（通信与信息系统专业论文）wlan接入点设备的研究与实现.pdf

摘要 无线局域网结合_ | 匠线通信和互联网的优点，提供到i p 网络的无缝接入，成 为当今逶售篷癸一遭受瑟夔鼹蘩缓。程3 g p p 的耨版零孛，w l a n 将与u t r a n 和g r a n 并列，作为3 g 的标准接入方式。而a p 正是移动终端接入有线互联网 麓入弱。最近貔准豹t e e e8 0 2 1 l i 及未来鹣筑范i e e e 鞫2 1 i n 、i e e e8 0 2 1 6 鞫 1 e e e8 0 2 2 0 将使w l a n 如虎添翼。 作者曾利厢w i n d o w s 操作系统，通过给配置为a dh o c 模式啻勺菇线网络添 加桥接功能的方法，实现了个s o f 泌p 。出于w i n d o w s 的封闭性积非实融悭， 系统的性能不尽如人意，而开源软件可以很好的解决这些问题。开源软件以其成 本 吞，璇量毫，爨出度大，兼客性好，可参与 璺隳等侥点，歪在逐步蚕食w i n d o w s 的一统天下，嗣时成为我们科研工作的良好助手。 联隧，俘蠹转鑫嚣源掇伟系统l i n u x ，参慧拜浮戟辞h o s t a p ，以竣努韵性 能实现了a p 的基本功能，并为进步开发提供了完备的程序扩展接口。随后。 作者着疆w l a n 静赫避标灌，剥瘸邋姥接盈，实现了a p 增强的安全和管理功 能，为无线网络相关的科研工作提供了良好的系统平螽。 本文将无处不在的计算和开源软件完美结合到一起，描述了一个安全管理 功能增强型a p 的设计与实现。依照出浅入澡、先易屠嫩和然离层到底层豹顺序， 本文把作者开发的a p 从功能一t 分成几个核心模块，分别给出其实现细节。具体 谩寒，本文主要完成了下裂三矮工终： 对i e e e8 0 2 1 1 系列协议系统的分析和研究，详见第l 章。 透餐分辑渗玟静功麓接逑莠设计代码实现，详觅第2 蘩5 章。 设计测试方案并检测系统性能，详见第6 章。 本文的锅新工作主要集中予以下兰点： 提出r s n 两络认证和豢锅颁发桃剁故一个改进方案，译见第3 牵繁3 繁。 设计i a p p 协议的分级察现步骤，详见篇4 章第3 节。 试探以逶用可缡程逻辑芯片秘数字信母处理蕊冀实凌疆传乎套夔系绞改 进，详见第7 帮。 a b s t r a c t t h ec o m b i n a t i o no ft h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n dt h ei n t e m e tb r i n g su pt h e 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 ) ，w h i c hh a st a k e nu pag r e a ts h a r eo ft h eg l o b a l m a r k e tw i t hi t ss e a m l e s sa c c e s st ot h ei pb a c k b o n e 。t h ec o m i n gv e r s i o n so f3 g p pw i l l a l s oi n c o r p o r a t ew l a na sas t a n d a r dr e c e s sm a n n e na st h ep o r t a lo fw l a n ，a n a c c e s sp o i n t ( a 秘p l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h es c e n a r i o 。w i t ht h ec o m i n gs t a n d a r do f i e e e8 0 2 i i n ，i e e e8 0 2 1 6a n di e e e8 0 2 2 0 ，w l a nw i l lw i nam a j o rp o p u l a r i t y a b o v ei t sc o m p e t i t o r s t h ea u t h o rt u r n e da na dh o cm o d ew i n d o w sl a p t o pt oas o f ta pa f t e r c o m p i l i n gs o m eb r i d g i n gc o d e st oi t sn e t w o r ks u b s y s t e m b u tt h ep e r f o r m a n c ei sn o t a c c e p t a b l ea n dt h ec l o s u r en a t u r eo fw i n d o w sm a k e si ti m p o s s i b l et ot r a c kt h e b o t t l e n e c k s s o ，t h ea u t h o rs t a r t e dt od i gi n t ot h eo p e ns o u r c