【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接入、數(shù)據(jù)交換方式來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的。各移動(dòng)站不僅可以通過(guò)交換中心自行組網(wǎng)，還可以通過(guò)廣域網(wǎng)與遠(yuǎn)地站點(diǎn)組建自己的工作網(wǎng)絡(luò)。 HUB 接入型：利用無(wú)線 Hub 可以組建星型結(jié)構(gòu)的無(wú)線局域網(wǎng)，具有與有線 Hub組網(wǎng)方式相類似的優(yōu)點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的 WLAN，可采用類似于交換型以太網(wǎng)的工作方式，要求 Hub 具有簡(jiǎn)單的網(wǎng)內(nèi)交換功能。 無(wú)中心結(jié)構(gòu)：要求網(wǎng)中任意兩個(gè) 站點(diǎn)均可直接通信。此結(jié)構(gòu)的無(wú)線局域網(wǎng)一般使用公用廣播信道， MAC 層采用 CSMA 類型的多址接入?yún)f(xié)議。 無(wú)線局域網(wǎng)的四個(gè)主要工作過(guò)程 （ 1）掃頻： STA在加入服務(wù)區(qū)之前要查找哪個(gè)頻道有數(shù)據(jù)信號(hào)，分主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式。主動(dòng)掃頻是指 STA啟動(dòng)或關(guān)聯(lián)成功后掃描所有頻道；在一次掃描中， STA采用一組頻道作為掃描范圍，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)頻道空閑，就廣播帶有 ESSID的探測(cè)信號(hào)； AP根據(jù)該信號(hào)做響應(yīng)。被動(dòng)掃頻是指 AP每 100毫秒向外傳送燈塔信號(hào)，包括用于 STA同步的時(shí)間戳，支持速率以及其他信息， STA接收到燈塔信號(hào)后啟 動(dòng)關(guān)聯(lián)過(guò)程。 （ 2）關(guān)聯(lián)：用于建立無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)和無(wú)線工作站之間的映射關(guān)系，實(shí)際上是把無(wú)線變成有線網(wǎng)的連線。分布式系統(tǒng)將該映射關(guān)系分發(fā)給擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的所有 AP。一個(gè)無(wú)線工作站同時(shí)只能與一個(gè) AP關(guān)聯(lián)。在關(guān)聯(lián)過(guò)程中，無(wú)線工作站與 AP之間要根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱協(xié)商速率，速率變化包括 11Mb/s、 、 2Mb/s和 1Mb/s。 （ 3）重關(guān)聯(lián)：當(dāng)無(wú)線工作站從一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個(gè)基本服務(wù)區(qū)移動(dòng)到另外一個(gè)基本服務(wù)區(qū)時(shí)，與新的 AP關(guān)聯(lián)的整個(gè)過(guò)程。重關(guān)聯(lián)總是由移動(dòng)無(wú)線工作站發(fā)起。 （ 4）漫游：指無(wú)線工作站在一組無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)之間移動(dòng)，并提供對(duì)于用戶透明的無(wú)縫連接，包括基本漫游和擴(kuò)展漫游?；韭问侵笩o(wú)線 STA 的移動(dòng)僅局限在一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)部。擴(kuò)展漫游指無(wú)線 SAT 從一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個(gè) BSS 移動(dòng)到另一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的一個(gè) BSS， 。常見(jiàn)的做法是采用 Mobile IP或動(dòng)態(tài) DHCP。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3 章 無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議主要分為兩大陣營(yíng)： IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn)和歐洲的 HiperLAN。其中 IEEE 協(xié)議、藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)和 HomeRF 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等是無(wú)線局域網(wǎng)所有標(biāo)準(zhǔn)中最主要的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。這些協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)劣，各有自己擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，有的適合于辦公環(huán)境，有的適合于個(gè)人應(yīng)用，有的則更適合家庭用戶。 