[硕士论文精品]无线局域网技术和工程设计的研究

南京邮电火学工程硕JJ学位论文摘要摘要随着无线局域网技术的日益成熟和发展，无线局域网己经广泛应用于社会生活的各个领域。作为一种新型技术，无线局域网有其巨大的应用领域和应用优势。考虑至LJ21世纪社会经济的的发展要求，研究怎样有效利用无线局域网技术，有效地构建无线局域网来方便人们信息沟通和提高人民生活水平是非常迫切和必要的。本文概述了无线局域网的发展现状和前景，对80211物理层I口MAC的技术进行了研究，从网络管理和网络安全等方面对无线局域网的支撑系统进行了详细的分析。论文对网络的先进性、可靠性、扩展性和实用性等方面进行了研究，给出了网络的设计原则和工程实施的具体要求。结合无线局域网的设计原则和要求，论文给出了济南数码港无线局域网的实际设计和实现案例。关键词无线局域网，技术标准，频率，AP，设计方案，测试南京邮电大学T程顾上学位论文摘要ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFWIRELESSLAN，ITHASBEENAPPLIEDINMANYAREASOFOURLIFEASANEWTECHNOLOGY，WIRELESSLANHASMANYADVANTAGESANDAHUGEMARKETCONSIDERINGTHEREQUESTOFECONOMICGROWTHOFTHE21CENTURY，ITISVERYURGENTTORESEARCHHOWTOMAKEUSEOFWIRELESSLANEFFECTIVELY，ANDBUILDITINAMORECONVENIENTWAYINTHISPAPER，THEAUTHORGIYESANOVERVIEWOFTHEDEVELOPMENTOFWIRELESSLANSTATUSANDPROSPECTS，ANDMAKESASTUDYONTHEPHYSICALLAYEROF80211ANDMAC，ANDCARRIESOUTADETAILEDANALYSISTHROUGHSUPPORTINGSYSTEMOFWIRELESSLANNETWORKINTERMSOFNETWORKMANAGEMENTANDSECURITYTHEPAPERDISCUSSESTHEADVANCEDNATURE，RELIABILITY，SCALABILITYANDPRACTICALITYOFTHENETWORK，ANDGIVESSPECIFICREQUIREMENTSONTHEPRINCIPLEOFNETWORKDESIGNANDTHEIMPLEMENTOFTHEPROJECTWITHCOMBINATIONOFPRINCIPLESOFWIRELESSLANDESIGNANDREQUIREMENTS，THISPAPERCONCLUDESTHEPRACTICALDESIGNANDCASEOFWIRELESSLANOFJINANCYBERPORTKEYWORDSWIRELESSLAN，TECHNOLOGYSTANDARD，FREQYENCY，ACCESSPOINT，DESIGNPROJECT，TEST南京邮电大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得南京邮电大学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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名趣丝日期兰兰兰竺南京邮电大学学位论文使用授权声明南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留今人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。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，允许论文被查阅和借阅，可以公布包括刊登论文的全部或部分内容。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生部办理。研究生签名塑叁导师签名粹南京邮电大学下程颀十学位论文绪论11研究的背景和意义第一章绪论无线局域网WIRELESSLAN是通过无线方式将移动终端设备MOBILETERMINAL接入到局域MLAN中，实现在LAN网内部设备之间的信息交互；如果LAN网已经接X至UINTERNET，则移动终端设备MOBILETERMINAL还可以与INTERNET上通过各种形式接入的其它设备进行信息交互。WLAN所遵循的标准IEEE80211建议使用原本用于工业和科学研究用的24G和5G的无线频段，所以频段具有开放性，而其传输带宽在24G频段为LLMBPS，到5G频段更高达54MBPS。频段的开放性使得布网容易，而高速的数据接入更受使用者青睐。目I仃，无线局域网技术适用于以下的一些地方1在不能使用传统走线方式的地方、传统布线方式困难、布线破坏性很大或因历史等原因不能布线的地方2有水域或不易跨过的区域阻隔的地方3重复地临时建立设置和安排通讯的地方4无权铺设线路或线路铺设环境可能导致线路损坏的地方5时间紧急，需要迅速建立通讯，而使用有线不便、成本高或耗时长的情况6局域网的用户需要更大范围进行移动计算的地方WLAN的应用主要定位在四个方面1公共服务2企业应用3小型办公室4家用。