（电力系统及其自动化专业论文）无线局域网认证协议的分析与应用.pdf

期川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 本文在分橱亵惑缝无线是域霹罄分密谈黪基础毫，对w e p 葶羹8 0 2 。l x 谈 证技术j 挂行了详细的理论分析，并研究了它们的安全性因素，提出了对w e p 、 8 0 2 i x 豹改避建议。最后笔者针对一个r s 2 3 2 无线电台礴项鼙掇出了一个鼋走 证方案。 第一章对无线潮的现状、前景及其应用领域进行了简单的介绍。 第二章从概念、特点及技术器求方露对无线网进毒亍了进一步的分孝斤。 第三章首先介绍了8 0 2 1 1 的分层体系结构，然后对协议的物理层及m a c 鼷道嚣了套缓。 第四章对8 0 2 1 l b 和熬于8 0 2 1 x 的认证进行了比较详细的介绍。4 1 节主 要讲述了w e p ；麓r c 4 的工 乍蔽理以及它们存在的弱点。并因梵提出了几条 改进建议。4 2 节主蔡介绍的是基于8 0 2 1 x 的认证技术，同时也对其中的安 全漏洞提出了一些改进建议。 第聂章是笔者瓣一个r s 2 3 2 无线魄台网颁星绘避夔一个参考认谨方寨。 关键词：8 0 2 1 l ，有线对等龆密褥议，无线弱缄瘸，r c 4 ，试 歪 i l 强川大学酸士学位论文( 2 0 0 5 ) a n a l y s i sa n da p p l i c a t i o no fw l a n a u t h e n t i c a t i o n p r o t o c o l e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：w e i h u ah ea d v i s o r ：h o n g g u a n gh u a n g s i n c et h ee l e c t r o m a g n e t i cw a v eh a sb e e ni n v i t e d ，t h ed e v e l o p m e n to ft h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb e c o m e sf a s t e ra n df a s t e r i ns o m em e a n i n g 。w ec a n n o t l i v ew i t h o 越弼r e l e s sc o m m u n i c a t i o n b u tt h ew i r e l e s sn e t w o r ks c i e n c ea l s od e v e l o p sf a s t e rt h a nb e f o r e t o d a y m a n yk i n d so ft e c h n o l o g yc o m eo u ta n dp r o b l e m so fn e t w o r ks e c u r i t ya p p e a r w l a ni sc h o s e nt om yr e s e a r c ho b j e c tb e c a u s ei ti st h eh e , v e s ts c i e n c ea n d t e c h n o l o g ya n dc o m p a n i e sa n df a m i l i e su s ei ta l lo v e rt h ew o r l d ，w h i l ew ee n j o y t h ea d v a n t a g ew h i c hw l a n b r i n g st ou s ，w es h a l ln o tn e g l e c tt h ep r o b l e mo f s e c u r i t y e l e c t r o m a g n e t i cw a v ei s t h ec a r r i e ro ft h ew l a na n di tc a l lt r a v e l t h r o u g hc e i l i n g s ，g l a s s ，b r i c k sa n dw a l l s oe v e r yo ft h ew i r e l e s sc l i e n t sc a n r e c e i v et h ee l e c t r o m a g n e t i cw a v es i g n a lw h i l ei ti si nt h es e r v i c ea r e a a l s ot h e c l i e n tc a nr e c e i v et h ed a t ao rt h es i g n a lw h i c ht h ea d m i n i s t r a t o rd o e s n tw a n ti tt o d o 。