（通信与信息系统专业论文）基于ieee80211+wlan+qos机制的研究.pdf

原创性声明 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 其他个人或集体已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：瑙立整 日 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 论文作者签名 邴5 ；| ? 山謇大学硕士学位论文 摘要 i e e e8 0 2 i i w l i n 是目前发展最快、应用最广的无线网络协议之一随着其不 断的修订与完善其传输速率也越来越高。8 0 2 。l l a 采用o f d m 调制技术。最商传输 速率可达5 4 m b p s ，目前8 0 2 1 l n 工作组已经成立，8 0 2 1 l n 采用m i m o - o f d m ，计 划将无线局域网的传输速率由5 4 k r o p s 增至1 0 8 p o p s ，最高可达3 2 0 k l b p s ，成为继 8 0 2 。1 i b 、8 0 2 。l l a 、8 0 2 。l l g 压的另一个突破。无线局域网这么高的传输速率使它 足可以满足多媒体等时限业务的要求，而对于一个商用无线网络来说，提供适当 的q o s 至关重要专家预言，无线局域网对q o s 要求的支持程度是它能否在未来 无线领域获得成功的关键。 。 本文主要对i e e e8 0 2 i i 可l a n 的q o s 进行了研究首先，论文介绍d c f 和p c f 两种h c 访问机制的工作原理以及两种机制在支持q o s 方面的缺陷然后，介绍 了i e e e s 0 2 i im a c 增强机制8 0 2 1 i e ，由于实际情况及研究条件的原因本文主要 对基于竞争的增强信道接入机制( e d ( = f ) 进行了研究。并通过m a r k o v 模型的建立从 理论上对e i ) c f 机制进行了分析e d c f 机制通过引入了业务流分类( t c ) 。把各种传 输数据按照q o s 的要求分为8 个优先级，优先级高的数据流将会分配较小的i f s 和 c w ，保证了高优先级数据可以先竞争接入信道，获得较大的传输带宽，从而使有时 延、丢包率等q o s 要求的应用得到了很好的满足，但仍存在一些问题，如吞吐量 闯题、高负载条件碰撞加剧导致信道利用率下降，这些都严重的影响了网络的q o s 。 基于此本文对i e e e8 0 2 i iw l a n 中m c 层q 0 s 进行了更为深入的研究，提出了几 种q o s 增强方案针对c f b 机制，提出了一种群组a c k 机制并从理论上分析了该 机制的有效性，且建议把f e c a r q 机制用于无线网络中以提高网络质量：对于无 线网络中数据包的。连锁反应”提出了一种速率自适应机制( c b i l a ) 。减少数据分 组间的碰撞提高信道利用率：以分组在网络队列中的时间作为参数因子，动态调 整竞争窗口的大小，提高网络服务质量并通过n s - 2 2 6 仿真工具对上述方法进 行了功能验证和性能考察，针对吞吐量仿真曲线对其各自的性能进行了详尽的分 析并得出结论最后。从整个i p 网络考虑，分析了端到端q o s 机制 关键词：无线局域网( r l n ) ；服务质量( q o s ) ：网络模拟( n s ) ；增强d c f 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i e e e8 0 2 1 1w l a ni so n eo ft h ew i d e s tw i r e l e s sp r o t o c o l sw i t ht h ef a s t e s t d e v e l o p i n gs p e e da tp r e s e n t w i t hi t sc o n s t a n tr e v i s i o na n dp e r f e c t i o n 。 i t st r a n s m i s s i o nr a t ei sh i g h e ra n dh i g h e r i e e 鹋0 2 1 1 aa d o p t s0 f d m m o d u l a t i o nt e c h n o l o g y ，i t s h i g h e s tt r a n s m i s s i o nr a t ei s5 4 m b p s n o w i e e e 8 0 2 1 1nw o r k i n gg r o u ph a sa l r e a d yb e e ne s t a b l i s h e d w h i c ha d o p t s m i m 伊田f d mt e c h n o l o g y 。