无线局域网的技术分析论文完整版

无线局域网的技术分析论文完整版内容摘要：

接入、数据交换方式来实现互联的。 各移动站不仅可以通过交换中心自行组网，还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。 HUB 接入型：利用无线 Hub 可以组建星型结构的无线局域网，具有与有线 Hub组网方式相类似的优点。 在该结构基础上的 WLAN，可采用类似于交换型以太网的工作方式，要求 Hub 具有简单的网内交换功能。 无中心结构：要求网中任意两个 站点均可直接通信。 此结构的无线局域网一般使用公用广播信道， MAC 层采用 CSMA 类型的多址接入协议。 无线局域网的四个主要工作过程 （ 1）扫频： STA在加入服务区之前要查找哪个频道有数据信号，分主动和被动两种方式。 主动扫频是指 STA启动或关联成功后扫描所有频道；在一次扫描中， STA采用一组频道作为扫描范围，如果发现某个频道空闲，就广播带有 ESSID的探测信号； AP根据该信号做响应。 被动扫频是指 AP每 100毫秒向外传送灯塔信号，包括用于 STA同步的时间戳，支持速率以及其他信息， STA接收到灯塔信号后启 动关联过程。 （ 2）关联：用于建立无线访问点和无线工作站之间的映射关系，实际上是把无线变成有线网的连线。 分布式系统将该映射关系分发给扩展服务区中的所有 AP。 一个无线工作站同时只能与一个 AP关联。 在关联过程中，无线工作站与 AP之间要根据信号的强弱协商速率，速率变化包括 11Mb/s、 、 2Mb/s和 1Mb/s。 （ 3）重关联：当无线工作站从一个扩展服务区中的一个基本服务区移动到另外一个基本服务区时，与新的 AP关联的整个过程。 重关联总是由移动无线工作站发起。 （ 4）漫游：指无线工作站在一组无线访问点之间移动，并提供对于用户透明的无缝连接，包括基本漫游和扩展漫游。 基本漫游是指无线 STA 的移动仅局限在一个扩展服务区内部。 扩展漫游指无线 SAT 从一个扩展服务区中的一个 BSS 移动到另一个扩展服务区的一个 BSS，。 常见的做法是采用 Mobile IP或动态 DHCP。 毕业设计（论文） 8 第 3 章 无线局域网的协议标准 无线局域网的协议标准简介 无线局域网协议主要分为两大阵营： IEEE 系列标准和欧洲的 HiperLAN。 其中 IEEE 协议、蓝牙标准和 HomeRF 工业标准等是无线局域网所有标准中最主要的协议标准。 这些协议和标准各有优劣，各有自己擅长的应用领域，有的适合于办公环境，有的适合于个人应用，有的则更适合家庭用户。 下面 列出了 六种 主要无线协议的频宽和最大传输速率 ： 协议 频宽 最大传输 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 频宽和最大传输速率比较 无线局域网中常用的协议标准分析 我们将分别对以上六种协议作出介绍并重点分析 IEEE 协议标准。 IEEE 协议 IEEE IEEE在 1997年 6月颁布的无线网络标准。 它是第一代无线局域网标准之一。 IEEE 规定了无线局域网在 作，这一波段被全球无线电法规组织定义为扩频使用波段。 标准的 主要用于解决办公室局域网和园区网中用户与用户终端的无线接入，速率最高只能达到 2Mbit/s。 IEEE 标准定义物理层和媒体访问控制规范，允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。 毕业设计（论文） 9 1． 物理层实现方式 IEEE 标准中的物理层定义了数据传输的信号特征和调制。 在物理层中，定义了两个 RF 传输方法和一个红外线传输方法， RF 传输方法采用扩频调制技术来满足绝大多数国家工作规范。 在该标准中 RF 传输标准是跳频扩频 (FHSS)和直接序列扩频 (DSSS)，工作在 ～ 频段。 直接序列扩频采用 BPSK 和 DQPSK 调制技术，支持1Mbps 和 2Mbps 数据速率。 跳频扩频采用 2～ 4 电平 GFSK 调制技术，支持 1Mbps 数据速率，共有 22 组跳频图案，包括 79 信道。 红外线传输方法工作在 850～ 950nm段，峰值功率为 2W， 支持数据速率为 1Mbps 和 2Mbps。 