（电路与系统专业论文）基于VOWLAN的网络管理研究与实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

基于v o w l a n 的网络管理研究与实现 摘要 v o w l a n 是基于w l a n ( 无线局域网) 的语音技术，是w l a n 和v o l p 技术的结 合，又称无线v o i p 技术，这技术使人们随时随地的通过网络拨打i p 电话成 为现实。网络管理在v o i p 中起若非常重要的作嗣，尤箕是提升到i p 运营屡次 上。本文就是针对v o w l a n 的情况提出了其网络管理的思想，在文中具体设计和 实现了其性能管理和认证计费管理。网络管理协议用的怒现在比较流行的s n m p ( 简单网络管理协议) ，考虑到s n 麓p 协议需要一些智能软件配合才能更好豹完 成网络管理任务，因此在性能管理中采用了n e t s n 翔p 代理软传开发包积m r t g ( 多路由器流量图示器) 这两个软件通过s n m p 协议监测阏络服务器主机的流量 和c p u 利用率，以达到蓝视整个网络的裔的；在认证计费管理中，结合了传统 的设计思想，但在本文设计的认证计费管理系统中，不嗣的楚计赞原始数据不 是采用传统的收集方法，而是采用j a v a 语言开发的网守j | ；控界面把从网守那收 集到的计费数据通过j d b c ( j a v a 数据库连接) 传送到系统中的数据库，这样做 懿好处霹以增加服务器端的箍单性鄹壹观性。 关键谲：w l 矧s k 胛 甜r t g 性能管理沃证计费管理 t h er e s e a r c ha n 娃r e a l i z 韪t i o 硅o fn e t w o r km 鑫n a g e l n e n 量o fv o i e e o v e rw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k a b s t r a c t v o i c eo v e rw l a n ( w i f e l e s sl o c a l a r e an e t w o r k ) l sat e e h n q u eo fv o i c et h a t i sb a s e do nw i r e l e s sl o c a l a r e an e t w o r k ，i ti sac o m b l n a t i o no fw l a na n d v o i p ( v b i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) a n di sc a l l e dw i r e l e s sv o i p t h et e c h n i q u ec a n m a k ep e o p l ep h o n ei ni n t e r n e ta ta n ym o m e n ta n dp l a c e a d m i n i s t r a t i o no fn e t w o r k s i sav e r yi m p o r t a n tp a r ti nv o i p ；e s p e c i a l l yw h e ni ti su s e di ni n t e r n e t ，t h et e x tw i l l t e l lu sa d m i n i s t r a t i o no fn e t w o r k sa b o u tv b i c eo v e rw l a n ，d e t a i l e d l yd e s i g na n d a c h i e v ea d h l i n i s l r a t i o no f c a p a b i n t y a n d a u t h e n t i c a t i o n a c c o u n t i n g i n t h e c o u r s e ，w eu s es n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n lp r o t o c 0 1 ) 。c o n s i d e h n gs n m p w o r k sp r e f e r a b l yr e q u i r i n gaf c wo fb r a i n p o w e rs o f t w a r e s ，s oi na d m i n i s t r a t i o no f c a p a b i l i t yw em a k eu s eo fn e t - s n m pa n dm r t g ( m u l t ir o u t e rt r a m cg r a p h e r ) t o i n s e c tt r a f 矗ca n 硅c p ul o a d i 珏go fw e bs e f v i c e ，i no f d e rt h a t 、 陀c a ni n s p e c tw | l o l e n e t w o r k i na u t h e n t i c a t i o na n da c c o u n t i n g ，w em a k eu s eo fad i f ! 