544053712畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無(wú)線局域網(wǎng)MAC層機(jī)制研究

1、無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)題目： 無(wú)線局域網(wǎng)mac研究 系 部： 電子信息系 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 計(jì)信（專(zhuān) ）081 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2011年5月無(wú)線局域網(wǎng)mac層機(jī)制研究摘要： 作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信相結(jié)合的產(chǎn)物，無(wú)線局域網(wǎng)wlan成為了當(dāng)下日益流行的無(wú)線接入方式。ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際普遍認(rèn)可的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它能很好的支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，占有較大的市場(chǎng)份額。無(wú)線局域網(wǎng)mac層是控制和協(xié)調(diào)無(wú)線節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的關(guān)鍵協(xié)議子層。如何在有限的網(wǎng)絡(luò)資源和不穩(wěn)定的物理介質(zhì)的前提下在mac層提供有效服務(wù)，成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究界的一個(gè)新課題。在這個(gè)技術(shù)背景下，本文針對(duì)ieee

2、802.11無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)的媒體接入(mac:media access control)層支持技術(shù)進(jìn)行了研究。在分析了ieee802.11協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)最初的兩種接入機(jī)制pcf和dcf做了一定的描述。本文不僅對(duì)edcf（enhanced distributed channel access）和hcf的協(xié)議原理做了詳細(xì)的介紹，而且還將它們分別與dcf和pcf的性能做了比較。并且還在論文的最后對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)mac層機(jī)制提出了改進(jìn)方案。關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng);wlan;服務(wù)質(zhì)量mac層 wireless lan mac layer technologyas a computer network and

3、the combination of the wireless communication, wireless lan wlan became present increasingly popular wireless access mode. international standard is widely accepted by ieee802.11 the wireless local area network standard, it can be a very good support data business transmission, occupy the bigger mar

4、ket share. wireless lan mac layer is control and coordination of the wireless network media node visit key agreement son layer. how in the network resources and limited the physical media instability in the mac layer under the premise of provide effective services, became a wireless network issue41

5、a new subject. in this technical background, based on the wireless local area network system ieee802.11 media access (mac: media access control) layer support technology is studied. on the analysis on the basis of ieee802.11 agreement to the first two, pcf access mechanism and done some description

6、dcf model. this paper not only edcf (distributed to any access) and to the principle of agreement hcf described in detail, and will they respectively with the performance of pcf dcf model and were compared. and also in paper finally to the wireless local area network mac layer mechanism presents the

7、 improvement plan. keywords: wireless lan wlan service quality mac layer目 錄前言5第一章 緒論71.1 無(wú)線局域網(wǎng)概述71.2 無(wú)線局域網(wǎng)的基本概念81.3 無(wú)線局域網(wǎng)特點(diǎn)91.4無(wú)線局域網(wǎng)的組成原理111.5 無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議體系131.6 無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)16第二章 ieee802.11物理層和mac層規(guī)范182.1 ieee802.11物理層結(jié)構(gòu)182.1.1 ieee802.11 物理層概念182.1.2 ieee802.11物理層層次結(jié)構(gòu)182.1.3 ieee802.11物理層分類(lèi)202.1.4 i

8、eee802.11物理層協(xié)議202.1.5 ieee802.11物理層關(guān)鍵技術(shù)212.2 ieee802.11 mac層結(jié)構(gòu)222.2.1 ieee802.11 mac層概念222.2.2 ieee802.11 mac協(xié)議23結(jié)論34參考文獻(xiàn)35附錄36致謝39前言 在這個(gè)“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的時(shí)代，伴隨著有線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，以快捷高效，組網(wǎng)靈活為優(yōu)勢(shì)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在飛速發(fā)展。無(wú)線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專(zhuān)業(yè)角度講，無(wú)線局域網(wǎng)利用了無(wú)線多址信道的一種有效方法來(lái)支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化、個(gè)性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。通俗地說(shuō)，無(wú)線局域網(wǎng)（wireless l

9、ocal-area network，wlan）就是在不采用傳統(tǒng)纜線的同時(shí)，提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。 通常計(jì)算機(jī)組網(wǎng)的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜，構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場(chǎng)合要受到布線的限制：布線、改線工程量大；線路容易損壞；網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)不可移動(dòng)。特別是當(dāng)要把相離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)時(shí)，敷設(shè)專(zhuān)用通信線路的布線施工難度大、費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng),對(duì)正在迅速擴(kuò)大的聯(lián)網(wǎng)需求形成了嚴(yán)重的瓶頸阻塞。無(wú)線局域網(wǎng)就是解決有線網(wǎng)絡(luò)以上問(wèn)題而出現(xiàn)的。 由于近幾年，ieee 802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)得到了迅速的發(fā)展，并已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在人們的工作和生活中。隨著internet上的實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)（如視頻、音頻等）越來(lái)

10、越多，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸這些業(yè)務(wù)的需求也越來(lái)越大，這也就對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。同有線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在性能和服務(wù)質(zhì)量方面還有很大差距，這除了其物理傳輸介質(zhì)的固有特點(diǎn)之外，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)共享的mac層協(xié)議是一個(gè)非常重要的因素。因此，對(duì)ieee 802.11 mac協(xié)議的性能分析和改進(jìn)，以及與mac有關(guān)的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以我這次論文選擇的題目是無(wú)線局域網(wǎng)mac層qos技術(shù)研究。在論文初期，我從互聯(lián)網(wǎng)、相關(guān)畢業(yè)論文及與無(wú)線局域網(wǎng)有關(guān)的書(shū)籍中查閱了大量的資料，對(duì)論文的主要內(nèi)容有了自己的構(gòu)思。隨著人們生活水平的不斷提高，為了實(shí)現(xiàn)“任何人（whoever）在任何

11、時(shí)候（whenever）的任何地方（wherever）與任何人（whomever）進(jìn)行任何方式（whatever）”的通信目標(biāo)，無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，并且在現(xiàn)在及未來(lái)的社會(huì)中得到廣泛應(yīng)用。所以本文首先對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的基本概念，特點(diǎn)，組成原理，協(xié)議體系，應(yīng)用及以后的發(fā)展趨勢(shì)做了粗略的介紹，使得大家對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)先有一個(gè)大概的了解。雖然無(wú)線局域網(wǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸信道所用的介質(zhì)為電磁波，這使得無(wú)線信道的傳輸誤碼率明顯增高，即使沒(méi)有分組沖突，分組數(shù)據(jù)丟失率也會(huì)顯著增大；由于電磁波的頻率資源有限使得wlan的傳輸速率和通信容量受到限制；由于無(wú)線信道存在著衰落，因此會(huì)出現(xiàn)許多影響通信的問(wèn)題，

