[碩士論文精品]ieee802.11無線局域網(wǎng)mac層與物理層基帶處理芯片的研究

Y662812摘要從發(fā)布1EEE80211協(xié)議開始，國際電子電氣工程師協(xié)會已經(jīng)推出了IEEE8021LA、B、G等一系列無線局域網(wǎng)相關(guān)協(xié)議。近年來，隨著便攜式設(shè)備的普及，無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展，越來越多的科研機(jī)構(gòu)和業(yè)界廠商投入到無線局域網(wǎng)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)中去。IEEE8021L協(xié)議主要規(guī)范了無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式和相關(guān)服務(wù)，涉及到媒質(zhì)訪問控制子層MAC和物理層PHY的工作。本文在IEEE80211和IEEE80211B標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對80211無線局域網(wǎng)處理芯片的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)研究。由于1EEE80211協(xié)議涉及到MAC和PHY兩層的規(guī)范，所以我們的設(shè)計(jì)也相應(yīng)的分為兩個(gè)部分。對于MAC層設(shè)計(jì)，我們使用了基于嵌入式芯片的系統(tǒng)架構(gòu)，在系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)過程中，提出了一種使用C語言對硬件建模的方法，并進(jìn)行了軟硬件協(xié)同的系統(tǒng)級仿真，以此來指導(dǎo)系統(tǒng)的軟硬件劃分。在系統(tǒng)級設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成了獨(dú)立組網(wǎng)模式ADHOC下MAC層硬件電路的設(shè)計(jì)，該部分電路可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議中規(guī)定的載波偵聽沖突避免、DCF協(xié)調(diào)模式和幀序列交換等功能。設(shè)計(jì)的整個(gè)硬件系統(tǒng)在FPGA上完成了功能驗(yàn)證。對于物理層，我們使用MATLAB工具完成了針對基帶信號處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。由于8021LB協(xié)議使用CCK調(diào)制進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，所以針對CCK的調(diào)制和解調(diào)方法進(jìn)行了相應(yīng)的研究。同時(shí)，由于無線信道多徑效應(yīng)所造成的符號間干擾，設(shè)計(jì)中使用信道匹配濾波器和判決反饋均衡器來抵消信道失真，并使用DMI信道估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)了均衡器的快速啟動。最后，文章對同步和載波頻偏估計(jì)等系統(tǒng)相關(guān)模塊也進(jìn)行了簡單介紹。關(guān)鍵詞IEEE80211，媒質(zhì)訪問控制，基帶圖書分類號TN45ABSTRACTAIDERIEEE802PROTOCOLBEINGPROPOSEDIN1997G32LLA_BANDGSERIESWLANPROTOCOLAREPUBLICIZEDBYIEEEINRECENTYEARS，THEREISAGREATPROGRESSINTHEWIRELESS10EALAREANETWORK,MOREANDMORESCIENTIFICJNSTITUTIONANDCOMPANIESAREINVOLVEDI11THETECHNOLOGYRESEARCHANDPRODUCTDEVELOPMENTIEEE8021IPROTOCOLINTRODUCESTHEWLANSTRUCTUREANDNETWORKSERVICE，SPECIFICSTHECHARACTERISTICSOFMEDIUMACCESSCONTROLMACSUBLAYERANDPHYSICALLAYERBASEONTHEIEEE80211ANDIEEE8021】BPROTOC01THETHESISISMAINLYAHOUTTHEDEVELOPMENTOFAWLANBASEBANDCHIPACCORDINGTOTHEPROTOCOL，THEBASEBANDDESIGNISPARTITIONINTOTWOPARTSMACLAYERANDPHYLAYEGINTHESYSTEMDESIGNOFMACLAYER,ALLEMBEDDEDCHIPISEMPLOYEDTHETHESISINTRODUCEDALLEWWAYFORHARDWAREMODELINGBYCLANGUAGEUSEDTHESYSTEMMODEL，WEACHIEVEDTHESOFTWAREANDHARDWARECOSIMULATIONACCORDINGASTHESYSTEMSIMULATION，THEMACSYSTEMISPARTITIONEDINTOHARDWAREANDSORWAREPANSTHENWEACCOMPLISHTHEMACHARDWARECIRCUITSDESIGN，ANDTHECIRCUITCARLWORKINTHEINDEPENDENTBSSADHOCSTRUCTURETHECIRCUITFIMCTIONISINCLUDECARRIERSENSEMULTIDLEACCESSWITHCOLLISIONAVOIDANCECSMACA，DISTRIBUTEDCOORDINATION如NCTIONDCFANDHOMESEQUENCESEXCHANGE，THEWHOLEDESIGNISVERIFIEDOILTHEXILINXFPGA1N曲EPHYLAYER,THEBASISFNEUSESONTHEDASIGNOFDIGITALCIRCUITSANDLISATHEMATLABTOSIRONLATETHESYSTEMTHECOMPLEMENTARYCEDEKEYINGCCKISINTRODUCEDBYIEEE8021IBTOPROVIDETHEHI曲一RATECOMMUNICATION“WEINVE鼬IGAMDTHEMC】DULATIONANDDELNODUIATIONMETHODFORCCKBECMMEOFTHEMULTIPATHANDINTERSYMBOLINTERFEFANTEISLLINWIRELESSELAVIRONMENTTHECHANNELMATCHEDFITTER。CMFANDDECISIONFEEDBACKEQUALIZERDFEAREEMPLOYEDTOCOMPENSATETHEDISTORTIONBYWIRELESSCHANNELWEMA婦USEOFDMIDIRECTMATRIXINVETSIO哪MEFLODCOOBTAM邳C口餾FC曲秘BESTIMATIONANDTHEMODULEOFTIMINGANDESTIMMINGCARRIERFREQUENCYOFFSETISALSOINTRODUCEDKCYWORDIEEE80211，MAC，BASEBANDCATEGORYTN45II第一章弓L言第一章引言從意大利物理學(xué)家馬可尼發(fā)明無線電開始，無線技術(shù)已經(jīng)有了一百多年的歷史。采用無線媒質(zhì)不需要在通信雙方之間架設(shè)電纜，使用戶從通信電纜的束縛中解脫出來，可以實(shí)現(xiàn)移動中的通信。在無線通信發(fā)展的早期，由于通信設(shè)備的高昂成本和龐大體積。制約了它的應(yīng)用。無線通信首先被運(yùn)用到軍事領(lǐng)域，用來傈障戰(zhàn)場上部隊(duì)之間的聯(lián)系，在第二次世界大戰(zhàn)中，無線通信開始得到廣泛運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，特別是射頻電路和大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)臺發(fā)展，使得無線通信技術(shù)逐步走向民用。在語音傳輸領(lǐng)域，20世紀(jì)70年代末，第一代蜂窩式移動通信系統(tǒng)開始出現(xiàn)，十年后，以GSM為代表的第二代移動通信設(shè)備投入使忍，而現(xiàn)在3G和4G又成了人們追求的目標(biāo)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，隨著筆記本計(jì)算機(jī)和便攜式設(shè)備的普及，人們對無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求也日益增長，人們開始希望將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從有線網(wǎng)絡(luò)的束縛中解脫出來，于是提出了無線局域網(wǎng)的概念。1985年，美國聯(lián)邦通信委員會FCC授權(quán)普通用戶可以使用ISM工業(yè)、科技、醫(yī)學(xué)頻段，推動了無線局域網(wǎng)的商業(yè)化發(fā)展。ISM頻段對無線產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的、積極的影響，保證了無線局域網(wǎng)設(shè)備的順利開發(fā)。國際電子電氣工程師協(xié)會IEEE802工作組負(fù)責(zé)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，在20世紀(jì)80年代末，該組織開始著手進(jìn)行無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并成立了專門的80211開發(fā)小組。