（计算机应用技术专业论文）异构ad+hoc网络中ip地址自动配置协议的设计与实现.pdf

内蒙古大学硕士学位论文 异构a dh o c 网络中 i p 地址自动配置协议的设计与实现 摘要 异构a dh o c 网络以其不同传输方式、不同设备等特点逐步得到广泛的发展 与普及。为了保证异构a dh o c 网络能够正常通信，i p 地址自动配置协议在异构 a dh o c 网络中发挥了重要的作用，它保证了网络中节点能够获取到唯一的i p 地 址。如果异构a dh o e 网络能够接入i n t e r n e t 中，i p 地址自动配置协议还能够保 证节点拥有一个全局唯一的i p 地址。因此i p 地址自动配置协议是异构a dh o e 网络节点互相通信的重要前提和保障。 在本论文中，使用不同传输方式的无线设备构建无线网络，这些不同传输 方式有i e e e8 0 2 1 1 和i e e e8 0 2 1 5 模式，并提出了异构a dh o c 网络的构建模 式、异构a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议以及8 0 2 1 5 网络中路由协议的设 计与实现方式。 i p 地址自动配置协议是一种分布式的协议，具有自组织性、抗毁性和自愈 性等特点。其工作方式总体过程是当一个节点加入到网络时，这种分布式的i p 地址自动配置协议能够通过网络中已经存在的部分节点或者全部节点为这个新 加入网络的节点进行地址配置。 在本论文用n s 2 仿真工具对提出的i p 地址自动配置协议进行了性能测试， 给出了性能分析结果。结果表明i p 地址自动配置协议有低延迟性、高地址使用 率等特点。 在本论文的最后部分，分别从8 0 2 1 1 方面、8 0 2 1 5 方面以及8 0 2 11 和8 0 2 1 5 互联三方面实现了i p 地址自动配置协议。分别使用了l i n u xc 编程技术，j 2 m e 技术，双协议栈技术等。 异构a dh o e 网络中i p 地址白动配置协议的设计与实现 本论文对异构a dh o c 网络中i p 地址自动配置在现实环境中应用提供重要 的理论依据。 关键词：异构a dh o e 网络，i p 地址自动配置，i e e e 8 0 2 11 ，i e e e8 0 2 15 l i 内蒙古火学硕+ 学位论文 d e s i g n i n ga n di 咿l e 匝n 1 j a t i o no f i pa d d r e ssa u t o a l l o c a t i o np r o t o c o l i nh e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r k a bs t r a c t a h e t e r o g e n e o u sa dh o en e t w o r kh a sb e e nw i d e l yd e v e l o p e da n ds p r e a d ，w h i c h i sc o n s i s t i n go fd i f f e r e n td e v i c e sa n dd i f f e r e n tt r a n s m i s s i o nm e t h o d s t og u a r a n t e e t h en o r m a lc o m m u n i c a t i o n so ft h ee a c hn o d e ，t h ei pa d d r e s sa u t o - a l l o c a t i o np r o t o c o l i st h ec r i t i c a lp a r ti nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r kp r o t o c o l s d u et ot h ee x i s t e n c eo fi p a d d r e s sa u t o a l l o c a t i o np r o t o c o l ，e a c hn o d ei nt h en e t w o r kh a sau n i q u ei d e n t i f i c a t i o n a f t e rah e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r kc o n n e c t st ot h ei n t e r n e t ，t h ei pa d d r e s s a u t o a l l o c a t i o np r o t o c o la l s og u a r a n t e e se a c hn o d ef o rg a i n i n gag l o b a li pa d d r e s s t h e