12、比如遠(yuǎn)近效應(yīng)，暴露終端和隱藏終端等。所以本文在第二章中對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的物理層和mac層的協(xié)議和關(guān)鍵技術(shù)做了一定的分析研究。隨著無(wú)線局域網(wǎng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，隨之而來(lái)的問(wèn)題也漸漸顯露出來(lái)：wlan只能提供“盡力而為”的服務(wù)，對(duì)一些機(jī)制沒(méi)有保障，在負(fù)載重的情況下，會(huì)有較大延遲的出現(xiàn)，提高服務(wù)質(zhì)量迫在眉睫。所以本文在第三章介紹了無(wú)線局域網(wǎng)mac層的增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)edcf和hcf協(xié)議原理進(jìn)行了分析。在論文的最后一章，提出了對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)mac層機(jī)制的改進(jìn)方案。第一章 緒論1.1 無(wú)線局域網(wǎng)概述20世紀(jì)末，個(gè)人計(jì)算機(jī)（pc）因?yàn)閕nternent的興起變成熱門(mén)商品。由于信息技術(shù)的不斷推陳出新，加上服務(wù)內(nèi)容的日新

13、月異，使得上網(wǎng)變成一種全球同步流行的活動(dòng)。而能夠擺脫網(wǎng)線的束縛，讓信息能夠?qū)崟r(shí)地傳遞到使用者的手中成為了當(dāng)務(wù)之急，這意味著我們已經(jīng)開(kāi)始步入了所謂的“后pc時(shí)代”?！昂髉c時(shí)代”的三大核心概念是：無(wú)所不在的計(jì)算（ubiquitous computing）,注意力經(jīng)濟(jì)（attention economy）和自由軟件（free software）或叫開(kāi)放源代碼（open sources）。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的計(jì)算，移動(dòng)計(jì)算成為了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域一個(gè)引人注目的新課題。它將給信息產(chǎn)業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)深刻的變革，并在越來(lái)越多的領(lǐng)域中發(fā)揮不可替代的作用。移動(dòng)計(jì)算就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)為用戶提供移動(dòng)的計(jì)算環(huán)境和

14、新的計(jì)算模式。其作用在于將有用，準(zhǔn)確的信息及時(shí)傳遞。移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，可應(yīng)用于軍事，工業(yè)和民用等許多方面。 在后pc時(shí)代，通信領(lǐng)域最流行最關(guān)鍵的三個(gè)方面就是隨心所欲（ubiquitous）,寬帶（broadband）和無(wú)線（wireless）。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展推動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)的需求，寬帶用戶數(shù)量在全球呈現(xiàn)出非常強(qiáng)勁的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。另一方面，隨著無(wú)線通信特別是移動(dòng)通信的發(fā)展，辦公室和家庭信息化的推廣，以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，計(jì)算機(jī)和外設(shè)的不斷增加，迫切需要構(gòu)筑一種能夠隨時(shí)隨地，隨心所欲的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)(wlan)順勢(shì)而生。它不但滿足了用戶在多種移動(dòng)狀態(tài)下獲取網(wǎng)絡(luò)信息的強(qiáng)烈需求，也符

15、合當(dāng)今社會(huì)人員流動(dòng)性大，工作生活節(jié)奏緊張的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)無(wú)線通信技術(shù)也具有網(wǎng)絡(luò)部署迅速便捷的特點(diǎn)，能夠靈活方便的為用戶提供服務(wù)。據(jù)dataquest公司報(bào)道，2002年大約20%的筆記本電腦具有wlan的功能；2004年這一比列提高到了31%，2007年則提高到了68%?？梢?jiàn)wlan的普及，產(chǎn)品增多，價(jià)格下降，市場(chǎng)需求急速增長(zhǎng)。據(jù)in-stat市場(chǎng)調(diào)研公司報(bào)道，世界wlan系統(tǒng)產(chǎn)品的銷(xiāo)售額2001年為17.7億美元；2002年為24億美元；2003年為35億美元；而到了2005年則到了52億美元，年均增長(zhǎng)率為32%，并且繼續(xù)保持著高速增長(zhǎng)的良好態(tài)勢(shì)。 隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移

16、動(dòng)數(shù)據(jù)，移動(dòng)計(jì)算機(jī)及移動(dòng)多媒體的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始興起：像cdma2000,wcdma,td-scdma等相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。除公用電信領(lǐng)域的移動(dòng)通信網(wǎng)之外，ieee802.11體系hiperlan標(biāo)準(zhǔn)體系的無(wú)線局域網(wǎng)，ieee802.16體系的無(wú)線城域網(wǎng)等多種標(biāo)準(zhǔn)體系也在蓬勃發(fā)展。學(xué)術(shù)界相繼提出ofdm(orthogonal frequency division multiplex),mimo(muli-input multi-output, uwb(ultra wadeband)等無(wú)線傳輸技術(shù)理論，隨著研究工作的不斷深入與擴(kuò)展，部分新技術(shù)已經(jīng)納入新的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，甚至已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)商業(yè)

17、應(yīng)用。 現(xiàn)在我們對(duì)通信提出的要求是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由有線向無(wú)線轉(zhuǎn)變；由固定像移動(dòng)轉(zhuǎn)變；由單一業(yè)務(wù)向多媒體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變，順應(yīng)這需求的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)得到了普遍的關(guān)注，我們也有理由相信waln的明天會(huì)更好。1.2 無(wú)線局域網(wǎng)的基本概念顧名思義，無(wú)線局域網(wǎng)wlan就是在局部區(qū)域內(nèi)以無(wú)線媒體或介質(zhì)進(jìn)行通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。它有以下特點(diǎn)：1.waln是一種能在幾十米到幾公里范圍內(nèi)支持較高數(shù)據(jù)速率（如2mb/s以上）的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以采用微蜂窩,微微蜂窩結(jié)構(gòu)，也可以采用非蜂窩（如adhoc）結(jié)構(gòu)。目前無(wú)線局域網(wǎng)領(lǐng)域的兩個(gè)典型標(biāo)準(zhǔn)是ieee802.11系列和hiperlan系列標(biāo)準(zhǔn)。2.無(wú)線局域網(wǎng)的適應(yīng)性很強(qiáng)，它是有線網(wǎng)

