（通信与信息系统专业论文）无线局域网mac层的qos研究.pdf

武汉理i ：大学硕j 二学位论文 摘要 无线局域网是2 0 世纪9 0 年代计算机网络和无线通信技术相结合的产物， 它使用无线信道来接入网络，为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供厂潜 在的手段，并成为宽带无线接入的有效途径之一。无线局域网只涉及开放体系 瓦连结构o s i 七层参考模型中的物理层和媒体访问层m a c ( m e d i u ma c c e s s c o n t r 0 1 ) 这两层的协议规范，其中m a c 规范包括介质接入方式、认证力式和 加密方式等。分前】式控制方式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 ) 是最基本的 无线介质接入方式，它是基予冲突避免的载波检测多址接入机制。传统的无线 局域网只能提供“尽力丽为”的服务，而对时延敏感的语音和图像业务等要求 更好的服务质量，由于无线局域网的高移动性、高误码率以及建立在竞争机制 上的媒介接八方式，使得服务质量q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 在无线网络中的实现相 当困难。 本文对网络的服务质量模型作了分析和总结：在分析i e e e 8 0 2 1 l 的m a ( 层性能的基础e ，对无线局域网的q o s 的吞吐量、时延、时延抖动和公平性等 进行了分析，特别针对时延这一影响服务实时性的问题，提出了种纂于时延 的算法p - d c f ( p r i o r i t yd 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 ) 。p d c f 算法是原标准 中提出的帧间距优先级方式的一种实现方式，算法是将数据包的过期时间作为 一个参数，该参数用来确定数据包发送的优先级。本文针对时实性强的语音流 服务采用了优先级随着过期参数指数变化的力式而对一般“尽力而为”服务 采用了线性变化的方式，从丽可以快速的将实时性强的数据包优先发送出去， 满足实时性服务对时延的严格要求。理论分析和仿真表明p d c f 机制能较好的 满足服务对时延的要求，较原有的算法好，从而可以在无线局域网中实现时延 要求的区分服务d i f f s e r v 。 关键字：i e e e 8 0 2 11 ：q o s ；d c f ；p - d c f ；d i f f s e r v 武汉理工大学硕l 学位论文 t h ew i r e l e s sl a ni st h ec o m b i n a t i o np r o d u c to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi nt h el9 9 0 s ，i t p r o v i d e s t h ea c c e s st on e t w o r kv i a w i r e l e s sc h a n n e l ，a n dt h e ni tc o u l db ea p o t e n t i a l m e t h o df o rt u t u r e t e l e c o m m u n i c a t i o n ：m o b i l i t y , p e r s o n a l i t ya n dm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n ，i ta l s oc o m e st o b ea ne f f i c i e n tb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s sm e c h a n i s m w i r e l e s si ，a no n l yi n v o l v e s t w ol a y e r s ，p h y s i c a ll a y e ra n dm e d i u ma c c e s sc o n t r o ll a y e r , w h i c ha r et h el o w e s t l a y e r so fo p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n t h es p e c i f i c a t i o no fm a ci n c l u d e sm e d i u m a c c e s sm e t h o d ，a u t h e n t i c a t i o n ，e n c r p t i o na n ds oo n d c fi st h eb a s i c a lm e d i u m a c c e s sm e c h a n i s m ，w h i c hi sb a s e do nc s m a c a ( c h a r m e ls e n s e m u l t i p l e a c c e s s c 0 1 l i s i o na v o i d a n c e ) t h et r a d i t i o n a lw i r e l e s sl a nc a r lo n l yp r o v i d et h e “b e s t e f f o r t ”s e r v i c e ，t h o s et i m e s e n s i t i v et r a f f i c ss u c ha sv i d e oa n da u d i or e q u i r eb e t t e r q u a l i t yo fs e r v i c e ，b u ti ti sb e c a m ew i r e l e s sl a n h a st h eh i g hm o b i l i t y ，h i g hb i te r r o r r a t ea n dc h a n n e la c c e s ss c h e m eb a s e do nc o n t e n t i o nm o d e ，t or e a l i z eq o sm e c h a n i s m b e c o m e sd i f f i c u l ta n dc h a l l e n g i n g t h i sp a p e rf i r s ta n a l y s e st h em e c h a n i s ma n da r c h i t e c t u r eo l q u a l i t yo fs e r v i c e a n dt h e ni n v e s t i g a t e st h ep e r f o r m a n c eo fi e e e 8 0 2l lm a cl a y e r b ya n a l y z i n gt h e t h r o t i g h o u t ，t i m e - d e l a y , t i m e q i r e ra n df a i r n e s s ，t h ep a p e rp r e s e n t s an e we d f m e c h a n i s mc a l l e dp d c fb a s e do nt i m e - d e l a y p d c fi saw a yo fr e a l i z i n gt h eq o s b yt h ed i f f e r e n ti n t e r - f r a m es l o t ( i f s ) w h i c hi sp u tu pi nt h ei e e e 8 0 2 1l s t a n d a r d p - d c fr e g u a r d st h ee x p i r a t i o nt i m eo fp a c k e ta sac r i t i c a lp a r a m e t e ，w h i c hi su s e dt o d e c i d et h ep r i o r i t yo fp a c k e t t h ep r i o r i t yo fr e a lt i m es e r v i c ec h a n g e se x p o n e n t i a l l y w i t ht h ee x p i r a t i o nt i m e b u tt h a to f b e s t - e f f o i t s e r v i c ec h a n g e sl i n e a r l yw i t ht h e e x p i r a t i o nt i m e s ot h ep a c k e to f r e a lt i m es e r v i c ew i l ib es e n df i r s ta n dt i m ed e l a yc a n b eg u a r a n t e e dt h e o r e t i ca n ds i m u l a t i v ea n a l y s i ss h o w st h a tp + d c fc a ns a t i s t h e r e q u i r e m e n to ft i m e d e l a ya n di sb e t t e rt h a nt h et r a d i t i o n a lb a s i cd c f s ot h ep d c f c a l lr e a l i z et i ed i f i e r e n t i a t e ds e r v i c eb a s e do nt i m e d e l a y k e y w o r d s ：i e e e s 0 2 1 1 ：q o s ；d c f ；p d c f ：d i f f s e r v 独创性声明 本人声明，所呈交的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。尽我所知，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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材辩。