据称中国惠普公司在使用无线局域网以后，节约了13的办公面积，提高了效率，降低了成本。而尤其值得一提的是公众服务，在美国被称为“HOTSOPT“服务，主要是指在机场，车站、咖啡厅、会议厅等公共场所利用WLAN提供无线接入INTERNETH艮务。这项服务的前提是使用手提电脑和PDA的用户越来越多，他们需要在旅途中或休闲时娱乐或及时发送和接收有用的信息，同时希望其所处位置不受网线的拘束在公共场所布线和维护接口也是一件麻烦和花费成本的事，而WLAN正好可以方便地提供这样的服务。现在美国几乎所有重要的酒店、机场和星巴克咖啡屋都提供WLAN接入服务。另一方面，传统电信运营商所提的3G与WLAN提供的服务有类似之处。但是，南京邮电大学T程硕二学位论文绪论WLAN与3G相比有两大优势1WLAN能提供11MBPS的接入数字带宽，按80211A或HIPERLAN2的标准，数字带宽更是高达54MBPS，而3G只能提供2MBPS的带宽；2WLAN已有成功的运营经验，但3G没有。现在业界的共识为3G与WALN互为补充。从空中通道的特性看，对接入过程来说，数据传输越远，穿越或绕过的障碍物越多，误码率就越高，实际的传输速率就越低。因此对于人群密集的室内环境或公共场所，WLAN就LIS3G更为适合，而在地域宽阔的、用户相对稀少的地方，比如火车上，高速公路上，由传统的移动通信演化而来的3G就能够以更低的成本提供足够的数字服务。在中国移动的概念中，WLAN是3G的重要补充。中国移动已经在全国十几个城市开通TGPRS，又积极推进WLAN的工作。因为WLAN覆盖范围有限，而现有的移动通信网可以提供广域覆盖，因此，移动运营商可以将移动通信网的漫游功HU矛HWLAN结合，提高用户无线上网的覆盖范围。这也是目前中国移动力推“GPRSWLAN”无线数据业务捆绑方案的初衷，由此用户的笔记本电脑可以在GPRS矛DWLAN网络中自由切换，在WLAN的环境下实现11MBITS的高速互联网接入，在WLAN覆盖不到的地区则可以通过GPRS上网。此种业务不仅接入方式灵活，移动运营商的收费方式也相对简单。用户可以选择将网卡号和自己的手机号码捆绑收费的方式。上网卡也便于使用，用户无需注册或者去买预付卡，只要根据提示进行简单的安装即可。12中国WLAN发展现状目前，全球无线局域网市场处在不同标准相互竞争走向统一、各种新标准蓬勃发展的战国时代。无线局域网技术的新发展表现为更高的速度、更好的互操作性以及安全性。无线局域网具有的高灵活性和可靠性，可以立竿见影地提高生产率，在各行业的广泛应用取得了引人瞩目的成果，展示了极为广阔的市场前景，它将创造崭新的生活和工作风尚。121总体市场状况2005年中I雪WLAN设备市场规模为55亿元，2006年全年市场约达到8亿元，市场规模增长快速。区域结构2南京邮电人学丁程硕F学位论文绪论北京、上海、广州、深圳四个城市是无线局域网最主要的应用城市。中国网通、中国电信公网铺设的重点在于这四座城市的酒店、宾馆、展会中心、机场等公众场合。在2001年的APEC会议的推动下，上海无线局域网的应用走在了全国的前列。目前，上海的市场规模占到了304北京紧随其后，占292广州以155位居第三深圳市场规模达到了83。另外，2002年的博鳌会议带动了无线局域网在海南的应用。当FIIJWLAN的应用集中于少数中心城市，呈现出散点分布的特点。行业结构中国市场上，WLAN主要应用在公众服务、企业内部网、校园网、及地理位置较为特殊的政府机构等领域。公众服务市场主要由电信运营商推动，对于处于WLAN应用初期的中国市场来说，公众服务市场占据最为重要的地位，目前公众服务市场占WLAN总市场的469，成为无线局域网设备市场中规模最大的领域企业网市场规模占到226，随着WLAN的深入应用，企业网市场份额会继续上升，而公众服务领域市场规模所占的份额会有所下降，校园网市场占到152政府机构市场规模占94；其它应用领域的市场份额占59。WLAN产业价值链WLAN产业链包括80211X芯片设计、WLAN设备制造、WLAN设备品牌销无线局域网技术和工程设计售、无线网络布建和无线网络运营等价值环节。其中，芯片设计厂商位于产业链的最上游，是产业链中附加价值最高的环节设备制造环节和网络布建环节附加值较低，这也是厂商将设备制造和建网实施外包的主要原因WLAN设备品牌销售和网络运营处于产业链的下游，是附加值较高的环节。在WLAN芯片设计环节上，INTERSIL、AGERE是目前80211B芯片最主要的提供商，另外INTEL、TI、PHILIPS、ATMEL、ATHEROS等芯片厂商也在密切关注中国未来的80211X芯片市场的发展。全球WLAN设备的制造集中在我国台湾，我国的WLAN设备大部分出自台湾制造商，主要制造商有智捷、正文、智邦、台湾翔益科技等WLAN设备在中国市场上的品牌厂商主要有NOKIA、CISCO、INTEL、AVAYA等国外品牌及部分国内品牌。中国内地厂商也开始纷纷看好WLAN市场，华为、中兴、大唐等设备厂商都开发了自己的网络产品，产品种类囊括从网络系统的解决方案到无线客户机适配器、内置的无线网卡等。据了解，华为提供的解决方案特别考虑了与6PRS移动网络匹配使用的问题，比较贴近中国移动的实际情况。