【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 WLAN 現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)有很多，例如： IEEE 、 HiperLAN、 Bluetooth 等。其中應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)是基于 IEEE 協(xié)議的系列標(biāo)準(zhǔn)。 1990 年 IEEE802 標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立 (WLAN)標(biāo)準(zhǔn)工作組。 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組任務(wù)為研究 1Mb/s 和 2Mb/s 數(shù)據(jù)速率、工作在 開(kāi)放頻段的無(wú)線(xiàn)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全球標(biāo)準(zhǔn)，并于 1997 年 6 月公布了該標(biāo)準(zhǔn)，它是第一代無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一 。該標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和媒體訪問(wèn)控制 (MAC)規(guī)范，允許無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)及無(wú)線(xiàn)設(shè)備制造商建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在 系列標(biāo)準(zhǔn)中，涉及物理層的主要有 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)： 、 、 、 。根據(jù)不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備通常被歸為不同的類(lèi)別，如常說(shuō)的 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備、 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備等。 IEEE 是 IEEE 最初制定的一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于實(shí)現(xiàn)辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取， 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(mǎn)足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的需求， IEEE 又相繼推出了 ，重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 8 和 三個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。 工作于 頻帶，使用直序擴(kuò)頻方式和補(bǔ)碼鍵控，物理層支持 Mbps 和 11 Mbps 兩個(gè)新速率。它的傳輸速率可因環(huán)境干擾或傳輸距離而變化，在 11 Mbps、 Mbps、 2 Mbps、 1 Mbps 之間切換，而且在 2 Mbps、 1 Mbps 速率時(shí)與 DSSS(直接序列擴(kuò)頻 )系統(tǒng)交互操作，但不能與 1Mbps 和 2Mbps 的 FHSS（跳頻擴(kuò)頻）系統(tǒng)交互操作。 工作于 5GHz 的頻帶，它采用 OFDM(正交頻分復(fù)用 )技術(shù)，物理層速率可達(dá) 54Mbps，這就基本滿(mǎn)足了現(xiàn)行局域網(wǎng)絕大多數(shù)應(yīng)用的速度要求。而且，對(duì)數(shù)據(jù)加密方面，采用了更為嚴(yán)密的算法。但是， 芯片價(jià)格昂貴、空中接力不好、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接很不經(jīng)濟(jì)?？罩薪恿褪禽^遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。需要注意的是， 和工作在 5GHz 頻帶上的 標(biāo)準(zhǔn)不兼容。 2021 年 11 月 15 日， IEEE 試驗(yàn)性地批準(zhǔn)一種新技術(shù) ，使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可達(dá) 54Mbps。 是對(duì) 的一種高速物理層擴(kuò)展，同 一樣， 工作于 ISM 頻帶，但采用了 OFDM 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最高 54Mbps 的數(shù)據(jù)速率，與 相當(dāng)；并且較好地解決了 WLAN 與藍(lán)牙的干擾問(wèn)題。 與已經(jīng)得到廣泛使用的 是兼容的，這是 相比于 的優(yōu)勢(shì)所在。由于 標(biāo)準(zhǔn)尚未完成，而符合 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，相信 將會(huì)得到較快發(fā)展，在一定程度上占據(jù)先機(jī)。 