与我一同工作的同卷对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了硬确的说明并表示了谢意。 签名：艺边e t 期：2 道：里：量 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被蠢阅和借阕；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的圣幺文在解密晨应遵守此规定j ( 注：此页内容装订在论文扉页) 肛瓤一 武汉理t 大学颈t 学倚沧文 第1 章绪论 1 1 本课叠的研究意义 科学技术的毪速发展给人们的生活带来了f 新月异的变化，对社会的文明 与进步产生着深刻的影响。近年来，信息技术有了长足的进步，它i f 以手力军 的姿态引导着科技日新月异的发展，推动信息时代的到来，并迅速地改变着人 们牛活的一切。 在有线网络取得巨大进步的同时，无线通信技术也获得了巨大的发展。上 个世纪八十年代，人们建立起了第一代基f 频分多址的主要承载语音业务的移 动通信刚。到目前为止，基于码分多址的第二二代移动通信网已经成为现实。社 会的发展与人类的进步很自然的增加了人们对信恩的需求，人们期望着能够在 任意地点，任意时刻与任意对象通过最适当的方式进行交流希望着能够拥有 无所不存和无所不能的通信方式，这就要求将目前的商线网络技术和移动通信 技术结合起来，为人们提供可以承载多媒体业务的宽带无线接入和无缝全球个 人移动通信。 i e e e 8 0 2l l 标准的无线局域网( w l a n ) 作为+ 种小范围内的宽带无线接 入技术取得了广泛的应用。w l a n 对终端移动性的支持要低于蜂窝移动通信系 统，但由于w l a n 仅应用j ：相对较小的范暖内，信道质量要优于蜂窝系统，所 以，它的容量比蜂窝系统大的多。i e e e 8 0 2 1 1w l a n 标准提出的分布式i 办调方 式d c f 功能使得无线接入系统安装和使用变得非常简单，同时网络开销和维护 的成本也很低，更重要的是它不需要蜂窝系统中的小区规划。因此，w l a n 侄 提供小范围内宽带接入方面得到r 广泛的应用。 随着网络应用领域的不断扩展网络于人们的生活的关系日盏密切，人们 已经不再满足于现有网络中以数据为主的业务模式，而倾向于包括语音、图像、 视频、数据在内的多媒体业务。可以预计在小远的将来，这些多媒体业务将逐 渐成为网络中承载的主要业务。这些业务出现的同时，也对网络提出厂新的要 求即网络能够保证这些业务流的质量，这就是服务质量q o s 的问题。 相比有线网络，无线踺络的带宽更有限，所以在无线网络中解决服务质量 的问题更为迫切与必要。因此对w l a n 环境下的接入方式的研究与改进以适 武汉理f ：大学硕十学位论文 应和满足对q o s 的保证要求是现在乃至以后w l a n 研究的一个热点。 1 2 相关矮域的发晨现状 w l a n 是一种能在几百米范围内支持较高数据速率的无线网络。目前，该 领域的两个代表是i e e e 8 0 2 1 1 系列和h i p e r l a n 系列。 1 e e e 8 0 2 1 l 系列是指由i e e e 提出的系列标准，包括1 e e e 8 0 2 1 1 、8 0 2 1 1 a 、 8 0 2 1 l g 。8 0 2 1 1 和8 0 2 1 l b 工作在2 4 g h z 频段，采用c s m a c a 接入机制，8 0 2 1 1 采用d b p s k 和d q p s k 调制，传输速率为i m b p s 、2 m b p s ，8 0 2 ，1 1 b 采用d b p s k 、 d q p s k 、c c k 调制传输速率为l m 、2 m 、5 5 m 、11 m 。8 0 2 1 1 a 工作在5 g h z 频段，采用正交频分复用( o f d m ) 调制，传输速率可达5 4 m b p s 。2 0 0 1 年提出的 i e e e 8 0 2 1 l g 草案采用c c k 、o f d m 、p b c c 调制，i r 以在2 4 g h z 上提供5 4 m b p s 速率。 8 0 2 11 是m a c 标准的基础，为了满足q o s 、安全性等方面的进一步要求， i e e e s 0 2 1j 相继提出了8 0 2 1 j e ，8 0 2 】1 f ，8 0 2 1 1 i 等标准。 h i p e r l a n 是有e t s i 的r e s l 0l 作组提出，包括四种标准：h i p e r ，a n1 h i p e r l a n 2 ，用于户内无线骨干网的h i p e r l i n k 、用j 二固定户外访问的 h i p e r a c c e s s 。它1 ：作在5 1 2 - 5 3 0 g h z 和1 7 1 1 7 3 g h z ，采用高颠最小频移键控 ( g m s k ) 调制，物理层传输速率为2 3 5 m b p s 和5 4 m b d s ，接入协议采用c s m a c a 。 它的特点是：高速传输、面向连接、支持q o s 、自动配置频率、支持越区切换、 安全保密、网络与上层应用无关。 