p l a n tt oi n c r e a s et h et r a n s m i s s i o nr a t ef r o m5 4 m b p s t o1 0 8 m b p s ，a n du pt o3 2 0 m b p s ，b e c o m i n ga n o t h e rb r e a k - t h r o u g ha f t e r8 0 2 1l b ， 8 0 2 1 l a 8 0 2 1 l g 删h a ss u c ht h eh i g ht r a n s m i s s i o nr a t et h a ti tc a nm e e t m u l t i m e d i a d e m a n da b s o l u t e l y i t i sv e r yi m p o r t a n tf o rac o l e r c i a l w i r e l e s sn e t w o r kt os u p p o r tp r o p e rq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) t h ee x p e r tp r o p h e s i e s 。t h ed e g r e eo fs u p p o r tt h a tt h ew i r e l e s su i nr e q u i r e s t oq o si sw h e t h e ri tc a no b t a i nt h ek e yt os u c c e s si nt h ew i r e l e s sf i e l d o ff u t u r e t h ep a p e rm a i n l yc a r r i e so nr e s e a r c ht oq o so fi e e e 8 0 2 1 lw l n f i r s t l y ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eo p e r a t i o np r i n c i p l ea n ds h o r t c o m i n gt o s u p p o r tq o so fd c fa n dp c fm a ca c c e s sm e c h a n i s m n e x t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e s 8 0 2 1 l 硫 ce n h a n c e dm e c h a n i s m8 0 2 1 l e b e c a u s eo ft h ea c t u a lc o n d i t i o na n d r e s e a r c hc o n d iti o n ，t h e p a p e rm a i n l y c a r r i e so nr e s e a r c ht o c o n t e n t i o n b a s e dc h a n n e la c c e s sm e c h a n i s m ( e d c f ) a n da n a l y s e se d c f t h e o r e t i c a l l yb ym a r k o vm o d e l q o ss u p p o r ti ne i ) c fi sr e a l i z e dw i t ht h e i n t r o d u c t i o no ft r a f f i cc a t e g o r i e s ，a n de d c fp r o v i d e sd i f f e r e n t i a t e d d i s t r i b u t e da c c e s st ow i r e l e s sm e d i u mf o re i g h tp r i o r i t i e so fs t a t i o n s t h ed a t a f l o ww i t hh i g h e rp r i o rw i l lb ed i s t r i b u t e ds m a l l e ri f sa n dc w i n o r d e rt og u a r a n t e et h eh i g hp r id a t aa c c e s s i n gc h a n n e lf i r s ta n do b t a i n i n g t h eb a n d w i d t ho fg r e a t e rt r a n s m i s s i o n ，t h u st h ea p p li c a t i o n sr e q u i r i n g d e l a y ，p a c k e t l o s sa r es a t i s f i e d b u tt h e r ea r es o m ep r o b l e m s 。s u c ha s 4 山东大学硕士学位论文 t h r o u g h p u t ，h i g hl o a dc o n d i t i o nc o l l i s i o nc a u s i n gt h ec h a n n e lu t i l i z a t i o n t od r o p 。