18、在建筑物和校園之間的延長(zhǎng)和變通，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)使用無(wú)線通信技術(shù)在空中傳送和接受數(shù)據(jù)，最小限度的使用有線連接，通過(guò)簡(jiǎn)單的配置使網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)，并同移動(dòng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3.無(wú)線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它采用無(wú)線多址接入的有效方式支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化，個(gè)人化和媒體應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)的手段。它并不是用來(lái)取代有線局域網(wǎng)的，而是用來(lái)彌補(bǔ)有線局域網(wǎng)的不足之處，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)延伸的目的。無(wú)線局域網(wǎng)將有線網(wǎng)絡(luò)的輸出，移動(dòng)訪問(wèn)和配置的靈活性很好的結(jié)合起來(lái)，提供了一種靈活、方便的聯(lián)網(wǎng)方案。4.無(wú)線局域網(wǎng)的主要應(yīng)用范圍有：在移動(dòng)工作環(huán)境下，向移動(dòng)計(jì)算機(jī)用戶提供訪問(wèn)信息網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)；應(yīng)用于臨

19、時(shí)組網(wǎng)和難以布線的場(chǎng)合，如災(zāi)難恢復(fù)，短時(shí)間的商用系統(tǒng)和大型會(huì)議；可作為有線局域網(wǎng)的無(wú)線延伸（補(bǔ)充），也可以作為lan的無(wú)線互連（替代）。5.無(wú)線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體或介質(zhì)分為射頻無(wú)線電波和光波兩大類(lèi)。射頻無(wú)線電波主要使用無(wú)線電波和微波，光波主要使用紅外線。因此，無(wú)線局域網(wǎng)可分為基于無(wú)線電的無(wú)線局域網(wǎng)（rlan）和基于紅外線的無(wú)線局域網(wǎng)兩大類(lèi)。1.3 無(wú)線局域網(wǎng)特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng)利用空中的電磁波代替?zhèn)鹘y(tǒng)的纜線進(jìn)行信息傳輸，可以作為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的延伸、補(bǔ)充或代替。相比較而言，無(wú)線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.移動(dòng)性“無(wú)線”就意味著可能移動(dòng)，無(wú)線局域網(wǎng)的明顯優(yōu)點(diǎn)是提供了移動(dòng)性，通信范圍不再受環(huán)境條件的限制，這

20、樣就拓寬了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡乩矸秶?，在有線局域網(wǎng)中，各站點(diǎn)的距離在使用銅纜（粗纜）是被限制在500m內(nèi)，即使采用單模光纜也只能達(dá)到3km，而無(wú)線局域網(wǎng)中間兩個(gè)站點(diǎn)間的距離可達(dá)到50km，無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時(shí)的無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)接入功能，使用戶可以很方便地獲取信息。2.靈活性安裝容易，使用簡(jiǎn)便，組網(wǎng)靈活，無(wú)線局域網(wǎng)可以將網(wǎng)絡(luò)延伸到線纜無(wú)法連接的地方，并可方便的增減、移動(dòng)和修改設(shè)備。無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式靈活多樣，可以通過(guò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)接入骨干網(wǎng)，也可以自組網(wǎng)；可以組成單區(qū)網(wǎng)和多區(qū)網(wǎng)，還可以在不同網(wǎng)間移動(dòng)。3.可伸縮性 在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖没蛱砑咏尤朦c(diǎn)或擴(kuò)展點(diǎn)，就可以滿足擴(kuò)展組網(wǎng)的需要。4.高帶寬無(wú)線局域網(wǎng)

21、使用的無(wú)線頻率可以處于開(kāi)放頻段，例如2.4ghz的ism頻段，最大帶寬可達(dá)11mhz。5.經(jīng)濟(jì)性無(wú)線局域網(wǎng)可用于物理布線困難或不適合進(jìn)行物理布線的地方，并以經(jīng)濟(jì)的方式快速進(jìn)行物理布線。然而，無(wú)線局域網(wǎng)并非完美無(wú)缺，也有許多面臨的問(wèn)題需要解決，這些局限性實(shí)際上也是無(wú)線局域網(wǎng)必須克服的技術(shù)難點(diǎn)。這些局限性有些是低層技術(shù)方面的問(wèn)題，需要無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)者在研發(fā)過(guò)程中加以考慮；有些則是應(yīng)用層面的問(wèn)題，需要使用者在應(yīng)用時(shí)加以克服和注意。以下是無(wú)線局域網(wǎng)的局限性：1.可靠性有線局域網(wǎng)的信道誤比特率可優(yōu)于10-9，這樣就保證了通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。無(wú)線局域網(wǎng)采用無(wú)線信道進(jìn)行通信，而無(wú)線信道是一個(gè)不可靠的信

22、道，存在著各種各樣的干擾和噪聲，從而引起信號(hào)的衰落和誤碼，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐性能的下降和不穩(wěn)定性。此外，由于無(wú)線傳輸?shù)奶厥庑裕€可能產(chǎn)生“隱蔽終端”、“暴露終端”和“插入終端”等現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的可靠性。2.帶寬與系統(tǒng)容量由于頻率資源有限，無(wú)線局域網(wǎng)的信道帶寬遠(yuǎn)小于有限網(wǎng)的帶寬。由于無(wú)線信道數(shù)有限，即使可以復(fù)用，無(wú)線局域網(wǎng)的系統(tǒng)容量通常也要比有線網(wǎng)的容量小。因此，無(wú)線局域網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展方向就是提高系統(tǒng)的傳輸帶寬和系統(tǒng)容量。3.覆蓋范圍無(wú)線局域網(wǎng)的低功率和高頻率限制了其覆蓋范圍。為了擴(kuò)大覆蓋范圍，需要引入蜂窩或微蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)中繼與橋接等其他措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.安全性無(wú)線局域網(wǎng)的安全性有兩方面

23、的內(nèi)容，一個(gè)是信息安全，一個(gè)是人員安全。由于無(wú)線電波不能局限于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，所以存在著被竊聽(tīng)和被惡意干擾的可能性。5.干擾外界干擾可對(duì)無(wú)線通信和無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備形成干擾，無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部也會(huì)形成次干擾；同時(shí)，無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)還會(huì)干擾其它無(wú)線系統(tǒng)。因此，在無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與使用時(shí)要綜合考慮電磁兼容性能和抗干擾性能，并采用相應(yīng)的措施。1.4無(wú)線局域網(wǎng)的組成原理無(wú)線局域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)：無(wú)線局域網(wǎng)的物理組成或物理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，由站（sta）、無(wú)線介質(zhì)(wm)、基站(bs)或接入點(diǎn)(ap)和分布式系統(tǒng)(ds)等幾部分組成。bs/ap無(wú)線介質(zhì)站站分布式系統(tǒng)圖1-1站也稱(chēng)主機(jī)或終端，是無(wú)線局域網(wǎng)的最基

