（通信与信息系统专业论文）嵌入式环境下无线局域网中流媒体传输性能研究及实现.pdf

y 6 8 9 1 9 0 摘要 无线局域0 4 1 流郊体和嵌入式系统， 代人的很多要求， 实现很多梦想 一 一 一 无线 均是当今热门的技术。 这置者的结合， 能够满足现 、 宽带、 无所不在， 实时地、 便携地进行数字通信。 这也延一个全新的， 有发展， 有挑战牡 蛀 的 研究课题. 本文以 这二 种技术的结合应用为背景，分别 ! 述了 它们各自 的原理和特点 鑫 寥 基础知识， 在理 论方面， 从差 错控 制的角 度 研究了 流媒体在 无线 简域网 中的 传输 特性， 研究了 多种 算法之后， 提出了 一 种 “ 适合 无 线n s 域网中 实 时视频传输的三 阶段 握合a r q算法” ， 针对 + 3 g 线 r a 中 实时视频传 输” ， 此 鹰 - m优化了 e e f 8 0 2 . i 7 m a c 协议中的a r q算 法， 仿 真 验证了 其可以 产生更 好的 传输 特性。 在项目 实践中， 我 根据具 体 情a t置了 满足需要的 嵌 入式操 作系统w in d o w s c e , 用嵌 入式软 件完成了“ w i n d o w s c e环境 下无 线网卜 的自 动安 装” ， 正 在川 软 件实 现嵌 入式系 统 中流媒体传 输的功能， 满足无线a域网巾 视频监尝 宝 ! 应 用豹 求。 关键字: 无线局域网， 流媒体，嵌入式系统，自 vi, 传请求， m合纠错， 前向纠惜。 浙江大学硕上 学位论文 abs t r act wlan t e c h n o l o g i e s ( wi r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) , s t r e a m i n g m e d ia a n d e m b e d d e d s y s t e m a r e a l l h o t l o t s o f d r e a m n o w . t h e c o m b in a t io n o f th e m c a n m e e t m a n y n e e d s o f m o d e m a n d r e a liz e s t h e ir s , t h a t i s w i r e le s s , b o a r d b a n d , a n y w h e r e , r e a l - t i m e p o r t a b l e d ig it a l c o m m u n i c a t i o n t h i s i s a n e w , d e v e l o p i n g , c h a l le n g e s u b j e c t t o b e r e s e a r c h e d t h i s p a p e r i s w r itt e n w it h t h e b a c k g r o u n d o f t h e c o m b in a t i o n , a n d e x p la i n s t h e ir t h e o r i e s , p ro p e r t i e s a n d o t h e r b a s i c k n o w l e d g e d o o n e h a n d , i d i d s o m e re s e a r c h o n t h e p r o p e r t y o f s t r e a m i n g me d i a t r a n s m i s s i o n i n wl a n a n d f o c u s e d o n t h e e r r o r c o n t r o l . a ft e r i r e s e a r c h e d m a n y o t h e r s h e m e s , i p u t u p a t h r e e - s t a g e s h y b r i d a r q s c h e m e f o r r e a l - t i m e v i d e o t r a n s p o r t o v e r w l a n . t h i s s c h e m e o p t i m i z e d t h e a r q s c h e m e in t h e ma c p r o t o c o l o f i e e e 8 0 2 . 1 1 f o r t h e 印p l i c a t i o n o f v i d e o m o n i t o r s y s t e m . a n d t h e n i d id s o m e s i m u l a t i o n s t o p r o v e t h e c o n c l u s i o n . o n t h e o t h e r h a n d , i p a r ti c i p a t e d i n s o m e p ro j e c t s . 