（通信与信息系统专业论文）无线局域网接入点设备的设计与研制.pdf

末旃大学疆圭磷究生论文 摘要 零文对蒸予i e e e s 0 2 。l | b 覆零麴笼线接天熹( 焱羚系绞送行了鹾翻，挺逡了基予 u c l i n u x 和a d m 8 6 2 8 的嵌入式无线攘入点系统整体窳现方案。对i e e e s 0 2 1l b 的媒体 接入控制( m a c ) 层协议进行了深入研究和软件实现，研制了无线接入点硬件电路，并 对射频部分的电路进行了调试和测试。 全文共分聂章。 第一章概述了各种黼距离无线按入技术的优缺点，并对其中的i e e e 8 0 2 1 l b 技术 的市场前景做了一些分析。 第二索介缓了i e e e8 0 2 。1 1 无线嬲络豹组成结构及稠关概念。分辑了m a c 差弱 慧俸功能缭构，夯绍了蕊中的分布协潢功筢( d c f ) 弱点资调功熊( p c f ) 韵稳。对 d c f 做了详绷介绍，重点研究了其中的载波侦听、m a c 级确认、帧问隔、随机退避 时间和d c f 访问过程镩，这些分析为第五章程序的编写打下了基础。最后讨论了 l e e e 8 0 2 1 l b 麴调制技术。 第三章掇出了基予u c l i n u x 帮a p m 8 6 2 8 静嵌入式无线a p 实琥方案，确是了a p 硬件开发方窳，介绍了系统所采用的嵌入式操作系统u c l i n u x 和系统集成芯片( s o c ) a d m 8 6 2 8 。 第遥章介绥了a p 骥馋邀路孛兹各令摸块，硬剃了a p 豹硬静睦路，著怼其孛豹 射频模块电鼹进行了调试与测试。 在第五章中，参照i e e e 8 0 2 1l 协议中所定义的八个软件模块，对a pm a c 层协议 软件框图作了简单描述。并对p r o t o c o l c o n t r o l _ a p 、t r a n s m i s s i o n 、r e c e p t i o n 三 个模块送行了较终援诗_ 秘代码实瑷。 【关键词】光线局域网 i e e e 8 0 2 1 l b 接入点 东南大学碗士研究生论文 a b s t r a c t t h e p a p e rs t u d i e st h ew i r e l e s sl a na c c e s sp o i n t ( a p ) b a s e d 锄t h ei e e e 8 0 2 1l bt e c h n o l o g ya n d b r i n g sf o r w a r da ne m b e d d e ds c h e m eo fw l a na ps y s t e mb a s e do nu c l i n u xo s ( o p e r m i n gs y s t e m ) a n da d m 8 6 2 8m i c r o p r o c e s s o r t h ep r o t o c o lo ft h ei e e e 8 0 2 11m a cs u b l a y e ri s a n a l y z e da n d i m p l e m e n t e d 。t h ew l a na ph a r d w a r ep l a t f o r mi sd e s i g n e d ，d e b u g g e da n dt e s t e d f i r s t l y , 壤eb a s i cf r a m e w o r ko fw l a nl sb u i l tt h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fe l e m e n t sa n dr e l a t e d c o n c e p t i o n so f i e e e 8 0 2 1 lw l a n t h ef u n c t i o n a la r c h i t e c t u r eo f m a cs u b l a y e ri sd i s c u s s e d a f t e rt h e w h o l ef u n c t i o n a la r c h i t e c t u r ei si n t m d u c e d ，w es t u d yt 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 nr d c f ) a n d t h ep o i n tc o o r d i n a t i o n 如n c t i o n ( p c f ) 。