（通信与信息系统专业论文）无线局域网管理功能的研究和实现.pdf

东 南太 学 硕士 研究 生论文 摘要 进入2 l 世纪的今天，随着i n t e m e t 的发展、移动电脑、手持设备的逐渐普及，人们渴 望随时随地联网访问各种信息。这种市场需求及i e e e 8 0 2 1 1 系列标准的制定驱使网络朝着 无线方向发展。无线网不仅可期望具有与有线网一样快的接入速度，在很多应用领域具有独 特的优势。无线局域网( w l a n ：w i r e l e s sl o c a l a r e a n e t w o r k ) 具有可移动性，它提供了不 受线缆限制的应用，使用户可以随时随地上网。无线局域网容易安装、无须布线，大大节约 了建网时间。无线局域网组网灵活，即插即刚，网络管理人员可以迅速将移动终端加入无线 局域网中。 e e e s 0 2 1 1 系列 办议提出了一个无线局域网的完整解决方案，已被业界广1 泛接受，也 是目前应用最为广泛的无线局域网标准。i e e e 8 0 21 1 系列协议先后定义了五种物理层标准 将无线局域网的速率从最初的l m b p s 和i2 m b p s ，提高到11 m b p s 和5 4 m b p s ，但是i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网的媒体接入层还是采用最初定义的i e e e 8 0 2l l 协议中的媒体接入层标准。无线 局域网的发展不仅要体现在传输速率上，还应该体现在更合理的网络结构和更优秀的管理功 能上。多媒体业务的支持，也需要挂相应的管理功能来支持。 论文的绪论部分介纠了无线局域网的一些基本概念。论文的第二章设计了无线局域网接 入点的系统方案包括接入点硬件平台的殴计和接入点软件系统的瑷计。论文在第三章中分 析了 e e e s 0 2 1 1 无线局域网的网络结构，重点分析了分布式系统结构。论文的第四章研究 了无线局域网的管理功能，分析了各个管理功能实现的流群。论文的第五章介绍了管理信息 库，然后设计了管理信息的处理帚i 无线局域网设备的初始化方法，在此基础上编程实现了管 理信息处理模块。论文的第六章首先研究了管理帧的结构然后设计了各个管理功能的实现 方法并编利实现了各个管理功能模块。本论文中实现的管理功能( 扫描、认证、关联和重关 联) 并没有局限于i e e e 8 0 2 1 1 协议，而是根据无线局域网的发展在不违背协议的前提f 进 行了功能的扩展。 本项目已经初步搭建了无线局域网接入点的硬件平台和软件系统，验证了系统方案的正 确性。编程实现的无线局域网管理功能模块利管理信息模块都已经通过了调试。管理功能模 块与无线局域网驱动的其它部分进行了联台调试，并取得了成功。 【关键词】无线局域网、i e e e 8 0 21 1 协议、接入点、管理功能 第l 页 东南大学硕士研究生论文 a b s t r a c t i nt w e n t y f i r s tc e n t u r y , w i t ht h ed e v e l o p i n go fi n t e r n e ta n dt h ew i d eu s eo fn o t e b o o kp ca n d h a n d s e t ，p e o p l ea r ee a g e rt oc o n t a c ti n t e r n e ta ta n y t i m ea n da n y p l a c e t h ed e m a n do fm a r k e ta n d t h ee s t a b l i s h m e n to f 】e e e 8 0 2 。11s t a n d a r d s 】e a dt h e 】o c a la r e an e t w o r kt ob ew i r e l e s s w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) n o to n l yh a sh i g hc o m n m n i c a t i o ns p e e d ，b u ta l s oh a sm a n yo t h e r a d v a n t a g e s u s e r sc a n c o n t a c ti n t e r n e ta ta n y t i m et h e yw i s ha n du s e r sc a nm o v ef r o mo n ep l a c et o a n o t h e rw i t h i nw l a n w l a ni se a s yt ob u i l d e a s yt om a n a g ea n dw l a ni sc h e a p e rt h a nw i r e d o n e u s e r sc a ng e ti no ro u tw l a nq u i c k l ya n de a s i l y f o rs h o r tt i m eu s e w l a ni sab e r e r c h o i c et h a nw i r e do n e t h ei e