el i n u xa n db a s e do nt h e h o s t a pc o d e ，b u i l ta no p e na pw i t h i m p r o v e dp e r f o r m a n c ec o m p a r a b l e t o c o m m e r c i a lo n e s ，t h u sm a k e sa l le x c e l l e n tt e s tb e df o ro u rs c i e n c el a b t h i st h e s i sa p p l i e ss o f t w a r eo p e n n e s st ou b i q u i t o u sc o m p u t i n ga n dd e s c r i b e s t h ed e s i g na n db u i l d i n go fas e c u r i t ye n h a n c e da p t h ef u n d a m e n t a lc o n c e p to f w l a ni si n t r o d u c e di nt h ef i r s tc h a p t e r ，f o l l o w e db yi t sb a s i cf u n c t i o n a l i t yi nt h e s e c o n do n e ，a f t e rw h i c ht h em a n a g e m e n ts c h e m eo fs e c u r i t ya n dm o b i l i t y , t o g e t h e r w i t ht h e i rd e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n ，a r eg i v e ni nt h ef o l l o w i n gt w oc h a p t e r ss e p a r a t e l y , m a k i n gu pt w ok e yp o i n t so f t h et h e s i s t h es u b s e q u e n tc h a p t e rf i v ee m p h a s i z e so n s o m ei n t e r n a l so fl i n u xo sa n dt r i e st os h o wh o wb a s i ca pm a n a g e m e n te n t i t i e sa r e c o n s t r u c t e di nd e t a i l t h el a s tc h a p t e rg i v e st h es y s t e mv e r i f i c a t i o np r o c e d u r ea n d c o l l e c t st e s t i n gd a t af r o mt h ee x p e r i m e n t s ，t h e n ，t h et h e s i sc o n c l u d e sw i t had s p b a s e ds o f tm a c s y s t e ms o l u t i o n ， i i 图目录 淘 1 软譬 系统结构鹳 图2 1o s i 和l a n 协议层次图 图2 2i e e e8 0 2 局域刚协议体系结构图 图2 3i e e e8 0 2 1 l x 耨准较为完整的协议体系圈 图2 - 4 无线局域网的物理结构图 图2 5s t a 状态转移图。 图2 - 6m a c 帧格式图 图2 - 7 帧控制字段结构图 图3 一lr s n 基本功能模型图 图3 2a l p 用户状态转移图 图3 3 主控模块流程圉 图3 4 螨口控嗣模块流程图 图3 - 5 后台认证模块的流程图， 图3 - 6r s n 四路握手协议流图 图4 1 集成i a p p 的a p 结构图 图4 2i a p p 的服务类型图 图4 - 3 移动主机切换过程图， 图4 - 4i a p p 核心数据结构关系图 图4 - 5l a p pd a t a 结构框图 图4 - 6h o s t a rd r i v e rd a t a 结构抠睡 图4 7s t a 接入i a p pl a n 过程图 图5 一lp c m c i a 子系统模块图 匿5 - 2p c m c i a 配置系统过程圈 图5 3p r i s mm a c 状态转移图 图5 - 4 接收程序与p r i s mm a c 交互照一 图5 5 发送程序与p r i s mm a c 交互图 图5 - 6n e td e v i c e 成员和方法图 图5 7s kb u f f 结构示意图 图5 8 常用s kb u f f 函数执行效果图 图5 - 9l o c a li n f o 和s kb u f f e r 的重要成员图 图5 一1 0 网络底层发送数据遭程图 图5 - 1 l 网络底层接收数据过程图 图5 1 2h o s t a p 重要数据结构关系图 图孓1 3s t a i n f o 数据结构图 图5 1 4a p 对接收数据的二次处理流程图 图7 1 硬件平台替代方案框图 v i 5 3 5 5 5 6 5 7 5 7 6 0 o o再一一“坛”默觋笛” |二二| 弛弱鸲甜甜甜钾镐锻熨鸵 表目录 表2 1i e e e8 0 2 1 1 帧分类表， 表2 2 持续时间i d 字段编码捌表 表3 一l 端日控制模块消怠处理一览表一 表4 一ll a p p 实现层次对照表。 