（通信与信息系统专业论文）无线局域网的分组调度算法及mac协议模型研究.pdf

山东大学硕士学位论文 符号说明 a pa c c e s sp o i n t 接入点 b s ab a s i cs e r v i c e 觚a 基本服务区 b s sb a s i cs e n ，i c es e t 基本服务集 c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 码分复用 c f p c o n t e i l t i o n 丘e ep 耐o d 无竞争阶段 c p c o n t 铋t i o np 甜o d 竞争阶段 c s m 们ac a r r i e rs e 邶em u l t i p l ea c c e s sw i t l lc o l l i s i o na v o i d a n c e 载波侦 听多路访问冲突避免 c s m a c dc a r r i e rs e i l s em u l t i p l ea c c e s sw i mc 0 1 l i s i o nd e t e c t i o n 载波侦听 多路访问冲突检测 c w d c f d i f s d s s s e d c f 功能 e s s f c c f h s s h c f i e e e 程师协会 l l c m a c m i b c o n t e n t i o nw i i l d o w 竞争窗口 d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t e df u i l c t i o n 分布式协调功能 d i s t r i b u t e dh l t e rf 姗es p a c e 分布式帧问间隔 d i r e c ts e q u e i l c es p r e a ds p e c t r l 腿直接序列扩频 e n h a l l c e dd i s t r i b u t e dc 0 0 r d i n a t e df u i l c t i o n 增强的分布式协调 e x t e i l d e ds e i c es e t 扩展服务集 f e d e r a lc o i l l l n u i l i c 撕o n sc o m m i s s i o n 美国联邦通信委员会 f r e q u e i l c yh o p p i n gs p r e a ds p e c 帆l m 跳频扩频 h y b r i dd i s t r i b u t e dc 0 0 r d i n a t e df l l i l c t i o n 混合式协调功能 i i l s t i t t eo fe l e c t r i c a la n de l e c 的i l i c se n g i n e 既美国电气电子工 l 0 昏c a ll i i l l 【c o n 们l 逻辑链路控制 m e d i 啪a c c e s sc i o n t r o l 媒体接入控制 m a n a g 锄e l l ti n f o 咖a t i o nb a s e 管理信息库 山东大学硕士学位论文 m p d u n a v o f d m p c f p i f s p l c p p m d p q q o s r t s c t s s i f s t n c 岍q w i f i w l a n 降冗露 6 m a cp r o t o c o ld a t au n i t sm a c 层的协议数据单元 n e 觚o r ka l l o c a t i o nv e c t o r 网络分配矢量 0 r c h o g o n a lf r e q u e l l c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用 p o i l l tc 0 0 r d i n a t e df u n c t i o n 点协调功能 p o i n tc o o r d i n a t i o n1 1 1 t e rf r a m es p a c e 点协调式帧问间隔 p h y s i c a ll a y e rc o n v e 唱e n c ep r o t o c o l 物理层汇聚协议子层 p h y s i c a lm e d i 啪d 印e 1 1 d e n t 物理介质依赖 p r i o r i t yq u e u i n g 优先级队列 q i u a l 时o f s e r v i c e 服务质量 r e q u 骼tt 0s e i l d c 1 e a rt 0s e i l d 请求发送准备发送 s h o r tn e rf r a m es p a c e 短帧间间隔 t e m i n a ln o d ec o r l 仃o l l e r 终端节点控制器 w e i 曲t e df a i rq ! u e u i i l g 加权公平队列 w l e s sf i d e l 时无线保真 w i r e l e s sl 0 c a l 舡e an e 咐o r k 无线局域网 w e i 咖e dr o u l l d r o b i n 加权循环调度 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： 霾耳拉 日 期：坳丕。