e e 8 0 2 1 is e r i a ls t a n d a r d sh a v eg i v e nac o m p l e t es o l u t i o nf o rw l a na n da r ea c c e p t e d b ym a r k e t i e e e 8 0 2 w l a ni s n o ww i d e l yu s e da r o u n dt h ew o r l d t h ei e e e 8 0 2 11s e r i a l s t a n d a r d sd e f i n ef i v ed i f f e r e n tk i n d so fp h y s i c a ll a y e r t h ec o m m u n i c a t i o ns p e e dh a sb e e n i n c r e a s e dt o1 1 m b p sf r o m1 m b p s 2 m b p s ，a n dt h e ni n c r e a s e dt o5 4 m b p s b u tt h em e d i aa c c e s s l a y e ro fw l a nh a sl i a l ec h a n g e t h ed e v e l o p m e n to fw l a nn e e d sn o to n l ys p e e d ，b u ta l s oa m o r er e a s o n a b l es t r u c t u r ea n ds t r o n gm a n a g e m e n tf u n c t i o n s t os u p p o 九m u l t i m e d i au s e s ，w l a n a l s on e e d sm o r em a n a g e m e n tf u n c t i o n s f i r s t l y , t h et h e s i si n t r o d u c e ss o m eb a s i cc o n c e p t so fw l a n t h es e c o n dc h a p t e rd e s i g n sa s o i n t i o nf o rw l a na c e s sp o i n t ，i n c l u d i n gh a r d w a r ep l a t f o r ma n ds o f t w a r es y s t e m t h es t r u c t u r e o fi e e e s 0 2 1 1w l a ni sa n a l y s e di nt h et h i r dc h a p t e lt h ef o u r t hc h a p t e ra n a l y s e st h e m a n a g e m e n tf u n c t i o n so fw l a na n dt h e nt h ef l o w so f m a n a g e m e n tf r a m e sa f t e ri n t r o d u c t i o no f t h ec o n c e p to fm i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) ，t h ef i f t hc h a p t e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t sa m e t h o dt od e a lw i t ht h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nt h es i x t hc h a p t e rf i r s t l ys t u d i e st h es t r u c t u r eo f m a n a g e m e n tf r a m e s t h e na n a l y s e st h em e t h o d so fi m p l e m e n t a t i o no fm a n a g e m e n tf u n c t i o n s ， f i n a l l yi m p l e m e n t st h e s em a n a g e m e n tf u n c f i o n s k e yw o r d s w l a n ，i e e e 8 0 2 11 ，a c c e s sp o i n t ，m a n a g e m e n tf u n c t i o n 第| i 页 学位论文独创性声明 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 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：耳日期：刖 关于学位论文使用授权的说明 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。