在 MAC(媒體接入控制 )層， 、 、 、 這四種標(biāo)準(zhǔn)在媒體訪問(wèn)控制 (MAC)層均采用的是 載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)／避免沖突 CSMA/CA(CA： Collision Avoidance，沖突避免 )，這有別于傳 統(tǒng) 以 太 網(wǎng) 上 的 CSMA/CD(CD:Collision Detection ， 沖 突 檢 測(cè) ) ， CSMA/CA 相關(guān)內(nèi)容在 標(biāo)準(zhǔn)中定義， 、 直接沿用。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)代替在 協(xié)議使用的沖突檢測(cè)，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(xiàn)口能量和決定接收信號(hào)強(qiáng)度 RSSI 來(lái)完成。 CSMA／ CA 使用 RTS、 CTS 和 ACK 幀減少?zèng)_突。 除了 、 、 、 這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及物理層外，為了促進(jìn) 在歐洲的推廣發(fā)展，與 ETSI 的 HiperLAN/2 競(jìng)爭(zhēng)， IEEE 又提出了 標(biāo)準(zhǔn)，在 基礎(chǔ)上增加自動(dòng)頻率選擇 (DFS)和發(fā)送功率控制 (TPC)功能，以適應(yīng) 在歐洲推廣發(fā)展的需要，符合歐洲有關(guān)管制規(guī)定的要求。 是 MAC 層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，為了滿(mǎn)足在安全性、 QoS 等方面的進(jìn)一步要求， IEEE 相繼提出了 、 、 等標(biāo)準(zhǔn)。 增強(qiáng)了 MAC 層，為 WLAN 應(yīng)用提供了 QoS 支持能力。 對(duì) MAC 層的增強(qiáng)與 、 中對(duì)物理層的改進(jìn)結(jié)合起來(lái)，就增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的性能，擴(kuò)大了 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使得 WLAN 也能夠傳送語(yǔ)音、視頻等應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)定義了一套稱(chēng)之為 IAPP(InterAccess Point Protocol)的協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商的接入點(diǎn) AP 間的互操作性。 談到 標(biāo)準(zhǔn)，就不能不提到 標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)完成于 2021 年，它是所有 IEEE 802 系列 LAN(包括無(wú)線(xiàn) LAN)的整體安全體系架構(gòu)，包括認(rèn)證 (EAP 和 Radius)和密鑰管理功能。 是對(duì) MAC 層在安全性方面的增強(qiáng)，它與 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 9 一起，為 WLAN 提供認(rèn)證和安全機(jī)制。 除了上面已說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)之外， 系列標(biāo)準(zhǔn)中，還有一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)， 標(biāo)準(zhǔn)定義了一些物理層方面的要求 (諸如信道化、跳頻模式等 )以適應(yīng) 設(shè)備在一些國(guó)家應(yīng)用時(shí)這些國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管制上的特殊要求。 藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙（ ）是一項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于 來(lái)說(shuō)，它的出現(xiàn)不是為了競(jìng)爭(zhēng)而是相互補(bǔ)充。藍(lán)牙比 更具移動(dòng)性，比如， 限制在辦公室和校園內(nèi)，藍(lán)牙能把一個(gè)設(shè)備連接到局域網(wǎng)（ LAN）和廣域網(wǎng)（ WAN） ,甚至支持全球漫游。此外，藍(lán)牙成本低，體積小，可用于更多的設(shè)備。但是，藍(lán)牙主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短距離無(wú)線(xiàn)發(fā)送技術(shù)，本質(zhì)上要么是 RF，要么是紅外線(xiàn)。而且，藍(lán)牙被設(shè)置成低功耗、短距離，低帶寬的應(yīng)用，嚴(yán)格來(lái)講，不算是真正的 局域網(wǎng)技術(shù)。 HomeRF 家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，旨在降低語(yǔ)音數(shù)據(jù)成本。 HomeRF 也采用了擴(kuò)頻技術(shù)，工作在 頻帶，能同步支持 4 條高質(zhì)量語(yǔ)音信道。但目前 HomeRF 的傳輸速率只有1~2Mbps,FCC(Fedral Communications Commission)建議增加到 10Mbps。 