（通信与信息系统专业论文）ieee80211基础型网络中隐藏站点的检测.pdf

原创性声明 1 1 1 11 11 1 i ii i1 1i ii i ii if y 218 213 4 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：4 造 日期：旌瞧：呈：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：氇丝导师签名：主崖燃日 期：丝 兰：主：矽 山东大学硕士学位论文 目录 中文摘要1 a b s t r a c t 3 前言5日u晶5 第一章绪论7 1 1i e e e 8 0 2 1 1 简介。7 1 1 1i e e e 8 0 2 1 1 网络中的基本构件一8 1 1 2i e e e 8 0 2 1 l 网络的拓扑结构一8 1 2i e e e 8 0 2 1 1a 物理层简介1 1 1 3i e e e 8 0 2 1 1m a c 简介1 1 1 3 1 帧间隔1 2 1 3 2c s 删c a 1 4 1 3 3d c f 模式1 5 1 4 隐藏站点及其解决措施1 7 1 4 1 隐藏站点问题1 7 1 4 2 隐藏站点解决措施1 8 第二章已有检测算法及其局限性2 l 2 1 隐藏站点静态检测方法2 1 2 2 仿真分析2 6 2 3 该算法的局限性一2 7 第三章隐藏站点动态检测算法3 l 3 1 隐藏站点动态检测算法3 1 3 2 仿真验证一3 5 筇四章动态检测算法在特定环境下应用3 9 4 1 隐藏站点在扩展服务集内移动3 9 4 2 隐藏站点处于省电模式4 3 4 3 隐藏站点退出网络4 4 第五章总结与展望4 6 5 1 总结4 6 山东大学硕士学位论文 5 2 展望4 6 致谢。4 8 攻读硕士研究生期间发表的论文4 9 缩略词表5 0 参考文献。5l i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t c h i n e s ea b s t r a c t 1 a b s t r a c t 3 p e r f a c e 5 c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 7 1 1i n t r o d u c t i o no fi e e e 8 0 2 1 1 7 1 1 1i e e e 8 0 2 1 1n e t w o r k sb a s i cc o m p o n e n t s 8 1 1 2 正e e 8 0 2 1 1n e t w o r k st o p o l o g y 8 1 2i n t r o d u c t i o n o f i e e e 8 0 2 1 1 a p h y s i c a ll a y e r 。1 1 1 3i n t r o d u c t i o no f i e e e s 0 2 1 1m a c 1l 1 ：；1i n t e r f r a m es p a c e 1 2 1 3 2c s n l v c a 1 4 1 3 3d c f 15 1 4p r o b l e ma n ds o l u t i o no f h i d d e ns t a t i o n s 1 7 1 4 1p r o b l e mo fh i d d e ns t a t i o n s 17 1 4 2s o l u t i o no fh i d d e ns t a t i o n s 18 c h a p t e r 2e x i s t i n gd e t e c f i o na l g o f i t h ma n di t ss h o r t c o m i n g 2 1 2 1h i d d e ns t a t i o n ss t a t i cd e t e c t i o na l g o r i t h m 2 1 2 2s i m u l a t i o na n da n a l y s i s 2 6 2 3s h o r t c o m i n go fh i d d e ns t a t i o n sd e t e c t i o na l g o r i t h m 2 7 c h a p t e r3h i d d e ns t a t i o n sd y n a m i cd e t e c t i o na l g o r i t h m 31 3 1h i d d e ns t a t i o n sd y n a m i cd e t e c t i o nm e t h o d 3 1 ：；2s i m u l a t i o na n dv e r i f i c a t i o n 3 5 c h a p t e r4d y n a m i cd e t e c t i o nm e t h o da p p l i e du n d e rs p e c i f i cc i r c u m s t a n c e s 3 9 4 1h i d d e ns t a t i o n sm o v e m e n ti ne s s 3 9 4 2h i d d e ns t a t i o n si np o w e rs a v i n gm o d e 4 3 4 3h i d d e ns t a t i o n sq u i tn e t w o r k 4 4 c h a p t e r5s u m m a r ya n do u t l o o k 4 6 5 1s u m m a r y 。