（电磁场与微波技术专业论文）wlan终端管理系统的设计与实现.pdf

北京i i l ：。u 人学碗l 。司f 氕生学位论文 w l a n 终端管理系统的设计与实地 摘要 无线局域n ( w l a n ) 技术自诞生以来，已被公认为一项可为用户提供前所未有 的灵活性、便利性的技术，在提高工作效率、减少工作压力、改善生活水平乃至 提高用户社会地位等方面都具有得天独厚的优势。由于w l a n 具有多方面的优点， 其发展十分迅速。在最近几年里，w l a n 已经在医院、商店、工厂和学校等不适 合网络布线的场合得到了广泛的应用，而使用w l a n 网络时需要配置的参数较为 复杂，开发w l a n 终端管理系统，可以让用户更方便地使用w l a n 网络。 在这篇论文中，首先介绍了w l a n 技术的优势及其产生背景，接着简介了 w l a n 相关概念，简单描述了w l a n 网络的几种组成结构，并介绍了w l a n 技 术的相关标准。 在介绍完背景知识后，对实现w - l a n 终端管理系统的方法之一一构造中间层 驱动的方法进行了深入的研究，介绍了w i n d o w s 操作系统中网络驱动的结构以及 如何构造处于中间层的协议驱动。 接着对实现w l a n 终端管理系统的另一种方法- - w m i ( w i n d o w sm a n a g e m e n t i n s t r u m e n t a t i o n ) 技术进行了深入的研究，介绍了w m i 技术的基本概念以及如何使 用w m i 技术等内容，并对构造中间层驱动和使用w m i 技术这两种方法进行了比 较。 最后选择w m l 技术来实现w l a n 终端管理系统，对系统进行了总体设计、 模块设计和具体的代码丌发，最终实现了整个管理系统并对开发结果进行了测试， 测试结果表明该管理系统实现了对w l a n 卡参数的实时配置、对w l a n 网络数 据流量和信号状况的实时监测。 在论文的最后，对己做的工作进行了总结，并给出了对后续工作的一些建议。 北京邮i 扯人学i b m , ：l 州究生学位论史 w l a n 终端管理系统的设计l i 实现 a b s t r a c t w i r e l e s sl a n s ( l o c a la r e an e t w o r k s ) e f f e c t i v e l yc o m b i n ed a t ac o n n e c t i v i t yw i t h u s e rm o b i l i t y w i r e l e s sl a n st o d a y p r o v i d e w i r e l e s sa c c e s st ov i t a ln e t w o r kr e s o u r c e s s u c ha sl a r g e ，m u l t i l o c a t i o ne n t e r p r i s e s ，s m a l la n dm e d i u ms i z ee n t e r p r i s e sa sw e l la s h o s p i t a l s ，h o t e l ，a i r p o r t sa n dh o m e s w i r e l e s sl a n s a r eb e i n gw i d e l yr e c o g n i z e da sa v i a b l e ，c o s t e f f e c t i v eg e n e r a l - p u r p o s es o l u t i o ni np r o v i d i n gh i g h s p e e dr e a l t i m ea c c e s s t oi n f o r m a t i o n i nt h i s p a p e r , f i r s t l y , d e s c r i b e dt h ed e v e l o p m e n to fw l a n ，a n da n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i ca n dt e c h n o l o g yo ft h ew l a n ，t h e nd e s c r i b e dt h ew i r e l e s sn e t w o r k a r c h i t e c t u r ea n ya n a l y z e dt h en e c e s s i t yo f d e v e l o p i n g t h ew l a n m a n a g e m e n ts y s t e m a f t e rt h a t ，w eh a v ead e e pr e s e a r c hi no n eo ft h ew a yt or e a l i z et h ew l a n m a n a g e m e n ts y s t e m - - c o n s t r u c t i n g ap r o t o c o ld r i v e r , w ei n t r o d u c e d t h ea r c h i t e c t u r eo f w i n d o w sn e t w o r kd