[硕士论文精品]无线局域网mac层qos研究及其嵌入式应用

塑兰查兰堡主兰些堡奎Y蔓81518无线局域网MAC层QOS研究及其嵌入式应用【摘要】近年来，无线技术在通信领域蓬勃发展。随着人们对宽带无线通信需求的不断增加无线局域网技术已迅速地发展成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，其应用领域也在飞速地扩大，无线局域网应用备受关注。IEEE80211无线局域网标准地制定成功和不断改进，使无线技术摆脱了过去互不兼容的状态。从而能为无法安装有线系统的领域提供可靠的、移动的网络互连方案。尤其是8021LG协议草案的拟定，为无线局域网的进一步发展提供了广阔的空间。IEEE80211工作组正在制订IEEE80211MAC增强机制协议，也称为IEEE8021LE协议。它引入了增强的DCFEDCF和混合协调功能HCF两种机制。具有IEEE8021LE功能的移动终端MT被称为增强型移动终端，为其他L仃提供集中控制的增强型仃被称为混合协调器HCHC通常由AP来担任。80211E兼容超帧CP和CFP循环周期。EDCF只在CP阶段使用，HCF在CP和CFP期间都可以使用，因而是一种混合协调功能。结合作者研究生阶段“现场总线设备中的无线通信模块关键技术研究”863课题，本文主要研究IEEE80211物理层、MAC层及IEEE80211QO机制特性等部分相关技术包括无线局域网背景、IEEE80211物理层、ILAC层协议分析，IEEE80211QOS机制特性以及课题方案的制定及其实现等等。【关键字】无线局域网、MAC、QOS服务质量、EDCF、HCF、嵌入式、访问节点、直接序列扩频、介质访问控制层、物理层、物理层收敛程序子层、物理介质相关子层、点协调功能I冀氅煮、零帮同意匆全文公布”浙江大学硕士学位论文QOSRESEARCHOF80211MACANDEMBEDEDSYSTEMAPPLICATIONABSTRACTRECENTLY删TECHNOLOGYHASDEVELOPEDQUICKLYINCOMMUNICATIONFIELD，WLANHASBEENDEVELOPEDINTOONEOFTHEMOSTIMPORTANTPARTSOFTHECOMPUTERNETWORKWITHTHEINCREASINGDEMANDSFORBROADBANDWIRELESSCOMMUNICATIONITISTHESUCCESSFULESTABLISHMENTANDCONSECUTIVEDEVELOPMENTOFIEEE80211PROTOCOLTHATCAUSESWLANBECOMETHERELIABLEANDFLEXIBLENETWORKCONNECTIONSCHEMEINTHEPLACESWHICHCANNOTBEACCESSEDBYWIREDNETWORKTHEESTABLISHMENTOF8021LGDRAFTPROTOCOLPROVIDESALARGESPACEFORFARTHERDEVELOPMENTOFWLANINORDERTOPROVIDETHEQOSSUPPORT，THEGROUPOFIEEE8021LISESTABLISHINGTHEENHANCEDMECHANISMOFIEEE80211，WHICHISALSOCALLEDIEEE80211ITHASINTRODUCEDTWOMECHANISMS，WHICHAREENHANCEDDCFANDHCFTHEMOBILETERMINALMTHAVINGTHEFUNCTIONOFIEEE80211WILLBECALLEDENHANCEDMTTHEENHANCEDMTWHICHPROVIDESTHECONCENTRATEDCONTROLFOROTHERMRSWILLBECALLEDHC。WHICHIDISUSUALLYSUBSTITUTEDBYACCESSPOINTAPTHEIEEE80211HASCOMBINEDTHESUPERFRAMECPANDTHECIRCULATEPERIODOFCFPEDCFCANONLYBEUSEDINTHEPERIODOFCPHCFCANBEUSEDDURINGTHEPERIODOFCPANDCFP，WHICHISTHEREASONWHYITISCALLEDHCFCOMBINEDWITHTHENATIONALHIGHTECHNOLOGYPROJECTNAMED“KEYTECHNIQUESOFTHEWIRELESSMODULEINFIELDBUSFACILITIES”，THISPAPERFOCUSESONTHEMAINTECHNOLOGIESOFIEEES021LPHYSICALANDMACLAYERS。WHICHINCLUDESTHEBACKGROUNDOFWLANTHESPREADOFTHEPROTOCOLOFMACLAYERINWLANANDOOSMECHANISMOFIEEE80211，ETCKEYWORDSWLANWIRELESSLOCALAREANETWORK、MEDIUMACESSCONTROL、QUALITYOFSERVICE、ENHANCEDDISTRIBUTEDCOORDINATIONFUNCTIONS、HYBRIDCOORDINATI。