论文的公和( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：埤导师签名：j 戡日期：一 第一章绪论 第一章绪论 无线局域网( w l a n ：w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ) 是一种无线数据传输系统是利刚射 频( r f ：r a d i of r e q u e n c y ) 技术取代旧式的般绞铜线构建的局域网。 无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。无线局域隔的通信范围不受环境条 件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最火传输范围可达到儿十公里。无线局域网的组建、 配置和维护比起有线局域网更容易，特别是不需要铺殴线缆这种耗时的：【作，尤其是对丁老 旧的大楼，架设无线局域网成为最住解决方案i l 。 随若需求的增长和技术的发展无线局域网的应川越来越广，它的作川不再局限于有线 网络的补充和扩展，已经成为计算机网络的一个重要组成部分。w l a n 技术是目前国内外 无线通信和计算机网络领域的一大热点，并且止在成为一个新的经济增c ：= 点对w l a n 技 术的研究、开发和应用也正在国内兴起。 无线局域网与有线网络的主要区别在r 无线传输信道和可移动终端，采用无线传输介质 为特殊应用环境下的组网平| i 计算机移动通信提供了方便。但是，信道的开放特性和终端的可 移动性也使w l a n 组网技术面临若干问题，主要包括以f j l 个方面： ( 1 ) 干扰问题：信号传播的开放性使无线局域网系统容易受到来自周围环境的各种干 扰。这些干扰会造成传输中的误码或阻塞数据的发送，使系统中的误码率和延迟增加， 降低可靠性。 ( 2 ) 安全问题：开放的传输介质使无线网络不；= l - 备有线的物理封闭眭，在网络覆盖范嗣 内，只要使用兼容设备便可能接入网络接收网上信息，因此，无线网容易遭受非法剧 户侵入，网上信息容易被窃听。 ( 3 ) 站点隐藏问题：无线网络的动态拓扑结构无法保证网络的全连接性( f u l l c o n n e c t i v i t y ) ，网络内的某些站因彼此之间的距离超出信号的传播范嗣而接收不到对方的 信号。即某些站彼此“隐藏”，“隐藏”站点可能造成信号冲突，干扰数据接收。 ( 4 ) 电源管理问题：无线移动设备在许多应蹦环境f 只能靠电池供电，而电池的供电量 是有限的。 这些问题的存在影响着数据传输的有效性、可靠性利安全性，必须从网络结构、信号传 输和控制机制等多方面采取相应措施保证无线局域网的网络性能。 i e e e 8 0 21 1 协议提出了一个无线局域咧的完整解决方案，已被业界广泛接受，也是日 前麻刚最为广泛的无线局域网标准。i e e e 8 0 2 1 1 协议系列包括i e e e 8 0 2 1 l 协议、i e e e 8 0 2 1 1 b 协议、i e e e 8 0 2 1 1 a 协议、i e e e 8 0 2 1 1 9 协议和将要推山的i e e e 8 0 2 1 1 j 协议和i i e e e 8 0 2 1 1h 协议笛。i e e e 8 0 2 1 1 协议定义了跳频、红外线和直扩二种物理层结构可实现1 m b p s 利2 m b p s 的速率。i e e e 8 0 2 1 l b 标准采川c c k ( c o r n p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ) 调制方式在24 g 频段 实现1 1 m b p s 的速率。i e e e 8 0 21 1 a 采州o f d m ( o n h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术在5 g 频段实现5 4 m b p s 的速率。i e e e 8 0 2 1l g 标准采_ l _ jo f d m 技术在2 4 g 频段实现 5 4 m b p s 速率 5 - 6 t 。 无线局域网标准在物理层上的发展比较明显，将通信速率从最初的l m b p s 和2 m b p s ， 提高剑l l m b p s ，义提高到5 4 m b p s 。 i e e e 8 0 21 l 无线局域网有五种不同的物理层标准，但m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层是 统一的，都采用i e e e s 0 2l l 标准中定义的m a c 标准。i e e e s 0 2 1 1 标准的m a c 层定义了无 线共享介质的访问控制平支持无线网络的管理功能。无线局域网标准的媒体接入层的发展1 r 常缓慢，还是采刚1 9 9 7 年提山的i e e e 8 0 2 1 1 协议。多媒体业务的支持不仅需要很高的传输 速率，还需要更完善的管理功能，更加台理的网络结构，特别是无线局域网自身存在的问题 第l 页 东 南太 擎 硕士研 究 生论文 需要在管理功能上加以弥补 i - 4 1 。 