1 6 1 ；2o u t l o o k 4 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 4 8 山东大学硕士学位论文 p a p e rp u b l i s h e dd u r i n gt h eg r a d u a t es t u d y 4 9 a b b r e v i a t i o i l st ；l b l e s 5 0 r e f e r e n c e s 51 i v 山东大学硕士学位论文 中文摘要 近年来，无线通信技术和局域网技术发展迅速。无线局域网具有：组网方便， 移动性好，扩展性强等优点。随着i e e e s 0 2 1 1 标准的不断扩充与完善，无线局域 网变得越来越普及，其中以基础型网络的应用发展最为迅猛。目前越来越多的城 市提供无线接入服务，人们使用个人电脑和p d a 等无线产品通过接入点访问网络 资源。 然而无线局域网自身的一些特点也注定导致一些问题的产生，这些问题对网 络的性能影响比较大，其中之一为隐藏站点。隐藏站点使得系统的潜在冲突概率 陡然增大，越高的冲突概率，越低的系统性能。为了克服站点隐藏带来的不利影 响，i e e e 8 0 2 1 1 定义了r t s c t s 四次握手机制，通过在数据交换之前发送r t s 与c t s 控制报文来减小每次冲突持续时间。然而控制报文的传输也会占用带宽资 源，在不存在隐藏站点时候使用四次握手协议并不能提高信道利用率，反而使之 降低。因此，在不存在隐藏时候使用基本机制，而存在隐藏站点时候使用r t s c t s 机制，这将有助于提高无线网络系统的传输效率。在基础型网络中隐藏站点不可 避免，因此有效地检测隐藏站点对于提高无线局域网的性能具有重要意义和实用 价值。 为了解决无线局域网隐藏站点带来的问题，已有的检测算法利用站点在收到 确认帧之前信道空闲时间的长短来判断是否存在隐藏。通过n s 2 仿真分析其在多 种不同移动环境下的性能，发现该算法使用范围具有局限性。由于该算法在移动 环境下无法捕捉到隐藏站点的变化情况，因此仅适用于站点静止环境，而在站点 移动环境下不仅不能提高反而可能降低网络性能。为了能够在移动环境下捕捉到 隐藏站点变化情况，本文根据基础型网络的特点，在该算法的基础之上，提出一 种既能适用于静止环境，又能适用于移动环境的隐藏站点动态检测算法，并通过 仿真软件n s 2 验证其有效性。仿真结果表明：在站点静止和站点在服务区内移动 的多种环境下，所提出的动态检测算法都能获得较好的性能。在此基础上，对动 态检测算法在站点跨服务区移动，站点进入省电模式和站点退出网络的特定应用 环境中所面临的问题进行了分析，提出了解决方案。 山东大学硕士学位论文 2 关键词：无线局域网；i e e e 8 0 2 1 1 标准：媒介接入控制；隐藏站点；吞吐量。 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h el o c a la r e an e t w o r k s ( l a n ) a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yh a v eg o tr a p i dd e v e l o p m e n t w l a ni sb e i n gf a v o r e db ym a n yp e o p l ef o ri t s c o n v e n i e n c e ，g o o dm o b i l i t y a n db e t t e r e x p a n s i b i l i t y w i t ht h ee x p a n s i o na n d i m p r o v e m e n to fl e e e 8 0 2 11s t a n d a r d s ，w l a nh a sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r ， e s p e c i a l l yf o ri n f r a s t r u c t u r en e t w o r k a tp r e s e n t ，m o r ea n dm o r ec i t i e sp r o v i d ew i r e l e s s a c c e s ss e r v i c e p e o p l eu s ep c ，p d aa n do t h e rw i r e l e s sp r o d u c t st oa c c e s st r a d i t i o n a l w i r e dn e t w o r kr e s o u r c e st h r o u g ha c c e s sp o i n t h o w e v e lt