下面 列出了 六種 主要無(wú)線協(xié)議的頻寬和最大傳輸速率 ： 協(xié)議 頻寬 最大傳輸 速率 54Mbit/s 11Mbit/s ～ 54Mbit/s HomeRF 10Mbit/s HiperLAN2 5GHz 54Mbit/s IrDA ～ 4Mbit/s Bluetooch 720kbit/s～ 1Mbit/s 2Mbit/s～ 155Mbit/s Wi—Fi 11Mbit/s 頻寬和最大傳輸速率比較 無(wú)線局域網(wǎng)中常用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)分析 我們將分別對(duì)以上六種協(xié)議作出介紹并重點(diǎn)分析 IEEE 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 協(xié)議 IEEE IEEE在 1997年 6月頒布的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它是第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一。 IEEE 規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)在 作，這一波段被全球無(wú)線電法規(guī)組織定義為擴(kuò)頻使用波段。標(biāo)準(zhǔn)的 主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和園區(qū)網(wǎng)中用戶與用戶終端的無(wú)線接入，速率最高只能達(dá)到 2Mbit/s。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問(wèn)控制規(guī)范，允許無(wú)線局域網(wǎng)及無(wú)線設(shè)備制造商建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 1． 物理層實(shí)現(xiàn)方式 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)制 。 在物理層中，定義了兩個(gè) RF 傳輸方法和一個(gè)紅外線傳輸方法， RF 傳輸方法采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)來(lái)滿足絕大多數(shù)國(guó)家工作規(guī)范。在該標(biāo)準(zhǔn)中 RF 傳輸標(biāo)準(zhǔn)是跳頻擴(kuò)頻 (FHSS)和直接序列擴(kuò)頻 (DSSS)，工作在 ～ 頻段。直接序列擴(kuò)頻采用 BPSK 和 DQPSK 調(diào)制技術(shù)，支持1Mbps 和 2Mbps 數(shù)據(jù)速率。跳頻擴(kuò)頻采用 2～ 4 電平 GFSK 調(diào)制技術(shù)，支持 1Mbps 數(shù)據(jù)速率，共有 22 組跳頻圖案，包括 79 信道。紅外線傳輸方法工作在 850～ 950nm段，峰值功率為 2W， 支持?jǐn)?shù)據(jù)速率為 1Mbps 和 2Mbps。 2． MAC 結(jié)構(gòu)及服務(wù)內(nèi)容 媒體訪問(wèn)控制（ MAC）作為局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一 ,完全決定局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能（諸如吞吐性能與遲延性能 等等 ） 。而無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）由于其傳輸介質(zhì)以及移動(dòng)性等特點(diǎn)，采用與有線局域網(wǎng)有所區(qū)別的 MAC 協(xié)議。 OSI 將網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議體系區(qū)分為 7 個(gè)層，體系的最底層稱為物理層，網(wǎng)絡(luò)所采用的不同的傳輸介質(zhì)，對(duì)應(yīng)不同的物理層，如雙絞線或同軸線。體系內(nèi)第二層為數(shù)據(jù)鏈路層（ Data link Sublayer） ,數(shù)據(jù)鏈路層的上半部為 LLC(Logical Link Control Sublayer)邏輯鏈路控制子層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)正確的發(fā)送到物理層，在數(shù)據(jù)鏈路層的下半部為 MAC(Media Access Control)子層，負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， MAC 層要完成以下任務(wù)：首先它按規(guī)則從 LLC 層接收數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行媒體訪問(wèn)規(guī)程，查看網(wǎng)絡(luò)是否可以發(fā)送；一旦網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)送，它將給數(shù)據(jù)附加上一些控制信息，把數(shù)據(jù)及控制信息以規(guī)定的格式（一般稱做幀）送往物理層。 當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)， MAC 層要完成以下任務(wù)：首先它從物理層接收到數(shù)據(jù)幀并檢查數(shù)據(jù)幀中的控制信息，從而判斷是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤。如數(shù)據(jù)正確，則去掉控制信息后把其送至LLC 層。 下圖為 MAC 層發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的流程： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 MAC 層發(fā)送數(shù)據(jù)流程 圖 MAC 層接收數(shù)據(jù)流程 一般來(lái)說(shuō) 的 MAC 子層負(fù)責(zé)解決客戶端工作站和訪問(wèn)接入點(diǎn)之間的連接。