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 10 第 3 章 標(biāo)準(zhǔn) ， 其最高速率可達(dá) 11Mbps， 其 MAC層媒體訪問(wèn)有兩種控制方式 :第一種方案是分布式 協(xié)調(diào)功能 （ DCF， Distributed Coordination Function）， 類(lèi)似于傳統(tǒng)的分組網(wǎng) ， 支持異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)犬惒綐I(yè)務(wù) ， 所有要傳輸數(shù)據(jù)的用戶(hù)擁有平等接入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì) ； 第二種方案是點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 （ PCF， Point CoordinationFunction）， 基于由接入點(diǎn)控制的輪詢(xún) （ poll） 方式 ， 主要用于傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。 MAC 子層由 DCF和 PCF兩部分組成。其中分布協(xié)調(diào)功能 DCF是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞?，直接位于物理層之?, 作用于媒體競(jìng)爭(zhēng)期（ CP），所有站點(diǎn)均支持 DCF, 其核心是 CSMA/CA 技術(shù)。點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF 建立在 DCF 基礎(chǔ)上，工作于非競(jìng)爭(zhēng)期。兩者總是交替出現(xiàn)，先由 DCF 競(jìng)爭(zhēng)媒體使用權(quán)，然后進(jìn)入非競(jìng)爭(zhēng)期（ CFP），由 PCF 控制數(shù)據(jù)傳輸。該機(jī)制的基本內(nèi)容為：當(dāng) STA監(jiān)聽(tīng)信道時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)信道空閑間隔大于規(guī)定的幀間間隙 (IFS)，則立即開(kāi)始發(fā)送幀；否則推遲其幀的發(fā)送，直至監(jiān)測(cè)到需要的空閑幀間隔。 相關(guān)技術(shù) 載波檢測(cè)機(jī)制 ，當(dāng)二者任一報(bào)告信道忙，則信道被認(rèn)為忙，否則被認(rèn)為空閑 。 物理的載波檢測(cè)機(jī)制由物理層提供，通過(guò)檢測(cè)信道是否有信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。虛擬檢測(cè)機(jī)制由 MAC層提供，該機(jī)制參考每個(gè) STA的 NAV(網(wǎng)絡(luò)分配矢量 )實(shí)現(xiàn)。 NAV包含了對(duì)媒體上將要發(fā)生的通信進(jìn)行預(yù)測(cè)的信息。 ，該域定義了信道將要被占用的時(shí)間， NAV的值就是通過(guò)適當(dāng)算法從這些幀里獲取的 。 幀間間隙 (IFS) 幀與幀之間的時(shí)間間隙被稱(chēng)作幀間間隙 (IFS)。所有使用物理載波檢測(cè)的 STA 只有檢測(cè)到信道空閑的時(shí)間大于 IFS 后，才認(rèn)為信道是空閑的。 MAC 層定義了 4 種不同的邢以提供對(duì)無(wú)線(xiàn)媒體訪問(wèn)的不同優(yōu)先級(jí)，它們分別是： SIFS， PIFS， DIFS， EIFS，其具體關(guān)系為 SIFS＜ PIFS＜ DIFS＜ EIFS。 SIFS 用于很緊急的情況下使用，比如應(yīng)答幀。 PIFS 用于在 PCF 中的新的幀發(fā)送前使用。 DIFS 用于在 DCF 間新的幀發(fā)送前使用。 EIFS 用于當(dāng) STA 接收到了一個(gè)錯(cuò)誤的PCS(幀檢測(cè)序列 )的幀之后，要發(fā)送新的幀之前使用。 退避程序 在媒體由忙變?yōu)殚e的瞬間是沖突的高發(fā)生點(diǎn)，這是因?yàn)槎鄠€(gè) STA可能已經(jīng)在等待媒體變?yōu)榭捎?。在發(fā)送幀之前，如果有多個(gè) STA在監(jiān)聽(tīng)信 道并且在同一時(shí)刻開(kāi)始計(jì)數(shù) DIFS或者 EIFS，若此時(shí)若沒(méi)有退避機(jī)制，則當(dāng) DIFS或 EIFS結(jié)束后，多個(gè) STA將同時(shí)使用信道，重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 11 結(jié)果是多個(gè) STA將發(fā)生沖突。所以，在 DIFS或者 EIFS后加入一隨機(jī)延后時(shí)間，使沖突得以盡量避免。 如圖 31 所示，為當(dāng) STA 有幀要發(fā)送時(shí)，則調(diào)用載波檢測(cè)機(jī)制來(lái)決定信道的忙閑狀態(tài)，如果信道忙， STA 將推遲其幀的發(fā)送直至信道空閑時(shí)間為 DIFS 或者 EIFS。在 DIFS或者 EIFS 后， STA 將在幀發(fā)送前產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)延后時(shí)間來(lái)推遲發(fā)送時(shí)間，如果 STA 的延后時(shí)間為非零值，即該 STA 不是第一次參與 退避，則該 STA 不允許重新選擇隨機(jī)時(shí)間。 該程序的一重要結(jié)果是當(dāng)多個(gè) STA 都推遲傳送并且進(jìn)入隨機(jī)退避，那么選用最小退避時(shí)間的 STA 或者多次參與退避的 STA 將贏得競(jìng)爭(zhēng)。 RTS/CTS 握手協(xié)議 RTS/CTS 協(xié)議即請(qǐng)求發(fā)送 /允許發(fā)送協(xié)議，相當(dāng)于一種握手協(xié)議，主要用來(lái)解決“隱藏終端”問(wèn)題。