陀r e n tw a yt oc o h e c t d a t a so fa c c o u n t i n g t h ew a yi st h a ti n t e r f a c eo fg a t e k e e p e rw i i ld e l i v e rd a t a so f a c e o u n t n g t od a t a b a s eo fs e r v i c e a c c o r d i n g t o j d b e ( j a v ad a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ) ，t h ev i r t u ei se n h a n c es i m p l e n e s sa n di n t u i t 主o no fs e f v i c e k e yw o r d s ：w i r e l e s sl o c a l - a r e an e t w o r k s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l m u l t ir o u t e rt r a m cg r 印h e r a d m i n i s t r a t i o no fc a p a b i l i t y a d l 瓤n i s t r a t i o no f a u 搬e n t i c 8 t i o na n da c c o m l t i 娃g 插图清单 强l _ lv 0 w 乙a n 企业级应用方案，。，。，2 图2 l 集中式6 图2 2 分布式。6 国2 3网络功能结构。6 图2 4w e p 工作过程。1 0 图3 1h 3 2 3 协议栈18 图4 1v o w l a n 网管系统分布图。2 0 图4 2管理者一代璎者之闻的通售。，2 2 图4 3委托代理实现非标准设备的管理，2 ：3 图4 4s n m p 协议环境2 7 图4 5管理树的掇。2 8 图4 6翱i 定义的i n t e r n e t 对象标识树。2 8 图4 7 s n m p v 2p d u 的一般格式3 2 图5 1m r t g 基本工作过程。3 6 匿5 2 躲t g 整测舱结果示倒，。4 5 图6 1v o w l a n 简明的认证计费系统4 7 图6 2j d b c o d b c 桥5 2 图6 3网守的监控界面5 3 图6 4网守功能模块。5 5 图6 5认证计费服务器的结构+ 5 6 图6 6慕于w e b 的用户费用查询系统5 9 图6 7实验方案图，。，。，6 0 表4 。1 s n 防蠹擎议数攒单元 表格清单 3 2 独创性声明 本文声明所呈交豹学位论文是率人在导师指导下进行的研究王作致取得的研究成 累。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，瑰不包台为获零台肥工业大学或其它教育机构麴学位或证书蕊 使用过的材料。与我一同工作的同志对本文研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并袭示谢意。 学位论文作者签字：方乙歹繁签字日期：。s 年月2 一呷日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有荚保留、使用学位论文的规寇，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有哭数摇库进孝子检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密艏适愆本授权书) 学位论文作者签名拖像导师签名 签字嚣期：击年厶准签字慝麓： 工作单位奄，) 朝种榭、葛漓湖蓐拗幺毽话：f 声争珍旬纯 通讯地址：砌8 己等每山、骖印f 岁兰 邮编：3 嘏 淑一 舌讶 致谢 在我攻读硕士研究生期润，首先感谢合肥工业大学在我近三年的学习和潆 题研究期间对我的培养和教育，使我在知识的深度广度和科研能力水平上，都 上升到了一个更高的台阶。我的导师昂志敏老师始终在我的学习和研究工作中 给予了大力的支持和悉心的教导，椎渊潜的学谖、执着豹敬渡精神、严谨的工 作态度和平易近人的高尚品德深深感染着我。在昂老师的悉心指导和谆谆教诲 下，我知难而上，不断地攻克难关，解决问题，为今后各项工作打下了坚实的 基础。在此对他的谆谆教诲表示衷心的感谢。 在学习和研究过程中，合腿工业大学计算机积信患学院的许多老髓也绘予 了我大力的帮助，他们积极进取、严肃认真的工作态度和融洽和谐的求学作风， 都给我留下了很深刻的印象，在此一并表示衷心的感谢。 最后，我要特别感谢安徽蹦创电子有限公司的同仁，在我做毕业设计的将 近一年的时间里，他们给了我很多的帮助。 