i nd c i f , w ep u ts p e c i a le m p h a s i so nt h ec a r r i e r - s e n s em e c h a n i s m m a c l e v e la c k n o w l e d g m e n t s ，i n t e r f r a m es p a c eo f s ) ，n d o mb a c k o f f t i m e ，a n dd c f a c c e s sp r o c e d u r e t h e s ea n a l y s e sf o u n dt h eb a s i so f t h ei m p l e m e n t a t i o no f t h es o f tm o d u l e si nc h a p t e r5 s e c o n d l y , w ed e s i g nt h ew l a na ps y s t e m a f t e rad e t a i l e di n t r o d u c t i o no fu c l i n u xa n d a d m 8 6 2 8 ，a ne m b e d d e ds c h e m eo fw l a na ps y s t e mb a s e do nu c l i n u xo s ( o p e r a t i n gs y s t e m ) a n d a d m 8 6 2 8m i c r o p r o c e s s o ri sb r o u g h tf o r w a r d t h ea ph a r d w a r ep l a t f o r mi sw o r k e do u t w ed e b u g g a n dt e s tt h er e l a t e dc i r c u i tm o d u l e sa n dt h et e s tr e s u l t sa r eg i v e n f i n a l l y , a c c o r d i n gt oi e e e 8 0 2 11m a cp r o t o c o l ，w ei n t r o d u c et h ee i g h ts o f t w a r em o d u l e so fm a c o fa p p r o t o e o ic o n t r o la pm o d u l e 。t r a n s m i s s i o nm o d u l ea n dr e c e p t i o nm o d u l ea r ed e s c r i b e d s y s t e m m i c a l l ya n di m p l e m e n t e dw i t hcl a n g u a g e k e y w o r d s w i r e l e s sl a n ( w l a n )i e e e 8 0 2 ，1 l ba c c e s sp o i n t ( a p ) 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个入在导师指露下进行的研究工作及取褥的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的嫩方外，论文中不包含其他人已经 发表或攒写道懿疆究戏暴，毽不包会必获得末毒大学域其它教育机擒豹学位或 蔽书嚣 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融在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名： 鉴墼迪。日期：逊聋壁垒尘詹 荚千学位论文使用授权的说明 表毒大学、孛国科学技零揍惠臻究掰、国家国书毽骞投操黎本人繇送交学健论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他簸制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被套阅和借 弱，霹激公窍( 包菇裂鐾) 谂文懿全部竣聱分内容。论文豹公毒( 包括羁登) 援权衷 南大学研究嫩院办理。 签名：纽导师签名：域 第一露绪论 第一章绪论 随着社会缝济的迅速发展，人们对随时髓地能够提供信息目务的移动计算和宽带无线递信的 裙袭越来越逮落。无鲢不在豹瓣络终端，人性纯、中性纯、瑟能像瓣移韵诗算，鞋及方馁浃捷貔 无线接入、无线互联等新概念和新产品，已经逐渐融入到人们的工作领域和日常生活中。随之而 米的便携式终端以及与无线通信相关的新技术层出不穷，而其中小范围无线通信技术的发展更是 酉花齐放、令人目不暇接。 在众多的小葱疆无线运僖技术中，i e e e 8 0 2 1 b 技术燹凝蹩 较突爨戆一个，它是麓兹，l 、范 围无线透信的主流技术，箕市场已经进入一个高速增长的除段，翦景菲常广泛。下面简鬟介绍儿 种比较有代表性的小范围移动通信技术。 l 。l 凡穗典型的小范围移动遥信技术的比较 本节将比较凡辩有代表性的小范丽移动遴信技术：i e e e 8 0 2 1 1 、红辨蒋输( i r d a ) 、家庭射频 ( h o m e r f ) 和蓝牙( b l u e t o o t h ) 。其中，i e e e 8 0 2 1 1 属于相对大功率、长距离的无线通信技术，采 用的是基于按入点的集中式组网方式；而i r d a 、h o m e r f 和b l u e t o o t h 属于短距离、小功率的无线 连接技术，袋嫦的是自主建喇( a d h o c ) 方式。 