，丛 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： 圣篁翌选导师签名 山东大学硕士学位论文 中文摘要 无线网络通信作为新兴的通信技术在日常生活中的作用越来越大。无线局域 网是2 0 世纪9 0 年代计算机网络和无线通信技术相结合的产物，它使用无线信道来 接入网络，与传统的有线网络相比，无线局域网具有安装便捷、使用灵活、经济 节约和易于扩展等优点，为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手 段，并成为宽带无线接入的有效途径之一。 i e e e8 0 2 1 1 标准是目前应用最为广泛的无线网络标准。本文首先在第一章对 无线局域网的发展历史及现状、现有标准及特点等做了简单介绍。第二章对i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的结构、物理层做了简要说明，对m a c 层做了详细的具体分析， 其中重点对d c f 机制进行分析。 由于无线局域网的所有节点共享无线传输信道，将导致节点问数据分组的碰 撞。这种由于节点同时发送数据分组导致数据分组的碰撞产生，影响系统的性能。 在网络节点数目较少时，数据分组的碰撞较少，但是随着节点数目的增多，网络 负载的加重，数据分组的碰撞对系统性能的影响越来越重。 针对以上所提到的问题，本文在第四章中，基于单调范围内的网络模型，对 高负载的网络系统性能进行了研究。针对在高负载情况下的网络性能严重恶化的 情况，我们提出了基于竞争窗口的分组调度算法及其改进算法，该算法很好的提 高了网络性能。 基于载波检测碰撞避免的分布式接入机制是m a c 层的最大特点。关于分布式 接入机制的研究，目前已经有了许多的模型，但是考虑的条件不全面，为此，我 们提出了新的模型，其更加贴近协议，并且比较了几种分析模型的网络性能。利 用提出的新模型，我们研究了在基本访问机制和r t s c t s 访问机制下初始竞争窗 口对网络系统性能的影响。前面的模型研究都是基于饱和条件的，在此基础上， 我们提出了非饱和条件下的m a c 协议马尔可夫模型，研究了吞吐量与网络非饱和 程度之间的定量关系。此外，我们还研究了非理想信道情况下的网络性能。通过 研究m a c 协议模型，我们还提出了一种提高系统性能的简单方法，该方法通过修 山东大学硕士学位论文 改退避计数器的恢复机制减少数据分组间的碰撞来改善网络性能。 最后一章对全文进行总结，并且指出了对下一步研究的展望。 关键词：i e e e8 0 2 1 1 ；无线局域网；分布式协调功能；分组调度算法；m a c 数学 模型 2 山东大学硕士学位论文 ， a b s t r a c t w i r e l e s sn e m o r kc o m m l m i c a t i o n sa r ea ne m e r g i f 培t e c h o l o g ya n da r eb e c o m i n ga n 嚣s e n t i a lf e a t u r eo fe v e r y d a yl i f e t h ew i r e l e s sl a nw a sm ec o m b i n a t i o np r o d u c to f c o m p u t 盯n e 咐o r ka n dw i r e l e s sc 0 锄吼i c a t i o nt e c h n o l o g yi nm e19 9 0 s np r 0 、，i d e d l ea c c e s st 0n e t 、】 ，o r kv i aw i r e l e s sc h 锄n e l c o m p a r e dw i t ht l l e 仃a d i t i o n a le m 锄e t ，i t h 嬲m a i l ya d v 趾t a g e s ，s u c h 懿c 0 n v 朗i 髓ti n s t a l l a t i o i l n c x i b l eu s a g e ，s a v i n gm o n e y 锄d e 弱yt o e x t e r l d nc ( u l db eap o t 明t i a lm e t h o df 0 rt l l e f u t u r et e l e c o m m u l l i 洲o n ： m o b i l i 劬p e r s o n a l i t ya n dm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o i l ，姐di ta l s 0c 锄et 0b e 锄e 硒c i 铋t b r o a d b a i l d 、析r e l e s sa c c e s sm e c h a n i s m t h ei e e e8 0 2 1 1s t a n d a r di s l em o s