1 o n c e c o n f i g u re d t h e e m b e d d e d o s w i n d o w s c e f o r s p e c ia l n e e d s . w h a t s m o re , i m a d e t h e e m b e d d e d s o f t w a r e t o i m p l e m e n t a u t o-i n s t a l l t h e w i r e l e s s n e t w o r k c a r d i n wi n d o w s c e . f u r t h e r m o r e , n o w w e a r e d o i n g t h e s o ft w a re , w h i c h i m p le m e n t s s t r e a m i n g m e d ia t r a n s m i s s i o n o v e r wl a n a n d m e e t s t h e d e m a n d o f v i d e o mo n i t o r s y s t e m i n wl a n . k e ywo r d s : wl a n , s t e a m i n g m e d i a , e m b e d d e d s y s t e m , a r q , h e c , f e c 1 1 浙江大学r w 上 学位论文 绪论 2 0世纪末，个人计算机 ( p c )因为i n t e r n e t 的兴起变成了 热门商品。随 着信息技术不 断推陈出新， 能够摆脱网络的束缚， 让信息能够实时地传递到使用者手中成了当务之急。 这 意味着我们已经开始步入了 所谓的“ 后p c时代” 。在“ 后 p c时代” ，通信领域最流行最关键 的三个方面就是无所不在、宽带和无线。 无线局域网( w l a n ) 顺时应势， 风生水起。 它结合无线通信和互联网的优点， 成为当 今 通 信 世 界 的 一 道 亮 丽 的 风 景 线。 它 使 用 射 频( r f : r a d i o f r e n q u e n c y ) , 微 波( m i c r o w a v e ) 或红外线 ( i n f r a r e d ) , 在一个有限地域范围内 互连设备， 成为一个通信系统3 1笔记本电 脑 的推广 最近批准的 i e e e 8 0 2 . 1 1 g和 i e e e 8 0 2 . 1 5 3标准以及有关规范 i e e e 8 0 2 . 1 i n , i e e e 8 0 2 . 1 6 和8 0 2 . 2 0 将使w l a n市场如虎添翼。因 此我们有理由相信，w l a n的明 天会 更好。 流 媒体 ( m e d ia s t r e a m in g ， 又称s t r e a m in g m e d ia ) 技 术作为多 媒体和网 络领域的 交 义学 科， 它的应用和研究得到了迅速发展。 随着cq 络目 前的 宽带化， 人们不再满足于信息高速公 路中 仅有文本、 图像和声音， 而希望得到声、 文、 图及视频流媒体信息。以 前， 多媒体文件 需要从服务器上下载后才能播放， ia 而在一定程度上限 制了人们在计算机和互联网 上使用多 媒体数据进行交流。 流媒体技术的上要特点就是边卜 载边观看， 以 流的形式进行数字式媒休 的处理和传输， 从而使人们能够联机欣赏到连续不断的多媒体节目 。 嵌入式系统一般指非p c系统， 有计算机功能但又不 称之为计算机的设备或器材。 其定 义为: 以 应用为中心， 软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、 可靠性、 成本、体积、功耗 等综合性严格要求的专用计算机系统。 它是集软、 硬件于一体的 可独立_ i _ 作的“ 器件” 。 特别 适合于要求实时的 和多任务的体系。 嵌 入式系统主要由 嵌入式处理器、 相关支撑iii 件、 嵌入 式操作系统及应用软件系统等组成。 无线局域网、 流媒体和嵌入式系统， 这三种先进技术结合， 能够满足我们的很多 要求 和 梦想一 一无线、 宽带、 无所不在， 实时地、 便携地进行数字通信。 这也是一个全新的， 有发 展，有挑战性的研究课题。 本文以 这三种技术的结合应用为背景， 分别阐述了 它们各自 的原理和特点。 从差错控制 的 角度研究了 流媒 体在 无线局 域网中的 传输特性， 在分 析了 文献3 1 3 1 4 1 5 1 6 的 方 法之 后， 提出了 一 种“ 适合无线 局域网 中实时 视频 传输的 二 阶 段7 1i; 合a r q算法” ， 仿真 验 i 1e 了 针 对“ 无线局域网中 实时视频传输 ， ， 此算法优化了i e e e 8 0 2 . 1 1 m a c 协议中的a r q算法， 可 以产生更好的传输特性。