作者：施康 2 0 0 5 年6 月 第一章引言 1 1v o 们a n 的概况 v o w l a n 是w l a k 的新兴应用之一。v o i p ，i p 电话通过数据网络他输语音信 号；w l a n + 无线局域网使你能够无线上嘲。v o w l a n 可以说是这两者的有机结台 它可以利用现有的w l 州网络实现无线的v 0 i p 通话能力，企业员工通过v o w l a n 可在办公场所以外的地方随时访闯语音、e m a i l 和其他已连的网络资源，这样 提高了网络资源的利用率并降低了每次电话呼日4 的成本，从而节省企q p 的总体 i t 费用。剥于住宅用户也可以通过与宽带8 0 2 1 l 无线网络相连的v o i p 电话来 降低话费。 在目前的i t 产业领域，w l a n 和v o i p 一直是人们关注的热点。w l a n 使人们 “随时随地”接入网络( 如收发电子邮件、访问w e b 应用) 成为现实，提高了 企业投资回报率。而基于l a n 架构的新型电话技术的出现，无疑将提高企、k 爿琏 务质量和生产效率，从根本上改变了传统的商务处理进程。基于w l a n 的语音技 术虽然目前还不是很成熟，且实现成本高，但潜在应用优势十分明显。业界人 士预计v o w l a n 在三到五年内将会得到丈规模使用，尤其是些企业将对w l 、n 基础架构进行升级，使之能够支持更多传统网络应用。另一方面，随着w l 从 。丞片功耗的降低。基于v o 【。a n ( v o l c e0 v e rw l 州) 技术的移动语音和数据通信 综合业务将实用化。v o w l a n 使用自由开放的工业用频段，频率资源不需夏交费， 基站( a p ) 成本大约只有小灵通基站的r 分之一左右，通话费也远低于小灵通， 而且能提供高达数十兆的数据服务，因此v o w l a n 是一种非常适合中围国情的大 众化宽带综合无线服务业务，在中国必将引起一轮类似于小灵通的迅速普及热 潮，其市场规模将以爆发式的速度增长。 v o w l a n 系统有两种工作方式：一种是把通过访问点a p ( a c c e s sp o i n t ) 的语 音信号传输到v o i p 网关，该网关可以就是原来的有线v o l p 网关，这样语音数 据在l p 网络和p b x 之间传输。这种方式使得传统有线办公和住宅电话的功能都 能在v o w l a n 中实现，而运营商只需要增加语音两关、计费系统等设备，就可为 其w l a h 热点提供v o w l a n 应用，实现数据通信与语音通信的高效结合。另种 v 叫l a n 方式是基于软件台q 电话，就是通常所说的s o f t p h o n e 。这种方式直接在 jn t e r n e t 上传输语音数据，用户可通过p d 、移动电话终端和笔记本电脑在提 供w l 州接入的区域使用这种软件电话。这种方式可以使得在i k t e 州e t 任何地 方语音交流完全免费。图( 卜1 ) 为v o w l a n 的企业级应用方案示例，其中无线 局域网采用的是i e e e 8 0 2 i i b 协议标准。 1 2 网络管理在v 0 i p 中的作用及地位 网络管理就是对网络进行有效的管理，使网络可靠、安全、高效地运行。 网络管理就是对网络进行有效的管理，使网络可靠、安全、高效地运行。 第一章引言 1 1v o w l a n 的概况 v o w l a n 是w l a n 的新兴应用之一。v o i p ，i p 电话通过数据网络传输语音信 号；w 。a n ，无线局域网使像能够无线上网。v o w l a n 可以说是这两者的有机结合。 它可以利用现有的详l a n 网络实现无线的v o i p 通话能力，企业员工通过v 0 w l a n 可在办公场所以外的地方随时访问语瓷、e m a i l 和其彳也已连的网络资源，这样 提离了嬲络资源的利用率并降低了每次电话呼日q 的成本，从而节省企业的总体 i t 费嗣。对于住宅用户也可以通过与宽带8 0 2 1 l 无线网络相连的v o i p 电话来 降低援费。 在目前的i 罩产业领域，w l 州弱v o i p 一直是人们关注的热点。1 j l a n 使人们 “随时随地”接入网络( 如收发电子邮件、访问w e b 应用) 成为现实，提高了 企业投资固报枣。恧纂于彬l a n 架构的掰型电话技术的出现，无疑将提赢企业殿 务质量和生产效率，从根本上改变了传统的商务处理进程。基予w l a n 的语音技 术虽然目前还不是很成熟，且实现成本高，但潜在应用优势十分睨显。业界人 士预计v o w l 。a n 在三到五年内将会得到大规模使用，尤其是一些企业将对弹l a n 辇础槊构送彳亍升级，使之能够支持更多传统粥络应用。另方面，随着w l ，a n 芯片功耗的黪低，基于v o w l a n ( v o i c eo v e r 辩m n ) 技术的移动语音和数据遂信 综合、监务将实用亿。