此外，国内的笔记本电脑厂商也3南京邮电大学工程硕L学位论文绪论积极涉足WLAN市场，纷纷与国内的运营商结成WLANH艮务的战略合作关系。总之，供应厂商数目的增多、多个80211系列协议的推出以及芯片设计领域不断涌现的创新，将促成一个非常活跃的WLAN产品市场的出现，要在这个市场中寻求成功，供应商必须在企业和消费者所需的功能及公共部署所需的低成本之问保持有效的平衡。WLAN供应商不仅要保证其产品具有部署WLAN所要求的先进性能以及开展移动应用所需的有关性能，还要控制整个解决方案生产中至少一个环节，如接入点或客户端适配器等，并对双频和多协议解决方案给予特别的重视。相信随着技术的成熟、产品价格的下降以及用户对市场的依赖，供应商对市场重要性的认识将会得到提高。调查标明，WLAN可极大地帮助提高经济效益，提高生产效率48、企业效率6、改善收益与利润6，降低成本40。使用WLAN不仅可以使用户对减少对布线的需求和节约与布线相关的一些开支，还可以提供灵活性更高、移动性更强的信息获取方法。122国内WLAN市场分析在国内市场上，无线网络的客户规模持续增长，技术不断创新，应用也趋于多元化，这些将成为WLAN产业发展的动能。中国无线网络设备产业具有良好的发展前景，但只有无线网络设备的供需紧密配合，才能真正引发商机。WLAN设备的可移动性带来了使用上的方便和较高的用户接入率。随着接入点、网卡NIC等WLAN设备价格的下降，预计到2007年底，中国WLAN的用户数量将迅速增加，迎来发展新高潮。WLAN的终端设备范围将涵盖笔记本电脑、台式机、PDA、打印机等办公设备，而WLAN无线网卡将成为笔记本电脑的必备配置，WLAN网络也将进一步在高级住宅区、酒店等场合广泛应用。、尽管未来WLAN企业应用市场的发展高于运营市场，但由于运营市场在中国处于发展早期，市场增长率依然客观，预计此市场在2007年将保持30左右的增长。至U2008年，国内WLAN运营市场的用户数将近50万，整体市场价值包括设备投资、运营收入等将达45亿元以上。随着行业用户的发展，公众运营市场的发展速度会有所下降，但依然会有50左右的快速发展。目前，在国PKJWLAN市场中，市场份额排名前三名的设备提供商依次是思科、华为3COM和美国网件。由此可以看出市场开拓最为成功的为综合网络设备提供商。分析其中原因，主要是早期用户多为运营商或者对新技术容易认可的用户，市场4南京邮电人学工程硕IJ学位论文绪论需求集中于高端产品。由于设备投资较大，该类用户对产品的性能要求较高，同时需要产品提供商有较高的品牌知名度而在中国WLAN设备市场中，思科、诺基亚等在国内市场与运营商有较好关系，作为得到市场认可著名品牌厂家，市场占有率较高，再加上这些设备厂商本身进入市场比较早，对市场的宣传投入较多，产品比较成熟，因此占据了很大的市场份额。13WLAN在中国的发展前景在金融、旅游、医疗、库管、会展等领域，无线网络有着广阔的应用前景。可以预见，随着开放式办公的流行和手持设备的普及，人们对移动性访问和存储信息的需求愈来愈多，因而WLAN将会在办公、生产和家庭等领域不断过得更广泛的应用。WLAN的市场已经成熟，巨大的市场空间配合成熟的产品，WLAN势必在未来掀起一场风暴。运营商看好WLAN并非一时兴起，而是WLAN让其看到了希望。131政策开放信息产业部在2002年7月发出了使用58GHZ频段频率的通知。这一通知为WLAN应用扫清了政策上的“最后一公里”障碍。自此，新兴ISP、现有的宽带ISP以及移动运营商都可以涉足WLAN运营。但从全球己有的运营状况来看，移动运营商、固网运营商和固网ISP应该占据WLAN的运营主体。可以说，通知为国内运营商集体涉足WLAN提供了政策上的保障和支持。132与移动通信网的结合因为WLAN覆盖范围有限，而现有的移动通信网可以提供广域覆盖，因此，移动运营商可以将移动通信网的漫游功能和WLAN结合，提高用户无线上网的覆盖范围。这也是目前中国移动力推“CPRSWLAN“无线数据业务捆绑方案的初衷，由此用户的笔记本电脑可以在GPRS乖13WLAN网络中自由切换，在WLAN的环境下实现LIMBITS的高速互联网接入，在WLAN覆盖不到的地区则可以通过GPRS上网。此种业务不仅接入方式灵活，移动运营商的收费方式也相对简单。用户可以选择将网卡号和自己的手机号码捆绑收费的方式。即便是通过GPRS上网，中国移动也提供了四种“套餐”，费用可以直接放入用户的手机费中。另外，该网卡也便于使用，用户无需注册或者去买预付卡，只要根据提示进行简单的安装即可。5南京邮屯人学工程颂IJ学位论文绪论133与固网的结合中国网通是最先启动WLAN热点地区建设的运营商。在机场、酒店、办公楼和咖啡厅等商务密集地区，采用WLAN提供公共移动服务的成本很低，可满足大量用户的移动上网需求，WLAN可快速地为用户提供数据服务。对于中国网通和中国电信而言，可将WLAN与ADSL业务互为补充，打破宽带接入的瓶颈，提高用户的开通率。这样说来，固网运营商过去铺设的光纤网络又有了用武之地，而WLAN不过是为宽带多提供了一种接入方式而己。之所以由固网运营商“挑头”推广WLAN应用，业内人士认为，这是固网运营商在为以后进入移动通信行业做准备。因为现在国家尚未对固网运营商增发移动牌照，这些运营商现在先丌展WLAN，一旦移动牌照到手，便可以快速进入移动领域。