該小組在1997年制定完成了80211協(xié)議，并在該年的】1月26號正式發(fā)布該協(xié)議。8021L無線局域網(wǎng)使用與有線網(wǎng)絡(luò)類似的協(xié)議，利用無線通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信電纜，使得通信設(shè)備在一定區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)自由移動。相比于有線網(wǎng)絡(luò)，無線局域網(wǎng)有其無法替代的優(yōu)點(diǎn)。首先，無線網(wǎng)絡(luò)提供了可移動性的數(shù)據(jù)傳輸，用戶能夠予持設(shè)備自由地變換位置，而不失去網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，這大大方便了需要移動工作的人員。其次，無線網(wǎng)絡(luò)降低了組網(wǎng)成本。架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要布線，這常常是一件非常耗時(shí)耗力的工作。對于一幢大樓而言，有線網(wǎng)絡(luò)的安裝人員必須將雙絞線引入每一間需要網(wǎng)絡(luò)的房間，根據(jù)工程量的大小，布線工作可能需要花費(fèi)幾天到幾周的時(shí)間。而且架設(shè)好的有線網(wǎng)絡(luò)叉可能由于用戶搬遷、房屋裝修等原因而不得不做相應(yīng)的改變。而無線網(wǎng)絡(luò)省去了布線工作，使網(wǎng)絡(luò)能夠很快地投入運(yùn)行，而且即使需要改變原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無線網(wǎng)絡(luò)也可以迅速滿足新的要求。第一章I蠡另外，由于意外損傷或者長期線路腐蝕，有線網(wǎng)絡(luò)的線路常常會發(fā)生各種故障。小的線路故障可能干擾部分用戶正常使用網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重的故障會造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。而無線局域網(wǎng)由于使用了無線媒質(zhì)，徹底避免了由于線纜帶來的網(wǎng)絡(luò)故障，而且還節(jié)約了線纜的鋪設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用。IEEES021L1辦議規(guī)范了無線局域網(wǎng)在媒質(zhì)訪問控制層U物理層的技術(shù)規(guī)范。在媒質(zhì)訪問控制層，由于無線信道不同于有線信道，不能進(jìn)行沖突檢測，所以80211協(xié)議采用了載波偵聽沖突避免的機(jī)制。在物殫層，8021L協(xié)議支持紅外利無線電波兩種傳輸媒質(zhì)，其中無線電波使用24GHZ的1SM頻段，可以提供LMBITS和2MBITS的傳輸速率。IEEE8021L協(xié)議一公布就得到了業(yè)界的廣泛支持，從1998年開始，市場上逐步推出了基于80211標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。由于用戶對通信速率的不斷要求，80211小組又在業(yè)界的部助下，完成了無線局域網(wǎng)的一系列予1辦議，包括802，】1A、802】1B、802】IG等。這些協(xié)議使用了更先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)以支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前，市場上已經(jīng)有了基于各種80211協(xié)議的設(shè)備，其中最多的是支持802LLB的無線產(chǎn)品。近幾年來，無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，被廣泛運(yùn)用到工J車間、庫存控制、展覽會議、金融服務(wù)、移動辦公等領(lǐng)域，并且隨著價(jià)格的逐步大眾化，無線網(wǎng)絡(luò)正在迅速走進(jìn)人們的日常牛活。本文的第二章簡要介紹了關(guān)于IEEE802，1I和IEEES02。11BI辦議的相關(guān)內(nèi)容，在第三章中，按照80211協(xié)議設(shè)計(jì)了一個(gè)媒質(zhì)訪問控制層的SOC系統(tǒng)架構(gòu)，第四章介紹了獨(dú)立組網(wǎng)模式下MAC硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和FPGA驗(yàn)證情況，第五章里介紹了符合802。