1 对q o s 的支持 当前i e e e8 0 2 i l 可以满足大多数的数据传输应用，但是其m a c 没有为实 时业务提供q o s 支撑。事实上，i e e e8 0 21 1 标准的d c f 是一种随机接入方式， 网络中的节点竞争接入信道的橇率相州，并且所有类型的池务具有相吲的服务 级别。但是不同的应用寄不同的服务要求，多媒体实时应用对时延和抖动委求 较高，而数据传输则对吞吐量和分组丢弃要求较高。在无线局域网中，川将应 用分为i 类：一类是对时延和时延抖动有很离的要求，面r 这种实时应用。 ，用 的带宽很小，因此将这类应用的优先级定为最高，如语音业务；类对于带宽 要求很高的实时应用，如m p e g 视频流； 类是可以忍受较高的延时，但星应 保证在传输中不发生丢弃，这类可归于尽力类型。 所以，2 0 0 0 年5 月t i mg o d f r y 和j o h nf a k a t s e l i s 在i e e e 8 0 2 1 1 e 丁作会议 武汉理r 大学硕十学位论文 上提出了“8 0 2 1 lm a c 增强草案”。根据q o s 要求的不同，将应用分为：沿音， 音频，视频，交互式多媒体，无仲裁的点对点通信和视频会议。从功能角度， 要求m a c 增强机制以达到： ( 1 ) 有效地传送音频视频流： ( 2 ) 支持多个优先级和多个服务等级； ( 3 ) 必须能在带宽、可用性和时延方向保证编码话音的有效传输； ( 4 ) 必须支持实时业务和非实跗业务： ( 5 ) 在支持有保证地连接合同的前提f 解决竞争和带宽地分配问题： ( 6 ) a p 必须参加信令协议，为面向连接地服务建立q o s 参数，转化端刮 端或中间链路的q o s 参数； ( 7 ) 和现有的有线q o s 机制互操作； ( 8 ) 为每个m t 提供基于时间和带宽的统计、流同步。 j i n - m e n gh o 提出“针对8 0 21 l m a c 的m e d i a p l e xq o s 扩展”，旨在完全兼 容8 0 2 11 标准，通过简单修改m a c 机制，提供q o s 服务。该方法不修改d c f ， 只改动p c f ，通过集中调度降低d c f 方式t ：的冲突，法点只在每次发送数据突 发时进行预约，只有预约请求方会引起冲突，只有当有数据发给站点时才轮询 该站点，降低了歼销，改进了访问时延和信道吞吐量。m e d i a p l e x 引入了r 硼种新 帧：竞争控s t ( c o n t e n t i o nc o n t r o l ，c c ) 、预约请求( r e s e r v a t i o nr e q u e s t ，r r ) 、 扩展轮询e x t p o l l 和扩展确认e x t a c k 。 r a j u g o p a lg u b b i 提出了“动态t d m ， # 轮淘信道访问机制”，采用“传输 分层”机制，将无竞争期c f p 分为多个传输时隙，分配给各个m t ：m t 在分配 给自己的时隙内传输，并对次突发传输中的最后一个分维进行标识，f 一个 m t 检测到这个标识后就开始传输。a p 通过接入控制协议维护个传输列表， m t 向a p 申请带宽，采用d b m 进行动态协商和再分配。a p 发送的信标作为整 个小区的校准时钟，m t 根据对计数器和前个m t 的标识分组判断进行传输， 而不需要a p 轮询，从而将开销减少到尽可能的小。 当前大部分的工作都集中于改进或扩展m a c 层接入方式以和现存的 8 0 2 11 兼容来支持对q o s 保证的要求。 2 对d c f p c f 的改进 当前对w l a n 的q o s 保证的研究主要集中在对d c f 和p c f 的改进卜商。 通过对这两种媒体接入方式的改进来提高吞吐量，增强传输协议的性能，实现 武汉理j 入学硕士学位论文 公平的分配带宽等。例如， 对d c f 接入方式的改进：( 1 ) w uh a i t a o 在文献 1 1 中提出了一种叫做d c ! + 的方案，它能作为d c f 的一种选择，用来提高w l a n 的司靠传输协议的性能： f 2 ) w u t a i t a o 在文献 2 1 9 引入r 。种依靠调整竞争窗口设置的方案束增强d c f 流量的方法：( 3 ) y o n gp e n g 在文献1 3 】对引入的n s a d ( n e w s e l f - a d a p td c f ) 机 制，做了些修改来迸一步的提高n s a d 在易错的环境f 的佳能，这种新的m a c 机制来实现带宽保证，它是通过给不同等级的用户分配不同的自适戍参数求4 尖 现的。 对p c f 接入方式的改进：( 1 ) w u h a i t a o 在文献f 4 1 中提出了一种叫做w l ! ? v c 的算法，它是一种基于l f v c 的完全分布式无线包调度方案特别是对始时能 公平地提供数据流。该算法能按数据流的权重分配带宽。因此能够更好执i ， 得到较优的延时。这种算法工作在。种全分布方式，它能与其它仅支持d c f 的 站共存。( 2 ) x j d o n g 在文献f 5 】中提出了一种基于最近选取反馈的自适应p c f 选取算法来提高i e e e 8 0 2 1 l 无线局域网的煤质利用率。