（计算机应用技术专业论文）无线局域网资源调度机制研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文搬要 摘要 近年来，随着无线局域网( w l a nw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 的高速发展牙口 i e e e8 0 2 1 1 标准川 2 1 的不断普及，在w l a n 中如何对实时业务提供更好的服务顾 量( q o sq u a l i t yo f s e r v i c e ) ，引起了人们广泛的兴趣。 i e e e8 0 2 1 l 标准定义了两种信道访问机制：分布式协调功能( d c fd i s t r i b u t e d c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) p j 和点协调功能( p c fp o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 2 1 。d c 2 f 通过载波侦听多路访问冲突避免( c s m a c ac a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t h c o l l i s i o na v o i d a n c e ) 机制，为异步数据传输提供分布式的基于竞争的信道访问； p c f 通过轮询( p o l l i n g ) 机制为实时业务提供无竞争的服务。为了对实时业务提供 q o s ，人们在d c f 基础上做了许多基于优先级区分机制的改进，但在p c f 基础上 所作的研究较少。这是因为p c f 是一种可选模式，大多数的无线网络产品不支持 p c f 。但是，因为p c f 提供无竞争的服务，更能够为时延要求高的交互式实时应 用提供q o s 保证。 本文详细介绍了i e e e8 0 2 1 1m a c 层1 4 j 机制，分析了现有无线网络的m a c t 办 议。标准p c f 采用的循环( r rr o u n dr o b i n ) 【5 】调度策略，只提供竞争服务和无 竞争服务两个优先级的单一轮询。为了对音频、视频业务提供更加可靠的q o s ， 本文在p c f 机制上提出了一种改进的调度机制m p c f 。 在本文提出的改进的调度机制中，实时业务在竞争期c p 内向p c 提出申请。 如果申请成功，p c 将按一定的分配原则将站点列入轮询序列表并设置好各个活 动站点的网络分配矢量( n a vn e t w o r ka l l o c a t i o nv e c t o r ) 。p c 在每个无竞争菇习 c f p 的起始阶段发送一个信标帧( b fb e a c o nf r e a m ) ，b s s 内的所有站在每一个 c f p 开始，收到p c 发送的广播轮询帧，配置好自己的网络分配矢量n a v 。没有 数据发送的站点保持静默，活动站点如果有数据要发送，在c f p 内根据p c 设置自匀 网络分配矢量n a v 值依次发送实时数据帧。改进的调度机制在c f p 期间只需发i 基 一次轮询帧，从而可以大大减小信道开销，提高信道利用率。最后作者在n s 2 中 仿真了上述改进调度机制，仿真实验证明，改进后的系统能为实时业务提供更茬百 的吞吐量，同时降低了实时业务的丢包率。 关键词：无线局域网，服务质量( q o s ) ，点协调功能，网络分配矢量( n a v ) ，调 度机制 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw n e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ( w l a n ) ，i e e e 8 0 2 1 ls t a n d a r di sw i d e l ya c c e p t e d ，a n dt h ea b i l i t yo fw l a nt os u p p o r tr e a l - t i m e 锄cw i t hs t r i n g e n tq u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s lr e q u i r e m e n t sh a sc o m ei n t of o r e i e e e8 0 2 1 1 s t a n d a r d s p e c i f i e s t w od i f f e r e n tc h a n n e l a c c e s s i n g m e c h a n i s m s n a m e l y ：t h ed 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 ( d c f ) a n dt h ep o i n t c o o r d i n a t i o n f u n c t i o n ( p c f ) d c fi sd e s i g n e dt op r o v i d ec o n t e n t i o ns e r v i c e sf o r a s y n c h r o n o u sd a t a t r a n s m i s s i o nu s i n gc 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 s w i t i lc o l l i s i o na v o i d a n c e ) w h i l ep c fi sd e s i g n e dt op r o v i d ec o n t e n t i o nf r e es e r v i c e s f o rr e a l - t i m et r a m cu s i n gap o l l