h ew i r e l e s sl a n sc h a r a c t e r i s t i ci sb o u n dt ol e a dt os o m ep r o b l e m s t h e s ep r o b l e m sh a v eab a di m p a c to nt h ep e r f o r m a n c eo fw i r e l e s sn e t w o r k ，e s p e c i a l l y h i d d e ns t a t i o n s h i d d e ns t a t i o n sm a k et h e s y s t e mp o t e n t i a lc o l l i s i o np r o b a b i l i t y i n c r e a s i n g t h eh i g h e rt h ep r o b a b i l i t yo fc o l l i s i o n ，t h el o w e rt h es y s t e mp e r f o r m a n c ei s i no r d e rt oo v e r c o m et h ea d v e r s eo fh i d d e ns t a t i o n s ，i e e e s 0 2 11 d e f i n e sf o u r h a n d s h a k ep r o t o c o l s ，w h i c hi sr t s c t se x c h a n g e s e n dt h er t sa n dc t sc o n t r o l p a c k e t sb e f o r ed a t ae x c h a n g et or e d u c ec o n f l i c td u r a t i o n h o w e v e lt h et r a n s m i s s i o no f c o n t r o lp a c k e t sw i l lc o n s u m eb a n d w i d t hr e s o u r c e s w h e nt h e r ea l en oh i d d e ns t a t i o n s ， u s i n gf o u r - w a yh a n d s h a k ep r o t o c o ll o w e rc h a n n e lu t i l i z a t i o ni n s t e a do fi m p r o v i n g w h e nt h ee x i s t e n c eo fh i d d e ns t a t i o n s ，u s i n gt h er t s c t sp r o t o c o la n dw h e nn o h i d d e ns t a t i o n su s i n gb a s i cp r o t o c o l ，i tw i l lh e l pt oi m p r o v et h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y o ft h ew i r e l e s sn e t w o r ks y s t e m m o r e o v e r ，h i d d e ns t a t i o n sw i l lb ei n e v i t a b l e i n i n f r a s t r u c t u r en e t w o r k t h e r e f o r e ，e f f e c t i v e l y d e t e c t i n gh i d d e n s t a t i o n sh a sag r e a t s i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u ef o ri m p r o v i n gt h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yo fw i r e l e s s n e t w o r ks y s t e m i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m sc a u s e db yh i d d e ns t a t i o n si n w l a n ，c u r r e n t d e t e c t i o na l g o r i t h mu s i n gt h el e n g t ho fi d l et i m eo fc h a n n e la f t e rt h es t a t i o nr e c e i v i n ga a c k n o w l e d g ef r a m et oj u d g ew h e t h e rt h e r ea r eh i d d e ns t a t i o n s t h r o u g hn s 2s i m u l a t i o n a n a l y s i so fi t sp e