在项口实践中，定制了满足特定需要的嵌入式操作系统 w i n d o w s c e , 用软件实现了“ w i n d o w s c e环境下无线网卜 的自 动安装” ，正在用软件实 现 嵌入式系统中流媒体传输的功能， 可将其技术应用于视频监控。 全文共分六章，其主要内容如一卜 第一章，概述了 无线局域网的特点、标准和应用， 并重点介绍了i e e e 8 0 2 . 1 1 协议 的关键技术。 第二章，概述了流媒体的特点、 标准和应用等，并详细阐述了流媒体传输方面的 相关技术， 重点介绍了 实时传输和控制协议r t p i r t c p . 第二章，进行了理论方面的研究，选择切入点是差错控制技术。在介绍了相关原 浙江火学硕士学位论文 第四章， 第五章， 第六章， 理、分析各种算法之后， 提出了 “ 适合无线局域网中实时视频传输的 三阶 段棍合 a r q 算法” ，并进行了仿真验证。结果表明，相对于 i e e e 8 0 2 . 1 i m a c协议中的a r q算法，它具有一定优越性， 可以 得到更 小的时延和更大的吞吐量。 首先， 介绍了嵌入式系统的概念和w i n d o w s c e 的 特点， 然后， 说明了 开 发此嵌入式操作系统的一般步骤， 最后， 重点讲 述了 如何完成项目 任务， 并总结了亲身的经验和体会。 结合项目 要求，介绍了流媒体传输的嵌入式软件的开发过程。 最后， 对研究生期间做的工作进行总结，并对嵌 入式系统 卜 如何更好地 完成流媒体传输进行了展望。 浙江大学硕十学位论文 第一章 无线局域网概述 近2 0 年以来，计算机互联网获得了巨大成功并迅速发展。为了实现通信技术发展的最 终目 标 “ 5 w .即对任何人 ( w h o e v e r ) 在任何时 侯 ( w h e n e v e r ) ，与任何地方 ( w h e re v e r ) 的 任何 人 w h o m e v e r ) 进 行任何方式 ( w h a te v e r ) 的 通信， 需要计 算机网 络由 有线向 无线、 由固定向 移动、由单一业务向多媒体业务发展。 在计算机网 络技术与无线通信技术支持下 无线局域网( wl a n : w i re le s s l a n ) 应运而生， 无线局 域网被认为是走向 个人通信 ( p c s ) 的重要组成部分。 无线局域网是9 0 年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了 使用无线多 址信道的一种有效方法来支持计算机之间的 通信， 并为 通信的移动化、 个人化和多媒体应用 提供了潜在的手段。 与通过电缆、 光缆或双绞线连接的有线网 相比， 用无线电 波 ( 土要是微波段的电 磁波) 、 激光、 红 外线等来代替部分 或 全部电 缆， 成为网 络设备 之间 主 要的 通信传输介 质 这就 构成 了无线局域网。 无线局域网具有不受电缆束缚、 可移动， 解决有线网布线困难、电缆接插件 松动、 短路等带来的问 题， 组网灵活快速， 扩容方便， 与多种网 络标准兼容， 保护用户已 有 投资， 应用范围广等诸多优点。 本章概括地介绍了 无线局域网的概念、 应用和相关 标准等，并又重点讲述了8 0 2 . 1 1 协 议的相关规定。 1 . 1 无线局域简介 无线局域 ( wl a n : wi re l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k )可定义为:使用射频 ( r f t r a d i o f r e n q u e n c p ) . 微波 ( m ic r o w a v e ) 或红外 线 ( i n f r a re d ) , 在一个 有限 地域范围内 te连设 各的 通信系统13 1 。 无线局域网 解决 方案 提供了 在有限 覆盖区 域内的 无 线连 接， 覆盖范in 通常是 指 以 基站或a p ( a c c e s s p o in t )为中 心，、 卜 径在1 0 米至i 0 0 米的区域。一个无线局域网 可以 被当 作有线局域网的扩展来使用， 也可以 独立作为有线局域网的替代设 施。 与有线局域网 通 过铜轴电缆或光纤等导体的传输方式不同， 无线局域网传输方式与无线) 播或电 视非常相似 使用无线电 波或红外线利用开放的空中 环境发送信息。 因而， 与有线网 络相比， 无线局 域网 具有独 特的 组网 灵活性。 2 1 无线局域网的 应用非常 广泛， 可以 将其应用划分为室内 和室外。 在室内 应用环境 卜 ， 无 线网 络作为有线网络的补充 与有线网 络共存， 在需要移动和临时性的场合可以 发挥其特长 ， 如大型办公室、 车间、 智能仓库、 临时办公室、 会议室、 证券市场; 在难于布线的室外环境 中， 无线网 络可充分发挥其高速率、 组网 灵活的 优点， 并且价格也低于 有线网 络， 尤其在公 共通信网络不发 达的状态卜 ， 如城市建筑间 通信、 学校校园网 络. i 一 矿企业厂区自 动化控制 与管理网 络、 矿山、 水利、 油田、 港口、 江河湖泊、 野外勘测实验、 军事应用网、 公安流动 网等14 1 。 浙江大学硕士学位论文 1 . 