tw i d e l yl l s e dw i r e l e s sb 心ls t 锄d a r dt o d a y f i r s y t l l ef i r s tc h a p t e rb r i e n yi i l 仃d d u c c st l l e1 l i s t o r 弘s t 咖si i lq l l o ，s t a n d a r d 孤d 矗龇l 】r 鼯o fw i r e l e s sl a n i i lc h a p t e r2 ，m es 仃u c t i l r e 锄dp h y s i c a ll a y e ro fw i r e l e s sl 州 i s 嘶e n yi n 仃o d u c e d ，b u ti n 仃o d u c i l l gm em a cl a y e ri nd e t a i l ，e s p e c i a l l yf o rt h e m e c h a i i l i s mo fd i s n 曲u t e dc o o r d i n a t i o n 劬c t i o n b e c a u s ea l lo f t l l en o d c si l lt l l cw i r e l e s sl nw h i c hi sas i l l 哲eh o pn e 觚o r ks h a r c 圮w i r e l e s sc h 锄e l ，i t1 e a d st om ec o l l i s i o no fd a t ap a c k e t sw i l i c ha r e 舶md i f i 研e n t n o d 岱t h ec 0 l l i s i o no fd a 协p a c k e t sw h i c hi sc a u s e db yt h en o d e st l l a ta r es e n d m gd a _ t a p a c k e t s i i lt l l es 锄es l o tr e s 仃a i nt 1 1 ep e r f 0 肌觚c eo ft l l en e t w o r ks y s t e m w h e nt 1 1 e r ea r e f i e wn o d e si i lt l l en e t 、) l ，o f k ，m ed a t ap a c k e t sr a r e l yc o l l i d ew i t l l 朗c ho t h b m 懿t l l e m 如【l b e ro fm en o d e si n c i e a s e s ，m el o a do fn e 俩o d 【b e ；0 m e sh e a v i e r m ec o l l i s i o no f d a t ap a ( 汰e t si sm o r e 锄dm o i es e v e r ew h i e hw i l lb a d l y 甜i i e c tt l l ep e r f o 仃n a n i c eo f n e t w or ：k c o r r e s p o n d i n gt 0t l l ea b o v e m 锄t i o n e dq u e s t i o i l i nt h ec h a p t e r4 ，t l l ep 确n n a n c e o fn e t 、) i ，o r ki i ll l i g m y1 0 a d e dn e t 、) i ，o 出i sr 鼯e a r c h e db a s e do nm en e t 、) l ，o r km o d e lw m c hi s as i i l 酉eh o pn e t w o 出m i n ga tt l l es i t u a t i o no fm ei n e 伍c i e i l tu t i l i z a t i o no fc h 锄c li n h i g i l l yl o a d e dn e t 、) l ，o d ( w ep r o p o s eap a 凼e ts c h c d u l i n ga l 鲥t l l mb a s e do nc o n t e n t i o n w i i l d o w 觚di t si i i l p r o v i e da l g o r i t h m ，b o t l lo fw 1 1 i c hg r e a t l yi m p r 0 v et l l ep e r f - 0 n i l 锄c eo f m en e t 、) i ，o r k t h ed i s t r i b u t e da c c e s ss c h 锄eb a s e do nc s m 刖c ai sm em a i nf j 兽a n l r eo ft h em a c i a y 睨髓e r eh a v eb e e l lf - e wm o d e l st 0a n a l y s i st h en 幽r kp 刊0 n t l a n c eb a s e do n 3 山东大学硕士学位论文 