q o so fn e t w o r kw i l lb es e r i o u s l yi n f l u e n c e d t h ep a p e rm a k e s f u r t h e rr e s e a r c ht oq u so f 肌朋m a cs u b l a y e r 。a n dp u t sf o r w a r ds e v e r a l e n h a n c e ds c h e m eo fq o s t oc f bm e c h a n i s m 。p a p e rp r o p o s e so n eg r o u pa c k m e c h a n i s ma n da n a l y s e dt h e o r e t i c a l l y a tt h es a m et i m ep r o p o s e su s i n g f e c a r qm e c h a n i s mf o rt h ew i r e l e s sn e t w o r ki no r d e rt oi m p r o v en e t w o r k q u a l i t y aa d a p t i v em e c h a n i s mc b i 认t o 。c h a i nr e a c t i o n ”e x i s t i n gi n w i r e l e s sn e t w o r ki sp r o p o s e dt or e d u c ed a t ap a c k e tc o l l i s i o na n di m p r o v e t h ec h a n n e lu t i l i z a t i o nr a t i o 一一 t h ei d e ai st od y n a m i c a l l yt oa d j u s tp fb a s e do nt h ea g eo far e a l t i m e p a c k e ti nt r a n s m i s s i o nq u e u ea n dt h el i f e t i m eo ft h ep a c k e tt oc h a n g ec 霄 a n di m p r o v eq u a l i t yo fs e r v i c eo fn e t w o r k t h e s em e t h o d sa r ec a r r i e do n f u n c t i o np r o v e da n dp e r f o r m a n c ei n v e s t i g a t e db yn s 一2 2 6s i m u l a t o rt 0 0 1 t h ep a p e ra n a l y s e st h e i rp e r f o r m a n c ei nd e t a i la n dd r a w st h ec o n c l u s i o n t h r o u g ht h et h r o u g h p u t s i m u l a t i o nc u r v e f i n a l l y ，t h ep a p e ra n a l y s e s e n d - t o e n dq o sm e c h a n i s mb a s e do ni pn e t w o r k k e y w o r d s ：w l a n ( w i r e l e s s l a n ) ，q u a l i t y o f s e r v i c e ( q u s ) n e t w o r k 。 s i m u l a t o r ( n s ) e d c f 5 山东大学硕士学位论文 a c kf r a m e a g c a r q f e c b e r b s s c c l 【 c r c。 c s 姒c d b p s l ( d c f b f i r d i f s d q p s k d s d s s s e s s f f t f h s s i b s s i c l i e e e 6 英文缩略语 a c k n o w l e d g m e n tf r a m e a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n b i te r r o rr a t e b a s i cs e r v i c es e t c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o na v o i d d i f f e r e n t i a lb i n a r yp h a s e s h i f tk e y i n g 应答帧 自动增益控制 自动重复请求 前向纠错编码 比特错误概率 基本业务集 互补编码键控 循环冗余校验 冲突避免载波侦听多址 差分二相相移键控 d i 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 分布式协调功能 d i f f u s e di n f r a r e d扩散红外线 d c fi n t e rf r a m es p a c i n gd c f 帧内间隔 