i e e e 8 0 2 1 1 标准定义了两种介质访问控制方式：称为分布协调功能( d c f ：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 ) 的竞争访问控制方式和建立在d c f 之上的称为点协调功能( 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 ) 的无竞争访问控制方式，d c f 支持突发的异步业务，p c f 支持 限时或实时业务。d c f 是i e e e 8 0 21 l 的基本访问控制方式，是强制功能，p c f 是可选择功 能【7 日1 。 d c f 使用避免冲突的载波监听多点访问( c s m a c a ：c a r r i e rs e n s e m u l t i p l e a c c e s s w i t h c o l l i s i o na v o i d a n c e ) 协议。按照c s m a 规则，各站通过监听信道来竞争信道的占用权，由 于传播时延等因素的存在，仍可能产生冲突。有线网络在c s m a 引入冲突检测机制来减少 冲突持续时间，而无线信道很难通过检测技术发现冲突，因此，i e e e 8 0 2 1 l 采用冲突避免 机制。在c s m a 过程中信道刚刚由- + i _ l j 转为空闲时是冲突发生的高峰时刻，c s m a c a 利用“随机退避时间”控制此时各等待点的发送，以j l j 减少产生冲突的机会。p c f 方式是由 a p 中的点协调器( p c ；p o i n t c o o r d i n a t o r ) 以轮询方式控制各站的访问。在选择了p c f 的系统 中，d c f 竞争期( c p ：c o n t e n t i o np e r i o d ) l lp c f 无竞争期( c f p ：c o n t e n t i o nf r e ep e r i o d ) 交替 占用信道，进入c f p 之前p c 在d c f 方式r 竞争介质访问控制权。进入c f p 后p c 对可 轮淘站进行轮询各站在被轮询后可以进行发送。 无线局域网的管理功能包括扫描、认证、关联、重关联年功率关联。扫描功能的作州是 使移动终端找到无线局域网；认证功能给无线局域网提供了保密性。只有通过认证的移动终 端才能够加入无线局域网，而认证过群可以采川共享密钥认证，所以，无线局域网能够抵制 非法移动终端的加入。关联和重关联功能，一方面给无线局域网搂入提供了必要的管理，另 一方面也用来支持越区切换操作。处j i 体眼状态的时候，移动终端采用关联功能通知接入点， 从而接入点储存以移动终端作为目的地址的信息帧，达到节省移动终端电能的作用。 本论文土要完成的： 作是无线局域网接入点的系统方案的设计( 包括硬件平台和软件系 统) 平无线局域网管理功能的研究与编程实现。 第2 页 第二章无线局域网接入点的系统方案设计 第二章无线局域网接入点的系统方案设计 无线局域网的接入点( a p ：a c c e s sp o i n t ) 是个嵌入式系统，是由硬件平台和相应的软件 系统构成的。无线局域网接入点的硬件平台包括微处理器、有线局域网接口电路和无线局域 网物理层射频电路。无线局域网接入点的软件系统包括嵌入式操作系统、无线局域网接口驱 动、有线局域网接口驱动以及传输层协议的程序干应用层各种协议的程序。 2 1 接入点的硬件平台设计 无线局域网接入点作为一个酞入式系统，需要一个处理器( m c u ：m i c r o c o n t r o lu n i t ) 运行程序同时为了支持处理器的运行，需要一个f l a s h 和一个s d r a m 作为存储器。无 线局域网接入点需要支持一个无线端口和一个有线端口，所以，需要i e e e 8 0 2 i i b 的射频电 路和有线局域网芯片的支持。无线局域网接入点的功能框图如图2 1 所示。 圈2 1 无线局域网接入点的功能框幽 在设计过程中我们选用r f m d 公司的芯片作为射频前端，选用三星公司的s a m s u n 9 4 5 1 0 作为微处理器。无线扁域网接入点的硬竹平台中还需要中频滤波器、射频滤波器、射频本振、 般路开关等辅助芯片。本项目菠计的无线局域网接入点硬件平台架构如幽2 2 所示。在r 面 的小节中将对各个具体的部分羽i 芯片进行说明。 第3 页 l 东南大学硕士研究生论文 幽2 2 接入点硬r ：平台架构图 2 1 1 功率放大部分r f 5 1 8 9 射频功率放人器r f 5 l8 9 具有线性放人，高效率的特点。r f 5 1 8 9 的i 作频段是2 4 g h z ， 是专门为无线局域网设计的射频功率放人器一般作为最厉一级放大。r f 5 1 8 9 的输出功率 能够达到3 0 d b m ，典型信号增益为2 5 d b 。r f 5 1 8 9 的内部简化框图如图2 3 所示。 描 图2 3r f 5 】8 9 的功能框图 2 1 2 低噪和上下变频部分r f 2 9 5 8 r f 2 9 5 8 是用y - i e e e 8 0 21 1 无线局域网的收发器。r f 2 9 5 8 中包括低雌放人器、上r 变 频器、中频上f 变颁器、n ：交调制解惆器、i q 支路放人器、压控振荡器和频率合成器。