i n gs c h e m e r e g a r d i n gq o s ，m a n yw o r k sh a v eb e e n d o n eo nd c ft op r o v i d ep r i o r i t yd i f f e r e n t i a t i o ns e r v i c e s ，b u tf e w e rr e s e a r c h e so n p c f , b e c a u s ep c fi sa no p t i o n a lm o d e ，a n ds e l d o mc o m m e r c i a lp r o d u c ts u p p o r t si t n e v e r t h e l e s s ，p c fi sab e t t e rw a yt op r o v i d ep a r a m e t e r i z e dq o sf o ri n t e r a c t i v e r e a l t i m ea p p l i c a t i o n sb e c a u s eo fi t sc o n t e n t i o nf r e ec h a r a c t e r i nt h i st h e s i s w ei n t r o d u c ei e e e8 0 2 11s t a n d a r da n di t sv a r i o u si m p r o v e m e n t m e c h a n i s m s ，s u c ha sr o u n dr o b i ns c h e d u l i n g ，w h i c ho n l ys u p p o r t st w op r i o r i t i e s ， c o n t e n t i o na n dc o n t e n t i o nf r e es e r v i c e s i no r d e rt os u p p o r tv o i c ea n dv i d e ot n d f i ew i t h p a r a m e t e r i z e dq o s ，w ep r o p o s e da m o d e f i e ds e h e d u l i n gm e c h a n i s m i nt h ep r o p o s e ds c h e d u l i n gm e c h a n i s mm p c f , t h er e a l t i m et r a 伍c sc o n t e n e d w i t ht h en o nr e a l - t i m et r d 伍c sd u r i n gt h ec e t h ep c ( p o i n tc o o r d i n a t o r ) a l l o c a t e st h e n a vt ot h ea c t i v es t a sa n di n s e r tn o d e st ot h ep o l l i n gl i s t t h ep cs e n d st h eb e a c o n f r e a mt oi n i t i a t et h ec f p , t h e nb r o a d c a s t sap o l lt os 1 a st or e a l l o c a t et h e i rn a v r e s p e c t i v e l y s os t a sc a ns e n dd a t aa c c o r d i n gt h e i rn a vn o ta f t e rr e c i v i n gt h ep o l l f r e a m b yd o i n gt h i s ，t h ep o l l i n go v e r h e a di sd e c r e a s e da n dt h es e r v i c ec a p a c i t yi s e n l a r g e d w ei m p l e m e n t e dt h e mi nn s 2 ，a n ds i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tr e a l - t i m e t r a 衢c sc a nb es e r v e dw i t h i nt h e i rq o sr e q u i r e m e n t s ，w h i l et h ep a c k e tl o s sr a t eo ft h e r e a l t i m et r a f f i cc a nb ed e c r e a s e d k e y w o r d s ：w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ( w l a n ) ，q u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) ，p o i n t c o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ( p c f ) ，n e t w o r k a l l o c a t i o nv e c t o r ( n a v ) ， s c h e d u l i n g m e c h a n i s m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废整电太堂或 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：落t j 、了 签字日期：协g 年g 月蚣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废邮电太堂有关保留、使用学位论文的 规定，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。