（信号与信息处理专业论文）ieee+80211bg软件系统的研究与实现.pdf

东南大学硕一j ? 学位论文 摘要 摘要 随着无线技术的广泛应用，无线局域网成为提供高速无线因特网接入的关键 技术之一。研究无线局域网技术，丌发拥有自主知识产权的无线局域网接入点具 有重要的现实意义。同时，可以使我们掌握研究通信协议的基本方法和一般工程。 本文首先分析了无线局域网的基本结构和i e e e s 0 2 。儿协议的基本内容。深 入描述了m a c 层子层中分布式协调功能( d c f ) 和点协调功能( p c f ) 、逻辑服务接 口、服务业务功能和m a c 帧格式，比较了i e e e 8 0 2 1 l g 协议对m a c 层的修f 。综 合考虑无线接入点的高效性与可靠性，文章分别进一步阐述了基于m p c 8 6 0 和 m p c 8 5 2 t 嵌入式l if l u x 平台的设计方案及其系统改进。侧重介绍了系统方案中软 件的模块设计、逻辑接口、r t a i 实时嵌入式操作系统、无线设备接口及驱动丌 发等关键技术。 在成功实现高效无线链路数据通信的基础上，本课题还丌发了基于s n m p 、 c j 。1 、h t t p 办议的网络管理系统，友好的图形界面，实现了对接入点的本地和远 程管理。w p a e e e s 0 2 11 j 的高安全性、多模式无线分布式系统、d h c p n a t 等高 级功能模块的设计更进一步完善了无线接入点的软件性能，增强了市场竞争力。 文章的最后给出了a p 系统性能测试结果。并结合当前在研的无线局域网q o s 增强机制，总结了自主研发的i e e e s 0 2 1 1 b 无线接入点软件系统，这些设计与实 现可很方便的移植到i e e e 8 0 2 1 1 9 标准的接入点软件系统中。同时，文章还进一 步展望了目前项目的后续工作和无线局域网未来发展的关键技术。 关键词：无线局域网无线接入点实时操作系统网络管理服务质量 东南大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i ：1r e c e n ty e a r s ，w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fw i r e l e s st e c h n o l o g y , w l a nh a s b e e nam o r ep o p u l a rs o l u t i o nf o rw i r e l e s si n t e m e t 、i t l lh i g h - s p e e da c c e s s i ti sv e r y s i g n i f i c a n tt os t u d yt h ei e e es t d8 0 2 11w h i c hw i l lm a k eu sp o s s e s st h ew i r e l e s s n e t w o r ka c c e s sp o i n to u r s e l v e s ，a n dw ew i l lm a s t e rt h eb a s i c a lw a y sa n dg e n e r a l c o u r s eo f t h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a s i cs l r u c t u r eo fw l a na n dt h ec o n t e n to f i e e e 8 0 2 11 t h ed e s c r i p t i o ni se m p h a s i z e do nt h ef u n c t i o no fd c f r d i s t r i b u t e d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) a n dp c f ( p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) ，t h es e r v i c ef u n c t i o n s ， t h ei n t e r f a c eo fl o g i c a ls e r v i c ea n dm a cf r a m et y p e t h i sp a p e ra l s oa n a l y s e st h e m a c s u b l a y e rr e v i s i o no fi e e e 8 0 2 1lgp r o t o c 0 1 c o n s i d e r i n gs y s t e me f f e c t i v e n e s s a n dr e l i a n c e ，t w oe m b e d d e ds y s t e ms c h e m e sa n di m p r o v e m e n t ，b a s e do nm p c 8 6 0 a n dm p c 