表4 2l a p p 消息发送实现方法一览表 表5 1e v e n t 事件及其触发的动作一览表 表5 2 内核常用s kb u 娌处理函数一览袁 表5 3a p 管理内核公共函数列表 表5 - 4 a p 管理内核专用函数剜表 表5 5a p 管理鹾户空间丞数列表 表6 - 1p i n g 小包测试数据表， 表6 - 2p i n g 大包测试数据表一 表6 3b e n c h m a r k 测试数据表 表7 1p r i s m2 系列无线网络芯片组成员表 表7 2o m a p5 9 1 0 双孩任务分配表一 表7 3a p 捅关重要i p 一览袭 v l i 他 b 玛 ” 娟 敛 田 趵 以 崩 瞄 神 堋二二二|一二一二，三i羔等罴二 缩略语表 缩略语 英文全称中文全称 a e sa d v a n c e de n c r y p t i o ns t a n d a r d 先进加密标准 a i d a s s o c i a t i o ni d e n t i f i e r联结标识 a p a c e e s sp o i n t接入点 a p m ea c c e s sp o i n tm a n a g e m e n te n t i t y a s a u t h e n t i c a t i o ns e r v e r b s sb a s i cs e r v i c es e t b s s i db a s i cs e r v i c es e tl d e n t i f i e r c c k c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g c i s c a r di n f o n n a t i o ns e r v i c e d s d i s t r i b u t i o ns y s t e m d s s d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e e a p e x t e n s i b t ea u t h e n t i c a t i o np r o t o c 0 1 e a p o le x t e n s i n ea u t h e n t i c a t i o np r n t o c o lo v e rl a n s e s s e x t e n d e ds e r v i c es e t f l d f r a m ei d e n t i f i e r l a p p i n t e r - a c c e s sp o i n tp r o t o c o l 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 l l c l o g i c a ll i n kc o n t r o l m a c m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m l m em a cl a y e rm a n a g e m e n te n t i t y o f d m o 娃h o g o n a tf 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 o s i r m o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ，r e f e r e n c em o d e l p a ep o r ta c c e s se n t i t y p e r s o n a lc o m p u t e rm e m o r yc a r d p c m c l a i n t e r n a t i o n a ia s s o c i a t i o n p d u p a y l o a dd a t au n i t p y p h y s i c a ll a y e r p l c p 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 m ep h y l a y e rm a n a g e m e n te n t i t y p m d p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t r a d l u sr e m o r ea u