24、本的組成單元。無(wú)線局域網(wǎng)中的站之間可以直接相互通信，也可以通過(guò)基站或接入點(diǎn)進(jìn)行通信。無(wú)線介質(zhì)是無(wú)線局域網(wǎng)站與站，站與接入點(diǎn)之間的通信的傳輸介質(zhì)。無(wú)線接入點(diǎn)類(lèi)似蜂窩結(jié)構(gòu)中的基站，是無(wú)線局域網(wǎng)的重要組成單元。它的基本功能是完成非ap的站對(duì)分布式系統(tǒng)的接入訪問(wèn)和同一bss中的不同站之間的通信聯(lián)絡(luò)。分布式系統(tǒng)是用來(lái)連接不同bss的通信信道。無(wú)線分布式系統(tǒng)通過(guò)ap間的無(wú)線通信取代有線電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)不同bss的連接。無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：wlan系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由幾個(gè)部件組成，它們之間相互作用而構(gòu)成了wlan，并使sta對(duì)上層而言具有移動(dòng)透明性。wlan的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以從幾個(gè)方面來(lái)分類(lèi)。從物理拓?fù)浞诸?lèi)看，有單區(qū)網(wǎng)(sc

25、n)和多區(qū)網(wǎng)（mcn）之分；從邏輯上看，wlan的拓?fù)渲饕袑?duì)等式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式和線型、星型、環(huán)型等；從控制方式方面來(lái)看，可分為無(wú)中心分布式和有中心集中控制式兩種；從與外網(wǎng)的連接性來(lái)看，主要有獨(dú)立wlan和非獨(dú)立wlan。bss是wlan的基本構(gòu)成模塊。它有兩種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或組網(wǎng)方式，分別是分布對(duì)等式拓?fù)浜突A(chǔ)結(jié)構(gòu)集中式拓?fù)?。單個(gè)bss稱(chēng)為單區(qū)網(wǎng)，多個(gè)bss通過(guò)ds互連構(gòu)成多區(qū)網(wǎng)。1.分布對(duì)等式拓?fù)浞植紝?duì)等式網(wǎng)絡(luò)是一種獨(dú)立的bss（ibss），它至少有兩個(gè)站。它是一種典型的、以自發(fā)方式構(gòu)成的單區(qū)網(wǎng)。在可以直接通信的范圍內(nèi)，ibss中任意站之間可直接通信而無(wú)需ap轉(zhuǎn)接，如圖1-2所示由于沒(méi)有ap，

26、站之間的關(guān)系是對(duì)等的、分布式的或無(wú)中心的。但是當(dāng)站點(diǎn)數(shù)過(guò)多時(shí)，信道競(jìng)爭(zhēng)成為限制網(wǎng)絡(luò)性能要害。因此，比較適合于小規(guī)模，小范圍的wlan系統(tǒng)。a站b站基本服務(wù)集（bss）圖1-22.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的集中式拓?fù)?在wlan中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括分布式系統(tǒng)媒體（dsm）、ap和端口實(shí)體。同時(shí)，它也是ess的分布和綜合業(yè)務(wù)功能的邏輯位置。一個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)除ds外，還包含一個(gè)或多個(gè)ap及零個(gè)或多個(gè)端口。因此，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)wlan中，至少要有一個(gè)ap。只包含一個(gè)ap的單區(qū)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如圖1-3所示。ap是bss的中心控制站，網(wǎng)中的站在該中心站的控制下與其他站進(jìn)行通信。apsta1sta3sta2有線局域網(wǎng)圖1-31.5 無(wú)線

27、局域網(wǎng)的協(xié)議體系無(wú)線局域網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)：完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括自上而下的各個(gè)層次，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)僅僅工作在osi/rm的下三層，如圖1-4所示，無(wú)線調(diào)制解調(diào)器（modem）或無(wú)線電臺(tái)只具備物理層的功能；wlan可以包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，只有wwan才具有網(wǎng)絡(luò)層的功能。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)高層協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層高層協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層終端用戶a終端用戶bwwanwlan圖1-4無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議體系：1.ieee802.11x無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議體系：a.ieee802.111990年ieee802標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立ieee802.11wlan標(biāo)準(zhǔn)工作組。ieee802.11(又稱(chēng)wi-f：無(wú)線保真)

28、是在1997年6月由大量的局域網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)專(zhuān)家審定通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒體訪問(wèn)控制（mac）規(guī)范。物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)制格式，同時(shí)定義了兩個(gè)rf傳輸方法和一個(gè)紅外線傳輸方法。其中rf傳輸標(biāo)準(zhǔn)以跳頻和直接序列擴(kuò)頻為基礎(chǔ)，工作在2.4000-2.4835ghz頻段。ieee802.11是ieee最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無(wú)線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)訪問(wèn)，速率最高只能達(dá)到2mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，所以更常用的是ieee 802.11的高速擴(kuò)展協(xié)議ieee 802.11b、ieee 802.1

29、1a以及ieee 802.11g。b.ieee 802.11b1999年9月ieee 802.11b被正式批準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的wlan工作頻段在2.4-2.4835ghz,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11mbps，傳輸距控制在50-150英尺。該標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)ieee 802.11的一個(gè)補(bǔ)充，采用補(bǔ)充編碼鍵控（cck）調(diào)控方式，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基本模式兩種運(yùn)作模式。數(shù)據(jù)傳輸速率可以根據(jù)實(shí)際情況在11mbps、5.5 mbps、2 mbps2和1mbps之間自行切換，它改變了wlan的設(shè)計(jì)狀況，擴(kuò)大了wlan的應(yīng)用領(lǐng)域。采用ieee 802.11b的wlan產(chǎn)品廣泛應(yīng)用與辦公室、家庭、賓館、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)等眾多場(chǎng)所，但

30、是由于許多wlan的新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，ieee 802.11a和ieee 802.11g更是備受業(yè)界關(guān)注。c.ieee802.11a1999年，ieee 802.11a標(biāo)準(zhǔn)制定完成，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定wlan工作頻段在5.15-8.825ghz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54mbps（turbo），傳輸距離控制在10-100米。該標(biāo)準(zhǔn)也是ieee 802.11的一個(gè)補(bǔ)充，擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，采用正交頻分技術(shù)與qpsk調(diào)制方式，可提供25mbps的無(wú)線atm接口和10mbps的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，支持多種業(yè)務(wù)如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像等。ieee 802.11a標(biāo)準(zhǔn)是ieee 802.11b的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)初衷是取代80