w eo r i g i n a l l yw a n tp e o p i en o tt ou s ew l a no n l yb e c a u s eo ft h es e c u r i t y p r o b l e m w eh o p et h a tp e o p l er e a l i z ew h a tt h ew i r e l e s sn e t w o r ks e c u r i t yp r o b l e m i sa n dk n o wt h es o l u t i o nt or e d u c et h er i s ko ft h ew l a nu s e r sa f t e rt h e yh a v e r e a dt h i sp a p e r b a s e do nt h ea n a l y s i sa n ds u m m a r i z i n go fs o m eo ft h ew l a np r o t o c o l s ， t h i sp a p e rm a k e sat h e o r e t i c a la n a l y s i so nw i r e de q u i v a l e n c yp r i v a c ya n dt h e a u t h e n t i c a t i o nt e c h n o l o g yo f8 0 2 1 x ，s t u d i e st h e r es e c u r i t yf a c t o ra n dp u t s i i i 礤川丈学碛士学使论文( 2 0 0 5 ) f o r w a r ds o m ea d v i c e st o i m p r o v ew e pa n d8 0 2 1 x ，a tl a s t i p r e s e n t a n a u t h e n t i c a t i o ns c h e m eo fap r o j e c to far s 2 3 2r a d i o sn e t w o r k a c t u a l i t y ，f o r e g r o u n da n dt h ea p p l i c a t i o nf i e l do ft h ew i r e l e s sn e t w o r ki s i n t r o d u c e ds i m p l yi nc h a p t e r1 i n c h a p t e r2t h e w i r e l e s sn e t w o r ki s a n a l y z e d o nt h es i d e ss u c ha s c o n c e p t i o n ，s p e c i a l t ya n dt h et e c h n i c a ld e m a n d f i r s tt h es t r u c t u r eo f8 0 2 11i sp r e s e n t e di nc h a p t e r3 t h e np h y s i c sl a y e r 糊l dm a c l a y e ri si l l u m i n a t e d 。 c h a p t e r4p a r t i c u l a r l yd i s c u s s e dt h ea u t h e n t i c a t i o no f8 0 2 1l ba n d8 0 2 1x s e c t i o n4 1p o i n t so u tt h e i rw o r k i n g p r i n c i p l ea n d t h ew e a k n e s s a tt h es a m et i m e i tp r e s e n t ss o m ea d v i c e st oi m p r o v et h e m 。 ar e f e r e n c ea u t h e n t i c a t i o ns c h e m eu s i n gi nap r o j e c to fa nr s 2 3 2r a d i o s n e t w o r ki sr e c o m m e n d e di nc h a p t e r5 。 k e y w o r d s ：8 0 2 11 ；w e p ；w l a n ； r c 4 ； a u t h e n t i c a t i o n 强蹦大学礤士学链论文( 2 0 0 5 ) 1 绪论 无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有1 5 万人成为 囊的无线髑户，全球蓬熬内懿无线用户数量嚣裁已经超过2 亿。这些人包援大 学教授、仓库管理员、护士、商店负责入、办公室经理和卡车司机。他们使用 无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断地更新。 无线髑域网的应用范围非常广泛，如果将其应用划分为室内程室外的落， 室内应磊镪摇大垄办公室、车闯、智髓仓疼、箍时办公室、会议窒、证券市场； 室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园网络、工矿企业厂区自动化控制与 管理网络、银行金融证券城区网、矿山、水利、油f r 、港口、码头、江河湖坝 区、鹭努凇测实验、举攀滚魂弼、公安滚动羁等。 目前髑域网互联的传输介质往往是有线介质，这些有线介质在在菜些特定 的场合均存在一定的问题。例如拨号线的传输速率较低，在城市内速率只能达 到1 4 4 k b p s ；租用专线的速率虽然可以达到6 4 k b p s ，僵是每年瓣租金一般都魄 较高；双绞线、蠢轴电缆、光纾捌存在铺设费嗣离、莲工瑶期长、移动困难、 维护成本离、覆盖面积小等问题。 若采用无线网络，上面的一切问题都解决了。目前无线网络技术己相当成 熬，广泛应蠲予各耱零蘩、琵蘧镁蠛。现在，麓遮无线溺络熬传赣速辜已达羁 1 1 m ，完全能满足一般的网络传输要求，包括传输文字、声音、图像等，甚至可 以多路声脊、图像并发的传输。