8 5 2 t a r ed i s c u s s e d t h ek e yt e c h n o l o g y , s u c ha ss o f t w a r em o d u l e s ，l o g i c a l i n t e l f a c e r t a ir e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ，w i r e l e s sd e v i c ea n dt h ed e v e l o p m e n to f d e v i c ed r i v e ra r ee x p l a i n e di nd e t a i l d u r i n gt h ep r o t o c o l s t a c kd e s i g n ，b e s i d e st h ei m p l e m e n t a t i o no fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n ，n e t w o r km a n a g e m e n to f w l a na r ed e v e l o p e db a s e do ns n m p 、e l i a n dh 丁r pp r o t o c o l s w h i c hc a ns y s t e m i c a l l ym a n a g ea pb yt h el o c a la n dr e m o t e m e t h o d s m o r eh i g h l e v e lc h a r a c t e r i s t i c sa r ea d d e di n c l u d i n gw p a i e e e 8 0 2 11iw i t h e n h a n c e ds e c u r i t y , m u t i m o d e l sw d s ( w i r e l e s sd i s t r i b u t e ds y s t e m ) ，d h c pm a dn a t e t c a l lo ft h ea b o v ef u n c t i o n sa r ed e s i g n e dt oi m p r o v et h es o f t w a r eb e h a v i o ra n d c o m p e t i t i v ec a p a c i t y f i n a l l y , t h ep e r f o f i n a n c et e s t i n go f a p i sg i v e n ，a n dt h e nt os u l nu pt h es o f t w a r e r & do ft h ei e e e 8 0 2 1lba pw h i c hi ss e l f - p r o p e r t yr i g h t - o w n e d a l lo ft h e s ec a nb e t r a n s p l a n t e de a s i l yt ot h ei n c o m i n gi e e e s 0 2 1 1ga p m e a n w h i l e ，i nt h ep a p e r , t h e f u r t h e rr e s e a r c ha n dk e yt e c h n o l o g yo f w l a nd e v e l o p m e n tt r e n da r ea l s oi n t r o d u c e d k e y w o r d s ：w l a n a c c e s sp o i n tr t o sn e t w o r km a n a g e m e n t q o s i l 东南大学学位论文独锇性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 型生：! - ) 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：诒! ! ! 协师签名 东南大学颂l 学位论史第一章绪论 第一章绪论 通信技术和网络技术的迅速发展加述了信息交流，同时，全球经济的发展进一步摊动了 信息全球化，刺激了通信技术的发展。在继固定电信网为代表的有线网络称为通信的主要载 体后，在微处理器技术和无线电技术迅速发展的今天，无线通信已成为通信网络不可缺少的 一部分。由于技术的不同无线通信呈现出多样化的特点：无线本地环路( w l l ) 、基于蜂窝 的无线网络、宽带甲星网络、基于局域网的无线网络等。同时以t c p i p 协议族为基础的 i n t e r n e t ，其传输内容从以数据为主发展到语音、数据、图像、视频等。其传输方式从有线 扩展到无线，无线局域网( w l a n ) 就是在无线领域的重要代表。 