r e f o r e ，t h ei pa d d r e s sa u t o a l l o c a o t i o np r o t o c o li sa ni m p o r t a n ti n d e m n i t ya n d p r e m i s eo nt h ec o m m u n i c a t i o n si nah e t e r o g e n e o u sn e t w o r k i nt h i st h e s i s ，t h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ki sc o n s i s t i n go fi e e e8 0 2 11n e t o w r k a n di e e e8 0 2 15n e t w o r k t h ec o m p o s i t i o ns c h e m ao ft h en e t o w r ki sm e n t i o n e d ，a n d t h ei pa d d r e s sa u t o a l l o c a t i o np r o t o c o li nt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ka n dt h er o u t i n g p r o t o c o li n8 0 2 15n e t o w r k a r ed e s c r i b e d t h ei pa d d r e s sa u t o - a l l o c a t i o n p r o t o c o l i sad i s t r i b u t e d p r o t o c o l ，w h o s e c h a r a c t e r i s t i ci s s e l f o r g a n i z a t i o n ，a n t i d a m a g e ，n a t u r a lr e p a i r t h e i pa d d r e s s a u t o - a l l o c a t i o np r o c e s si st h a ts o m en o d e si nt h en e t w o r kp r o v i d et h ea l l o c a t i o n i n f o r m a t i o nt ot h en e wn o d e ，w h e nan o d e jo i n si nt h en e t w o r k t h en e t w r o ksi m u l a t o rv e r s i o n2i su s e dt os i m u l a t et h i sp r o t o c o la n dt ot e s tt h e p e r f o r m a n c eo ft h ep r o t o c 0 1 t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ep r o t o c lt a k e so nl o w l a t e n c y , l e s sa d d r e s s e sc o n f l i c ta n dh i g hu t i l i z a t i o no fa d d r e s s e s a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，t h ei pa d d r e s sa u t o a l l o c a t i o np r o t o c o li si m p l e m e n t e d i n8 0 2 11 ，8 0 2 15a n dh e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r k t h el i n u xc ，j 2 m ea n dt h e d o u b l ep r o t o c o ls t a c k st e c h n i q u ea r eu s e di nt h ei m p l e m e n t i o n 异构a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议的设计与实现 t h i st h e s i s p r o v i d e s at h e o r e t i c a lr e l i a n c ei nt h e r e s e a r c h i n g o nt h e h e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r k k e y w o r d s ：h