图i - i 撼述了几秭小范丽光线通信技术与传辅距离、带宽、载频鞋及旋用场合的关系”。 hi r d a o p t i c a l ：1 , 4 , 1 6 m b p s j8 0 2 1 la g 5 g h z ，5 0 m b p s ， 纠h 瓣f l a n 5 g h z ，5 0 m b p s 】 氐h o m e r f t 2 4 g h z , 2 0 m b p s ； l o m b p s a 1 1 e l i n ，t i d e on a t a d e 8 ；篡亭、蹴，。刚g 嘲；m 嘲 1 m b p ss gs m a n p h 4 n e ( ； 沁。1 c一8 0 2 1 1b 2 4 g h z 2 m b p s m p 3 脚p l a y e r q 二蕊1 h o 。m e r 眦f 2 “4 ( j h z , 2 m m 羔 m 。u s ec e | 1p h 。n e 士e 鲥e r p h 。n e s 。 a 1c 。“。i 。nr 。m 。ec 。”r o i l 。 1 i n1 0 m5 0 m1 0 0 m 鹫1 1 尼摹孛，l 、蓬嚣无线遴售技术与传簸荽垂蔫、繁赛、载额鏊及寝矮翳台熬关系 下面就在简要介绍这几种小范围无线通信技术特征的基础上分析各自的优缺点。 东 南大学硕 士 研究 生论义 1 1 1i r d a 红外数据通信乜1 红外线数据标准协会i r d a ( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ) 是致力于建立无线传播连接的国际标 准组织。i r d a 技术实现了低成本的红外线点对点连接。在l m 的范围内，当红外收发端口左右 偏差不超过1 5 。时，能够实现速率从9 6 0 0 b p s 到1 6 m b p s 的数据传输。 i r d a 技术的致命缺陷在于：只有当红外收发设备点对点视线直接对准时才能进行数据传输； 不能穿透阻挡物；传输距离太短：通信只限于在两个设备之间进行，不能同时链接更多的设备； 没有提供链路级安全性能，底层的安全只依赖于红外的视线直接对准的通信特点，可能被侦听。 这些缺点限制了i r d a 技术的发展和应用。 1 1 2h o m e r f “1 家庭射频工作组成立于1 9 9 8 年致力于创建用于无线数据传输的开放性规范。工作组认识到 有线连接带来的移动困难、铺设新线路的高费用将阻i r 家庭网络技术的普及，为此丁作组开发了 s w a p ( s h a r e dw i r e l e s sa c c e s sp r o t o c 0 1 ) 协议，用于家庭范围内的计算机币i 家用电子设备间的无 线通信。h o m e r f 的工作频段是2 4 g h z ，采用跳频扩频技术，跳频速率为每秒5 0 跳。在不同调 制方式下，其数据传输速率为1 m b p s 或4 m b p s 。支持数据和语音通信。h o m e r f 的主要适用范围 局限于家庭无线局域网，由于该技术没有完全公开，并且在抗干扰等方面相对其它技术尚有缺陷， 因此其市场应用前景并不乐观。 1 1 3b l u e t o o t h 。“ 1 9 9 8 年5 月，爱立信、诺基亚、东芝、i b m 和英特尔五家公司组成的蓝牙特殊利益集团( s i g ， s p e c i a li n t e r e s t g r o u p ) 联台宣布了一项名为“监牙”的技术，“蓝牙”是以中世纪北欧第一个统一 语言的国王的绰号命名的。蓝牙技术是一种开放陛的、短距离无线通信技术标准，适用r 在较小 范围内通过无线连接的方式实现同定设备及移动设备之间的互连，可以在各种数字设备之间实现 灵活、安全、低成本、小功耗的语音和数据通信。目前蓝牙s 1 g 的企业成员数己增加到上千家， 国际上很多有实力的公司包括m o t o r o l a 、3 c o m 、l u c e n t 和m i c r o s o f t 等都加入了蓝牙s i g ，成为 蓝牙技术的坚强后盾。 1 1 4h i p e r l a n 2 标准“1 欧洲电信标准化协会( e t s i ，e u r o p et e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z ei n s t i t u t e ) 批准r h i p e r l a n 2 标准的核心技术规范，这意味着，最终用户将能以5 4m b p s 的速率通过无线方式接入 互联网，原始物理层吞吐率高达5 4m b p s ，网络层的吞吐率最低也能保持在2 0m b p s 左右，并使 用今后推出的多媒体和即时视频服务。h i p e r l a n 2 是一种新的高性能无线传输技术，l ：作频率为 5 g h z 。该系统能够迅速且简单地安装，并可以与传统以太网以及a t m 网等多种核心网络技术互 连互通。它应该还包括一个面向u m t s 的界面，可以作为其它面向第三代移动系统i m t - 2 0 0 0 系 列的界面基础。 1 1 4i e e e 8 0 2 1 1 ”1 i e e e 8 0 2 1 l 是无线局域网中目前得到最普遍使_ 【 = | 的标准，也是本论文的研究内容。