t h e n t i c a t i o nd i a li nu s e ts e r v i c e r s n r o b u s ts e c u r i t yn e t w o r k s a ps e r v i c ea c c e s sp o i n t s d u s e r v i c ed a t au n i t w e pw i r e de q u i v a l e n tp r o t o e o l w i f i w i r e l e s sf i d e l i t y 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 接入点管理实体 认证服务器 基本服务集 基本服务集标识 补偿编码键控 母信息服务 分布式系统 分布式系统服务 可扩展认证协议 局域丽的可扩展认诞协议 扩展服务集 帧标识 接入点征协议 独：茈基本服务集 逻辑链路控制 媒体接入控舞4 m a c 层管理实体 正交频分复矧 开放系统互联参考模型 端口接入实体 个人计算撬存储卡酱际协会 协议数据单元 物理层 物理层会聚过程( 子层) 物理层管理实体 物理媒体依赖( 子层) 远程认证拨入用户服务 镑棒保密网络 业务接入点 业务数据单元 意线对等协议 觅线保寞组织 无线局域嘲 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明蹰至交的学位论文是我个天在等筛指导下进幸亍懿舔究 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，论文中不寇含其链人已经发表或撰写遗的萋暑变残祭，也不包 含为获得南京邮电学院绒其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一嗣工作鳆月惑对本研究所做的任 哥贾献均已在论文中幸# 了 明确的说明并表示了谢意。 研究嫩签名：撼盎日期：塑堕蚴 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中豳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鹃复印件弱惫予文档，可以莱瑗影露、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。除在保密期内的傈鬻论文外，允许论文被遣阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登毒授权 南京邮电学院研究生都办理。 礤褒玺签名：雀盎。墨导矮签名；塾! 至毽期；塑渊 南京邮电学院蹶土研究生学像论文 第1 章4 l 言 第1 章引言 信息技术的飞速发展，使得人们对网络褥倍的需求也随之不断掇高，希凝打 破不阕的地域或客观条 牛的制约，能够“实现任俺人( w h o e v e r ) 在任何时候 ( w h e n e v e r ) 的任何地方( w h e r e v e r ) 与任何人( w h o e v e r ) 进行任何方式 ( w h a t e v e r ) 靛逶售”的基撼。l 乍为个人逶镱的一个莛要数缀威部分，无线鼹域 网已经掀起了移动计算的新浪潮，在现在以及未来的社会生活中已得到或将得到 ，。泛熬应用。w 己a k 煞主要应蠲范辫有： 在移动工作环境下，向移动计算机用户提供访问信息网络资源的服务； 应焉予稿对缀网帮难以布线的场合，翔灾难後复、短时间静商丽系统稻大 型会议； 可作为有线网络的无线延伸，也可作为l a n 的无线胬代。 在简要分绍w l a n 的基本概念瓣基础上，本章埯给出俘卷主瑟的硬究工作 和整个文章的组织安排。 1 1 无线局域网的含义和特点 顾名思义，无线局域网( w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k s ，w l a n ) 就是猩局部 区域蠹以无线( w i r e l e s s ) 套蔟( m e d i u m ) 遘萼亍通信验无线阚络，怒计算娥网终 与通信技术拥结合的产物。 麓蓠，簸丈数兹线爨域孵襄监缝绥是无线绫太瓣联滚( w i r e l e s se t h e m e t c o m p a t i b i l i t ya l l i a n c e ) ，其目标是对符合i e e e8 0 2 1 l 系列标准的光线局域网产 品迸行兼容榷认 歪，经试 芷箱的产赫可标注w i f i ( 对于i e e e8 0 2 1 1 h g 产品) 和w i ，f i 5 ( 对于i e e e8 0 2 1 l a 产品) 。 作为传统有线嗣络的惩伸( e x t e n s i o n ) 、补充( c o m p l e m e n t a t i o n ) 或替代 ( a l t e r n a t i v e ) ，无线局域网垮以下馓点： 移动性( m o b i l i t y ) 灵遗 耋( f l e x i b i l i t y ) 可大规模部瓣( s c a l a b i l i t y ) 南隶邮电学院硬，土班究生学位论文 棼l 章i l 斋 经济憾( e c o n o m y ) 1 2 本文的背景和主要研究工作 当前，通信领域最流行最关键的三个方顾就是无处不在、随心所欲、宽带和 无线。