e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r k ，i pa d d r e s sa u t o - a l l o c a t i o n ，i e e e 8 0 2 11 ，i e e e8 0 2 1 5 i v 内蒙古人学硕士学位论文 图表目录 图2 1 异构a dh o c 网络简单拓扑结构_ 6 图2 28 0 2 11 协议栈体系结构7 图2 38 0 2 15 协议栈体系结构9 图2 4a dh o c 网络路由协议构成1 2 图3 1a dh o c 网络中i p 地址自动配置协议总体结构设计图1 5 图3 2 地址配置处理活动图1 6 图3 3 可用地址检测与更新消息活动图1 7 图3 4 重复地址检测和更新消息活动图1 9 图3 5 网关消息处理活动图2 0 图3 - 6i p 地址自动配置状态图2 1 图3 7n s 2 中c + + 部分与o t c l 部分的相互依赖关系2 2 图3 8 地址空间2 倍于节点数量下的地址配置延迟2 4 图3 - 9 地址空间1 0 倍于节点数量下的地址配置延迟2 5 图3 1 05 0 0 x5 0 0 场景下的地址配置延迟2 6 图3 1 11 0 0 0 x1 0 0 0 场景下的地址配置延迟2 6 图3 1 2 地址使用数量2 7 图4 1 异构a dh o c 网络场景图2 8 图4 2i p 地址自动配置协议位于应用层的协议栈2 9 图4 3i p 地址自动配置使用到的模块2 9 图4 4 请求地址配置启动模块函数调用31 图4 5 请求节点中i p 地址自动配置协议流程图3 3 图4 6 配置节点中i p 地址自动配置协议的流程图。3 4 图4 7 安逸节点中i p 地址自动配置协议的流程图3 4 图4 8 地址配置模块消息调用3 6 图4 - 9 地址释放模块流程图3 6 图4 1 0 地址释放模块函数调用图3 7 图4 - 11 可用地址检测模块函数调用一3 8 图4 1 2 可用地址检测与可用地址处理模块整体流程图3 9 图4 1 3 重复地址检测流程图3 9 v i i 异构a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议的设计与实现 图4 1 4 网关消息处理流程图。4 1 图4 1 5 网关消息处理模块函数调用图。4 1 图4 1 6 地址配置模块位于应用层的8 0 2 1 5 协议栈4 2 图4 1 78 0 2 1 5 网络中i p 地址自动配置协议模块构成4 3 图4 1 88 0 2 1 5 中i p 地址自动配置协议函数调用图4 3 图4 1 9 节点的服务器和客户端的建立4 4 图4 2 0 双协议栈4 5 图4 2 1 数据从8 0 2 1 5 协议栈流向8 0 2 1 1 协议栈的函数调用图4 7 表3 1 各模块之间的转换关系2 0 表3 2 测试方案2 3 表4 1 地址配置启动组件表3 0 表4 2 请求配置模块组件表31 表4 3 可用地址检测模块组件表3 7 表4 4 重复地址处理模块组件表4 0 表4 5 隶属于8 0 2 1 5 协议栈的函数4 6 表4 6 隶属于8 0 2 1 l 协议栈的函数4 6 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文己经注明引用的内容外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得凼苤直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权 将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘， 允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论 文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者 今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意； 若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名：碰 日 期：型渺 叠“笺 墨一恕 内蒙古大学硕士学位论文 第一章引言 随着无线网络传输技术的发展，移动通信越来越受到人们的重视，并得到了飞速的发展 和普及。蜂窝移动通信系统包括目前世界正在营运的第二代移动通信系统g s m ( g l o b a l _ s y s t e mf o rm _ _ _ o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，全球移动通讯系统) 和c d m a ( c _ _ o d e - - d i v i s i o nm u l t i p l e a _ c c e s s ，码分多址) 系统都是一种集中式的通信系统。