NFUNCTIONS、EMBEDED、ACCESSPOINTAP、DIRECTSEQUENCESPREADSPECTRUMDSSS、MEDIUACCESSCONTROLLAYER、PHYSICALLAYER、PHYSICALLAYERCONVERGENCEPROCEDURESUBLAYERPLCP、PHYSICALMEDIUMDEPENDENTSUBLAYERPMI、POINTCOOEDINATIONFUNCTIONSPCFII浙江大学硕士学位论文绪论无线局域网WIRELESSLOCALAREANETWORKSWLAN是相当便利的数据传输系统，它利用射频RADIOFREQUENCY；RF技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线COAXIAL所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。1990年7月，IEEE委员会接收了NCR公司“CSMACD无线媒体标准扩充”的提案，成立了IEEE80211工作组。1993年11月形成了基础协议。1997年完成了该协议，并于1998年被IEEE标准作为草案，1999年公布了第一个正式版本。标准对介质访问控制MAC和物理层PHY作了规定。有两种基于无线电的PHY使用24GHZ频带，第三个使用红外线。三种PHY都支持1MBPS的数据速率，以及可选的2MBPS速率。IEEE80211的业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2MBPS。由于它在速率和传输距离上不能很好的满足人们的需要，因此，IEEE工作组在1999年9月又批准了8021LB和8021LA两个标准，两者现已得到广泛的应用。为了提高网络的安垒性和服务质量，IEEE工作组在2003上半年又推出了802ILE标准的草案，实现了QOS机制这对于无线局域网的发展又起到进一步推进作用。IEEE8021LB协议是对8021L协议的修改和补充，在物理层其原来的IMBPS、2MBPS传输速率在外，增加了55MBPS、LLMBPS的高速直接序列扩频DSSSDIRECTSEQUENCESPREADSPECTRUM方案。考虑到课题中是采用IEEE8021LB协议，所以在文中几处特别阐述IEEE8021LB特点。IEEE8021LA协议工作在5GHZ频段。物理层数据速率从6埔OPS直到54MBPS，传输层可达到25MBPS。采用正交频分多路复用OFDM独特的扩频技术；可提供251FOPS的无线ATM接口和LOMBPS的以太网无线帧结构接口，以及TDDTD姒的空中接口；支持语音、数据、图象等业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。在IEEE80211系列标准中，较高数据速率的MAC层与IMBPS和2MBPS速率的MAC层是相同的。IEEE8021LE协议是主要针对无线局域网的QOS而提出的，目前还正处于研究完善阶段，如何提高无线局域网网络的QOS，对于无线局域网的发展具有重要的意义。本文主要内容如下第一章简单介绍无线局域网标准IEEE80211的历史背景以及其网络结构。第二章扼要介绍IEEE80211物理层规范。3浙江大学硕士学位论文第三章分析IEEE8021LMAC层规范，并对几种访问机制进行了仿真及分析。第四章提出了具有QOS机制的IEEE8021L姒C层性能分析，并通过修改MAC层的参数CW和QIFS来实现网络性能优化，并采用相应的算法来实现仿真。第五章首先提出了项目方案，然后对项目中本人负责的嵌入式平台搭建工作以及嵌入式系统开发流程做详细的介绍。第六章对研究工作作出总结，分析不足之处以及可自B的改进方法。同时，对无线局域网技术今后的发展作出了展望。4浙江大学硕士学位论文第一章无线局域网概论无线局域网WIRELESSLOCALAREANETWORKSWLAN是相当便利的数据传输系统，它利用射频RADIOFREQUENCYRF技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线COAXIAL所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户通过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。作为一种数据传输系统，它减少了电缆连接的需要量，增加了网络的适应性，使新的应用成为可能。无线局域网用户也可在参加会议或在校园中移动到另外一个地方时来访问网络和共享资源。但是，无线局域网的好处不仅仅是使用户可以移动，而是这个网络本身也是可以移动的。无线局域网已经在很多方面显示出其高效性，如今已具有广泛的商业价值。无线局域网是一个适应性极强的数据传输系统，它是有线网在建筑物和校园之间的延长和变通，无线网络通过使用无线通信技术在空中传送和接收数据。最小限度地使用有线连接，于是，它通过简单地配置使网络移动，并同移动用户进行数据通信。”。无线局域网绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的。无线局域网将有线网络的输出、移动访问和配置的灵活性很好地结合起来，提供了一种灵活、方便的联网方案。