本人授权重鏖塑鱼盔堂可以将学位论文的全都或部分内 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后适用本授权书) 学位论文作者签名：苏d 一了 导师签名： 签字日期：沙5 年6 月i f 日签字日期：柳f 年f 月了e t i i 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着信息技术的发展，以太网的广泛应用，因特网的日益普及，以及移动终 端的不断增加，人们对移动i p 接入的需求迅速增长。w l a n 作为有线以太网的延 伸，以快捷高效、组网灵活的优势也在迅速发展。w l a n 采用射频技术( r fr a d i o f r e q u e n c y ) 构成局域网络，是一种便利的数据传输系统。由于w l a n 设备一般工 作于免授权频段，在频段的使用上无需高昂的许可费用，加之w l a n 技术的日 趋成熟，以及在接入速率和适应环境上与3 g 的互补性，使得w l a n 的应用已经 从单纯的有线网络的延伸拓展开来，成为室内微微小区尤其是热点地区重要的高 速无线数据接入手段之一，应用潜力巨大。同时w l a n 的先期部署将促进移动数 据业务需求的增长和相关业务应用的成熟，对b 3 g 乃至4 g 的充分发展和应用是必 不可少的。 1 2 论文背景及工作内容 w l a n 作为有线以太网的延伸，以高效快捷、组网灵活、费用低廉的优势在 当今信息社会迅速发展。以数据业务为核心的话音、图像、视频、互联网信息等 多媒体业务的剧增，使得新一代移动网络通信必须满足包括实时业务在内的多种 数据传输业务的q o s 。 要满足实时业务的q o s 需求，最简单的办法就是增大带宽，然而有限的无线 带宽使得这种方法并不可行。另一种方法是对网络加以管理，将不同的业务类型 对应于不同的服务类型，再对不同类型的服务区别管理，以满足各种业务的q o s 需求。有线网络中已经有相对成熟的q o s 模型和机制，如综合业务模型( i n t s e r v i n t e g r a t e ds e r v i c e s ) 【6 】、区分业务模型( d i f f s e l - vd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ) ，多协议 标签交换( m p l sm u l t i p r o t o e o ll a b e ls w i t c h i n g ) 等。在无线网络中，无线节点 的不断运动，使得网络拓扑结构不断变化，无线信道容易受干扰的特点使得链路 状态不稳定，因而无线网络并不像有线网络那样具有恒定的带宽。同时无线信道 访问存在竞争，这样就不可避免的带来了“隐藏终端”、“暴露终端”等不同于有 线网络的问题。因此，无线网络不能简单地照搬有线网络中的q o s 机制。另外目 前i e e e8 0 2 1 1w l a n 标准最大问题就是只能提供“尽力而为”的服务，没有q o s 保障。在负载较重的情况下，就不能很好地支持实时业务。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 在无线网络中提供对实时业务的支持，就要尽量满足实时业务的特性，主要 通过为实时业务提供优先服务来实现。目前已提出了很多在i e e e8 0 2 1 l 无线网络 下为实时业务提供优先级服务的区分机制。其中一些建立在集中控制的基础上， 需要有一定的基础设施的支持，这对无线网络的结构存在限制。另一些建立在分 布式控制的基础上。相对比较灵活，而且适应性更强。但是，这些机制大都没有 对实时业务的最大时延限度给予足够的考虑，而且没有同时顾及全局的q o s 。事 实上，对于实时业务，不但要保证较低的平均时延，还应该尽量使每一个数据包 都能够在最大允许的时延限度内传输成功。同时，鉴于无线网络的有限带宽，提 供q o s 支持的开销不宜过大。 当前对无线网络d f l q o s 支持的研究，主要集中在q o s 模型、q o s 媒体访问控制 m a c 、q o s 路由等几个方面。与有线网络不同，媒体访问控制协议m a c 在无线 网络中占有极其重要的地位，所有的上层q o s 协议都依赖于它的实现。因此本文 重点研究了i e e e8 0 2 1 l 的m a c 层协议和建立在其基础上访问机制，并在原有基 础设施的a p 模式下，改进原有p c f 的p o l l i n g 机制，提出m p c f ( m o d 【i f i e dp c f ) 调度机制，该机制能够为实时业务提供更好的q o s 支持。 主要工作包括以下几个方面： 1 ) 分析了i e e e8 0 2 1 ld c f 机制在满足q o s 方面的不足。 2 ) 分析了p c f 机制的特性并提出了一种改进的调度机制，为实时服务提供更 好q o s 支持。 3 1 在仿真软件n s 2 q b ，对i e e e8 0 2 1 1m a c 层的d c f 机制进行了扩充，实现了 p c f 机制，并在p c f 机制中加入改进的调度机制，并验证该机制所提供的良好性 能。 1 3 论文结构 本文共分六章，各章的内容安排如下：第一章讲述了论文的背景及工作内容； 笫二章介绍了w l a n 概念，包括w l a n 的载荷数据信号、优点和局限性、w l a n 的协议体系、分类及其应用：第三章分析了w l a n 的m a c 协议与功能，简单 弓子析了基于m a c 的两种访问机制即d c f 和p c f 。第四章将实时业务c b r 、v b r 模型化，提出了基于标准p c f 机制改进的调度机制m p c f ，并用数值分析方法 比较了两种调度机制的调度效率：第五章利用n s 2 ，在i e e e8 0 2 1 l 的环境中模 j 芏l 了p c f 机制和m p c f 机制，将实时业务和非实时业务在迟延、吞吐量和丢包 率进行了比较；第六章总结了本文所做工作和m p c f 的不足，并探讨了进一步 的研究方向。 