d i s t r i b u t e da c c e s ss c h e m e ，b u tw ep r o p o s ean e wm o d e lw h i c hc o n s i d e r sm o r e c o n d i t i o n s ，a n da l s oc o m p a r em en e 咐o r kp e r f o m a l l c ei ns e v e r a la 1 1 a l y t i c a lm o d e l s a c c o r d i n gt ot h en e wm o d e l ，w es t u d yt h ei n i t i a lc o n t e n t i o nw i n d o wh o wt oa 岱：c tt h e n e 咐o r kp e r f 0 m 锄c eo fb o t hb 商ca i l dr t s c t sa c c e s sm e c h a m s m s m o r c o v w e p r o p o s et h em a r k o vc h a i nm o d e li nn o n - s a t u u a t e dc a s e t h ei m p a c to fn o n - s a n j r a t i o n d e g r e eo nt h et h r o u g h p u to f b o t l lb a s i ca l l dr t s c t sa c c e s sm e c h 撕s m sa r ea n a l y z c d 锄dc o m p a r e d w ba l s os t u d yt i l em r o u 曲p u to fi e e e8 0 2 1 li np r e s e n c eo fn o ni d e a l t m s m i s s i o nc h a l l i l e l a tl a s t ，w e p r o p o s eas i m p l em e t h o dt oi n l p r o v en e t w o r k p 幽m a l l c e ，w r h i c hi st oc h a l l g et h er e c o v e d ，s c h e l t l eo f b a c k o f rc o u n t 筑 i l lm e1 a s tc h a p t e r ，t h em a 洫r e s e a r c hr e s u l t sa r ec o n c l u d e d ，a i l dm e 如r t h e rr e s e 删l p r o s p e c ti sp o i n t e do u t k e yw o r d s ：i e e e8 0 2 1 l ，w i r e l 鹤su 蝌，d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o n 缸l c t i o i l p a c k e t 4 s c h e d u l i n ga l g o r i t l 瑚，m a cm a t h e m a t i c a lm o d d 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 近几年来，网络技术发展日新月异，正向着更快、更稳定和更安全的方向发 展。其中以无线技术为依托的无线网络的发展尤其引人注目。无线接入技术在国 内外得到了迅速的发展，无线接入技术的产品目前已经得到了广泛应用，并且对 传统的有线局域网模式形成了强大冲击，以i e e e8 0 2 1 l 【1 1 ，g s m ，g p r s ，c d m a ， b l u e t o o t h 等协议为代表的无线接入技术相继出现并得到了长足的发展。在这些方 案中，以i e e e8 0 2 1 1 协议在无线的伊网络中接入方面最为成功。 1 1 无线局域网的发展历史及现状 随着无线通信技术和因特网的飞速发展，人们对可携带、可移动的计算机或 工作站的需求日益增长。无线局域网不仅可以实现许多新的应用，还可以克服线 缆限制引起的不便性，解决某些特殊区域无法布线的问题。目前，无线局域网己 经被广大用户作为无线接入宽带网络的一种重要方式来使用，很多场所都配置了 w i ，a n ，例如：飞机场、大学校园、公司及商场等。 无线局域网是指去除了传统网络中的网络传输线缆，利用微波、射频等无线 技术，取代旧式的双绞铜线构成网络，提供传统有线局域网的所有功能。网络所 需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，更重要的是能够随需移动或变化， 使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便 利走天下 的理想境界。 无线网络的初步应用，可以追朔到二次世界大战期间，美国陆军采用无线电 信号进行资料的传输。他们研发出了一套无线电传输技术，并且采用相当高强度 的加密技术。