近几年来，无线局域网得到了很大的发展，为银行、油田、港口、证券公司、企业、学校、税务、公检法、交通、环保等行业用户提供了廉价高效的无线通信链路。面临2L世纪的高校网络应该建立校园网络，在宿舍、教室、图书馆等整个园区提供网络服务。无线局域网因其灵活、方便、快捷的组网方式，特别适台校园网络。使用无线局域网可以实现建筑群网络连接、宽带互连网络接入及移动获取网络服务等功能。11无线局域网的概述无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。这些人包括大学教授、仓库管理员、护士、商店负责人、办公室经理和卡车司机。他们使用无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断地更新。无线局域网的应用范围非常广范，如果将其应用划分为室内和室外的话，室内应用包括大型办公室、车间、智能仓库、I胤时办公室、会议室、证券市场室外应用包括城市建筑群浙江大学硕士学位论文间通信、学校校园网络、工矿企业厂区自动化控制与管理网络、银行金融证券城区网、矿山、水利、油田、港口、码头、江河湖坝区、野外勘测实验、军事流动网、公安流动网等。12无线局域网的演进1990年，IEEE执行委员会创建了802II工作组，其目标是创建无线局域网WLAN标准，并用于解决不同WLAN设备之间的兼容性问题。参照ISO七层模型，IEEE802II系列规范主要从WLAN的物理层PHY和媒体访问控制层MAC两个层面制订系列规范。物理层PHY标准规定了无线传输信号等基础规范，如8021LA、8021LB、8021LD、8021LG、8021LH，而媒体访问控制层MAC标准是在物理层上的一些应用要求规范，如8021LE、80211F、8021LI。昂初标准规定WLAN的业务频率为246HZ波段。7年后1997，工作组批准了世界上第一个WL州标准IEEE802I1，速率为1BPS和2MBPS。1999年，工作组叉批准了80211的两个分支18021IASGHZ波段速率为54HBPS，访问距离仅限于12一】5米；28021IB24GHZISM波段，速率为LLMBPS，访问距离为300米。历经十几年的发展，802II家族已经从最初的80211、8021LA、8021IB发展到了目前的8021LI等八兄弟。其中有3个标准如8021LA、802ILB、8021ID已经完成，具体内容如下802ILA制订5GHZ波段上的物理层规范。标准已经完成。8021IB制定24GHZ波段上更高速率的物理层规范。标准已经完成。8021LD当前802II标准中规定的操作仅在几个国家中是合法的，而制订该标准的目的是为了扩充802I1无线局域网在其他国家的应用。标准已经完成。另外5项新标准如8021LE、802IIF、8021LG、8021LH、8021II等正在制订中。具体研究内容及目的如下8021LE该标准主要是为了改进和管理WLAN的服务质量，保证能在8021I无线网络上进行话音、音频、视频的传输、可视会议、媒体流的传送、增强的安全应用及移动访问应用等。标准正在进行。8021LF该标准是为了可以在多个厂商的无线局域网内实现访问互操作，保证网络内访问点之间信息的互换。标准正在进行。8021LG该标准是8021LB的扩充。目的是制定更高速率的物理层规范物理层最大数据率至少是20MBITS，通过提高数据率，来增强80211B兼容网络的性能和应用。标准6浙江大学硕士学位论文正在进行。8021LH该标准主要是为了增强5GLLZ波段的8021LMAC规范及8021LA高速物理层规范；增强信道能源测度和报告机制，以便改进频谱和传送功率管理。标准正在进行。80211I增强WLAN的安全和鉴别机制。标准正在进行。13IEEE80211标准的介绍晟初的8021IPAR规定“所提议的无线LAN标准的作用范围是为局域内固定的、便携式的可移动站点的无线连接开发的规范”。PAR进一步说“该标准的目的是为自动机械、设备以及需要迅速配置的站点提供无线连接它们可以是移动的、手提式的或局域内可以安装在移动车辆上。”最终的标准，即正式称为IEEEWLAN介质访问控制MAC和物理层PTTY规范，定义了局域网内必须支持的网络广播协议。像其他基于802的IEEE标准一样如8023和802580211标准主要服务是发送两个同级LLC闻的MSDUMAC服务数据单元。典型的是，无线网卡和接入点ACCESSPOINT提供802II标准的功能。80211标准提供MAC和PHY功能，在局域网内为固定的、便携式和以步行或行车速度移动的移动站提供无线连接。在MAC层以下，80211规定了三种发送及接收技术扩频SPREADSPECTRUM技术；红外INFARED技术；直接序列DSSS技术。而扩频又分为壹接序列DIRECTSEQUENCEDS扩频技术简称直扩，和跳频FREQUENCYHOPPINGFH扩频技术。直序扩频技术，通常又会结合码分多址CDMA技术。8021L包括下列一些具体的特征提供异步和限时发送服务。通过分布式系统，如以太网，在扩展域内连续服务。调节适应1MBITS一56MBITS的传输速率。支持大部分市场应用。多点传送包括广播发送服务。网络管理服务。注册和认证服务。80211标准考虑到了无线LAN和有线LAN间存在的主要区别如下带宽ISM扩频频段不能提供大量的带宽，对一些应用来说，数据速率比理想的7浙江大学硕士学位论文低。