r f o r m a n c ei nav a r i e t yo fm o b i l ee n v i r o n m e n t sa n df o u n dt h a tt h eu s i n g o ft h ea l g o r i t h mh a si t sl i m i t a t i o n st h a ti ta p p l i e st ot h es t a t i ce n v i r o n m e n t ，b u tc a n n o t p r o v i d eg o o dp e r f o r m a n c ei nam o b i l ee n v i r o n m e n t i no r d e rt ob ea b l et oc a p t u r et h e h i d d e ns t a t i o nc h a n g e si nam o b i l ee n v i r o n m e n t ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f 3 山东大学硕士学位论文 b a s i cn e t w o r k ，b a s e do nt h ea b o v ea l g o r i t h m ，p r e s e n th i d d e ns t a t i o nd y n a m i cd e t e c t i o n a l g o r i t h m ，w h i c hi sn o to n l ya p p l i c a b l et ot h es t a t i ce n v i r o n m e n t , a n dc a n b eu s e di n m o b i l ee n v i r o n m e n t i ti st h r o u g hn s 2s i m u l a t i o ns o f t w a r et ov e r i f yi t sv a l i d i t y t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a l lo b t a i nb e t t e rp e r f o r m a n c ei na v a r i e t yo fe n v i r o n m e n t s o n t h i sb a s i s ，a n a l y z es o m ep r o b l e m ss u c ha st h em o v e m e n to f h i d d e ns t a t i o n si ne x t e n d e ds e r v i c es e t , h i d d e ns t a t i o n sb e i n gi np o w e rs a v i n gm o d e a n dh i d d e ns t a t i o n se x i t i n gf r o mt h en e t w o r k , w h i c ha r ef 砬e db yd y n a m i cd e t e c t i o n a l g o r i t h m ，a n dp r o p o s es o l u t i o n s k e yw o r d s ：w i r e l e s sl a n s ，i e e e 8 0 2 11 h i d d e ns t a t i o n , t h r o u g h o u t 4 山东大学硕士学位论文 前言 近几十年来，无线通信技术【1 】和局域网技术【2 6 】不断向前发展，无线局域网 的技术逐渐变得成熟，种类繁多的无线应用终端投入使用。极大的改变人们的工 作和生活，提高了社会生产效率。随着1 9 9 7 年i e e e s 0 2 1 1 1 7 标准的制定完成以及 后来相继提出的8 0 2 1 1 a 8 ，8 0 2 1 l b 9 ，8 0 2 1 l g 1 0 ，1 1 ，8 0 2 1 1 i 1 1 ，8 0 2 1 1 e 1 2 】 和8 0 2 1 1 n 1 3 等协议标准，无线局域网技术已经改变过去互相不兼容的状态。 i e e e 8 0 2 11 标准规定的数据链路层是由逻辑链路控制子层和介质访问控制子层组 成。i e e e 8 0 2 1 l 使用的是和i e e e 8 0 2 3 协议完全相同的l l c 子层，并且与i e e e 8 0 2 协议所规定的4 8 位m a c 地址完全相同，这使得无线局域网与传统有线网络之间 的连接非常便捷。另外，无线局域网还具有可移动性好，便于扩展，安装维护方 便。这些特点大大推动了无线局域网在日常生活中应用。诸如运动场所，校园， 超市，机场，休闲娱乐等场所都提供无线接入服务。无线局域网还可以应用于仓 储物流，会议，医疗，制造业和服务业。 无线局域网的m a c 协议主要采用两种接入控制方式：分布式控制方式( d c f ) 和中心控制方式( p c f ) 。以及介于两者之间的混合协调功能( h c f ) 。d c f 是最 基本的媒介访问控制方式，因此本文主要研究d c f 接入控制方式。