【正文】 .................................................................... 24 WLAN 模型分析 ........................................................................................ 31 WLAN 漫游的建模與仿真 ........................................................................ 32 第 6 章 總結(jié) .............................................................................................................. 36 第 7 章 參考文獻 ...................................................................................................... 37 第 8 章 致謝 .............................................................................................................. 38 第一章 緒論 1 第 1章 緒論 研究背景與研究意義 Wlan(wireless local area work)，中文名稱是無線局域網(wǎng)絡(luò)，是一種利用無線信道在空中傳遞信息的技術(shù)。其技術(shù)源頭可以追溯到上世紀中期，美國軍方利用無線信號來傳輸資料的技術(shù)。無線局域網(wǎng)的正式誕生應(yīng)該是夏威夷大學研究建立的無線電通信網(wǎng)絡(luò) ALOHANET，這一網(wǎng)絡(luò)包含了 7 臺終端計算機。[1][2][3] 如今，隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展， WLAN 作為一種便捷的數(shù)據(jù)傳輸方式，在許多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它采用無線射頻信號，解決了有線局域網(wǎng)中在使用的過程中受到的雙絞線的約束，讓用戶可以自由移動，輕松方便的享受網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)。另一方面，無線局域網(wǎng)的無需布線，成本低，部署簡單。由于這些優(yōu)越性， WLAN 受到了各方面的廣泛研究。 [3] WLAN 通過無線連接的方式，給人們的生活提供了極大的便捷。但是由于無線射頻信號隨著距離增加而會發(fā)送迅速衰減的特性，每一個 WLAN 的信號接入點，即 AP（ Acess Point，將在第 2 章中詳細介紹）都有一定的覆蓋范圍，一但我們的 無線上網(wǎng)設(shè)備離開了這一范圍，就會導致連接斷開。如果有足夠多的 AP 覆蓋了相鄰近的區(qū)域，并且采用了 WLAN 漫游技術(shù)，便可以在離開一個AP 的覆蓋范圍時，自動進入另一個 AP 的覆蓋范圍，以保證當前的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不會中斷。但是，當在不同的 AP 之間漫游時，需要有一系列的步驟，這會對當前 WLAN 網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、延時等產(chǎn)生影響。 研究內(nèi)容 與本文結(jié)構(gòu) 本文主要針對多種類型和技術(shù)的 WLAN 的漫游技術(shù)進行深入的研究，并且采用 OPNET 仿真軟件，對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)性能以及發(fā)生漫游行為時的性能變化進行仿真與研究。第二章 WLAN 標準與 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 第 2章 WLAN標準與 WLAN網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) IEEE 與 1990 年開始著手制定 WLAN 的技術(shù)標準，最終制定的 標準得到了廣泛運用。之后，一些系列 協(xié)議被制定，這些協(xié)議的修訂目的有的是為了提高無線局域網(wǎng)的傳輸速率，有的是為了提高無線局域網(wǎng)的安全性能。 [3][4] 系列協(xié)議 系列協(xié)議，定義了物理層和媒體訪問控制（ MAC）規(guī)范，具有更好的開放性，物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制方式，定義了兩種RF 傳輸方式和一種紅外線傳輸方式。 的介質(zhì)訪問控制（ Media Access Control）采用 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)協(xié)議，其傳輸方式類似于 的以太網(wǎng)協(xié)議 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)，但是在物理層做了一定的修改，這 是因為無線局域網(wǎng)了所處的信號環(huán)境較差，噪聲較多，因此需要修改，以順利傳輸數(shù)據(jù)。 IEEE 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線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)訪問，速率最高只能達到 2Mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需求，所以 IEEE 標準被新的 IEEE 系列標準取代了 。 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) WLAN 網(wǎng)絡(luò)最通用的邏輯功能模型，由用戶端（ STA）、無線接入點（ AP）、無線接入器（ AC）、 Portal服務(wù)器組成。 STA（如筆記本電腦、手機等設(shè)備）通過控制 接口接入 AP， AP 通過 的協(xié)議與 AC 通信。 AC 是 WLAN 接入網(wǎng)與 IP 城域網(wǎng)直接的網(wǎng)關(guān)。 Portal服務(wù)器是用于門戶網(wǎng)站推送的實體，并在特定情況下輔助完成認證等功能。 [3][4] 第二章 WLAN 標準與 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 STA 站點， STA 在 WLAN 網(wǎng)絡(luò)中通常作為用戶終端，它具有無線網(wǎng)絡(luò)接口的終端設(shè)備，可以是固定的，也可以是移動的。 