该算法只需要个陶甲 的扩充就能和i e e e 8 0 2 1 l 标准兼容。( 3 ) y o n g j a ek i m 在文献【6 】中使用语矗流源 的统计行为来提高p c f 模式的运行效率，来实现w i _ 。a nt 的实时流的传输以芝 持多媒体语音服务功能。( 4 ) e z i o u v a 在文献f 7 1 中提出的循环调度力法和 i e e e 8 0 2 1 li ：的沉寂检测起用来增加可支持的语音通信的数目。该方法为了， 增加提供特别语音服务的站的数目，扩大了发到所有活动站点的语音包的拒绝 率。循环调度方法仅仅在无线局域网的访问点实现，不需要对现存的l 匀、议做任 何改变。 总之当前对w l a n 的q o s 增强的研究都集中在对m a c 层的接入方式来改 进以达到所需的q o s 保证需求 1 3 本文的讲究内襄辩缀织结构 1 3 1 主要的研究工作 本论文主要研究w l a n 的的几个标准，指出无线网络与有线网络的特殊之 处，系统研究i pq o s 的体系结构、舆型的服务模型和机制，并对相关的关键技 术进行了介绍； 对i e e e 8 0 2 1 l 的m a c 层的结构、协议、帧结构、接八方式作了分析并 武汉理l 大学硕十学位论文 指出在无线环境下，w l a n 所面临的一些特殊的问题以及相应的解决方法。 研究了w l a n 的q o s 的一姥指标：吞吐量、实时性、时延等，并分析了 些具体的算法：在此基础上，仔细分析了影响时延性能问题，在p 3 。d c f 算泄席j 基于窗l j 的区分服务的基础上，结合两者的优点，提出了一种e d f ( e a r l i e r d e l a y f i r s t ) 算法p d c f 并对其做了理论分析和仿真。 1 3 2 论文盼组织缝构 全文共有7 章： 第l 章绪论介绍了w l a n 的背景以及研究状况。 第2 章介绍ri e e e 8 0 2 1 1 系列和h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 标准和m m a c 标准。其中重点介绍了i e e e 8 0 2 1 1 系到w l a n 的拓扑结构、逻辑结构、服务和 w l a n 的一些关键的技术。 第3 章介绍了i pq o s 的体系机构，详细分析了i pq o s 的典型服务模犁和 机制，同时重点讨论了各个典型i p q o s 服务模型的原理及其关键技术。 第4 章论述了m a c 层的结构和m a c 层帧的结构。洋述了m a c 的d c f 接入方式，以及在无线环境下造成的隐藏终端的问题及一般的解决方法。 第5 章从吞吐量、时延和公平性等方丽分析了d c f 的特性并对现有的t j 算法进行了研究。在此基础上提出了改进的算法：p d c f ，从理论上得到比蟓柬 的p 3 一d c f 算法要好，适用于对时延有严格要求的区分服务。 第6 章对p d c f 接入方式做了仿真从时延和丢包率两个方面考查r 睡性 能。 第7 章对全文进行了总结，并对d c f 接入方式改进韵相关闯题进行了- 睦攀。 武汉理l 大学硕士_ 学位论文 第2 章无线局域罔简介 2 18 0 2 1 1 系歹嘻标准 在8 0 2 1 1 系列标准中，涉及物理层的有4 个标准：8 0 2 1 1 、8 0 2 1 1 b 、8 0 21 1 a 、 8 0 2 11 9 。根据不同的物理层标准w l a n 设备通常被归为不同的类别，如8 0 2i ib 无线局域网设备、8 0 2 1 l a 无线局域网设备等。 8 0 2l l 标准是i e e e 于1 9 9 7 年推出的，它工作于2 ，4 g h z 频段，物理腻采用 红外、直接序列扩频( d s s s ) 或跳频扩频( f s s s ) 技术，共享数据速率最高可 达2 m b p s 。它主要用于解决办公室局域嘲和校园网中用户终端的无线接入问题。 8 0 2 1 l 的数据速率不能满足日益发展的业务需要，于是i e e e 在1 9 9 9 年相继推 出了8 0 2 1 1 b 、8 0 2 1 l a 两个标准，并在2 0 0 3 年6 月1 2r 正式推出8 0 2l i g 标准， 该标准可在2 4 g h z 频带上实现5 4 m b p s 的数据速率，并与8 0 2 1 1 b 标准兼容， 8 0 2l l b 工作于2 4 g h zi s m ( 丁业、科技、医疗) 频带，采用直接序列扩频和 补码键摔，能够支持5 5 m b p s 和1 1 m b p s 两种速率，可以与速率为1 m b p s 和 2 m b p s 的8 0 2 1 1d s s s 系统交互操作，但不能与1 m b p s 和2 m b p s 的8 0 2 1 1 f h s s 系统交互操作。8 0 2 ，1 1 a 工作于5 g h z 频带，它采用正交频分复用( o f d m ) 技术。8 0 21 l a 支持的数据速率最高可达5 4 m b p s 。8 0 2 1 1 a 速率虽高，但和8 0 2 1 l b 不兼容，并且成本也比较高，所以在目前的市场中8 0 21 l b 仍然占据t 导地位， 8 0 2 1 l a 产品预计将在今后几年内得到快速发展。