然而，80211工作组改进了数据压缩方式，充分利用了可用带宽。目前他们正努力提高80211的数据速率以适应日益增长的交换越来越庞大文件的需要。安全性无线LAN在比有线介质如双绞线、同轴电缆和光纤电缆大得多的区域内传输信号。因此，在保密方面，无线L心有更大的区域要保护。为了配置安全性，80211工作组使自身的工作与80210标准委员会相协调。负责为所有802系列LAN开发安全机制。寻址无线网络的拓扑结构是动态的因此，目的地址不能一直与目的位置相一致。当路径信息包穿过网络到要发送的目的地时就会出现问题。因此，需要利用基于TCPIP协议如移动IP调整移动站点。电源管理大部分札AN网络接口卡网卡适用于PCMCIAII型格式，这些设备必须依赖电池为内部电子设备供电。添加1LAN网卡到便携式计算机上会很快用光电量。802117作组开发了新技术，能让无线网卡在不传输时定期转换为低功耗的备用模式，从而降低电池的消耗。在某个具体的或用户可定义的时间段内，当没有传输活动发生时，MAC层让无线网卡睡眠即降低功耗实现电源管理。并通过并入缓存器消除排队，解决了站点在睡眠过程中可能错过关键数据传输的问题。为了保证与目前标准的互操作性，8021L工作组发展了与目前其他802标准兼容的标准，如下所示IEEE802功能要求。IEEE8022MAC服务定义。IEEE802卜A概述和结构。IEEE8021BLANMN管理。IEEE802卜D透明桥接器。IEEE802卜F开发层管理标准的指导方针。IEEE80210安全数据交换14IEEE80211拓扑结构IEEE80211拓扑结构由很多组件组成，它们相互作用提供一个WLAN，能使站点和移动性对高层协议层透明，如LLC是含有80211协议功能的任一设备即MAC层、PHY层和无线介质的接口“3。80211标准的功能体现在无线网卡一驱动网卡和接入点的软件接口。80211标准支持下列两种拓扑结构8浙江大学硕士学位论文独立基本服务集IBSS网络。扩展服务集ESS网络。这些网络使用一个基本构件块，IEEES0211标准称之为基本服务集BSS，它提供一个覆盖区域，使BSS中的站点保持充分的连接。一个站点可以在BSS内自由移动，但如果它离开了BSS区域内就不能够直接与其他站点建立连接了。无线局域网组网分两种拓扑结构对等网络和结构化网络。对等网络也成ADHOC网络，它覆盖的服务区称独立基本服务区。对等网络用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立使用。图1_1对等网络对等网络中的一个节点必需能同时“看”到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近。结构化网络由无线访问点AP、无线工作站STA以及分布式系统DSS构成，覆盖的区域分基本服务区BSS和扩展服务区ESS。无线访问点也称无线HUB，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盏半径达上百米。基本服务区由一个无线访问点以及与其关联ASSOCIATE的无线工作站构成，在任何时候，任何无线工作站都与该无线访问点关联。换句话说，一个无线访问点所覆盖的微蜂窝区域就是基本服务区。无线工作站与无线访问点关联采用AP的基本服务区标识符BSSID，在80211中，BSSID是AP的MAC地址。IBSS是一个独立的BSS，它没有中枢链路基础结构，至少包括两个无线站点如图12所示。因为它不需要太多规划就能被快速建立，所以这类网络常常被称为特别网络ADHOCNETWORK特别无线网络就能基本满足控制一个较小区域如一个房间、一个销售楼层或者医院侧楼的用户需要。9浙江大学硕士学位论文图12IBSS逻辑结构扩展服务区是指由多个AP以及连接它们的分布式系统组成的结构化网络，所有AP必需共享同一个扩展服务区标示符ESSID，也可以说扩展服务区ESS中包含多个BSS。分布式系统在80211标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。扩展服务区是一个LAYER2网络结构，对于高层协议比如IP来说，它是一个子网。圈13ESS逻辑结构80211标准认可一些可移动类型不迁移型NOTRANSITION这种移动类型指那些非移动的站点和在局部BSS内移动的站点。BSS迁移型BSSTRANSITION这种移动类型指站点从ESS中的一个BSS移动到相同ESS中的另一个BSS。0ESS迁移型ESSTRANSITION这种移动类型指从一个ESS移动到另一个ESS。很显然，802II标准支持不迁移型和BSS迁移型两种移动类型。然而，对进行ESS迁移时，该标准不能继续保证连接。802II标准定义分布式系统为通过AP在ESS内使BSS相互连接的组件。分布式系统通过提供逻辑服务支持802II移动性类型，逻辑服务在处理地址到目的地的变换和多重BSS的无缝集成是必要的。”。AP是一个可设定地址的站点，它提供接口到分布式系统，以便将浙江大学硕士学位论文位于各种BSS内的站点连接起来。单独的BSS和ESS网络对LLC层是透明的。在ESS内，80211标准调整BSS的下列物理配置部分重叠BSSBSSSTHATAREPARTIALLYOVERLAP这类配置在一个己定义区域内提供邻接覆盖，如果应用中难以容忍网络服务中断的话，它是最好的选择。