2 无线局域网相关标准 1 . 2 . 1 无线局域网现存的主要标准 无线局域网协议标准目 前主要有i e e e 8 0 2 . 1 1 标准、蓝牙 ( b l u e t o o t h 7 标准、h o m e r f 标准 和h i p e r l a n 2 标 准1 1 1 * ie e e 8 0 2 ”系列标准: i e e e 8 0 2 . 1 1 无线 局域网 标 准的 制定是 无线网 络技 术发展的 一个 里程碑。 i e e e 8 0 2 . 1 1 标准除了使得各种不同 厂商的无线产品得以 互连之外， 还促进了核心设备执行单芯片解决 方案的实施， 降低了 无线局域m的成本。 该标准 的颁布， 使得无线局域网 在各种有移动要求的环境中被广泛接收， 它也是目 前最常 用的无线局域网传输协议二 今 蓝牙 ( b i u e t o o t h ) 标准: 蓝牙 ( i e e e 8 0 2 . 1 5 ) 标准是一项新标准， 对于i e e e 8 0 2 . 1 1 来说， 蓝牙的出 现是与之相互 补充。 “ 蓝牙” 是一种大容量近距离无线数字通信的技 术 标准， 其目 标是实 现最高 数据 传输 工 m b p s , 最 大传输距离为0 . t 一1 o m , 通过增 加发射功率可达到 1 0 0 m ,监牙比i e e e 8 0 2 . 1 1 更具移动性。蓝牙成本低、 体积小， 可用于更多的设备。 “ 蓝牙” 最大的优势还在于:在更 新网络骨干时，如果搭配“ 蓝 牙” 架构进行， 使用毅体网络的成本肯定比 布设有线网络低。 令 家庭网 络的h o m e r f : h o m e r f 主要是为 家庭网 络设计， 是i e e e 8 0 2 . 1 1 与d e c t ( 数字无绳电话标准) 的结合， 目 的 在于降低语音数据成本。 h o m e r f 采用了 扩频 技术， _ 一 作在2 . 4 g h z 频带， 能同 步支持4 条高质量语音信道。 但日 前h o m e r f 的 最高 传输 速率只 有l o m b p s . 今 h ip e r l a n 2 标 准: 欧洲电 信制定 机构 一一 e t s i 批准了h ip e r l a n 2 标 准的 核心 技术 规范。 这意味着， 最终 用户将能以5 4 m b p s 的高 速通过 无线方式 接入互 联网( 原始 物理 层吞吐率高 达5 4 m b p s ， 实际 应用吞 吐率 最低也能 保持 在2 0 m b p s 左右， ) 并使 月 j 今后推出的 媒体和即时 视频 服务。 h ip e r l a n 2是一 种新的高 性能 无线电 技 术， 工作频率为5 g h z 。它是一种多用途的技术， 将可以在企业办公、公共和家庭环境 中为 卜 一代移动通信提供高速的本地连接。 该系统能够迅速且简单地安装， 并可以 与1 p 、以 太网、 p p p , a t m和i e e e 1 3 9 4 等多种核心网 络技术互连互通. 1 .2 .2 1 e e e 8 0 2 . 1 1 系列标准简介 国 际电 子电 气一 e n师 协 会 ( i e e e : i n s t it u t e o f e le c t r ic a l a n d e le c t r o n ic s e n g in e e r s ) 8 0 2 -t 作组负 责 局域网 标 准的 开发， 如以 太网 和令牌 环等。 1 9 9 0 年1 1 月i e e e 召开了8 0 2 . 1 1 委 员 会， 开始 制订无线 局域网 标准。1 9 9 7 年6 月2 6 日 ， i e e e 8 0 2 : 1 1 标准 制定 完 成，1 9 9 7 年 i i 月2 6 日 止 式发 布。 i e e e 8 0 2 . 1 1 无线局域网 标准的 制定是无线网络技术发展的一个里程牌，承袭i e e e 系 列， i e e e 8 0 2 . 1 1 规拟了无 线局域网的媒体访问 控制 ( m a c : m e d i a a c c e s s c o n t r o l )层及物 理 ( p h y . p h y s ic a l ) 层。 特别的是由 于 实际 无 线传输的 方式不同， i e e e 8 0 2 . 1 1 在统 一的 浙江大学硕上学位论文 m a c层 卜 规范了三种不同的物理层通讯方式，以 适应当前的情况及未来的技术发展。i e e e 8 0 2 . 1 1 标准除了 介绍无线局域网的 优点及各种不同 性能外， 还使得各种不同 厂商的 无线产品 得以 互联。另外标准使核心设备执行单芯片解决方案，降低了 采用无线技术的成本。i e e e 8 0 2 . 1 1 标 准的 颁 布， 使得 无线局 域网 兼 容设备 在各 种有移动要 求环境中 被 广泛接收a i . 1 9 9 8 年各供应商推出了大量基于i e e e 8 0 2 . 1 1 标准的无线网卡和访问节点。 i e e e 8 0 2 . 1 1 标准的制定对于wl a n的发展具有非常重要的作用， 土要有以卜 儿个方面: . 