8 0 2l l g 与已经得到广泛使用的 8 0 2 1 1 b 是兼容的，这是8 0 2 1 1 9 相比于8 0 2 1 1 a 的优势所在。8 0 2 1 l g 是对8 0 2 1l b 的一神高速物理层扩展，也j ：作于2 4 g h zt s m 频带，但采用了o f d m 技术， 可以实现最高5 4 m b p s 的数据速率，与8 0 2 1 1 a 相当；并且较好地解决了w l 。a n 与蓝牙_ f 扰问题。 在媒体接入控制( m a c ) 层，8 0 2 1 1 、8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 l g 这朗种标 准均采用c s m a c a ( c a ： c o l l i s i o na v o i d a n c e ，冲突避免) ，这有别f 传统以 太网上的c s m a c d ( c d ：c o l l i s i o nd e t e c t i o n ，冲突检测) 。c s m a c a 相关内 容在8 0 2 1 i 标准中定义，8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 1 9 直接沿用。 除r8 0 2 1 l 、8 0 2 1 1 b 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 ，1 1 9 这四个标准涉及物理层外，为r 促 进8 0 2 1l a 在欧洲的推广发展，与e t s i 的h i p e r l a n 2 宽争，i e e e 又提出了8 0 2 6 武汉理【大学硕士学位论文 1 1 h 标准，在8 0 2 1i a 基础上增加动态频率选择( d f s ) 和发送功率控制( i 、p c ) 功能，以适应8 0 2 11 a 在欧洲推广发展的需要，符合欧洲有关管制规定。 8 0 2 ，1 1 是m a c 层标准的基础，在此基础上，为了- 满足矗：安全性、q o s 等疗 面的进。步要求，i e e e 相继提出了8 0 2 1 1 e 、8 0 2 1 l f 、8 0 2 1 1 i 等标准。8 0 2 i i e 增强了8 0 2 】lm a c 层，为w l a n 应用提供厂q o s 吏持能力。8 0 2 1 l e 对m a c 层的增强与8 0 2i l a 、8 0 2 1 1 b 中对物理层的改进结合起来，就增强r 整个系统的 性能，扩大r8 0 2 1i 系统的应用范围使得w l a n 也能够传送语音、视频等应 用。8 0 21 i f 标准定义了一套称之为l a p p ( i n t e 卜a c c e s sp o i n tp r o t o c 0 1 ) 的协议， 以实现小同供应商的接入点a p 间的互操作性。谈到8 0 2 1l i 标准，就不能小提 到8 0 2 i x 杯准。8 0 2 i x 标准完成f2 0 0 1 年，它是所有i e e e8 0 2 系列l a n ( 包 括无线l a n ) 的整体安全体系架构，包括认证( e a p 和r a d i u s ) 和密钥管理功 能。8 0 2 1 1 i 是对8 0 2 1 lm a c 层在安全性方面的增强，它与8 0 2 t x 起，为w i ，a n 提供认证和安全机制。 除了上面已说明的标准之外，8 0 2 ，l l 系列标准中，还有一个8 0 21 1 d 标准， 8 0 2 1 l d 标准定义了一些物理层方面的要求( 诸如信道化、跳频模式等) 以适应 8 0 2 1 1 设备在些国家应用时这些国家无线电管制上的特潦要求。 2 2h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 标准秘m m a c 标准 在i e e e 制订8 0 2 1 l 系列w l a n 标准的阐时，欧洲e t s i ( 欧洲通信杯准学 会) 则在大力推广h i p e r l a n l h i p e r l a n 2 标准。 h i p e r l a n l 发布于1 9 9 6 年，它j 作子5 g h z 频带，采用的调制方式为高斯 滤波最小移频键控( g m s k ) ，数据速率最高可达2 5 m b p s 。憋体eh i p e r a n l 与8 0 21 1 b 相当。h i p e r l a n 2 是h i p e r l a n l 的第二代版本，于2 0 0 0 年底通过e t s i 批准成为标准。它对应于i e e e 的8 0 2 + 1l a ，工作在5 g h z 频带，采用o f d m 技 术，并且具备动态频率选择、发送功率控制功能，支持最高数据速率为5 4 m b p s 。 在m a c 层h i p e r l a n 2 采用预留t d m a 多址方式，动态t d d 双工方式。并目 能够在高吞吐率下支持q o s ，从而为视频流、话音等实时应厝提供支持。 