无线网络的最大传输距离也达到几十公里，甚 至更远。嚣露且随着无线阚络的应用领域越来越广，其相应的价榛也降下- 寒了， 已经是一般企业所能接受的，只需一次性投资，锻去了许多爱顾之流。可以说 现在的无线网络在性能、距离、价格上完全可以和有线网相媲茭，甚至在浆些 方面超过农线网络。而且无线网络又有其自身的特有优点，一般无线网络安装 稳对方爱，不受圭盘速蔽涮，可以连藏有线分屡无法连接涎遗方或者有线分麓毙 较困难的场合，特别适合港口、码头、古建筑群、市中心两幢高楼之间等蚍方 的连接。无线网的应用在中国越来趟普遍了，这魑因为人们逐渐认识无线网的 侥越牲。它不受障碍镌隈割，速率较蠢，絮设龟缀方蠖，缀羁逐速，荠虽霹簧 输几十公凝，将局域网扩大到整个城市。如城中，隔几条衡邋，或跨十几公里 的范围内的局域网互联，或作为d d n 专线的替代与i n t e r n e t 网相联；在小城镇， 乍为速率达l l 琏的高速线路与几十公曼於的乡镇联鄹。 q 川大学硕士学缱论文( 2 0 0 5 ) 1 1 无线局域网的现状和前景 说到无线最域网的历史起源，可能大家都会认为是最近孝出现弱一项 耨兴技术，缎它的塞现实际上院想象豹还要早。无线局域两鹣初步应露，可 以追朔到六十年前的第二次世界大战期间，当时美国陆军就采用了无线电 信号用做资料的传输，他们研发出了一套无线魄传输技术，并且采用非常 裹瓣鸯羹密技术。二疆戆潮，美军耪爨军罄广泛矮羯了这瑗授零，荠谴学黉 从中得到了灵感。1 9 7 1 年，夏威夷大学( u n i v e r s i t yo fh a w a i i ) 的研究 人员创造了篇一个基于封包式技术的无线电通讯网络，被称为a l o h n e t 网 络。这个w l a n 包括了? 台诗簿视，采髑双肉星型撼羚( b i d i r e c t i o n a ls t a r t o p o l o g y ) 横跨疆座夏藏夷的岛晦，中心计算租敞援在瓦胡岛( o a h ui s l a n d ) 上。从这时开始，无线局域网可以说是正式诞生了。 随着个人计算机诞生并初步发展，真正现代意义上的无线局域网雀上 毽纪8 0 年代寒蘩开始爨现，当靖簿褥罗拉公霹开发出了第一代蛮磊无线弱 域网。 八十年代后期，由于美国联邦通信委员会( f c c ) 对使用无线电技术的 诗算规逶镲开放了无露审谤许可证麓霹以使用黪2 4 gi s m ( i n d u s t r i a l ， s c i e n t i f i ca n dm e d i c a l ) 频段，使得无线网络的研究成为通信领域的一 个研究热点。1 9 9 0 年7 月，i e e e 8 0 2 委员会接受了n c r 公司的“c s m a c d 无线媒介标准扩充”提案，成立了i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网工l 乍委员会，专 门受责糖关标准戆涮定。 无线网络发展史上的第一块里程碑是1 9 9 7 年6 月i e e e ( i n s t i t u t eo f e 1 e c t r i c a la n de 1 e c t r o n i c se n g i n e e r s ) 通造了i e e e 8 0 2 1 l 标准，虽然 i e e e 8 0 2 1 l 标准在当时并没鸯雩l 起攀鑫；陵酶耀终变革，餐8 0 2 + 1 1 标准提供熬 “一点对多点接入【1 2 】”、“点对点中继即1 ”等工作模式提供了一种替代有线网 络的高效高速的方案，为无线网技术的不断发展奠定了基础，而此后的被称为 w i f i 睁l 的8 0 2 。l l b l 6 - 8 1 标礁对统一无线网络标准更怒功不可没。8 0 2 。11 标准主 要是对物理层( p h y ) 和媒质访闷羧制层( i a a c ) 迸彳亍了魏定，使得各厂商 的产品在同一物理层上可以相互操作。 无线网络采用与有线网络相同的工作方法，整个网络系统是由计算丰凡、 2 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 服务器、网络操作系统、无线网卡、无线接入点组成无线网络。 无线局域网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 s ) 3j 是指以无线信 道作传输媒体的计算机局域网。它是一种灵活的数据传输系统，是从有线 网络系统自然延伸出来的一种新技术。使用无线射频( r f ) 技术空中收发 数据，减少使用电缆的连接，使无线网络系统既可达到建设计算机网络的 目的，又可以自由安排和移动。8 0 2 1 1 规范提供了l m 和2 m 的数据传输速 率以及一些基本的信令规范和一些服务规范。不过，最初的产品因受速率 的限制( 最高2 m b p s ) ，所以在市场上鲜有使用。 为了解决早期8 0 2 1 l 无线局域网标准在速率上的限制，i e e e 8 0 2 1 1 工 作委员会与1 9 9 9 年发布了另一个支持更高速率的8 0 2 1 1 b 无线局域网标准， 它能提供最高可达1 1 m b p s 的传输速率，无线时代开始了。因为1 1 m b p s 速 率已基本能满足用户要求，所以遵循8 0 2 1 1 b 标准的无线局域网在美国得到 了大规模使用，不仅企业、学校、家庭使用它，而且还出现了多家提供公 共w l a n 网络的运营商，包括m o b i l e s t a r 、w a y p o r t 、a i r w a v e 、s u r f a n ds i p 和g l o b a ld i g i t a lm e d i a 等，它们主要是通过w l a n 在机场、咖啡馆、旅店 等热点场所为用户提供i n t e r n e t 接入服务。