134终端厂商的支持目前，众多厂商己经开始把WLAN作为其笔记本电脑的一项重要配置，而且还提出了从产品到销售的一整套解决方案。随着PDA、笔记本电脑和其它个人设备的普及，WLAN的移动性和高速率将使其逐渐变得更实用。此时，一些WLAN产品制造商一起挖掘具有吸引力的业务。但是，迄今为止，国内还没有形成WLAN的发展热潮，还有待产业链的整体参与，大家共同寻找能带来附加价值的应用，加强在应用上的开发。135获得WIFI认证截至2006年，全球通过WIFI认证的WLAN设备生产厂商己有190多家，共有450多种WLAN产品拥有了无线以太网兼容性联盟ECA认证。2002年10月，WECA改名为WIFI联盟，并从2002年10月18日开始接受IEEE8021LA产品的测试申请，其测试工作从2002年11月2日开始正式开始。6南京邮电人学T程硕士学位论文绪论14本论文主要研究内容本论文首先介绍了无线局域网WLAN系统的基本原理_；F13WLAN的发展现状，并对无线局域网系统的设计规则做了详细的说明。在此基础上，结合实际进行的工程设计工作，即数字化小区一数码港WLAN的实际工程案例，详细论述了无线局域网系统的设计、施工等过程。本论文共分六章第一章绪论。阐述了本文研究的背景、意义、发展状况、发展前景，以及论文全文的基本结构。第二章阐述了无线局域网WLAN应用的80211系列标准协议。第三章阐述了无线局域网的网络管理和网络安全方面的关键技术。第四章概述了无线局域网系统设计应遵循的设计规则。第五章济南无线局域网系统实例。第六章结束语。总结了本论文涉及的研究工作，阐明了以后的发展方向。7南京邮电人学二程硕士学位论文80211无线局域嘲标准第二章80211无线局域网标准无线局域网产业是目前整个数据通信技术领域当中最为快速发展的产业之一。无线局域网解决方案在部分场合作为传统有线局域网络的补充或替代，以其灵活性、移动性及较低的投资成本等优势获得了家庭网络用户、中小型办公用户广泛企业用户以及电信运营商的青睐，得NT快速的应用。21网络与协议模型目前无线局域网的技术正处在个快速发展的过程当中，如何选择适当标准的无线局域网产品是用户构建其无线局域网的第一步。21180211系列标准主流的无线局域网产品最早来自于IEEE组织于1997年6月批准的80211标准。在随后为了能有更高的数据通信带宽、更多的功能促使无线局域网得到更快速的发展，IEEE组织新的工作组将80211标准进行了扩展和加强。下表给出了当前最为流行的三种不同的IEEE80211扩展标准的特性表2一L常用的REEE8021L标准协议8021LB8021LA802119标准批准时间1999年7月1999年7月2003年6月每了频道最人的11MBPS54MBPS54MBPS数据速率涮制方式CCKOFDMOFDM和CCK每了频道的数据1，2，55，11MBPS6，9，12，18，24，36，48，54MBPSCCK1，2，55，11MBPS速率OFDM9，12，18，24，36，48，54MBPS工作频段2424835GHZ515535GHZ2424835GHZ57255875GHZ可用频宽835MHZ300MHZ835MHZ不蕈叠的了频道31231、IEEE8021LB标准规格关键词11MBPS，3个互不重叠的子频道，24GHZ工作在2424835GHZ，采用CCK技术提供高达1MBPS的数据通信带宽，最8南京邮电大学工程硕士学位论文80211无线局域刚标准多可提供三个互不重叠的予频道。WIFI认证保证不同厂家产品之间的兼容。由于80211B工作的24GHZ频带在全球来看基本上都是免费可用的，并且其能完全兼容原来的80211标准，因此一经推出便得到了用户的认可。目前95的无线局域网都是基于IEEE80211B技术，是现今最为流行的无线局域网络标准。2、IEEE802“A标准规格关键词54MBPS，12个互不重叠的子频道，5GHZ工作在5GHZ，采用OFDM技术提供高达54MBPS的数据通信带宽，最多可提供12个互不重叠的子频道。虽然其是与IEEE80211A标准同时被批准，但是由于DSGS直接序列扩频传输技术L匕OFDM更加容易实现且具有更低的成本，因此从1999年年中开始便开始出现基于80211B的产品，并得到了快速地发展J而基于80211A的产品是于2001年年底才开始有销售。由于80211A标准工作在更高的频段、具有更多不重叠的子频道和更高的数据通信带宽，因些也得到了较为广泛的应用。8021LA和8021LBI作在两个完全不同的频带，采用完全不同的调制技术，因此两者是完全不兼容的。但两者可以共存于同一区域当中而互不干扰。3、IEEE8021LG标准规格关键词54MBPS，3个互不重叠的子频道，24GHZ2003年6月12号批准的IEEE802119有两个最为主要的特征高速率和兼容80211B。高速率是由于其采用于OFDM正交频分复用调制技术可得到高达54MBPS的数据通信带宽。兼容80211B是由于其仍然工作在24GHZ并且保留了IEEE80211B所采用的CCK补码键控技术，并采用了一个“保护”机,匍RTSCTS机制，因此可与80211B的产品保持兼容。也就是说，基于802119的无线接入点APACESSPOINT可与基于80211B的无线网卡相关联，而基于802119的无线网卡也可与基于80211B的无线接入点AP相关联。