【智能家居篇】wifi网络结构（上）

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        WIFI是什么，相信大家都知道，这里就不作说明了。我们需要做的是深入了解其工作原理，包括软硬件、网络结构等。先说明一下WIFI是遵循IEEE802.11协议的，802.11是最早被国际标准组织认可的无线局域网协议，应该是1999年，到现在都有15年了。那时候哥还在读小学，连电脑都没摸过！太落后了。。。后来发展出很多以字母为后缀的802.11标准协议，如a、b、g、n、ac等。

         本章节不作802.11协议的讲解，后续再慢慢分析。

         回到本文的主题，我们先从WIFI网络结构开始吧。在802.11协议中组成WIFI网络的元件太多了，我们就不一一说明了，主要介绍涉及智能家居无线网络这块的组成元件，它们分别是：

        （1）站点STA（Station），所谓的站点，是指具有WIFI通信功能的，并且连接到无线网络中的终端设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑等。

        （2）接入点AP（Access Point），也可称为基站。就是我们平常所说的WIFI热点，更通俗一点，就是我们家里的无线路由器。那么它的作用是什么呢？当我们需要从互联网上获取数据到手机上显示时，那么接入点就相当于一个转发器，将互联网上其他服务器上的数据转发给我们的手机上，当然这只是一个粗略的说法。同时，接入点也属于站点的一种。

        （3）基本服务集BSS（Basic Service Set），基本服务集的组成情况有两种：a.由一个接入点和若干个站点组成；b.由若干个站点组成，最少两个。为什么这样分呢？主要和802.11网络类型有关。有接入点的，称为基础结构型基本服务集（infrastructure BSS）；无接入点的，称为独立型基本服务集（Independent BSS，简称IBSS），IBSS也有其它的叫法，称为Ad Hoc Network。

        （4）服务集识别码SSID（Service Set IDentifier），当我们去到一个新地方的时候，开口第一句就是：“请问WIFI账号和密码是多少？”，这里的WIFI账号就是SSID。SSID是通过接入点广播出来了。同时，我们在设置无线路由器时，可修改SSID的名称。

        （5）分布式系统DS（Distribution System），也有称为传输系统。它通过基站将多个基本服务集连接起来。而DS属于802.11的逻辑元件，当帧（frame）传送至分布式系统时，随即会被送至正确的基站，而后由基站转送至目的站点STA。分布式系统必须负责追踪站点STA实际的位置，以及帧的传送。若要传送帧给某部移动式站点STA，分布式系统必须负责将之传递给服务该移动式站点STA的基站。分布式系统是基站间转送帧的骨干网络，通常称为骨干网络（backbone network）。

       （6）扩展服务集ESS（Extented Service Set），由一个或者多个基本服务集通过分布式系统串连在一起就构成了ESS。通过ESS，我们可以扩展无线网络的覆盖范围。

       （7）门桥（Portal），802.11定义的新名词，作用就相当于网桥。用于将无线局域网和有线局域网或者其他网络联系起来。所有来自非802.11局域网的数据都要通过门桥才能进入IEEE 802.11的网络结构。门桥可以使这两种类型的网络实现逻辑上的综合。

        下面用一张图片来展示构成WIFI网络的组成元件之间的关系，如图1。

                                             

图1  WIFI网络架构

        现在我们来聊聊网络类型，网络类型主要是在BSS中进行分类，如上面提到的独立型基本服务集（Independent BSS）和基础结构型基本服务集（infrastructure BSS）。

         1、独立型基本服务集

独立型基本服务集（independentBSS，简称IBSS），如图2左。在IBSS 中，每个站点不需要通过接入点AP就可以与相同IBSS下的任何其他站点彼此建立通信。两者间的距离必须在可以直接通信的范围内。通常，IBSS是由少数几部工作站针对特定目的而组成的临时性网络，最低限度的IBSS，是由两个站点组成的。IBSS有时被称为特设网络（ad hoc network）。

        2、 基础结构型基本服务集

        基础结构型基本服务集（infrastructureBSS简称为infrastructure），如图2右。判断是否为基础结构型网络，只要检视是否有基站参与其中。基站负责基础结构型网络所有的传输，包括同一服务区域中所有行动节点之间的通信。位于基础结构型基本服务集的移动式站点，如有必要跟其他移动式站点通信，必须经过两个步骤。首先，由开始对话的站点将帧传递给基站。其次，由基站将此帧转送至目的站点。既然所有通信都必须通过基站，基础结构型网络所对应的基本服务区域就相当于基站的传送范围。虽然这种做法比直接传送耗费较多的资源，不过它有两个主要的优点：

        （1）基础结构型基本服务集被界定在基站的传输范围。所有移动式站点都必须位于基站的传输范围之内，不过移动式站点之间的距离则无限制。允许移动式站点彼此直接通信虽然可以省下一些频宽，不过代价是相对提高了物理层的复杂度，因为每个站点都必须维护与服务区域中其他站点的邻接关系。

        （2）基站在基础结构型网络里的作用是协助站点节省电力。基站可以记住有哪些站点处于省电状态，并且为之暂存帧，以电池供电的工作站可以关闭无线收发器，只有在传输或接收来自基站的暂存帧时才会加以开启。

                                   

                                                                                                                                            图2  WIFI网络类型

         鉴于博文的篇幅，我们需要将WIFI网络结构分为上、下两篇文章进行讲解。接下来请读者阅读后续博文《WIFI网络结构（下）》，谢谢！

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