r f 支持q p s k 调制方式。r f 2 9 5 8 中的中频为3 7 4 m h z ，带宽为ii m h z 。 r f 2 9 5 8 的功能框幽如幽2 4 所示。 第4 页 第二章无线局域网接八点的系统方案设计 f u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a m 图2 4r f 2 9 5 8 的功能框图 2 1 3c c k 调制部分r f 3 0 0 2 r f 3 0 0 2 芯片是完成扩频功能的基带处理器，它具有直扩和c c k 调制功能。r f 3 0 0 2 的 功能框图如图2 5 所示，适用于符合i e e e 8 0 21 1 b 协议的无线局域网设备。r f 3 0 0 2 发送部 分的输入端输入的是信息数据在芯片内部完成扩频并加上同步帧头，送给上变频器，在接 收部分完成与发送部分相反的操作。 r f 3 0 0 2 与基带处理器的数据接口通过七条线完成的。这七条线分别是t x p e 、t x r d y 、 d a l a c l k 、t x d a t a 、r x p e 、r x r d y 和t x d a t a ，其中，d a t a c l k 为接收和发送提供 数据时钟，t x p e 、t x r d y 、t x d a t a 三条线h j 丁；_ 发送，r x p e 、r x r d y 、t x d a t a _ i = i j 于 接收。 r f 3 0 0 2 的i ：作状态是通过s p i 接口配置的。s p i 接口使用四条线，分别是c s b 、c c l k 、 c d i n 和c d o u t 。 r f 3 0 0 2 芯片还产生r xv g c 和t xv g c 给r f 5 l8 9 和r f 2 9 5 8 ，从而接收端的功率放 人和发射端的发射功率。r f 3 0 0 2 的a n t s e l e c t 和a n ts e l e c t 信号可以川米控制双路开关， 从而控制信号的接收年发射。 第5 页 东南太擘硕士研究生论文 鬻h i 。h 翮 i r 一 l j 一 i 蛋医 _ 亩 b 1 - 一ip r e a m b l e l h e a d e r 孤卜i争 _ _ 圈 丽p i 竺l m o d e j c o n # o l 蛋 譬 誉 & 蛋； r 隧 r x 笛筒 l s e 懒 r f 3 0 0 2 图2 5r f 3 0 0 2 的功能框图 2 1 4 双路开关a s l 7 9 9 2 a s l 7 9 9 2 是个f e t 场效应管开关。a s l 7 9 9 2 的插入损耗比较小，一般只有o ，3 d b 直流电流消耗也比较小可以忽略。a s l 7 9 9 2 具有良好的隔离性，i p 3 为4 3 d b m 。 2 1 5 声表滤波器s a w t e k 8 5 5 6 5 3 声表滤波器具有良好的矩形系数带【j ! | 波动很小一般刚米作为中频滤波器。这里选州 的s a w t e k 8 5 5 6 5 3 的中心频率为3 7 4 m h z ，带宽为ii m h z 。声表滤波器的缺点是插入损耗 比较火，s a w t e k 8 5 5 6 5 3 的插入损耗典掣值为8 5 d b 。 2 1 6 介质滤波器 介质滤波器采t 【_ j 的矩形系数没有声表滤波器好，带内波动也比较人，但是介质滤波器的 插入损耗一般为2 - 3 个d b ，比卢表滤波器好，而且体积比卢表滤波器小。 这里选川的介质滤波器的中心频率为2 4 g h z ，带宽为5 0 0 m h z 。 2 1 7 微处理器s a m s u n 9 4 5 l o s a m s u r l 9 4 5 1 0 芯片是j j j 在基于以太网系统的高性能的1 6 3 2 位r s i c 微控制器。 s a m s u n 9 4 5 1 0 芯片集成了一个e t h e r n e t 控制器，可以h 米连接有线局城网接口。s a m s u r l 9 4 5 1 0 第6 页 第二章无线局域网接入点曲系统方案设计 在芯片内部集成了8 k 比特的c a c h e s r a m 、s d r a m 控制器、r o m 或f l a s h 控制器、两 个d m a 控制器、中断控制器、定时器、p l l 控制器和1 8 个可编程i o 口。由于s d r a m 控制器和f l a s h 控制器的存在，芯片外部可以直接接s d r a m 和f l a s h 。而不另外加入 控制芯片。 2 1 8f l a h 和s d r a m f l a h 作为系统的外部存储器，用米存放l i n u x 程序。s d r a m 作为系统的内部存储器。 当s a m s u n 9 4 5 1 0 开始运行的时候，系统首先将存放在f l a s h 中的l i n u x 程序导入到s d r a m 中，然后运行l i n u x 群序。 2 1 9 有线局域网接口r j 4 5 r j 4 5 接口是有线局域网的接口，由丁s a m s u n 9 4 5 1 0 集成了有线局域网控制器，所以 可以直接连接r j 4 5 端口，而不需要另外接控制芯片。 