當(dāng)一個(gè) 客戶端進(jìn)入一個(gè)或者多個(gè)接入點(diǎn)的覆蓋范圍時(shí)，它會(huì)根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱以及包錯(cuò)誤率自動(dòng)選擇 1 個(gè)接入點(diǎn)進(jìn)行連接。一旦被 1 個(gè)接入點(diǎn)接受，客戶端就會(huì)將發(fā)送接收信號(hào)的頻道切換為 接入點(diǎn)的頻段。這種重新協(xié)商通常發(fā)生在無(wú)線工作站移出了它原連接的接入點(diǎn)的服務(wù)范圍，信號(hào)衰減后 。 其他的情況還發(fā)生在建筑物造成的信號(hào)的變化或者僅僅由于原有接入點(diǎn)中的擁塞。 MAC 數(shù)據(jù)服務(wù)可使對(duì)等 LLC 實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)單元的交換。本地 MAC 利用下層的服務(wù)將 1 個(gè) MSDU 傳給 1 個(gè)對(duì)等的 MAC 實(shí)體，然后又傳給對(duì)等的 LLC 實(shí)體。當(dāng)信道特性限制了 長(zhǎng)幀傳輸 的可靠性時(shí)，可通過(guò)增加 MSDU 成功傳輸?shù)目赡苄詠?lái)增加可靠性。 MAC 子層還提供了 CRC 校驗(yàn)和包分片功能。在 協(xié)議中，每一個(gè)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)都被附加 上了校驗(yàn)位以保證它在傳送的時(shí)候沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤。包分片的功能允許大的數(shù)據(jù)報(bào)在傳送的時(shí)候被分成較小的部分分批傳送。這在網(wǎng)絡(luò)十分擁擠或者存在干擾的情況下是一個(gè)非常有用的特性，可以減少數(shù)據(jù)報(bào)被重傳的概率。 MAC 子層負(fù)責(zé)將收到的被分片的大數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行重新組裝，對(duì)于上層協(xié)議這個(gè)分片的過(guò)程是完全透明的。 3． CSMA/CA 協(xié)議 CSMA 作為隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)類 MAC 協(xié)議，算法簡(jiǎn)單而且性能豐富，所以在實(shí)際局域網(wǎng)的使用中得到了廣泛的應(yīng)用。但是在無(wú)線局域網(wǎng)中，由于無(wú)線傳輸媒體固有的特性及移動(dòng)性的影響，無(wú)線局域網(wǎng)的 MAC 在差錯(cuò)控制、解決隱藏終端等方面存在應(yīng)有別于有線局域網(wǎng)。因此 WLAN畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 與有線局域網(wǎng)所采用的 CSMA 具備一定的差異。 WLAN 采用 CSMA/CA（ CSMA/Collision Avoidance）協(xié)議，其與 CSMA/CD 最大的不同點(diǎn)在于其采取避免沖突工作方式。 由于在 RF傳輸網(wǎng)絡(luò)中沖突檢測(cè)比較困難，所以該協(xié)議用避免沖突檢測(cè)代替 使用的沖突檢測(cè)，采用沖突避免機(jī)制盡量減小沖突碰撞發(fā)生的概率，以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐性能與遲延性能。協(xié)議使用信道空閑評(píng)估 (CCA)算法來(lái)決定信道是否空閑，通過(guò)測(cè)試天線能量和決定接收信號(hào)強(qiáng)度 RSSI來(lái)完成。并且使用 RTS、 CTS和 ACK幀減少?zèng)_突。數(shù)據(jù)加密與普通局域網(wǎng)的等同加密 (WEP)算法一樣，使用 64位密鑰和 RC4加密算法。 CSMA/CA 的工作過(guò)程： 圖 CSMA/CA 的工作過(guò)程 當(dāng)發(fā)射端希望發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先檢測(cè)介質(zhì)是否空閑，若是介質(zhì)為空閑時(shí)，送出 RTS（ Request To Send 請(qǐng)求發(fā)送）， RTS 信號(hào)包括發(fā)射端的地址、接收端的地址、下一筆數(shù)據(jù)將持續(xù)發(fā)送的時(shí)間等信息，接收端收到 RTS 信號(hào)后，將響應(yīng)短信號(hào) CTS(Clear To Send)，CTS 信號(hào)上也 RTS 內(nèi)記錄的持續(xù)發(fā)送的時(shí)間，當(dāng)發(fā)射端收到 CTS 包后，隨即開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包，如上圖所示，接收端收到數(shù)據(jù)包后，將以包內(nèi)的 CRC(Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn) )的數(shù)值來(lái)檢驗(yàn)包數(shù)據(jù)是否正確，若是檢驗(yàn)結(jié)果正確時(shí)，接收端將響應(yīng) ACK 包，告知發(fā)射端數(shù)據(jù)已經(jīng)被成功地接收。當(dāng)發(fā)射端沒(méi)有收到接收端的 ACK 包時(shí)，將認(rèn)為包在傳輸過(guò)程中丟失，而一 直重新發(fā)送包。 4． IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn) 介紹 由于標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此， IEEE 于1999 年 8 月，又相繼推出了 和 兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步 規(guī)范了不同頻點(diǎn)的產(chǎn)品及更高網(wǎng)絡(luò)速率產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，除原 的內(nèi)容之外，增加了基于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 (Simple Network Management Protocol， SNMP)的管理信息庫(kù) (Management Information Base， MIB)，以取代原 OSI 協(xié)議的管理信息庫(kù)。另外還增加了高速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。 2020 年 11 月， IEEE 又推出第 3 個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn) 。盡管目前 和 倍受業(yè)界關(guān)注，但從實(shí)際的應(yīng)用上來(lái)講， 已成為無(wú)線局域網(wǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)，被多數(shù)廠商所采用，并且已經(jīng)有成熟的無(wú)線產(chǎn)品推向市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)不斷開(kāi)發(fā)和研制，現(xiàn)在 IEEE 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 實(shí)際是一個(gè)協(xié)議族，稱為 系列標(biāo)準(zhǔn)，包含了一系列無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) ,無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在世界上得到了廣泛的應(yīng)用，它已經(jīng)進(jìn)入了寫(xiě)字間、飯店、咖啡廳和候機(jī)室等場(chǎng)所。沒(méi)有 集成無(wú)線網(wǎng)卡的筆記本電腦用戶只需插 入 1 張個(gè)人計(jì)算 機(jī)存儲(chǔ)器卡接口適配器 (Personal Computer Memory Card Interface Adapter， PCMCIA)或 USB 卡，便可通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)連到因特網(wǎng)。 IEEE 是寬帶無(wú)線協(xié)議。 工作組成立于 1999 年，其主要使命是推動(dòng)固定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。 工作組負(fù)責(zé) 對(duì)無(wú)線本地環(huán)路的無(wú)線接口及其相關(guān)功能制訂標(biāo)準(zhǔn)，它包括 3 個(gè)項(xiàng)目組，每個(gè)項(xiàng)目組負(fù)責(zé)不同的方面： 負(fù)責(zé)制定頻率為 10～ 60GHz 的無(wú)線接 口標(biāo)準(zhǔn)； ． 2 負(fù)責(zé)制定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)共存方面的標(biāo)準(zhǔn)； 負(fù)責(zé)制定頻率范圍在 2～ 10GHz之間并獲得頻率使用許可的無(wú)線接口 標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 12 月， IEEE 批準(zhǔn)通過(guò)了 標(biāo)準(zhǔn)， 也被稱為 “WirelessMAN”。 藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙技術(shù)以無(wú)線局域網(wǎng)的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線的短距離無(wú)線連接技術(shù)。設(shè)備使用無(wú)需許可申請(qǐng)的 頻段，可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸，傳輸速率可達(dá)到 10Mbit/s，在支持 3 個(gè)話音頻道的同時(shí)還支持高達(dá) 。 藍(lán)牙面向的是移動(dòng)設(shè)備間的小范圍連接，因而本質(zhì)上說(shuō)它是一種代替線纜的技術(shù)。它用來(lái)在較短距離內(nèi)取代目前多種線纜連接方案，并且克服了紅外技術(shù)的缺陷可穿透墻壁等障礙，通過(guò)統(tǒng)一的短距離無(wú)線鏈路，在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。也就是說(shuō)，在辦公室、家庭和旅途中，無(wú)需在任何電子設(shè)備間布設(shè)專用線纜和連接器，通過(guò)藍(lán)牙遙控裝置可以形成一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，即在該裝置周圍組成一個(gè) “微網(wǎng) ”，網(wǎng)內(nèi)任何藍(lán)牙收發(fā)器都可與 該裝置互通信號(hào)。而且，這種連接無(wú)需復(fù)雜的軟件支持。藍(lán)牙收發(fā)器的一般有效通信范圍為 10m，最多可以達(dá)到 100m左右。 藍(lán)牙技術(shù)能夠提供數(shù)字設(shè)備之間的無(wú)線傳輸功能。不僅可以使得 PC、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)告別電纜連線，而且可