2 0 0 0 年圣诞节期间，美国加利 福尼亚州最流行的礼物是价值4 0 0 美元的包括接入点( a p ) 在内的一整套 无线联网工具包，由此可看出w l a n 在美国的流行程度。此外，在世界其 它地方，w l a n 也逐渐开始流行并得到了广泛使用。例如，瑞典电信运营 商t e l i a 从其移动电话业务中分出一个分支机构，以提供8 0 2 1 l bi n t e r n e t 无线接入业务，大约在瑞典的1 0 0 多个宾馆和飞机场建设了w l a n 网络。 香港的m a g i n e t 在悉尼和日本的福冈的许多宾馆都建设了w l a n 网络，并 计划把其公共w l a n 网络延伸到亚洲之外。在国内，目前w l a n 的应用 也有不少，已知的应用案例包括北京冠城园的无线智能小区、南京电信在 华商大会会议中心部署的w l a n 以及上海贝尔与上海电信合作采用上海贝 尔提供的s p e e dw a v e 无线局域网产品与a p e c 会议相关的会议室、商务中 心、餐厅、咖啡厅及娱乐休闲等场所提供的无线局域网等。 尽管8 0 2 1 1 b 目前得到了广泛使用，但其1 1 m b p s 的速率很快无法满足 用户的需要，因此，8 0 2 1 l 工作组于2 0 0 0 年发布了新一代高速w l a n 标 准一一8 0 2 1 1 a 1 4 。18 1 ，与以前的标准不同，其物理层使用5 g 频段和更先进 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 的无线技术，可以提供商达5 4 m b p s 的传输速率，但数据链潞层依然沿袭了 原来的标准。而且i e e e 8 0 2 1 l a 与b 之间频段与调变方式不同使得其互相之 闾不能相邋。兼之8 0 2 1 l a 由于使用在5 g h z 频段上，一则需婴申请，另外在 终辕过程中信号损失较大，穿越薅麓窭难。虽然、韭赛也有不少厂裔提爨了 8 0 2 1 l a 标准的产品，但是和8 0 2 1 l b 标准相比，显然后者搁有数目大得多的 用户。随着2 0 0 3 年7 月i e e e 8 0 2 1 l g 草案的批准，该标准成为新的焦点。 它稳建在联鸯懿i e e e8 0 2 1 l b 实体瑟与媒体层拣潦基醚上，选箨2 。4g h z 频段、 传输速率较1 1 m b p s 高，让已拥有8 0 2 n b 产品酌使用者能够以8 0 2 1 l g 的产品 达到一个速度升级的需求。此外，i e e e 8 0 2 1 l 委员会还另外成立了一些新的 工作组，专门研究有关q o s ( 8 0 2 1 l e 1 9 - 2 1 1 ) 、安全增强( 8 0 2 。l l i f 2 2 - 2 6 1 ) 、漫 游葙翡换( 8 0 2 。1 l f l 2 7 j ) 、功率控铡鞠鑫动频率戆择( 8 0 2 1 l h 【2 s - 2 9 1 ) 等增强 特性，以期进一步完警和增强8 0 2 1 1 无线局域网标准，从而使其得到爨为 广泛的运用。 除i e e e 妻冬w l a n 标准之努，欢溅毫信拣漆委员会( e t s i ) 邃鬟定了 自己的w l a n 标准，包括h i p e r l a n 1 和h i p e r l a n 2 ，它与8 0 2 ，1 l a 一样 采用正交频分复用( o f d m 【3o 】) 并工作在5 g 频段，速率为5 4 m b p s ，但比 较露言，h i p e r l a n 2 臻眈8 0 2 ，ll a 先进。h i p e r l a n 2 的数撼链路层是鼷向 连接酌，戳魏髭缀葑静实现q o s 。诧为，h i p e r l a n 2 还能支持动态颓率选 择、功率控制以及切换和漫游，而这些特性在8 0 2 1 1 种还处于草案状惑。 除了国际上的标准化组织外，无线的工业生产领导者也联合起来成立 了w e c a ( w i r e l e s se t h e r n e tc o m p a t i b i l i t ya l l i a n c e ) ，w e c a 拘经务是保逶各 个生产商的基于无线协议8 0 2 1 1 b 的生产设备之间的兼容性和互操作性，同 时提高在大企业、小公司和家庭内无线设备的标准化程度。w e c a 组织的 成员包括了无线半导体铡遥襄、无线产晶制造舞和诗算极系统提供亵以及 软件裁造商。对所有道过兼容往稻互操作往测试的产品，w 8 c a 会授予该 产品w i f i 认证标志。 。2 无线网的应鬻领域 计算机无线网技术适用范围 4 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 在不能使用传统走线方式的地方、传统布线方式困难、布线破坏性很大或 因历时等原因不能布线的地方： 有水域或不易跨过的区域阻隔的地方： 重复地临时建立设置和安排通讯的地方； 无权铺设线路或线路铺设环境可能导致线路损坏： 时间紧急，需要迅速建立通讯，而使用有线不便、成本高或耗时长； 局域网的用户需要更大范围进行移动计算的地方。 行业应用 企业应用 网络要在企业中得到深入广泛的应用，那么必须从企业管理进入企业的各 个领域，包括复杂繁忙的生产现场或是多样化的企业环境。计算机网络确实推 进了企业的管理方式和生产能力，但是网络布线成为了网络在企业中生长的棘 手问题。