2 2 接入点软件系统设计 2 2 1 软件系统分析 接入点的软件系统应该包括物理层、数据链路层、网络层羊应用层部分，其软件系统结 构如图2 6 所示。从图中可以看到接入点的软件结构包括底层的无线局域网接口驱动、有线 局域网接口驱动和r s 2 3 2 接口驱动，网络层的t c p 和u d p 协议和应用层的一些协议：t f t p 、 h t t p 、t e l n e t 等。在有线接口驱动平| l 无线接口驱动之间存在一个桥路，可以在两个接口 之间转换数据。 丁f t p d h c p 官线接ii 止线 接l i 桥路 无线崩域网接 【驱动 育线局域网接 【i 驱动 幽2 6 软什系统结构示意幽 调试终端 l s 2 3 2 接驱动 接入点的软t i ：结构包括底层的有线局域网的驱动和无线局域网的驱动到网络层的 t c p u d p 协议和众多的上层应j = ! | j 协议，具有很高的复杂性。在我们的设计中，在接入点埂 第7 页 东南大学 硕士 研究生论 文 件平台上运行嵌入式操作系统，在嵌入式操作系统中加入各层程序模块。战入式操作系统具 有良好的软件结构，同时，可以加入现存的网络层协议、上层应用层协议利有线局域网协议， 节省开发时间。 2 2 2 软件开发平台u c l i n u x l i n u x 为嵌入操作系统提供了一个极有吸引力的选择它是 l l u n i x 相似、以核心为基础 的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。支持广泛的计算机硬件，包括x 8 6 、a l p h a 、 s p a r c 、m i p s 、p p c 、a r m 、n e c 、m o t o r o l a 等现有的大部分芯片。程式源码全部公开， 任何人可以修改并在通用公共许可i 正( g n u ：g e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 下发行，这样，开发人 员可以对操作系统进行定制，再也不必担心像m sw i n d o w s 操作系统中“后门”的威胁。同时， 由于有g p l 的控制，人家开发的乐两大都相互兼容，不会走向分裂之路。l i n u x 带有u n i x h j 户熟悉和完善的开发j ：具，几乎所有的u n i x 系统的应川软件都己移植到了l i n u x 上。l i n u x 还 提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管理器( xw i n d o w s ) 。其强大的语言编译器g c c 、 g + + 等也可以很容易得到。 选择l i n u x 的原因： ( 1 ) 可应用于多种硬件平台。l i n u x 已经被移植到多种硬件平台，这对受开销、时问限 制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发，然后，移植到具体的硬 件上，加快了软件与硬件的开发过程。 ( 2 ) l i n u x 可以随意地配置而不需要任何的许可豇或商家的合作关系。 ( 3 ) l i n u x 的源代码是可以免费得到的。毫无疑问，这会节省大繁的开发费用。 ( 4 ) l i n u x 的高度模块化使添加部件_ _ | | 常容易。 l a c l i u u x 是嵌入式l i n u x 操作系统的一种，是小型化了的l i n u x 。在g c l i n u x 这个英文单 词中u 表示m i c r o ，小的意思，c 表示c o n t r o l ，控制的意思，所以p _ c l i n u x 就是 m i c r o c o n t r o l l i n u x ，字面上的理解就是”针对微控制领域而设计的l i n u x 系统”。基于以上 这些原因，我们在嵌入式开发中选州p c l i n u x 作为开发的软件平台。 2 2 3 无线局域网驱动设计 无线局域网驱动完成的功能主要是i e e e 8 0 2 1 1 协议规定的物理层和媒体接入层协议。 无线局域网的软件结构如图2 7 所示可以看剑无线局域网驱动的软件可以分为m a c 数据 服务、m p d u 服务、m a c 管理服务、接入协议控制羽lm i b 信息管理j l 个部分。 第8 页 第二章无线局域网接八点的系统方案设计 发送物理层接收物理层 剧2 7 无线局域网驱动的软件结构示意图 本论文主要完成的软件r 作是无线局域网的m a c 管理服务和m i b 管理信息的分析和 编程实现。 2 3 本章小结 本章分析了无线局域网搂入点的硬什平台结构和软什系统。根据无线局域网接入点的功 能要求，我们设计了系统方案。无线局域网接入点的便件平台主要使州r f m d 的r f 2 9 5 8 、 r f 5 i8 9 构建射频前端使刚r f m d 的r f 3 0 0 2 完成c c k 调制功能，使用三星公司的 s a m s u n 9 4 5 1 0 作为微处理器。无线局域网接入点采川瞅入式操作系统u c l i n u x 作为软件平台， 在u c l i n u x 可以加入现存的网络层平府川层协议，需要我们编程实现的是无线局域网的驱动 程序。