d if f e r e n t i a lq u a d r a t u r ep h a s e差分正交相移键控 s h i f tk e y i n g d i s t r i b u t e ds y s t e m分布式系统 d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m直接序列扩频 e x t e n d e ds e r v i c es e t扩展业务集 f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m快速傅立叶变换 f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m 跳频序列扩频 i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t独立基本服务区 i n t e rc h a n n e li n t e r f e r e n c e信道间干扰 i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n d 电气和电子工程师协会 e l e c t r o n i c se n g i n e e r s 山东大学硕士学位论文 i s i i s m l l c 执c m p d u 惦d u o f d m p a m p b c c p c f e d c f 亿 t s a c h c f p e r p h y p l c p p m d p p d u p s d u q p s k r t s c t s s i f s u n i i 霄l n i n t e rs y m b o li n t e r f e r e n c e 符号婀于扰 i n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i c ，m e d i c a lt 业科学与医疗 l o g i cl i n kc o n t r o l逻辑链路控制子层 m e d i u ma c c e s sc o n t r o l媒质接入控制 m a cp r o t o c o ld a t au n i t m a c 层协议数据单元 m a cs e r v i c ed a t au n i tm a c 层服务数据单元 o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n正交频分多路复用 m u l t i p l e x i n g p u l s ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 一脉冲幅度调制 p a c k e tb i n a r yc o n v o l u t i o n a lc o d i n g 包二进制卷积编码 p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n点协调功能 e n h a n c e dd c f增强d c f t r a f f i cc a t e g o r y业务流分类 t r a f f i cs t r e a m业务流 a c c e s sc a t e g o r y接入类 h y b r i dc o o r d i n a t i o n混合协调功能 p a c k e te r r o rr a t e包错误概率 p h y s i c a ll a y e r物理层 p h y s i c a ll a y e rc o n v e r g e n c ep r o t o c o l 物理层会聚协议 p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t物理介质相关子层 p l c pp r o t o c o ld a t au n i tp l c p 协议数据单元 p h ys e r v i c ed a t au n i t物理层服务数据单元 q u a d r a t u r ep h a s es h if tk e y i n g四项相移键控 r e q u e s t s e n d c l e a rt os e n d 请求发送清除发送 s h o r t i n t e rf r a m es p a c i n g短帧内间隔 u n i i c e n s e dn a 【t i o ni n f o r m a t i o n免许可国家信息结构 i n f r a s t r u c t u r e w i r e l e s sl o c a la f n e t w o r k无线局域网 7 山东大学硕士学位论文 第一章引言 无线网络的起源可以追溯到第二次世界大战，当时美军陆军使用无线信号来 传送资料，而这种无线信号的传递是通过可靠性非常高的加密技术而实现的。1 9 7 1 年，夏威夷大学开发了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络a l o h n e t ，这就是 最早的无线局域网( 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 ) 。 