r i v e r sa n dt h ed e s c r i b e dh o wt ow r i t eap r o t o c o ld r i v e r t h e nw e d e s c r i b e da n o t h e rw a yt or e a l i z et h ew l a nm a n a g e m e n ts y s t e m - - u s i n gw v i i ( w i n d o w sm a n a g e m e n ti n s t r u m e n t a t i o n ) t e c h n o l o g ya f t e rh a v ei n t r o d u c e dt h eb a s i c c o n c e p to fw m it e c h n o l o g ya n dh o w t ou s et h ew m i t e c h n o l o g y , w ec o m p a r e d t h ew a y o f c o n s t r u c t i n g a p r o t o c o ld r i v e ra n dt h ew a yo f u s i n g w m i t e c h n o l o g y a tt h e e n d ，w ed e c i d e d t ou s et h ew m it e c h n o l o g yt or e a l i z et h ew l a n m a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dw e d e s c r i b e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h ew h o l ew l a n m a n a g e m e n ts y s t e m a tl a s t ，w eh a v eat e s t o nt h ew l a n m a n a g e m e n ts y s t e mt o e v a l u a t et h es y s t e m sp e r f o r m a n c e ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h es y s t e mc a r lc o n f i g u r et h e w l a n a d a p t e rc o r r e c t l ya n d c a nm o n i t o rt h el i n ks t a t u so f t h ew i r e l e s sn e t w o r k a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，w en l a d es o m ea d v i s e sf o rt h ef u t u r ew o r k 北京i ；唯r 巳人学顺l ：t o t 充生学位论文w l a n 终端管型系统的设计j 实现 背景简介 绪论 v ，无线局域网( w l a n ) 技术的产生 通常计算机组网的传输媒介主要为铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网 络在某些场合要受到布线的限制，布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅 速扩大的连网需求形成了严重的瓶颈阻塞。无线局域网技术就是为了解决有线网 络以上问题而出现的。无线局域网技术自诞生以来，已被公认为可为用户提供前 所未有的灵活性、便利性的技术，在提高工作效率、减少工作压力、改善生活水 平乃至提高用户社会地位等方面都具有得天独厚的优势 3 3 。 目前有线局域网的局限性 4 ： ( 1 ) 固定的网络拓扑结构制约着网络规模的扩大以及业务的增长，特别是变更网 络节点的费用是很昂贵的，同时，有线局域网的灵活性不能满足人类不断增 长的需要，当现有网络不能满足已经增长的业务需要时，调整有线网络拓扑 结构是很困难的，有时不得不对网络进行彻底的改造。 ( 2 ) 网络连接的物理接口很容易出问题。 f 3 1 除此之外，由于布线受环境的限制，可能会因为地质、环境或者市政建设规 划等限制而不能采用有线方式。 w l a n 技术的优势 3 3 1 ： w l a n 利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。w l a n 的数据传输速率现在已经能够达到1 1 m b p s ，传输距离可远至2 0 k i n 以上。它 是对有线连网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快 速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。与有线网络相比， w l a n 具有以下优点： f 1 ) 安装便捷： 一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络 布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管，而w l a n 最 北京邮l u 、学砸i 。