wifi协议物理层.docx

资源描述

wifi协议物理层.docx

《wifi协议物理层.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《wifi协议物理层.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

wifi协议物理层.docx

wifi协议物理层

篇一:

WiFi--复杂的协议使测试更麻烦

由于WiFi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。

用户可以在WiFi覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话。

而其它一些基于WLAN的宽带数据应用，如流媒体、网络游戏等功能更是值得用户期待。

有了WiFi功能我们打长途电话（包括国际长途），浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，再无需担心速度慢和花费高的问题。

WiFi在掌上设备上应用越来越广泛，而智能手机就是其中一份子。

与早前应用于手机上的蓝牙技术不同，WiFi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，因此WiFi手机成为了目前移动通信业界的时尚潮流。

现在WiFi的覆盖范围在国内越来越广泛了，高级宾馆，豪华住宅区，飞机场以及咖啡厅之类的区域都有WiFi接口。

当我们去旅游，办公时，就可以在这些场所使用我们的掌上

设备尽情网上冲浪了。

用于射频测试与系统环境仿真的专用工具正在成为现实

射频，RadioFrequency，简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。

每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。

以IEEE802.11标准为基础的无线网络在设备数量和应用范围两个方面都做好了实质性发展的准备。

然而，与有线网络相比较，无线网络本身固有的移动特性使物理层与协议层之间产生的交互作用大大增加了验证一个设计所需的测试的复杂性和测试的次数。

所幸的是，能够使这一过程合理化的各类工具正在不断出现。

802.11a/b/g标准统称为WiFi（无线保真），它已经在家庭用户中造就了一个庞大的不断成长市场，人们发现，无线方案是家庭资源共享以太网（如打印机和宽带连接）的一种简单的替代方案。