自然分离BSSBSSSTHATAREPHYSICALLYDISJOINTED对这种情况，配置不提供邻接覆盖。8021L没有指定BSS间距离的限制。自然配置BSSBSSSTHATAREPHYSICALLYCONNECTED这对于提供一个冗余的或者高操作性的网络是必要的。80211标准没有强制分布式系统的构成；因此它可能是符合802的网络，或是符合非标准的网络。如果数据帧需要在一个非IEEES0211网络内来回传输，那么这些数据帧同样和80211标准定义的相同。它们可以通过一个称为入口PORTAL的逻辑点进入，该入口在现存的有线网络和80211网络之间提供逻辑集成。当分布式系统被802型组件如8023以太网或者8025令牌环集成时，该入口和AP则合二为一。15IEEE80211逻辑结构拓扑结构决定了网络的物理部件，而逻辑结构着重定义网络操作。IEEE80211标准的逻辑结构如图14所示，每个站点所应用的80211标准的逻辑结构包括一个单一MAC层和多个PHY中的一个。LICMAC跳频直接序列红辨光PHYPHYTHY图148021LMAC层支持三个分离的PHR“IAC层在LLC层的支持下为共享介质PHV提供访问控制功能如寻址方式、访问协调、帧校验序列生成的检查，以及LLCPDU定界等。MAC层在LLC层的支持下执行寻址方式和帧识别功能。80211标准MAC层采用CSMACA载波监听多路访问冲突避免协议控制每一个站点的接入。浙江大学硕士学位论文151IEEE8021LMAC层80211无线局域网的所有工作站和访问节点都提供介质访问控制MAC层服务，HLAC服务是指同层LLC逻辑链路控制层在MAC服务访问节点SAP之间交换MAC服务数据单元MSDU的能力，包括利用共享无线电波或红外线介质进行MAC服务数据单元的发送。MAC层具有三个主要功能无线介质访问网络连接提供数据验证和保密A无线介质访问在IEEE80211标准中定义了两种无线介质访问控制的方法，它们是分布式访问方式DCF分布式访问方式类似于IEEES023有线局域网的介质访问控制协议，它采用具有冲突避免的载波侦听多路访问。分布式访问控制方式是物理层兼容的工作站和访问节点AP之间自动共享无线介质的主要的访问协议。80211网络采用CSMACA协议进行无线介质的共享访问，该协议与8023以太网标准的MAC协议CSLACD类似。载波侦听可以让MAC层监测介质是处于繁忙还是空闲状态。物理层PHY提供信道的物理检测，把物理信道评估结果发送到MAC层，作为确定信道状态信息的一个因素”“。MAC控制机制利用帧间持续时间字段的保留信息实现虚拟监测协议，这一保留信息发布向所有其他工作站本工作站将要使用介质的消息。MAC层监听所有MAC帧的持续时间字段，如果监听到的值大于当前的网络分配矢量NAV值，就用这一信息更新该工作站的NAV。NAV工作起来就像一个计数器，开始值是最后一次发送的帧的持续时间字段值，然后倒计时到0。当NAV的值为0，且PHY控制机制表明有空闲信道时，这个工作站就可以发送帧了。点协调功能PCF点协调功能是一个无竞争访问协议，它是一种基于优先级别的访问，适用于节点安装有点控制器的网络。PCF方式提供可选优先级的无竞争的帧传送。在这种工作方式下，由点协调控制器控制来自工作站的帧的传送，所有工作站均服从点协调控制器的控制在12浙江大学硕士学位论文每一个无竞争期的开始时间设置它们的NAV网络分配矢量值。当然，对于无竞争的轮询CFPOLL帧，工作站可以有选择地进行回应。在无竞争期开始，点协调控制器首先获得介质的控制权，并遵循PIFS对介质进行访问因此，点协调控制器可以在无竞争期保持控制权，等待比工作在分布式控制方式下更短的发送间隔。B网络连接当工作站接通电源之后，首先通过被动或主动扫描方式检测有无现成的工作站和访问节点可供加入。加入一个BSS基本服务组或ESS扩展服务组之后，工作站从访问节点接收SSID、时间同步函数TSFTIMERSYNCHRONIZATIONFUNCTION、计时器的值和物理PHY安装参数。在被动扫描模式下，工作站对每一个信道都进行一段时间的监听，具体时间的长短由CHANNELTIME参数确定。该工作站只寻找具有本站希望加入的SSID的信标帧，搜索到这个信标后，继而便分别通过认证和连接过程建立起连接。在主动扫描方式下，工作站发送包含有该站希望加入的SSID信息的探询PROBE帧，然后开始等待探询响应帧PROBEREPONSEFRAME，探询响应帧将标识所需网络的存在。C认证和加密IEEE8021L标准提供两种认证服务，以此来增强网络的安全性1开放系统认证OPENSYSTEMAUTHENTICATION这是系统缺省的认证服务。不需要对发送工作站进行身份认证时，一般采用开放系统认证。如果接收工作站通过MIB中的AUTHENTICATIONTYPE参数指明其采用开放系统认证模式，那么采用开放系统认证模式的发送工作站可认证任何其他工作站和”。2共享密钥认证SHAREDKEYAUTHENTICATION与开放系统认证相比，共享密匙认证方式提供更高的安全检查级别。采用共享密匙认证的工作站必须执行WEP。3加密80211规范定义了可选的WEP，以使无线网络具有和有线网络相同的安全性。如果要避免网络受到安全威胁攻击，就必须同时实施WEP和认证服务。