d c f 控制方式 又分为基本接入机制和请求发送允许发送( r t s c t s ) 机制。 然而，由于无线局域网不同于传统的有线局域网【1 4 】，采用共享的无线信道进 行数据传输，通信各方之间产生相互影响和干扰的问题不容忽视。无线局域网自 身的一些特点也注定导致一些问题的产生，诸如隐藏站点，暴露站点 6 】，远近效 应和捕获效应 1 5 1 9 等问题。 无线局域网与传统有线局域网相比，带宽比较窄，频谱资源十分珍贵。并且 无线局域网中存在隐藏站点对于网络性能的影响 2 0 2 8 不容忽视。然而当前对无 线局域网的研究主要集中在应用二维马尔科夫模型 2 9 ，3 0 和排队论模型 3 1 - 3 6 对 m a c 层性能进行分析研究，因此有效地解决隐藏站点带来的低传输性能问题，具 有重要的实际应用意义。因为i e e e 8 0 2 1 1 【5 】采用载波侦听冲突避免接入机制，所 山东大学硕士学位论文 以隐藏站点会使系统潜在的冲突概率大大增加。隐藏站点问题的一种解决措施是t 在发送数据帧之前使用r t s c t s 交换。然而，r t s c t s 交换会占用昂贵频谱资源， 因此，当不存在隐藏站点时，使用r t s c t s 交换并不能够提供更好的系统性能。 所以，为了降低隐藏站点对系统性能的影响，当网络中存在隐藏站点时启用 r t s c t s 交换。在已有的文献【3 7 】中出了利用a c k 帧和物理层包头长度字段来检 测隐藏终端一种简单方法。使用该方法，网络中任何一个站点都能检测出是否存 在隐藏终端。但是经过仔细分析该算法就发现其存在缺点：适用于站点静止不动 情形。无线局域网得到人们喜爱的主要原因在于其移动便利性，若在移动场景中 运用此算法，不但不能够提高系统性能，反而造成系统性能的降低。因为会存在 一些站点在初始时刻处于隐藏状态，在经过一段时间移动后处于非隐藏状态，在 此时若继续运用r t s c t s 交换只会使系统性能降低。因此为了提高网络的传输效 率，可以适时在基本接入机制与r t s c t s 机制之间切换：检测到存在隐藏终端时 开启r t s c t s 交换，隐藏站点消失时再切换回基本接入机制。总之：能够在基本 机制和r t s c t s 交换机制之间双向切换。 现在主要介绍下论文内容相关章节的安排： 第一章，介绍无线局域网相关的基本概念，组件，拓扑结构以及无线局域网 中存在的一些问题，i e e e 8 0 2 11 m a c 层协议，d c f 中基本接入机制和r t s c t s 机制。 第二章，介绍已有的隐藏站点检测算法，通过n s 2 对该算法进行仿真分析， 发现其存在不足：只适用于静止环境中。 第三章，在已有的隐藏站点检测算法基础上，根据基础型网络的特点，提出 一种可以应用于移动环境下隐藏站点检测的算法，并通过n s 2 进行仿真验证。 第四章，介绍提出的算法在某些特定的应用环境下的使用。 第五章，针对全文进行大致的总结，并对以后的研究工作方向进行了展望和 规划。 6 山东大学硕士学位论文 1 1i e e e 8 0 2 1 1 简介 第一章绪论 无线局域网以其具有独特的巨大优势，广阔的应用前景范围和人类的需求不 断地推动无线局域网协议的出现。在1 9 9 7 年6 月2 6 日，国际电气和电子工程师 联合会( i e e e ) 制定完成i e e e 8 0 2 1 1 标准协议规范，并于同年1 1 月2 6 日j 下式对 外公布，其逻辑结构图如图1 1 所示。i e e e 8 0 2 1 1 是第一代无线局域网标准之一， 也是发布的第一个无线局域网标准，其承袭i e e e 8 0 2 标准系列。由于无线信道与 有线信道的差异及其特有的特性，所以其物理层和上层的数据链路层协议需要重 新制定，而高层协议规范沿袭i e e e 8 0 2 标准规范协议系列。 该标准定义了物理层和数据链路层协议规范，允许无线局域网及无线设备制 造商在一定范围内建立相互操作的网络设备。其中物理层为设备之间的数据通信 提供传输媒介及各种物理设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的实现功能 主要有：载波检测，用来判断信道是否被站点占用；发送，将来自高层的数据转 换成无线电波从无线接口发射到媒介中；接收，把接收到的无线电波转换成数据 并传递给高层。其中物理层分别定义了三种传输技术 3 8 】：红外传输技术，跳频序 列扩频传输技术和直接序列扩频传输技术，其中红外传输技术不常用。 其中数据链路层又可被分成逻辑链路控制子层( l o g i c a ll i n kc o n t r o l ，l l c ) 和媒介访问控制子层( m e d i u ma c c e s sc o n t r o l ，m a c ) 。由于i e e e 8 0 2 1 1 使用的 是与i e e e 8 0 2 2 完全相同的l l c 层，并且采用i e e e 8 0 2 协议中的4 8 位m a c 地址， 所以使得无线网络与传统的有线网络之间的链接变得非常方便。 7 山东大学硕士学位论文 图1 1i e e e 8 0 2 1 1 逻辑结构图 1 1 1i e e e 8 0 2 1 1 网络中的基本构件 数据链路 层 物理层 工作站点( s t a t i o n ，s t ) ：配备无线网络接口的计算终端设备，并且能够利用 该无线网络接口进行数据的接收与发送。