当初美军和盟军都广泛使用这项技术，这项技术让许多学者得到了 一些灵感，1 9 7 1 年夏威夷大学的a l o h a n e t 研究课题首次将网络技术和无线电通 信技术结合起来。a l o h a n e t 通过星型拓扑结构实现了分散在4 个岛上的7 个校园 内的计算机可以利用无线电方式和位于瓦胡岛的中心计算机通信，而不必使用低 7 山东大学硕士学位论文 质高价的电话线路，且能提供双向数据通信。 2 0 世纪8 0 年代，美国和加拿大的业余无线电爱好者和无线电报务员们设计并 建立了终端节点控制器( t n c ，胁n i n a ln o d ec o n t r o l l e r ) ，将分散的计算机通过无线 发报设备连接起来。t n c 工作起来就像现在的电话m o d e m 一样，把计算机数字信 号转换为无线电收发报机可以使用的无线电模拟信号，然后再利用分组交换技术 通过广播信道发送出去。 1 9 8 5 年，美国联邦通信委员会( f c c ) 授权普通用户可以使用i s m 频段，即工业、 科技和医学频段，从而使得无线局域网向着商业化方向发展。i s m 的工作频段在 9 0 2 m h z 5 8 5 g h z 。i s m 频段为无线网络设备供应商提供了产品频段，更重要的是 终端用户无需向f c c 申请就可以直接使用设备。正是由于i s m 频段对无线产业产生 了巨大的积极影响，促进了无线局域网技术的发展然而，在没有统一标准的情况 下，供应商各自为政，都在开发私有的无线电设备，从而在一定程度上限制了无 线局域网技术的发展。国际电气电子工程师协会( i e e e ) 8 0 2 工作组负责局域网标 准的开发，如以太网( 8 0 2 3 ) 和令牌环网( 8 0 2 5 ) 等。i e e e 8 0 2 1 l 工作组负责研究无线 局域网介质访问控制和物理层规澍引。 1 9 9 7 年1 1 月2 6 日，i e e e8 0 2 1 1 标准正式发布。1 9 9 8 年各供应商推出了大量基 于i e e e8 0 2 1 l 标准的无线设备。尤其是刚刚进军无线市场的商家更是大力支持 i e e e8 0 2 1 l 标准，大力开发基于i e e e8 0 2 1 l 标准的产品。i e e e8 0 2 1 1 产品的广泛 应用带动了i e e e 8 0 2 1 1 系列标准的研究工作快速发展，促进了人们对无线局域网技 术的研究。欧洲电信标准协会( e t s i ) 开展了h i p e r l a n 【3 】标准的研究工作。 进入9 0 年代以来，随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以 及多媒体终端的广泛应用，为了实现任何人在任何时间、任何地点均能实现数据 通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线，由固定向移动，由单一业务 向多媒体发展，更进一步推动了w u 心的发展。 无线局域网与生俱来的很多优越性决定了它的迅速崛起。如移动性、灵活性； 无线局域网具有无线网络移动性、灵活性的优点是毋庸质疑的，它提供无线覆盖 范围内的全功能漫游服务，使网络安装时间缩短，简化了很多困扰着网络主管的 复杂的安装与配置过程，增加用户或更改网络结构时灵活、经济。它的另一主要 优点是安全性。无线局域网的安全具有双面性，一方面无线局域网最早是作为军 8 山东大学硕士学位论文 事应用的，所以相对布线局域网而言，是更为安全的，这是因为首先其通信以空 气为介质，且频段广，难以窃听：另一方面无线局域网还有复杂的加密技术【4 】，对 于那些非法的接收者来说，截听并解读信号将异常困难。但同时安全性也是目前 无线局域网急需解决的重大课题之一。 早期w l a n 较慢的数据传输率成了其进一步发展的瓶颈。为此，i e e e u p 又相继推出了新的高速标准8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 l a ，直至目前的8 0 2 1 1 n 一系列标准，使得 w “悄的速度向前迈进了一大步。 i e e e8 0 2 1 l 是当前应用最为广泛的无线局域网媒体接入控制和物理层标准， 它是针对局域网的无线接入技术制定的，覆盖距离通常只有1 0 3 0 0 米，它解决的是 “最后1 0 0 米的通信接入。已经形成并正在市场推广应用的有8 0 2 1 1 、8 0 2 1 1 a 、 8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 1 9 。8 0 2 1 1 标准使用无牌照的2 4 g h z 和5 g h z 频段，速率可以达到 1 1 m b p s 、2 2 m b p s 以至5 4 m b p s 。w i f i 联盟是由采用i e e e8 0 2 1 1 标准的设备和器件 供应商成立的一个非赢利性组织，w i f i 己成为8 0 2 1 1 标准产品互通性的事实上的 权威性组织，其已成为8 0 2 1 1 标准的代名词。 1 2 无线局域网标准 标准，即协议，是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。