近年来，随着无线局域网标准、技术的发展，无线局域网产品逐渐成熟，无 线局域网得到了业界以及公众的热情关注，无线局域网的应用也逐渐发展起来。 相对于蓝牙、3 g 等无线技术，无线局域网正成为当前无线领域中一个引入关注的 热点。 电信运营商对无线局域网给予了极大关注，许多电信运营商开始投巨资建设 无线局域网，提供公众接入服务。国外的有英国b t 、美国v o i c e s t r e a m 、西班牙 t e l e f o n i c a 、韩国电信等；国内中国网通、中国电信、中国移动等运营商已经或 即将建设无线局域网。电信运营商的参与使得无线局域网热进一步升温。 无线局域网( w i r e l e s sl a n ，w l a n ) ，顾名思义，是一种利用无线方式，提供 无线对等( 如p c 对p c 、p c 对集线器或打印机对集线器) 和点到点( 如l a n 到l a n ) 连接性的数据通信系统。w l a n 代替了常规l a n 中使用的双绞线或同轴线路或光纤， 通过电磁波传送和接收数据。w l a n 执行像文件传输、外设共享、w e b 浏览、电子 邮件和数据库访问等传统网络通信功能。 w l a n 包括进行通信的网络接口卡( n i c ) ( 或称无线网卡) 和接入点桥接器( 如 最终用户到l a n 和l a n 到l a n ) 。n i c 提供了鼹终用户设备( 如桌面p c 、便携p c 或 手持计算设备) 与经过接入点桥接器上天线的无线电波之间的接口。 随着无线通信技术的发展和对无线局域网通信速率要求上的不断提高，无线 局域网的标准也在不断发展。总的趋势是数据速率越来越高、安全性越来越好、 服务质量越来越有保证。 而从无线局域网标准的支持者及被采用的地域范围来看，无线局域网可以说 有三个阵营：i e e e 的8 0 2 。1 1 系列标准、欧洲的h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 和同本的 m m a c 系列标准。 8 山东大学硕士学位论文 无线局域网的概念是相对于传统意义上的有线局域网( l a n ) 而言的。有线局 域网就是我们目前常见的采用电缆、光纤和双绞线作为数据传输介质的网络。有 限局域网无法实现移动的网络通信，在某些情况下还存在着布线烦琐、线路容易 损坏、地势要求高、安装复杂等缺点。无线局域网是利用电磁波在空气中发送和 接收数据，而无需线缆介质就可实现计算机之间互联的网络。它是在有限局域网 基础上发展起来的，不仅是有线局域网的补充，且其运用范围广泛，不但能够替 代传统的物理布线，而且在传统布线无法解决的环境或行业，都能方便地组建无 线网络。 与有线网络相比，无线局域网具有以下优点：( 1 ) 安装便捷。一般在网络建设 中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。在施工过 程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线局域网最大的优势就是免去或减少 了网络布线的工程量，一般只要安装一个或多个接入点a p ( a c c e s sp o i n t ) 设备， 就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络；( 2 ) 使用灵活。在有线网络中，网络设 备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网络 信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络；( 3 ) 降低成本。由于有限网络缺少 灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，这就往往导致预设 大量利用率低的信息点，而一旦网络的发展超过了设计规划，又要花费较多费用 进行网络改造，而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生：( 4 ) 易于扩展。无 线局域网有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，无线局域网就能胜任 从只有几个用户的的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游 ( r o a m i n g ) ”等有线网络无法提供的特性。由于无线局域网具有多方面的优点， 所以发展十分迅速。在最近几年里，无线局域网已经在医院、商店、工厂和学校 的不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。 