浙江大学硕士学位论文152IEEE802II物理层无线局域网物理层由三部分组成物理层管理PHYSICALLAYERMANAGEMENT；为物理层提供管理功能，它与MAC层管理相连。物理层汇聚予层PLCPMAC层和PLCP通过物理层服务访问点SAP利用原语进行通信。MAC层发出指示后，PLCP就开始准备需要传输的介质协议数据单元MPDUS。PLCP也从无线介质向MAC层传递引入帧。PLCP为肝DU附加字段，字段中包含物理层发送和接收所需的信息，80211标准称这个合成帧为PLCP协议数据单元PPDU。PLCP将MAC协议数据单元映射成适合被PMD传送的格式，从而降低MC层对PMD层的依赖程度。PPDU的帧结构提供了工作站之间肝叫的异步传输，因此，接收工作站的物理层必须同步每个单独的即将到来的帧。物理介质依赖PMD子层在PLCP下方，PMD支持两个工作站之间通过无线介质实现物理层实体的发送和接收。为了实现以上功能，PMD需直接面向无线介质大气空间，并对数据进行调制和解调。PLCP和PMD之间通过原语通信，控制发送和接收功能。在80211标准中规定了无线局域网物理层实现的功能载波侦听判断介质的状态是否空闲。无线局域网的物理层通过PMD子层检查介质状态来完成载波侦听功能。发送发送网络要传输的数据帧。PLCP在接收到MAC层的发送请求PHYTXSTARTREQUEST原语后将帅转换到传输模式。同时，MAC层将与该请求一道发送字节数O一4095和数据率指示。然后，舳通过天线在20微秒内发射帧的前同步码。接收接收网络传送过来的数据帧。如果载波侦听检测到介质繁忙，同时有合法的即将到来帧的前同步码，则PLCP就开始监视该帧的适配头。当PMD监听到的信号能量超过85DBM，它就认为介质忙。如果PLCP测定适配头无误，目的接收地址是本地地址，它将向MAC层通知帧的到来发送PHYRXSTARTINDICATION原语。同时还发送帧适配头的一些信息如字节数、RSSI和数据率。PLCP根据PS叫PLCP服务数据单元适配头字段长度的值，来设置字节计数器。计数器跟踪接收到的帧的数目，使PLCP知道帧什么时间结束。PLCP在接14浙江大学硕士学位论文收数据的过程中，通过PHYDATINDICATION信息向MAC层发送PSDU的字节。接收到最后一个字节后，它向MAC层发送一条PHYRXENDINDICATION原语，申明帧的结束。16IEEE80211服务80211标准对LLC层在网络中两个实体间要求发送IS叫MAC服务数据单元的服务做了定义。MAC层执行的这些服务分为下列两种类型1站点服务认证不认证保密MSDU发送2分布式系统服务结合分离分布集成重新结合I61站点服务80211标准定义“服务”为在各个站点闻提供的功能。站点可以位于网络任一无线组件中，而且，所有AP都执行站点服务。为了发挥必要的功能，这些站点需要发送和接收MSDU以及保持较高的安全标准。1认证因为1YLAN对于避免未经许可的访问来说，物理安全性较低，所以80211规定了认证服务以控制LAN对无线连接相同层的的访问。所有80211站点，不管它们是独立BSS网络还是ESS网络的一部分，在与另一个想要进行通信的站点建立连接之前，都必须；FF用认证服务。执行认证的站点发送一个管理认证帧到一个相应的站点。2不认证当一个站点不愿意与另一个站点建立连接时，它就调用不认证服务。不认证是发出通知，而且不准对方拒绝A站点通过发送一个认证管理帧或组到多个站点的帧去“建议”认15浙江大学硕士学位论文证终止来执行不认证服务。3保密在一个无线网络中，所有站点和其他设各都能够“听到”数据在网络范围内通过，这严重影响了无线链路的安全性。IEEE80211提供了一个保密服务选项解决了这个问题，将80211网络的安全级提高到有线网络的程度。该项保密功能应用于所有数据帧和一些认证管理帧，它是建立在80211有线等效保密EPWIREDEQUIVALENTPRIVACY算法基础上的，可以有效地降低网上被窃听地危险。L62分布式系统服务80211所定义的分布式系统服务，是为整个分布式系统提供服务功能。AP提供分布式系统服务。1结合每个站点在通过分布式系统发送信息之前必须首先借助AP调用结合服务。该结合通过AP将一个站点映射到分布式系统。每个站点只能与单AP连接，而每个AP却可以与多个站点连接。结合也是为一个站点在BSS间提供可移动性的第一步。2分离每一个站点或AP可以调用分离服务终止一个现存的结合，它是一种标志信息。因此，任何一方都不能拒绝终止。离开网络时站点就可以分离。例如一个AP如被移动用于维护，它将与所有站点分离。3分布一个站点每次发送MAC帧经过分布式系统时都要利用分布式服务。802。11标准没有指明分布式系统如何发送数据。分布式服务仅向分布式系统提供足够的信息去判定正确的目的地BSS。4集成集成服务使得MAC帧能够通过分布式系统和一个非80211L_N间的入口发送。集成功能执行所有必须的介质和地址空间转换。集成功能的具体情况依据分布式系统的实施，而且不在80211标准之内。5重新结合重新结合服务能使一个站点改变它当前的结合状态。再结合为结合站点提供附加的功能以支持BSS灵活地转换。再结合能使一个站点从一个AP到另一个置P变换结合。当站点在ESS内从BSS移动到BSS时，能让分布式系统一直了解AP和站点间的当前变换。