随着无线通信褥鄹是移动通信的发展，办公室和家庭僚息纯的推广，以及 互联网的普及，计算机和外设的不断增加，追切需要构筑一种能够随时随地随心 所欲的宽带无线网络。无线局域网顺时应势，风生水起。成为通信市场上的一个 亮点。据d t a q u e s t 公嗣报道，2 0 0 2 每大约2 0 的笔迎本电黢其袁w l a n 功能， 而2 0 0 4 年就翻了一番，预计2 0 0 7 年将进一步提高到7 8 。i n t e l 的“迅驰”笔 迓本魄薤最大麴卖患就是在主凝投蕊片中祭或了w l 磷释终功糍，擞鞔蕊 w i n d o w s x p 开始，在菸产品中内建了w l a n 的支持。此外，各大电信运营商也 帮争先恐后攘氆无线t s p 监务，佼褥w l a n 市场逐遽膨蒎。在我国，中国移动 ( g p r s + w l a n ) 、中国电信( 天翼通) 、中国网邋c n c ( c i bb e c t e d ) 和中国 联通( c d m a 2 0 0 0l x + w l a n ) 陆续推出了自己的无线上嗣运营业务，歼拓了 w l a n 新的废用领域鄱应用方式。 a p 是w l a n 最蘸要的飙网单元。实现a p 不但具有巨大的商业价值，还可 蔓为科辑提拱一个伐照兹试验平台。本文鹾究黪焦点跫懿每褒l i n u x 环境中实瑗 集成有漫游和保密功能的a p 设备。l i n u x 是开放源代码的操作系统，在g p l 协 谩”l 诲可下，霹鞋添麴零彗掺改雨核模块捩瑟馕系统清足我铜靛要求。在瓣磅工 乍 中，l i n u x 已经成为主流操作系统。h o s t a p 楚一套开放源代码的a p 管理软件， 蘑静濒处于开发输毅。使奔lp r i s m 的无线两域网套片，参照h o s t a p 代码，作者 成功的在a r m 9 和u c l i n t l = x 嵌入式平台上，实现了可蕊用化的无线局域网接入点 设备，其软件系统的结构如蹋1 1 所示。作者所做的工作集中在图1 1 中的阴影 框慝中。本文将忽略最上层的图形熙户爨西靛设计，把重心教在a p 设备w l a n 服务的实现上。 本文第2 牵篱娶套鳐i e e e8 0 2 。l l 援范。暹售设蠢懿秀发，零婺严格按照遥 信规范的要求进行。a p 是w l a n 的重要组网设备，需要完成i e e e8 0 2 11 标准 靖箕提高酌葫链要求。焉对戴章各栋准窥范葫戆分橱帮设诗实疆，瓷藏掏减了下 面几肇的内容。 南隶邮电学院碗士研究生学位论文 第1 鼙g 言 用户窝阕 嘲形用户界面 h t t p d f t p d l | t e l n e t d 艘守护程枣 内核窝间 命令行管理界面j t c p u d p 管理念令解辑 习l ；c 溉；龋”融 t f t p 管i 服务进程 型 i e e e i t 0 2 1 la p 基本管理 以太网 驱驱秘程謦l 序l 驱动程序驱动程序 l| j 霭1 1 软件系统结构圈 本文第3 章实王冕a p 黪r s n 支持，本部分功麓塞錾1 1 中a p 守护程疹代羁 实现。r s n 为弥补i e e e8 0 2 1 1 的发全性漏洞，放弃了历来被人诟病的w e p ， 代之以i e e e8 0 2 ，l x 认涯框絮主楚嚣潞握手密镇分配梳截。忿章在详绥夯缮这 机制的细节和实现的基础上，提出了一个三路握手的改进方察。改进方案针对无 线媒质的特慷，提商了系统性能。 本文第4 章实现a p 对移动性蛰理的支持，本部分功能也出图1 - 1 中a p 守 护程序代码窳现。s t a 的移动有三种层次，分别为限于b s s 内，b s s 间且e s s 内霉氍e s s 阉。i a p p 针对e s s 范霞漆s t a 的移动性，提出了标准鹣瀵息格式靼 切换流程。此章详细设计了这些消息在操作系统中的传输通道，并提出了i a p p 熬分级实瑗方法。 本文第5 章实现软硬件之间的接口和a p 的基本用户管理功能，这两项功能 对应于鹜i l 中雨孩部分豹两个鞘影框。i e e e8 0 2 1 1 是冤线届域丽物瑗层和 m a c 层规范，许多芯片厂商都推出套片，实现规范中定义的基本功能。作者使 用的p r i s m 系捌套片蠲就是其中一例。根据p r i s m 骡动程序员手册嘲在l i n u x 操 作系统中编麓设备驱动程序，并在此基础上实现a p 豹网络餐理功能就构成了本 章的核心内容。 露塞邮晦学院矮士辑究生学证蹙文茧1 章l 言 本文第6 章按照钡4 试理论，设计了a p 设备的测试方案，收集了测试数撼。 证明作者自行设计的a p 在功能上已经涵盖了第2 章晌规范甏求，并在性能上已 经达到或超过了市场上同类产品的水平。从蕊褥出我们的开发已经成功地结论。 举文第7 常依托新技术，替代旧平台，承前启后，展望未来。此章在总结全 文熬鏊越上，凑眼硬传平台，替换璎骞芯冀，绘窭一令宠全翔主熬m a c 实疆方 案。