通过遵循i e e e 8 0 2 . 1 1 标准，各生产厂家的设备之间具各了互操作性。 今 i e e e 8 0 2 . 1 1 标准受到无线网络专家严格的 认证和检测，开发者可以大胆采用该标 准来开发无线网络。 因为制定标准的专家组已经倾注了大量的时间和精力消除了在 执行应用技术上的障 碍， 利用该标准可以 使厂家少走学习专门 技术的 弯路， 这大大 减少了开发新产品的时间。 . 标准的设备有助于保护投资， 可以 避免专有产品 将来被新产.u . 代替后造成系统的 损 失。 从而使w l a n的变革类似于i e e e 8 0 2 .3 以太网， 当性能更高的无线网 络技术 出现时， 如i e e e 8 0 2 . 1 1 b 等， w l a n将能够从原来i e e e 8 0 2 . 1 1 标准实现平稳过渡。 令降低价格 1 9 9 9 年i e e e 8 0 2 . 1 1 s作组又批准了i e e e 8 0 2 . 1 1 的两个分支:i e e e 8 0 2 . 1 1 a 和i e e e 8 0 2 . 1 1 b 。 历经十儿年的 发展， i e e e 8 0 2 . 1 1 家族己 经从最初的i e e e 8 0 2 . 1 1 发展到了目 前i e e e 8 0 2 . 1 1 a . i e e e 8 0 2 . 1 1 b ,、 i e e e 8 0 2 . 1 1 i 等， 具体内 容如卜 1 , i e e e 8 0 2 . 1 1 b :采用 2 .4 g h z的 i s m 频带，调制方法采用补偿编码键控 ( c c k c o m p le m e n t a ry c o d e k e y in g ) , c c k 来源于 直接 序列 扩频( d s s s ) 技 术， 多 速率机 制的 媒 体接入控制 ( m a c ) 确保当工作站之间 距离过长 或干扰太大， 信噪比 低于某个门限时， 传 输速 率能 够从 1 1 m b p s白 动降 到5 .5 m b p s , 或 者 根 据 直 接 序 列扩 频 技 术调 整到2 m b p s 和 1 mb p s o i e e e 8 0 2 . 1 1 a :扩充了 无线局域网 物理层， 规定该层使用5 g h z 频带。该标准采用正交 频分复 用 ( o f d m : o rt h o g o n a l f re q u e n c y d iv is io n m u lt ip le x in g ) 调 制数据， 传 输速率 范围 为6 -5 4 m b p s a i e e e 8 0 2 . 1 1 c :负责在原有标准的基础上开发内 部子层服务，以 支持i e e e 8 0 2 . 1 1 标准 的网 桥操作。日 前已 经完成， 且已 经合并到i e e e 8 0 2 . 1 1 d 标准中。 i e e e 8 0 2 . 1 1 d : 是i e e e 8 0 2 . ”使用其他频率的版本， 以适应一些不能2 . 4 g h z 频段的国 家。 i e e e 8 0 2 . 1 1 e :引 入q o s ( q u a l it y o f s e r v ic e ) 功能， 主要是 为了 改 进 u 管 理w l a n的 服务质量，保证能在i e e e 8 0 2 . 1 1 无线网络上进行话 音、 音频、视频的传输，可视会议、媒 体流的传送，增加的安全应用及移动访问应用等。 i e e e 8 0 2 . 1 1 f : 即 接入点 内 部协议( i a p p : i n t e r - a c c e s s p o in t p r o t o c o l ) ， 该 标准目 的 是改 善i e e e 8 0 2 . 1 1 协议的切换机制，使用户能够在不同的交换分区间 ( 无线信道)或者在接入 浙江大学硕十学位论文 设各间漫游。 i e e e 8 0 2 . 1 1 g : 2 0 0 3 年6 月1 2 日 正式定案的第三个 传输标准，同 样运行2 . 4 g h z ， 共有 3 个不重叠的传输信道。由于该标准中使用了与i e e e 8 0 2 . 1 l a 标准相同的调制方式o f d m. 使网 络达到了5 4 m b p s 的 高传 输速率。 i e e e 8 0 2 . 1 1 g 提高了 数 据率， 同 时 保 持了 与ie e e 8 0 2 , 1 1 了的兼容性。 i e e e 8 0 2 . 1 1 h :改进5 g h z 波段的i e e e 8 0 2 . 1 1 m a c规范及i e e e 8 0 2 . 1 1 a 物理层补充部 分，i e e e 8 0 2 . 1 1 h比i e e e 8 0 2 . 1 1 a 更好地控制发送功率* 11 选择无线信道，一与i e e e 8 0 2 . 1 1 e 一起可以适应欧洲的标准。 i e e e 8 0 2 . 1 1 i :增加wl a n的安全和认证机制，主要是克服i e e e 8 0 2 . 