研允生学位论文 w l a n 终端管理系统妻勺蹬计二，实现 大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接 入点( a c c e s sp o i n t ) 设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。 ( 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，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。 ( 3 1 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。w l a n 就可以避免或减少 以上情况的发生。 f 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 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，其发展十分迅速。在最近几年里，w l a n 已 经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。 无线局域网标准的发展历史【3 】 1 9 8 5 年美国联邦通信委员会( f c c ) 开放了9 0 2 m h z 、2 4 g h z 和5 8 g h z 三个 i s m 频段，允许在满足一定的条件下可以免许可的使用这些频段( 即只要无线局 域网设备的发射功率及带外辐射满足f c c 的相关规定，用户无需向f c c 提出申请 就可使用这些产品) 。随后，欧洲无线电委员会( e r c ) 于1 9 9 1 年公布了建议用 于无线局域网的一组频段，这些频段分别为2 4 g h zi s m 频段，5 8 g i - i zi s m 频段， 1 7 1 g h z 频段，2 4 g h zi s m 频段和6 01 g h z 频段。日本邮政省电波系统开发中心 ( r c r ) 在9 3 年公布了无线局域网的电波规范r c rs t d 。3 3 和r c r s t d 3 4 。 i e e e8 0 2 1 l 是在1 9 9 7 年由众多的局域网以及计算机专家审定通过的标准。 i e e e8 0 2 1 1 规定了无线局域网在2 4 g h z 波段进行操作，这一波段被全球无线电 法规实体定义为扩频使用波段。 1 9 9 9 年8 月，8 0 2 1 l 标准得到了进一步的完善和修订，增加了2 项内容，一 是8 0 2 1 l a ，传输速率为6 m b p s 5 4 m b p s ，支持语音、数据、图像业务。这样的速 北京 _ | er u 人学硕i ：i jf 究生学位论文 w l a n 终端管理系统的设计实现 率完全能满足室内、室外的各种应用场合。采用该标准的产品目前刚刚进入中国 市场。另一种是8 0 2 1 1 b 标准，该标准可提供1 1 m b p s 的数据速率，大约是原来i e e e 标准无线局域网速度的5 倍。现在大多数厂商生产的w l a n 产品都基于8 0 2 1l b 标准。 除了i e e e8 0 2 1 1 委员会以外，其他一些组织在推动无线局域网市场方面也做 了许多工作。由3 c o m 、a v a y a 、n o k i a 等厂商组建的无线以太网兼容联盟( w e c a ) 主要通过在同一无线结构内对不同厂商的产品进行验t i e ( w i f i 】，以实现真正意义 上的多厂商产品的互操作。 选题意义及论文结构安排 选题背景及意义： 使用w l a n 网络时需要配置的参数较为复杂，包括网络名称( s s d ) 、网络类 型、通信信道、支持速率等等 2 】，而目前多数操作系统没有提供对w l a n 网络终 端设备的配置以及对w l a n 网络信号的监测功能。开发w l a n 终端管理系统， 一方面可以给用户一个简单明了的配置界面，方便用户接入w l a n 网络，另一方 面，可以让用户实时地了解当前的w l a n 网络信号状况以及当前w l a n 网络通 信的数据流量。 课题难点概述： 要完成“w l a n 终端管理系统的设计与实现”，主要是要实现对w l a n 参数 的查询和配置，所有设备参数的查询和配置都需要通过驱动程序控制实现【7 ，而 让用户输入配置参数的管理程序在系统中处于应用层的位置，是无法与处于核心 位置的设备驱动程序直接通信的，因此如何实现应用程序与驱动程序的通信是本 课题的重点和难点。 目前在w i n d o w s 操作系统中实现应用程序与驱动程序通信的方案有两种，一 种是通过构造中间层驱动程序来实现 7 】，另一种是通过w m i 技术来实现 1 1 】。论 文中将对两种技术的实现进行深入的研究，并比较其优劣，最后具体描述如何通 过w m i 技术来实现“w l a n 终端管理系统”。 论文结构安排： 绪论：介绍了无线局域网技术的优势及其产生背景，介绍了无线局域网技术标准 北荥帅电人学硐l 研究生学位论文w l a n 终端管理系统的设汁b 实现 的发展历史，简述了本论文选题的意义。 第一章w l a n 技术概述：介绍了什么是w l a n ，简介了w l a n 相关概念，简单 描述了w l a n 网络的几种组成结构，并介绍了w l a n 技术的相关标准。 