.12 IEEE 802模型層與層的關係

  34. IEEE 802.11網路架構 • IEEE 802.11無線區域網路標準主要可分為二種網路架構 ： • 有基礎架構的無線區域網路(Infrastructure Wireless LAN):包含配送系統及存取點，可以經配送系統連結多個基本服務集提供較遠距離的通訊，亦可和現存的有線網路相連結。 • 隨意式無線區域網路(Ad Hoc Wireless LAN)或稱無基礎架構的無線區域網路。

  35. 有基礎架構的無線區域網路 圖11.13 有基礎架構的無線區域網路

  36. 無基礎架構(隨意式)的無線區域網路 圖11.14無基礎架構(隨意式)的無線區域網路

  37. IEEE 802.11術語

  38. IEEE 802.11服務

  39. 大 綱 • 無線區域網路的應用與需求條件 • 無線區域網路技術 • IEEE 802.11系列協定 • IEEE 802.11架構與服務 • IEEE 802.11媒體存取控制 • IEEE 802.11實體層

  40. IEEE 802.11 MAC 功能架構 圖11.15 IEEE 802.11 MAC 功能架構

  41. 超級訊框 圖11.16 超級訊框

  42. 訊框間隔(inter frame space, IFS) • 802.11中定義了三種不同長短的IFS，一旦使用較短IFS的站台開始使用傳輸媒體後，其他站台依規定便不能發射訊號，所以相對形成三種優先權以提供傳送不同型態訊框之用，此三種IFS的說明如下 ： • SIFS (Short IFS)：最短的IFS，具有最高的優先權，提供ACK (Acknowledgement)、CTS (clear to send)等訊框做立即的回應動作。 • PIFS (PCF IFS)：為中等長度的IFS，存取優先等級次之，只在存取點提供PCF服務才使用。 • DIFS (DCF IFS)：此為最長的IFS，存取優先等級最低，提供配送協調功能在傳送資料訊框及管理訊框時使用

  43. DCF基本存取方式 圖11.17 DCF基本存取方式

  44. 站台傳送訊框之範例 圖11.18 站台傳送訊框之範例圖示

  45. 站台傳送訊框之範例 圖11.19 DCF基本存取方式流程圖

  46. 超級訊框使用範例 圖13.13 超級訊框使用範例

  47. MAC訊框格式 • MAC 控制 • 此欄位含有執行MAC協定功能所需的任何協定控制資訊 • 目的地 MAC位址 • 此訊框在區域網路上之目的地實體接觸點 • 來源 MAC位址 • 資訊源實體接觸點 • 資料 • MAC訊框的本體 • CRC • 循環冗餘檢查

  48. MAC訊框格式(續) 圖11.21 IEEE 802.11 MAC訊框格式 圖11.22 IEEE 802.11 MAC訊框之控制欄位

  49. 隱藏點問題 圖13.13 超級訊框使用範例

  50. MAC訊框格式 • 解決隱藏點問題的4-way handshaking運作的四個步驟 ： • 步驟1. 站台A首先送出RTS給站台B，表示想傳送資料給站台B。 • 步驟2. 站台B收到RTS後回應CTS給站台A，允許站台A傳送資料給它。因此站台C也會聽到CTS，知道傳輸媒體使用權已經由站台A獲得，所以即使站台C此時想送資料給站台B，也不會發射信號。 • 步驟3. 站台A收到CTS後，開始傳資料給站台B。 • 步驟4.站台B收下資料後，傳回ACK給站台A做確認的動作。

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