此方案根据软件冤线电的思想，核心是利用通用信号处理芯片替代媒体接入 控裁蕊冀，袋蠲d s p 技术实溪芯片h f a 3 8 4 2 提供静族入算法。最焉，诧章袋望 了基于s o c 和s o p c 技术的a p 设备硬件平台的搭建，并结柬全文。 1 3 本章小结 本章综述作者的工作和全文的缀织情7 兄，；f 入了无线局域网的概念，介绍 了无线弱域瓣戆含义程特点。最螽，本章给溉作者参与磁茇鹃a p 的功能框黼， 并给出了下面各章节的内容提要。接下来的一章，会比较全佩的介绍w l a n 的基 础知识。 4 褒京耀电学院醺：b 耩究生学位论文 第2 章髭线昂域鼹麓赍 第2 章无线局域网简介 本章简单给出w l a n 的体系结构，共分5 节。第l 节从常规o s l 分层结构开 始，逐步弓l 出与w l a n 奇关i e e e8 0 2 。1 t 协议族蚤标准。第2 节套缨w l a n 豹缀网 原理，并重点阐述网络中a p 提供的所有m a c 服务。第3 节详细分析了m a c 帧各 字段靛内容势讨逡tm a c 峻载交蔓流程。最震一节会对本耄蠹容遗行小结。 2 。1 携议 无线餍域霹鲍掺议体系定义w l a n 的逻辑结橇。协议保证嚣予管理辩裹效 的通信过程，无线网络设备的研发，需要以协议为依据。下丽给出几个与w l a n 超关戆重要论议标毽。 2 。l 。lo s 彰捌鹱 为了绘不目诗舞提之润靛互联鞠互操露提供攘应戆蔽蒎稼准，国舔檬疆纯 组织( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ，i s o ) 提出了开放系统互联( o p e n s y s t e mi n t e r c o r m e c t i o n ，o s i ) 疆参考摸墅( r e f e r e n c em o d e l ，r m ) ，定义了彝秘计 算机连接标准的框架结构，为连接分布式应用处理的开放系统提供了基础。 服务访问点s a p 嘲2 10 8 i 和l a n 协议层次豳 o s i 采用了层次化结构的构造技术，为研究、设计与实现网络通信系统提 供了凌能上； 羹概念主豹疆絮缝擒。遴过分晷，逛一个复杂豹阏蘧麓分为不简豹局 部问题，并舰定每一层所必须完成的功能。在同一体系结构的上层和下层之间， 自 南京邮电学院硕酶究生学能论文 第2 章菇线局域鼹楚舟 下层为上层提供服务，上层悬下层的用户。樱邻高层协议通过不同的服务访闻点 ( s e r v i c ea c c e s sp o i n t ，s a p ) 调用低鼷协议 o s i r m 楚一个七层模型，如图2 - 1 所示。在下露的三鼷之阀的连接由邋售 子网( c o m m u n i c a t i o ns u b n e t w o r k ) 来完成。w l a n 就属于通信子嗣层。 2 1 2i e e e8 0 2 i e e e 于1 9 8 0 年成立的i e e e8 0 2 委员会专门从事局域潮协议的标准化工作， 它给l 唆匏基于o s i r m 的局域网参考模型只涉及0 s l ，r m 戆物理墓秘数攫镶翳 层，如图2 1 所示。【i j 图可知，数据链路层又被分为两个子层，即逻辑链路控制 ( l o g i e a ll i n kc o n t r o l ，l l c ) 予藩帮媒薅访润控裁( m a c ) 予瑟。l l c 涎引入， 加强了数据链路层的功能，提供网络层中的露址、排序、流撬控制和差错控制等 鞭务。l l c 艨豹主簧任务蔻完成两通信实体之闽一条点到点逻辑谶路上的数据 帧的传输与控制，而把信道资源分配任务交绘了m a c 。 i e e e8 0 2 1 5 1 委员会给出的局域网协议体系如图2 + 2 所示，它由一系列的标准 按议构成，联藏包括i e e e8 0 2 i i e e e8 0 2 2 0 。 。 l 一，! ! ! ! ! 生一。 嘲卧垣连 f 广 r 一一匠丽i 一r 一 i f 三二= 二二二= 二二二= 二二二= 三 引引l _ 婴里望一j “。 引同网面际i e e e i m 匠a c 2 1 3i e e e8 0 2 1 l x 图2 2i e e e8 0 2 局域网协议体系结构图 i e e e8 0 2 1 1 t 6 1 系列标准在i e e e8 0 2 家族中的位鼹如图2 2 所示，它和i e e e 8 0 2 。3 等m a c 一起，莛享一个统一豹l l c 簇。 在i e e e8 0 2 11 系列标凇中，通骺把相对复杂的物理层进一步划分为物理层 会聚过程( 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、物理媒体依赖 ( p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t ，p m d ) 子层和物理层管理子层。p l c p 予层将m a c 6 南京邮电学院硕士辑究生学能论文 第2 章受线局域燃簿套 帧映射到媒体上，主要进行载波侦听的分析和针对不同的物遐层形成相应格戏的 分组。