第二章w i n d o w s 网络中嘲层驱动技术研究：构造中间层驱动是实现“w l a n 终 端管理系统”的一个解决方案，本章主要介绍了w i n d o w s 操作系统中网络 驱动程序的结构，以及如何通过构造中间层驱动技术实现应用程序与 w l a n 卡驱动程序的通信。 第三章w m i 技术研究：利用w m i 技术是实现“w l a n 终端管理系统”的另一解 决方案，本章主要介绍了w m i 技术的相关概念，以及如何利用w m i 技术 实现应用程序与w e a n 卡驱动程序的通信，并且比较了构造中间层驱动 技术与w m i 技术的优劣。 第四章w l a n 终端管理系统的开发：本章主要介绍了系统的总体设计、模块划分 以及各功能模块的具体实现，并描述了“w l a n 终端管理系统”的测试结 果。 研究进展及成果 本课题对w l a n 终端管理系统的可行实现方法进行了深入的研究，并且最终 选取其中一种技术实现了w l a n 终端管理系统，具体完成的工作如下： 系统地研究、分析了无线局域网的网络结构，确定了w l a n 终端管理系 统需要完成的主要功能，寻找出两种可能实现该终端管理系统的方法。 深入研究了w i n d o w s 操作系统中网络驱动程序的结构，了解了如阿构造网 络协议驱动介绍了如何通过构造中间层驱动来实现w l a n 终端管理系 统。 介绍了w m i 技术的相关概念，以及如何利用w m i 技术实现应用程序与 w l a n 卡驱动程序的通信，并且比较了构造中间层驱动技术与w m i 技术 的优劣，确定了使用w m i 技术来实现w e a n 终端管理系统。 完成了w e a n 终端管理系统的总体设计和模块设计，并进行了具体的代 码设计和调试，最后对整个w l a n 终端管理系统进行了测试工作，该管 理系统完成了预期设计的功能。 北京州电又学坝十州饨生学位论卫 w l a n 终端管堙系统的设汁宴耻 第一章w l a n 技术概述 1 1w l a n 基本概念介绍 1 1 1 何为w l a n 无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ，缩写为”w l a n ”) 是计算机网络与无 线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，所谓无线局域网，是以无线信道为传 输媒介构成的计算机网络，通过无线射频信号( r f ) 在空中传播各种类型的数据。 通俗地说，无线局域网就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络 的功能。作为有线局域网的延伸和补充，w l a n 可以使各种类型的p c 终端实现 真正意义上的自由移动，能迅速、方便地解决通过有线方式不易实现的网络信道 连通问题。 w l a n 的构成可以从物理实体和逻辑分层两个方面加以分析： 1 ) 从物理实体上讲，w l a n 包括接入点( a c c e s sp o i n t ) 、无线网卡( w l a n c a r d ) 、无线网桥( w l a n b r i d g e ) 及天线等几部分构成。 2 ) 从逻辑分层上讲，w l a n 可以分成以下几层： - 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 负责无线信号在空中接口的实际传输，例如， 如果接收信号场强足够，便可以进行传输。 - 当传输成为可能时，m a c 层( m a cl a y e r ) 基于物理层返回的各项参 数对传输进行控制。另外，当发生误帧或未收到证实帧时，m a c 层负 责数据重传。 i p 层为应用层维护数据，另外也有相应的机制来保证数据的完整。 1 1 2w l a n 相关基本概念 接入点：俗称a p ，可以在数十米至数百米的范围内为多个移动p c 终端提供服 务。它一方面通过传统的以太网接口或a d s l 接1 ：3 接入到局域网和城域网，另 一方面通过分配好的无线信道与移动p c 终端交换数据，实现资源的共享。除 北泉一帕u 丸学顺上研篼生掌位论义 w l a n 终端管理系统柏醴汁。，实蚍 此之外，a p 还具有部分网管的功能，能对接入w l a n 的p c 实旖控制和管理。 无线网卡：移动终端与a p 通信的主要器件，有p c m c l a 、u s b 、p c i 等几种 接口。 无线网桥：实现远距离连接，由a p 和高增益天线构成。 扩频： 扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带无线通信技术。使用扩频技 术，能够使数据在无线传输中完整可靠，并且确保同时在不同频段传输的数据 不会互相干扰。扩频技术分为直序扩频与跳频扩频两种。 所谓直接序列扩频，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号 的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成 原来的信号。 跳频技术与直序扩频技术完全不同，是另外一种扩频技术。跳频的载频受 一个伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机规律不断改变。