1. IEEE802.11基础知识概述与物理层知识
IEEE802.11定义了无线局域网的两种工作模式:基础设施网络(Infrastructure Networking)和自主网络(AdHoc Networking)。
基础设施网络是预先建立起来的，具有一系列能覆盖一定地理范围的固定基站。构建自主网络时，网络组建不需要使用固定的基础设施，仅靠自身就可以临时
构建网络。
自主网络就是一种不需要有线网络和接入点支持的点对点网络。
(1)服务集
802.11规定无线局域网最小构件是基本服务集(Basic Service Set，BSS)，一个基本服务集覆盖的区域为基本服务区(Basic Service Area，BSA)。一个接入AP可以成为基本服务集中的基站(BaseStation)。一个服务集通过接入AP连接到分配系统(DistributionSystem，DS)，然后再连接一个基本服务集，这样就构成了扩展服务集(ExtendedServiceSet，ESS)。安装AP需要给AP分配一个不超过32字节的服务集标识符(ServiceSetIdentifier，SSID)和一个信道。
(2)ISM
工业、科学和医疗频段(Industrial Scientific Medical BandISMBand)是国际通信联盟无线电通信局的无线电通信部门(TURadio communication SectorITUR)定义的。此频段主要是开放给工业、科学和医学三个主要机构使用，属于Free License，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，只要不对其他频段造成干扰即可。其中，重要的2.4GHz频段为各国共同的ISM频段，因此无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可以工作在2.4GHz频段上。
(3)802.11物理层
802.11物理层比较复杂，最初使用了三种物理层技术。
1)跳频(Frequency-HoppingSpread Spectrum，FHSS)。
扩频技术的基本特征是使用比发送的信息数据速率高很多倍的伪随机码将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。简而言之，就是用伪随机序列对代表数据的模拟信号进行调制。它的特点是对无线噪声不敏感、产生的干扰小、安全性较高，但是占用带宽较高。增加带宽可以在低信噪比、等速率的情况下，提高数据传输的可靠性。而扩频技术属于跳频技术的一种。
FHSS系统的基本运作过程:
发送端首先把信息数据调制成基带信号，然后进入载波频率调制阶段。此时载波频率受伪随机码发生器控制，在给定的某带宽远大于基带信号的频带内随机跳变，使基带信号带宽扩展到发射信号使用的带宽，然后跳频信号便由天线发送出去。接收端接收到跳频信号后，首先从中提取出同步信息，使本机伪随机序列控制的频率跳变与接收到的频率跳变同步，这样才能得到数据载波，将载波解调(即扩频解调)后得到发射机发出的信息。传统无线通信为了节约宝贵频率资源，在保证通信质量前提下采用最窄带宽;FHSS 则相反，因此安全性较高、带宽消耗较大，占用了比传输信息带宽高许多倍的频率带宽。伪随机序列好比音乐家的指挥棒，而各种频率好比各种乐器，只有在指挥棒指挥各种乐器前提下才能演奏和谐的交响曲。只不过FHSS接收方和发送方的指挥棒一定是相同的。
2)红外技术(IR，InfraRed)
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。红外数据协会将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之内。
3)直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)
DSSS的扩频方式是:首先用高速率的伪噪声(PN)码序列与信息码序列作模二加(波形相乘)运算，得到一个复合码序列;然后用这个复合码序列去控制载波的相位，从而获得DSSS信号。
DSSS又称为噪声调制扩展，利用了通信中的“废物”噪声，窄带信号通过噪声扩展到相当宽的频道上，数据流比特和噪声比特结合成了更宽的信号，接收双方只有知道承载的噪声特性才能分析出有效信号。
1999年，人们又引入了OFDM和HR-DSSS两种新的扩频技术
1)正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)
OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术。OFDM 技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，且各子载波并行传输。通俗地讲就是OFDM使用了多个频率，在52个频率中，48 个用于数据，4个用于同步。由于在OFDM 的传输过程中可能会同时使用多个不同的频率，这类工作特性说明OFDM也是一种扩频技术。
2)高速直接序列扩频(High Rate Direct Sequence Spread Spectrum，HR-DSSS)
高速直接序列扩频是另一种扩频技术，使得在2.4GHz频段内达到了11Mb/s的速率。HR-DSSS
采用了补码键控(CCK)等调制技术。
2.IEEE802.11系列标准
IEEE802.11由IEEE 802.11工作组制定，该工作组成立于1990年，是一个专门研究无线LAN技术、开发无线局域网物理层协议和MAC层协议的组织。IEEE在1997年推出了802.11无线局域网(WirelessLAN)标准，经过多年的补充和完善形成了一个系列(即802.11系列)标准。目前，该系列标准已经成为无线局域网的主流标准。"
802.11系列标准主要有4个子标准，具体如表8-1所示。
多进多出(Multiple Input MultipleOutput，MIMO)技术
发射端和接收端都采用多个天线(或阵列天线)和多个通道。只要其发射端和接收端都采用了多个天线(或天线阵列)就构成了一个无线MIMO系统。MIMO无线通信技术采用空时处理技术进行信号处理，在多路径环境下，无线MIMO系统可以极大地提高频谱利用率，增加系统的数据传输速率。MIMO技术非常适用于室内环境下的无线局域网系统使用。采用MIMO技术的无线局域网系统在室内环境下的频谱效率可以达到20~40b/s/Hz，而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1~5b/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10~12b/s/Hz。
3.IEEE802.11MAC层协议
IEEE 802.11 采用了类似于802.3 CSMA/CD协议的载波侦听多路访问/冲突避免协议(Carrien
Sense Multiple Access/Collision AvoidanceCSMA/CA)，之所以不采用CSMA/CD协议的原因有两
点:
①无线网络中，接收信号的强度往往远小于发送信号，因此要实现碰撞的花费过大;
②隐蔽站
(隐蔽终端问题)，并非所有站都能听到对方，如图8-2(a)所示。而暴露站的问题是检测信道忙
碌但未必影响数据发送，如图8-2(b)所示。
因此，CSMA/CA就是减少碰撞，而不是检测碰撞。
CSMA/CA的MAC层分为DCF和PCF两层。
(1)分布协调功能(Distributed Coordination Function，DCE)。DCF没有中心控制，通过争用信道获取信道信息发送权，用于支持突发式通信。
(2)点协调功能(Point Coordination Function，PCF)。PCF选择接入AP集中控制BSS，支持多媒体应用。
为了避免碰撞，802.11提出帧间隔(InterFrameSpaceIFS)。帧间隔的长短取决于发送帧的类型。优先级高的IFS时间短，反之则长。802.11规定了三种常用IFS，如表8-2所示。
CSMA/CA算法如下:
(1)若站点最初有数据需要发送，并且检测发现传输信道处于空闲状态，则等待时间DIFS后发送数据帧。
(2)否则，站点就执行CSMA/CA协议的退避算法。期间如果检测到信道忙，就暂停运行退避计时算法。只要信道空闲，退避计时器就继续运行退避计时算法。
(3)当退避计算机时间减少到零时，站点不管信号是否忙都送整个数据帧并等待确认。
(4)发送站收到确认就知道已发送的帧完成。这时如果要发送第二帧，就要从步骤2开始，执行CSMA/CA退避算法，随机选定一段退避时间。
若发送站在规定时间内没有收到确认帧ACK就必须重传，再次使用CSMA/CA协议争用接入信道，直到收到确认，或者经过若干次失败放弃传送。
注意:发送第一个数据帧时可以不使用退避算法，其余情况都需要使用退避算法。
