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  第68题      
  知识点:   802.11标准   无线局域网技术实现   IEEE 802.11标准   通信技术
  关键词:   IEEE   通信        章/节:   数据通信与计算机网络       

 
在IEEE 802.11标准中使用了扩频通信技术,以下关于扩频通信的叙述中,正确的是(68).
 
 
  A.  扩频技术是一种带宽很宽的红外线通信技术
 
  B.  扩频技术是一种使用伪随机序列对代表数据的模拟信号进行调制的技术
 
  C.  扩频通信系统的带宽随着数据速率的提高而不断扩大
 
  D.  扩频技术就是扩大了频率许可证的使用范围
 
 
 

 
  第68题    2012年上半年  
   36%
在无线局域网中,AP的作用是(68)。
  第69题    2012年上半年  
   55%
IEEE 802.16工作组提出的无线接入系统空中接口标准是(69),它比Wi-Fi的覆盖范围更大,数据速率更高。
  第69题    2019年上半年  
   47%
下列无线网络技术中,覆盖范围最小的是( )。
   知识点讲解    
   · 802.11标准    · 无线局域网技术实现    · IEEE 802.11标准    · 通信技术
 
       802.11标准
        802.11是1997年IEEE最初制定的一个WLAN标准,主要用于解决办公室无线局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,其业务范畴主要限于数据存取,速率最高只能达2Mbps。由于它在速率、传输距离、安全性、电磁兼容能力及服务质量方面均不尽人意,从而产生了其系列标准。
        (1)802.11b:将速率扩充至11Mbps,并可在5.5Mbps、2Mbps及1Mbps之间进行自动速率调整,也提供了MAC层的访问控制和加密机制,以提供与有线网络相同级别的安全保护,还提供了可选择的40位及128位的共享密钥算法,从而成为目前802.11系列的主流产品。而802.11b还可将速率提升至22Mbps。
        (2)802.11a:工作于5GHz频段,最高速率提升至54Mbps。
        (3)802.11g:工作于2.4GHz频段,与802.11b兼容,最高速率亦提升至54Mbps。
        (4)802.11c:为MAC/LLC性能增强。
        (5)801.11d:对应802.11b版本,解决那些不能使用2.4GHz频段国家的使用问题。
        (6)802.11e:是一个瞄准扩展服务质量的标准,其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量,而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略。
        (7)802.11f:用于改善802.11协议的切换机制,使用户能在不同无线信道或接入设备点间漫游。
        (8)802.11h:相对802.11a能更好地控制发信功率(借助PC技术)和选择无线信道(借助动态频率选择技术),而与802.11e一起,可适应欧洲的更严格的标准。
        (9)802.11i、802.1x:主要着重于安全性,802.11i能支持鉴别和加密算法的多种框架协议,支持企业、公众及家庭应用;802.1x的核心为具有可扩展认证协议,可对以太网端口鉴别,扩展至无线应用。
        (10)802.11j:解决802.11a与欧洲HiperLAN/2网络的互连互通。
        (11)802.11/WNG:解决IEEE 802.11与欧洲电信标准化协会的BRAN-HiperLAN及日本的ARAB-iSWAN统一,建成全球一致的WLAN公共接口。
        (12)802.11n:已将速率提升至108/320Mbps,并已进一步改进其管理开销及效率。
        (13)802.11/RRM:与无线电资源管理有关的标准,以增强802.11的性能。
        (14)802.11/HT:用于进一步增强802.11的传输能力,取得更高的吞吐量。
        (15)802.11 Plus:拟制订802.11WLAN与GPRS/UMTS之类多频、多模运行标准,可有松耦合及紧耦合两种类型。
 
       无线局域网技术实现
        目前常用的计算机无线通信手段有光波和无线电波。其中光波包括红外线和激光,红外线和激光易受天气影响,也不具备穿透能力,故难以实际应用。无线电波包括短波、超短波和微波等,其中采用微波通信具有很大的发展潜力。
        微波扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication, SSC)简称扩频通信,其基本特征是用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码对载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展,形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射。增加带宽可以在较低的信噪比情况下以相同的信息传输率来可靠地传输信息,甚至在信号被噪声淹没的情况下,只要相应地增加信号带宽,仍然能够保持可靠的通信,也就是用扩频方法宽带传输信息相当于提高信噪比。
        扩频通信技术在发射端以扩频编码进行扩频调制,在接收端以相关解调技术收取信息。这一过程使其具有许多优良特性,如抗干扰能力强;隐蔽性强,保密性好;多址通信能力强;抗多径干扰能力强;且有较好的安全机制。
        实现扩频通信的基本工作方式有4种,分别是直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)、跳变频率(Frequency Hopping, FH)、跳变时间(Time Hopping, TH)和线性调频(Chirp Modulation, CM)。目前使用最多、最典型的扩频工作方式是DSSS方式。
 