接 收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律致。跳频的高低 直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰的性能越好，军用的跳频系统可 以达到每秒上万跳。实际上移动通信g s m 系统也是跳频系统。出于成本的考 虑，商用跳频系统跳速都较慢，一般在5 0 跳，秒以下。由于慢跳跳频系统实现 简单，因此低速w l a n 常常采用这种技术。 微单元和无线漫游： 无线电波在传播过程中会不断衰减，导致a p 的通讯范围被限定在一定的 范围之内，这个范围被称为微单元。当网络环境存在多个a p ，且它们的微单 元互相有一定范围的重合时，无线用户可以在整个w l a n 覆盖区内移动，无 线网卡能够自动发现附近信号强度最大的a p ，并通过这个a p 收发数据，保持 不问断的网络连接，这就称为无线漫游。 1 2w l a n 的组成结构 w l a n 有两种网络拓扑结构：a dh o c 和i n f r a s t r u c t u r e 。 北京邮r 也人掌陋f 。埘究生学位论文 w l a n 终端管理系统的注讦与实碰 1 2 1a dh o c 网络结构 a d h o c 网由一组移动节点通过无线连接组成，如图1 1 所示。每个移动节点配 有无线通信终端( 例如带有无线网卡的笔记本电脑) ，每个节点在网络中的地位是相 等的，任一节点可与任一其它节点直接建立通信过程。 、r ? 乒 图1 1a dh o c 网络结构示意 1 2 2i n f r a s t r u c t u r e 网络结构 、t 。 基本结构( i n f r a s t r u c t u r e ) 网络结构如图1 2 所示。其中基本业务群( b s s ) 是i e e e8 0 2 1 1 结构的基本功能块，由无线通信终端和无线接入点( a p ) 组成。 它覆盖的地理区域类似于蜂窝通信网中的蜂窝，接入点类似于蜂窝通信网中的基 站，可以看作是将1 e e e8 0 2 1 1 网连到有线骨干网的网桥。接入点通过提供多个 基本业务群互连的连接点来扩展通信范围，形成扩展业务群( e s s ) 。扩展业务群 包括多个基本业务群，通过d s 连到一起。d s 可以是i e e e8 0 2 _ 3 以太网、i e e e8 0 2 4 令牌总线、i e e e8 0 2 5 令牌环、f d d i 城域网或其它i e e e8 0 2 1 1 无线媒体。 北乐忡f 乜人学碗i ：彬究生掌位论文 w l a n 终端管理系统的设计7j 实班 e s s 图1 2i n f f a s t r u c t u r e 网络结构示意图 1 3 无线局域网( w l a n ) 的标准 1 3 1 主要无线技术 目前，实现无线网络的技术，有蓝牙无线接入技术、家庭网络的h o m e r f 以 及i e e e 8 0 2 1 1 连接技术。 ( 1 ) 蓝牙技术 b l u e t o o t h ( 蓝牙) 是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙 而连接起来，传统的电线在这里就毫无用武之地了。透过芯片上的无线接收器， 配有蓝牙技术的电子产品能够在十米的距离内彼此相通，传输速度可以达到 1 0 m s 。以往红外线接口的传输技术需要电子装鼍在视线之内的距离，而现在有了 蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。不过b l u e t o o t h 产品致命的缺陷是任何蓝牙 产品都离不开b l u e t o o t h 芯片、b l u e t o o t h 模块较难生产，b l u e t o o t h 难于全面测试。 这三点是蓝牙产品发展的瓶颈。 ( 2 ) h o m e r f 技术 h o m e r f 是由h o m e r f 工作组开发的，是在家庭区域范围内的任何地方，在 北京| l | l j 咆人学顺h j f 宄生学位论文 w l a n 终端管璀系统的设计，j 实 p c 机和用户电子设备之间实现无线数字通信的丌放性工业标准。作为无线技术方 案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本 电脑和i n t e m e t 应用提供了漫游功能。h o m e r f 工作频段是24 g h z ，支持数据和音 频。该协议的网络是对等网也就是说，网上的每一个节点都是相对独立的，不 受中央节点的控制。因此，任何一个节点离开网络都不会影响到网络上其他节点 的正常工作。它的另外一个特点是低功耗，很适合笔记本电脑。 f 3 、i e e e 8 0 2 1 1 i e e e 8 0 2 1 1 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与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高 只能达到2 m b s 。 由于i e e e 8 0 2 1 1 在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，i e e e 小 组又相继推出了i e e e 8 0 2 1l b 和i e e e 8 0 2 11 a 两个新标准。