31、2.11b標(biāo)準(zhǔn)。然而工作于2.4ghz頻帶并不需要執(zhí)照的，該頻段屬于工業(yè)、教育、醫(yī)療等專(zhuān)用公開(kāi)頻段，但是工作于5.15-8.825ghz頻帶是需要執(zhí)照的，因此一些公司仍沒(méi)有表示對(duì)802.11a標(biāo)準(zhǔn)的支持，而是更加看好最新的混合標(biāo)準(zhǔn)802.11g。d.ieee802.11g該標(biāo)準(zhǔn)具有ieee 802.11a的傳輸速率，高于ieee 802.11b的安全性。采用了兩種調(diào)制方式，包括802.11a中采用的ofdm與ieee802.11b中采用cck，做到與802.11a和802.11b兼容。雖然802.11a較適用于企業(yè)，但wlan運(yùn)營(yíng)商為了兼顧現(xiàn)有802.11b設(shè)備投資，目前802.11g的產(chǎn)品已

32、廣泛投入使用。e.ieee802.11iieee802.11i標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了ieee802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證，對(duì)wlan mac層進(jìn)行了修改與整合，定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制，以改善wlan的安全性。ieee802.11i新修訂標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：“wi-fi保護(hù)訪問(wèn)”（wpa）技術(shù)和“強(qiáng)健安全網(wǎng)絡(luò)”（rsn）。wi-fi聯(lián)盟計(jì)劃采用802.11i標(biāo)準(zhǔn)作為wpa的第二個(gè)版本，并已于2004年初開(kāi)始實(shí)行。數(shù)據(jù)的安全是wlan設(shè)備制造商和wlan網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該首先考慮的頭等工作，所以ieee802.11i標(biāo)準(zhǔn)在wlan網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中是相當(dāng)重要的。f.ieee802.11e/f/hi

33、eee802.11e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)wlan mac層協(xié)議提出改進(jìn)，以支持多媒體傳輸，并支持所有wlan無(wú)線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證（qos）機(jī)制。ieee802.11h用于802.11f定義了訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)之間的通訊，支持ieee802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（iapp），還用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。在ieee802.11系列標(biāo)準(zhǔn)中，通常把相對(duì)復(fù)雜的物理層又進(jìn)一步劃分為物理層會(huì)聚過(guò)程子層（plcp）、物理媒體依賴子層(pmd)和物理層管理子層(plme)。plcp子層將mac幀映射到媒體上，主要進(jìn)行載波偵聽(tīng)的分析和針對(duì)不同的物理層形成相應(yīng)格式的分組。pmd子層用于識(shí)別相關(guān)媒體傳輸?shù)男盘?hào)所使用的調(diào)制和編

34、碼技術(shù)。完成這些幀的發(fā)送。物理層管理子層進(jìn)行信道選擇和協(xié)調(diào)。mac層也分為mac子層和mac管理子層。mac子層負(fù)責(zé)訪問(wèn)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)和分組的拆分與重組。mac管理子層負(fù)責(zé)ess散步管理、電源（節(jié)能）管理，以及鏈接過(guò)程中的鏈接、解除鏈接和重新鏈接等過(guò)程的管理。此外ieee802.11還定義了一個(gè)管理子層，其主要把任務(wù)是協(xié)調(diào)物理層和mac層之間的交互作用。ieee802委員會(huì)給出的局域網(wǎng)的協(xié)議體系如圖1-5所示，它由一系列的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議構(gòu)成.llcmac站管理ma管理phy管理802.11fhss802.11a802.11ir802.11g802.11dsss802.11bdllplcppmd圖1-51

35、.6 無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用方式也很多?？傮w上分，無(wú)線局域網(wǎng)主要有室外應(yīng)用和室內(nèi)應(yīng)用。室內(nèi)應(yīng)用主要有家庭或小型辦公室應(yīng)用（soho）和大型辦公室、企事業(yè)單位、工業(yè)或商業(yè)等。室外應(yīng)用主要有園區(qū)網(wǎng)（如校園網(wǎng)、醫(yī)院網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)等）和較遠(yuǎn)距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接（用無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線路由器等設(shè)備）以及更遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)中繼。某些部門(mén)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)會(huì)有室外的應(yīng)用。公共無(wú)線局域網(wǎng)接入是近兩年來(lái)發(fā)展的新的應(yīng)用模式，它借助于現(xiàn)有的廣域網(wǎng)絡(luò)，如中國(guó)電信公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、公共移動(dòng)網(wǎng)（gsm、gprs、cdma2000-1x等），構(gòu)成廣大區(qū)域的無(wú)線isp(wisp)。當(dāng)前的構(gòu)造方式主要是在熱點(diǎn)場(chǎng)所部署無(wú)線局

36、域網(wǎng)。另外一類(lèi)適合無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用的場(chǎng)合是需要臨時(shí)組網(wǎng)和難以布線的地方，如災(zāi)難恢復(fù)、短時(shí)間的商用系統(tǒng)和大型會(huì)議等，以及軍事、公安等專(zhuān)用網(wǎng)。組成一個(gè)臨時(shí)的wlan，最典型的應(yīng)用是ad hoc網(wǎng)（完全可移動(dòng)方式）。通常是一群具有便攜式終點(diǎn)的用戶為會(huì)議或其他目的的聚集到一起，需要在無(wú)法預(yù)料的距離間構(gòu)筑一個(gè)臨時(shí)性的wlan。從支持移動(dòng)性的角度來(lái)看，目前的無(wú)線局域網(wǎng)還只能用于不移動(dòng)或慢速移動(dòng)的用戶或業(yè)務(wù)，可能會(huì)在不久的將來(lái)開(kāi)發(fā)出適合高速移動(dòng)的無(wú)線局域網(wǎng)。wlan有三種應(yīng)用方式，即wlan接入網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)無(wú)線互聯(lián)和定位。前兩類(lèi)應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，而wlan定位應(yīng)用是近幾年才發(fā)展起來(lái)的，是與無(wú)線廣域網(wǎng)的定位類(lèi)似的一

37、種應(yīng)用方式。wlan定位不僅可以單獨(dú)應(yīng)用，而且可以將其與其他應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步促進(jìn)wlan的應(yīng)用。第二章 ieee802.11物理層和mac層規(guī)范2.1 ieee802.11物理層結(jié)構(gòu)2.1.1 ieee802.11 物理層概念ieee802.11物理層簡(jiǎn)介：無(wú)線局域網(wǎng)物理層是空中接口的重要組成部分，它為wlan系統(tǒng)提供無(wú)線通信鏈路。無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)的物理層內(nèi)容主要解決適應(yīng)wlan信道特性的高效而可靠地?cái)?shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，并向上層提供必要的支持與響應(yīng)。wlan物理層是一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，wlan信道為無(wú)線信道，而無(wú)線信道的主要特征就是誤碼率較高（可靠性低）和帶寬受限（傳輸容量受限）。為了保證通信的完整