1 1 标准在安全性 方面存在的不足。 i e e e 8 0 2 . 1 1 j :日 的是使i e e e 8 0 2 . 1 1 a * il h i p e r l a n 2 网 络能 够4通。 i e e e 8 0 2 . 1 i n : 一 一个无线新规范， 这一新规范的数 据传 输速率尚 未确定， 但至少将在 1 o o m b p s 以卜 飞 。 1 . 3 i e e e 8 0 2 . 1 1 协议简介 1 .3 . 1 i e e e 8 0 2 . 1 1 的拓扑结构 i e e e 8 0 2 . 1 1 运作模式基本分为两种:点对点模式 ( a d h o e )和基本模式，点对点模式 是指无线网卜 和无线网卜 之间的通信方式。 基本模式是指无线网 络规模扩充或无线和有线网 络并存时的通信方式。其支持两种拓扑结构分别为: . 独立基本服务集 ( i b s s )网络 . 扩展服务集 ( e s s )网络 定义的最基本的 组成单元是基本业务 集b s s ( b a s i c s e r v i c e s e t ) ，内 部有一组互相通信 的 土机。一个站点可以 在b s s 内自由 移动，但如果它离开了b s s 区域就不能够直接与其他 站点建立连接了。 i b s s 是一个独立的b s s ，它没中枢链路基础结构， 至少包括两个无线站点，常被称为 a d h o c网络。a d h o c能基本满足一个较小区域的用户需求。如图1 - 1 : _ _ 一 - - - - - - 一- - - - - - 一、 _ 厂 交 多 ra站 基本服务苏 ( b s s ) 、 . .介 ) 了j/ r 轰 舌 、 一 一_ _ _ _ _ 一曰一 一 图1 - 1 i b s s网络拓扑结构 一个b s s所覆盖的区域受环境和主机收发特性的限 制，为了获得更大的 覆盖范围， 需 浙江大学硕士学位论文 要 把多 个b s s 通过 分布式系 统d s ( d is t ri b u t io n s y s t e m ) 连接起 来， 形成一个扩展 业务 集 e s s ( e x t e n d e d s e r v i c e s e t ) ,每个b s s 都被分配一个标识。通常在b s s 中有一台土机能提 供这样的服务: 本b s s内 所有的主机可以 通过它访问d s ， 与其他b s s中的土机通信，获 取和维护管理信息， 我们称之为a p ( a c c e s s p o i n t ) 。 另外， i e e e 8 0 2 . 1 1 还定义了 端日 ( p r o t a l ) , 通过端口 来实现有线网 络和无线网 络的互连。 无线局域网的拓扑结构如图1 - 2 所示。 1 4 1 日5 s1 图1 - 2 无线局域网的拓扑结构示意图 8 0 2 . 们标准认可以 下的 移动类型: 令不迁移型 ( n o - t r a n s i t i o n ) :那些非移动的站点和在局部b s s内移动的站点。 今 b s s 迁移型 ( b s s - t r a n s i t i o n ) :指站点从 e s s 中的一 个b s s 移动到相同e s s 中的另一 个b s s s 今 e s s 迁移型( e s s = t r a n s i t i o n ) : 指站点从一个e s s 中的一个b s s 移动到另一个e s s 中的 一个b s s o 8 0 2 . 1 1 标准支持不迁移型 和b s s 迁移型两种移动类型。当 进行e s s 迁移时， 不能继续 保证连接。 8 0 2 . 1 1 标 准定义分 布式 系 统为 通过a p 在e s s 内 使b s s 相互 连接的 组件。 分 布式 系统 通过提供逻辑服务支持8 0 2 . 1 1 移 动型 类型， 逻辑服务在处理地址到目 的 地的变换和多重b s s 的无缝集成是必要的。 a p 是一个可设定地址的站点，仑 提供接口 到分布式系统，以 便将位 于各 种b s s 内 的站点 连 接起来。 在e s s 内，8 0 2 . 1 1 标准调整b s s 的 下列物理配置: 令 部分重 叠b s s ( b s s s t h a t p a rt i a l l y o v e r la p ) : 这 类配 置在一个已 定义区 域内 提供 邻接覆 盖， 如果在应用中 难以 容忍网 络服务中 断的 话， 它是最好的选择n 今 0 然分 离b s s ( b s s s th a t a r e p h y s ic a ll y d isj o i n t e d ) : 对于 这 种情况， 配置 不提供邻接覆 盖8 0 2 . 1 1 没有指定b s s 间距离的限制。 令 自 然 配 置b s s ( b s s s th a t a r e p h y s ic a l 卜 c o l l o c a te d ) : 这 对于 提 供 一 个 冗 余的 或 高 操 作 性 网络是必要的。 1 .3 . 2 i e e e 8 0 2 . 