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 第二章w l a n 概论 顾名思义，无线局域网( v v - l a nw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 就是在局部 区域内以无线的( n ow i r eo rw i r e l e s s ) “媒体或介质”( m e d i u m ) 进行通信的无 线网络。 2 1w l a n 的载荷数据信号 w l a n 采用的载荷数据信号分为射频( r fr a d i of r e q u e n c y ) 无线电波( r a d i o w a v e ) 和光波两类。射频无线吨波主要使用无线电波和微波( m i c r o w a v e ) ，光 波主要使用红外线( i n f r a r d e ) 。因此，w l a n 网可以分为基于无线电的w l a n 和基于红外线的w l a n 两大类。 w l a n 使用的无线电波和微波频率由各个国家的无线电管理部门规定。不 同的国家有不通的电波法规，但一般分为两类，即专用频段和自由使用频段。 专用频段是需要经过批准( 发执照或许可证) 并需要缴纳相关费用即有偿使用 的独自使用的频段，也称为需要执照频段( l i c e n s e d b a n d ) 。而自由使用频段主 要是指工业、科研和医疗所用的( i s mi n d i i s t r i a l ，s c i e n t i f i c ，m e d i c a l ) 1 7 1 频段 或其他不需执照或许可证的频段( u n l i c e n s e db a n d ) 。i s m 频段虽然不需要执 照，也不需要缴纳使用费，但需要严格执行有关的电波法规，特别是在发射功 率和频谱框架( 如带外辐射等) 方面。 各个国家规定用于w l a n 的专用频段和自由频段是不同的。中国可用于 w l a n 的频段主要是2 4 0 0 2 4 8 3 g h z 和5 7 2 5 5 8 5 0 g h z ，也可以用3 3 6 3 4 4 m h z 等频段。美国联邦通信委员会f c c 批准的专用频段主要有1 7 g h z 和 6 1 g h z ，而不需要执照频段主要有9 0 2 9 2 8 m h z 和2 4 0 0 2 4 8 3 5 g h z 的i s m 频段，1 8 9 0 - - 1 9 3 0 g h z 的 t - 人通信系统( p c sp e r s o n a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 频段等，欧洲无线电委员会( e r c ) 和欧洲电信标准协会( e t s i ) 规定可用于 w l a n 的不需执照频段有：用于数字无绳电话标准( d e c t ) 的1 8 8 0 1 9 0 0 g h z 频段，用于w l a n 的2 4 4 5 2 4 7 5 g h z 频段( i s m 频段) 。需要执照的频段有 1 7 1 1 7 3 g h z 、1 9 g h z 、2 4 g h z 和6 0 1 g h z 。 重庆邮电大学硕士论文第二章v i _ a n 概论 2 2w l a n 的特点 2 2 1w l a n 的优点 w i 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3 0 - f ( 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 ) 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熟点 ( 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。 2 1 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展的 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 a n 有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，w l , , a u n 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“漫游 ( r o a m i n g ) ”等有线网络无法提供的特性。 由于w l a n 具有多方面的优点，所以发展十分迅速。 2 2 2w l a n 的局限性 w l 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阀题，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，所以无是怠系 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 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各，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，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 ，这样就保证了通信系统的可靠性 和稳定性。w l a n 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 a n 的系统容量通常也要比有线网的容量小。