另外，对需要移动计算能力的商务用户来说它也是热门技术。

根据市场研究公司In-Stat的数据，公共WLAN（无线局域网）或“热点”正在商务用户和家庭用户中快速普及。

仅2005年第一季度，全球WiFi设备销售额就达到7.376亿美元，比2004年同期增长15%。

虽然WiFi在家庭和商

务计算机接入中的应用仍处增长势头，但也出现了这一技术的新兴市场。

In-Stat正在追踪各类新兴应用，如VoWLAN（无线局域网语音传输）、将WiFi用作

消费电子连接的一种方法，以及VoWLAN与手机的结合。

每一类都代表着一种能匹配或超过计算机接入的市场。

这些重要市场的增长将使更多的设计师首次面对WLAN测试的挑战。

很多设计师的知识背景仍然是传统的有线网络，因而无线网络测试对他们而言是个很不一般的挑战。

与传统网络相比，WLAN有一个射频物理层界面问题。

复杂的协议使测试更麻烦

WLAN协议中的很多附加特性都是为了满足无线局域网络（LAN）在动态配置、空间性质以及移动性这三方面的需求，而有线网络则没有这些要求。

这些要求更增加了无线测试的复杂性。

WiFi的动态配置允许终端站向AP（接入点）询问以实现网络接入，并使AP接通自己所支持的服务。

虽然有线网络也有类似功能，但它们一般出现在较高层的协议中。

WiFi则是在MAC（媒体访问控制）层实现的。

当有多个AP可供使用时，WiFi站还必须用“关联”来确定使用哪一个，而AP也要用“鉴别权”来确定该终端站是否为合法用户，然后才准予接入。

有线连接由于没有物理安全问题，因此无需鉴别步骤。

而在无线连接中，某个人可能会把车停在一个区域内，试图从这里免费接入互联网。

WiFi的空间特性也会产生一些问题，如“隐藏结点”，这在有线网络中是没有的。

出现这种情况时，两个站终端都位于一个AP的覆盖范围中，但不在相互的信号范围内。

由于两者都不能检测冲突，于是当两个站试图向该AP发送消息时就会重复发生碰撞。

在有线网络中，通过小心的设计和安装，可以在物理层上控制噪声电平，并且交换机可以将网络分成可管理的网段。

但是无线网络设备的设计者则不能假设一种可控环境。

WiFi与蓝牙、便携式电话和微波炉，以及其它射频源共享其频段。

设计者无法控制试图连接某个AP的终端站数量。

无线协议必须允许网络能够完全适应所处的环境。

WiFi的移动性也对设备和协议提出了更多的功能要求，有线网络则没有这些负担。

其中之一是电池供电的终端可能需要有电源管理功能，以优化功耗问题，例如当终端靠近AP时，要降低发射功率以节省能量。

另一个增加的协议功能是在传输期间实现AP之间的动态切换，这类似于手机的漫游。

其他附加的功能还有速率自适应，即根据接收信号的功率调整数据传输速率的能力，从而优化整个信道的性能。

不能完全分开的层

复杂的协议还会产生其它麻烦。

对有线网络，工程师们可以单独测试系统层，然后只需将测试后的各部分组合起来，

就可以装配成一个可行的系统。

按照传统的网络测试模型，测试无线网络设备的设计有两项主要工作。

一是数字工程师和软件工程师从网络角度用协议分析仪和网络分析仪对设备进行评估。

另一是射频工程师使用矢量信号分析仪、频谱分析仪与信号发生器、示波器和其他射频仪器，对射频部分进行评估。

但是，老谚语“整体大于其各部分之和”可以毫不迟疑地应用于测试WiFi产品的设计上。

无线网络物理层和协议层不仅需要单独测试，还要同时测试验证较高层是否能正常运行。

这种测试需要很多设备协同工作，包括射频设备和数字设备，共同建立所需测试条件，并测量结果。

Agilent科技公司创立了N4010A无线连接性测试套件，它采用软件模块实现信号分析与矢量分析功能，以及信号产生功能，并构成了一个更完备的射频测试包。

同样，Aitsu公司也为自己的频谱分析仪提供软件，将多种WLAN射频测试功能组合于一个仪器内。

LitePoint公司则用IQView来测试WiFi发射机与接收机的功能。

该公司还提供IQWave软件，用于与仪器一起建立定制的信号波形，以测试有损波形的响应。

最近，NationalInstruments公司也用一款PXI仪器包进入了这个市场，该仪器包带有LabView开发软件以及一个来自SeaSolve软件公司的软件包，软件包可以对WiFi射频设

备进行物理层顺从性既然已经覆盖了对物理层部分的测试，似乎较高层的测试只需要数字图形发生器和协议分析仪就够了。

但WiFi复杂的协议要处理网络的动态、空间与移动特性，一台仪器无法用一个纯数字图形模仿所有这些参数。

工程师们必须用射频链接对这些参数进行测试，以执行速率自适应功能、隐藏结点检测功能，以及其他与信号强度有关的条件。

这一领域的WiFi测试最为困难。

为了提供可重复的测试，DUT（待测设备）需要一种可控制的激励。

这意味着至少要将待测设备放在一个屏蔽罩内，隔离杂乱信号的干扰。

另外，激励信号的强度必须可控，这就涉及到使用可编程衰减的问题。

最后，为了仿真一个完整的网络配置，必须要从一个独立源产生多个激励信号。

协议测试

可惜，现有的大多数射频测试仪器都直接用单信号激励DUT。

在多信号环境下对设备的测试则需要使用多台仪器。

而协调多台仪器信号建立使用起始聚集的测试设置的可重复测试

条件则非常困难。

测试的设置需要使用复杂的接线方案，这种方案要对每个信号源作手工调校，再反馈给屏蔽罩内的DUT;或者要将整个测试配置放在一个法拉第笼内，这是一种可以阻止EM场

外泄或进入的金属箱，这样才能达到测试的可重复性。

而WiFi的移动特性使测试的设置更加复杂。

测试必须设法重复DUT或激励信号的移动过程，这样才能对设备作彻底检验。

Azimuth系统公司的首席执行官RayCronin说:

“WiFi的全部意义就在于移动性。

你必须拥有能测试移动性对服务质量影响的系统。

”

smartair的第一代单芯片解决方案，以480Mbps速率，500mW低功耗，1ms低延迟，满足高品质无线高清视频传输要求。

此次smartair第二代无线芯片解决方案提供了更高的传输带宽，达到1Gbps，可完美支持蓝光DVD无线播放。

芯片集成度更高，功耗更是降低至200mW，可应用于各种智能手机或其它手持设备。

第二代芯片还新增多结点特性，可支持多台设备同时高速互联，例如多人同时游戏。

篇二:

80211帧格式解析

802.11帧格式解析

2012-02-130个评论

收藏我要投稿

1MAC802.11数据帧格式

首先要说明的是mac802.11的帧格式很特别，它与TCP/IP这一类协议不同，它的长度是可变的。

不同功能的数据帧长度会不一样。

这一特性说明mac802.11数据帧显得更加灵活，然而，也会更加复杂。

mac802.11的数据帧长度

不定主要是由于以下几点决定的

1.1mac地址数目不定，根据帧类型不同，mac802.11的mac地址数会不一样。

比如说ACK帧仅有一个mac地址，而数据帧有3个mac地址，在WDS模式（下面要提到）下，帧头竟然有4个mac地址。

1.2802.11的管理帧所携带的信息长度不定，在管理帧中，不仅仅只有一些类似于mac地址，分片标志之类的这些信息，而且另外还会包括一些其它的信息，这些信息有关于安全设置的，有关于物理通信的，比如说我们的SSID名称就是通过管理帧获得的。