当多个站16浙江大学硕士学位论文点与同一个AP保持连接时，重新结合还能改变已确定结合的结合属性。移动站点总是启动重新结合服务。17总结本章对无线局域网的演变历史。IEEE80211标准、拓扑、逻辑及其服务等作了简单、系统的介绍。高速无线局域网通信给各个行业的企业和机构带来了各种新功能。这些功能可以为许多机构提供最关键的竞争优势。无线局域网VGLAN技术将推动扩大和加速低成本的可互操作产品的部署。因为在快速无线传输大容量文件与高分辨率图像、访问互联网、支持无线视频会议和快速重新配置高带宽站点方面具有灵活性，高速无线技术承诺以有线基础设施将局域网LAN推上一个新的高度。简而言之，无线网络必须与有线网络紧密集成，以建立一个无缝的整体。17折江大学硕士学位论文第二章IEEE80211物理层规范IEEE80211是中高速、室内环境50300M下的一个最合适的无线通信方案。IEEE8021LB无线局域网的带宽最高可达11LIBPS，比其早几年前两日批准的IEEE8021L标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。另外，也可根据实际情况采用55DBPS、2MBPS和1MBPS带宽，实际的工作速度在5MBPS左右，与普通的LOBASET规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施。可以基本满足使用要求。IEEE8021LB使用的是开放的24G频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。8021IB使用的是24GHZ的ISMINDUSTRIAL，SCIENTIFICANDMEDICAL频段，这个频段只能提供83MHZ可用带宽给包括1LAN在内的所有无线应用，如无绳电话等其他应用。21前言IEEE80211具体规定了媒体访问MAC层及物理层PHY的结构和协议。其业务功能要求有A由无线媒体提供含分组语音在内的1MBPS20MBPS无连结MAC业务B删中的站为局部区域内固定或可移动的站；C。应用环境为办公室、建筑群、工厂、机场等；D任意两站问可自由通信；E满足802I、B0210、8022的功能条件F分组丢失率正22MHZ五为载波中心频率。测量时使用一个1001DLZ通带滤波器，显示带宽为30KHZ。9射频载波抑制射频载波中心的功率比峰值功率至少低15DB。测量时使用一个100KHZ通带滤波器，测试无扰码发射的OL序列，调制方式为DQPSK。浙江大学硕士学位论文10接收灵敏度输入1024字节的数据包，天线端口输入电平一80DBM，误码率小于810。11邻道抑制输入长度为1024字节，调制方式为DQPSK，误帧率低于8104时，邻道抑制小于35DB。12信道空闲设置直扩方式检测到功率超出预定门限，检测到伪码序列或检测列载波信号超出预定门限等条件下提供信道忙信号。222IEEE80211物理层包括以下三个协议功能1、物理层融合功能PHYCONVERGENCEFUNCTION，这个功能是由PLCPPHYCONVERGENCEPROCEDURE子层来完成的，见图22。通过这个功能可以把与具体的物理实现有关的PMDPHYSICALMEDIUMDEPENDENT子层的功能转换为标准的物理层服务PHYSERVICE，然后提供给MAC层“1。这个功能使MAC层可以不用关心PIED子层的具体实现细节。在两个物理层之间交换的数据单元是包含PSDUPLCPSERVICEDATAUNITS的PPDUPHYPROTOCOLDATAUNITS。而在两个MAC层之间交换的数据单元是MPDUMACSUBLAYERPROTOCOLDATAUNITS，每个MPDU对应于一个在PPDU内的PSDU。2、PMD子层它的功能是定义了在两个或者更多的站点之间通过无线媒体发送和接收数据的特点和具体实现方法。3、PLME子层PLMEPHYMANAGEMENTENTITY的功能是协同MAC管理单元完成本地PHY功能的管理。PLCP帧格式在PLCP子层在发送时会在MP叫即PS叫前面插入PLCPPREAMBLE和HEADER一构成PPDUPHYPROTOCOLDATAUNITS；而在接收时，将去掉MPDU前的PLCPPREAMBLE和HEADER，然后再进行MPDU的解调。PLCP的格式定义如图22所示图22PLCP帧格式定义图22中的PLCP前导包包括以下域同步SYNC和帧开始SFD。PLCP头包含以下域IEEE80211信号SIGNAL，IEEE80211服务SERVICE，长度LENGTH，和冗余码2I浙江大学硕士学位论文纠错CRC。整个PLCP前导包和字头应该采用1MBPS或2MBPSCPBFSK调制方式来传输。SYNC由128BIT位组成，她对接收起必要的同步作用。在PLCP前导包中，SFD起着标致PHY依赖层参数的开始，一共16BIT位，其中LSB位先传送。80211SIGNAL域对于PHY的调制来说是用来PSDU传送用的。数据传输速率应该等于SIGNAL域值乘以LOOKBITS。PATE包含了调制类型以及对应的编码速率，具体设置如下RATEMBPSRLR461I019111112010118DLLL24I001361011480001540011表21RATE字段设置表LENGTH为12BIT的无符号型数，表示当前MAC要求PHY发送的PSDU的字节数。