因此， w l a n 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 产品问的兼 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 1 多业务与多媒体 现有的w l a n 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 1 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。 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 2 3i l a i n 协议体系 最早自9 w i l a n 产品运行在9 0 0 m h z 的频段上，速度大约只有1 m b s 2 m b s 。 1 9 9 2 年，工作在2 4 g h z 频段上f l 自w l a n 产品问世，之后的大多数w l a n 产品也 都在此频段上运行。目前的w l a n 产品所采用的技术标准主要包括：i e e e 8 0 2 1 l b 、i e e e8 0 2 1 l a 、i e e e8 0 2 1 l g 、i e e e 8 0 2 1 l e 、h o m e b f 、i r d a 和蓝牙。 2 3 1le e e8 0 2 1 1 协议家族 1 9 9 7 年6 月，i e e e 推出了第1 代w l a n 标准一i e e e8 0 2 1 1 ( 1 9 9 7 版1 ，随后在 1 9 9 9 年推出了新的i e e e8 0 2 11 ( 1 9 9 9 版) 。该标准定义了物理层和媒介访问控制 子层m a c 的技术规范，允许w l a n 及无线设备制造商在一定范围内建立互操作 网络设备。任何w l a n 应用、网络操作系统或协议( 包括t c p i p 和n o v e l ln e t w a r e ) 在遵守i e e e8 0 2 1l 标准的w l a n 上运行时，就可以像它们运行在以太网上一样 容易。 i e e e9 0 2 11 在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了两种 无线电射频! 传输力式和一种红外线传输方式。其中r f 传输标准包括直接序列扩 频技术( d s s sd i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) t 8 j 和跳频扩频技术( f h s s f r e q u e n c yi q o p l o i n gs p r e a ds p e c h t r u m ) 。d s s s 采用一个长度为1 1 比特的b a r k e r 序 列来对以无线= 方式发送的数据进行编码。每个b a r k e r 序列表示一个二进制数据 位( 1 或0 ) ，并被转换成可以通过无线方式发送的波形信号。这些波形信号如果 使用二进锚相移键控( b p s k ) 调制技术，可以以1 m b s 的速率进行发射；如果使 用正交相移键耋叠( q p s k ) 调制技术，发射速率可以达到2 m b s 。f h s s 利用g f s k 二进制或四迸售调制方式可以达到2 m b s 的工作速率。 由于在无线网络中碰撞检测比较困难，i e e e8 0 2 1 l 规定媒介访问控$ 0 m a c 子层采用碰撞回避( c a c o l l i s i o na v o i d a n c e ) 协议，而不是碰撞检测化dc o l l i s i o n d e t e c t ) t 办议。为了尽量减少数据传输碰撞和重试发送，防止各站点无序争用信 道，v c l a n c p 采用了与以太网c s m a c d 相类似的c s m a c a ( 载波侦听多址访问 碰撞回避) 协议。c s m a c a 通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来， 保证某时亥u 只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。因传输媒介不 同，c s m a ，c d 与c s m c a 的检测方式也不同。c s m m c d 通过电缆中电压的变 化来检澳h ，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而c s m a c a 采用能量检钡q ( e d ) 、载波检测( c s ) 和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方 式。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 1 ) t i e e 8 0 2 1 1 b 由于现行的以太网技术可以实现l o m b s 、1 0 0 m b s 乃至1 0 0 0 m b s 等不同速率 以太网络之间的兼容，为了支持更高的数据传输速率，i e e e 于1 9 9 9 年9 月批准 了i e e e8 0 2 1 1 b 标准。i e e e8 0 2 11 b 标准对t i e e8 0 2 1 1 标准进行了修改和补充， 其中最重要的改进就是在i e e e8 0 2 1 1 的基础上增加了两种更高的通信速率 5 5 m b s 和1 1 m b s 。因此有i e e e8 0 2 1 l b 标准之后，移动用户将可以得到以太网 级的网络性能、速率和可用 兰e ，管理者也可以无缝地将多种l a n 技术集成起 来形成一种能够最大限度= i l 鱼满足月日户需求的网络。t i e e8 0 2 1 1 b 的基本结构、 特性和服务仍然由最初的i e e e9 0 2 1 1 标准定义。i e e e8 0 2 1 i b 技术规范只影响 i e e e8 0 2 1 l 标准的物理层，它提! 