38、性與傳輸?shù)目煽啃裕岣邿o(wú)線鏈路的質(zhì)量，必須提供一定的措施或技術(shù)來(lái)檢測(cè)和糾正在無(wú)線傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。這些手段可以分為兩類(lèi)：1.作為傳輸鏈路一部分的機(jī)制，主要是克服多徑等現(xiàn)象用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，包括差錯(cuò)控制編碼在內(nèi)的編碼技術(shù)、均衡與交織技術(shù)和無(wú)線系統(tǒng)等。2.用在物理層上的算法和機(jī)制，如擴(kuò)展與瑞克接收技術(shù)、多載波技術(shù)、分集技術(shù)、功率控制技術(shù)和智能無(wú)線技術(shù)等。在無(wú)線局域網(wǎng)物理層上，通過(guò)高效的編碼、交織、調(diào)制技術(shù)和有效的無(wú)線技術(shù)等來(lái)降低誤碼率，提高信道容量，這是提供wlan qos保證的最低層和最基本的技術(shù)。但由于無(wú)線頻譜受限，它能達(dá)到的效果也是有限的。無(wú)線局域網(wǎng)物理層的性能主要由傳輸容量（以傳輸

39、速率標(biāo)稱(chēng)）、傳輸質(zhì)量（以誤碼性能和可用度指標(biāo)體現(xiàn)）、信道利用率或頻帶利用率（單位頻帶的信息傳輸速率）和覆蓋范圍等技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量。2.1.2 ieee802.11物理層層次結(jié)構(gòu)從縱向的層次結(jié)構(gòu)來(lái)看，wlan物理層包括三個(gè)功能實(shí)體，如圖2-1所示：mac 層管理phy 層管理mac層 phy sapplcp子層 pmd sappmd子層物理層圖2-1。1.物理層管理實(shí)體plmeplme與mac層管理相連，執(zhí)行本地物理層的管理功能。2. 物理層會(huì)聚過(guò)程plcp子層plcp子層是mac層與pmd子層或物理層介質(zhì)的中間橋梁，他與mac層通過(guò)物理層訪問(wèn)點(diǎn)（phy sap）利用原語(yǔ)進(jìn)行通信。plcp子層規(guī)定

40、了如何將mac層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（mpdu）映射為合適的幀格式用于收發(fā)用戶數(shù)據(jù)和管理信息。mac層發(fā)出指示后，plcp就開(kāi)始準(zhǔn)備需要傳輸?shù)膍pdu（媒體協(xié)議數(shù)據(jù)單元），并為mpdu附件包含物理層發(fā)送器和接收器所需信息的字段。在ieee802.11x標(biāo)準(zhǔn)中，將這種附加有plcp字段的mpdu稱(chēng)為plcp協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ppdu）。ppdu的幀結(jié)構(gòu)提供了站點(diǎn)之間的異步傳輸，因此，接收站點(diǎn)的物理層必須對(duì)每個(gè)單獨(dú)的即將到來(lái)的幀同步。plcp子層與pmd子層通過(guò)pmd子層訪問(wèn)點(diǎn)（pmd sap）利用原語(yǔ)進(jìn)行通信，控制發(fā)送和接受功能。3.物理介質(zhì)依賴pmd子層pmd子層在plcp子層之下，直接面向無(wú)線介質(zhì)，定義

41、了兩點(diǎn)和多點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線媒介收發(fā)數(shù)據(jù)的特性和方法，為幀傳輸提供調(diào)制和解調(diào)。ieee802.11x標(biāo)準(zhǔn)定義了dsss pmd/fhss pmd/ir pmd)等三種pmd。其中，dsss pmd又有三種高速擴(kuò)展，分別對(duì)應(yīng)ieee802.11a/b/g三個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。wlan物理層主要實(shí)現(xiàn)三種功能或操作（三種狀態(tài)機(jī)），即發(fā)送、接受和狀態(tài)監(jiān)測(cè)（向上層提供狀態(tài)指示信息）。狀態(tài)指示信息在ieee802.11x標(biāo)準(zhǔn)中指的是信道空閑估計(jì)cca，它可以是載波檢測(cè)（cs）、能量超過(guò)門(mén)限和能量超過(guò)門(mén)限與載波檢測(cè)中的任意一種。這三種功能都是pmd子層在plcp子層的控制下完成的。2.1.3 ieee802.11

42、物理層分類(lèi)wlan物理層傳輸方式涉及無(wú)線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體、選擇的頻段和調(diào)制方式等內(nèi)容。而這些內(nèi)容決定了wlan物理層的分類(lèi)。wlan物理層分類(lèi)情況如圖2-2所示： wlan物理層無(wú)線電波微波射頻（rf）窄帶寬帶非擴(kuò)頻擴(kuò)頻直擴(kuò)（ds）跳頻（fh）正交頻分復(fù)用（ofdm）光波紅外線（ir）可見(jiàn)光圖2-2目前，無(wú)線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種，即無(wú)線電波與紅外線。對(duì)于采用無(wú)線電波作為傳輸媒體的無(wú)線局域網(wǎng)依調(diào)制方式不同，又可分為擴(kuò)展頻譜方式與窄帶調(diào)制方式。2.1.4 ieee802.11物理層協(xié)議無(wú)線局域網(wǎng)的phy層分為兩類(lèi)：一類(lèi)是ieee802.11的基本型wlan物理層協(xié)議；另一類(lèi)是高速擴(kuò)展

43、協(xié)議，主要有802.11a/b/g。對(duì)于基本型的物理層協(xié)議，有三種傳輸方式，即跳頻擴(kuò)展頻譜（fhss）方式、直接序列擴(kuò)展頻譜（dsss）方式和紅外線方式。物理層的選擇取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。跳頻擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻是通信技術(shù)中兩種常用的擴(kuò)展頻譜技術(shù)，用以提高無(wú)線信道的利用率和數(shù)據(jù)通信的安全性。目前大多數(shù)基于ieee802.11b的無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品的物理層介質(zhì)工作在2.4000-2.4835ghz的無(wú)線射頻頻段（ism頻段），采用直接序列擴(kuò)展頻譜技術(shù)以提高高達(dá)11mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。其中，dsss系統(tǒng)包括以下三個(gè)協(xié)議子層：1.dsss plcp子層dsss plcp子層提供了一個(gè)mpdu與ppdu

44、轉(zhuǎn)換的會(huì)聚過(guò)程。2.dsss pmd子層pmd子層的功能是定義了兩個(gè)或者更多的站點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線媒體發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和具體實(shí)現(xiàn)方法。3.dsss plme子層plme的功能是協(xié)同mac管理單元完成本地phy功能的管理。2.1.5 ieee802.11物理層關(guān)鍵技術(shù)隨著無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛，用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高。但是在室內(nèi)等較為復(fù)雜的電磁環(huán)境中，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道中困難。ieee802.11無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)是一種能支持較高數(shù)據(jù)傳輸速率（1-54mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。其