无论其是无线局域网中移动还是固定的 每一台终端设备，都可以被理解为工作站点。通常是指膝上型或者手持便携式计 算机或者为了省去布线困扰而具备无线网卡的台式计算机。 接入点( a c c e s sp o i n t ，a p ) ：通常是一个与网络进行连接的设备，i e e e 8 0 2 1 1 网络中所有待传送的帧，都需要经过转换后方能被发送到其它类别网络。接入点 用来接收数据并将其发送到无线网卡上或者作为与传统有线网络进行连接的桥接 设备。在实际应用中w l a n 往往和有线网络结合使用，此时无线接入点充当有线 网络与无线网络的转接器。从本质来说，接入点也是一种为了完成特定任务的特 殊类型工作站。 基本服务集( b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) ：由一组覆盖一定区域的相互通信的工 作站点所构成。一个站点可以在b s s 内自由移动，由于b s s 中的站点保持充分的 连接，所以只要位于相同的基本服务集中站点之间就可以互相通信。 1 1 2i e e e 8 0 2 1 1 网络的拓扑结构 在i e e e 8 0 2 1 1 标准中定义了如下四种网络拓扑结构 3 ，4 】：独立型基本服务集 ( i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t ，i b s s ) 网络，基础结构型基本服务集( i n f r a s t r u c t u r e b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) 网络，扩展服务集( e x t e n d e ds e r v i c es e t ，e s s ) 网络， e s s ( 无线) 网络。 8 山东大学硕士学位论文 i b b s 网络：i b s s 是一个没有配备中心接入点的独立b s s ，网络中的站点不用 通过中心接入点进行中继转发而可以直接进行通信，这种网络通常又被称作对等 网络( p e e rt op e e r ) 或者非结构组织网络( a dh o c ) ，其结构如图1 2 所示。i b b s 网络中信号是直接在两个通信站点问对点传输的，类似于传统有线网络中直接通 过网卡互联的多台计算机。这种网络拓扑结构的主要优点是：抗毁性好，组网方 便，且费用低。缺点是：网络中站点过多时，站点对信道激烈竞争使得网络性能 受到很大影响；要保证两两站点能够直接通信，通常造成站点布局受环境影响比 较大，通信距离有限。该类型网络一般用于军事用途。 图1 2i b b s 网络结构图 i n f r a s t r u c t u r eb s s 网络：网络中设有中心接入点，通常位于网络中心位置保证 覆盖所有站点，由接入点负责网络中所有站点间的通信，其结构如图1 3 所示。 i n f r a s t r u c t u r eb s s 网络属于集中式结构类型，与有线网络中的星型交换模式类似， 其中起着集中连接和数据交换的作用的接入点相当于有线网络中的交换机。位于 基础结构性网络中站点要和其它站点进行通信必须要经过两个步骤：首先，发送 站点将数据传输到中心接入点；其次，由中心接入点将数据发送到最终的目的站 点。i n f r a s t r u c t u r eb s s 网络的优点是网络的覆盖范围比较大，网络易于扩展，便于 集中管理，能提供用户身份验证等优势，数据传输性能也明显高于a d h o c 对等结 构；其缺点是抗毁性差，通信依赖于中心接入点，通常中心接入点产生故障会导 致整个网络的瘫痪。 9 山东大学硕士学位论文 图1 3i n f r a s t r u c t u r eb s s 网络结构图 e s s 网络：为了扩展无线网络的覆盖范围，由两个或者多个i n 舶咖l c t u r eb s s 通过分布式系统相连构成的网络，其结构如图1 4 所示。在该网络结构中， 1 1 1 丘邪t m c t u r eb s s 是构成无线局域网的最小单元，类似于蜂窝移动通信中小区。所 有位于同一个e s s 的接入点将会使用相同的服务组标识符，且隶属于同一个e s s 的工作站点可以互相通信，即使这些站点位于不同的基本服务集内。 川i 务器 1 0 图1 4e s s 网络结构图 e s s ( 无线) 网络和e s s 网络类似，同样是由两个或多个i n f r a s t r u c t u r eb s s 山东大学硕士学位论文 构成，其中a p 并未全部采用有线分布式系统相连接，而是部分使用无线连接。 1 2i e e e 8 0 2 11a 物理层简介 简短地介绍下在i e e e 8 0 2 1l a 中采用o f d m 技术，其物理层数据帧格式是如 何形成的。虽然这里论述的是i e e e 8 0 2 1 1 a 的物理层，但是文献 3 7 】提出的隐藏站 点检测算法可以被应用于i e e e 8 0 2 1 1 协议簇中任何一个。