p m d 予层用于识别相关媒体传输的信号所使厢的调制和编码技术，究成 这些帧的收发。物理屡管理予层为物理层进抒信遒选择和协调工l 乍。 m a c 层也分为m a c 予联和m a c 管理予层。m a c 子朕负责访问机制的实 褒秘分缝懿爨分与夔缀。m a c 篱理予藩受费e s s 教步管理、宅添管淫以及联结 建立、解除和重建等过程的管理。 i e e e8 0 2 1 静螽续工作组( t a s kg r o u p ，t g ) 分鬟在不阕翡层疆，给i e e e 8 0 2 1 l 规范的功能作了不同程度的增强。综合考虑多个标准工作组的研究情况， 可以给出i e e e8 0 2 1 l x 标懑较为完整的协议体系，如图2 3 所示。下面从传输速 度、服务质量、漫游和安全暇个方面简要介纲这些嚣续规范。 p h y | e e e8 0 2lll j 2 m b p s2 , 4 g h z l e 8 0 2 j a5 4 m b p s m 赋o f d m5 g h z i e e e8 0 21 l bl i m b p s m 找c c k24 g h z i e e e8 0 21i g5 4 m b p si l l a xo f d m24 0 t i z 豳2 3i e e e8 0 21 1 x 标准较为完整的协议体系豳 健输速痊 幽于i e e e8 0 2 1 l 速率最高只能达到2 m b p s ，不能满足人们的需要。t g a 、 t o b 、t g g 和t g n 瀚个工作组先后成立，制订相关标准，为i e e e8 0 2 1 l 撼速。 1 e e e8 0 2 1l a ：予1 9 9 9 年通过，扩充了无线局城网鲍物理层，娥定该层使耀 5 g h z 频带。该标凇采用弧交频分复用( o f d m ) 调制数据，传输速率范围为 6 - 5 4 m b p s e i e e e8 0 2 1 l b ：于1 9 9 9 年通过，是i e e e8 0 2 1 l 标准物理层的另一个扩充， 援囊莱蠲2 。4 g h zi s m 叛繁，调翻方法采霸替褛编璃键控( e c k ) 。c c k 来源予 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 南京船瑰学院硕士磷究生学位论文第2 章蠢线局域卿麓舟 站之间的距离过长或者干扰太大，信噪比低于某个门限时，传输速率能够从 li m b p s 自动降到5 ，5 m b p s ，或者根攒赢接i 芋- y 0 扩频技术调整到2 m b p s 或1 m b p s 。 i e e e8 0 2 1 l g ：予2 0 0 2 零通过，该标准暴用正交频分复用( o f d m ) 调制数 据，允许最火传输速率为5 4 m b p s ，倦仍旧工作于2 4 g h z 频段，与i e e e 8 0 2 1 i b 标准爨容。 i e e e8 0 2 1 i n ：2 0 0 3 年t g n 成立，计划将w l a n 的传输速率提离到1 0 8 m b p s 隧上，最裹逮率霹达3 2 0 m b p s 。一墅b 3 g 静关键技术，螽o f d m 、m i m o 、智 能天线和软件无线电等，将广泛应用于无线局域网中，以提升系统性能。届时， m a c 层赣结构也褥褥虱优纯，网络吞吐性能会有较大的飞跃。 服务质量 i e e e8 0 2 1 l e ：改进和管理w l a n 的服务质量( q o s ) ，保证能在i e e e8 0 2 1 l 无线网络上遴行语誊通信和漉媒体的传辕。在一些对时延鸯严格要求靛业务( 懿 话音、视频等) 中，q o s 是非常重要的指标，因此i e e e8 0 2 1 l e 在m a c 层加入 tq o s 功能，其中的漫会秘调功能( h y b r i dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，h c f ) 胃瞄蕈 独使用或综合使用基于竞争和基于轮询两种信道接入机制。m a c 艨采用的是与 以太阚不蠢豹露分多螽 = ( 两m a ) 秘t 议，并对重要遇信增热额努纠镑功能。 漫游 i e e e8 0 2 1 l f 卵接入点内部协议( i n t e r - a c c e s sp o i n tp r o t o c o l ，i a p p ) ，该标 准的目标是改善i e e e8 0 2 1 l 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) 或者程接入设备间漫游。 逶常w l a n 的接入点设备可能寒塞不网魄制造囊。如聚没有i e e e8 0 2 。l l f ， 运营商只能安装同- n 造商的产品。为了鼓励竞争，i e e e8 0 2 1 1 f 彻底消除产品 选择熬蔽裁，镳稼蚕霹丧造褒之阖产品竣聂搡箨瞧。 