45、物理層關(guān)鍵技術(shù)大致有三種：dsss或cck技術(shù)、pbcc和ofdm。目前擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)正成為主流，而ofdm技術(shù)由于其優(yōu)越的傳輸性能也逐漸成為人們關(guān)注的新焦點(diǎn)。1.dsss調(diào)制技術(shù)ieee802.11x中基于dsss的調(diào)制技術(shù)有三種：最初ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)制定在1mbps數(shù)據(jù)速率下采用dbpsk；如提供2mbps的數(shù)據(jù)速率，要采用dqpsk，這種方法每次處理兩個(gè)比特碼元，成為雙比特；第三種是基于cck的qpsk，是11b標(biāo)準(zhǔn)采用的基本數(shù)據(jù)調(diào)制方式。ieee802.11b使用了cck調(diào)制技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)11mbps。但是如果要求傳輸速率超過(guò)11mbps，cck為了對(duì)抗多徑干擾

46、需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。為了推動(dòng)無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展，802.11工作組又引進(jìn)新的調(diào)制技術(shù)。2.pbcc調(diào)制技術(shù)pbcc調(diào)制技術(shù)是有ti公司提出的，已作為802.11g的可選項(xiàng)被采用。pbcc也是單載波調(diào)制，但它與cck不同，它使用了更多復(fù)雜的信號(hào)星座圖。pbcc采用8psk，而cck使用bpsk/qpsk；另外pbcc使用了卷積碼，而cck使用區(qū)塊碼。因此它們的解調(diào)過(guò)程十分不同。pbcc可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為11、22和33mbps。3.ofdm技術(shù)關(guān)于ofdm系統(tǒng)較完善的概念是weinstein和ebert在1971年提出的。如圖2-3所示，其核心思想是利用

47、ifft將數(shù)據(jù)流調(diào)制在多個(gè)子載波上，對(duì)信道的頻率響應(yīng)進(jìn)行分割，使之變成并行、獨(dú)立近似無(wú)記憶的多個(gè)子信道。與單載波系統(tǒng)相比，ofdm系統(tǒng)最重要的優(yōu)越性是能夠很好地克服頻率選擇性信道衰落，另外出于各子信道之間的頻譜相互交疊，ofdm系統(tǒng)有著較高的頻譜效率，因此ofdm傳輸技術(shù)非常適用于寬帶高速無(wú)線移動(dòng)通信。fft的引入，大大降低了ofdm的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。2.2 ieee802.11 mac層結(jié)構(gòu)2.2.1 ieee802.11 mac層概念多址接入技術(shù)是解決在網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)用戶如何高效共享一個(gè)物理鏈路的技術(shù)，它涉及多址信道的分割、接入方式、分配策略和控制機(jī)制等多方面內(nèi)容，是無(wú)線通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。多址

48、接入技術(shù)的一個(gè)核心問(wèn)題是：對(duì)于一個(gè)共享信道，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，如何采用有效的協(xié)調(diào)機(jī)制或服務(wù)準(zhǔn)則來(lái)分配信道的使用權(quán)。這就是媒體（信道）訪問(wèn)控制mac技術(shù)，mac協(xié)議就是定義以一定的順序和有效的方法分配節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)媒體的規(guī)則，是mac技術(shù)的基本內(nèi)容。嚴(yán)格來(lái)講多址接入與mac不完全相同，但在計(jì)算機(jī)通信中，一般用mac協(xié)議來(lái)描述和實(shí)施各用戶的多址接入?yún)f(xié)議的排隊(duì)論模型。網(wǎng)絡(luò)的性能（吞吐量、時(shí)延等）主要取決于mac子層的接入?yún)f(xié)議，而且系統(tǒng)的頻譜利用率、系統(tǒng)容量、小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)備的復(fù)雜度和成本等也受mac協(xié)議的影響。所以，選擇適當(dāng)?shù)膍ac子層規(guī)范，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特征有效地配置信道資源、提高無(wú)線資源的使用率，提高

49、系統(tǒng)的容量和傳輸質(zhì)量，是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究的重要課題。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信業(yè)務(wù)要求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類(lèi)型越來(lái)越趨向多樣化，比如短數(shù)據(jù)、報(bào)文、語(yǔ)音業(yè)務(wù)和流媒體業(yè)務(wù)等等。為提供相應(yīng)的qos保證，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，這就對(duì)mac層的接入機(jī)制提出了更高的要求，各種接入方式正處于不斷的改進(jìn)和融合之中。評(píng)價(jià)mac協(xié)議的性能指標(biāo)或設(shè)計(jì)mac協(xié)議需要考慮的技術(shù)要求主要有吞吐率、延遲、公平性和穩(wěn)定性等。理想的mac協(xié)議應(yīng)該具有盡可能小的時(shí)延，盡可能高的吞吐率，公平性和穩(wěn)定性高，可伸縮性以及支持多媒體（qos）業(yè)務(wù)等其特性。2.2.2 ieee802.11 mac協(xié)議mac協(xié)議的選擇與設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、

50、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、業(yè)務(wù)的類(lèi)型與要求以及物理層的限制等多方面的因素。wlan是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而且是一種以突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主（同時(shí)也可以支持多媒體業(yè)務(wù)）的分組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，帶寬有限，信道環(huán)境惡劣，還要支持有中心結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，同時(shí)還要求具有節(jié)能、公平、安全等多方面的功能。隨機(jī)接入mac協(xié)議適合于強(qiáng)突發(fā)性業(yè)務(wù)。aloha是一種簡(jiǎn)單的隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，當(dāng)業(yè)務(wù)量較重時(shí)，容易發(fā)生業(yè)務(wù)流碰撞。而載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)csma技術(shù)使整個(gè)信道帶寬為所有用戶共享，只有當(dāng)信道空閑時(shí)，才允許用戶發(fā)送信息，這種方式降低了碰撞發(fā)生的概率。而csma/ca將時(shí)間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來(lái)，保證某一時(shí)刻只有一個(gè)終端發(fā)送，實(shí)現(xiàn)

51、了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集中控制。但必須看到，時(shí)延、隱藏終端和暴露終端是wlan固有的問(wèn)題，目前主要的解決方法是采用rts/cts短信息握手機(jī)制。像maca、macaw、fama等主流的mac子協(xié)議都使用了rts/cts短分組。目前，主流的wlan系統(tǒng)是ieee802.11x系統(tǒng)和hiperlan2系統(tǒng)，藍(lán)牙系統(tǒng)、homerf系統(tǒng)也都有不少應(yīng)用。這些wlan系統(tǒng)的mac協(xié)議，大都是以隨機(jī)接入為主的混合mac協(xié)議，下面主要分析其協(xié)議原理。在ieee802.11x無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，mac層功能較復(fù)雜，它主要包括mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口、mac控制狀態(tài)機(jī)、mac管理業(yè)務(wù)接口、mac管理業(yè)務(wù)機(jī)和分布式業(yè)務(wù)接口等功能模塊，如圖