在 參數(shù)配置中，若使用 RTS/CTS 協(xié)議，同時(shí)設(shè)置傳送上限字節(jié)數(shù) —— 一旦待傳送的數(shù)據(jù)大于此上限值時(shí)，即啟 動(dòng) RTS/CTS 握手協(xié)議：首先， A 向 B 發(fā)送 RTS 信號(hào)，表明 A 要向 B 發(fā)送若干數(shù)據(jù)， B 收到 RTS 后，向所有基站發(fā)出 CTS 信號(hào)，表明已準(zhǔn)備就緒， A 可以發(fā)送，其余基站暫時(shí)“按兵不動(dòng)”，然后， A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，最后， B 接收完數(shù)據(jù)后，即向所有基站廣播 ACK 確認(rèn)幀，這樣，所有基站又重新可以平等偵聽(tīng)、競(jìng)爭(zhēng)信道了。 圖 32 顯示了在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行 RTS/CTS 控制幀交換的過(guò)程。如果源節(jié)點(diǎn)要發(fā)送一個(gè)單播數(shù)據(jù)包 DATA，那么它在偵聽(tīng)到信道空閑并等待了 DIFS（再加上隨機(jī)后退時(shí)間）后，源節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送一個(gè) RTS 控制幀。 RTS 控制幀和其它數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)是相同的。 RTS 幀的頭部 Duration 字段中包含有完成數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程所需的持續(xù)時(shí)間。這個(gè)持續(xù)時(shí)間指的是傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)幀和其應(yīng)答包所需要的所有時(shí)間。收到這個(gè) RTS 的每個(gè)非目的節(jié)點(diǎn)都要根據(jù) Duration 字段來(lái)設(shè)置各自的 NAV（ Network Allocation Vector），這個(gè) NAV 指定了每個(gè)接收到此 RTS 幀的非目的節(jié)點(diǎn)可以試圖訪問(wèn)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)的最早開(kāi)始時(shí)間，也就是說(shuō)在 NAV 這段時(shí)間內(nèi)，這些非目的節(jié)點(diǎn) 不會(huì)試圖去占用信道，而是保持沉默，直到源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之完成數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。 如果目的節(jié)點(diǎn)收到 RTS 幀，在等待 SIFS 間隔后，它用一個(gè) CTS（ Clear To Send）控制幀進(jìn)行應(yīng)答。 CTS 幀的頭部也包含 Duration 字段，所有接到這個(gè) CTS 的節(jié)點(diǎn)必須再次調(diào)整它們的 NAV。源節(jié)點(diǎn)接收到 CTS 后，經(jīng)過(guò)一個(gè) SIFS 間隔把 DATA 送出去。目的節(jié)點(diǎn)在接收到 DATA 幀之后再等待一個(gè) SIFS 間隔，返回一個(gè) ACK 幀。這圖 退避機(jī)制 重慶交通學(xué)院二 00 五屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文 12 樣傳輸過(guò)程就完成了，這時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn) NAV 表明介質(zhì)空閑，就可以開(kāi)始下一個(gè)傳輸周期了。這個(gè)過(guò)程也被成為“虛擬載波偵聽(tīng)”。 在這個(gè)過(guò)程中，接收到 CTS 的節(jié)點(diǎn)和接收到 RTS 的節(jié)點(diǎn)可能不是同一組節(jié)點(diǎn)。這樣在發(fā)送方和接收方的接收范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都被通知，它們?cè)谠L問(wèn)介質(zhì)之前必須等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間以等待數(shù)據(jù)幀傳輸過(guò)程的完成。也就是說(shuō)，這個(gè)機(jī)制通過(guò)為數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)留信道來(lái)避免碰撞的發(fā)生，從而提高傳輸性能。 在 DCF 功能中，各個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須在物理 /虛擬兩種載波監(jiān)聽(tīng)結(jié)果都為零時(shí)才能獲得對(duì)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)的訪問(wèn)權(quán)，這就可以在很大程度上減少碰撞的機(jī)會(huì)，提高 傳輸效率，同時(shí)這種短幀交換的方法可以在很大程度上避免由于隱藏節(jié)點(diǎn)的存在造成的數(shù)據(jù)碰撞，尤其是在數(shù)據(jù)幀較長(zhǎng)的時(shí)候，這種效果更為明顯。 RTS/CTS 短幀交換方式是避免碰撞，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的有效措施，盡管短幀交換會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。