供了更高的数据传输速率和更牢固的连接性。 i e e e8 0 2 1 1 b 可以支持两种速率5 5 m b s 和1 1 m b s 。而要做到这一点，就需 要选择d s s s 作为该标准的惟一物理j 县教术，因为，目前在不违反f c c 规定的前 提下，采用跳频扩频技术无法支持更高的速率。这意味着i e e e8 0 2 1 i b 系统可以 与速率为1 m b s 和2 m b s 的i e e e8 0 2 一l _ ld s s s 系统兼容，但却无法与速率为l m b s 和2 m b s 的i e e e8 0 2 1 1 f h s s 系统兼容。 为了增加数据通信速率，i i e f _ e8 0 2 1 i b 标准不是使用1 1 比特长的b a r k e r 序 列，而是采用了补充编码键控( c c k ) ，c c k 由6 4 个8 比特长的码字组成。作为一 个整体，这些码字具有自己独特的数据特性，即使在出现严重噪声和多径干扰 的情况下，接收方也能够正确地予以区别。t i e e8 0 2 1 l b 规定在速率为5 5 m b s 时任用c c k ，对每个载波进行4 比特编码；而当速率为1l m b s 时，对每个载波进 行8 比特编码。这两种速率都使用q p ：s k 作为调制技术。 2 ) i e e e8 0 2 1 l a i e e e8 0 2 1 l a 标准是已在力卜公- 室、家庭、宾馆和机场等众多场合得到广泛应 用的i e e e8 0 2 1 l b 无线组网标滩的后续标准。i e e e8 0 2 1 l a i 作在5 g h z u - - n 1 1 频带，物理层速率可达5 4 m b s ，传输层可达2 5 m b s 。i e e e8 0 2 1 l a 选择具有能 有效降低多样衰落影响与有效傲用频率的正交频分复用( o f d m ) 为调制技术，可 提供2 5 m b s 的无线a t m 接口和1 0 t a v l b s 的以太网无线帧结构接口，以及 t d d i t d m a 的空中接口：支挎语音、数据和图像业务：一个扇区可接入多个用 户，每个用户可带多个用户终端。但是，支持i e e e8 0 2 1 l a b 示准的芯片尚未进入 市场，设备昂贵，空中接力能二匀不强，点对点连接很不经济，且不适合小型设 备。 3 ) i e e e 8 0 2 1 1 g 由于下一代规格i e e e8 0 2 1 l a 与目前的i e e e8 0 2 1 i b 规范之间频段与调制方 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 式的不同使得两者不能互通，已经拥有i e e e8 0 2 1 l b 产品的消费着可能不会在 i e e e8 0 2 1 l a 设备问世之后就立即购买；而i e e e8 0 2 1 1 9 就是为这段过渡时间所 发展的规范，它构建在既有的i e e e8 0 2 “b 物理层与介质层标准基础上，选择 2 4 g h z 频段、传输速率比1 1 m b s 高，让已拥有i e e e8 0 2 1 m 产品的r 使用者能够 以i e e e8 0 2 1 l g 的产品满足速度升级的需求。 在2 0 0 0 年初，i e e e8 0 2 1 1 9 的工作组接受了一项开发高速、向上兼容非常成 功的i e e e8 0 2 1 1 b 物理层标准的工作，新增的i e e e8 0 2 1 ig 枥 准将兼容i e e e 8 0 2 1 1 b 的m a c ，实现所有i e e e8 0 2 1 i b 所必要的功能并保证；兼容、可交互，同 时包括至少2 0 m b s 的速度还包括2 4 g h z g h z 波段的融合，从面在2 4 g h z 频段 获得更高的速度。 i e e e8 0 2 1 l g i 作组几乎用了一年半的时问，在集中的建议中邛之得了个折 中的方案，这成为7 2 0 0 1 年1 1 月的第一个i e e e8 0 2 1 1 9 草案。工作组在2 0 0 2 年1 月份的会议上还取得了一些附加的技术改善，整个i e e e8 0 2 11 9 标准在2 0 0 3 年完 成。 4 )i e e e8 0 2 1 l e 由于采用的是c s m a c a 竞争机制，i e e e8 0 2 1 1 标准尚存在着月艮务质量q o s 无法保证等问题，于是提出了i e e e8 0 2 1 l e 9 】协议。此协议在保证现有i e e e 8 0 2 1 l 七| t j , 议的能力和效率的基础上，增强m a c 机制，扩展对= 有q o s 要求的应用 的支持，包括通过w l a n 进行音频和视频的传输。2 0 0 0 年3 月i e i 三e8 0 2 1 l e 成立 至今，收到了许多解决w l a nq o s 的方案主要有：优先级区分设：置、不同竞争 窗口值c w 、传输机会t x o p 分配、块确认b l o c k a c k 、直接链罡各协议( d l pd i r e c t l i n kp r o t o c 0 1 ) 、无确认n o a c k 、搭载( p i g g y b a c k ) 等。这些方案者b 是在保证现有 i e e e8 0 2 1 1 协议的能力和效率的基础上，增强m a c 机制，扩j 醒对q o s 要求的应 用。 