v o w l a n 使用自由开放的工业用频段，频率资源不需要交费， 蒸站( a p ) 成本大约只有小灵通基站的十分之一左右，通话费也远低于小灵通， 磺且能提供离达数十挞的数掇服务，因此v 滞l 州是一秘j 鬻适合中禹国情的大 众亿宽带综合无线服务业务，在中阐必将引起一轮类似于小灵通的迅速普及热 潮，其市场规模将以爆发式的遽度增长。 v o w l 州系统有两秘工作方式：一种是把透过访问点a p ( 8 c c e s sp o i n t ) 豹语 音信号传输到v o i p 网关，该网荧可以就是原来的有线v o i p 黼关，这样话音数 据在i p 网络翻p b x 之间馋输。这秘方式馒雩导传统有线办公和住宅电话的功能都 能在v o w l 州中实现，雨运营商只需要增加语音喇关、计费系统等设备，裁可为 蕊轷l a n 热点提供v o w l a n 应翊，实现数据通信与语音通信的离效结合。男秘 v o w l a n 方式怒基于软件的电话，就是逶常所说的s o f t p h o n e 。这种方式直接在 i n t e r n e t 上传输语音数据，用户可通过p d a 、移动电话终端和笔记本电脑在提 供w l 州接入的区域使用这种软件电话。这种方式可以使得在i n t e r n e t 任僻地 方语音交流完全免费。图( i 1 ) 为v o l 脒的企妲级应用方案示铡，其中无线 局域网采用的是i e e e 8 0 2 1 1 b 协议标准。 1 2 隧络管理在如i p 中豹诈用及地位 网络管理就是对网络进行有效豹管理，使网络可靠、安全、高效地运行。 图卜lv o 孵勰企业级应用方案 现代网络管理集中了通信技术和信患处理技术发展的一些重大成果，不仅包括 了信息的传输、存储和处理技术，而且还包含了各种信怠服务、仿真模拟、决 策支持、专家系统、神经网络以及容错技术等，它们运用于网络的不同管理功 能之中，形成了比较完整的技术学科。 伴随着i p 网络的发展，v o i p 业务也得到了飞速的发展。然而，如何有效 地管理v o i p 网络成为各个运营商十分关心的问题。v o i p 的网络管理对于保证 话啻质量，提供接通率等方酒具有直接的现实意义。首先v o i p 网络是纂予坤 分组交换的网络，在这个意义上它同i p 网终的管理是一致的。在传统i p 网络 管理中的一些性能指标如；漉量、时延、抖动等，同样对予v o i p 翘络具有关键 的意义。但是v o i p 网络是承载电信级的话音业务的，单萃有 p 网络的设祷级 的管理是远远不够豹。必须根据v o i p 的业务特点，进行业务级的管理才能有效 地管理v o i p 阏络。 网络管理在v o i p 中有着非常重要的作用，尤其是提升到i p 电话运营的层 次上，网络规模异常庞大，必须提供强有力的网管机制对网络资源进行有效的 控制和管理。本项目是针对企业用户的，旨在企业的无线网络覆盖范围内任意 拨打i p 电话，因此对网管的要求相对简单，只要达到管理企业内部的日棠通话 管理即可，但是从技术角度上游，它必须具冬网管系统的一些通用特征，即具 有配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理等五大基本功能，并 且要提供i 蘼用的接口，为以焉的升级打下良好的基础。 1 3 课惩的来源及主要完成的工作 该论文是在安徽圆创电子有限公司完成的，是基于w l a n 的企业v o i p 解 决方案下面的一个子课题。在2 0 0 0 年中期，国内的备大运营商都大范阑的提 供i p 电话业务。然而，在v o i p 网络的管理方面却停暇在i p 网络的管理层次， 并没有针对v o i p 业务和电话话务方面的功能，再加上v o w l a n 的技术这两年才 刚刚起步，没有一个现成的网络管理方案可以参考，因此，公司决定自行开发 v o w l a n 网络管理系统。本人参与了该网管系统冀中的一部分豹研究、立项、设 计和开发。既然，该系统是对v o i p 网络的管理，就应该包含基本的对路由器、 交换机鞠主机的管理，也要包含瓣v o i p 业务和话务浆管瑾。弱翦，蘩予i p 豁 蕊络管理豹主要枷议是s n m p ( 简孳的网络管理协议) ，众多的网络设餐生产商 都提供基于s n m p 的网管接口，因此在本系统中也采用了简单的网络管理协议 s n m p 。但是s p 的协议源语篱单，功能有限，就要求必须慕用餐能化的袋集方 法才能够满足v o i p 网络数据采集功能的需求。另丹，v o i p 网络是基于冲分缀 交换网络的，网络的传输是基于“尽力而为”的工作方式的，这样网络中的业 务流就具有定的雷目性。如何有效地监控网络中地流量，了解业务流的分布 特点，对于v o i p 嘲络管理也具露指导性意义。在璜目研发期闽，我参与了v o w l a n 管理系统中的性能管理和计费管理的设计和实现。 1 4 本文的主要内容及其章节安排 本文主要是针对v o w l a n 提出了其网络管理的研究与设计，而且在网络管 理方面只集中叙述和讨论了其性能管理和计费管理。其中主要内容的安排如下 所示： 在第章中，主要介绍了v o w l a n 的一般概况和网络管理在v o i p 中的重要 作用以及该课题的来源。 在第二章中，简要介绍了无线局域网的些概念。 