2． MAC 结构及服务内容 媒体访问控制（ MAC）作为局域网的关键技术之一 ,完全决定局域网的网络性能（诸如吞吐性能与迟延性能 等等 ）。 而无线局域网（ WLAN）由于其传输介质以及移动性等特点，采用与有线局域网有所区别的 MAC 协议。 OSI 将网络通信协议体系区分为 7 个层，体系的最底层称为物理层，网络所采用的不同的传输介质，对应不同的物理层，如双绞线或同轴线。 体系内第二层为数据链路层（ Data link Sublayer） ,数据链路层的上半部为 LLC(Logical Link Control Sublayer)逻辑链路控制子层，负责将数据正确的发送到物理层，在数据链路层的下半部为 MAC(Media Access Control)子层，负责控制与连接物理层的物理介质。 当发送数据时， MAC 层要完成以下任务：首先它按规则从 LLC 层接收数据，然后执行媒体访问规程，查看网络是否可以发送；一旦网络可以发送，它将给数据附加上一些控制信息，把数据及控制信息以规定的格式（一般称做帧）送往物理层。 当接收数据时， MAC 层要完成以下任务：首先它从物理层接收到数据帧并检查数据帧中的控制信息，从而判断是否发生传输错误。 如数据正确，则去掉控制信息后把其送至LLC 层。 下图为 MAC 层发送数据和接收数据的流程： 毕业设计（论文） 10 图 MAC 层发送数据流程 图 MAC 层接收数据流程 一般来说 的 MAC 子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。 当一个 客户端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时，它会根据信号的强弱以及包错误率自动选择 1 个接入点进行连接。 一旦被 1 个接入点接受，客户端就会将发送接收信号的频道切换为 接入点的频段。 这种重新协商通常发生在无线工作站移出了它原连接的接入点的服务范围，信号衰减后。 其他的情况还发生在建筑物造成的信号的变化或者仅仅由于原有接入点中的拥塞。 MAC 数据服务可使对等 LLC 实体进行数据单元的交换。 本地 MAC 利用下层的服务将 1 个 MSDU 传给 1 个对等的 MAC 实体，然后又传给对等的 LLC 实体。 当信道特性限制了 长帧传输 的可靠性时，可通过增加 MSDU 成功传输的可能性来增加可靠性。 MAC 子层还提供了 CRC 校验和包分片功能。 在 协议中，每一个在无线网络中传输的数据报都被附加 上了校验位以保证它在传送的时候没有出现错误。 包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。 这在网络十分拥挤或者存在干扰的情况下是一个非常有用的特性，可以减少数据报被重传的概率。 MAC 子层负责将收到的被分片的大数据报进行重新组装，对于上层协议这个分片的过程是完全透明的。 3． CSMA/CA 协议 CSMA 作为随机竞争类 MAC 协议，算法简单而且性能丰富，所以在实际局域网的使用中得到了广泛的应用。 但是在无线局域网中，由于无线传输媒体固有的特性及移动性的影响，无线局域网的 MAC 在差错控制、解决隐藏终端等方面存在应有别于有线局域网。 因此 WLAN毕业设计（论文） 11 与有线局域网所采用的 CSMA 具备一定的差异。 WLAN 采用 CSMA/CA（ CSMA/Collision Avoidance）协议，其与 CSMA/CD 最大的不同点在于其采取避免冲突工作方式。 由于在 RF传输网络中冲突检测比较困难，所以该协议用避免冲突检测代替 使用的冲突检测，采用冲突避免机制尽量减小冲突碰撞发生的概率，以提高网络吞吐性能与迟延性能。 协议使用信道空闲评估 (CCA)算法来决定信道是否空闲，通过测试天线能量和决定接收信号强度 RSSI来完成。 并且使用 RTS、 CTS和 ACK帧减少冲突。 数据加密与普通局域网的等同加密 (WEP)算法一样，使用 64位密钥和 RC4加密算法。 