这类移动通信系统受基站和移动交换 中心等基础设施的约束，对于一些特殊场合，如战场、发生灾难的地区，这些不能够预先部 署基础设施或者基础设施遭到破坏的环境，这种集中式的通信系统就失去其作用。 a dh o e 网络是一种无基础设施、自组织、抗毁性强的移动通信网络。a dh o c 网络起源 于1 9 7 0 年美国国防部支持夏威夷大学开发的p r n e t ( p a c k e tr a d i o 创脚r k ，分组无线网络) 【l 】，是美国军方的一项工程，旨在研究战场上利用终端进行数据通信的无线网络。该项目设 计条件就是在基础设施遭到破坏或者不存在的情况，要求该网络能够快速部署、自动配置网 络参数。随后美国国防部又在1 9 8 3 年和1 9 9 4 年进行了s u r a n ( 婴i v a b l ea d a p t i v en _ _ e t w o r k ， 抗毁可适应性网络) 【2 1 和g l o m o ( g 1 0 _ _ _ b a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，全球移动信息系统) 【3 1 项目的 研究。这些网络都具有a dh o e 网络的雏形，具有无基础设施和自组织的特性。 9 0 年代中后期特别是进入2 l 世纪后，i e e e 8 0 2 1 1 【4 】标准委员会定义a dh o c 网络为自组 织对等式多跳移动通信网络，i e t f 又将a dh o c 网络称为m a n e t ( m o b i l e dh o c 捌巨t w o r k s ， 移动a dh o c 网络) ，因此a dh o c 网络得到了很大的发展。除了原来的军事领域，又出现了 灾难救援网络f 5 1 、快速交通网络【6 】等领域。在本文中，a dh o c 网络和m a n e t 是相互通用的， 表示一个概念。 在当今移动无线通信领域中，用户设备如手机、笔记本电脑、p d a 等多样化导致由单一 设备组成的a dh o c 网络不能够满足人们对移动无线通信的需求。而异构a dh o c 网络是由不 同传输方式、不同设备构成的一种混合网络，这种网络既具有a dh o c 网络的特点，又具有设 备和传输方式多样性的特点，完全符合不同移动终端用户对无线移动网络的要求。 但不论a dh o c 网络还是异构a dh o c 网络在进行通信时都需要一个唯一标识符。m a c 地址被作为标示节点网络接口卡的物理地址，但这个地址是用于局域网通信中。在网络层和 网络层以上，i p 地址被广泛认为是在局域网和广域网中标识节点的标识符。在集中式的网络 中，节点的i p 地址可以通过人工或者d h c p 的方式来进行配置。但在异构a dh o c 网络这种 分布式的、没有中心节点的网络中，节点i p 地址不能够由人工或者d h c p 机制来完成配置。 异构a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议的设计与实现 所以在异构的a dh o c 网络中就需要一种分布式的、无需人工干预的i p 地址自动配置过程。 因此异构a dh o c 网络中i p 地址自动配置协议的研究就成为研究异构a dh o c 网络的重要方 面。 1 1 课题的研究背景 在当今社会中，大规模的自然灾害与人为破坏在世界范围内频繁发生，造成了数以万计 的人员伤亡和巨大的经济财产损失，给人类社会带来了巨大的创伤。仅在我国2 0 0 8 年就遭遇 了两场重大的自然灾害，年初南方的雨雪冰冻灾害和5 1 2 汶川特大地震。这些事件警示着我 们，自然灾害已成为人类必须共同面对的重大挑战，有效防范和抵御自然灾害，如何将自然 灾害造成的损失减少到最低限度，已经成为我国必须面对的现实而紧迫的重大课题。 像地震等大的h 然灾害发生时，灾区的通讯基础设施通常会被破坏，如通讯光缆断裂、 移动基站坍塌等，手机、固定电话等都无法通信。抗震救灾指挥部需要获得灾害发生情况的 报告，救援人员彼此之间需要工作协调，受灾的人群需要向救援人员告知h 己的方位与受伤 情况，而已经获救的人员需要向外界的亲友报平安等。因此能够迅速的在灾区重建通讯网络 就成为一项重要的工作。然而利用基础设施才能够通讯的系统在灾难发生时有着本质上的缺 点，就是只有当通讯的基站、机房设备、链路等都修复好之后，各类用户手中的手机、p d a 、 固定电话等才能够进行通讯。因此在像地震这样的大的自然灾害环境中，能够及时铺设和构 架网络就成为减少人员伤亡和财产损失的重要措施，本课题就是在这种背景下提出的，而异 构a dh o e 网络中i p 地址自动配置技术是这种网络中的关键技术。 1 2 国内外研究现状 国内外关于a dh o e 网络的研究根据在a dh o c 网络中包含设备类型可分为两类，其中一 类就是同构a dh o c 网络的研究，即在a dh o e 网络中使用相同的无线设备，另一类就是异构 a dh o c 网络的研究，即本论文研究的范畴。 