1 1 无线局域网技术现状及其发展趋势 无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，w l a n ) 是高速发展的现代无线通信技术 在计算机网络中的应川，它采用无线多址信道的有效方式支持计算机之间的通信，并为通信 的移动化、个人化利多媒体应用提供了实现的手段。随着个人数据通信的发展，功能强大的 便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛应用。为了实现任何人在任何时间、任何地点均 能进行数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线，由俐定向移动，由单一业务 向多媒体发展，顺戍这一需求的无线局域网技术冈此得了普遍的关注。无线局域网以其方便、 怏捷、廉价等诸多优势，在企事业内部和公共热点地区等领域的应川中很快取得了k = 足的发 展和巨人的成功，而与此同时用户对无线局域网各种性能，尤其是安全性能的要求变得格外 苛刻。目前，在无线标准和规范方面，由不同厂商支持的不同标准和规范争夺激烈，主要有 1 e e e 8 0 2 1 l 系列、h i p e r l a n 、h o m e r f 以及蓝牙技术等，它们各有特点，其鹿刚领域也不尽 相同。 一i e e e 8 0 2 1 l 系列 当前大多数的无线局域网产品都基于i e e e8 0 2 1 1 系列标准。i e e e 于1 9 9 7 年正式公布 了8 0 2 1 1 礼a n l 9 9 7 版技术标准该标准提供了三个物理层( p h y ) 规范，包括2 4 g h z i s m 频 段中的红外线、1 2 m b p s 跳频技术( f h s s ) 和l 2 m b p s 直接序列扩频技术( d s s s ) 。主要h j 丁 解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入业务主要限丁二数据存取，速率展 高只能达到2 m b p s 。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此， e e e 义相继 推出了8 0 2 1 l b 和8 0 2 1 l a 两个新标准。8 0 2 1 l b 也被w e c a ( t h ew i r e l e s se t h e r n e t c o m p a t i b i l i t ya 1 l l a n c e ) 称为w i f i ，使用开放的2 4 g h z 频率，一般采川直接序列扩频 ( l ) s s s ) 和补偿编码键控( c c k ) 调制技术，最火数据传输速率为1 1 m b p s 。从1 9 9 9 年推出 剑现在，8 0 2 1 1 b 在无线局域网市场取得了明显的士导地位。8 0 2 1 l a ”i ：作r5 g h z 频带，采 川止变频分复州( o f d m ) 的多载波技术和q f s k 调制，所支持的数据速率塌高可达5 4 m b p s ， 遵循“i e e e 8 0 2 1 l a ”产i 占被标记为“w 卜f i 5 ”，目前已有少量基丁8 0 2 1 l af 向产鼎面世。2 0 0 1 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 年1 1 月i e e e 又通过了8 0 2 1 l g “1 标准，也被称为w i - f i 。该标准也使用2 4 g 频段，井将 传输速度从现有8 0 2 1 l b 的每秒儿帖提高到每秒5 4 m b 。与8 0 2 1 l a 相当。调制方式遵循 i n t e r s i l 公司的c c k o f d m 与t i 公司的p b c c - 2 2 ( 分组二进制卷积码) ，而p b c c 一2 2 技术使 得2 2 m b p s 的速率与现有支持1 1 m b p s 的i e e e8 0 2 1 i b 产晶间相互兼容。i e e e s 0 21 1i ：作组正致 力于增强蚁体访问控制。推出了一系列8 0 2 i1 扩展标准： 夺 i e e e 8 0 2 1 l d 是i e e e 8 0 2 1l b 使用其它频率的版本，以适应一些不能使_ = j2 4 g h z 频 段的国家。 i e e e s 0 2 ，1 1 e 在i e e e s 0 2 1 l 系列协议中增加了q o s 能力。它h = | t d m a 方式取代类似 e t h e r n e t 的m a c 层，为重要的数据增加额外的纠错功能。 夺 i e e e 8 0 2 1 i f 目的是改善i e e e 8 0 2 1 1 协议的切换机制，使州户能够在不同的交换分区 间( 无线信道) 或者在接入没备间漫游。这就使无线局域网能够提供与 移动通信同样的移动性。 夺i e e e 8 0 2 1 l h比i e e e 8 0 2 1l a 能更好地控制发送功率和选择无线信道，与i e e e 8 0 2 1 1 e 一起可以适应欧洲的更严格的标准。 夺i e e e 8 0 2 i i i 改善i e e e 8 0 2 1 l 标准最明显的缺陷安全问题。 