11B標(biāo)準(zhǔn)的直接序列擴(kuò)頻物理層的設(shè)計(jì)。第顰EEE80211協(xié)議蚺介蜘第二章IEEE80211協(xié)議的介紹從1997年開始，IEEE的相關(guān)技術(shù)小組已經(jīng)陸續(xù)推出了針對無線局域網(wǎng)的IEEE80211及其系列子協(xié)議。8021L協(xié)議【1是IEEE城域和局域網(wǎng)協(xié)議的一個(gè)重要組成部分。在OSI模型中，通信網(wǎng)絡(luò)被劃分為七層結(jié)構(gòu)，而IEEES02的系列協(xié)議豐要描述了OSL模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，其中數(shù)據(jù)鏈路層又可分為邏輯鏈路子層LLC和媒質(zhì)訪問控制予層MAC。關(guān)于邏輯鏈路予層，EEE專門制定了8022標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范該層的工作，所有其它的802協(xié)議包括8023、80211等共享這個(gè)相同的LLC子層。而81211協(xié)議主要定義了關(guān)于無線局域網(wǎng)的物理層和MAC層的規(guī)范。本章簡要介紹一下關(guān)于IEEE80211協(xié)議的主要內(nèi)容，提供無線局域網(wǎng)的基本概貌。2180211的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)不同，采用無線介質(zhì)傳輸信號，無線網(wǎng)絡(luò)的豐要特點(diǎn)有31網(wǎng)絡(luò)環(huán)境沒有確定的、穩(wěn)定的利可以觀測的邊界2對于外部干擾信號，網(wǎng)絡(luò)完全不受保護(hù)；3和有線網(wǎng)絡(luò)相比，信號傳輸介質(zhì)缺乏可靠性4缺乏完全連通性，網(wǎng)絡(luò)單元之間可能存在雙向或單向的盲區(qū)5信道具有時(shí)變和不對稱的傳輸特性。另外，在無線網(wǎng)絡(luò)里存在著便攜站點(diǎn)和移動站點(diǎn)便攜站點(diǎn)指能夠移動但只能在固定位置接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，移動站點(diǎn)指能在移動過程中不中斷網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，使得構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化?；跓o線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，8021L協(xié)議提供了幾神組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。包括基本服務(wù)組BSS、分布式系統(tǒng)服務(wù)DSS和擴(kuò)展服務(wù)組ESS。211基本服務(wù)組BSS摹本服務(wù)組是80211網(wǎng)絡(luò)的基本單元圖21，在一個(gè)BSS中的單元可以直接通信，而當(dāng)站點(diǎn)移出BSS時(shí)，將會失去原有的通信聯(lián)接。由一個(gè)單獨(dú)BSS組成網(wǎng)第二章IEEE90211協(xié)衛(wèi)的介紹絡(luò)的方式稱為獨(dú)立組網(wǎng)模式INDEPENDENTBSS。在該模式下，網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)包含藕個(gè)以上的站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)都作為完全平等的個(gè)體共同參考與網(wǎng)絡(luò)的同步、管理和維護(hù)，使用同樣的方式在公平的機(jī)制下通過競爭來獲取介質(zhì)訪問權(quán)。這種ADHOC的網(wǎng)絡(luò)能用來滿足較小區(qū)域的用戶需求。圖21基本般務(wù)組BSS21，2分布式系統(tǒng)服務(wù)DSS由于一個(gè)BSS的覆蓋范圍較小，為了實(shí)現(xiàn)長距離的通信，我們可以把多個(gè)BSS用分布式系統(tǒng)DS連接起來圖22。其中每個(gè)BSS中有一個(gè)特殊單元擔(dān)任分布式系統(tǒng)的接入點(diǎn)AP，ACCESSPOINT。在這樣的BSS中，AP負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步、鋒理，甚至可以控制介質(zhì)訪問權(quán)的分配，而BSS中的其它單元通過AP訪問DS或與其它BSS中的站點(diǎn)通信。這樣的一種組網(wǎng)方式稱為骨干網(wǎng)INFRASTRUCTURENETWORK模式。