在第三章中，主要介绍了i p 电话的发展史及i p 电话和其相关的标准。 在第酾章中，奔绍了网络管理的一般概念及其s n m p ( 简单网络管壤协议) 。 程第五章中，介绍了v o w l a n 的性能管理并给出了测量主机流量情况和c p u 的利用率的设计方案。 在第六豢中，主要介绍了v o w l a n 的认证计费管理并给出了其设计的过程。 在第七章中，总结了作者的主要工作内容，另外在此蒸础上还对本文研究 和讨论的洳容进行了展望。 第二章无线局域网 2 i 无线局域网的基本概述 无线局域网( w i r e l e s sl o c a 】一a r e an e t w o r k ，w l a n ) 是计尊机网络与无线 通信新技术的结台。通常计算机组网的传输媒介主要有锶缆，双绞线或光缆， 构成有线局域网。僵有线网络在菜些场合要受到布线的限铺：其中包括布线， 改线工程量大；线路容易损坏；网中的备节点不可移动等。无线羁域阐就是解 决以上问题而出现的。简单的说，无线局域网就是砗i 采用传统电缆线，代替以 无线电波，缒外线，激光等，劳能实现有线嬲的所有功能。无线局域网技术具 有有线局域网无法比拟豹灵活性。与有线阏络相跣，无线局域网其有戳下优点： 安装便捷； 使用灵活： 经济节约； 易于扩腥。 2 2 无线局域网的技术特征与系统结构 2 。2 1 传送技术 w 从n 馋邀技术窍i s 骓( 工韭，萃； 搜，鹱疗) 频段扩频技术，窄带( 域基带) 无线电技术和红外线技术。 ( 1 ) 扩频技术 扩频技术全称为扩展频谱技术，是用伪随机侉列对信号避行扩频，以达到 扩展信号频谱宽度的效果。1 9 8 5 年，美国联邦通信委员会宣衣发身孝功率小于】w 的无线扩频透信霹以免诲可涯使用i s 擀频段，由此工作予i s m 频段的扩频w l a n 迅速发展起来。i s 艟频段出9 0 2 9 2 8 渊z ，2 4 2 4 8 3 5 艟h z ，5 7 2 5 5 8 5 0 m h z 三个 频段组成，由于许多工渡，科技和医疗设备辐射的能曩集中在这些频段，所以 称之为i s 鹾频段。扩频技术能很好的提南通信系统的抗多径衰落和抗干扰能力， 从两增大系统的覆盏匿和可靠性，也减少系统黠菸他电予设备的干扰。常用豹 扩频技术有赢序扩频技术和跳频扩频授术，他们的传输特点分剐为占用连续带 宽和占用不连续带宽。 直序扩频投术 壹序扩频技术是直撩用离玛率的扩频序列，在发射蠛扩展信号的频谱，焉 在接收端用相同的扩频序捌进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 跳颓扩频技术 跳频技术与直序扩频技术完全不同，是另外一种扩频技术。跳频豹载频受 一个伪随机码豹控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机援律不鞭她改变。 接收端的频率也按隧机栽律变化，并保持与发射端的变车匕溉律一致。跳频技术 4 跫频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按定的码序列不 断地从个信道跳到另一个信道，只有收发双方怒按这个规律进行通信| ：j 勺，而 其他的干扰不可能按同样豹蕊律进行干抗：魏额的瞬时带竟是缀窄的，但通过 扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能产生的影响变 褥很小。跳频的速度直接反映跳频系统的性能，跳频越快，抗予貔性能越好。 出于成本的考虑，商用跳频系统跳速比较慢，般在5 0 跳秒以下。由于慢跳 跳频系统实现简单，网此低速礴潞n 掌常采瘸这种技术。 ( 2 ) 窄带无线魄技术 窄带无线电技术需获得许可的频段1 8 8 2 5 1 8 8 7 5 g h z 和1 9 1 6 5 一1 9 。2 1 5 g k z 或戈需许可瓣i s 醚壤毅，将数据基荣信号豹频谱壹接搬移裂射频发射出去， 占用频带少，频带利用率高，但通信系统易受附避使用问一频段的其它电子设 备的干挽。 ( 3 ) 红外线技术 红外线技术广泛用于加电遥控器。作为w l a n 的传送技术，红外线技术典有 成本低，不受无线毫波干扰，巍不受任何嚣家频率管理的螽9 约，红外线不能穿 透非透明物体的特点提高了通信系统的保密性，但也限制了系统覆盖面。红外 线技术分为直接光束型红雏线技术、扩散型红外线技术和反射型红外线技术， 它们的传输特点分期为襁距，区域扩散和反射。实际应用中，由予红外线具有 很高的背景噪声，受目光，环境照明等影响较大，般要求的发射功率较商， 雨采习现行技术，特别楚l 髓( 发光二极管) ，缀难获得赢豹扰特速率。 2 2 2 网络的拓扑结构 基本静霹l 删拓卦结构毒：集中式拓卦和分布式拓羚。见匿( 2 一】) ，醺( 2 2 ) 磁示： ( 1 ) 集中式拓扑结构 在集中式( 纂予集线器) 捅扑结构巾，一个无线节点( c ) 依为网络的中 心控制节点，l 壬意两个无线用户节点间的通信必须通过中心节点，中心节点控 制和管璎雳户节点黠网络豹访游。