無線接入點（ AP： Access Point）： AP 設(shè)備處于 WLAN 網(wǎng)絡(luò)的末端，是WLAN 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的小型無線基站設(shè)備，通過 系列協(xié)議與用戶終端的進行無線接入。 無線接入控制器（ AC： Access Controler）：在無線局域網(wǎng)和外部網(wǎng)之間充當網(wǎng)關(guān)功能。 AC 將來自不同的 AP 的數(shù)據(jù)進行匯聚，隨后與 Inter 相連。 AC支持用戶安全控制、業(yè)務(wù)控制、計費信息采集以及對網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。 標準中， WLAN 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為 BSS 和 ESS。 BSS： WLAN 的一個基本構(gòu)件稱為 BSS（基本服務(wù)集）， BSS 是有一系列可以互相通信的 STA 組成的 。 一個 無線局域網(wǎng)至少包含一個基本服務(wù)子集 。 BSS 又可以分為獨立基本服務(wù)子集和架構(gòu)基本服務(wù)子集。 如果基本服務(wù)子集之間的所 有 STA 可以直接互相通信而不與有線網(wǎng)絡(luò)連接，我們稱它為獨立基本服務(wù)子集（ Independent BSS） IBSS 的典型代表是自組織網(wǎng)絡(luò) (Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) )，它構(gòu)成簡單、規(guī)模小，而且源于目的節(jié)點之間只有一跳。 第二章 WLAN 標準與 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4 如果 BSS 包含一個接入點，則稱為“架構(gòu) BSS”，意味著他可以作為更大網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分。在一個架構(gòu) BSS 中，所有移動站與 AP 進行通信， AP既可以作為無線子網(wǎng)通向有線網(wǎng)絡(luò)的入口設(shè)備，又可以作為本地無線子網(wǎng)路由器交換設(shè)備。 擴展服務(wù) 子集 （ Extended Service Set ESS）一個 ESS 由多個架構(gòu) BSS 組成，而每個架構(gòu) BSS 都含有一個 AP，這些 AP 就成為從一個 BSS 通向另一個 BSS的橋梁。同時 AP 也可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給無線局域網(wǎng)的主干分布網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 BSS 由一個無線接入點 AP 以及其他管理的無線工作站構(gòu)成。 AP 提供一個覆蓋區(qū)域，使得 BSS 中的站點保持充分的連接，在任何時候，任何無線工作站都與該 AP 關(guān)聯(lián)。一個站點可以在 BSS 內(nèi)自由移動，然而由于無線電波在傳播過程中會不斷衰減， WLAN 的覆蓋范圍有限，如果它離開了 BSS 區(qū)域，就不能夠直接與其他站點建立連接了。 擴展服務(wù)器（ ESS）是指由多個 AP 以及連 接它們的分布式系統(tǒng)組成的結(jié)第二章 WLAN 標準與 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 5 構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，對于高層協(xié)議（比如 IP）來說，一個 ESS 就是一個 IP 子網(wǎng)、一般情況下，再 IP 網(wǎng)絡(luò)中，當接入某一子網(wǎng)的個人電腦移動到其他子網(wǎng)覆蓋的區(qū)域時，如果不及時轉(zhuǎn)換為包含新網(wǎng)址在內(nèi)的 IP 地址的話，那么 IP 數(shù)據(jù)包就無法到達個人電腦。如果一邊使用 WLAN 接入服務(wù)，一邊移動接入位置，那么一旦個人電腦超越子網(wǎng)的覆蓋范圍，就會無法繼續(xù)進行通信。 第三章 WLAN 漫游分析 6 第 3章 WLAN漫游分析 在 WLAN 環(huán)境中，存在著兩種不同層次的 漫游行為：鏈路層漫游和網(wǎng)絡(luò)層漫游 。 鏈路層 漫游 是指移動站點在同一 IP 子網(wǎng)內(nèi) 漫游 ，這種 漫游 稱為散步、切換，由于這種移動行為僅涉及到移動站點和 AP，所以可以通過在 AP 協(xié)議棧中引入 IAPP（ inter access point protocol）協(xié)議來支持 。 網(wǎng)絡(luò)層移動是指移動節(jié)點在不同 IP 子網(wǎng)間的移動，也稱為網(wǎng)絡(luò)層漫游。 [4] 第三章 WLAN 漫游分析 7 鏈路層漫游 鏈路層漫游可以分為如下幾個階段： 切換觸發(fā)階段 掃描階段 安全認證階段 重關(guān)聯(lián)階段 切換觸發(fā)階段 切換觸發(fā)階段是指 STA 根據(jù)自己當前的鏈路情況，如信號強度、信噪比、丟失 beacon 幀數(shù)等來判斷當前鏈路的質(zhì)量。目前市面上的 WLAN 移動終端設(shè)備一般都是根據(jù)丟失 beacon 幀數(shù)來發(fā)起切換的。其機制的實現(xiàn)過程是：預(yù)設(shè)一個丟失 beacon 幀數(shù)的門限值，當移動終端當前鏈路丟失的 beacon 數(shù)目超過該數(shù)值之后，觸發(fā)即被切換。在 協(xié)議中，切換觸發(fā)階段的延時不在切換時第三章 WLAN 漫游分析 8 延的考慮范圍之內(nèi)，但是切換觸發(fā)機制的選擇必然會影響到整個切換的最終效果。 但是 ，相比于對信號強度、信噪比等信息的檢測， 該技術(shù)的切換延時比較大，因為每個 AP 廣播 beacon 消息的間隔周期是 100ms，而根據(jù)實際經(jīng)驗設(shè)定的 beacon 幀門限值一般為 8，也就是切換觸發(fā)的延時將達到 800ms。 掃描 當切換被觸發(fā)后， STA 需要掃描所有信道以獲得可用的 AP 信息，并根據(jù)某種策略選擇性能最佳的 AP 作為其切換的目標 AP?；? 協(xié)議的 WLAN中，掃描有以下兩種方式： （ 1）主動掃描： STA 廣播一個探尋幀，位于這個 STA 無線信號覆蓋范圍內(nèi)的任何一個 AP 都會用一個探尋響應(yīng)幀來響應(yīng) STA。主動掃描允許 STA 在沒有接收到 AP 發(fā)出的信標幀的情況下，連接到位于其覆蓋范圍內(nèi)的 AP； （ 2）被動掃描： AP 定期廣播一個被稱為信標的信號，無線信號覆蓋范圍內(nèi)的任何一個 STA可以通過這個信號來發(fā)現(xiàn)訪問點，并確定它的信號強度。 STA可能會接收到來自多個 AP 的信號， AP 的信標包含了該 AP 的相關(guān)信息，如服務(wù)集標識符（ SSID）、數(shù)據(jù)傳輸速率等。 被動掃描是基于 IEEE 協(xié)議的 WLAN 默認的掃描方式。 但是被動掃描的切換速度要慢于主動掃描。 3