在本章的最斤彳分析了无线同域网驱动的软件结构，从这个结构中可以看到本论文完成 的管理功能模块在无线局域网驱动中的位置和与其它功能模块的关系。 第9 页 第三章i e e e 80 2 1 l 无线局域网的网络结构 第三章i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的网络结构 i e e e 8 0 2 1l 系列标准是目前最成功的无线局域网标准，i e e e 8 0 2 11 无线局域网设备已 经广泛的应用于市场，获得人们的认可。 i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的网络结构是无线局域网最基本也是最重要的概念，是了解无 线局域网管理功能的基础。i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网的网络结构包括基本服务集网络结构和 扩展服务集网络结构。在基本服务集网络结构中又包括对等网络结构和基础网络结构。无线 局域网还可以与有线局域网相连接，现在，无线局域网网络结构中又引入的分布式网络结构 是一种扩展的且与有线局域网连接的无线局域网结构p “。 3 1 无线局域网的基本服务集 基本服务集是无线局域网终端设备构建的最基本的服务网络。当两个无线局域网终端在 彼此覆盖范围之内的时候，同时，两个无线局域网具备数据通信的能力，两个终端就组成一 个基本服务集。 无线局域网主要有两种基本类型：对等网络结构和基础网络结构。多个基本网络结构可 以组合成为更加复杂的网络结构。扩展网络结构和分布式系统结构是多个基础结构联合而 成。 3 1 1 对等网络结构 如图3 1 所示，对等网络结构( i b s s ) 是一个a dh o c 网络结构，是最简单的无线局域网 构架。 一个对等网络由一缎有无线接口的移动终端组成。任何时间，只要两个或更多的无线接 口都在互相彼此覆盖的范同之内，它们就可以建立一个独立的网络。这样建立起来的典犁的 网络在管理和预先设置方面没有要求。 在对等网络结构中，无线局域网中的移动终端是否加入网络是动态的。在无线局域网基 本服务集覆盖范围之外，移动终端就不具备与基本服务集通信的能力。当移动终端移动到基 本服务集覆盖范嗣之内的时候，无线局域网移动终端能够自动与基本服务集建立连接。 移动终端 移动终端 圈31 对等网络结构示意图 第1 1 页 动终端 东南大学硕 士 研究生论文 3 1 2 基础网络结构 如图3 2 所示，基础结构网络( i n f r a s t r u c t u r eb s s ) 与对等网络结构最大的区别就是具 备一个无线接入点( a c c e s sp o i n t ) 。无线接入点用米提供所有的无线通信。包括两个移动终 端之间的通信。 在基础网络结构中，如果移动终端a 需要与移动终端b 进行数据通信，必须通过无线 接入点中转，也就是移动终端a 将数据发送剑接入点，然后，由接入点将数据发送到移动 终端b 。 由于所有的通信必须经过接入点中转所以，基础网络覆盖的范围也就是接入点物理覆 盖范围。 在基础结构网络中，移动终端在加入基本服务集的时候必须与接入点建立关联 ( a s s o c i a t i o n ) 。接入点可以同意建立关联也可以否定关联。没有建立关联的移动终端不具备 与接入点进行数据交换的能力。 在这种模式下，可以通过数张无线网r ( u s b 、p c i 或p c m c i a 接口) 及一台接入点 组成一个无线网络，通过接入点实现无线网络内部及无线网络与有线网络之间的互通 图3 , 2 基础网络结构示意图 3 2 无线局域网与有线局域网的连接 如图3 3 所示，无线局域网可以通过拨入点近接剑有线网络中。在这种情况下，无线接 入点必须具备无线连接接口和有线连接接e l ，员有网桥的功能。如果无线局域网中的移动终 端发送数据给接入点，接入点就将信息转换到有线接f i 上，并将信息发送剑有线局域网。接 入点从有线接1 3 中接收有线局域网发送给它的信息，并根据信息的地址将信息通过无线连接 接口发送给移动终端。 第1 2 页 第三章i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的网络结构 3 3 扩展服务集 图3 3 有线局域网与无线局域网连接示意图 端 基本的无线局域网组网方式的覆盖范罔都是比较小的，在对等网络结构中，覆盏范围是 多个无线终端的交叉区域：在基础结构网络中，覆盖范同是接入点的物理覆盖范围。在很多 情况下，这样的覆盖范围不能满足需求，这时，可以通过多个基本服务集组成扩展服务集。 如图3 4 所示扩展服务集( e s s ：e x t e n d e ds e v i c es e t ) 是通过通信土干网将各个接入 点连接起来，从而将各个基本服务集连接起来。在8 0 2 ii 协议中，没有规定连接接入点的 通信主干网的类型，也没有规定接入点之间通信的接口。在实际情况中，很多局域网都将有 线网络作为无线局域网的通信主干网。 在同一个扩展服务集的两个移动终端可以互相通信，即使它们属于不同的基本服务集。 