802.11--协议简史

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　　IEEE 802 家族是由一系列局域网络（local area network，简称 LAN）技术规格所组成，无线网络协议802.11就属于其中成员之一。经过了7年的工作以后，IEEE在1997年发布了802.11协议，这是在无线局域网领域内第1个国际上被认可的协议，在最后的几年，相继发布了802.11b、802.11g、802.11n等等协议，本文将对802.11协议的发展、框架等做一个基础性的总结描述。

一、工作模式

基本服务组合（basic service set 简称 BSS）是 802.11 网络的基本元件，由一组彼此通信的工作站（sta）所构成，BSS又分为两种类型：独立式基本服务组合（independent BSS，简称 IBSS）和基础型基本服务组合（infrastructure BSS）。

1. 独立式基本服务组合

独立式基本服务组合模式，也称之为点对点（point to point）模式，在 IBSS 中，工作站彼此可以直接通信，两者问的距离必须在可以直接通信的范围内，如下图所示。最低限度的802.11 网络，是由两个工作站所组成的 IBSS。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，网络组建之后即可进行数据的传送，当不需要时，IBSS随即解散，正因为持续时问不长、规模甚小且目的特殊，IBSS也被称为特设 BSS（ad hoc BSS）或特设网络（ad hoc network）。

2. 基础型基本服务组合

判断是否为基础型网络，可以通过是否有基站参与其中进行判断，如下图所示。基站负责基础型网络所有的传输，包括同一服务区域中所有行动节点之间的通信。位于基础型基本服务组合的移动式工作站，如有必要跟其他移动式工作站通信，必须经过两个步骤。首先，由开始对话的工作站将帧传递给基站；其次，由基站将此帧转送至目的地–另一个工作站。

　　这种模式下的特点就是sta的所有通信都需要经过基站进行转发，虽然这种做法比直接传送耗费较多的资源，但这样做有两个明显的优点：
　　1) 基站的传输范围就是基础型基本服务组合的范围，各个sta之间距离不再有限制。另外，因为在IBSS中，每个sta为了维护与其他sta的邻居关系，需要更复杂的物理层来实现，所以sta之间直接通信省下的带宽是有代价的。
　　2) 基站的存在可以解放sta一些事情，比如协助sta进行省点管理，基站可以记住那些sta处于省电模式，并且为其暂时缓存数据帧，这样sta就不需要一直开启无线收发器来进行检测，只需要接收来自基站的暂存帧时才会加以开启。
　　在基础型网络里， sta必须先与基站建立连接，才能取得网络服务，基站也称为无线接入点(Access Point, AP)。连接是指sta加入某个 802.11 网络的动作，就像使用电器前先通电一样。另外，802.11协议标准并未限制基站可服务sta的数量，但规定每个sta的连接必须唯一，即每个sta同一时刻只能与一个基站连接。

二、物理层

802.11无线标准定义的传输速率是1Mbps和2Mbps，可以使用FHSS(frequency hopping spread spectrum)和DSSS(direct sequence spread spectrum)技术，需要注意的是，FHSS和DSSS技术在运行机制上是完全不同的，所以采用这两种技术的设备是不能相互兼容的。这两种技术就是802.11标准中的两种物理层。

1. FHSS技术

跳频扩频就是跳频系统系以某种随机样式在频率问不断跳换，每个子频道只作瞬间的传输（用扩频的码序列去进行移频键控(FSK)调制，使载波的频率不断地跳变）。传送的信息与这些扩频码的组合进行选择控制，在传送中不断跳变。在该技术中，频道被划分成75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商同一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。
　　FH网络中的Beacon帧包含时戳(timestamp)以及 FH 参数组合元素(FH Parameter Set element)。 FH 参数组合元素包含跳频样式编号(hoppattern number)以及跳频索引(hop index)。收到 Beacon 帧后，sta就能够知道如何同步本身的跳频样式。sta可根据跳频序列编号(hop sequence number)得知道自己的跳频次序。举例而言，假定有个工作站收到 Beacon 帧，表示该 BSS 使用了编号为 1 的北美/欧洲跳频序列，而且目前的跳频索引为 2。只要查询跳频序列，该工作站就可以判定下个频道为 65。跳跃时间也有明确的定义：每个 Beacon 帧均包含一个 Timestamp（时戳）栏位，当以时戳对「Beacon 帧中之停驻时间」取模数（modulo）而结果为 0 时，就会发生跳频。

2. DSSS技术

DSSS技术传输是一种不同的展频技术，可以通过较宽的频段传送信号，将2.4Ghz的频宽划分成14个22MHz的通道(Channel)，临近的通道互相重叠，在14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。直接序列技术的基本运作方式，是通过精确的控制将 RF 能量分散至某个宽频频段。当无线电载波的变动被分散至较宽的频段时，接收器可以通过相关处理找出变动的地方，然后通过相关器将其还原即可得到初始信号。
　　DS调制的运作方式，乃是以展频码（chipping sequence，或译为缀片序列）对数据
串流作处理，chip乃是展频程序中所使用的二进制数字，而bit又是更高一阶的数据了，比如11位展频码10110111000，我们规定10110111000表示bit 0，01001000111表示bit 1，这样发送数据的时候就对应的将其转换成对应的展频码，接收端则做相反的操作。
　　直接序列系统最重要的特性之一即是展频率，代表传输单一位元（bit）必须使用多少个chips。较高的展频率可以提高信号的还原能力， 不过需要使用较高的缀片率及较大的频宽。 将展频率提高两倍， 需要用到两倍的缀片率，也需要用到两倍的频宽。增加展频率需要付出两种成本。直接成本就是必须使用价格比较昂贵，使用较高频率的RF零件，而间接成本则是所需要的频宽。因此在设计直接序列系统时，应该尽量将展频率压低，这样在符合设计需要的同时还可以避免浪费频宽。
　　直接序列调制是以频宽交换传输量。相较于传统的窄频传输，直接序列调制需要更多电波频谱，速度也比较慢。但是它的抗干扰性能更好，通常可以跟其它干扰源共存，因为接收器的相关功能有效地排除了窄频，在干扰中还原真正的信号。
　　以上就是802.11中的两个物理层的概述，更加详细的内容可以参考《802.11无线网络权威指南》的第11、12章节。