IEEE8021LG标准是下一个主流的无线局域网标准。它提供了高速的数据通信带宽，并以较为经济的成本提供了对原有主流无线局域网标准的兼容。总结来看，现在市场上可供选择的基于无线局域网标准的产品有IEEE80211B11MBPS无线局域网产品IEEE8021LG54MBPS无线局域网产品IEEE8021LAG双频三模无线局域网产品这些产品在市场当中的发展历程和趋势9南京邮L【I人学工程硕十学位论文80211尤线局域刚标准在2005年之内，由于IEEE8021LB产品较低的价格及大量经过WIFI认证具兼容性保证的产品，80211B11MBPS的产品还是一个主流。在2005年之后，IEEE802119的产品得到极为快速的发展。IEEE8021LAG双频三模无线局域网产品为用户带来了更多的灵活和方便。在目前也是一些企业用户的选择，相信随着价格的降低和无线局域网的进一步发展，双频三模无线局域网产品也将得到快速的应用。从来就没有所谓的IEEE8021LB的标准，它只是部分厂商的私用技术实现。802119标准当中没有强制要求802119的产品一定要兼容8021LB。因此基于8021LB的设备很有可能将在很短的时间内失去市场需求。除了上面已说明的标准之外，80211系列标准中，还有一个80211D标准，80211D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8021L设备在一些国家应用时，这些国家无线电管制上的特殊要求。212国内无线局域网标准由于WLAN具有广泛的发展前景，当WALN的标准一问世，中国电信企业根据现有的网络运行情况，利用WLAN提出了中国电信无线以太网接入技术要求，规戈IJWLAN在中国电信市场的应用。随后，中国移动结合现有的移动技术，先后制定了中国移动WLAN业务总体技术要求等相关规范。这表明，在我国WLAN技术将基于国家标准得以大规模发展和应用。针对WLAN安全隐患等问题，我国科研人员不断积极探索WLAN标准规范。2003年5月12同正式发布了中国境内唯一合法的无线网络技术标准，即无线局域网鉴别和保密基础结构WAPI，WLANAUTHENTICATIONANDPRIVACYINFRASTRUCTURE，并在7月有关部门举行的WLAN国家标准宣传贯彻会上做出了明确的批示。2003年11月26日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中华人民共和国国家标准化管理委员会发布了关于无线局域网强制性国家标准实施的公告。并于2003年12月1日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国国家认证认可监督管理委员会同时发出公告。WLAN国家标准依据我国的无线电管理法规对我国无线局域网相关产品的发射功率、信道数等做出了明确规定，标准还强调和规定了无线局域网安全技术的应用要求。无线局域网国家标准分别是无线局域网媒体访问控制和物理层及其扩展10南京邮IU人学T程坝I学位论文80211无线局域L叫标准的基础性技术规范和它的一项扩展应用技术规范，把国家对密码算法和无线电频率的要求纳入了进来，是基于国际标准之上的符合中国安全规范的WLAN标准。标准实施的意义主要是让中国刚刚起步的WLAN市场吸取国外的经验教训，该标准与相应国际标准的区别主要表现在对安全机制的严格要求，即用WAPI协议取代了IEEE8021L标准中WEPWIREDEQUIVALENTPRIVACY，有线等效加密协议。WAPI协议替换TWEP标准中的对称加密机制，采用了椭圆曲线密码算法的非对称加密机制。相比较WEP而言，增加了工作站矛EIAP之间的双向认证，可以实现AP之间的互相认证。从技术角度看，中国市场中WLAN产业链各环节的迁移难度不大。但不可否认，在迁移过程中，根据各厂商的响应速度和产品策略的不同，可能会对竞争格局产生局部影响，但毕竟WLAN设备和技术的提供是一个厂商综合实力的体现，安全机制的升级很难说会导致整个市场的洗牌。因此，一部分小规模、贸易型的贴牌厂商可能会因此消失，但从长远来看，它将有助于我国形成具有自主知识产权的、具有安全保障的WLAN产品，确实解决了WLAN安全方案成本的上升以及市场通用性等问题，将对我国WLAN市场发展产生积极意义。213频谱划分8021LBL作的24GHZISM频段为国际上通用的免许可证频段。在我国，2001年信息产业部颁布了信部无2001653号通知，明确了在240024835MHZ这835MHZ频段内，室内WLAN可以无需审批地使用。8021LASE作的5GHZ频段在美国为UNII段，也是免许可证频段。在我国情况有所不同。2002年7月信息产业部颁布了信部无2002277号通知，明确在57255850MHZ这125MHZ频段内，高速无线局域网与点对点或点对多点扩频通信系统、宽带无线接入系统、蓝牙技术设备及车辆无线自动识别系统等无线电台站共用这一频段。设置使用58GHZ频段无线电发射台站，必须报所在省、自治区、直辖市无线电管理机构批准。室外设置的无线局域网须领取电台执照。同时57255850MHZ这一频段原则上用于公众网无线接入通信，运营企业须取得相应的基础电信业务经营许可。南京邮OB大学I程顿I学位论史80211光线局域州标准214无线局域网拓扑结构根据无线接八点AP的功用不同，WLAN可咀实现不同的组网方式。