移动终端还可以在不同的基本服务集之间转换，在扩展服务集中无线局域网给移动终端提供 的是同一个数据链路层，屏敲了基本服务集之问的切换。 在扩展服务集中，连接接入点的主干网必须县各路由功能。两个处丁不同基本服务集的 移动终端需要经过各自的接入点和主干网通信，主干网络必须能够确定不同移动终端处在的 位置。 第1 3 页 东南 大 学 硕士研 究生 论文 3 4 分布式系统 图3 4 扩展服务集示意图 在分布式系统中移动终端能够与各个接入点进行切换，从而提供移动性。为了能够实 现切换功能，需要通过某种方式将各个接入点连接起来。当某个帧发送给分布式系统的时候， 这个帧必须能够发送剑上e 确的接入点。如果信息帧不能直接发送到正确的接入点，需要剐的 接入点作为中继点。 分布式系统应该具备跟踪移动终端的功能，能够确定移动终端的物理位置，与哪个接入 点相通信，从而能够正确的发送和接收数据帧。当数据帧需要发送到某个移动终端的时候， 分布式系统需要确定为这个移动终端服务的接入点，然后将数据帧发送给这个接入点。 在酗3 4 所示的e s s 结构中，路由器( r o u t e r ) 仅仅使用移动终端的m a c 地址作为目 的地址。在幽3 4 所示的e s s 中的分布式系统必须能够将数据帧传送到止确的接入点，很明 显，部分传送任务是由主干网络( 这里由有线局域网构成) 完成的，但是，主干网络并不是 整个分布式系统，冈为有线局域网不具备挑选合适的接入点的功能。主干网络只是分布式系 统的物理姒体，而不是整个分布式系统。 目前，市场上火部分接入点都是以网桥的方式i 。作的。接入点至少具备一个8 0 2 】1 协 议的无线网络接口和一个有线局域网的接口。接入点的有线局域网接口连接在现有局域网 上，接入点的无线部分就可以作为有线网络的扩展。削3 5 显示了有线网络、接入点利分布 式系统的关系。接入点由有线接口、无线接口平桥路结 = ：f 组成。数据帧可以通过桥路结构发 送到无线网络，每个数据帧都可以发送刮所有的移动终端所有的移动终端都可以发送数据 帧到接入点，接入点的有线接口通过有线网络互联。 第1 4 页 第三章i e e e s 0 2 1 1 无线局域网的网络结构 分布 主干网络 剀3 5 分布式系统中接入点结构示意图 分布式系统的主干网络并不一定是有线局域网，可以为任何形式的物理媒体结构，例如 可以采_ | = j 无线媒体作为主干网络。 3 5 无线局域网的边界 无线局域网是以无线电波作为传输媒体的，无线电波的强度已经由国家无线管理委员会 规定，所以，无线局域网能够覆盖的范用也是有限的。 在对等网络结构中，某个移动终端的覆盖范同就是这个移动终端无线电波能够有效传输 数据的物理范围。在基础网络结构中，由丁所有的数据通信都需要经过接入点，无线局域网 的覆盖范围就是接入点有效传输数据的物理范同。 扩展网络结构中，各个接入点都具备秤白的有效覆斋范同接入点的覆薷范同相互替加， 从而组成更人的覆盖范围。移动终端在各个接入点2 间能够通过切换功能改变为它服务的接 入点，同时保持与无线局域网通信。所以，扩展网络结构中，无线局域网的覆盖范围就是备 个接入点有效覆盖范陶的叠加。如幽3 6 所示的扩展网络，它的覆盖范同就是b s s l ，b s s 2 b s s 3 ，b s s 4 的叠加，就蛙所有阴影部分。 第1 5 页 东南大学硕 士 研究生论 文 图3 6 扩展网络覆蔫范围示意幽 3 6 不同无线局域网在空间上的并存 不同的无线局域网在物理空间上可能相互叠加，同时，保持各个无线局域网的独立性。 在基础网络结构接入点覆盖范围之内能够同时建立对等网络。如图3 7 所示，一个接入点与 两个移动终端建立了基础网络结构，在同一个物理空间内还有三个移动终端建立了对等网络 结构。在8 0 21 1 m a c 协议的规范f ，两种无线局域网共享了同一个无线物理信道。由丁共 用了同一个无线资源，两个无线局域网相互影响，相互竞争。 移 3 7 本章小结 幽37 两种无线网络空间l 八存示意幽 移动终端 本章主要介蜊了i e e e 8 0 21 1 无线局域网的网络结构。本章首先分析了无线局域网的基 本服务集年“扩展服务集，然后分析了有线局域网年”无线局域网的互联，以及分布式系统网络 第1 6 页 第三章 e e e 8 0 2 】1 无线局域网的网络结构 结构。最后分析了无线局域网的边界和多种无线网络空间上的并存。 i e e e 8 0 2 i l 无线局域网的网络结构是了解无线局域网的基础。管理功能中的扫描功能， 认证功能利关联功能是为对等网络结构、基础网络结构和扩展服务集网络结构服务的。重关 联功能只在扩展服务集网络结构中存在。分布式网络结构是最复杂的无线局域网网络结构， 同时也是一个不断发展的概念。 第17 页 第四章i e e e 8 0 211 协议的管理功能分析 第四章i e e e 8 0 2 1 1 协议的管理功能分析 无线局域网虽然让局域网摆脱了线缆的束缚，但是同时也引入许多与有线局域网不同之 处。有线局域网的存在可以通过电缆来表示，加入有线局域网只需要将有线接口连接到计算 机上，而无线局域网的媒体是无线电波，必须通过一些方法使无线局域网设备感知无线局域 网的存在。无线媒体是不保密的，任何人只要在无线媒体的覆盖范围之内，都可以监听无线 媒体上的信号，这就要求加强无线局域网的安全性乖i 保密性