夺 i e e e 8 0 2 1 1 j 目的是使i e e e s 0 2 1 1 a 和h i p e r l a n 2 网络能够互通。 夺 i e e e 8 0 2 1 l k 主要针对1 】i l a n 与其它网间的漫游，以及8 0 2 1 i 产品与监牙等其它w l a n 产品的共存问题； 夺l e e e s 0 211 n 是一种。r 一代无线局域网技术，具有更高的吞吐率。这一全新w l a n 标 准的性能大约是当前8 0 2 1 1 解决方案的三倍，从而使得j _ i 户能够住指 定时间内无线传输更多数据。 人类需求推动技术的发展和应用，新的无线局域网协议将在今后不断出现。它们拥有高 的数据速率、q o s 保证和安全性，将是对有线宽带数据网络的挑战。i e e e 还在不断改善现有 的这些协议，推出或即将推出一些新的协议。 _ h i p e r l a n 系列5 1 6 1 h i p e r l a n ( h i g h p e r f o r m a n c e r a d i o ) 由欧洲电信标准化协会( e t s i ) 推山，作为“宽 带无线接入网”计划的组成部分，并在欧洲得到了广泛的廊_ i = | j 和支持。包括h i p e r l a n i 、 h i p e r l a n 2 两个标准，分别用于2 4 g h z 与5 g h z 不同的频段。h i p e r l a n i 对应丁 i e e e 8 0 2 1 1 b ，采用g m s k ( 高斯最小移频键控) 调制，速率最大可达2 3 5 m b p s 。但由丁出现 的时间晚与i e e e 8 0 2 11 b 相比无太大优势，因而并来得到广泛的麻j _ | j 。h i p e r l a n 2 标准 和i e e e 8 0 2 11 a 标准在物理层上儿乎是相同的，同样采用o f d m 技术，摄高速率也为 5 4 m b p s ，单个子载波调制方式可采州b p s k 、q p s k 、1 6 q a m 以及6 4 q a m 。 但与i e e e 8 0 2 1l 最人的不同在- r 其m a c 层采不同的技术，i e e e s 0 2 i 采削基丁醴 太网的无连接的c s m a ( c a r r i e rs e n s em ul t i p l ea c c e s s ，载波监听多址接入) 技术，而h i p e r l a n 采用面向连接的无线a t m 技术，两种产品不能进行互操作。相比t i e e e s 0 2 11 a ，h i p e r l a n 2 2 东南人学倾士学位论文第一章绪论 在q o s 支持、安全性、移动性、霄能管理等诸多方面具有优势。 _家庭网络的h o m e r f 17 1 h o m e r f 主要为家庭网络设计，是i e e e 8 0 2 i i 与d e c t ( 数字无绳电话标准) 的结合， 旨在降低语音数据成本。h o m e r f 也采用了扩频技术，工作在2 4 g h z 频带，能同步支持4 条高质母语音信道。但目前h o m e r f 的传输速率只有i m 2 m b p s 。 蓝牙技术8 1 蓝牙技术j 二作在2 4 g h zi s m 频段，提供低价、大容龋的语音年数据网络，它的相关标 准是i e e e 8 0 2 1 5 。其实质内容是要建立通用的无线空中接口及其控制软什的公开标准，使 通信平计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备住没有电线或电缆相互连接的情况 f ，能在近距离范围内具有互_ l j f j 、互操作的性能。 监牙技术中也采用了跳频技术，但利其它l 作在2 4 g f i z 频段上的系统相比监牙跳频 更快数据包更短，这使蓝牙技术比其它系统更稳定。监牙技术理想的联接范同是1 0 米( 或 者o d b m ) ，在加入额外的功率放人器后，可以将距离扩展到1 0 0 米( 或者2 0 d b m ) 。 8 0 2 1 l8 0 2 1 l b9 0 2 1 l a8 e 2 1 1 9 i - i i p e r l m q 0 i - b m e r f蠊q l i l 二4 g h z ：4 ( 疆k粥2 + 4 g h 25 g ! 鱼缸：，4 0 h z 1 ，孽5 4 - 7 2 1 旦西d 1 1 m b p s 5 4 m b 口o5 4 b 饿 t 一二h i 杠p s 7 2 3 ；西口o ： , m b p 1 ， 数多i i i + 臻l ? ，一 势| 装巍峨l * ：l ? i “i 廿，t 。 鞭揩黪i 淄博1 1 1 ：臻l 像 # ： 1 0 0 m5 0 1 5 0 m 1 0 、1 0 0 m1 0 0 m1 0 0 m 】0 0 m1 0 m 隧 圈卜1 无线局域劂技术比较 1 2 本课题的研究背景和主要研究内容 w l a n 技术的日益成熟和普及、移动j | 户对高速移动数据接入的需求为p w l a n ( p u b l i c w l a n ) 技术和赢用的发展提供了契机。