52、2-4所示。此外，mac層的mib也包含在mac的管理功能中，它主要用來(lái)存放mac的管理信息。分布式系統(tǒng)分布式業(yè)務(wù)mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)mac管理業(yè)務(wù)mac控制狀態(tài)機(jī)mac管理狀態(tài)機(jī)macmibllc子層管理子層phy數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)phy管理站管理mac業(yè)務(wù)接口圖2-4由圖2-4可知，mac業(yè)務(wù)接口從高層或從主機(jī)管理實(shí)體接受業(yè)務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)具體的請(qǐng)求業(yè)務(wù)分配到mac的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或mac管理業(yè)務(wù)，mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和mac管理業(yè)務(wù)解釋接受到的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，通過(guò)相應(yīng)的信息告知狀態(tài)機(jī)（控制狀態(tài)機(jī)和管理狀態(tài)機(jī)），狀態(tài)機(jī)激發(fā)物理層進(jìn)行有關(guān)的業(yè)務(wù)活動(dòng)；或者是一個(gè)相反的過(guò)程。ap提供了mac和分布系統(tǒng)的接口，主要提供分布式業(yè)務(wù)。分布

53、式業(yè)務(wù)從分布式系統(tǒng)接收業(yè)務(wù)請(qǐng)求，并將有關(guān)的請(qǐng)求傳到mac控制狀態(tài)機(jī)。與之相反，分布式業(yè)務(wù)也從mac控制接受指示并將其傳到分布式系統(tǒng)。mac控制狀態(tài)機(jī)提供分布式協(xié)調(diào)功能dcf和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能，提供異步的、無(wú)連接的接入控制，從而有效地利用無(wú)線媒體進(jìn)行通信。mac管理狀態(tài)機(jī)主要提供：mac、mib的存取，聯(lián)絡(luò)，認(rèn)證與加密，電源與節(jié)能管理以及時(shí)間同步等業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)用來(lái)為主機(jī)的管理服務(wù)。ieee802.11無(wú)線局域網(wǎng)的所有工作站和訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)都提供媒體訪問(wèn)控制服務(wù)，mac服務(wù)是指同llc在mac服務(wù)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行交換mac服務(wù)數(shù)據(jù)單元的能力，包括利用共享無(wú)線電波或紅外線介質(zhì)進(jìn)行mac服務(wù)數(shù)源站媒體空閑發(fā)送第

54、一幀sifspifsdifssifs時(shí)間目的站其他站ack時(shí)間nav(傳媒忙)sifspifsdifs發(fā)送下一幀時(shí)間有幀要求發(fā)送延遲接入等待重試時(shí)間有幀要求發(fā)送據(jù)單元的發(fā)送。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是利用這樣一個(gè)協(xié)議在不同的機(jī)器間傳遞mac層數(shù)據(jù)包并且盡可能地減少?zèng)_突和維持網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。ieee802.11 mac層具有以下主要功能：無(wú)線媒體訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)連接登錄、為不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量以及提供數(shù)據(jù)驗(yàn)證和保密。ieee802.11x的無(wú)線媒體接入?yún)f(xié)議稱(chēng)為“基于分布方式的無(wú)線媒體訪問(wèn)控制協(xié)議-dfwmac”。dfwmac的基礎(chǔ)是csma/ca。它有兩種方式，即分布式協(xié)調(diào)功能dcf和點(diǎn)協(xié)調(diào)功能pcf，如圖2

55、-5所示。dcf是ieee802.11最基本的媒體訪問(wèn)方法，其核心是csma/ca。它包括載波檢測(cè)cs機(jī)制，幀間間隔ifs和隨機(jī)退避規(guī)程。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用csma機(jī)制的分布接入算法，讓各個(gè)站通過(guò)爭(zhēng)用信道來(lái)獲取發(fā)送權(quán)，由圖可知，dcf向上提供爭(zhēng)用服務(wù)。而pcf是可選的媒體訪問(wèn)方法，它使用集中控制的接入算法（一般在接入點(diǎn)ap實(shí)現(xiàn)集中控制），用類(lèi)似于輪詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)站，從而避免了碰撞的產(chǎn)生。對(duì)于時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)，如分組語(yǔ)音，就應(yīng)該使用提供無(wú)爭(zhēng)用服務(wù)的點(diǎn)協(xié)調(diào)功能pcf。在下面論文中將分別介紹兩種協(xié)調(diào)功能。dcf協(xié)議原理及性能分析dcf有兩種工作方式，一種是基本工作方式，即csma/ca方

56、式；另一種是rts/cts機(jī)制。dcf中的csma/ca的工作原理可用圖2-6說(shuō)明，其實(shí)質(zhì)是兩次握手的ca機(jī)制。1.csma/ca方式：（1）載波檢測(cè)cs機(jī)制：圖2-6基本的csma/ca機(jī)制較為簡(jiǎn)單。其過(guò)程是這樣的：當(dāng)檢測(cè)到信道空閑期間大于某一ifs后立即開(kāi)始發(fā)送幀；否則，延遲接入直到檢測(cè)到需要的ifs，然后選擇退避時(shí)間進(jìn)入退避。退避結(jié)束后重新開(kāi)始上述過(guò)程。csma/ca的基礎(chǔ)是載波偵聽(tīng)。ieee802.11x根據(jù)wlan的媒體特點(diǎn)提出了兩種載波檢測(cè)方法：一種是物理層的直接載波檢測(cè)cs，另一種是mac層的虛擬vcs。物理層和虛擬載波監(jiān)聽(tīng)機(jī)制可以讓mac層監(jiān)聽(tīng)介質(zhì)處于繁忙還是空閑狀態(tài)，見(jiàn)2-7圖。物理層控制機(jī)制提供的物理信道評(píng)估結(jié)果發(fā)送到mac層，作為確定信道狀態(tài)信號(hào)的一個(gè)因素。網(wǎng)絡(luò)分配矢量=0？發(fā)送幀介質(zhì)忙？碰撞？監(jiān)聽(tīng)介質(zhì)（進(jìn)行物理信道評(píng)價(jià)）開(kāi)始（有幀需要發(fā)送）yesno隨機(jī)退避時(shí)間yesyesnono圖2-7 mac層控制機(jī)制利用幀中持續(xù)