特点是网络性熊受网络受载变佬影响小，建 跚容易，灵活，中心节点可以根据用户节点的分布优化安置，并且成为与有线 弧n 主干嗣连接默及支持网络管瑗功毙如支持s n 肿的自然节点，僵存在故辍点， 中心节点的故障爨弓| 起熬个网络瘫痪。 ( 2 ) 分布式拓扑结构 在分布式( 点一点) 拓挢结构中，锤意两个无线节点掰以鸯接透信，由于无 中心节点控制网络访润，备节点竞争公共的广播信道，介质访闯控制协议为c s m a c a ( 载波侦h 斥多路访闽冲突避免) 协议。特点是成本低，不存在故障点， 建网容易，用一个无线服务节点( s ) 作网桥，路由器或阏关可以为有线l a n 主于网棚连接，但网络受载增大时，信遂竞争将限制网络性能，又由于无中心 控朗机制，管理规模大的对等系统比较困难，因此点点w 己a n 适合于小工作 群。 控制单元和有线l a n 主干 艘务单元和有线l a n 主干 鞠2 一l 集中式拓扑结构 2 。2 3 系统接口 图2 2 分毒式拓扑结掏 1 9 8 4 年，国际标准化缀织( i s o ) 提班_ 开 放互连参考模型( 0 s i ) 将网络功能定义为七层 见图( 2 3 ) ，w l a n 节点通常在七层参考模型的 低层接入网络系统，系统接目鸯：在物理层上的 接入和在数据链路层上的接入。 ( 1 ) 在物理层上的接入 物理层接入( 蛾称线路替代) 是以无线信邀 取代有线僚道，瓶物理层以上的各层不变。特点 应用屡 表示层 会话层 传辕层 网络层 数据链路层 物理层 圈2 3 是网络操作系统和驱动程序不用做任何修改，可以很好的与w l a n 的集线器，中 继器和收发器一起工作。 ( 2 ) 在数据链路层上按入 数据链路层协议包括两个功能子层：逻辑链路控制予屡( l o g i c a ll i n k c o n t r o l ，l l c ) 和介质访问控稍子层( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ，m a c ) 。l l c 子层 囱离层提供一个或多个逻辑接曰，并具有帧发送的功能。m a c 予层具有管理多 个源和多个目的链路的功能。在这一层上，无线扁域弼使阁了“载波滚昕多路 访问冲突避免协议( c s m a c a ) ”，不象在有线局域网上使用的是“载波监听 多路访阏冲突检测协议( c s m a c d ) ”，这是因为在有线局域网上，可根据检 测缆线上誊流分量的变化根容易地实现碰撞检测，然丽当采用冤线媒体时，鄹 难潋实现绒代价过高。c s m a e a 的工作流稷大致楚：任俺站如采要发送信意包， 先监听信道是否有空潮，若宥，则立即发送。如果信道 亡，刘一鸯监昕信道到 信道空闲。当监瞬到信遴空阉时，并不马上发送信息包，掰是艏动一个随机延 时定辩嚣延时一段时润，再去监听信道是否忙，若越对信邀仍然空闲，再发送 自己翡信惑包。这样傲就霹以避免两个以上的站同时监瞬信道等待发送丽造成 6 孵押哭o 2 2 4 无线局域网的传播特性 无线局域网的发展得益于现代无线通信技术。无线通信不象有线通信，它 要受到外界环境的各种干扰。对予无线岗域隧运行的典型环境一一室内环境而 言无线通信的特性主要有： ( 1 ) 间歇性 在室内移动豹人和物体会对电磁波豹传播造成时有对无的阻碍，从而造成 信道通断的间歇性，干扰正常通信。 ( 2 ) 信号表示方法复杂性 在有线信道中，佼角最多的是未经调铺的基带信号，这时，信号波形可以 用一个实数米表达，其数量可作为信号大小的参考。恧在无线通信中，利用载 波调制信号表达波形用复数。这样，表示出的矢量也包括两个部分：大小和 楣位。由此导致信号爨加后的复杂性，这与下面要讨论的多径效应有很大的关 系。 ( 3 ) 多径效应 所谓多径效应是指无线通信中，信号从发射机到接收机的路径可以有多条 ，接收机接收到的信号是通过多静路径传来信号的总葙。常觅的多径瑶象有强 种情况，它们对信号造成的损害也各不相同。第一种称为本地散射。它是由接 收机附近的物体反射而带来的多径传播现象。它对信号的损害主要是“衰落” ，凝据移动避售理论，经多经衰落的信号包络服从瑞剩分布，衰落豹深度可达 几 “d b 。这对于用低功率通信的无线局域阏而宙，当通信双方距离稍远而信号 较弱时，这种衰落甚至会导致信号的完全丢失。另一种称为传输时延，它主要 由环境中的墙壁造成。信号从不嗣路径到达蛋豹地的路程差很大，信号相位差 别也很大，从而造成另一种信号失真，称为“码闻审扰”。这类似予电视接收 过程中因多径传输而导致的图象重影。 对予以上三个主要特褴来说，信道间歇往现在已有很多较完善的检错和熏 发技术解决。信号表述困难也偌助于计算机模拟得到了了较好的解决，嚣多径 效应是移动通信所要解决的主要问题。到目前为止，世界上出现了许多抗多径 干扰技术，无线简域网中应用较多且效桑较好的主要有以下三种： 囊适应均德技术 扩展频谱技术 天线分集技术 2 3 无线局域网的主要协议标准 无线局域网与有线局域网的主要区别之一是标凇问题，有线局域网由于出 现较早，已经有了统一的标准。无线蜀域网虽出现较晚，但无线羁域网产品的 产亵遍毒世器各地，急待有一个统一的标准来菠吝不同豹无线局域网产品。美 国，日本和欧洲先后提出了自己的标准，下面主要介绍一下i e e e 鲫2 1 1 系列协 议标准。