作为广域移动网络的一种补充，部署在热点地区的 p w l a n 在现在雨i 将来都是一种不可缺少的高速无线接入手段。p w l a n 为州户访问i n t e r n e t 提供了种宽带接入方式，通过p w l a n 接入设备，用户能够高速使川w w w ，f t p ，e - m a i l 等符种i m e r n e t 业务：移动办公者可以通过p w l a n 接入方式安全高述访问企业内部网络 资源如企业内部网页，内部m 刚：系统，内部文件系统等；p w l a n 技术提供高数据带宽， 为用户使用公共多媒体应用( 如视频点播、视频电话、视频会议等) 提供了可能：对丁移动运 营商米说，p w l a n 麻该作为移动用户高速访问现有移动数据业务的一种有效手段，如移动 多；l ! l i 体服务、移动电子邮什、移动个人理财、娱乐天地、位置服务、在线游戏等。 随着企业移动办公模式的发展以及相应技术的发展，企业_ l j 户和博通的移动川户接入 p w l a n 网络的能力将不断普及和增强。 东南大学硕畔位论文 第一章绪论 在现有的w l a n 和g s m g p r s 网络的基础上，项目的整体目标是建立一个高效率，高 安全性的公共无线局域网络模型，以期融合w l a n 的有关安全特性和g s m i g p r s 的网络认 证安全特性，既有利于移动用户，又有利于运营商。所提出的公共无线局域网( p w l a n ) 安全体系结构如图1 2 所示。 公共无线局域网包括：p w l a n 网络接入部分和蜂窝网( 即g s m g p r s 处理中心) 两 个组成部分，它们之间通过i p 骨干网相互通信。其中p w l a n 网络接入部分包括移动终端、 无线接入点、接入控制器、认证服务器等四个部分。 瞄卜2 公共无线局域网( p w l a n ) 安全体系结构 无线接入点是公共无线局域网业务网络的小型无线基站设备，完成i e e e s 0 2 1 j 标准的 无线拨入功能。是连接有线网络与无线局域网络的桥梁。它为在子网间漫游的移动终端提供 无缝的、高速的、透明的接入服务。a p 系统软件主要包括i e e e 8 0 21 1 系列协议的m a c ( m e d i a a c c e s sc o n t r 0 1 ) 层软件、网络管理系统和其他的网络设备应用软件。日前。国外一些公司， 例如最大的局域网设备制造商包括3 c o mc o r p ，c i s c os y s t e m si n c 利i n t e lc o r p 等，已 经推山了基丁：i e e e 8 0 2 1 l b g 的无线网卡及无线接入点等产品：国内白士研发的同类产品还 比较少，尤其是这些无线接入点只提供用户基本无线接入功能在无线安全接入、服务质错 q o s 、网络管理等方面还很不完善。因此，本课题的研究具有很强的实际麻刚价值。 1 3 本论文组织结构 本论文的研究受国家高技术研究发展讣划( 8 6 3 计划) “2 0 0 2 a a l 4 3 0 1 0 ”、“2 0 0 3 a m 4 3 0 4 0 ” 项目课题基金资助，深入研究p w l a n 中无线接入点软件系统，实现了包括m a c 层协议栈、高 级加密认证流程、网络管理系统等功能要求。 论文共分六章内容安排如下： 第一章绪论，介纠了公共无线岗域网的概念和国f = | 外研究动态，同时分析了公共无 线局域网课题开发背景，引出本文的j 作。 第一二章分析了公共无线局域网接入点的功能与构成，详细剖析了i e e e 8 0 2 1 l b gm a c 层原理、服务等协议栈功能。 4 东南大学碳j ：学位论义 第一帝绪论 第三奄 第四章 第五章 第六章 详细阐述了项目开发过程中无线接入点系统实现方案，重点介纠了m a c 层软 件设计与实现的难点和关键技术。 介宝 了基于多协议的网络管理系统的殴计与实现，并详细分析了基丁| s n m p + + 软什包的s n m p 管理端的关键技术与流程，实现了较为完善的刚户界面。 在实现了高效的无线链路数据通信的基础上，进一步拓展高级功能模块，实 现了高级认证与数据加密系统、多模式无线分布式系统等多种高级属性。 对论文：【作的总结，指山本文研究项目的后续l 作和前景展望。 东南大学硕t 学位论文第二章i e e e s 0 21 1m a c 协 义关键投术 第二章i e e e 8 0 2 1 lm a c 协议关键技术 2 1i e e e 8 0 2 1 l 简介n 1 i e e e 8 0 2 1 1 主要目的是要制定一套适合在无线局域网络环境f 作业的通讯协议，最重 要的一j ：作，就是要制定出m a c 层和实体层。因此i e e e8 0 2 11 的参考模式主要分成两部份。 第一部份是制定出适用于所有无线网络系统的m a c 规格，设计出年i l 实体层无关的m a c 协 议。第二部分则是制定出和传输媒介相关的p h y 规格。i e e e 8 0 2 1 1 所支持的每一种传输讯 号| l ! | 宽都有不同的p h y 规格。