闩本的多媒体移动接入通信促进委员会( m u l t i m e d i am o b i l ea c c e s s c o m m u n i c a t i o np r o m o t i o nc o u n c i l ) - - 宜致力= l ：w l a n 技术磺究和标准制订工 作。相继制订了h i s w a n a 和h i s w a n b 标准。其中h i s w a n a 工作于5 g h z 频段，h i s w a n b 工作于2 5 2 7 g h z 频段，支持数据速率为6 5 4 m b p s ，采用 武汉理工大学硕士学位论文 o f d m 调制、丁d m a 多址方式、t d d 舣工方式。 2 38 1 ) 2 1 1 简介 2 3 i 拓扑结构 i e e e 8 0 2 1 l 运作模式基本分为两种：点对点模式( a dh o c ) 和基本模式， 点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。基本模式是指无线网络 规模扩宽或无线和有线网络并存时的通信方式。其支持两种拓扑结构分别为： ( 1 ) 独立基本服务集( i b s s ) 网络； ( 2 ) 扩扩展服务集( e s s ) 网络。 定义的最基本的组成单元是基本业务集b s s ( b a s i c s e r v i c es e t ) ，内部有一 组互相通信的主机。 。个站点可以在b s s 内自由移动，但如果它离开了b s s 防 域不能够矗接与其他站点建立连接了。 i b s s 是个独立的b s s ，它没中枢链路基础结构，至少包括两个尤线站点， 常被称为a d h o c 网络。a dh o c 能基本满足个较小区域的用户要求。i b s s c ) 9 络 拓扑机构如图2 1 所示。 图2 1 i b s s 网络拓扑机构 个b s s 所覆盖的区域受环境和主机收发特性的限制为了获得更大的覆 盖范围，需要把多个b s s 通过分布式系统d s ( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 连接起来， 形成一个扩展业务集e s s ( e x t e n d e ds e r v i c es e t ) ，每个b s s 都被分配一个标识。 通常在b s s 中有一台主机能提供这样的服务：本b s s 内所有的主机可以通过它 访问d s ，与其他b s s 中的主机通信，获取和维护管理信息，我们称之为a p ( a c c e s sp o i n t ) 。另外，i e e e8 0 2 i l 还定义了端口( p r o t a l ) ，通过端口来实现夜 线网络和无线网络的互连。w l a n 的拓扑结孛句如图2 2 所示。 武汉理l 大学硕 j - 学位论文 图22 无线局域刚的拓扑结构 8 0 2ll 标准认可以f 的移动类型： ( 1 ) 不迁移犁( n o t r a n s i t i o n ) ：那些 移动的站点和在局部b s s 内移动的 站点。 ( 2 ) b s s 迁移型( b s s t r a n s i t i o n ) ： e s s 中的另一个b s s 。 ( 3je s s 迁移型( e s s - r a n s i t i o n ) 到另一个e s s 中的个b s s 。 指站点从e s s 中的一个b s s 移动到捆嗣 指站点从个e s s 中的一个b s s 糁动 8 0 2 1l 标准支持不迁移型和b s s 迁移犁两种移动类型。当进行e s s 迁移 时不能继续保证连接。 8 0 2 川标准定义分布式系统为通过a p 在e s s 内使b s s 相互连接豹绝件。 分布式系统通过提供逻辑服务支持8 0 2 ，il 移动类型，逻辑服务在处理源地址到 目的地址的变换和多重b s s 的无缝集成是必要的。a p 是一个可设定地址的站 点它提供分布式系统的接口，以便将位于备种b s s 内的站点连接起来。 在e s s 内，8 0 2 1 1 标准调整b s s 的下列物理配置： ( 1 ) 部分重叠b s s ( b s s st h a tp a r t i l a l l yo v e r l a p ) ：这类配置在个已定义 区域内提供邻接覆盖，如果在应用中难以容忍网络服务中断的话，它是最好的 选择。 ( 2 ) 自然分离b s s ( b s s st h a ta r ep h y s i c a l l yd i s j o i n t e d ) ：对干这种情况， 配置不提供邻接覆盖。8 0 2 1 1 没有指定b s s 间距离的限制。 ( 3 ) 自然配置b s s ( b s s s t h a ta r ep h y s i c a l l yc o l l o c a t e d ) ：这对于提供个 冗余的或高可操作性网络是必要的。 9 武汉理1 人学碗十学位论文 2 3 2 逻辑结构 拓扑结构决定了网络的物理组件，而逻辑结构着重定义网络操作，如图23 所示为i e e e 8 0 2 1 l 的逻辑结构。 