三者之间技术上的主要 差别在于m a c 子层和物理层。此外还出现了最新8 0 2 1l g 。 1 3 2i e e e8 0 2 1 1 标准 i e e e8 0 2 委员会在1 9 9 0 年成立了专门工作小组制定i e e e8 0 2 1 1w l a n 标 准，并在1 9 9 6 年提出了第四版草案标准，现已趋于完成。i e e e8 0 2 1 1 标准是 基于市场上的现有产品制定出来的，因而既考虑了技术问题又考虑了市场问题。 传输技术： i e e e8 0 2 1 1 草案标准规定了三种不同的物理层实现方式：跳频扩频( f h s s ) 、 直接序列扩频( d s s s ) 和红外( m ) 。这使符合i e e e8 0 21 l 的w l a n 用户可充 分利用每个物理层的不同优点，但采用不同物理层的两个用户需要另外规定所在 的w l a n 系统的类型和数据率，以支持互通性。接入速率有1 m b i t s 和2 m b i t s 两 种。跳频扩频和直接序列扩频使用2 4g h z i s m ( 工业、科学和医学) 频段。红外 使用8 5 0 9 5 0r f f n 波长的红外线传输数据。 媒介访问控制： i e e e8 0 2 1 1 物理层的无线媒体决定了w l a n 具有独特的媒体接入控制 ( m a c ) 机制。i e e e8 0 2 1 1 支持两种不同的m a c 方案：第- - k e 方案是分布协 调功能( d c f ) ，类似于传统的分组网，支持异步数据传输等异步业务，所有要传 北京帅l l 大学颤i 。研究生学位论文w l a n 终端管理系统的敬计。，实现 输数据的用户捌有平等接入网络的机会：第二种方案是点协调功能( p c f ) ，基于 由接入点控制的轮询( p o l l ) 方式，主要用于传输实时业务。m a c 子层由d c f 和 p c f 两部分组成。d c f 直接位于物理层之上。所有站点均支持d c f 。在a dh o c 网中，d c f 独立工作：在基本结构网中，d c f 可独立工作也可与p c f 共同工作。 d c f 基于载波侦听多址接入，碰撞预防( c s m c a ) 而未采用有线l a n 中主 要使用的载波侦听多址接入碰撞检测( c s m a c d ) 多址接入方式。这是因为站点 传输时听不到信道碰撞。由于无线信道动态范围大，在有效带宽内采用碰撞检测 方式是很困难的，故只能采取随机退避方式以减少两帧碰撞的概率。 m a c 子层负责信道分配过程、p d u 寻址、帧形成、差错校验、分组拆装。传 输媒体可工作于竞争方式，每个站点传输任一分组时需对信道进行竞争接入：媒 体也可在竞争期( c p ) 和非竞争期( c f p ) 间交替工作。在非竞争期间，媒体的 使用由接入点控制或作为中介，因而站点不必进行接入信道竞争。 数据帧： i e e e8 0 2 1 1 支持3 种不同类型的帧：管理帧、控制帧和数据帧。管理帧用于 站点与接入点的连接和分离、定时和同步、身份认证。控制帧用于竞争期间的握 手通信和正向确认、结束非竞争期。数据帧用于在竞争期和非竞争期间传输数据， 并且在非竞争期间可与轮询和确认( a c k ) 结合在一起。无线媒体的优先接入通 过使用各帧传输之间的帧间间隔i f s ( i n t e r f r a m es p a c e ) 来控制。i f s 是传输媒体 上的空闲时间。有3 种i f s ：s i f s ( s h o r t i f s ) ，p i f s ( p c fi f s ) 和d i f s ( d c f i f s ) 。s 1 f s 最短，p i f s 居中，d i f s 最长。最高优先级帧使用s i f s 传输，如接收 站发送a c k 给发信站时使用s i f s ，以保证没有其它站干扰介入；p i f s 用于实时 性要求强的数据帧的情况；d i f s 用于一般异步数据传输帧。 安全措施： i e e e 8 0 2 1 1 在安全方面的目标是提供与有线局域网相当的安全性，而更高级 的安全性可以由高层网络协议来提供，这超越了局域网的范围。这种安全措施就 被称为w e p ( w i r e de q u i v a l e n tp r i v a c y ，有线等效保密性) 。 对于无线信道所缺乏的两个有线局域网天生具有的安全特性： 1 ) 所有的终端必须接入线缆后才能够收发数据； 2 ) 线缆可以保证信号不会泄漏，外部的用户无法收到内部的数据， d 北京t b j 、学畹硐f 允生学位论文w l a n 终端管理系统的改、十o ，实现 i e e e 8 0 2 1 1 标准分别提出了两个相应的措施：鉴权和加密。对应于有线信道 第一个特性，i e e e 8 0 2 1 1 规定在终端接入无线网络之前必须经过一个鉴权措施以 判断终端是否被允许接入无线网络。而加密措施则是要求b s s 内的所有数据都经 过加密后传输，它可咀保证局域网外的设备即使接收到数据后仍然无法恢复出原 始数据。 鉴权和加密都是建立在r s a 数据加密公司的r c 4 算法基础之上的，而安全性 的基础是密钥( k e y ) ，只有允许加入b s s 的终端才具有b s s 的密钥，而密钥则是整 个安全性的基础。