例如，9 1 5 m h z 频宽、2 4 g h z 和5 2 g h z 频宽以及红外线频 宽笛，都有不同的p h y 规格。此外功率的管理和时限性的服务等也包括在i e e e 8 0 2 1 1 的 定义范同内。 8 0 2 儿标准提供m a c 和p h y 的功能，在局部范围内为【司定的、便携式和以步行或行车 速度移动提供无线联接。其具体包括以下的一些基本特征：提供异步和限时发送服务；通过 分布式系统，如以太网，在扩展域内连续服务；调：们置应从1 m b p s 到5 4 m b p s 的传输速率； 支持大部分终端设备；多点传送( 广播发送) 服务：网络管理服务，注册登陆和认证服锌。 无线局域网由无线网卡( n e t w o r ki n t e r f a c ec a r d ，n i c ) 、无线接入点( a c c e s sp o i n t ， a l ，) 、计算机干有关设备组成。在每台计算机终端( s t a ) 上配置了无线网 ，终端便可以通 过该无线网f 直接相互访问，这样一些终端的集合称作基本服务集( b s s ) 。a p 也是一种s t a ， 不过它具有更多的功能，它是一个b s s 通往其他网络的接口。如果庄每个b s s 中配置个 a p ，a p 再通过分布式系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，d s ，通常是有线网络) 连接起来，那么 这些b s s 就组成了一个更大的网络，称为扩展服务集( e s s ) 。在标准中还定义了一种殴备 p o r t a l 作为d s 与其他网络的接口。可见在同时具有有线和无线网络的情况f a p 通过标 准的e t h e r n e t 电缆与传统的有线网络相连，成为无线网络平有线网络的连接桥梁。 2 2i e e e 8 0 2 1 1m a c 协议关键技术n 们”1 2 2 1m a c 协议主要技术 虚拟载波监听技术 由丁天线? f 烈1 ：的。 ：作方式和信号空间传播的复杂性，无线网络相对丁有线网络更易发 生冲突，这个闯题在物理层难以解决。i e e e s 0 2 ，1 1 在m a c 层通过使刈虚拟载波监听技术解决 了这个问题。每个i ：作站维护一个网络分配矢量n a v ( n e t w o r k a l o c a l i o nv e c t o r ) ，j l j n m 来指示网络的忙闲状态，每个发送站在发送i 帧时估计网络忙的时间，h p n a v ，井把这一时间信 息装入帧头，其他站接收到此帧后如发现本t s n a v d , 于此时间则利用此时闻更新本地n a v 。再 个l ：作站通过这种虚拟载波监听技术利物理层的载波监听技术米判断网络的忙闲状况。 帧优先级的设置 c s m a c a 算法要求发送的帧之间有一定的间隔，当介质空闲一定时间屙才能尝试访问介 东南大学硕七学位论文第二章i e e e 8 0 2 1 1m a cm 议关键技术 质。i e e e s 0 2i i 中有四种帧间隔，其长度由小到大依次分别是s i t s ( s h o r ti n t e rf r a m e a p a c e ) ，p i f s ( p c fi n t e rf r a m es p a c e ) ，d i f s ( d c fi n t e rf r a m es p a c e ) ，e i f s ( e x t e n d e d i n t e rf r a m es p a c e ) 。s i t s 主要用r 确认或响应帧的获得介质访问权的时间间隔。p i t s 主 要月j 丁- 中心控制方式无竞争期的站点获得介质访问权的时间间隔。d i f s ：l j 予分布控制方式 竞争期的站点获得介质访问权的时间间隔，这种时间间隔使得：作y - p c f 方式f 的下作站获 得比1 ：作于d c f 方式f i ：作站享有更高的帧发送优先级。e f s 是工作_ 丁d c f 方式f 用丁f c s 值错误导致接收数据错误的情况下作为等待时间，为接收站发送确认( a c k ) 帧提供足够的时 间。通过不同的帧间隔，不同优先级的帧能获得相应的介质访问优先权。 随机退避机制 退避时间选取如下：r = c w x r a n d o m0 x s l o t t i m e 其中胁咖m0 是随机数，s l o tt i m e 是总传播时延，c f 是竞争窗口。 它是s l o tt i m e 的整数倍。( 矽在鳓h n 和绷a x 之间选择，当一帧进入发送缓存时( 酽初始化为俑i n ，以后 每次尝试重传后啪倍直至硎i a x 。在退避状态下，检测到信道空闲时退避计时器开始计时， 其间如检测到信道忙，则退避计时器停止计时，直至信道空闲时间人于d i f s 后计时器恢复计 时。在这种机制下当多个站延迟并进入随机退避状态币，退避值最小的站将在竞争中获得介 质访问权：在竞争中失败的站会保持退避状态直到f 一个d i f s 。这样住r 次竞争中这些站 可能会比新进入退避的站有更短的退避时间，避免有的站永远不能获得介质访问权的可能。 