1 2 1 同构a dh o c 网络的研究现状 a dh o e 网络的动态拓扑结构、链路带宽有限、安全性有限等就构成了a dh o c 网络的特 性。基于以上特点就有了以下几个研究方面。 1 ) 提出新的路由协议。由于a dh o c 网络拓扑的动态变化，就要求路由协议是一种分 2 内蒙古大学硕十学位论文 布式的方式从而适应这个特性。当自i 具有代表性的路由协议有a o d v 7 】【8 l 、d s r 9 1 、 d s d v 0 0 】、t o r a 0 】、z r p 1 2 1 。在这些协议中又可以分为主动式路由协议和被动式 路由协议。 2 )提出用于解决隐藏终端和暴露终端的m a c 层协议。由于a dh o c 网络节点的移动 和无线通信的特性，如何保证节点间信号的高效传递、互不干扰就成为研究a dh o c 网络m a c 协议的重要方面。当前具有代表性的m a c 协议有r t s c t s a c - - a 7 r 1 3 】， 改进的m a c 协议如p e m a c ( p o w e re f f i c i e n tm e d i aa c c e s sc o n t r o l ，基于能量效 率的介质访问控制) 1 4 1 协议等。 3 )提出用于a dh o c 网络的自动配置协议。a dh o c 网络是一种分布式的网络，在a d h o c 网络中没有中心节点的存在，这就要求a dh o c 网络中节点能够进行自动配置， 如i p 地址自动配置。当前具有代表性的地址自动配置协议有s a n k e tn e s a r g i 提出 的主机自动配置协议【1 5 】、m a n s i 提出的基于分布式的动态地址配置协议【1 6 】、i e t f 自动配置工作组提出的m a n e t 网络自动配置协议【17 1 、d r c p ( 四n a m i cr e g i s t r a t i o n a n dc _ o n f i g u r a t i o np _ r o t o c o l ，动态注册与配置协议) 【1 8 】【1 9 】协议等。 4 )其它一些研究方面，如a dh o c 网络与蜂窝网络的结合、基于a dh o c 网络的多播 组播协议、功率控制、安全性等问题。 以下详细分析i p 地址自动配置协议的研究现状。由于异构a dh o c 网络是一种拓扑动态 变化、没有中心节点、分布式以及节点的通信和处理能力不同的网络，所以在这种网络中的 i p 地址自动配置协议需要处理以下几个问题。 1 由于异构a dh o c 网络是一种无中心节点、分布式的网络，地址配置方式应该是一种分 布式的配置过程。 2 由于异构a dh o c 网络拓扑动态变化和节点移动性，地址配置方式应该能够处理网络分 裂和合并的情况。 3 由于节点的移动性，地址配置方式应该能够检测重复地址，并处理。 4 由于配置过程是一种分布式的方式，可能出现配置地址资源枯竭的状况，地址配置方 式应该能够处理这个问题。 5 由于异构a dh o c 网络能够接入到i n t e m e t 中，地址配置方式应该能够处理有网关存在 的异构a dh o c 网络中。 6 由于异构a dh o c 网络中设备类型不同，通信和处理能力不同，地址配置方式应该能够 适用于这些不同的设备中。 异构a dh o c 网络中i p 地址自动配置协议的设计与实现 d r c p 协谢1 8 1 【1 9 1 是一种扩展的d h c p ( 四m a n i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l ，动态主机配 置协议) 2 0 j 协议，就像d h c p 协议一样，在网络中需要一个配置服务器。在d r c p 协议中， 每个节点都具有服务器和客户端功能。一个节点在请求地址配置时，需要其邻居节点来进行 配置。邻居节点将自身的地址池的一半地址分配给请求配置节点。然后请求节点从这个地址 池中选择一个地址作为自身i p 地址。这种处理方式并没有处理问题2 到6 。 s a n k e tn e s a r g i 等人在文献【1 5 】中提出的动态地址配置机制要求每个节点都包含一个可用 地址池和已配地址池，请求节点可以通过其邻居节点来获得地址信息。由于这种配置方式没 有进行地址池同步，所以在配置过程中可能出现地址重复和地址冲突等问题。这种处理方式 也没有处理问题2 到6 。 m a n s i 等人在文献 1 6 1 中提出一种动态分布式地址配置机制。在这种机制中，每个节点都 包含一个可用地址池和己配地址池，请求节点通过其邻居节点来获得配置信息。邻居节点在 配置时，将自身地址池中的一半地址分配给请求节点，请求节点在得到地址池后，将地址池 中第一个地址配置为自身i p 地址。这种处理方式并没有处理问题5 和6 。 