由i e e e 提出包括8 0 21 1 ，8 0 2 1l a ，8 0 2 1 l b 和8 0 2 11 9 。这三种标准的最火区别是在物理层。i e e e8 0 2i l 推荐使川在国际上基本是自由频段的i s m 频段。 i e e e8 0 2 1 1 b 标准采用c c k 完成扩频。它在8 0 21 1 协议的物理层增加了两个新的述度： 55 m b p s 和11 m b p s 。8 0 21 1 b 使用动态速率漂移，可因环境变化，在1 1 m b p s 、55 m b p s 、2 m b p s 和1 m b p s 之间切换，且在2 m b p s 、1 m b p s 速率时与8 0 2 1 1 兼容。8 0 2 1 l b 与8 0 2 1 1 的区别是在 物理层，两种标准的m a c 层基本相同，只是由于传输速率标准不同，与数据速率有关的帧年管 理信息稍有区别。 2 第一牵绪论 i e e e8 0 2 1 1 a 工作在5 0 h z u - n i l 频带，物理层速率可达5 4 m b p s ，传输层达2 5 m b p s 。采削止 交频分复用( o f d m ) 的扩频技术；可提供2 5 m b p s 的无线a t m 接口和1 0 m b p s 的以太网无线帧 结构接口，以及t d d t d m a 躲空中接口；支持语音、数攥、强像业务；一个扇区可接入多个列 户，每个瑁户霹带多个舅l 户终端。 由于i e e e8 0 2 1 l a 与8 0 2 1 1 b 协议之间在频段与调制方式上不同使得其不能互通，已经拥有 8 0 2 1 1 b 产品的消费者可能不会在8 0 2 1 1 a 殴餐问世之后就立即购买：而8 0 2 1 1 9 就是为这段过渡 时间所发展的协议，它建构谯既有的t e e e8 0 2 1 1 b 实体层与媒质层标准基诎上，选择2 , 4g h z 频 毅、簧辕速率较1 1 m b p s 裹，涟邕翔毒8 0 2 1 l b 产燕熬使躅密能够班8 0 2 1 l g 熬产晶这裂一个速菠 升级的需求。 1 2 我国无线局域网发展概况 鞭1 ；摹炎帮分强家謇 建蠡董越无线籀域嘲蓉翊i e e e 8 0 2 1 l 系到舔琏，敬溺霞羽黥楚对瘴 i e e e 8 0 2 il 标挎的 i p e r i a n 2 标准。 我叫旧i w l a n ，“业黝时是百花卉放，w 【。抓：占片1 1 r 场没订形成寡头携断格j 。，j ，2 0 0 2 印就：仃华 为、中兴、联想、金鹏等多家企业推出了栩笑j “。品o o 此聊j 寸也，仃华大f b r 、? 台玎通等嘲内余 i 2 联笈撵了镑捺攀带、射频甾芯靖褒蠹麓戳骶芯片龋，我捌轧a x 产、i k 越条已酶具繁蟛。 2 0 0 l 举，信息产业部缀建r 申嗣宽藩无线l p 丰荟准f 佟娥。2 0 0 3 年5j l1 2 强赢信息声、| e 溜搬 送国家标准化镀强i 委员会i 胁颁布由r 作纲鲍贲起草的正线出城网旧家标准( w a p i ) 。静标准原 则匕采j _ = | 了w i f i 鞲蹦的8 0 2 1 1 围际标凇并对现行嘲簖杯搬i m 0 发仝缺陷川臼。t 创新晌美键 技术进 j ：了修i i ：。该幽家标准穹崮酝标稚强! 安全规剿r 钨本质豹隧别，该标准的实施触及蹦j 嗣 舔稼准，2 t 链垒产：勰鳇氍鬻裂蘸，麸孵搜这令 家梅囊羹磊：落实过榉中遴翟r l i 少疆力。 2 0 0 3 年年底，国家标准化管理委员会、嘲家认证认可隘酱管理委员会先胼发布公告，矗布2 0 0 4 f f 的6 月1 同姓强制执行新闻标的鳋后蝴限+ 没订实施这“杯准的无线埘域网t 。：r 协不得川、进 阱、销售或轷在其艳经营活动中使朋。这意味莆迅驰笔记本i b 腑、采j ；| ；| w i 一- f i 模块的p d a 、数 弱专| ! 枧等笈露薮锩i 走鼋豹榴芰，“晶会羧鬃l 瞎l t p 戮毒场 = ：l 馁。 i e e e 也汲淡到j 8 0 2 1 l 标准安金缺陷，提 nrw p a ( w 1 f i 保护潞闷) ，挺琏w p a 披书核 心仍然和w e p 技术= i 同，它们旧区别z 明。枉通信，均过程t p 0 ：断地变更w e p 袢i 锯，变欹润翱j 棼以 假改 前盼计算技术无法? i 哿w e p 密宅h 计罅出水为依据。但怂州称加密的不足托fa p 卸l 瑚娥键 j = _ | 栩同鬻铡，翘抵变更密铡托内躲媾惠会巍捌嗣豹筒荦绷镦数臻；也中砖输。熙髯只要黢昕i 剜足够 黝鼗籀包，畿助蹙鬣夫麓计箨设器，闻稃冒毁馥辩瓣臻。 从技术崩i i 青，w a p i 技术采j n 新的双向鉴别技术，洲此安伞性弱傀j ：现订魄w i 。r 【暇嘶 聚川i ? qw e pm 潋，i ! l j 使与改进后的w p a 协议比较，【丝宙i 秆优赞， w a l ，】标硼! 蹦前还没订宠令公之 ：众，溅小娩 乏j _ | ! 支持1 1 r 场昀发鹱，逛挺等剑标准n 体+ 文照班 簌尹露鞋r 终。 i 、3 论文的主要内容及各章节的安排 小范围宽带无线通信技术的应蠲具有替常广阔的市场前娥，它们正受到世界各国工业界与研 究掇穗豹广泛关注，箕中兹t e e e 8 0 2 。