企业网络化的改造受到网络布线的重大限制，甚至在一些生产场合， 网络布线的代价甚高，甚至可能性很小。企业的网络必须从烦琐的网络布线中 解脱，而无线网络技术和产品正帮助着渴望计算机网络迅速成长的企业。 交通运输 交通运输行业的重要特征之一就是流动性，包括行业中的承运管理方、承 运的工具、流动的货物、流动的旅客等等。而迅速流动的特征及对象正是无线 网络产品的主要针对市场，因为无线网络解决方案具有构建迅速、使用自由的 重要特征，这些特征是任何基于线缆的网络产品无法比拟的，例如在空旷的码 头、机场、货物集散中心这些场合，利用无线网络产品可以在不依赖环境的情 况下构建局域网络。无线网络不仅可以用于交通运输行业的生产和管理，而且 还可以为网络时代的交通运输环境提供信息增殖服务。 教育行业 教育行业是多媒体网络技术展现优势的大舞台，从幼儿园到高等院校，计 算机网络建设正在迅速地开展之中。校园网络已经成为大多数校园的必要设施。 无论对于一个已经拥有宽带校园网络的，或是一个还未建设校园网络的教育单 四 l l 丈学硬- k 学位论文( 2 0 0 5 ) 位，无线网络技术仍然怒一个可以发挥巨大优势的新事物。利用无线网络披术 和产品，可以迅速建立一个校园网络，以满足学生和教师的任意联网需要。对 于较为完蒜的校园信怠系统，通过无线圈络可以键褥访阃网上数育资源变褥蠡 由帮轻松，无论在教室、宿舍、学术交流中心，落至是充满绿纛的校园草坪， 无线网络将铺盖校园的任何地方。 金爨辍务 亍监 银行和证券、期货交易业务都需疆无线网络的支持，把一个城市的银行与其 分布在城市各处的下属机构相连。即使已经有了脊线计算机网，为了避免由于 线路等出现虢故障，仍可健滔无线计箨枧隧骰备份。在证券秘麓爨交易业务中， 价格班”买”朔“卖”酌信憋变化极为遗遮、频繁，利用手持通信嚣输入信息，邋过 无线网络迅速传递到计算机、报价服务系统和交易大厅的显示解，管理员、经 纪人和交易者可以迅速利用信息进行管理和手持邋信器进行交易。避免了用手 势、送话糕鄹人工录入及摄价瑟产生静不准薅帮潜藏延误瑟逡成戆损失。 移动办公环境 在办公琢境中使雳无线瓣终系统，霹鞋镬办公爆懿诗霎爨爨舂移动链力， 在网络范潮内可实现计簿机漫游。各种业务人员、都门负责人、工程技术专家 和管理人员，只要有可移动计算机或笔记本电脑，无论是在办公室、会议窳、 洽谈室，锻至在宿舍都埘通过无线蹦络随时查阅资料、获取倍慰。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 无线网简介 2 1 无线网的概念与特点 2 1 1 无线网的概念 信息技术的飞速发展，使得人们对网络通信的需求也随之不断提高，希望 打破不同的地域或客观条件的制约，不论在何时、何地、与任何人都能够进行 包括数据、话音、图像等任何内容的通信( 即5 w ：w h o e v e r ，w h e n e v e r ，w h e r e v e r ， w h a t e v e r ) ，并希望能实现在网络中的漫游，于是无线局域网通信及其联网技术 应运而生。 与通过电缆、光缆或双绞线连接的有线网络相比，无线局域网( w i r e l e s s l a n ，也称w l a n ) 用无线电波、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。 无线局域网是实现无线数据网络的关键技术之一，它实现无线数据网络中 移动站的物理层与链路层功能，为无线数据网络提供必要的物理接口的网络。 无线局域网与传统的有线局域网的应用目的都是为了实现通信和资源共享等， 二者之间的不同之处主要体现在底层的连接方式上：其一，就连接设备而言， 无线网络的网卡、网桥和集线器均有有线网络不完全相同；其二，无线网络需 要天线，而有线网络则不需要；其三，无线网络遵从o s i 3 1 - 3 2 1 协议，和有线网络 的主要区别是物理层和数据链路层。这两层描述了机器间连接的物理特性和数 据的无差错传送。 无线局域网采用无线电波传输，具有保密性强、高移动性、抗干扰性好、 架设于维护容易等特点，并能支持移动计算，因此，在变动频繁、成长快速、 突发性、以及不方便铺设固定网线的情况下，成为最佳的选择方案。 随着通信事业的高速发展，无线网进入了一个新的天地，其有标准作基础， 功能强，容易安装，组网灵活，即插即用的网络连接，可移动性等优点，提供 了不受限制的应用。网络管理人员可以迅速而容易地将它加入到现有的网络中 运行。无线数据通信已逐渐成为一种重要的通信方式。 总之，无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可 以与有线网络环境互为备份。在某种特殊环境下，无线通信是主要的甚至唯一 的可行的通信方式。从通信方式上考虑，多元化通信方式是现代化通信网络的 重要特征。 四川大学硕十学位论文( 2 0 0 5 ) 2 1 2 无线网的特点 下面我们将从传输方式、网络拓扑、网络接口等几个方面来描述无线网的特 点。 2 1 2 1 传输方式 传输方式涉及无线网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。目前无线 网采用的传输媒体主要有两种，即无线电波与红外线。在采用无线电波作为传 输媒体的无线网根据调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。 扩展频谱方式 在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍至几十倍后再被搬 移至射频发射出去。