i e t f 自动配置工作组在文献【1 7 】中提出的地址自动配置方案中，将a dh o c 网络中地址 配置方案分为了两种情况，其一是a dh o c 网络没有连接到i n t e r n e t 上；另一种是接入到i n t e m e t 上的a dh o c 网络。这种处理方式并没有处理问题4 和6 。 1 2 2 异构a dh o c 网络的研究现状 异构a dh o c 网络是不同传输方式、不同设备组成的a dh o c 网络，即异构a dh o c 网络 可以认为是由不同的同构a dh o c 网络构成的。那么除了具有a dh o c 网络的研究内容以外， 异构a dh o c 网络的关键技术，其一就是如何能够使不同的设备使用不同的传输方式来构成网 络，保证网络的通信；其二就是如何在异构a dh o c 网络中实现i p 地址自动配置。h u a q u ng u o 2 i 】 等人的方法中使用了一种基于异构网络的软件框架，在不同的节点上安装同一个软件框架， 这些异构网络中的节点能够相互协同工作。p o g k a s t 2 2 】提出一种将传感器节点与移动a dh o c 节点结合在一起的异构网络模型。但总体来说对于异构a dh o c 网络的研究比较少，对于异构 a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议的研究更是微乎其微。 综上所述，基于当前移动a dh o c 网络的研究状况，未来的研究会趋于多层次、多种传输 方式混合的方向发展。异构网络会成为a dh o c 网络的发展方向，建立一整套包含多种传输方 式的混合异构网络能够使a dh o c 网络的应用更加广泛，更加实用。 4 内蒙古大学硕十学位论文 1 3 课题解决的关键技术 本论文研究异构a dh o c 网络及其i p 地址自动配置协议，旨在解决以下几个问题： 1 ) 阐明异构a dh o e 网络互联体系结构。详细说明i e e e8 0 2 1 1 无线网络工作原理、i e e e 8 0 2 1 5 蓝牙网络工作原理以及8 0 2 1 1 网络与8 0 2 1 5 网络互联的解决方案。 2 ) 阐明异构a dh o e 网络中i p 地址自动配置协议。包括协议的设计细节、超时处理机 制、地址重复处理等机制等核心技术，以及性能的仿真结果。 3 ) 阐明适用于异构a dh o e 网络中的改进的a dh o e 网络路由协议。在单跳的蓝牙网络 中实现多跳的a dh o e 路由协议。 1 4 本论文的结构 在第一章的内容中主要阐述了异构a dh o e 网络和异构a dh o e 网络i p 地址自动配置协 议的研究背景、国内外研究现状以及课题解决的关键技术。关于异构a dh o c 网络的构成和地 址自动配置协议含义和特点这些内容将在第二章进行说明。异构a dh o e 网络中地址自动配置 协议的设计将在第三章详细描述。论文的第四章将介绍地址自动配置协议的仿真过程和仿真 性能。第五章的内容将是详细说明在现实环境中实现异构a dh o e 网络的i p 地址自动配置全 过程。 异构a dh o c 网络中i p 地址自动配置协议的设计与实现 第二章背景知识 异构a dh o c 网络中i p 地址自动配置协议包括两部分内容：其一，异构a dh o c 网络： 其二，a dh o c 网络中的i p 地址自动配置协议。以下就详细说明这两部分的背景知识。 2 1 异构a dh o c 网络 异构a dh o c 网络是不同无线传输设备构成的移动a dh o c 网络。这些不同设备有笔记本 电脑、p d a 以及手机等。这些设备使用的无线传输方式有i e e e8 0 2 1 1 协议【4 】和i e e e8 0 2 1 5 协议【2 3 】。 2 1 1 异构a dh o c 网络的构成 由于异构a dh o c 网络设备类型的不同，因此构成异构a dh o c 网络的传输方式也不同。 图2 1 是关于异构a dh o c 网络的简单拓扑结构。 图2 - i 异构a dh o e 网络简单拓扑结构 f i g u r e 2 1t h es i m p l et o p o l o g yo fah e t e r o g e n e o u sa dh o cn e t w o r k 其中l a p t o p 之间的通信是使用i e e e8 0 2 1 l 协议，而p d a 之间、c p 之间以及p a d 和 c p 之问的通信是使用i e e e8 0 2 1 5 协议。以下就详细说明i e e e8 0 2 1 1 和i e e e 8 0 2 1 5 两个协 议。 6 内蒙古人学硕士学位论文 2 1 1i e e e 8 0 2 1 1 协议和i e e e 8 0 2 1 l 网络 i e e e8 0 2 委员会在1 9 9 0 年成立了一个新的工作组，这个工作组就是i e e e8 0 2 1 1 ，它专 门致力于无线局域网络研究。