5 ) 其他标准 除了上面提及到的协议以外，i e e e8 0 2 1 l 针对其他应用还有其他的标准如 表2 1 所示： 表2 1i e e e8 0 2 1 l 系列的其他标准 i e e e8 0 2 1 l 具体任务 c 关于i e e e8 0 2 1 1 网络和普通以太网之间的互通协议，猡已己位h j 在大多数产 品中 d 定义了一些物理层方面的要求( 诸如信道化、跳频模式等! ) ，以透应一些国家 在无线电管制方面对i e e e8 0 2 1 1 设备的特殊要求 f为解决漫游问题而确定的p c 之间的协议，确定p c 之间如何蔓互运作 重庆邮电大学硕士论文第二章w l a n 概论 h 为兼顾欧洲管制，在i e e e8 0 2 i i a 上加入动态频率选择技术 w l a n 安全性规范也称为高级加密标准，是有线等效保密( w e p ) 标准的 替代标准 j 应用在日本的i e e e8 0 2 1 l a 新版本中，运行在4 9 5 g h z 频段上 k 为更好地管理w l a n ，确定无线和网络信息，支持位置服务等新应用 m 将对先前的维护规范条款进行修正 设计有更高传送速率的下一代w l a n 标准 解决w l a n 快速漫游问题 2 3 2 蓝牙 蓝牙技术【l0 】是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、 近距离的无线通信连接技术。这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一个 9 m m * 9 m m 的微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中。 蓝牙技术中也采用了跳频技术，但与其他工作在2 4 g h z 频段上的系统相 比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统部更稳定。前向纠错( f e c f o r w a r d e r r o r c o r r e c t i o n ) 的使用抑制了长距离链路的随机噪声。应用了二进制调 频技术的跳频收发器来抑制干扰和防止衰落。蓝牙技术理想的连接范围为 1 0 c m1 0 m ，但是通过增大发送功率可以将距离延长至1 0 0 m 。 蓝牙基带协议是电路变换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输 同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙， 但实际上可以被扩展到占用5 个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道和多达3 个同 时进行同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个 话音信道支持6 4 k b s m 步话音链路。异步通信可以支持一端最大速率为7 2 k b s 而另一端速率为5 7 6 k b s 的不对称连接，也可以支持4 3 2 k b s 的对称连接。 2 3 3 家庭网络h o m e r f h o m e r f 主要为家庭网络设计，是i e e e8 0 2 1 l 与数字无绳电话标准( d e c t ) 的结合，旨在降低语音数据成本。h o m e r f 利用跳频扩频方式，既可以通过时 分复用支持语音通信又能通过c s m a c a 协议提供数据通信服务。同时， h o m e r f 提供了与t c p d p 良好的集成，支待广播、多点传送和4 8 位i p 地址。目前， h o m e r f 标准工作在2 4 g h z 的频段上，跳频带宽为i m h z ，最大传输速率为 2 m b s ，传输范围超过1 0 0 m 。美国联邦通信委员会最近采取措施，允许下代 h o m e m e r f 无线通信网络传送的最高速度提升到1 0 m b s ，这个速度是目前此种 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章w l a n 概论 网络速度的5 倍，这将使h o m e r f l 拘带宽与i e e e8 0 2 1 i b 标淮所能达到的l l m b s 的带宽相差无几，并且将使h 姗e i u f 更加适合在无线网络上传输音乐和视频信 息。 2 3 4ir d a i r d a 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术 都已比较成熟。它的主要优点是体积小、功率低，适合设备移动的需要，传输 速率高，可达：1 6 1 0 l s ，成本低，应用普遍。目前有9 5 的手提电脑上安装了i r d a 接口，最近市场上还推出了可以通过u s b 接1 2 与p c 相连接的u s b - - i r d a 设备。 但是，k d a j d 巳有其不尽如人意的地方。首先，i r d a 是一种视距传输技术，也就 是说两个具有i r d a 端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物。这在 两个设备之间是容易实现的，但在多个设备间就必须彼此调控位置和角度等， 这是i r d a 的致命弱点。其次，i r d a 设备中的核心部件红外线l e d 不是一种 十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪和数码相机等设备还可以，但如果 经常用装配i r i ) a 端门的手机上网，可能很快就不堪重负了。 2 4w l a n 的分类 完整的网络结构包括自上而下的各个层次，但无线网络仅仅工作在o s i r m 的下三层，即通信i 子网层，如图2 1 所示：调制解调器( m o d c m ) 或无线电台 只具备物理层的功能；w l a n 可以包括物理层和数据链路层的功能，只有 w w a n 才具有网络层的功能。 高层协议层 高层协议层 网络层 1 h 网络层 w r a n + 数据链路层 + f 无线网络i 数据链路层 v c l a i , * 物理层 弋广一 w i r c k 物理层 m o d e n 图2 1 无线网络逻辑结构 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章w l a n 概论 w l a n 可根据不同的层次、不同的业务、不同的教术和不同的标准以及不 同的应用等进行分类