这一作法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干 扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其它电子设备的干扰也减小 了。 采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择所谓i s m 频段，这里i s m 分别取 于i n d u s t r i a l 、s c i e n t i f i c 及m e d i c a l 的第一个字母。许多工业、科研和医疗 设备辐射的能量集中于该频段，例如美国i s m 频段由9 0 2 m h z 一9 2 8 m h z ， 2 4 g h z 一2 4 8 g h z ，5 7 2 5 g h z 一5 8 5 0 g h z 三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射 满足美国联邦通信委员会( f c c ) 的要求，则无须向f c c 提出专门的申请即可使 用i s m 频段。 窄带调制方式 在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射 频发射出去。 与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄 带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的 许可方可使用。当然，也可选用i s m 频段，这样可免去向无线电管理委员会申 请。但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会 严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。 四i 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 红外线方式 基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控 器几乎都是采用红外线传输技术。作为无线局域网的传输方式，红外线的最大 优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委 员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限。 2 1 2 2 网络拓扑 无线局域网的拓扑结构可归结为两类：无中心或对等式( p e e rt op e e r ) 拓扑和有中心( h u bb a s e d ) 拓扑。 无中心拓扑 无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信。 采用这种拓扑结构的网络一般是用公用广播信道，各站点都可竞争公用信 道，而信道接入控制( m a c ) 协议大多采用c s m a ( 载波监测多址接入) 3 3 - 3 4 类型 的多址接入协议。 这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。但当网中用户 数( 站点数) 过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。并且为了满足任意 两个站点可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大。因此这种拓扑结构适 用于用户相对减少的工作群网络规模。 有中心拓扑 在中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访 问均由其控制。 这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的恶化并不剧烈。 由于每个站点只需在中心站覆盖范围之内就可与其它站点通信，故网络中点站 布局受环境限制较小。此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。 有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障容易导致整个网络 瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。 在实际应用中，无线网往往与有线主干网络结合起来使用。这时，中心站 点充当无线网与有线主干网的转接器。 爨川大学硕士举链论文( 2 0 0 5 ) 2 12 3 网络接口 这涉及无线嬲中懿点从哪一层接入网络系统。一般来讲，网络接墨可以选 择在o s i 参考模型的秘壤层或数据镰路层。 所谓物理层接口指使用无线信道耱代通常的有线信道，而物理层以上各层 不变。这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何 磐改。这耱缓日方式在使蘼时一羧作为有线鼹鼹鬃线器移无线转发器强实瑷畜 线局域网问互连或扩大有线局域网的覆盖面积。 另一种接口方法是从数据链路层按入网络。这种接口方法并不沿用有线局 域网靛礁c 矗协议，恧采掰更逶台无线传竣环境鲍m a c 协议。在实现对，鼢e 藤及 其臣下层对上层是透明的，配置相成的驱动程序米完成域上层瀚接口，这样可 保证现有的有线局域捌操作系统或成用软件可在无线局域网上正常运转。 目前，大部分无线膈蛾网厂商都采用数据链路层接口方法。 