基于无线局域网具有的诸多优点，它可广泛应用于下列领域：( 1 ) 接入网络 信息系统：电子邮件、文件传输和终端仿真：( 2 ) 难以布线的环境：旧建筑、露 天区域、城市建筑群、校园和工厂：( 3 ) 频繁变化的环境：频繁更换工作地点和 改变位置的零售商、生产商，以及野外勘测、试验、军事、公安和银行等：( 4 ) 用于远距离信息的传输：如在林区进行火灾、病虫害防治等信息的传输，公共交 9 山东大学硕士学位论文 通管理部门进行交通管理等；( 5 ) 专门工程或高峰时间所需的暂时局域网；大型 会场、商业展览、建设地点等人员流动较强的地方：( 6 ) 利用无线局域网进行信 息的交流：零售商、空运和航空公司高峰时间所需的额外工作站等：( 7 ) 流动工 作者可随时得到信息的区域：需要在医院零售商店或办公室区域流动时得到信 息的医生护士、零售商、自领工作者。办公室和家庭办公室( s o h o ) 用户，以 及需要方便快捷地安装小型网络的用户 随着无线通信技术的飞速发展，以数据业务为核心的包括话音、图像、视频、 互联网信息等多媒体服务已成为人们对新一代移动通信技术的企盼，因此，新一 代移动通信网络必须能够同时提供高速率的、包括实时业务在内的多种业务传输 然而实时业务的传输不同于一般数据的传输。实时业务要求保证一定的q o s 。实时 业务对时延、抖动比较敏感，不同类型的实时业务对以上指标的要求也不一样 要满足多媒体业务的q o s 要求，最简单的办法就是增大带宽。然而有限的无线带 宽限制了这种办法的可行性另一釉办法就是对网络加以管理，将不同的业务类 型对应于不同的服务类型，再对不同类型的服务区别管理，以满足各种业务的q o s 要求有线网络中已经有相对成熟的q o s 模型和机制，如综合业务模型( i n t s e r v ) 、 区分业务模型( d i f f s e r v ) 、多协议标签交换( m p l s ) 等在无线网络中，无线节 点不断运动，网络拓扑结构不断变化，无线信道易受干扰的特点使得链路状态时 好时坏，因而无线网络并不象有线网络那样有固定的带宽另外，无线信道访问 存在着竞争，这样就不可避免的带来了隐藏终端、暴露终端等不同于有线网络的 问题，因此。无线网络不能照搬有线网络的q o s 机制当前对无线网络q o s 支持 的研究，主要集中在q o s 模型、如s 媒体访问控制( m a c ) 、q o s 路由以及q o s 资源 预留信令协议等几个方面，通过q o s 模型来确定q o s 目标。规定媒体访问控制、 路由和信令协议的功能再通过后三者各自的具体实现。互相协作，共同来完成 q o s 支持的目标。与有线网络不同，媒体访问控制协议在无线网路协议体系中占有 极其重要的地位。所有的上层q o s 协议都依赖于它韵实现由于i e e e 8 0 2 1 l 是目 前应用最为广泛的无线网络标准因此，i e e e s 0 2 1 1 的m a c 协议成为当前探讨无 线q o s 机制的焦点之一 e e e s 0 2 1 l 定义了p f f 层和漱c 层，本文q o s 的研究都是基于| l a c 层的。论 1 0 山东大学硕士学位论文 文主要部分的结构如下：首先，具体分析了i e e e s 0 2 i im a c 接入机制( d c f 机制 和p c f 机制) ，分析了两种机制的工作原理数据接入信道的访问方式以及两种机 制在支持q o s 上的局限性由此i e e e 8 0 2 i iet 作组对原来的m a c 机制进行了增 强，以满足时限业务要求的q o s ，即i e e e s 0 2 1 l e 本文对其中基于竞争的信道接 入机制( e d c f ) 通过建立马尔可夫( m a r k o v ) 模型从理论上对其性能进行了深入 的分析，并在n s - 2 2 6 环境下进行了仿真，仿真结果表明增强d c f 机制可以很好 的满足时限业务的q o s 要求( 与d c f 机制相比) 但仍存在一些问题，如吞吐量问 题、高负载条件碰撞加剧导致信道利用率下降，这些都严重的影响了网络的q o s 然后论文介绍了现有无线局域网q o s 方面的一些改进，针对e d c f 机制中吞吐量的 问题，草案中给出了e d c f - c f b 机制，c f b 机制的引入在基本上不影响网络时限业 务时延的前提下。可以大大提高系统的吞吐量对于网络中的碰撞，给出了自适 应e d c f ( a e d c f ) 以及e d c 卜蹦，a e d c f ( e d c 卜d 吣的引入可以大大减少数据包的碰撞， 有效的提高信道的利用率再后论文对i e e e8 0 2 。i i 霄l a n 中m a c 层q o s 进行了研 究，提出了几种增强方案针对c f b 机制，提出了一种群a c k 机制并从理论上进 行了分析，而且建议把f e c r q 机制用于无线网络中以提高网络质量，力争做到 有线网络的效果；对于无线网络中数据包的。连镇反应”提出了一种速率自适应 机制( c b r a ) 。减少数据分组问的碰撞提高信道利用率；以分组在网络中的时间作 为参数因子改变竞争窗口的大小，提高网络服务质量，并在瞒一2 2 6 的环境下 进行了仿真。结果表明，通过这些措施的应用，无线网络可以更好的满足用户的要 求随后从整个i p 网络考虑，分析了端到端q o s 机制，最后，对论文进行了总结。 分析了其中的局限，并给予了展望虽然无限局域网还存在诸如o b s s 重叠，动态 频率选择、m u l t i - h o p 等影响网络q o s 的问题，但随着8 0 2 1 lq o s 机制的逐步成熬， 必为用户提供满意的服务质量。