目前有点对点模式、基础架构模式、多AP模式、无线网桥模式和无线中继器模式五种组网方式。1点对点模式HDHOCPEERTOPEER由无线工作站组成。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，该网络无法接人到有线网络中，只能独立使用。无需AP，安全由各个客户端自行维护。点对点模式中的一个节点必须同时“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。I图21点对点模式的组网2基础架构模式由无线访问点AP无线工作站STA以及分，F_I式系统DSS构成，覆盖的区域称基本服务区BSS。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，所有的无线通讯都经过AP完成。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。AP可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。南京邮电大学I程硕士学位论史802”尤线月域月标准一FI图22基础构架模式的组网2多AP模式是指多个AP以及连接它们的分布式系统9S组成的基础架构模式网络，也称为扩展服务区ESS。扩展服务区内的每个P都是个独立的无线M络基本服务区BSS，所有AP共享一个扩展服务区标示符ESSID。分巾式系统DS在8021L标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。相IIIESSID的无线网络问可以进行漫游，小瓦ESSID的无线网络形成逻辑子网。LF幽23多AP模式的组|尚94无线网桥模式利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段。一J南京岍“学I程硕I学位论史80211ZA域H标准遥窜一二猫图24无线嘲桥模式的组网5无线中继器模式无线中继器用来在通讯路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围，图25无线中继器模式的组网例如NETGEAR公司的80211B11MBPS的无线局域网访问点MEL03就支持五种不同的工作模式，町以灵活方便的组建各种网络结构以满足用户的各种需求。22IEEE80211物理层1997发柿的IEEE80211标准最初版本支持三种可选的物理层跳频、工作在24CHZ频段的直接序列扩频和红外。这三种物理层传送的数据速率为LMBPS和2MBPS。红外物理层规定波长在800900HM范围，采用漫射的传播模式而不是像IROA那们采用红外线收发器阵列。站点之间的连接可通过红外线波束被天花板被动反射完成，范围大概1020M，取决于天花板的高度。规定采用脉冲定位置调制PPM，IMBPS采用16P洲2MBPS采用4PPM。一一南京邮电人学二程硕士学位论文80211无线局域叫标准后来的IEEE8021L标准的扩充版本集中在高速率DSSSIEEE8021LB、OFDMIEEE80211A和IEEE8021LG、OFDM加MIMOIEEE8021LN这些物理层将在下面详细介绍。221IEEE80211A物理层对IEEE8021L标准的最初版本进行修订后的IEEE80211标准在1999年获得批准。第一个使用该标准的芯片在2001年由ATHEROS生产。IEEE8021LA规范了基于正交频分复用OFDM、工作在5GHZ频段的物理层。在美国，IEEE8021LAOFDM使用三个非授权的国家信息架构频带UNLICENSEDNATIONAL工NFORMATIONINFRASTRUCTURE，UUII，每个频带容纳4个不重叠信道，每个信道的带宽是20MHZ。由FCC规定每个频带的最大发射功率，从允许的较高功率级别柬看，高的4个频逞的信道是为室外应用保留，如表22所示。表22IEEE8021LAOFDM物理层使用的USFCC规定的UNII信道最大发射功率RF频带频率范同GHZ信道数中心频率GHZMWUNII下频带515052536518050405200445550485240UNII中频带52505350525260250565280605300645320UNII高频带5725582514957451000153576515757851625805在欧洲，除了51505350GHZ的8个信道之外，在54705725GHZ有11个可用信道信道100，104，108，112，116，120，124，128，132，136，140在欧洲室内和15南京邮I也人学T程硕IJ学位论文80211_尢线局域例标准室外的最大功率级别各国的规定都不同，但一般515535GHZ频带保留为室内应用，最大EIRP为200MW，5475725GHZ频带有1W的EIRP限制，保留为室外应用。作为2003ITU世界无线电通信会议后全球频谱协调的一部分，美国2003年11月开放了54705725GHZ频谱，隶属于IEEE8021LH频谱管理机制的应用，每20MHZ带宽的信道容纳52个OFDM子载波，中心频率白J的相隔为3125KHZ20MHZ64，4个载波用做导频，提供相位补偿和频率偏移的参考，剩下的48个用来承载数据。