1 1 的逻辑结构 拓扑结构决定了网络的物理组件，而逻辑结构着重定义网络操作。如图 1 - 3所示为 浙江人学硕士学位论文 i e e e 8 0 2 . 1 1 的逻辑结构: i l c ma c n o p hr 直接序列 p hy f 9 fa p hy 图1 - 3 ie e e 8 0 2 . 1 1 的 逻辑结 构 1 . i e e e 8 0 2 . 1 1 m a c层 i e e e 8 0 2 . i 1 无线局域网的的所有工作站 ( s t a ) 和访问节点 ( a p ) 都提供媒体访问控 制( m a c ) 层服务， m a c服务是指同 层l l c ( 逻辑链路控制层) 在m a c服务访问节点( s a p ) 之间交换 ma c服务数据单元 ( m s d u )的能力。因此， ma c层服务包括利用共享无线电 波或红外线介质进行m八 c服务数据单元的发送。 m a c层具有以卜 功能: . 无线介质访问 .网络连接 令提供数据验证和保密 在i e e e 8 0 2 . 1 1 标准中 定 义了 两种 无线 介质访问 控 制的 方法， 它 们是: 分布式访问 方式 d c f ) : 分布式访问 方式类似手i e e e 8 0 2 .3 有线局域网的 介质访问控 制协议，它采用具有冲突避免的载波监听多路访问，即c s m a / c a协议。 中 心网络控制方式 ( p c f ) :中心网 络控制方式是一个无竞争访问 协议， 它是一种基于 优先级的 访问， 适于节点安装有点控制器的网 络。 i e e e 8 0 2 . 1 1 标准定义了 站点对介质访问的几种时间间隔，并提供了多种访问优先级。 图1 - 4 说明了 这些帧间隔。 每一种间隔均定义了 上一个发送的 帧的结束标记到一个发送帧的 开始标记之间的时间。 difs 介店抢 图1 - 4 m a c访问 协议的不同的 时间间隔 s i f s ( s h o rt in t e r - fr a m e s p a c e ) : 是 最短的 帧间隔， 为 此 帧提供最高的 介质 优先 访问 级别。 卜 列的 帧使用s i f s 间隔: 令a c k ( 应答)帧 浙江大学硕士学位论文 . c t s( 清除发送) 帧 今 分段的介质数据单元 ( m s d u ) 这些帧要求能方便地对介质进行访问，从而提供最高的 优先访问 级别。 p i f s ( p c f in te r- fr a m e s p a c e ) : 一 作 在p c f 方式f 的 站点 获得介质 访问 权的时间 间隔。 它的 优先级高于d c f 方式。 这类站点如果一旦监测到介 质空闲， 就可以 进行无竞争的 通信。 这种时间间隔使得基于p c f 方式的站点获得比基于d c f 方式的站点享有更高的帧发送优先 级。 d i f s ( d c f in t e r - f r a m e s p a c e ) : 1作在d c f 方式卜 的 站点都使 用d i f s 来发 送数据帧 和管理帧。 e i f s ( e x t e n d in te r - f r a m e s p a c e ) - 基于d c f 的 1作 采用e i f s 间隔，1 一 作于d i f s 间隔 之外的时间 一 日 生 不正确的f c s 值导致错误的 帧接收情况下作为等待时间。 这类间隔为接 收站点发 送应答 ( a c k ) 帧提供了 足够的时间。 2 . i e e e 8 0 2 . 1 1 p h y 层 i e e e 8 0 2 . 1 1 中定义了 三种物理层结构:分别为直接序列 扩频 ( d i r e c t s e q u e n c e s p r e a d s p e c t r u m , d s s s ) 物理层、 跳 频扩 频( f r e q u e n c y h o p p in g s p r e a d s p e c t r u m , f h s s ) 物r层 和红外 ( i n f r a r e d i r ) 物理层。 如图1 - 3 所示逻辑结构。 f h s s 技术是将可用的 频宽带区域分割成好儿个通道， 它使用的窄频载波借着2 到4 阶 的 高 斯频移 键控 ( g a u s s i a n f r e q u e n c y s h if t k e y in g , g f s k ) 不断的改 变。 传 送时 频率会 在收 发双方节点 都 知道的 范围 间， 利用 伪随 机技术( p s e u d o r a n d o m ) 做任意变动。 这对p h 丫 层加入了一些安全性。 另外f h s s 还有一项优点， 就是可以让许多网络共存在一个物理区域 中。 d s s s方法采用的是 1 1 位的 b a r k e r 码作为扩频 p n码，调制方式可以采用 d p s k , d b p s k , d q p s k . d b p s k 方式 时的数 据速率为1 m b p s , d b p s k 方式时 的数 据速率为1 m b p s - 2 m b p s 。 