同时无线局域网的成熟应用必将开创无线网络的 新纪元 山东大学硕士学位论文 第二章 le e e 8 0 2 1 1 无线局域网 1 9 9 7 年完成并公布的i e e e 8 0 2 1 1 标准是最早的无线局域网标准，是无线网络 技术发展的一个里程碑，也是迄今为止唯一已经赢得了市场的一个标准。无线局 域网以其可移动性、使用灵活、维护方便、易于扩展和良好的性价比，近年来取 得了巨大的发展。基于8 0 2 1 l 标准的产品已占据了巨大的市场份额。 第一节无线局域网的组网 i e e e 8 0 2 1 1 定义了两种无线组网结构 5 6 ：基础结构网络( 有接入点a p 网络) 和无中心网络( a dh o c 网络) 。组成无线局域网的设备主要包括：无线网卡、 无线访问接入点、无线集线器( 删b ) 和无线网桥几乎所有的无线网络产品中都 自带无线发射接收功能，且通常是一机多用。这些无线网络产品的多种使用方法 可以组合出适合各种情况的无线联网设计，可以方便地解决许多以线缆方式难以 联网的用户要求。 2 1 1 基础结构网络 在基础结构网络中，无线终端通过无线接入点a p 与有线骨干网相连( 如图 2 i ) 。无线接入点a p ，用于在无线终端和有线网络之闯接收、缓存和转发数据。 无线a p 通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。 1 2 勺 8 图2 1 基础结构网络 山东大学硕士学位论文 每个基础结构网络中接入点a p 所控制得所有s t a ( 移动站) 称为b s s ( b a s i c s e r v i c es e t 基本业务集) ，一组b s s 经由d s ( 分布式系统) 连接，从而创建了e s s ( 扩展业务集) ( 如图2 2 ) ，这里的d s 是指固定( 或有线) 的基础结构。i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的基本体系结构主要由a p 、b s s 、d s 等组成。 2 1 2a dh o c 网络 图2 2e s s 网络结构 a dh o c 网络又称为无中心网络或对等网络，它覆盖的服务区称为独立基本服 务区i b s s ( i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t ) 。对等网络用于一台无线工作站( s t a ， s t a t i o n ) 和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯( 如图2 3 ) 。 图2 3 a dh o c 网络 1 3 山东大学硕士学位论文 a dh o c 网络组网灵活。任何时间，只要两个或更多的无线接口互相都在彼此 的范围之内，它们就可以建立个独立的网络这些根据要求建立起来的典型网 络在管理和预先协调方面没有任何要求 a dh o c 网络中的一个节点必须能同时。看”到网络中的其他节点。否则就认 为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境。比如4 至8 个用户， 并且他们离得足够近 第二节i e e e 8 0 2 1 1 协议族 2 2 11 e 5 e 8 0 2 1 1 协议实体 1 9 9 7 年i e e e s 0 2 1 1 标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局 域网以及计算机专家审定通过的标准，i e e e 8 0 2 1 1 定义了单一的媒质接入层( m a c ) 和多样的物理层( p h y ) 图2 4 给出了完整的i e e f s 0 2 1 1 标准的协议实体其中 的m a c 层分为m a c 子层和m a c 管理子层，m a c 子层主要负责访问机制的实现和分组 的拆分和重组m a c 管理子层主要负责e s s 漫游管理、电源管理，还有登记过程中 的关联，去关联以及要求关联等等过程的管理8 0 2 1 1 的物理层分为三个子层； 物理层汇聚协议子层( p l c p ) 、物理介质相关协议子层( p 帅) 和物理管理子层 p l c p 子层主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分组：p 肋 子层用于识别相关介质传输的信号所使用的调制和编码技术；物理层管理子层为 不同的物理层进行信道选择和调协。 1 4 l l c 数据链路詹 m a cm a c 管理子层 p l c p 物理层p h y 管理子层 p m d 围2 4 完整的1 f 正e 8 0 2 。n 协议实体 山东大学硕士学位论文 2 2 2l e e e 8 0 2 1 1 姒c 子层 i e e e 8 0 2 1 l m a c 层标准是其它8 0 2 1 l 协议的基础，其后发展的标准具有与 8 0 2 1 i m a c 层相同的规定，只是在物理层上所采用的传输方式不同。