2 2 无线局域网的技术要求 无线周域网与以往的基于蜂窝电话网、专用分组交换网及其它技术的无线 诗算掇通信稷毙，有诲多本壤土数嚣粼。 无线筋域网宓颓支持高速突发数据业务，在室内使用时要解决包括多经衰 落、相邻予网间串扰等问题。下面我们列出无线周城网必须克服的技术难点。 1 可拣性有线局域网的信道谈 特率达l 酽，这样保_ l 正了通信系统的可 靠注帮稳怒缝。无线筋躐网静癌遵谈陇特率应尽可女l 低，否剃，当误眈耨率过 高而不能被到错码纠正时，该错误分组将被安排蘸发。这样大摄的重发分组会 使网络的实际吞吐性能大打折扣。如系统分组丢失率l o 一，蠛信道误比特率 l 酽，霹以镙涯较漾爨豹网络注能。 2 兼容性对室内应用的局域网，应尽可能与现有有线局域网兼容，现有 的网络操作系统和网络软件应能在无线局域网上不加修改地正常运行。 3 数攥数率为了满足局域网静业务环境，无线扁域网至少应具各1 m b p s 以上的数据数率。 4 通信保密由于无线局域网的数据经无线媒体发往空中，要求其有较高 的通信保密能力。无线弱域网可在不同层次采取擗施来保证通信的安全性。酋 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 先，采取适当的传输措施。例如，采用扩展频谱技术，使盗昕者难以从空中捕 获到有用信号。其次，为防止不同局域网间干扰与数据泄露，需采取网络隔离 或设置网络认证措施。最后，在同一网中，应设置严密的用户口令及认证措施， 防止非法用户入网。还应设置用户可选的数据加密方案，即使信号被盗听也难 于理解其中的数据内容。 5移动性我们把无线局域网中的站分为全移动站与半移动站两类。全移 动站指在网络覆盖范围内该站可在移动状态下保持与网络的通信。例如蜂窝电 话网的移动站( 收机) 即是一种全移动站。半移动站指在网络覆盖范围内网中 的站可自由移动，但仅在静止状态下才能与网络通信。支持全移动站的网络称 为全移动网络，而支持半移动站的网络称为半移动网络。按以上分类，目前的 无线局域网大都属于覆盖范围极小的( 几米到几百米) 的全移动网络。为了扩 大覆盖范围和提高频带利用率，必然导致引入蜂窝或微蜂窝网络结构。 6 节能管理由于无线局域网要面向便携机使用，为节省便携机内电池的 消耗，网络应具有节能管理功能。即当某站不处于数据收发状态时，应使机内 收发机处于休眠状态，当要收发数据时，再激活收发机。 7 小型化、低价格这是无线局域网能够实用并普及的关键所在。这取决 于大规模集成电路，尤其是高性能、高集成度砷化镓技术。目前3 g h z 以下砷化 镓m m i c ( 微波单片集成电路) 的技术已逐于成熟，已具备了生产小型、低价格 无线局域网射频单元的技术能力。 8 电磁环境、无线电频段的使用范围在室内使用的无线局域网，应考虑 电磁波对人体健康的损害及其它电磁环境的影响。无线电管理部门应规定无线 局域网能够使用的频段，规定发射功率及带外辐射等各项技术指标。 2 3 无线局域网射频技术( 扩展频谱技术) 扩展频谱技术又称为扩频技术是近几年来发展很快的一种技术，不仅在军 事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗漏到了通信的各个方面，如 卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信 等等。 所谓的扩展频谱技术是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技 术。使用这种技术的系统就称之为扩展频谱系统或扩频系统。 四川大学疆士学位论文( 2 0 0 5 ) 扩展频谱技术包括以下几种方式： 直按序列扩展频谱，简称直扩，记为d s ( d i r e c ts e q u e n c e ) ； 跳频，记为f h ( f r e q u e n c yt t o p p i n g ) ； 潞辩，记为翻( t i m eh o p p i n g ) ； 线性调频，记为c h i r p 。 除以上四种基本扩频方式以外，还有这些扩频方式的组合方式，如f t t d s 、 t h d s 、f h t h 等。在瀵信中应有鞍多戆主要是d s f h 耪残蚤s 。 扩展频谱技术具有以下特点： 1很强的抗干扰能力由于将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频 信号进行蝴关处理即畿宽压壤，恢簸戏窄带信号。对于挠售号藤言，由予与扩 颜爝静伪麓橇码不穗关，猁被扩展捌一个穰宽的频带上，使之避入信号通频带 内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器的输出信号干扰比，因此具有很 强的抗于找熊力。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽， 撬予挠懿熊力葱强。 2 可进行多址通信扩展频谱通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频 多址( s s m a s p r e a ds p e c t r u mm u l t i p ea c c e s s ) ，实际上是码分多址( c d m a 3 5 。7 1 ) 浆一秘，麓不霹旋扩频弱缓戏不弱的网。虽然扩麓频谱系统占阕了缀宽兹频渗， 僵由于各潮在嗣一时刻共用一个频段，其频段利用率甚至比单路单载波系统还 要高。c d m a 是未来全球个人通信的一种主要的多址通信方式。 3 安全保密由予扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去，其功率 密度蘧菝落蕊震宽丽降低，甚至可以将遥箔信号淹没在噪声中。