其中，实体表 示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 无线接入技术区别于有线接入的一个显著特点是标准不统一，不同的标准满 足用户不同的需求。正因为这样，使得无线接入技术出现了百家争鸣的局面。在 众多的无线接入标准中，无线局域网标准更成为人们关注的焦点。w i f i 是无线 保真( w h l e s sf i d e l i 劝的缩写，其核心的w l a n 目前正得到迅速的推广。 现有的w “蝌标准有很多，例如：i e e e 8 0 2 1 1 系列、h o m e i 心、蓝牙( b l u e t o o m ) 【5 】【6 】、h i p e r l a n 等。但是应用最为广泛的是i e e e 8 0 2 1 l 系列。 1 i e e e8 0 2 1 1 系列 i e e e8 0 2 1 l 是i e e e 最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局 域网和校园网中用户和用户终端的无线接入，业务主要局限于数据存取，速率最 9 山东大学硕士学位论文 高能达到2 m b p s 。该标准中，射频传输标准是跳频扩频( f h s s ，f r e q u e i l c yh 叩p i n g s p r e a ds p e c 饥i m ) 和直接序列扩频( d s s s ，d i f e c ts e q u e i l c es p r e a ds p e c t m m ) ，工作在 2 4 g h z 2 4 8 3 5 g h z 。在媒体接入控制( m a c ，m e d i u ma c c e s sc o n 仃d 1 ) 子层中使用载 波侦听多路访问冲突避免( c s m c a ) 协议，处理数据业务是采用 i 玎s c t s p k t - a c k 方式。由于它在速率和传输距离上都不能满足用户日益增长的 需求，i e e e 又相继推出了8 0 2 1 1 b 【7 1 ，8 0 2 1 1 a 【8 1 ，8 0 2 1 ld 【9 1 ，8 0 2 1 1 d 10 1 、和8 0 2 1 1e 【1 1 】 等新标准。 i e e e8 0 2 1 1 b 工作于2 4 g h z 频带，调制方式采用直接序列扩频方式和补码键控 ( c l ( k ) ，物理层支持5 5 m b p s 和1 1 m b p s 两个新速率。它的传输速率可因环境干扰或 传输距离而变化，在1 l m b p s ，5 5 m b p s ，2 m b p s ，l m b p s 之间切换。在2 m b p s ，l m b p s 速率时可与i e e e 8 0 2 1 1d s s s 系统交互操作，但不能与l m b p s 和2 m b p s 的8 0 2 1 1 f h s s 系统交互操作。 i e e e8 0 2 1 l a 工作于5 g h z 的频带，它采用正交频分复用( o f d m ) 技术，物理层 速率可达5 4 m b p s 【1 2 1 ，这就基本满足了现行局域网绝大多数应用的速度要求。而且， 对数据加密方面，采用了更为严密的算法。但是，i e e e8 0 2 1 l a 芯片价格昂贵、空 中接力不好、点对点连接很不经济。空中接力就是较远距离点对点的传输。需要 注意的是，i e e e8 0 2 1 1 b 和工作在5 g h z 频带上的i e e e8 0 2 1 l a 标准不兼容。 2 0 0 2 年1 1 月1 5 日，i e e e 试验性地批准一种新技术i e e e8 0 2 1 l g ，使无线网络传 输速率可达5 4 m b p s ，8 0 2 1 1 9 是对8 0 2 1 1 b 的一种高速物理层扩展，同8 0 2 1 1 b 一样， 8 0 2 1 1 9 工作于2 4 g h z 的i s m 频带，但采用了o f d m 技术，可以实现最高5 4 m b p s 的 数据速率，与8 0 2 1 1 a 相当；并且较好地解决了w l a n 与蓝牙的干扰问题。8 0 2 1 1 9 与已经得到广泛使用的8 0 2 1 l b 是兼容的，这是8 0 2 1 l g 相比于8 0 2 1 1 a 的优势所在。 8 0 2 1 1 9 于2 0 0 4 年6 月1 2 日正式定案。 在媒体接入控制( m a c ) 层，8 0 2 1 l 、8 0 2 1 1 b 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 1 9 这四种标准均 采用载波侦听多路访问避免冲突c s m a c a ，这有别于传统以太网上的冲突检测 ( c s m a c d ) 。由于在射频传输网络中冲突检测比较困难，所以该协议采用改进后 的避免冲突检测代替在8 0 2 3 协议使用的冲突检测，使用信道空闲评估( c c a ) 算法 来决定信道是否空闲，通过测试天线口能量和决定接收信号强度来完成。 i e e e8 0 2 1 1 定义了无线局域网( w i r e l e s sl 0 c a la r e an e m o r k ，w l a n ) 物理层 i o 山东大学硕士学位论文 ( p h y ) 和介质访问控制子层( m a c ) 。