如表23所示，规定了4种调制方式，物理层数据速率范围为654MBPS。表23IEEE8021LAOFDM调制方式、编码及数扼速率编码比特数编码比特数、数据比特数数据速率调制编码率子载波OFDM符号OFDM符号MBPSBPSK14812246BPSK14834369QPSK296124812QPSK29634721816QAAA419212962416QAM4192341443664QAM6288231924864QAAA62883421654编码效率定义为输入数据块的比特数与其增加纪错位后的传输比特数的比值，即MMN，其中M是数据块的比特长度，N是纪错位的比特数。FF,J女N，如果码率为34，8个传输比特中有6个比特是用户数据和2个比特是记错位。给定码率和调制方式，用户数据速率可以按下面方法来计算。以64一QAM、码率为34为例，在每4US的符号周期中，包括800NS的符号之问的保护问隔，每个载波由64一QAM星座图中的一个点表示其相位和幅度编码。有64个这样的点，因此编码成6比特。每个符号周期48个子载波总共传送648288个码位。码率为34，所以有216个数据位，72个纪错位。每4LZS传送216个数据比特，相应的数据速率为216数据比特OFDM符号周期250个OFDM符号毫秒54IBPS。16南京邮电人学T程硕士学位论文80211无线局域M标准IEEE80211A规定6，12，24MBPS为指定速率，对应码率为12的BPSK、QPSK和16一QAM调制方式，基MBPSMAC协议允许站点之间协商调制参数以达到最大的鲁棒性数据速率。IEEE80211A工作在5GHZ，相对于工作在拥挤的24GHZISM频段的IEEES0211B来说干扰小了很多，但是工作在高载波频率并不是没有缺点的。它限制了IEEE80211A只能接近视距应用，而且5GHZ的低穿透性意味着在室内需要更多的WLAN接入点才能覆盖一个给定的工作区域。222IEEE80211B物理层最初的IEEE80211DSSS物理层使用长度为11的巴克扩展码，采用差分二进制相移键控DIFFERENTIALBINARYPHASESHIFTKEYING，DBPSK调制方式，相应的物理层传输数据速率为1MBPS和3MBPS，如表24所示。表24IEEE8021LBDSSS调制方式、编码及数据速率符号速率数据比特数数据速率调制码长CHIPS编码类型MSPS符号MSPSBPSK11BARKER111QPSK11BARKER122DQPSK8CCK1375455DQPSK8CCK1375811在IEEE80211B中规范的高速率DSSS物理增加补码键控CCK，使用8码片扩码。IEEE8021L标准支持动态速率转换DYNAMICRHIFTING，DRS或自适应速率选择ADAPTIVERATESELECTION，ARS允许数据速率动态调整以补偿干扰或变化的路径损耗。当出现干扰或者站点移动超出最大数据速率的可靠工作范围时，接入点会逐渐降低到低速率直到恢复可靠的通信。这个策略基于式41的应用，式中SNR与每比特的发射能量成比例，因此降低的数据速率能获得较高SNR和较低BER。相反，如果站点回到高速率的工作范围内，或者干扰减少时，链路将转换到高速率，速率转换应用在物理层并对上层协议栈是透明的。17南京邮电大学T程倾1学位论文80211无线局域M标准IEEE80211标准规定24GHZISM频带分成许多22MHZ的相互重叠的信道。美国FCC和欧洲ETSI都已授权24000、24835GHZ频段的使用。叛国批准了11个信道欧洲大部分批准了13个信道。日本ARIB也批准了2484GHZ上14个信道。欧洲的一些国家对信道分配更加严格，特别是法国只批准了4个信道10、13。IEEE8021LB可用信道参见表25。表25IEEE8021LB在24GHZ频带可用的国际信道信道号中心频率使用地区12412美国，加拿人，欧洲，日本22417美国，加拿大，欧洲，日本32422美国，加拿大，欧洲，日本42427美国，加拿大，欧洲，日本52432关国，加拿大，欧洲，日本62437美国，加拿人，欧洲，日本72442关国，加拿人，欧洲，日本82447美国，加拿人，欧洲，日本92452美国，加拿大，欧洲，日本102457美国，加拿人，欧洲，日本，法国112462美国，加拿人，欧洲，日本，法国122467欧洲，日本，法国132472欧洲，日本，法国142484日本IEEE80211B标准也包含了一个次要的，可选的调制和编码方式，分组二进制卷积码PACKETBINARYCONVOLUTIONALCODING，PBCC，德州仪器公司，在55MBPS和11MBPS通过获得额外的3DB增益改善性能。与BPSKDQSK的2或4种相位状态或相位变化不同，PBCC使用8PSK8种相位状态，给每个符号提供速率更高的码片。这呆能解释成通过使用更长的码片编码，在给定码片编码长度下获得较高的数据速率，或者是给定数据速率下获得较高的处理增益。18南京邮L乜人学T程硕IJ学位论文80211无线局域嘲标准223IEEE80211G物理层IEEE802119是第三个被IEEE认可的IEEE8021L标准，于2003年6月E式批准。和IEEE80211B一样，IEEE802119工作在24GHZ频带，但是物理层的数据速率上升到54MBPS，与IEEE802119相同。