1 1 蠹壤受跫其中戆主流技术。我翻对密殇遂露了仔鲻琚究， 发现无线适僚技术的应膪需求越来越广泛，冀市场已经进入一个高速增& 的阶段。为适廊这一需 求，我们着手研制具有自主知识产权的8 0 2 1 1 b 无线接入点嗣i 阿 产品。| 妲丁我国w a p i 标准目 前还没有完全公开，并且w a p i 标准原则上越采用了8 0 2 1 1 标准，只是加密技术做了自主创新， 辑竣磊翦项嚣戆并发都是按照8 0 2 ，i l b 栝壤震开。 论文律者主要研究了i e e e s 0 2 1 1 无线鲻城瓣的m a c 屡控割协议，提出了基于u c l i n u x 和 a d m 8 6 2 8 的嵌入式无线a p 熬体实现方案。研制了基于8 0 2 1 1 b 系统集成芯片a d m 8 6 2 8 的a p 硬件平台，并对a p 中的射频部分的电路进行了调试和测试。设计和实现了部分m a c 屡协议程 蒡；露失学磺圭研究生论文 序模块，并对m a c 层协议谶杼了联调，验豇e 了相关模块和一些核心算法的正确性和有效惶，为 避一步的8 0 2 1 l b 无线局域嗣接入点设各的研肯4 作了必要的准备。 第一章首先讨论了无线髑城耀的发展状况、特点及应耀，简要介绍了翳裁凡种不冠的觅线届 域瓣标准，势遴行了魄较。 第二章对溅线局域网的基本概念和组成冗綮进行阐述，对i e e e8 0 2 1 l 的服务进行了描述， 讨论了服务的荧系，支持服务的消息内容。分析了m a c 予胺的总体功能结构，介绍了功能结构 中最重要的两种功能- - d c f 和p c f ，并对d c f 中的主要按术做了详细研究，这些分析为第五章 骥痔魏绽写努下了基疆。本章豹最蓐对i e e e s 0 2 ，ll b 豹调裁接寒俸了蔫单奔缓。 第三章撬啦了基于u c l i n u x 和a d m 8 6 2 8 的嵌入式a p 系统实现方案，奔绍了系统采用的嵌入 式操作系统u c l i n u x 和系统集成芯片( s o c ) a d m 8 6 2 8 确定了系统的硬件实现方案给出了系 统硬件实现框图。 第鲤掌研制了a p 豹硬传系统电路。首先绘出a p 硬 睾嶷现熬墼诲框絮，然后分别套缨其中 静电源模块、存储器模块、1 0 0 m 淤太网接酾陵块，u a r t & j t a g 接1 2 1 模块、基带处理攘浚、瓣 频模块。最后对a p 中射频部分的电路进行了调试和测试。 第五章简翳介绍a p 的m a c 层协议程序框图，对其八个软件模块进行了介绍，然后编程实 现了p r o t o c o l c o n 油l a p 模块、t r a n s m i s s i o n 横块以及r e c e p t i o n 模块。i e e e s 0 2 1l b 的媒鹱接入 投毒l 貉议( d c f 、p c f ) 壶这三令模块耱势宛裁。荛上述三令攮凌嚣其它务个模块在溺一螽计算 机上进行了初步联调，并通道串口在两台计辩机上实现了协议数据传输，验证了些核心箨法的 难确性和有效性。 4 。 第= 章i e e e s 0 2 + 1 i 无线届域瓣按议瓣辨 第二章ie e e 8 0 2 11 无线局域网协议解析 本章首先j l 尊无线蜀域网懿基本概念和缎成元素进行阐述，澍i e e e 8 0 2 1 l 的服务进静了摇述， 讨论了霰务瓣关系，支持羧努静溃意走饔。分辑了m a c 予摸翦蕙薅功戆绥梅，奔绥了羹孛弱嚣 种功能一分布协调功能( d c f ) 和点协调功能( p c f ) 。对8 0 2 1 1 媒体接入控制协议的核心接入机 弗i j - - d c f 中的主要技术做了详细的研究，对8 0 2 1 1 另外一种媒体接入控制协议一p c f 作了介绍， 这些分析和研究为第五章用软件实现8 0 2 1 1 媒体接入控制协议打下了基础。最后对8 0 2 1 l b 的调 剿技零擞7 鼗麓单穷绥。 2 1i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的基本结构1 i e e e 8 0 2 1 1 结构包含一些元素，它们进行交互为上层提供支持站点移动性的无线局域网。 8 0 2 ；1 1 钵系纺稳静缝戒元素畿摆；无线菇纛s t a ( s t a t i o n ) ，嚣线接入点a p ( a c c e s sp o i n t ) ，基毒 服务集b s s ( b a s i cs e r v i c es a ) ，基本b s s 数据帧 d a t a ：f c ( f r a m ec o n t r 0 1 ) 中“t od s ”和“f r o md s ”位为l 的数据帧都不能 传输。 b 、c l a s s2 1 ) 警瑾犊 a s s o c i a t i o nr e q u e s t r e s p o n s e ：关联请求，应替帧 成功菇可以襁簸c l a s s3 类犊。不成凌s t a 箨蟹在s t a t e2 。 r e a s s o c i a t i o nr e q u e s t r e s p o n s e ：重关联请求臆答帧 成功露可以传输c l a s s3 类帧，不成功s t a 停留在s t a t e2 。