在m a c 层，i e e e8 0 2 1 1 提供了两种信道接入 访问机制：分布协调机制( d i s t r i b m e dc 0 0 r d i n a t e df u n c t i o n ，d c f ) 和点协调机制 ( p o i n tc o o r d i n a t e df u n c t i o n ，p c f ) 。 d c f 是i e e e8 0 2 1 1 的基本的接入方式，是基于c s m c a ( c a r r i e rs e i l s e m u l t i p l e a c c e s s c o l l i s i o n a v o i d a n c c ) 的协议，站点竞争访问信道。研究表明d c f 采 用的避免冲突的退避算法过于简单，站点数过多时，信道吞吐量、丢包率和延迟 明显恶化。通过修改退避算法提高d c f 的吞吐率是当前的一个研究热点。d c f 无法 提供服务质量保证( q i u a l 时o f s e 州c e ，q o s ) ，不能满足语音、视频等实时业务的需 要。c s m a c a 使用i 汀s ，c t s 和a c k 帧减少冲突。c s m a c a 相关内容是在8 0 2 1 l 标准中定义的，8 0 2 1 l b ，8 0 2 1 1 a ，8 0 2 1 l g 等标准直接沿用。 p c f 是i e e e8 0 2 1l 提供的一个可选的接入方式。p c f 是基于轮询的信道接入机 制，能够为无线局域网提供一定的q o s 保证。p c f 将信道访问时间分成长度相等的 超帧，超帧包含无竞争阶段( c f p ) 和竞争阶段( c p ) 。在无竞争阶段，站点在无线接 入点的调度下轮流访问信道，得到一定的q o s 保证；在竞争阶段，站点利用d c f 竞争使用信道。 8 0 2 1 1 是m a c 层标准的基础，在此基础上，为了满足在安全性、q o s 等方面 的进一步要求，正e e 相继提出8 0 2 1 l e ，8 0 2 1 1 f 【1 3 1 ，8 0 2 1 l i 【1 4 】等标准。 8 0 2 1 l e 主要用来解决8 0 2 1 1 网的q o s ( 服务质量) 特性。它不像以太网那样采用 m a c 层，而是采用时分多路接入( t d m a ) 技术，并且对重要通信增加额外纠错功能。 8 0 2 1 1 e 主要体现在两项基本内容：一个是增强的分布式协调功能( e d c f ) ，它使重 要客户端的传输更优先；另一种是混合式协调功能( h c f ) ，它以一种有标记通过方 式支持确定和或然的混合信道访问。 此外，还有8 0 2 1 1 住要解决8 0 2 1 1 在网间互连方面存在的不足。用户在两个不 同的交换网段( 无线信道) 或两种不同类型无线网的接入点间进行漫游时，如何更好 地维护网络连接，使w l a n 具备与蜂窝电话相同的灵活性是该标准的主要任务。 8 0 2 1l i 是为了解决w l a n 的安全认证问题而制订的新安全标准。8 0 2 1 1 n 是新一代 高速w l a n 新规范，数据传输速率可达到5 0 0 m b p s 。 2 8 0 2 1 5 i e e e8 0 2 1 5 短距离无线接入标准就是人们所熟悉的蓝牙( b l u e t o o t h ) ，是一项新 山东大学硕士学位论文 标准，它同样工作在2 4 g h z 频段。对于8 0 2 1 1 来说，它的出现不是为了竞争而是相 互补充。蓝牙比8 0 2 1 1 更具有移动性，它不完全局限于办公室和校园内，能把一个 设备连接到l a n 和w a n ，甚至支持全球漫游。蓝牙设备具有功耗小、成本低、体 积小和连接方便等突出优点，只是在通讯距离和速率上较8 0 2 1 l 稍逊一筹，通讯距 离只有l o i i l ，传输速率仅为1 m b p s 。 3 h o m e r f h o m e r f 【1 5 】是i n t e l 力推的一种家用无线网络标准，是i e e e8 0 2 1 l 与增强型数字 无绳通信技术( d e c t d i 西t a le i l l l 柚c e dc o r d l e s st e l 印h o n y ) 的结合：当进行数据通信 时，采用i e e e8 0 2 1 1 规范中的t c p 口传输协议；当进行语音通信时，则采用d e c t 标准，主要特点是可以降低语音数据成本h 伽e r f 也工作在2 4 g h z 频段，能同步 支持4 个高质量语音信道，但是其传输速率只有1 2 m b p s 。 4 h i p e r l a n h i p e r l a n 由e t s i 提出，其系列包括四种标准：h i p e r i ，a n 1 、h i p e r l a n 2 【1 6 】、 户内无线骨干网标准h i p e r l i i l k 以及为户外访问有线基础设备的标准h i p e r a c c e s s 。 目前应用较多的是h i p e r l 州2 ，其工作频率为5 g h z ，采用o f d m 物理层和 t d m t d d 工作方式，传输速率最高可达到5 4 m b p s 。