最低位LSB最先传送。PARITYP、RESERVEDR和SIGNALTAIL,PPDU中第四位保留为以后使用；第十七位为第零位到第十六位的正校验偶校验位；第十八到十三位构成SIGNALTAIL域，必须设置为全零。IEEE8021LASERVICE域有十六位，第零位最先发送。第零位到第六位设置为零，用于接收端解绕码同步。剩下的九位以后使用。置为零。PPDUTAILBITS域PPDUTAILBITS域由六个BIT零构成。这样做的原因是为了让发送端卷积编码器返回到“零状态”，从而能够提高接收端卷积解码器的纠错功能接收端卷积解码器解码当前BIT时需要使用到以后的N个BITS。PPDUPADBITSPAD域按照协议规定，DATA域的BIT数必须是此”CODEDBITSPEROFDMSYMB01的整数倍。PAD的作用就是扩展PPDU的长度添加到PPDU的末尾，使PPDU的长度成为KDATABITSPEROFDMSYMBOLS的整数倍。需要添加的PAD数目可以由下列计算式确定蝇CEILIING168LEI旧TH6，地M魅K胁月一16十8TLENGTH622浙江大学硕士学位论文其中H是一帧内的OFDM符号数；肠N是DATA域内的BIT数目；是需要添加的PAD数目。CEILINGFJ是向下取整函数。2238021LB数据传送速率规范在8021IB标准中，一种更先进的编码技术被采用了，在这个编码技术中，抛弃了原有的11位BARKER序列技术，而采用了CCKCOMPLEMENTARYCODEKEYING技术，它的核心编码中有一个64个8位编码组成的集合，在这个集合中的数据有特殊的数学特性使得他们能够在经过干扰或者由于反射造成的多方接受问题后还能够被正确地互相区分。55MBPS使用CCK串来携带4位的数字信息而LLMBPS的速率使用CCK串来携带8位的数字信息。两个速率的传送都利用QPSK作为调制的手段。不过信号的调制速率为1375MSPS。这也是8021IB获得高速的机理。表22中列举了这些数据。为了支持在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，8021LB采用了动态速率调节技术，来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补充环境的不利影响。在理想状态下，用户以LLM的全速运行，然而，当用户移出理想的1LM速率传送的位置或者距离时，或者潜在的受到了干扰的话，这把速度自动按序降低为55MBPS、2MBPS、1MBPS。同样，当用户回到理想环境的话，连接速度也会以反向增加直至LLMBPS。速率调节机制是在物理层自动实现而不会对用户和其它上层协议产生任何影响。数据传送率IL编码长度调制方式波特速率位数波特1胁NS忙CES串，J|BPSX1GSPSL2IB。S|11BS串OPSX卜NS4Z55MBPS8CCKSX卜。，SMSNS41IMBPS8CCKQPSK1375MSPS8L表22021LB数据传送速率规范23IEEE80211的增强物理层由于IEEE8021LA与IEEE8021IB不兼容且产品成本较高，因此，它没有成为市场的主流产品。现主要阐述IEEE802IIB标准考虑到课题中采用的是80211B协议。IEEE80211B增加了11MBPS利55L_FOPS两种速率由于FHSS的调制带宽收到限制，速率难以提高，因此，载IEEES021LB中DSSS被选择为唯一的物理层传输方式”“。和23浙江大学硕士学位论文IEEE802II一样，IEEE8021LB也工作于24GHZ频段，信道的分配方式及在LHFOPS和2MBPS速率的调制方式也相同，所以，它能在IMBPS和2MBPS速率上和IEEE802II的DSSS系统互操作。在IEEES021LB标准中，能够获得高传输速率的一个重要原因是它采；L了更为先进的CCK编码技术，在这个编码中，8比特的CCK串扩频码取代了IEEE802I1标准中11位的BARKER码序列，CCK编码支持55MBPS和LLMBPS两种工作速率，在55MBPS速率中，使用CCK串来携带4位数字信息；在LLMBPS速率中，使用CCK串来携带8位数享信息。这两种速率都采用0PSK调制，调制速率为I375MBPS。IEEE8021LB的另一个优势是动态速率调整技术的使用，它使得在不同的用户环境下，系统能够自动使用不同的连接来适应外界环境变化干扰和传输距离等的影响。速率调节的级别为1LFLOPS、55INOPS、2IBPS和IMBPS，它是在物理层自动实现的，不对用户和上层协议造成影响。24总结本章主要对IEEE80211协议物理层基带规范做了简单介绍，对IEEE8021I物理层包括的协议功能、PPDU帧格式和物理层特性作了简单介绍，并简要阐述了IEEE8021IB物理层特性。为下面几章作进一步分析提供原理基础。24浙江大学硕士学位论文第三章无线局域网MAC层规范及其性能分析在IEEE80211定义的MAC层功能较复杂，它主要包括的功能模块有；1LAC数据业务接口2泓C控制状态机制3MC管理业务接口4姒C管理业务机制5分布式业务接口另外，MAC层还使用MIBMANAGEMENTINFORMATIONBASE来存放ILAC层的管理信息这些功能模块之间的关系如图31所示。LLCSUT