安全 i e e e8 0 2 1 l i ：璜强w l a n 的认涯、签税、记涨和保密机制( a u t h e n t i c a t i o n ， a u t h o r i z a t i o n ，a c c o u n t i n ga n ds e c u r i t y ) ，目的是为了克服i e e e8 0 2 1 l 在安全性方 面的不是。w l a n 在保证安全方面很重要的一环就是认证。由于i e e e8 0 2 1 1 i 只规定m a c 层的功能，露认证协议却定义在传输层，t g i 飙定使用i e e e8 0 2 1 x 作为w l a n 的认证协议。t o i 于2 0 0 4 年批准了i e e e8 0 2 1 l i 协议。i e e e8 0 2 1 x 、 赢隶郏逝学院颈圭颤究生学艇径文 第2 章蠢线羁域嘲麓奔 t k l p 以及基于a e s 的加密构成了i e e e8 0 2 1 l i 新安全标准的主要组成部分。 2 2 组网 本节将从物理组成、逻辑拓扑和服务功能三个方面简要介绍无线局域网的 组两情况。 2 2 1 物理缀成 秃线藩域网的典鍪物理缀成蟊鬻2 4 搿冢，由站赢( s t a t i o n ，s t a ) 、谈入点 ( a c c e s sp o i n t ，a p ) 和分布式系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，d s ) 等几部分组成。 围2 - 4 无线局域网的物理结构阐 s t a 识稳主瓿( h o s t ) 或终灞( t e r m i n a l ) ，楚w l a n 最基本豹组成纂元。 接入点类似蜂窝网的基站，是无线局域网最黧骚的组成单元。 分布式系统是连接基本服务集到其它塌域网单元的系统 2 2 2 逻辑拓孝| 、 w l a n 酌拓扑络梅分为蠢组绫( a dh o c ) 和基獭结构( i n f r a s t r u c t u r e ) 两神 类型，两a p 只用于屠拓扑类型的网络。 囱组织拓扑的基本单元是独立綦本服务集( 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 ) ，每个i b s s 至少由聪令s t a 缀成。在可以壹接通信弱范围内，i b s s 中任 意s t a 之间冗需a p 转接即可直接通信。 9 禹表蜒电攀# e 嫒士鹾究生学瓴论文 嚣2 章蠢线焉壤秘壤分 揍础结构拓扑包括分布式系统媒体( d i s t r i b u t i o ns y s t e mm e d i u m ，d s m ) 、a p 和端髑实体等组成部分，至少包含一个a p 。a p 是b s s 的中心控制器，为b s s 蛉s t a 提供棚互通信秘寿线刚终接入鼹务。 2 2 。3 服务功畿 笼线局域网鲍不阅层次都有相应救服务。铡如，应魇层服务主爨畜e m a i l 、 f t p 、w w w 等。与w l a n 体系结构和工作原理密切相关的服务主骚有两种类 型，朝s t a 服务( s s ) 黎分泰式系绫骚务( d s s ) ，蜒老均聪予m a c 层鼹务。 i e e e8 0 2 + 1 1 标准定义了九种服务。其中，m s d u 传送、分布( d i s t r i b u t i o n ) 露集藏( i n t e g r a t i o n ) 三释薅来簧翁数据，箕众六释瘸子管理绦作。 2 2 ，3 。1s t a 凝务 议谨 i e e e8 0 2 1 1 标准支持支持开放系统认证( o p e ns y s t e ma u t h e n t i c a t i o n ) 和共 享密绸谈涯( s h a r e dk e ya u t h e n t i c a t i o n ，后者执行有线等徐豢密( w i r e d e q u i v a l e n tp r i v a c y , w e p ) 算法。 藤豫毫走证 要终止某存在的认证，需蒙唤醒本服务。在e s s 中，认证是联结的先决条 件，辫此解除认证就能使s t a 解除联结。解除认证服务可由任何一个联结实体 ( s t a 或a p ) 唤醒。它是一融通知型服务，不能被经键一方拒绝。 保密 i e e e8 0 2 1 1 橱臻提供w e p 服务，i e e e8 0 2 1l ；舔准撵供霹选憋a e s 黢务。 m s o u 传送 本服务灞来承载上层的数据业务。 2 。2 。3 2 分考式系统凝务 联绥 为了在d s 内传递消息，对于给定的s t a ，分稚式服务需要知道接入哪个 i o 南京邮电学院硕士研究生学位论文第2 章无线局域嘲懿舟 a p 。在s t a 允许通过a p 发送数据消息之前，应首先与某一a p 建立联结 ( a s s o c i a t i o n ) 。莱一丑寸刻，一台s t a 只允许和一个a p 联结。联络通常幽s t a 发起。一个a p 可以同时联结多个s t a 。 重新联结 当s t a 发生链鼹曾切换，需要与一个凝的a p 建立联结时触发零服务。 解除联结 要终止一令已磐在弱联绫时本援务疆嚷醒。宅蠲寒遂氯d s 删除已存在瓣联 结信息。本服务可由s t a 或a p 发起，属于通告型服务，