i e e e8 0 2 1 l 【4 1 定义了三个规范物理层包括两个扩散频谱技术和 一个红外传播规范，无线传输的频道定义在2 4 g h z 的i 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 ， 工业科学和医疗) 波段内，这个波段在各国都是非注册使用频段。那么使用8 0 2 1 1 网络就不 需要任何无线许可。经过将近2 0 年的发展，i e e e8 0 2 1 1 工作组制定出很多标准，其中包括 最为典型的i e e e8 0 2 1l a 、i e e e8 0 2 1 1 b 和i e e e8 0 2 1 1 9 。 i e e e8 0 2 1 l a 使用通用u n n i ( u n i v e r s a ln e t w o r k i n gi n f o r m a t i o ni _ n f r a s t r u c t u r e ，网络信息 基础结构) 的频带，该频带划分为3 个部分，u n n i l 、u n n i 2 和u n n i 3 。i e e e8 0 2 1 1 a 可 以比i e e e8 0 2 1 1 b i e e e8 0 2 1 l g 利用更多可获得带宽，并且i e e e8 0 2 1 1 a 比i e e e8 0 2 1 1 b 拥 有更高的数据传输率，最高可以达到与i e e e8 0 2 1 1 9 相同的速率。而且i e e e8 0 2 1 l a 是运行 在5 g h z 的红外波段上，i e e e8 0 2 1 l a 产品在2 0 0 1 年1 1 月被w e c a ( 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 ，无线局域网标准化组织) 1 2 4 1 将认定标记改为w i f i 5 。 i e e e8 0 2 1 1 b 是i e e e8 0 2 1 1d s s s 模式的一个扩充，它提供了在i s m 频段上5 5 m b p s 和1 1 m b p s 的数据传输速率。i e e e8 0 2 1 i b 产品被w e c a 组织称为w i f i 。 i e e e8 0 2 1 l g 是将i e e e8 0 2 1 1 b 的数据传输速率扩展到2 0 m b p s 以上，可以达到5 4 m b p s 。 工作频率也是在2 4 g h z 范围内，i e e e8 0 2 1 i b 和i e e e8 0 2 1 l g 是兼容的。 i e e e 标准组织给出的i e e e8 0 2 1 1 协议标准体系结构，也就是8 0 2 1 1 的协议栈是由8 0 2 1 1 物理层、8 0 2 1 1 介质访问控制层和8 0 2 1 1 逻辑链路控制层以及上层协议组成的。具体体系结 构如图2 2 所示。 一一_ 。_ 。广o _ 三f_。+ 年一 - 。l l cl a y e r ，。jjf ；8 0 2 1 1p h y s i c a l l a y e r ； f i g u r e 2 - 2t h ea r c h i t e c t u r eo f t h e8 0 2 11p r o t o c o ls t a c k 7 量丝垒! 旦竺堕垒! ! 垫垄! 鱼垫墼篁堕坚箜丝生皇塞翌 1 ) 8 0 2 1 1 物理层1 4 1 。8 0 2 1 l 的先期标准中定义了三个物理媒体。其一，是工作在2 4 g h z 的i s m 波段上的d s s s ( d i r e c ts e q u e n c e s p r e a ds p e c t r u m ，直接序列扩频) ，其数据传输速率 为1 m b p s 和2 m b p s 。其二，是工作在2 4 g h z 的i s m 波段上的f h s s ( f r e q u e n c y h o p p i n g _ s p r e a d _ s p e c t r u m ，跳频扩频) ，其数据传输速率也是1 m b p s 和2 m b p s 。其三，是工作在5 g h z 红外波 段上的频率，其速度也为1 m b p s 和2 m b p s 。但其后的8 0 2 1 1 标准中将物理层频率进行了扩充 和调制，使其数据传输速率提高。 2 ) 8 0 2 1 1 介质访问控制层【4 l 。在8 0 2 1 1 标准中规定了m a c ( m _ e d i aa c c e s sc o n t r o l ，介 质访问控制) 层包含有两个子层，其一为d c f ( 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) 子层，另一个为p c f ( p _ o i n t _ c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ，点协调功能) 子层。