物理层 3 8 】被分成两个 子层：物理层汇聚过程( p h y s i c a ll a y e rc o n v e r g e n c ep r o c e d u r e ，p l c p ) 子层和物 理媒介相关( p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t ，p m d ) 子层。p l c p 主要功能是为来自 m a c 的帧加上自己的标头。p m d 功能是将p l c p 传来每个位发送到媒介中。当 m a c 层的帧数据被交付到下层物理层时，物理层生成物理层协议数据单元( p h y p r o t o c o ld a t au n i t ，p p d u ) ，如图1 5 所示。其中物理层服务数据单元( p h ys e r v i c e d a t au n i t ，p s d u ) 被来自m a c 层的数据填充。注意到：p p d u 物理层是帧格式， 将被发送到无线媒介。 p l c p h e a d e r r a t er e s e r v e dl e n g t hp 州够t a i ls e r v i c e p s d u t a i l p a d b i t s 4 b i t sl b i t1 2 b i t s l b i t 6 b i t s1 6 b i t s 6 b i t s 一、 、 、 、 、 、 p l c pp r e a m b l es i g n a ld a t a 1 2s y m b o l s1o f d ms y m b o lv a r i a b l en u m b e ro fo f d ms y m b o l s 图1 5i e e e 8 0 2 1 l a 物理层帧结构图 p l c pp r e a m b l e 为前导码，用来协助接收数据的同步操作。在p l c ph e a d e r 中 有两个重要的子域：速率和长度字段。r a t e 表明d a t a 域的发送速率；l e n g t h 包含来自m a c 层的协议数据单元的字节数( 或可以被转换成帧长度) 。 1 3i e e e 8 0 2 1 1m a c 简介 无线局域网中所有站点共享同一个无线信道，网络中某一个站点发出的数据 能被站点接收，由于共享无线信道引起访问冲突，因此必须要解决信道访问控制 山东大学硕士学位论文 问题，即解决多个用户竞争信道使用权的问题，而将传输媒介高效合理的分配给 各个站点叫做媒介访问控制( m e d i u m a c c e s sc o n t r o l ，m a c ) 【3 9 - 4 1 1 。 i e e e 8 0 2 1 1 定义了两种m a c 接入方式：分布式协调功能( 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 ，d c f ) ，点协调式功能( p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，p c f ) 。 分布式协调功能：是i e e e 8 0 2 i i m a c 的基本媒介访问方法，提供基于竞争服 务，在发送数据之前，工作站会检查信道是否处于空闲状态，若忙，则会随机的 选择一定的退避时间来避免冲突发生。 点协调式功能：提供无竞争服务，采用中心控制模式，基于优先级访问控制， 适用于安装点控制器的网络。其采用特定的轮询算法依次询问网络中每个站点是 否将有数据要发送，由于完全控制了各个站点的发送顺序，因此不会发生冲突， 处于此服务中的工作站点只需经过一定的时间就可以发送数据。 由于无线网络可能会遭遇到诸多无线电波传播上的问题，此外还有站点竞争 信道造成的冲突问题，因此无线传输信道被认为是不可靠的，无线网络必须验证 所接收的帧，防止数据在传送中丢失。i e e e 8 0 2 1 1 采用肯定性确认来解决这些问 题，以牺牲一些带宽确保数据帧的传送。只有发送站点在规定时间内收到来自接 收站点确认帧( a c k n o w l e d g e ，a c k ) 才认为此次数据发送成功完成；否则，重新 发送。 1 3 1 帧间隔 点协调功能 ( p c f ) 分布式协调功能( d c f ) c s m a c a 用于无竞争服务 用于竞争服务 是p c f 工作的基础 图1 6d c f 与p c f 关系图 其中所有的i e e e 8 0 2 1l 网络实现必须支持d c f ，而p c f 为可选的。p c f 建 立在d c f 的基础上，并且d c f 和p c f 可以同处于一个网络中，如图1 6 所示。 乍看之下，d c f 和p c f 同时运行在同一个网络中，这似乎是不可能的，为此， 1 2 山东大学硕士学位论文 i e e e 8 0 2 1 1 提供了一种简单方法实现，通过定义不同的帧间隔来实现。所谓帧间 隔是指：某一帧被传输后有一段空闲时间，不允许任何站点发送数据，必须等待 该间隔时间后，才可能允许发送下一帧，这段时间称为帧间隔。i e e e 8 0 2 1 1 规定 了四种帧间隔长度，如图1 7 所示。其中间隔越短优先级越高，按优先级由高到低 排列如下： 控制帧或下一分片可以在这时发送 s i f s p c f 恸i 叮以在这时发送 d c f 帧可以在这时发送 p i f s d i f s 坏帧的恢复在这时完成 、 e i f s 、 b u s y 竞争窗u l |