t e e e 为美国电气电子工程师协会( i n s t jt a t eo fe e c t r jc a la 1 de l e c t r o n i ce n g i n e e r ) 豹篱称。i e 8 0 2 1 1 挤议作为无线局域潮豹振准协议尚臻 于1 9 9 7 年，在以后的几年中，获得了非常大的发展，逐渐成为一种无线局域网 组建方案。i e e e 系列协议包括竣早的支持最高速率2 m b “s i e e e 8 0 2 1 i 协议， ll 淝i t s 的i e e e 8 0 2 1l b 协议，支持5 4 鞯b i t s 的i e e e 8 0 2 1l a 协议和支持q o s 的i e e e 8 0 2 1 l g 协议铸。i e e e 8 0 2 1 1 b 协议由于其技术成熟，速率较高，产量大， 现在在无线局域网领域获得了最为广泛的使用。 2 3 1l e e e 8 0 2 1 l 系列协议的组网结构 l e e e 8 0 2 1 l 系列协议支持3 种基本拓扑结构：独立基本服务集合( 1 8 s s ) ，基本服务集合( b s s ) 和扩展服务集合( e s s ) 。所有的这三种设置都在m a c 罄的协议中实现的。i e e e 8 0 2 1 l 协议规定了两种工作模式：a dh o c i b s s 和 i n f r a s t r u e t u r e 模式。如柴在a dh o c ( 允谗终端之闻的对等通信) 模式下工作， 就相当于一个点一点的网络架构，没有一个节点需要作为服务器。i b s s 无线局 域网包含了多个以a dh o c 方式进行通信的无线节点，是一种全连接( f u l l 一m e s h ) 或是部分连接( p a r t i a 卜m e s h ) 的拓扑结构。通常，这种a dh o e 豹网络只能覆 盖一个比较小的领域而无法扩展到比较大的网络。在i n f r a s t r u c t u r e 模式中一 个无线网络包含至少一个与外界相连的接入点和一些无线终端，这样的模式被 称为b s s 。在这样的阚络中，接入点起到了一个网桥的传用，连接无线届域网 和别的冤线局域网，或是连接无线局域网与有线局域网。e s s 模式是由两个或 多个b s s 组成的个子网。多个b s s 之间通过有线嘲或者是无线网连接。 2 3 2i e e e 8 0 2 1 l 系列按议豹物理层协议 ( 1 ) i e e e 8 0 2 1 l 的物理层 i e e e 8 0 2 1 1 规定了3 种可能的物理层技术；红外线技术( i r ) ，跳频扩频 ( 雕s s ) 和囊序扩频( d s s s ) 。其中红步卜线技术工作在基带，其他两种射频技术 工作在无需用户许可证的2 4 g h z 频段，三种技术都可以支持速率为l 惦i t s 和2 m b i t s 。 ( 2 ) i e e e 8 0 2 1 1 b 的物理层 l e e e 8 0 2 1l 协议提供躲l 她i t s 鄢2 抽i t s 的速率远小于i e e e 8 0 2 31 办议 提供的l o m b i t s 的速率- 由于d s s s 还可以提供更高的速率，所以i e e e 8 0 2 1 1 b 协议中只使翊d s s s 扩频技术，同时增加了两个新的可支持速率：5 5 m b i t s 和 l l m b i t s 。颞来的i e e e 8 0 2 。l l 协议使用了l l 位的扩频碣，加上b p s k ( 二进制 相移键控) 和q p s k ( 四进制相移键控) 调制技术，使得最高速率达到l 帖i t s 和2 帖i t s 。为了迸一步提高数据传输速率，i e e e 8 0 2 1 l b 中使用了种新的调 制技术：c c l ( ( c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ，互补编码键控) 。c c k 通过提高在 每个载波中的比特数来提高传输速率。 ( 3 ) i e e e 8 0 2 1 l a 的物理层 与i e e e 8 0 2 1 1 和i e e e 8 0 2 1 1 b 不同的是：i e e e 8 0 2 1 l a 工作在同样不需要 谗霹证的5 g h z 频段，与2 4 g 珏z 的8 0 m l z 霹罔繁宽不圄，5 酬z 处的可用带宽为 3 0 0 m h z ，这是i e e e 8 0 2 1 l a 与i e e e 8 0 2 1 1 b 相比的先天优势；i e e e 8 0 2 1 l a 的 另一个优势在于使用了更为先进的编码方式：0 f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e l l c yd i v is i o nm u l t i p l e x i n g ，正交频分多潞复蔼) 。现有的i e e e 8 0 2 j a 的产品大都 支持的速率为3 6 m b i t s ，4 8 m b i t s 和5 4 i t s ，o f d m 的理论最高速率为 1 0 8 m b it s 。 