而 在i e e e 8 0 2 . 1 i b 中 ， 除了 基带 部 分 扩 频 码 调 制 方 式 不同 以 外， 其 他 基 本 相同 。 在 i e e e 8 0 2 . 1 i 中，对于p r e a m b l e( 前导)f 11 h e a d e r ( 头) 段是用 d b p s k扩频调制方式，对 i b i t 数据使用i b b a r k e r 码扩频: 对p s d u( p l c p 数据服务单元) 数据段则是采用d q p s k 扩频调制方式， 每2 b it 数据使用1 1 位b a r k e r码扩频。 而在i e e e 8 0 1 i i b 中则不一样， e e e 8 0 2 . 1 1 b 对p r e a m b l e i ii h e a d e r 段使用f it i e e e 8 0 2 . 1 1 相同的 扩频调制方式，而 对p s d u 数据段 可以 根据需要 采用5 .5 m b p s 和 i i m b p s 两种 速率的c c k( 补 码键 控) 扩 频调 制方 式 进行扩频调制。 现在，大多数厂商生产的wl a n产品都 基于8 0 2 . 1 l b 标准。 8 0 2 . 1 1 b 在很大的程度上是受到了朗 讯技术公司和i n t e r s ” 公司的 推动。8 0 2 . 1 1 b 标准的 设计是使用直序 ( d ir e c t-s e q u e n c e ) 1 谱技术在 2 .4 g h z l s m ( ? 一 业科学i ii 医学 - i n d u s t r ia l , s c i e n t i fi c a n d m e d i c a l ) 频带上_ l 作。另一方面， 8 0 2 . 1 1 a 标准的设计是在更 近时期分配的 5 g h z u n i i 无执照的国家基础设施一一u n l i c e n s e d n a t io n a l i n f o r m a t i o n 浙江大学硕士学位论文 i n fr a s t r u c t u r e ) 频带上_ l 作的， 8 0 2 . 1 1 a 离开了传统的 广谱技术， 使用了 频分多路方案， 有意 要让其对官方环境友好。 8 0 2 . 1 1 b 最 大数 据传 输速率为1 1 m b p s ， 无需直 线传播。 使用动态 速率转换， 当 射频情况 变差 时， 可 将 数 据传 输 速 率降 低为5 .5 m b p s . 2 m b p s 和l m b p s 。 且当 丁 作 在2 m b p s 不 ii 1 m b p s 速率时可向 下兼容i e e e 8 0 2 . 1 1 0 8 0 2 . 1 1 b 的使用范围 在室外为3 0 0 米， 在办公环境中则最民 为1 0 0 米。 使用与以太网 类似的连接协议和数据包确认， 来提供可靠的数据传送和网络带宽 的有效使用。 1 . 3 . 3 i e e e 8 0 2 . 1 1服务 8 0 2 . 1 1 标准对 l l c层在网 络中两个实体间要求发送m s d u ( m a c服务数据单元) 的服 务 做了定义。 m a c层执行的这些服务可分为站点服务和分布式系统服务 两种类型。 2 1 1 . 站点服务 8 0 2 . 1 1标准定义“ 服务” 为在各个站点间提供的功能。站点可以位于网络任一无线组件 中， 而且， 所有a p 都执行站点服务。 为了发挥必要的功能， 这些站点需要发送和接收ms d u 以及保持较高的安全标准: . 认证:因为wl a n对于避免未经许可的访问 来说， 物理安全性较低，所以8 0 2 . 1 1 规定了认证服务以 控制l a n对无线连接相同 层的的 访问。 所有8 0 2 . 1 1 站点， 不管 它们是独立b s s 网 络还是e s s 网络的 一部分，在与另一个想要进行通信的站点建 立连 接 之 前， 都必 须 利 用 认 证 服 务。 执行 认 证的 站 点 发 送 一 个 管 理认 证帧 到 一 个 相 应的站点。 .不认证: 当一个站点不愿意与另一个站点建立连接时， 它就调用不认证服务。 不认 证是发出 通知， 而且 不准对方拒绝。 站点通过发送一个认证管理帧 ( 或一组到多个 站点的帧)去“ 建议” 认证终止来执行不认证服务。 令 保密: 在一个无线网 络中， 所有站点和其他设备都能够“ 听到” 数据通信在网 络范围 内 通过，这严重影响了无线链路的安全性。i e e e 8 0 2 . 1 1提供了一 个保密服务选项 解决了这个问题，将 8 0 2 . 1 1网络的安全级提高到有线网络的程度。该项保密功能 应用于 所有数据帧和一些认证管理帧，它是建立在8 0 2 . 1 1 有线等效保密 ( we p : w i r e d e q u iv a l e n t p r iv a c y ) 算法基础 上的， 可以 有效 地降 低网 上被窃听地 危险。 2 . 分布式系统服务 8 0 2 . 1 1 所定义的分布式系统服务，是为整个分布式