如果s t a a 收到从 s t ab 发来的个c l a s s2 粪帧，而两个s t a 没有经过认证，并且帧为单措传 输( u n i c a s t ) 帧，贝4s t a a 向s t a b 发出一个解认证帧。 e 、c l a s s3 1 ) 数据帧 + 9 末枣大 学壤 士 磺究 生 论 文 数据帧可以传输，也就是可以利用d s s 服务传输含有“t od s ”和“f r o md s ” 位的数据帧。 2 ) 锗理帧 解扶证赣i 凌s t a t e 3 ，解认遂意噱蓑去哭联，s t a 致s t a t e3 变到s t a t e l 。 3 ) 授黼帧 p s - p o l h 如聚s t a a 收到从s t ab 发来的一个c l a s s3 熊帧，而两个s t a 没有 关联但是认证过，并且帧为单播传输( u n i c a s t ) 帧，则s t aa 向s t ab 发出 一个去关联峻。如果s t a a 牧到扶s t a b 发来的一个c l a s s3 类顿+ 两两个s t a 没有经过谈谖，并显犊为攀撵传辕( n n i c a s t ) 姣，弼s t aa 南s t ab 发出一 个解认证帧。 i b s s 常用于组建一个a dh o c 网络，其中的s t a 之间可以相互直接通信。i b s s 只有一个b s s ， 没有物理d s ，没有入口，没谢有线l a n ，没商d s s 。i b s s 巾可以有任意多个成员，它们之间只 貔谨辕c l a s s1 秘c l a s s2 类搂，这是嚣为没鸯d s 。i b s s 每豹瓣务都是s s 。 每一个服务都是由一个藏多个i e e e8 0 2 1 l 消息所支掩和完成的，这魑消息包括；d a t a 、 a s s o c i a t i o nr e q u e s t 、a s s o c i a t i o nr e s p o n s e 、r e a s s o c i a t i o nr e q u e s t 、r e a s s o c i a t i o nr e s p o n s e 、 d i s a s s o c i a t i o n 、a u t h e n t i c a t i o n 和d e a u t h e n t i c a t i o n 等。 2 + 3m a c 层的两种协调功能强3 m a c 有两种协调功能： 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 ，处理竞争服务。是p c f 的基础。 p c f tp o i n tc o o 砖i n a t i o nf u n c t i o n 。娥理无竞争辍务，爨d c f 尧熬綦 | 。 d c f p c f = 者可以共存。在一个b s s 中，当一个点协调袭( p c ，p o i n tc o o r d i n a t i o n ) 援在运 行，n - - - 者共存且交替运行，一个无竞争期( c f p ，c o n t e n t i o nf r e ep e d o d ) 之后紧跟着一个有竞 争期( c p ，c o n t e n t i o np e r i o d ) 。 d c f ：是8 0 2 1 t 基本的m a c 攘入协议，瞧耱是瑟说豹c s m a c a ( c a r r i e rs e n s em u i r i l ea c c e s s w t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ，载波馁昕多点免碰攘接入协议) ，使用于i b s s 和基本b s s 。 当s t a 准备传输时，需骥首先判断是否材其它s t a 程使用媒质，如果媒质不忙。就可以准 备发射。c s m a c a 强制要求在两个帧传输之间耍有一个最小的特定时间间隔，发射s t a 在发射 耨必须保证媒藏在这个特定对阍闯隔内空阕。如果媒质 亡，则s t a 抟翰推迟，直到当翦传辘绪京。 程攘遥完戒之矮，s t a 选择一令遗凝退避辩瓣( r a n d o mb a c k o f ft i m e ) ，势谯媒囊空添簿避行餐 计时，对这个随机退避时间递减。8 0 2 1 l 也傥厢r t s c t s 机制，可以在不同的传输环境下，使传 输碰撞的可能1 生最小化。 p c f ：只髑予基本b s s 。遂瓣接入方法燕，在b s s 的a p 孛，镬用一个患势调者来决定哪个 s t a 可殴茇瓣。这种方式的实麓是遴杼轮检( p o l l i n g ) ，p c 撵为轮捡静m a s t e r ，控翻p o l l i n g 豹进 行。p c f 使用一种虚拟载波侦听机制，这是遇过实施接入忧先权机制来完成的p c f 在b e a c o n 管理帧中发布储息，来对s t a 的网络分配矢艇( n a v ，n e t w o r ka l l o c a t i o nv e c t o r ) 进行设置。