213擴(kuò)展服務(wù)組ESS圖22分布式系統(tǒng)DS通過分布式系統(tǒng)可以在不能直接通信的站點(diǎn)之間建立連接，理論上可以由分第二章IEEE8021I協(xié)議的介紹布式系統(tǒng)和基本服務(wù)組組成非常復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為擴(kuò)展服務(wù)組圖23。同一擴(kuò)展服務(wù)組中的站點(diǎn)可以相互通信、可以從個(gè)基本服務(wù)組移動到另個(gè)基本服務(wù)組，而對邏輯鏈路層來說這樣的移動是透明的。圖23擴(kuò)展服務(wù)組ESS在80211標(biāo)準(zhǔn)中，并沒有規(guī)定分布式網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式，任何基于802網(wǎng)絡(luò)框架的系統(tǒng)如80213都可以接入到同一個(gè)分布式系統(tǒng)中來圖2，4，從而實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。圖24無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)22802。11的邏輯結(jié)構(gòu)如圖25所示，8021L協(xié)議給出了無線局域網(wǎng)各個(gè)子層對應(yīng)子OSL網(wǎng)絡(luò)模型的位置。其中MAC對應(yīng)于OSL模型中數(shù)據(jù)鏈路層下層，它主要在LLC的支持下為共享介質(zhì)的物理層提供訪問控制功能。麗圖中的物理匯聚予層PLCP和物理依賴予層PMD對應(yīng)于OSI模型中的物理層。8021L協(xié)議共提供了三種物理層實(shí)現(xiàn)方式，包括跳頻擴(kuò)頻物理層、直接序列擴(kuò)頻物理層和紅外物理層。對個(gè)具體的設(shè)備來說，它可以選擇三種方式中的一種來實(shí)現(xiàn)物理層。第二章IEEE80211協(xié)議的介耋FATELINKMACSAPMACSUBLAYERLLMANAGEMENTLMLMESAPMACJUBLAYERL卜ENTITYLYE殳PHY，AP地MEPL赫EJPST口TIONPHYSICALMONAGEMENTENTITYLPLCPSUBLAYERPMP_5PPHVSUBLAYERLYMANAGEMENTLPLMESPEENTITYLRPMDSUBLAYERL2380211的服務(wù)圖25IEEE80211的邏輯結(jié)構(gòu)IEEE80211標(biāo)準(zhǔn)將MAC層需要執(zhí)行的服務(wù)分為兩種類型分布式系統(tǒng)服務(wù)DSS和站點(diǎn)黻務(wù)SS。231分布布式系統(tǒng)服務(wù)DSS分布式系統(tǒng)提供的服務(wù)稱為分布式系統(tǒng)服務(wù)，提供分布式服務(wù)的站點(diǎn)稱為接入點(diǎn)。分布式系統(tǒng)控制著BSS間的通信，使得無線站點(diǎn)可以在ESS內(nèi)的各個(gè)BSS間移動。分布式系統(tǒng)服務(wù)具體包括登錄ASSOCIATION取消登錄DISASSOCIATION分布DISTRIBUTION集成INTEGRATION重登錄REASSOCIATION23，2站點(diǎn)服務(wù)SS分布式系統(tǒng)服務(wù)使站點(diǎn)與接入點(diǎn)之間建立連接，而站點(diǎn)服務(wù)則為各個(gè)站點(diǎn)提供了使用BSS的權(quán)限以及完成站點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信的能力。站點(diǎn)服務(wù)存在于所有的站點(diǎn)中，由于接入點(diǎn)同樣具有站點(diǎn)功能，所以在接入點(diǎn)里也包含站點(diǎn)服務(wù)。站點(diǎn)服務(wù)具第二章IEEE80211協(xié)泌的介紹體包括認(rèn)證AUTHENTICATION取消認(rèn)證DEAUTHENTICATION保密PRIVACYMSDU發(fā)送MSDUDELIVERY24媒質(zhì)訪問控制MAC層在無線局域網(wǎng)中，所有的站點(diǎn)都擁有媒質(zhì)訪問控制MAC層。MAC主要為LLC提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間交換MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元MSDU的功能。在LLC的支持下，MAC能夠完成包括尋址方式、訪問協(xié)調(diào)、幀序列的生成與識別等一系列工作。MAC的主要功能包括無線媒質(zhì)訪問；網(wǎng)絡(luò)連接提供數(shù)據(jù)驗(yàn)證與加密241無線媒質(zhì)訪問在無線網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元分享共同的無線媒質(zhì)。