虽然r c 4 算法并不是十分强大的加密算法，但是它具有计算效 率高以及自同步的优点，在采取一定的措施( 如保持密钥经常改变) 的情况下， 还是具有足够的强度的。而更高程度的安全保障则可以由数据源采用高级的加密 措施来获得。 漫游特性： 站点在同一个b s s 中的移动是i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的一个很自然的特性， 无需做出特别的规定和说明。但是在不同的b s s 之间移动的漫游则是一个相当复 杂的问题。 在同一个e s s 之间的漫游涉及到不同a p 之间的站点管理和信息传递问题， 但只要将d s 功能确定后就可以在无线局域网的体系范围内解决，并且可以做到对 高层网络协议完全透明，所要解决的就是不同厂家产品的兼容性问题。 由于在不同的e s s 之间的漫游部分超出了局域网的地址管理的能力，所以无 法对上层的网络协议做到完全透明，需要上层协议做出相应的补充规定才能有效 的支持各种应用。 作为对i e e e 8 0 2 1 1 的补充，有关生产厂家联合发展出了1 a p p 协议 ( i n t e r - a c c e s sp o i n t p r o t o c 0 1 ) ，它完善了漫游功能，解决了在一个或多个e s s 中漫 游时的寻址问题。 几种i e e e8 0 2 1 1 标准： i e e e8 0 2 1 1 b i e e e8 0 2 1 1t a s kg r o u pb 于1 9 9 9 年年底底定i e e e8 0 2 1 1 b 标准，以直亭 展频( 又称d s s s ；d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t m m ) 做为调变技术，所谓f 直 序展频j 是将原来1 个位的讯号，利用1 0 个以上的位来表示，使得原来高功 北京邮l u 人学顺十研究主学位论土 w l a n 终端管理系统的设计，实蜕 率、窄频率的讯号，变成低功率、宽频率。另外一方面，8 0 2 1 l b 传输速率最 高可达到11 m b p s ，频段则采用2 4 g h z 免执照频段。 i e e e 8 0 2 1 1 a i e e e8 0 2 1 l a 由于传输速率可高达5 4 m b p s ，将可使用在更多的应用中， 因此被视为下一代高速无线局域网络规格，8 0 2 1 l a 选择具有能有效降低多重 路径衰减与有效使用频率的o f d m 为调变技术，并选择干扰较少的5 g h z 频 段。 i e e e s 0 2 1 1 9 由于下一代规格i e e e8 0 2 1 l a 与目前的8 0 2 1 l b 规格之间，频段与调变方 式不同使得其互相之间不能够相通，已经拥有8 0 2 1 b 产品的消费者可能不会 在8 0 2 1 l a 设备问世之后就立即购买；而8 0 2 ，1 l g 就是为这段过渡时间所发展 的规格，它建构在既有的i e e e8 0 2 1 1 b 实体层与媒体层标准基础上，选择2 4 g h z 频段、传输速率较l l m b p s 高，让已拥有8 0 2 1 1 b 产品的使用者能够以 8 0 2 1 l g 的产品达到一个速度升级的需求。 论文中所述的w l a n 指的是以8 0 2 1 1 b 为基础的无线局域网技术。 北京邮电人掌顺j “研究生学位论文w l a n 终端管理系统的设计。j 实蜕 第二章w i n d o w s 网络中间层驱动技术研究 2 1w i n d o w s 驱动程序概述 2 1 1 设备驱动程序的概念 驱动是提供连接到计算机的硬件的软件接口。它使得用户应用程序可以以一 种规范的方式访问硬件，而不必考虑如何控制硬件。 驱动程序装载后，成为操作系统内核的一部分，是操作系统的信任部分，对 于驱动的修改容易破坏系统。驱动程序使一个或多个设备可用于用户态程序员， 每个设备代表一个物理的或逻辑的硬件。 2 1 2 驱动程序完成的工作 驱动程序能够完成的工作包括： 0 初始化它自己 0 创建及删除设备 0 处理w i n 3 2 打开和关闭文件旬柄的请求 。处理w i n 3 2 y o 请求 c 串行化对设备的访问 。访问硬件 c 调用其它驱动程序 。取消y o 请求 。超时i o 请求 。处理一个可热插拔的设备被加入或删除的情况 。处理电源管理请求 。使用w i n d o w sm a n a g e m e n ti n s t r u m e n t a t i o n ( w i n d o w s 管理诊断工具，w m i ) 和n t 事件向系统管理员报告 w l a n 终端管理系统的政计了实现 2 1 3w i n d o w s 设备驱动程序的主要模式 在现在主流的操作系统中，w i n d o w s9 5 和w i n d o w s9 8 使用虚拟设备驱动程序 f v x d ) 访问硬件，w i n d o w s n t 、w i n d o w s2 0 0 0 ( n t 5 ) 和w i n d o w s9 8 使用w d m 或n t 式设备驱动程序访问硬件。 w i n d o w s 驱动程序模型与n t 式驱动程序的区别： 实际上，写w d m 和n t 式驱动程序基本上是相同的工作，它们在i r p 、处理 器模型、电源、w m i 等方面都是相同的，主要不同是如何创建设备： w d m ：即插即用( p n p ) 管理器告知何时向系统添加一个设备，或者从系统中删除设 备。