s t a 根据n a v 来判断媒质的使用倦况，从而在恰幽的对刻获得媒质的使用权。另辨，使用p c f 时， 掰令稠邻竣之鹈骢空耀薅阕( 称作i n t e r f r a m es p a c e ，i f s ) ，要滋使爱d c f 籀浚下匏i f s ，l 、，i f s 比较小表明，在熬叠b s s 中，相对于d c f ，使用p c f 传输的优先级别要商。p c f 提供的接入优 先权可以通过秃竞争接入方法来实现，p c 控制s t a 的帧传输，因此在一个特定时间段内消除了 巍争。 当m s d u 蠖m m p d u 太大，超过一令江隈鞋重，需要送行势段薤瑾，转换或m p d u ，黧强2 - 4 所示。分段的目的是提高传输的成功率，因为媒质的特性饿褥对过长帧的接收的可靠性下降。 m s d u ：m a cs e v i c ad a t au n i t 。 。lo 繁二章i e e e 8 0 2 1 1 无绫是壤嚣势靛解辑 m m p d u ：m a cm a n a g e m e n tp r o t o c o ld a t au n i t a m l m e ：m a cs u b l a y e rm a n a g e m e n te n t i t y 。 m p d u ：m a cp r o t o c o ld a t au n i t 。 只有单撩健输戆梭旁胃疆分段，对广矮，缀撵铸输酶犊，帮使长痊超长，氇不进行努歉。势段 后的m p d u 独立传输，独焱被响应，可猷罄独的进行重传，这也就避免了需要对整个m s d u 或 m m p d u 的敷传。在使用d c f 的情况下，隙非是因为媒质的限制，一般个m s d u 或m m p d u 通常在一个c p 内传输完毕。如果在c f p 内传输，则服从p c f 的接入规则。 f r a g m e n t0f r a g m e n t1f r a g m e n t2f r a g m e n t3 圈2 - 4 m s d u 势段示意鞠 2 4 分布协调功能( d c f ) 阻m 1 d c f 使用c s m a c a 机制和随机退避机制，从而允许棚互兼容的p h y 自动共享媒质。所有 定彝簧羧族郡嚣要应答，翔暴发送者莰毒接牧嚣应答鞍羹豢耨抟臻该犊。c s m a c a 势议羯子疆 少s t a 进入媒质时发生碰攮的可能性。程媒质忙之后的空阑阶段，是最有可能发生冲突的，园戈 有可能有多个s t a 在等着使用媒质，这时就需要一个随机退避过程来解决竞争冲突。 8 0 2 1 1 删时使用物理和虑机制来实施载波侦听，其中廉载波侦听机制是通过发布媒质预约声 明信惠完成的。在实鼯数据转羧嚣避孬r t s c t s 峻交换，r t s c t s 竣中彀客一个d u r a t i o n i d 域， 该域含有传输数据帧和辐成旋答帧所需占用媒质静时间。掰有在源s t a ( 发射r t s 峻静s 儆) 或 目的s t a ( 发射c t s 帧的s t a ) 发射范围内的s t a 都能了解到媒质的占用时间，这样s t a 即使 不能从源s t a 接收数据帧，也能知道媒质的使用情况。 r t s c is 控蒯帧能够避免传输的冲突，如果发射r t s 静源s t a 没裔隧够接收到c t s 帧，该 s t a 藏会重笈发射r t s 。成功发送一个犊虢蓐，需要在搽鹱空阉穗送行戆凝遥避，蓬避进程结 束后才能发射另外一个帧。 2 4 1d c f 中的主要技术研究 2 。4 。 载波犊新按零 物理载波侦听技术由p h y 提供，具体由p h y 层定义。物理载波侦听通过接收信号的能量强 弱来确定，因传输介质不同，c s m a c a 与c s m a c d 的侦听方式也不同。c s m a c d 通过电缆中 电压的变化采侦昕，当数据发生碰撞对，媳缆中的电压就会随着发生变化：而c s m a c a 采用能 鳖谈羲( e d ) 、载波筷辑c s ) 葺鬈能量载波混合篌骣三耪谈孵方式。每警媒屡壹室阗转必经或由 忙转为空闲时，物理层都产嫩一种基单元p h yc c a i n d i c a t o n ( s t a t e ) ，它有2 个参数值： 媒质忙b u s y 和媒质闲i d l e 。当物理层侦昕到媒质忙，麒值为b u s y ，反之，为i d l e 。 虚载波侦听由m a c 提供，使用n a v 。n a v 根据实际数据交换之前的r t s c t s 帧巾的保留 辩羯售息，该绦蜜霹蠢癌患记录了对未来媒凄土透基量静镞铡。保窘翼雩潮售惠瞧可班在掰有c p 中菲p s - p o u 控翻帧的m a c 头中得列。 载波侦听技术将n a v 状态、s t a 的传输状态以及物理载波侦听结合起来，来判断媒质的繁 忙，空闲状态。n a v 可以看作一个计时器，萁值以固定速率递减，若减小到0 ，虚拟载波侦听就指 东南大学硕士研究生论文 示媒质空闲：如果非0 ，则表示繁忙。 2 4 1 2m a c 级的应答。 s t a 收到帧后需要进行应答，如果接收帧的f c s 正确，通常用a c k 帧进行应答。 源s t a 没有收到期望的a c k 帧就认为出现传输错误。