       IEEE 802.11标准
        IEEE 802委员会为无线局域网开发了一组标准,即IEEE 802.11标准。虽然IEEE 802.11系列标准为建设无线局域网及开发与它相关的产品提供了技术上统一的依据和口径,但这里需要补充注意的是,目前市场上并不是所有的与无线局域网络相关的产品都采用或符合这个标准。
               无线局域网的基本模型
               下图所示是IEEE802.11工作组开发的一个模型。无线局域网的最小构成模块是基本服务集(Basic Service Set,BSS),由一些运行相同MAC协议和争用同一共享介质的站点组成。基本服务集可以是单独的,也可以通过AP连到骨干分布系统。MAC协议可以是完全分布式的,也可以由处于接入点的中央协调功能来完成。通常把BSS称为一个单元(Cell)。
               
               IEEE 802.11工作组开发的一个模型
               一个扩展服务集(Extended Service Set,ESS)由两个或更多的通过分布系统互连的BSS组成。一般分布系统是一个有线骨干LAN。扩展服务集相对于逻辑链路控制层来说,只是一个简单的逻辑LAN。
               基于移动性,无限局域网标准定义了3种站点:
               (1)不迁移。这种站点的位置是固定的或只是在某一个BSS的通信站点的通信范围内移动。
               (2)BSS迁移。站点从某个ESS的BSS迁移到同一ESS的另一个BSS。在这种情况下,为了把数据传输给站点,就需要具备寻址功能以便识别站点的新位置。
               (3)ESS迁移。站点从某个ESS的BSS迁移到另一ESS的一个BSS。在这种情况下,因为由IEEE 802.11所支持的对高层连接的维护不能得到保证,因而服务可能受到破坏。
               介质访问存取控制技术
               IEEE 802.11工作组考虑了两种MAC算法:一种是分布式访问控制协议,像CSMA/CD一样,利用载波监听机制;另一种是中央访问控制协议,由中央决策者进行访问的协调。分布式访问控制协议适用于由地位等同的工作站组成的网络及具有突发性通信的无线局域网的基站所组成的网络。中央访问控制协议对于那些具有时间敏感数据或者高优先权数据的网络特别有用。
               IEEE 802.11最终形成的一个MAC算法称为DFWMAC(分布式基础无线MAC),它提供分布式访问控制机制,处于其上的是一个任选的中央访问控制协议,如下图所示。在MAC层中靠下面的是分布协调功能子层(Distributed Coordination Function,DCF),DCF利用争用算法为所有的通信提供访问控制。一般异步通信用DCF。在MAC层中靠上面的是点协调功能(Point Coordination Function,PCF),PCF用中央MAC算法,提供无争用服务。PCF位于DCF的上面,并利用DCF的特性来保证用户的介质访问。
               