在d c f 层 中则包含有c s m a c a ( c a r r i e rs _ e n s em u l t i p l ea _ _ c c e s sw i t hc o l l i s i o na _ v o i d a n c e ，载波侦听多点 接入冲突避免) 机制。 3 ) 8 0 2 1 l 逻辑链路控制层【4 1 。在8 0 2 1 1 标准中规定了l l c ( l o g i cl i n kc _ _ o n t r o l ，逻辑链 路控制) 子层的作用是将m a c 层提供的数据封装，并将数据传递到协议栈上层。 在8 0 2 1 1 网络中，可以分为i n f r a s t r u c t u r e 模式和a dh o c 模式。i e e e8 0 2 1 1 标准中规定 由一个独立的b s s ( b a s i cs e r v i c es _ e t ，基本服务集) 构建的网络是a dh o c 模式的网络，由 基站和b s s 构建的网络则称为i n f r a s t r u c t u r e 模式的网络。 2 。1 ，2i e e e 8 0 2 。1 5 协议和i e e e 8 0 2 1 5 网络 i e e e 标准化组织在制定8 0 2 1 5 协议标准之初，将部分蓝牙规范【2 5 1 写入了协议中，并且 还为此专门成立了一个s i g ( i e e ea n db l u e t o o t hs _ p e c i a li n t e r e s tg r o u p ，蓝牙技术联盟) 组织， 旨在将蓝牙规范做成i e e e8 0 2 标准。i e e e8 0 2 15 1 协议标准就是源于蓝牙规范，并且是与蓝 牙1 1 规范兼容的协议标准。最终i e e e 制定出了i e e e8 0 2 1 5 ，一种蓝牙无线通信规范标准。 在本文中，蓝牙网络与i e e e8 0 2 1 5 网络指同一种网络。 i e e e 标准提出的i e e e8 0 2 1 5 1 协议栈体系结构【2 3 】包含有蓝牙规范协议【2 5 1 和非蓝牙规范 协议。其核心协议分为p r ( p h y s i c a lr _ _ a d i o ，蓝牙物理无线电) 、b b ( b a s e b a n d ，基带) 、l m p ( l i n km a n a g e rp _ r o t o c o l ，链路管理) 、l 2 c a p ( l _ o g i c a ll _ i n kc o n t r o la n da _ d a p t a t i o np _ r o t o c o l ， 逻辑链路控制及适配协议) 整个协议栈体系结构如图2 3 【2 3 】所示。 8 内蒙古人学硕士学位论文 图2 - 38 0 2 1 5 协议栈体系结构 f i g u r e 2 3t h ea r c h i t e c t u r eo f8 0 2 15p r o t o c o ls t a c k 1 ) 8 0 2 1 5 物理无线电【2 3 】【2 5 】。8 0 2 1 5 物理无线电使用i s m 波段中的2 4 g h z 波段，使两 个相距1 0 米之内的蓝牙设备相互通信。它使用g f s k ( g _ _ a u s s i a nf _ _ r e q u e n c ys _ h i f tk _ _ e y i n g ，高 斯频移键控) 调制方式，数据通信的峰值是1 m b p s ( 这是蓝牙1 1 规范中的数据通信峰值) 。 8 0 2 1 5 物理无线电的作用是将从上层接传递来的比特流转换为无线电信号发送出去，并且能 够将接收到的无线电信号转换为比特流。 2 ) 8 0 2 1 5 基带2 3 】 2 5 】。f h ( f r e q u e n c yh o p p i n g ，跳频) 是蓝牙基带规范中的关键部分【2 3 】。 跳频的作用是阻碍干扰、多路效应和提供多种接入形式。物理链路是蓝牙基带规范中的另一 个关键部分。蓝牙基带要保证建立以下两类链路：s c o ( 娶v n c h r o n o u sc o n n e c t i o no r i e n t e d ， 面向同步连接) 和a c l ( a s y n c h r o n o u sc _ o n n e c t i o n l _ e s s ，异步无连接) 。s c o 链路用于交换要 求保证速率但不要求保证传送的数据，主要用于传送音频数据。a c l 链路是一种有错误检测 和重传机制的链路，传递数据安全性较高。纠错、逻辑信道以及信道控制这三个部分也是蓝 牙基带的关键部分。同时蓝牙基带提供三种纠错方式，1 3 比例的f e c ( f o r w a r d 旦t o r c _ o r r e c t i o n ，向前纠错) 、2 3 f e c 以及a r q ( a u t