m a c 层的所有 任务都是在m a c 子层和m a c 管理子层之间进行分配m a c 子层的主要任务是定义访 问机制和m a c 帧格式 最初i e e e 8 0 2 1 l 规定了三种信道访问机制：c s 醒a c a ( c a r r i e rs e n s em u l t i p l e a c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ) 、r t s c t s ( r e q u e s tt os e n d c l e a rt os e n d ) 、 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 ) 。这三种机制都能够支持竞争和无竞争的访 问 一、c $ g a c a 机制 采用c s 姒c a 协议进行访问时，只要m a c 层有分组需要发送时，就会利用物 理和虚拟载波侦听机制监听信道是否空闲如果信道空闱，那么终端将等待d i f s ( d i s t r i b u t e di n t e r f r a e es p a c ed c f 帧内间隔) 后开始发送数据；而当信道忙 时，m a c 层将利用随机退让时间控制机制，即产生一个随机数作为退让时间进行等 待在分组发送和相关的d i p s 期间，信道的争用停止，但对信道的侦听仍在继续 着一旦信道可以使用，所有需要发送数据的终端在消耗完它们的退让时间后都 试图进行数据发送。这就开始了一个竞争窗口竞争的结果是第一个用完退让等 待时间的终端先开始发送其它终端侦听到新的传输后，让它们的时钟都停止运 行，等到本次的传输完成后在新的竞争周期里再重新启动下图为c s m a c a 的基 本工作原理 d i f s翻f s p i f s 2 i 兰- 7 数据 数据 i k oij l 一 研质空甫 1 竞争廷迟 7 一竞争窗口7 介质忙 图2 5i e e e s 0 2 1 1 中采用的c s j o v c 基本工作原理 l 嚣黧篡= 嚣篆器蒜鬈鬈 入点的相反方向竺要：篓茎黧譬詈慧耄冀；：瑟二，i 眩t t 在眦 障碍物的原曼，! 鬟篓篆銎冀蒙蓄曩銎= 茹二磊一个z 。个字节兰 觥了翟篓竺竺篙蒜篡：鬣赫脚数据曼 1 度删c 请篓；兰! 篡鬈鬻亳荔茹脚删 1 磊长度目的笔竺芝掣：= 罢羹篡：? 言磊萎茹磊后经过一? ： 的响应帧后再黧_ 二s 冀三霎雾薹竺：蒸军二三：二荔：s 卿的地址 鲫s 晰三警篡雠e f f s 确c t s 篡淼= 淼；艄脚，。 删删 苎慧争篇磊：删黼毗 所以源终端的分组的发送是没有竞争的p 因j j i 不 “” 程 m s 图2 6i 删叫中采用的m 肺基本工作原理 2 2 3i e e e s 0 2 1 1 的眦帧结构 始， 1 6 麟嚣 黼一 眦蝴 可能要持续的时间的相关信息i e e e s 0 2 1 1 m a c 帧格式中有三个地址字段，分别表 示源地址、目标地址和标识所连接的a p 序列控制( s e q u e n c ec o n t r 0 1 ) 字段是 为了控制帧的序列而给帧进行编号时使用的i e e e s 0 2 i i m a c 的长度范围是0 ， i 2 3 1 2 个字节，并采用了四个字节的c r c 来保护m a c 层的信息 lc o r 。r o l 忙 a d d r e s s la d d r e s s 2a d d r e s s 3s e q u e n c e f r a m e c r c c o n t r o l b o d y 似ch e a d e r 2 2 4h a 0 管理子层 图2 7 一般的i e e e 8 0 2 1 1 的帧格式 姒c 管理子层的功能主要是定义e s s 中实现漫游的支持方式、电源管理和安全， 并负责在站内和a p 之间进行通信的初始化等一般的m a c 管理帧格式如图2 8 所 + 刀i 图2 8 一般的i e e f 8 0 2 1 1 的姒c 管理帧结构 2 2 5i e e e 8 0 2 1 1 物理层 i e e e s 0 2 1 1 物理层支持i m b p s 和2 w b p s 数据速率，能支持直接序列扩频( d s s s ： d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 、跳频序列扩频( f h s s ：f r e q u e n c yh o p p i n g ，s p r e a ds p e c t r u m ) 和扩散红外线( d i f r ：d i f f u s e di n f r a r e d ) 等物理层对于 直接序列扩频物理层来说，当支持的数据速率为1 m b p s 时，采用差分二相相移键 控( d b p s k ：d i f f e r e n t i a lb i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g ) ：提供2 m b p s 的数据速 率时，要采用差分正交相移键控( d q p s k ：d i f f e r e n t i a lq u a d r a t u r ep h a s es h i f t k e y i n g ) 物理层中的p l c p 子层将从m a c 层传来的协议数据单元( m p d u ) ，加上起 始符号( p r e a m b l e ) 、头( h e a d e r ) 即打包变成p l c p 协议数据单元( p p d u ) ( 如图 1 7 山