能管理 由于在移动环境卜- 对笔记本计算机节能的要求，i e e e s 0 2 t l 规定了节能的j ：作模式。j ： 作在1 ，能牧式的r 作站有两种l ：作状态：唾眠状态和唤醒状态。睡眠状态的l ：忤站夫| = i j 收发 器以节约能耗。在扩展服务集( e s s ) 无线局域网之中，f h a p 缓存发往廿能站的数据，节能站在 一定时间间隔内苏醒以便接收信标帧，并判断有没有被缓存的数据。在独立基本服务集( i b s s ) 网络中，没有a p 提供缓存服务，向：符能站发送数据的站需事先发送提酮接收的控制帧，肖能站 定时被唤醒以检查有没有需要接收的数据，如果有就发送质询帧，发送站接收到质询帧立即 发送该数据帧。 2 2 2 访闯控制方式 m a c 控制状态机制提供分布式协调功能( d c f ) 和点协调功能( p c f ) 。| 办调功能是决定 在b s s 内j 二作的一个站，通过无线媒体( w m ) 何时允许发送和可能接收协议单元的逻辑功能。 d c f 是i e e e 8 0 2 1 1m a c 协议的基本媒体访问方法，作用_ 】= _ 基本服务群和基本网络结构中， 可在所有站实现，它支持竞争型异步业务，而p c f 可支持无竞争型时限业务及无竞争型异 步业务。 2 2 2 1 分布式协调功能d c f d c f ( 跚s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) f ：作方式是由p h y 兼容的l 作站羽嗡问协点 之间白动共享无线电介质的主要访问协议。和i e e e s 0 2 3 以太网标准的m a c 类似，8 0 2 1l 网络使刚具有冲突监测的载波监听多路访问( c s m a c a ) 协议进行介质共享。 东南大学硕士学位论文第二章i e e e 9 0 21 1m a c 协波关键技术 按c s t a c a 规则进行通信的主机，其工作方式如下：首先侦听媒体是否空闲，判断当前 是否有其他生机还在发送数据，c s m a c a 分布算法要求媒体上相邻两侦之间必须有一个摄小 的时间间隔；若媒体空闲，它就可以发送，若侦听列媒体忙，则主机必须延迟，剑当前传输 结求之后，再任选一个随机退避时间，检测在这段时间间隔内媒体是否仍忙，若空闲则发 送数据，否则继续退避。当一个主机在一次发送成功之后还想发送f 一帧，也必须进行退避， 之所以进行退避，是冈为媒体在刚结束传输后，有可能多个主机均要发送数据，若不退避 则发生碰撞的可能性极大，碰撞概率的大小决定于退避算法的好埘：。 d c f 的：l 作过程包括两种机制一一基本接入方式平r t s c t s 机制接入方式，基本接入方 式相对简单些，只有d a t a 和a c k 帧的发送，如果媒体空闲时间大丁或等于d i f s 。就传输数 据，否则延时。在r t s c t s 机制中同时设置传送上限字节数。一垦待传送的数据火丁- 此上限 值时即启动r t s c t s 握手协议。其工作机制如下： ( 1 ) ：l ：作站在发送信息之前先发送“发送请求”控制包，即r t s 帧给目的站。 ( z ) 如果信道空闲目的站回发“发送响应”控制包即c t s 帧如果检测到信道忙，不 发送c t s ，这样可避免不同工作站同时向同一目的站发送信息。 ( 3 ) 如果源站收剑c t s 帧，证明信道空闲，它就可以继续发送有_ i _ i 数据d a t a 帧。 ( 4 ) 如果该d a t a 帧需要确认，目的站在成功接收后，经过撮短帧间隔时间后就亓】发确认帧 a c k ，如果在规定的时间间隔后，源站未能收到a c k ，那么它就可判断山信息发送火败。 可根据需要重发，这样可避免信息丢失。 其它【：作站采h j 接收剑的r t s 帧或c t s 帧设置网络分配矢量( n a v ) ，剧该信息来进行虚 拟载波检测，同p h y 层的物理载波检测一起确定信道的空闲与否，图2 - 1 示出了s r c ( 源站) 和d e s t ( 目的站) 之间通信的过程以及其它站点设置n a v 的情况。 卜= 一 ”li l 。o t s 广研 爿剁b 司 ，铷一w m 曲7 幽2 1r t s c t s d a t a a c k 旧次掘手协议过程 f ：作站在进行帧交换的同时，要完成差错恢复任务。差错恢复通常包括一段时间间隔之 斤，如果收不到米白目的- j ：作站的响应信息，则重发该帧。这个过程通常称为自动重发请求 ( a r o ) ，常州予由r 差错导致的a c k 帧不可识别的情况。 8 东南大学硕： 学位论文 第二章i e e e s 0 2 i1m a c 协议关键技术 2 2 2 2 点协调功能p c f p c f ( p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 工作方式是一种中心网控工作方式，它是由中心站 点提供轮询来解决无竞争的帧传输问题。在这种一i i 作模式之下，置于访问仃点a p 中的中心 控制器来控制：1 作站的f 喷传输的问题。