               IEEE 802.11协议结构
               DCF子层介质存取方式采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)算法。与以太网所采用的CSMA/CD很相似,只不过DCF没有冲突检测功能,因为在无线网上进行冲突检测是不太现实的。介质上信号的动态范围非常大,因而发送站不能有效地辨别出输入的微弱信号是噪声还是站点自己发送的结果。所以取而代之的方案是采用一种碰撞避免的算法。具体地说为了保证上述CSMA算法的顺利和公平,DCF采用了一系列的延迟,称为帧间空隙(Inter Frame Spacing,IFS),相当于一种优先权机制。利用IFS延迟的CSMA/CA访问控制的操作过程如下:
               (1)发送站监听,如介质空闲,站点再继续监听一段时间(一个IFS的延迟),如果在这段时间内介质仍然是空闲的,则站点可立即发送。
               (2)如果介质忙,站点继续监听介质,直到完成当前的传输。
               (3)一旦当前的传输已完成,站点要继续监听一段时间(一个IFS的延迟)。如在此期间介质仍然空闲,然后站点按照二进制指数退避一段时间后监听介质,如果介质仍然空闲,站点就可以发送下一个数据帧。
               IFS有3种不同的优先权值来提供介质访问控制:
               (1)短帧间空隙(SIFS)。最短的IFS,用于所有的立即相应活动。
               (2)点协调功能的帧间空隙(PIFS)。中等长度的IFS,在PCF机制中的中央控制器发出查询时用。
               (3)分布协调功能的帧间空隙(DIFS)。最长的IFS,作为异步帧争用访问控制中最小的延时。
               SIFS具有最高的优先权,因为相对于那些需要等待PIFS或DIFS的站点来说,这些站点总是能优先获取到介质的访问权。PIFS由中央控制器用于发送查询帧,使它领先于一般的争用通信。DIFS用于所有普通的异步通信。
               物理介质规范
               (1)红外线(Infrared)。数据率为1Mb/s或2Mb/s,波长在850~950nm之间。
               (2)扩展频谱。扩展频谱技术原先是军事通信领域中使用的宽带无线通信技术。使用它的目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的稳定性及保密性,能够使在无线传输情况下的数据完整可靠,并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。
               扩展频谱技术主要分为直接序列扩展频谱(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)及频率跳动扩展频谱(Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)两种方式。
               DSSS是将原来的信号1或0,利用10个以上的chips来代表1或0位,使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个位使用多少个chips称为Spreading chips,一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰,而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。它运行在2.4GHz ISM(Industrial Scientific Medical,工业/科学/医学)频带,属于高频率范围,就日常生活,或办公室等所用的电器设备是不会相互干扰的,因频率差异甚多,而且无线网络本身共有12个信道可供调整,自然干扰的现象就不必担心。同时最多有7个通道,每个通道的数据率为1Mb/s或2Mb/s。
               FHSS技术在同步且同时的情况下,接受两端以特定类型的窄频载波来传送信号,对于一个非特定的接受器,FHSS所产生的跳动信号对它而言,也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的信号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道,并且这些跳频信号必须遵守FCC(Federal Communications Commission,美国联邦通信委员会)的要求,使用75个以上的跳频信号且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。它运行在2.4GHz ISM频带。
               IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g之间的比较
               IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g都是IEEE 802.11协议的扩展补充标准,都是定义了物理层的操作规范。其中,IEEE 802.11g标准是最晚发展起来的,它结合了IEEE 802.11a和IEEE 802.11b两者的优点。
               IEEE 802.11a工作5GHz频段上,使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)调制技术可支持54Mb/s的传输速率,但是价格相对较高。
               1999年通过的IEEE 802.11b标准可以支持最高11Mb/s的数据速率,运行在2.4GHz的ISM频段上,采用的调制技术是CCK(Complementary Code Keying,补码键控)。IEEE 802.11b标准的网络虽然比较低廉,但是数据传输速率却不能很好地满足许多应用的要求;而且802.11a与802.11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里,因此11a与11b互不兼容。
               为了解决上述问题,进一步推动无线局域网的发展,2003年出台了802.11g标准,它在2.4GHz频段使用OFDM调制技术,使数据传输速率提高到20Mb/s以上;IEEE 802.11g标准能够与802.11b的Wi-Fi系统互相连通,共存在同一AP的网络里,保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速无线局域网过渡,延长了IEEE 802.11b产品的使用寿命,降低用户的投资。
 
       通信技术
        多媒体技术、计算机网络技术、通信技术的融合是现代信息技术发展的典型特征。在各种通信网络上,如无线和有线通信网络、广播电视网络、微波和卫星通信网络、计算机局域网和广域网等,出现了越来越多的多媒体应用。多媒体通信要求网络能够综合地传输、交换各种类型的信息,而不同类型的信息又呈现出不同的需求特征。因此,多媒体通信网络技术是多媒体应用的关键技术之一。多媒体通信系统的出现大大缩短了计算机、通信和电视之间的距离,将计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性完美地结合,向人们提供全新的信息服务。简单地说,多媒体通信技术就是解决多媒体内容以何种格式发送,同时存储空间小、传输容错能力强、传输速度快、耗费资源少等问题。
        多媒体通信要求网络具有高效的能力,这些能力包括以下4点。
        . 吞吐量。网络的吞吐量是指其有效比特率或有效带宽,对吞吐量的要求也表现在对传输带宽、存储带宽以及流量的要求上。
        . 实时性与可靠性。多媒体通信的实时性和可靠性要求与网络速率和通信协议都有很大的联系,这就要求传输的延迟越短越好。
        . 时空约束。在多媒体通信系统中,同一对象的各种媒体在空间和时间上都是互相约束、互相关联的。
        . 分布处理。通信网络最好是高速率、高带宽、多媒体化、智能化、可靠和安全的。未来的通信是多网合一、业务综合和多媒体化的。针对目前多网共存的现状,分布处理有助于解决多点多人合作、远程多媒体信息服务等问题。
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