AP会根据不同的情况发送包含有不同信息的管理帧。

管理帧的细节问题我们会在后面的文章中讨论，这里暂时跳过。

1.3加密（wep,wpa等）信息，QOS（qualityofservice）信息，若有加密的数据帧格式和没有加密的数据帧格式还不一样，加密数据帧格式还多了个加密头，用于解密用。

然则QOS也是同样道理。

竟然mac802.11数据帧那么复杂，我们就先从通用的格式开始说吧

帧控制（2bytes）:

用于指示数据帧的类型，是否分片等等信息，说白了，这个字段就是记录了mac

802.11的属性。

*Protocolversion:

表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0x00

*Type:

指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧

*Subtype:

指明数据帧的子类型，因为就算是控制帧，控制帧还分RTS帧，CTS

帧，ACK帧等等，通过这个域判断出该数据帧的具体类型

*ToDS/FromDS:

这两个数据帧表明数据包的发送方向，分四种可能情况讨论

**若数据包ToDS为0，FromDS为0，表明该数据包在网络主机间传输

**若数据包ToDS为0，FromDS为1，表明该数据帧来自AP

**若数据包ToDS为1，FromDS为0，表明该数据帧发送往AP

**若数据包ToDS为1，FromDS为1，表明该数据帧是从AP发送自AP的，也

就是说这个是个WDS（WirelessDistributionSystem）数据帧，至于什么是WDS，可以参考下这里的介绍#传送门

*Moreflag:

分片标志，若数据帧被分片了，那么这个标志为1，否则为0

*Retry:

表明是否是重发的帧，若是为1，不是为0

*PowerManage:

当网络主机处于省电模式时，该标志为1，否则为0.

*Moredata:

当AP缓存了处于省电模式下的网络主机的数据包时，AP给该省电

模式下的网络主机的数据帧中该位为1，否则为

*Wep:

加密标志，若为1表示数据内容加密，否则为0

*Order这个表示用于PCF模式下，这里不予讨论

生存周期/AssociateID（2bytes）:

先前不是讲过虚拟载波监听的一个机制么，他的NetworkAllocationVector

（NAV）就存在这里，这里叫duration，即生存周期。

当然不是所有时候这个字段存放的NAV值。

在特定类型数据帧中，它也可能表示AssociateID。

一旦有主机关联到AP了，AP都会为主机分配一个AssociateID。

比如在网络主机通知AP自己要进入省电模式（powersaving）的时候，网络主机发给AP的通知数据帧里面，这个域就表示的是AssociateID而不是NAV了。

当然还可以通过最高位来判断这个域的含义:

*在15bit为0的时候，该域表示duration

*在15bit为1，14bit为1的时候，表示AssociateID。

序列控制（2bytes:

4bits/12bits）:

这个域分2部分，一个是分片序列号

和标识帧列号。

分片序列号就是记录分片序号的。

比如一个帧A被分片成a1，a2，a3，那么a1，a2，a3这三个分片帧的分片序列分别是0,1,2。

这个和IP分段原理一样的，该域占4个比特位。

剩下的12个比特位就用于标识帧的序号，这个跟IP头里面的序列号一样。

MAC地址1-4

这四个地址在不同帧中有不同含义。

这些以后会讨论。

以后我们可能会碰到以下类型的mac地址

RA（receiveraddress）:

无线网络中，该数据帧的接收者

TA（transmitteraddress）:

无线网络中，该数据帧的发送者

BSSID（BasicServiceSetID）:

在infrastructureBBS中，BSSID就是AP

的mac地址。

但是在IBBS中，它是一个随机即生成的46位二进制序列，还有最高两位分别是Universal/Local标志位和Individual/Group标志位。

IBBS的BSSID

中，Universal/Local标志位为1，表示本地MAC，Individual/Group标志位为0，表示是个人MAC。

也就是说在IBBS中，BSSID地址应该类如

10xxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx

（x表示随机数要么0要么1,2进制表示）

DA（destineaddress）:

该帧的目的mac地址

SA（sourceaddress）:

该帧的源mac地址

这里的DA和SA含义和普通以太网中的含义一样，在无线网络中可能我们需要

通过AP把数据发送到其它网络内的某台主机中。

但是有的人会奇怪，直接在RA中填这台主机的mac地址不就久好了么。

但是请注意RA的含义，说的是无线网络中的接收者，不是网络中的接收者，也就是说这台目的主机不再无线网络范围内。

在这种情况下我们的RA只是一个中转，所以需要多出一个DA字段来指明该帧的最终目的地，当然，如果有了DA那必须有SA，因为若目的主机要回应的话，SA字段是必不可少的。

（假设没有SA字段，那么目的主机回应的数据包就只能发送到源主机所属的AP上了~）

最典型的一个例子就是在WDS模式下，数据帧会有4个地址，RA，TA表示接收

端和发送端，这两个地址用于无线传输的时候。

还有2个地址是DA和SA，分别跟以太网中一样表示源地址和目的地址。

WDS帧的格式如下图:

打个比方说，AP1有主机A，AP2有主机B。

如果A要和B同学，那么A会首先发送数据帧给AP1，然后AP1发送帧给AP2

。

这个

时候帧里面会有4个地址，分别是RA=mac（AP2），

TA=mac（AP1），DA=mac（B），SA=mac（A）。

WiFi协议物理层包结构

（一）

（2011-05-1809:

07:

13）

转载?

标签:

杂谈

看了几篇文档,WiFi协议其实只是OSI7层协议的物理层协议和数据链路层的一部分.在对硬件进行测试时,其实我们测试的大部分只是物理层的性能.整天工作凌乱复杂,总是没有足够的时间去将协议的文档仔细的研读归类,在写这篇博客的时候其实还是处于混沌状态,只能把看到的东西暂时罗列在这里,看得多了也就自然会清晰起来.

在物理层的空中接口中,数据信息势必以某种格式进行传输.这种传输经常是一帧一帧的进行,每一帧都会按照一定的规矩,顺序进行排列,也就是帧结构,或者包结构.

无线局域网物理层有三部分组成:

.物理管理层（PhysicalLayerManagerment）:

为物理层提供管理功能,它与MAC层管理连接..物理成汇聚子层（PLCP）:

MAC层和PLCP通过物理层服务访问点（SAP）利用原语进行通讯.MAC层发出指示后,PLCP就开始准备需要传输的介质协议数据单元（MPDUs）.PLCP也从

篇三:

wifipresentation

WiFi讲义

本讲义分为4部分:

第一部分是总揽，解释WiFi是什么，描述无线网络的构成框架，典型的网络构成和拓扑结构，简要描述组网和部署的方法;第二部分对WiFi物理层和数据链路层的关键技术进行阐述，力求阐明原理，忽略实现细节;第三部分描述WiFi的性能，给出一些性能指标，评价方法和影响因素;第四部分针对无线特有的一些重要问题进行说明，主要是安全性问题和实时性问题。

1.总揽

概述

WiFi即WirelessFidelity，无线保真，是无线局域网联盟（WiFiAlliance）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作。

对应的标准是IEEE802.11，最新的版本是IEEE802.112007。

WiFi是应用在办公室和家庭中的短距离无线通信技术，使用2.4GHz附近的频段，提供无线局域网的通信或者向Internet无线接入的功能。

协议框架

IEEE802.11属于IEEE802协议家族，在OSI模型中的定位如下。

IEEE802.11Std定义了物理层和MAC层。

与以太网的标准IEEE802.3相同，802.11同样使用了802.2的LLC，并同样可以在此基础上承载IP层和传输层，运行完整的

TCP/IP协议栈。

IEEE802.11定义多种不同的PHY，包括a，b，g和正在标准化的n。

这些物理层最大的不同之处在于使用了不同的调制解调、扩频、乃至分集的技术。

另外，它们使用了同样的802.11MAC层。

关于PHY和MAC的细节，将在后文描述。

网络构成和拓扑

IEEE802.11定义了以下几种网络构成方式。

各组成部分及网络构成描述如下:

工作站:

配备无线网络接口的计算设备。

接入点:

即AP，accesspoint。

对无线工作站提供接入的设备，具有无线到有线的桥接能力。

基本服务集:

即BSS，basicserviceset。

一组相互通信的工作站构成一个BSS。

IEEE802.11Std定义了两种BSS:

independentBSS即独立基本服务集和infrastructureBSS基础结构基本服务集。

独立基本服务集:

也被称为adhoc。

无线工作站之间不需要通过AP，直接进行通信的方式。

基础结构基本服务集:

无线工作站通过AP相互通信，而不能直接通信。

引入AP的目

的一方面是为了更好的利用带宽，另一方面也是为了使无线工作站更加省电。

值得注意的是，在一个时刻，无线工作

站只能与一个AP关联。

扩展服务区域:

即ESS，extendedserviceset。

ESS使用骨干网络将几个BSS连接在一起，使用多个AP扩大无线网络的覆盖范围，并使用一个ESSID标志网络。

当某个无线工作站申请加入网络时，需要指定相应的ESSID。

组网和部署

如前所述，IEEE802.11定义了两种网络构成:

ad-hoc和infrastructureBSS。

Ad-hoc模式部署:

1）在电脑上装好无线网卡，配置好IP地址网络参数。

注意，要实现互连的主机的IP必须在同一网段，因为对等网络不存在网关，所以网关可以不用填写。

2）设定无线网卡的工作模式为Ad-hoc模式，并给需要互连的网卡配置相同的ESSID、频段、加密方式、密钥和连接速率。

infrastructureBSS模式部署:

1）设置该网络工作的频段，选择的范围从1到13。

选择中应该注意的是，如果周围环境中还有其他的无线网络，尽量不要与它使用相同的频率段。

2）选择AP工作的模式:

802.11a或802.11b或802.11g模式。

3）设置AP的ESSID号即可。

4）设置AP的加密方式以及必要的密钥信息。

5）如果需要接入Internet，需要设置AP连接的路由器或者对无线路由器进行设置，与有线接入时的路由器设置相同。

6）在STA上选择适合的ESSID和加密即可连接至网络。

需要注意的是，AP的摆放位置，天线的朝向，会对无线信号产生重要的影响，必要的时候请检查调试。

搭建软AP

2.PHY和DL

IEEE802.11Std2007定义了无线局域网的PHY和DL。

在此基础上，承载何种网络层及传输层的协议可以自行决定。

目前除了这份标准外，还有2份修改案:

IEEE802.11k和IEEE802.11r。

另外，802.11n仍在草案阶段。

PHY

IEEE802.11包含了几种物理层标准，命名为:

1）802.11a:

5GHz;OFDM;20个信道（美国），每个信道带宽20MHz，信号的功率谱主瓣宽度是22MHz，最大传输速度54Mbps。

2）802.11b:

2.4GHz;DSSSorCCK;14个信道，每个信道带宽5MHz;信号的功率谱主瓣宽度是22MHz（需要占用4个信道，即同一时刻最多有3个信号被传输）;最大传输速度11MHz。

3）802.11g:

2.4GHz;DSSSorCCKorOFDM;3个非重叠信道（原因同802.11b）;最大传输速度是54Mbps（信报捆绑channelbounding或者Turbo模式可以使用2个非重叠信号将传输速度加倍到108Mbps）。

4）802.11n:

MIMO+OFDM;有效载荷数据的速度达到100Mbps。

（802.11abg的有效载荷速率是最大速率的50%，即27Mbps，6.5Mbps，27Mbps。

其中，有效载荷是指802.11帧的payload，并不是传输层以上实际发送的用户数据）。

5）802.11j:

使用802.11a的技术，按照日本的要求划分频带，总共12个信道，每个信道带宽20MHz。

PHY层通信的理论模型:

物理层的技术可以按照上图展开，补充信源编码，交织，调制解调，扩频。

经典的计算机网络理论定义的DL层包括两方面内容:

LLC控制和MAC访问模式。

另外，安全和QoS也是两个重要的问题。

本节的重点是MAC访问模式，并对相关的QoS话题进行讨论。

安全问题并不仅仅限于DL层的范畴，所以将在最后一节另述。

LLC逻辑链路控制

LLC最主要的两个功能是差错控制和流量控制。

差错控制可以使用信道编码或者ARQ的主动确认方式。

流量控制可以使用滑动窗口协议。

802.11使用了ARQ。

进一步，由于无线链路的可靠性一般不高，802.11将数据帧的发送和确认定义成一个原子操作。

为了进一步提高吞吐率，IEEE802.11引入了块确认:

将多个数据帧和对应的一个确认帧定义成一个原子操作。

MAC访问模式

无线信道本质上是共享资源。

如何更有效的使用这个共享资源对整个通信系统的可靠性有十分重要的意义。

IEEE802.11定义了两种MAC访问模式:

基于竞争的MAC访问模式和基于点协调的MAC访问。

2.2.2.1基于竞争的MAC访问模式

IEEE802.11的竞争访问模式源于IEEE802.3以太网CSMA/CD的接入方式，同时也考虑到无线环境下的隐藏节点问题，提出CS

展开阅读全文