IEEE8021LG使用OFDM将数据速率从12MBPS上升到54MBPS，但是反向兼容IEEE80211B，支持两种标准的硬件可以工作在相同的24GHZWLANOFDM的调制和编码方案与IEEE80211A相同，在24GHZ频带内，每个20MHZ的信道分成52个子载波，包括4个导频和48个数据载频。使用如表66所示的IEEE8021LA相同的调制和编码方式，可得到数据速率从654MBPS。虽然IEEE8021LB和IEEE802119的硬件可以工作在相同的WLAN，但IEEE80211B站点与IEEE802119网络链接称为混合模式时吞吐量会下降，因为要启动一些保护机制来确保互操作性，如表26所示。表26IEEE8021LBG混合协调机制机制描述RTSCTS在发送之前，IEEE80211B站点通过发送RTS信息请求访问信道。发送者着手接收CTS响应。这可以避免IEEE80211B和IEEE80211B的传输碰撞，但是客外的RTSCTS信号会明显减低网络的吞吐量。CTSTOSELFCTSTOSELF选项无须RTSCTS信息的交互，只是依赖IEEE80211B站点检查信道在发送之前是否已经清除。虽然不能提供相同等级的冲突避免，但是当只有少数儿个站点竞争接入媒体时可以明显提高吞吐量退避时间IEEE8021LG的退避时间是基于IEEE80211A规范最大159PS时隙，但是混合模式下，IEEE802119网络将采川IEEE8021LB的退避参数最大3120PS时隙。较长的退避时间将导致网络吞吐量的下降混合模式操作对IEEE8021LG网络吞吐量的影响如表27所示。一些硬件厂商推出了IEEE802119规范的扩展产品，使数据速率超这54MBPS。19南京邮电人学工程硕学位论文例如DLINK公司的产品“108G，使用包突发和信道捆绑方式使物理层速率达到108MBPS。包突发又叫帧突发，是将短数据包捆绑进较少的但又比较大的数据包中，以减少传输数据包之间F刚隙的冲突。包突发作为一种数据速率增强策略，与为了提高传输的健壮性将包分片的策略F相反。只有在干扰或站点之间的激烈竞争不存在时才有效。信道绑定是一个机器中的多个网络接品用来共同发送同一数据流时采用的方法。在108G例子中，在24GHZISM频段两个不重叠的信道同时传送数据帧。表27IEEE8021LBG网络的物理层与MACSAP吞吐量的对比相比于物理层数据速率有效的MACSAP吞IEEE80211B网络标准和规范MBPS吐量MBPS的有效吞吐量IEEE80211B网络116100IEEE80211B网络包含IEEE802119548133站点CTSIRTSIEEE80211B网络包含IEEE8021195413217站点CTSTOSELFIEEE80211B网络不含有5422367IEEES02119站点IEEE80211A5425417224物理层和MAC层的数据速率考虑到对WLAN应用的技术要求，有必要认清无线网络标准的标称速率和从OSI高层传递到MAC层的真实有效数据速率的区别。每个未加工的”数据包传到MAC服务访问点SAP时获得MAC头部和信息完整性编码及另外的与安全相关的头信息，然后再送给物理层进行传输。标称速率，例如IEEE80211A网络的54MBPSG，测量的是物理层经过扩展以后的数据流20南京邮电人学工程坝JJ学位论文80211无线局域I叫标准的传输速率。有效的数据速率是去除头部、完整性检查和其他附加信息的数据速率。例如，平均说来，每6比特的原始数据传递到IEEE8021LBMACSAP时都要加上5比特额外信息再进行传输，所以物理层的L1MBPSG峰值速率减低为6MBPSG有效速率。表27显示了IEEE80211WLAN的物理层和MACSAP的数据速率。IEEE8021LG网络的MACSAP数据速率依赖于IEEE8021LB站点的存在，这是由于前面部分中讲到的采用混合模式的媒体访问控制机制。23IEEE80211MAC层每一个IEEE80211站点都有MAC层实现，MAC使站点可以建立网络或接人已经存在的网络，并传送LLC层的数据。这些功能使用了两种服务站点服务和分布系统服务。这些服务通过通信站点MAC层之间的各种管理、控制、数据帧的传输实现。在调用这些MAC层服务之前，MAC首先需要接入到BSS内的无线传输媒体，可能有许多站点也在竞争接入传输媒体。下面介绍BSS内的高效共享接入机制。231无线媒体接入无线网络中多个发射站点的共享媒体接入的实现比有线网络复杂，这是因为无线网络站点无法检测到自己的发射和其他站点发射的冲突，因为无线电收发信机不能在同一时间既发射又监听其他站点的发射。在有线网络中网络接口能够通过感知载波来检测冲突，例如在以太网中，在发送数据时如果检测到冲突则停止发送。这就是载波监听冲突检测CSMACD的媒体接入机制。IEEE8021L标准定义了一些MAC层协调功能来调节多个站点的媒体接入。媒体接入方法可以是基于竞争的，如强制性的IEEE80211分布式协调功能DISTRIBUTEDCOORDINATIONFUNCTION，DCF，所有的站点竞争接入媒体；也可以是无竞争的，如可选择的点协调功能POINTCOORDINATIONFUNCTION，PCF站点可以被分配在特定的时间单独使用媒体。分布式协调功能使用的媒体接入方法是载波监听冲突避免CARRIERSENSE21南京邮电