但是实际情况可能是目的s t a 有可能 正确接收到了该帧，错误出现在对a c k 帧的接收上。出现错误后，源s t a 不能知道错误到底是 出现在哪个环节。 2 4 1 3 帧间隔( i f s ) 帧间的时间间隔称作i f s 。共有四种i f s ，以定义对无线媒质接入的优先级。 s i f s ：s h o r ti n t e r f r a m es p a c e p i f s ：p c fi n t e f f m m es p a c e d i f s ：d c fi n t e r f r a m es p a c e e w s ：e x t e n d e di n t e r f r a m es p a c e 各种i f s 都应该与s t a 所使用的数据速率无关，并且应该由p h y 媒质的参数确定，而且对 给定的p h y ，其值是固定不变的( 虽然有可能使用多载波p h y ) 。 s i f s ：在a c k 帧、c t s 帧、m s d u 的第二个或后续m p d u 分段帧，以及s t a 对p c f 中被 巡检而作出的响应中使用，p c 在c f p 中传输任意类型帧也可使用s i f s 。s i f s 间隔从空中接口看 是从上一个帧的最后一个符号到下一帧的第一个符号之间的时间间隔。8 0 2 1 1 不允许s i f s 帧间隔 从标准的s i f s 值上下波动p h y 所使用的a s l o t t i m e 值的1 0 。s i f s 在s t a 已经获取媒质并且 需要保持它以完成帧交换序列时使用，在帧交换序列中使用这种最短传输间隔，阻止了需要等待 更长媒质空闲时间的其它s t a 对媒质的占用，使得正在进行的帧交换序列优先完成。 p i f s ：工作在p c f 下的s t a ，在c f p 的开始，为竞争媒质而使用的间隔时间，除此之外， p i f s 不用于其它任何场合。使用p c f 的s t a ，如果其载波侦听机制在t x p l f s 时间片的边界处认 为媒质空闲，则可以进行无竞争传输。 d i f s ：工作在d c f 下的s t a ，为发送m p d u 和m m p d u 而使用的时间间隔。使用d c f 的 s t a ，接收到一个帧之后的随机退避时间也结束后，如果其载波侦听机制在t x d i f s 时间片的边 界处认为媒质空闲，则可以进行有竞争传输。当p h y - e n d i n d i c a t i o n 原语显示有一个错误或者 f c s 显示有一个校验错误时，工作在d c f 下的s t a 即使认为媒质空闲，在此之后的一个e i f s 内 都不会进行数据发射。 e i f s ：工作在d c f 下的s t a ，当p h y 向m a c 报告正在接收一个帧，但是接收到的m a c 帧的f c s 校验显示传输出现错误时，使用e i f s 。当侦听到错误帧并且p h y 显示媒质空闲后，不 管虚载波侦听的状态，e i f s 开始。在e i f s 阶段，接收到一个无错帧后，s t a 又开始到正常的 i d l e b u s y 状态机此时e i f s 结束并且开始正常的媒质接入状态机( 使用d i f s ，如果有必要，进 行退避) 。 l m m n d i a t n 曩c 皤w h e nm e d i u mi oh o 昌d i f 8 1 1 7 c o n t e n t i o nw i n d o w。 怛 b 唧删u m 删f 坤群如n d a w，l n n x t f m m m ls 自口t 口n _ d o f o r a c c u s 8 e l o c t8 1 0 ta n dd o o r e m m db n d c o f f 孤l o n g j 一 图2 - 5 各种i f s 之间的关系 一l2 第= 章1 e e e s 0 2 1 l 无线局城嘲协议解析 2 4 1 4 随丰n 退避时阍 希望佟输m p d u 和，域m m p d u 的s t a 使用载波侦听机镥4 看媒质是否窑闲，如果媒质忙，则 歼始一个爨辩遘穰。鲡象嫌壤在浸瑟一个板传输痨；臻之爨的掰裕内豫掩窒闱，或者，蚤瓣凄在 最质一个帧传输不成功之赫的e i f s 内保持窒阚，这个延时过程结束，s t a 在这个延时过稷结束 螽魏行一令陡视i 毽避过纛( 辩暴魏时退避计蹿游淹零翊举潞要撬行这个避避进程) 。该避程最夺纯 了多个s t a 由于同样原因延迟之后进行媒质竞争时出现冲突的可能性。 退避时翔按照下式计爨； b a e k o f r 鞭m e = r a n d o m ( ) + a s l o t t i m e 箕孛，r a n d o m ( ) 是1 0 ，c w - 1 之内驻飙垮匀努毒瓣夔瓤烂鼗，c w 是穷入嚣个p h y 参鼗 a c w m i n 和a c w m a x 之间的一个整数，a s l o t t i m e 是相应p h y 对应的参数俄。 竞争密翻( c w ，c o n t e n t i o nw i n d o w ) 的初始值为a c w m i n 。每一个s t a 都有一个燃重试计数 嚣(