2 3 3i e e 8 0 2 。n 系确协议豹m a c 层 i e e e 8 0 2 1 l 在m a c 控制方面则采用了载波检测多址接入( c s m a ，c 8 r r i e r s e n s e i u l t i p l ea c c e s s ) 。c s 眦的基本思路是终端通过梭测倍道中是否存在信 号来翔断信道空闲状况( 是否有其它终端捱在发送数据) ，发送数据刚要等待信 邋空闲时才进行。 由于物理层不同的原因，i e e e 8 0 2 1 1 没有采用i e e e 8 0 2 3 标准的c s m a c d 机制，而使用了适合无线倍道的c s m a c a 机制。两者之间根本区别是c s m a c a 不进萼j 二碰撞偾昕，丽是采用了碰撞避免的措施。这样傲的直接原隧是无线终端 无法侦听碰撞的发生，而只有通过确认信号a c k 判断数据被正确接收，无论任 何原因造成的数据包发送端没有接收到a c k 信号都将导致数据包的重发。正是 a c k 的存在使得c s 淞c a 的帧效率低子c s 溉e d 。 由于前颟提到的无线信道的特点，无线局域网有着有线局域网所不存在的 “隐藏”站点问题。在无线局域网中，所有不能收到同一个b s s 中所有其他站 点信号豹站点都跫潜在豹“隐藏”站点，对于这些隐藏站点，c s 麓a 协议是失效 的。为了克服隐藏站点的问题，i e e e 8 0 2 1 1 提出了虚拟载波捡测，通过传送r t s c t s ( 请求发送清除发送) 信号来通知b s s 中所有站点信道即将被占用，解 决了隐藏站点无法正确知道信道使用情况豹阔题。阋c s 凇e a 技术相类似，它 是以降低效率为代价来克服无线信道缺点豹。 2 3 4 i e e e 8 0 2 1 1 的安全性 无线局域网所传送的信号分布在广嗣豹空间中，与有线网络相比，无线传 竣网终的安全性筹要更加受到重视。 无线局域网的安全性首先体现在网络i d 上称为b a s i cs e r v jc es e t i d e n t i f i c a t i o n ( s s i d ) 。不同的无线局域两有不同的s s i d ，如果莱客户端拥有 无效豹s s i d ，a p 就会挺绝与之连接，有些无线局域网方案在s s i d 正确的同时 还需要用户输入用户名和密码。更深层次的安全由w e p ( w i r e de q u i v a l e n t p r i v a c y ，有线等效加密) 协议解决。大多数w l a n 提供商都会在自己的产品中 把w e p 作为可选瑗。由于无线是一秭共享奔震，任何无线传输的信号都很容荔 技截获到。鼹以，加密和认证在无线网络中总怒载重点考虑。在i e e e 8 ( ) 2 协议中，加密和认证的工作出w e p 完成。在w e p 中，认证避过共享密钥的方式 实现，其体认证避程如凋( 2 4 ) ，辩e p 规定了4 0 位帮1 2 8 位瓣加密，提供两剽t 不同程度蜘加密选择。 2 3 。5 漫游管理与移动接入 i e e e 8 0 2 1 l 的m a c 层觏定了客户端和接入点进行接入的方法。同时8 0 2 1 l 标准也允许客户端在多个棚同的信道工作的接入点之间进行切换。每个接入点 发送一个信号灯( 这个信号灯里包括了一个时间擢用来实现客户端的劂步) ，一 个“交通指示图”，一个支持数据速率的指示( 用来完成向下的兼容) ，以及其 他的参数。漫游的客户端依据信号灯来测量与现有的相连接的a p 之间的信号强 度。如果连接信号很弱，则漫游的客户试图与新的接入点进行连接，漫游的客 户进行扫描，以给新的接入点进行连接的时候起作用。漫游切换的具体步骤如 下： 客户端向新的接入点发送r e a s s o c i a t i o n 请求； 如果接入点回复r e a s s o c i ；：l t i o n 成功，则漫游切换完成，否则客户端重新 扫描其饨接入点： 如采接入点接收了r e a s s o c i a t i o n 请求，则接入点向熬个无线局域网中发 送通知此r e a s s o c i a t i o n 信息，原来的接入点同时收到此信息得知客户端 己漫游： 漫游通常发生在无线客户端的物褒位置进行移动，或是链路的特性发生教 变，以至于原来豹连接豹信号微弱的辩候，或是原来的接入点业务量巨大，霉 致链路速率下降的时候。最后一种因接入点业务爨大所进行的切换是种负载 平衡的机制。i e e 8 0 2 1 l 的这萃申漫游机制使得帮无线局域潮豹时候霹以利用一 系列的覆蘸区域楣互堡叠的接入点来实褒太范围的秃线餍域网潮络梅架，以透 用予房屋，学校这样豹环境。 圈2 q 耀p 工作过程 o 2 4 无线蜀域网的应用 在国内，w l 删静技术和产品在实际应用领域还是比较掰的。但是，无线由于 其不可代替豹优点，将会迅遽姥应用予需要在移动中连掰和在潮潮漫游扮场合， 并在不易布线豹地方和远躐离的数据处理节点提供强大的网络支持。无线时代 正在来临，这意嗦着可