h i p e r l a n 2 与8 0 2 1 1 a 性能相 似，主要区别在m a c 层。由于h i p e r l a n 只是在欧洲范围应用较多，而且产品推出 较慢，影响力远不及i e e e 8 0 2 1 1 系列。 1 3 1w l 州的优点 1 3w l 州的特点 w l a n 利用空中的电磁波代替传统的线缆进行信息传输，可以作为传统有线 网络的延伸、补充或代替。相比而言，w l a n 具有以下许多优点【1 刀： 1 ) 安装便捷 同有线接入相比，w l a n 的建设和扩展只需设置或增加必要的接入热点( a p ) ， 就可免去传统方式搭建局域网所需的破墙掘地、穿线架管等繁杂的工作，而网络 功能不受任何影响，不但节约了高昂的线路铺设费用，运营维护也变的更加简单 方便。 1 2 山东大学硕士学位论文 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w l a n 建成后，无线接入的区域服务特性，完全改变了有线网络接入定位牲的限制，只 要在接入热点的覆盖区域内，可随心所欲的在任何位置上网冲浪。 3 ) 经济节约 由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发i f 民的需 要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计 规划，又要花费较多费用进行网络改造，而w l a n 可以避免或减少以上情况的发 生。 4 ) 易于扩展 w l 有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，w u 蝌就能胜任从 只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像“曼游 ( r o 锄i n g ) 等有线网络无法提供的特性。 由于w 蝌具有多方面的优点，所以发展十分迅速。 1 3 2 札州的局限性 w i a n 并非完美无缺，也有许多面临的问题需要解决，这些局限性实际上也 是w l a n 必须克服的技术难点。这些局限性有些是低层技术方面的问题，需要 w l a n 设计者在研发过程中加以考虑：有些则是应用层面的问题，需要使用者在应 用时加以克服和注意。 1 ) 无线电信号干扰 发送与接收无线电和激光信号的过程中“传输介质 是空气，所以无线系统 很容易受到大气噪声干扰和其他发射系统的影响。而且，无线网络也会受到附近 其他无线网络和无线电波设备的干扰。 2 ) 节能管理 由于w l a n 的终端设备是便携设备，如笔记本电脑、p d a 等，为了节省电池 的消耗，延长设备的使用时间和提高电池的使用寿命，网络应具有节能管理功能。 当某站不处于数据收发状态时，应使机内收发处于休眠状态，当要收发数据时， 山东大学硕士学位论文 再激活收发信机。 3 ) 可靠性 有线局域网的信道误比特率可优于1 0 叫，这样就保证了通信系统的可靠性和稳 定性。w l 蝌采用无线信道进行通信，而无线信道是一个不可靠信道，存在着各 种各样的干扰和噪声，从而引起信号的衰落和误码，进而导致网络吞吐量性能的 下降和不稳定。此外，由于无线传输的特殊性，还可能产生“隐蔽终端 、“暴露 终端 等现象，影响系统的可靠性。 4 ) 带宽与系统容量 由于频率资源有限，w l a n 的信道带宽小于有线网的带宽。无线信道数有限， 即使可以复用，w l 的系统容量通常也要比有线网的容量小。因此，w “蝌的 一个重要发展方向就是提高系统的传输带宽和系统容量。 5 ) 兼容性与共存性 兼容性包括多个方面：w l a n 要兼容现有的有线局域网：兼容现有的网络操作 系统和网络软件；多种w l a n 标准的兼容；不同厂家w l a n 产品间的兼容。共存性也 包括多个方面：同一频段的不同制式或标准的无线网的共存，如2 4 g h z 频段的 w l a n 和蓝牙系统的共存；不同频段、不同制式或标准的无线网的共存( 多模共存) ， 如2 4 g h z 频段的w l a n 和5 8 g h z 频段的w l a n 的共存，w l a n 与g p r s 系统的共存 等。 6 ) 多业务与多媒体 现有的w u 澍标准和产品主要面向突发数据业务，而对于语音业务、图像业 务等多媒体业务的适宜性很差，需要开发保证多业务和多媒体的服务质量的相关 标准和产品。 7 ) 安全性 w l a n 的安全性有两方面的内容：一个是信息安全，即保证信息传输的可靠 性、保密性、合法性和不可篡改性：另一个是人员安全，即电磁波的辐射对人体健 康的损害。 1 4 山东大学硕士学位论文 1 4 本论文意义及结构 无线局域网通信主要工作在校园和酒店等环境，而在较小的范围内往往集中 了大量的活动用户，由于无线局域网中的所有活动用户共享其无线信道，有限范 围内的密集用户将使无线信道产生严重的拥挤现象。这种有多个用户并发传输导 致数据包的碰撞产生，影响系统的性能。在网络节点数目较少的情况下，数据包 的碰撞影响较小，特别是每个节点的负载较轻时，其影响甚至可以忽略，但是随 着网络节点数目的增多，数据包的碰撞对系统的影响越来越严重，尤其在每个节 点的负载较重时，其影响更为突出。i e e e8 0 2 1 1 无线局域网的标准使用共享的无 线介质信道，此时数