CSMA/CA 的工作过程： 图 CSMA/CA 的工作过程 当发射端希望发送数据时，首先检测介质是否空闲，若是介质为空闲时，送出 RTS（ Request To Send 请求发送）， RTS 信号包括发射端的地址、接收端的地址、下一笔数据将持续发送的时间等信息，接收端收到 RTS 信号后，将响应短信号 CTS(Clear To Send)，CTS 信号上也 RTS 内记录的持续发送的时间，当发射端收到 CTS 包后，随即开始发送数据包，如上图所示，接收端收到数据包后，将以包内的 CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验 )的数值来检验包数据是否正确，若是检验结果正确时，接收端将响应 ACK 包，告知发射端数据已经被成功地接收。 当发射端没有收到接收端的 ACK 包时，将认为包在传输过程中丢失，而一 直重新发送包。 4． IEEE 系列标准 介绍 由于标准的 IEEE 在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此， IEEE 于1999 年 8 月，又相继推出了 和 两个新标准。 进一步 规范了不同频点的产品及更高网络速率产品的开发和应用，除原 的内容之外，增加了基于简单网络管理协议 (Simple Network Management Protocol， SNMP)的管理信息库 (Management Information Base， MIB)，以取代原 OSI 协议的管理信息库。 另外还增加了高速网络内容。 2020 年 11 月， IEEE 又推出第 3 个新的标准。 尽管目前 和 倍受业界关注，但从实际的应用上来讲， 已成为无线局域网的主流标准，被多数厂商所采用，并且已经有成熟的无线产品推向市场。 经过不断开发和研制，现在 IEEE 毕业设计（论文） 12 实际是一个协议族，称为 系列标准，包含了一系列无线局域网的协议标准 ,无线局域网技术已经在世界上得到了广泛的应用，它已经进入了写字间、饭店、咖啡厅和候机室等场所。 没有 集成无线网卡的笔记本电脑用户只需插 入 1 张个人计算 机存储器卡接口适配器 (Personal Computer Memory Card Interface Adapter， PCMCIA)或 USB 卡，便可通过无线局域网连到因特网。 IEEE 是宽带无线协议。 工作组成立于 1999 年，其主要使命是推动固定宽带无线接入系统的发展与应用。 工作组负责 对无线本地环路的无线接口及其相关功能制订标准，它包括 3 个项目组，每个项目组负责不同的方面： 负责制定频率为 10～ 60GHz 的无线接 口标准； ． 2 负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准； 负责制定频率范围在 2～ 10GHz之间并获得频率使用许可的无线接口 标准。 2020 年 12 月， IEEE 批准通过了 标准， 也被称为 “WirelessMAN”。 蓝牙技术 蓝牙技术以无线局域网的 IEEE 标准技术为基础，是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线的短距离无线连接技术。 设备使用无需许可申请的 频段，可实时进行数据和语音传输，传输速率可达到 10Mbit/s，在支持 3 个话音频道的同时还支持高达。 蓝牙面向的是移动设备间的小范围连接，因而本质上说它是一种代替线缆的技术。 它用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，并且克服了红外技术的缺陷可穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。 也就是说，在办公室、家庭和旅途中，无需在任何电子设备间布设专用线缆和连接器，通过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个 “微网 ”，网内任何蓝牙收发器都可与 该装置互通信号。 而且，这种连接无需复杂的软件支持。 蓝牙收发器的一般有效通信范围为 10m，最多可以达到 100m左右。 蓝牙技术能够提供数字设备之间的无线传输功能。 不仅可以使得 PC、鼠标、键盘、打印机告别电缆连线，而且可。