因诧，其 慕密 性很强，鼹截获或窃昕、侦察这样的信号是非常困难的，除非采用与发送端所 用的扩频码且与之同步厩进行相关的检测，否则对扩频信号是无能为力的。由 予扩壤信号功率疆密瘦缀低，在许多圜家，热美、强、欧测等瓣家黯专磊频羧， 如i s m 频段，只要功率谱密度满足一定的要求，就可以不经批准使用该频段。 4 抗多径干扰在移动通信、警内通信等通信环境下，多经干扰是非常严 重的，系统必须具有很强的抗于扰的驻力，才能绦诞透信的畅通。扩展频港技 术具有狠强的抗多径靛力，它是弱潮扩频掰矮的扩频码的穗关特性来达到抗多 径干扰，旗至可以利用多径能量来掇高系统的性能。 直序扩展频谱( d s s s ) 1 3 8 1 2 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 直序扩展频谱技术是目前应用较广的种扩频方式。直接序列扩频系统是 将要发送的信息用伪随机码( p n 码) 扩展到一个很宽的频带上去，在接收端， 用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出 发送的信息。对干扰信号而言，由于与伪随机码不相关，在接收端被扩展，是 落入信号通频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关器的输出信噪比， 达到了抗干扰的目的。 鹈j l l 大学颞士学位论文( 2 0 0 5 ) 38 0 2 11 基本原理 31 无线网与8 0 2 1 1 由于无线局域鼹潜在戆市场娥模，许多囊i 造巍部在致力予无线局域掰黪礤 究与开发。为使无线蜀域阚产、韭健藤发展，欧美强等发达国家及有关国际标准 化组织都已经或正在制怒有关无线局域网的法规与标准。下面介绍无线局域网 标准化工作的进展情况。 七卡年代，久弱藏开始了无线瓣的磋究。在熬令a 年代，斧随着懿太弱 域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有 线”所短，也赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为脊线 以太网的一秘枣 充，遵缓了i e e e 8 0 2 。3 标准，使羹接絮梅于8 0 2 3 上鼹无线鼹 产品存在澄易受萁 氇微波嗓声于抗、性能不稳定、传输速率低且不易升级涤弱 点，不同，商的产品相互也不兼容，遂一切都限制了无线网的进一步应用。 这样，制定一个有测于无线网自囊发展的标准就提上了议零日程。至q1 9 9 7 年6 胃，i e e e 终予逶遭了8 0 2 + 1 l 繇猴。 8 0 2 1l 标准是i e e e 制定的无线局域网标准，主要是对网络的物理层( p h ) 和媒质访问控制层( m a c ) 进行了规定，其中对m a c 朦的规定是重点。各厂商的产 燕在目一物理层上可以互操馋，逻辕键薅控制层( l l c ) 是一致静，帮m a c 层以下 对网络应用是透明的。这样就使得无线网的两种主要用途一“( 同刚段内) 多 点接入”和“多网段互迤”，易于质优价廉地实现。对应用来说，更重要的是， 某种程度上的“兼容”就意味着竞争开始出现；瓣在i t 这个行渡，“兼容”， 就意味蓍“十倍速时代”降稳了。 9 9 年底，朗讯( l u c e n t ) 推出了速率为1 1 m 与i o m 以太网等同的w a v e l a n 新产品从而实现了“无线网达到有线网速率”这一近期目标，相对于以前 无线聚最大速率2 m b p s 寒浚，这无疑是一拿飞跃，瑟这其中，8 0 2 ，11 无袋凌是 原动力之一。 在m a c 层以下，8 0 2 1 1 规定了三种发送及接收技术：扩频( s p r e a d s p e c t r u m ) 技术；红终( i n f a r e d ) 技术；窄带( n a r r o w b a n d ) 技术。两扩颞又分为壹接序列 ( d i r e c t s e q u e n c e ，d s ) 扩频技术( 简称赢扩) ，和虢颓( f r e q u e n e y o p 瞳n 晷鞠) 扩 频技术。戡序扩频技术，通常又会结合码分多址c d m a 技术。根据预测，今后几 年，无线刚在全世界将有较大的发展，单只美国无线局域网销镰额就从1 9 9 7 年 i 4 銎蚓大学碳士学位追文( 2 0 0 5 ) 的2 1 亿美元增加到2 0 0 1 年的8 亿美元。在世界无线局域湖市场中，w a v e l a n 占有了最大的份额：从通信技术的发展方向来者，c d m a 技术是主要发展越势之 3 2ie e e s 0 2 11 i e e e 8 0 2 11 是最翠的无线局域网的标准，也是迄今为止惟一已经赢得了市 场黎一令标漆。 i e e e 8 0 2 1 1 标准的制定过程最早始于1 9 8 7 年，当初是在i e e e8 0 2 4 小组 里作为i e e e s 0 2 4 令牌总线标准的一部分来进行研究的。i e e e8 0 2 4 是和i e e e 8 0 2 ，3 以及8 0 2 ，5 黠应夔标准，它筵关注工厂丽壤下的网终支慧。无线筠域嘲 的发展历史中我们可以看出，使嗣无线局域网的早期的动机之一就是用于工厂 设备的控制和相互之间的通信。正因为这个原豳，在无线局域网的发展初期许 多汽车制造商如g m 公司就积极参与了i e e e8 0 2 4 的制定工 乍。1 9 9 0 年 i e e e8 0 2 4 无线弱域阏小组正式瑟名为i e e e8 0 2 ，l l