w d m 驱动程序用i n f 文件安装。 n t 式：驱动程序必须发现它自己的设备，通常在它的初始化例程中。需要使用专 门的安装程序安装n t 式驱动程序。 w d m 的工作原理： w d m 是n t4 0 驱动程序结构上发展起来的，所以它与n t4 0 的驱动程序极 为相似，但是它却有了本质上的提高，比如它支持u s b 、i e e e1 3 9 4 、a c p i 等全 新的硬件标准。虽然w i n d o w s9 8 与w i n d o w s2 0 0 0 都支持w d m ，可是并不意味着 w i n d o w s9 8 下的v x d 可以在w i n d o w s2 0 0 0 下运行，而n t 下的v d d 却可以在 w i n d o w s9 8 下运行。不过原先准备在两个平台上同时运行需要编写两个截然不同 的驱动程序，而现在只需要编写一个w d m 驱动程序就可以了。同n t 4 0 驱动程 序一样，w d m 驱动程序也是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先权， 而w i n d o w s9 x 下的v x d 则没有此结构。另外，w d m 还引入了功能设备对象f d o ( f u n c t i o n a ld e v i c eo b j e c t ) 与物理设备对象p d o ( p h y s i c a ld e v i c eo b j e e t ) 两个新概 念来描述硬件，一个p d o 代表一个真实硬件，在驱动程序看来则是一个f d o 。 另外值得注意的是，一个硬件只允许有一个p d o ，但却可以拥有多个f d o ，而在 驱动程序中我们不是直接操作硬件而是操作相应的p d o 与f d o 。在r i n 9 3 与 r i n 9 0 通信方面，操作系统为每一个用户请求打包成一个i r p ( i or e q u e s t p a c k e t ) 结构，将其发送至驱动程序并通过识别i r p 中的p d o 来识别是发送给哪一个设备 的。另外，在驱动程序的加载方面，w d m 既不靠驱动程序名称也不靠一个具有 某种特殊意义的i d ，而是依靠一个1 2 8 位的g u i d 来识别驱动程序( w i n d o w s 生卫兰生生兰竺上鉴兰! ! 兰鲨 ! ! 垒! 竺堕篁墨墨兰塑堡生兰兰婴 下许多东西都是靠此进行识别的) 。 2 。2w i n d o w s n t 2 k 网络体系结构以及网络驱动 2 2 1i s o o s i 七层模型 w i n d o w s n t l 2 k 网络体系结构基于国际标准组织所提出的7 层网络模型。丌 放式系统互联( o s i ，o p e ns y s t e m si n t e r c o r m e c t i o n ) 参考模型将网络分为7 个具有 不同功能的协议层，每一个协议层都为上一层协议提供服务和接口。i s o o s i7 层 模型如图2 1 所示。 图2 1o s ir e f e r e n c em o d e l o s i 模型规定，在不同系统之间的通信时： 只有对等实体( 在系统中位于相同分层内的通信实体) 才能进行通信，例 如，网络层实体只能与其他系统中网络层实体进行通信。 在对等实体之间进行通信时，必须采用相同的协议，协议定义了对等实体 进行通信行为的语义和语法( 规则和格式) 。 除了物理层夕 ，位于不同系统中的对等实体之间的通信都是逻辑上的通信， 北京邮i l 人学顺1 川究生学位论文 w l a n 终端管理系统的设汁j 实现 物理上并没有直接通信的能力，其通信是通过本系统内相邻的低层以及以下的各 层的通信来完成的。在相同的系统内可以看到： 各层的协议实体都向其邻接的上层的协议实体提供通信服务，来保证上层 对等实体之间的通信。 第( n + 1 ) 层的对等实体之间的通信需要依靠第( n ) 层的协议实体提供 的通信服务来完成。 协议实体向其邻接上层的协议实体提供的通信服务的接口点是位于两层 交界处的第( n ) 层的服务访问点( s a p ) 。( n ) 层的服务访伺点用( n ) 层地址来标识。 对等实体之间的通信采用相同的数据单元( 这是由同等协议所决定的) 。数据 单元在系统中各层之间传递时，需要有封装和解封装的过程。例如，第( n + 1 ) 层 的协议数据单元( p d u ) 将作为第( n ) 层的服务数据单元( s d u ) ，加上第( n ) 层的控制信息头封装成第( n ) 层的协议数据单元，利用第( n 1 ) 层进行传送。 2 2 2t c p f l p 协议的体系结构 开发t c w i p 的初衷是解决不同种类网络( 采用不同种类硬件网络技术构成的 网络) 的网际互连问题，也就是通信子网的互连问题。 a r p a 网建成后，又开始出现了许多新型的硬件网络技术( 以太网、令牌环网 等) ，这促使d a r p a ( 国防部高级研究计划局) 开始资助研究网络互连的问题， 这导致了t c p i p 的产生。7 0 年代末8 0 年代初，a r p a 在t c p i p 上投入了大量的 研究开发力量，到1 9 8 3 年，a r p a 网已经完全转换成了采用t c p i p 协议，并以 a r p a