所有的t 作站均服从中心控制器的控制，在每一个无 竞争 9 j 的开始时间设置它们的网络分配矢量的值。当然。对于无竞争的轮询( c f p o l l 帧) ， r 作站可以有选择的进行同应。 在无竞争期开始，p c 首先获得介质的控制权，并遵循p i f s 对介质进行访问：冈此中 心控制器就发送包含c f 参数设置元素的信标( b e a c o n ) 帧。工作站如果收到信标帧后利 用c f 参数中的c f p m a x d u r a t i o n 值更新它们的n a v 。这个值向所有的：r 作站通知无竞争期 的艮度，直到无竞争期结束之后才允许工作站获得介质的访问权。 发送b e a c o n 之币，p c 等待至少一个s i f s 的间隔，开始发送下面的某一种帧： ( j ) 数据帧：这种帧直接从访问节点的中心控制器发往某个特定的站点。如果中心控 制器没有接收到a c k 那么就会在c f p 内的p i f s 之后重发这个米确认i f j 贞。中心控制器可以 向所有的一l 二作站发送单个的、广播的和多点的帧。 ( 2 ) c f p o l l ：这种帧直接由p c 向某个工作站发送授权该r 作站可以向任何一个目 的端发送一个帧。如果被轮询的j 作站没有帧要发，那么它必颁发送一个空数据帧。而如果 发帧的s t a 没有收到任何虑答帧那么它只有等剑被中心控制器再次轮询才能再重发该帧。 如果这个接刮轮淘的工作站不是可轮询的( 即它不在a p 的轮训列表当中) ，它将采川分布 式控制的方式响应帧的接收。 ( 3 ) d a t a + c f p o l l ：如果p c 有帧要发给一个s t a ，而这个s t a 恰好是轮询州表之中 即将被轮询到的，那么为了降低系统开销，可以发送这样个类型的帧，以便使轮洵利数据 传输同时进行。 ( 4 ) c f e n d ：这是用于结束c f p 的帧。常朋于以下情况：没有任何帧要发送也没 有任何应答：没有任何轮询需要 一j ：作站具有被轮询与否的选择权。它可以在a s s o c i a t i o nr e q u e s t ( 连接请求) 帧中的 特殊信息宇段的c f p o l l a b l e ( 可轮询c f ) 项中表明是否希望被轮询。而p c 本身维护者一 个轮询队别。轮询队列之中的工作站在无竞争期可能会受到轮淘。当i 作站止准备连接到一 个a p 上时，它会通过c a p a b i l i t yi n f o r m a t i o n 字段的值表达希望进入轮询队列的愿望。事实 上，在默认状态之下，所有符合8 0 2 11 标准的s t a 都会按照d c f 的方式j l = 作，而p c f 只 是作为一个可选项。 i e e e 8 0 2 1 1 允许p c f i i d c f 共存。而实现两种不同协议共存的方法则是通过引入超级帧 ( s u p e rf r a m e ) 的概念。在i e e e 8 0 2 1 lm a c 中，时间域被划分为超帧格式。在超帧的无竞 争划，由中心控制节点进行轮询，某一个时刻仅允许一个站点发送，实现点协调功能( p c f ) 控制。在超帧的竞争期，使用改进的载波检测冲突避免( c s m a c a ) 方式，即分布接八方 式实现分布接入控制( d c f ) 。 9 东南人学倾士学位论文第r 二章i e e e s 0 2ilm a c 协淡关键技术 2 2 3m a c 服务与功能业务1 1 ”1 2 2 3 1m a c 服务综述 w l a nm a c 提供给l l c 的服务与8 0 2 通用m a c n 务基本致，主要有异步数据服务、安全服 务、m s d u 重新排序服务。 异步数据服务该服务为对等l l c 实体提供了交换w a c 服务数据单元( m s d u ) 的能力。为 了支持这种服务，本地m a c 利用下层的p h y 层服务将m s d u 运输到对等的i j 【a c 实体，在那里 它将被交付给对等的l l c 。这种异步m s d u 的运输以展大努力的无连接为基础来执行。不保 证这些被提交的m s d u 会被成功交付。“播和组播运输是m a c 提供的异步数据服务的一部分。 由丁- w m 的特性，与单播m s d u 相比广播和组橘m s d u 可能获得较低质鼍的服务。所有s t a 将支持异步数据服务。由于m a c 某些功能的操作可能使些m s d u 重新排序，因此异步数据 服务由两种服务类别。通过选择所需要的服务类别，每个启动m s d u 传送的l l c 实体能够控 制是否允许m a c 实体对那些m s d u 重新排序。 安全服务安全服务由链路验证、鉴别服务和数据保密机制提供提供的安全服务范围 仅限于站到站之间的数据交换。安全服务提供数据保密服务对m s d u 加密。就目的而言，数 据保密机制可视为m a c 子层内的逻辑服务保密服务的实际实现对丁l l c 和 i l 矗c 子层以土的 其他层是透明的。该服务提供机密性、链路验证、鉴别、与层管理相结合的访问控制等安全 服务。 m s d u 排序m a c 子层提供的服务允许( 并且可能在某些情况f 需要) 对