m a c 层 m a cs a p 眦c ；溉忸s a p m cf 层 管理实体 专 p h ys a p p l 【es a p 站点管理 p l c p 子层 _ 兰 i p 蛐s a p p f y i p 佃予层 管理实体i p i m es a p 毫 i 图2 - 3i e e e 9 0 21 1 的逻辑结构 ( 1 ) i e e e 8 0 2 1 1m a c 层 m a c 层的弱的是在l l c 层的支持下为共享介质提供访问控制功能( 如寻址 方式、访问协调、帧校验序列生成和检测，以及l l c 和p d u 定界) 。8 0 2 1 l 标 准利用c s m a c a ( 载波监听多路访阀冲突避免) ：丽标准以太嘲利用c s m a c d ( 载波监听多路访问冲突检测) 。在同一个信道卜利用无线电收发器同时传送和 接收是不可能的；因此，8 0 2 1 l 无线l a n 采取措施是为r 避免冲突，而不是榆 测它们。 ( 2 ) i e e e 8 0 2 1 1p h y 层 i e e e 8 0 2 1 l 中定义了三种物理层结构：分别为直接序列扩频( d i r e c t s e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，d s s s ) 物理层、跳频扩频( f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a d s p e c t r u m ，f h s s ) 物理层和红外( i n f r a r e d ，1 r ) 物理层。逻辑结构如图2 4 研 示： l l c m l 惦 调频p h y直接序列p h y ! 1 外p h y 图2 4i e e e 8 0 2 1 1 逻辑结构 f h s s 技术是将可用的频宽带区域分割成好几个通道，它使用窄频载波借着 2 到4 阶的高斯频移键控( 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 ，g f s k ) 不断的改变。 传送时，频率会在收发双方节点都知道的范围阃，利用伪随机技术 o 武汉理i ：大学硕十学位论文 ( p s e u d o r a n d o m ) 做任意变动。这对p h y 层加入了一些安令性。另外f h s s 还 有一项优点，就是可以让许多网终共存在一个物理区域中。 d s s s 方法采用的是1 1 位的b a r k e r 码作为扩频p n 码，调制方式可以采用 d p s k ，d b p s k ，d q p s k 。d b p s k 方式时的数据速率为1 m b p s ，d q p s k 方式 时的数据速率为1 m b p s 2 m b p s 。而在i e e e 8 0 2 1 i b 中，除了基带部分的扩频码调 制方式不同以外，其他基本相同。在i e e e s 0 2 1 l 中，对j ：p r e a m b l e ( 导毒) 和 h e a d e r ( 又) 段是用d b p s k 扩频调制方式，对l b i t 数据使用1l b a k e r 码扩额； 对p a d u ( p l c p 数据服务单元) 数据段则是采用d q p s k 扩频调制方式，每2 b i t 数据使用l l 位b a r k e r 码扩频。而在i e e e 8 0 2 1 1 b 中则刁：样，i e e e 8 0 2l l b 对p r e a m b l e 和h e a d e r 段使用和t e e e 8 0 2 ，1 1 相同的扩频调制方式而埘p s d u 数据段f 以根据需要采用55 m b p s 和1 1 m b p s 两种速率的c c k ( 补码键j 卒) 扩 频调制方式进行扩频调制。现在，大多数j 商生产的w l a n 产品都基于8 0 2 1i b 标准。8 0 2 1 1 b 在很大的程度上是受到了朗讯技术公司和i n t e r s i l 公司的推动。 8 0 2 1 1 b 标准的设计是使用壹序( d i r e c t s e q u e n c e ) 广谱技术在2 4 g h zi s m ( t 业，科学和医学- - 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 ) 频带l 工作。另方面， 8 0 2 11 a 标准的设计是在更近时期分配的5 g h zu n i i ( 无执照的国家基础设施 一u n l i c e n s e dn a t i o n a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ) 频带上工作的，8 0 2 1 l a 离开r 传 统的广谱技术使用了频分多路方案，有意要让其对官方环境友好。 8 0 2 1 l b 最大数据传输速率为1 1 m b p s ，无需直线传播。使用动态速率转换， 刍射频情况变差时，可将数据传输速率降低为55 m b p s 、2 m b p s 和1 m b p s 。且 当工作在2 m b p s 和1 m b p s 速率时可向l f 兼容i e e e 8 0 2 1 l 。8 0 2 1 l b 的使用范圈 在室外为3 0 0 米，在办公环境中则最长为1 0 h 0 米。使用与以太网类似的连接协 议和数据包确认，来提供可靠的