為了避免傳輸數(shù)據(jù)的沖突，提高通信效率，需要MAC提供協(xié)調(diào)功能，給網(wǎng)絡(luò)中的單元合理分配信道。也就是說，在數(shù)據(jù)發(fā)送前，MAC必須以某一種方式獲得傳輸媒質(zhì)的控制權(quán)。在8021I標(biāo)準(zhǔn)中，提供了兩種協(xié)調(diào)方式分布式協(xié)調(diào)功能DCF利點(diǎn)叻、調(diào)功能PCF。分布式協(xié)調(diào)功能是802。11的基本接入方式，采用分布式算法來共享信道，在所有的站點(diǎn)里都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)DCF。而PCF則是在DCF的基礎(chǔ)上所采取的一種基于優(yōu)先級別的訪問方式，只應(yīng)用于骨干網(wǎng)組網(wǎng)模式中。在具體介紹兩種協(xié)調(diào)功能之前，首先介紹一下訪問間隔的概念。在80211標(biāo)準(zhǔn)中定義了幾種幀間隔IFS來支持多優(yōu)先級訪問。根據(jù)所占時(shí)間從小到大的次序，分別為短幀間距SIFS80211規(guī)定的撮短的幀間隔，用于ACK幀、CTS幀、連續(xù)片斷幀和PCF方式下站點(diǎn)對輪詢的應(yīng)答。S1FS是最短的時(shí)間間隔，可以保證正在通信的站點(diǎn)取得最高的介質(zhì)控制權(quán)，進(jìn)而維護(hù)通信鏈路。PCF幀間距P1FSPCF幀間距使用在無競爭時(shí)期PCF協(xié)調(diào)模式下，PIFS的時(shí)間短于DIFS，使得工作于PCF模式下的站點(diǎn)具有比工作于DCF模式下的站點(diǎn)更高的優(yōu)先級。第二章IEEE8021L協(xié)泌的介珂DCF幀間距DIFSDCF幀間距使用在競爭時(shí)期分布式協(xié)調(diào)模式下，是從上一次媒質(zhì)占用結(jié)束到站點(diǎn)間開始重新競爭媒質(zhì)的時(shí)間間隔。擴(kuò)展幀間隔E1FS最長的時(shí)間間隔，當(dāng)接收數(shù)據(jù)未通過CRC校驗(yàn)時(shí)使用。若站點(diǎn)接收到一個(gè)錯(cuò)誤幀時(shí)，應(yīng)保證媒質(zhì)的空閑時(shí)間達(dá)到EIFS才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。2411分布式協(xié)調(diào)功能DCF分布式協(xié)調(diào)功能是80211協(xié)議中最基本的介質(zhì)訪問方式，采用了載波偵聽沖突避免CSMACA機(jī)制和隨機(jī)退避時(shí)間的方法來共享信道介質(zhì)。載波偵聽機(jī)制載波偵聽是一種用來判斷通信介質(zhì)是否繁忙的機(jī)制。在無線局域網(wǎng)中，物理載波偵聽方式和虛擬載波偵聽方式同時(shí)被使用。物理載波偵聽方式由物理層提供，物理層檢測媒質(zhì)能量進(jìn)行信道評估，根據(jù)能量的大小來確定介質(zhì)是否被其它站點(diǎn)所占用，并將評估的結(jié)果發(fā)送到MAC層，幫助MAC層完成虛擬載波偵聽。虛擬載波偵聽方式由MAC層實(shí)現(xiàn)。在MAC幀頭中有一個(gè)時(shí)間信息域DURATIONFIELD用來指示媒質(zhì)將被占用的時(shí)間，而在每個(gè)站點(diǎn)中有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分酉己矢量NAV，用來記錄媒質(zhì)占用的情況。MAC將監(jiān)聽所有在無線介質(zhì)中傳輸?shù)腗SDU，將媒質(zhì)占用的時(shí)間信息保留到NAV中，在NAV結(jié)束前，站點(diǎn)會默認(rèn)媒質(zhì)忙而不參與媒質(zhì)競爭以確保當(dāng)前的通訊順利完成。差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制在無線傳輸中，由于信道干擾和傳輸碰撞等各種原因會導(dǎo)致幀傳輸?shù)牟铄e(cuò)，需要提供一種差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制來解決傳輸中的差錯(cuò)問題。8021L采用重傳的方法來解決幀的傳輸差錯(cuò)問題，發(fā)送方在發(fā)送一幀后，需要等待接收方返回ACK幀，如果沒有收到ACK幀，則認(rèn)為接收方?jīng)]有正確接收，發(fā)送方將重新發(fā)送該幀。采用重傳機(jī)制會導(dǎo)致一個(gè)新的問題，就是在接收端可能會接收到重復(fù)幀，所以接收端必須進(jìn)行幀的過濾。在MSDU的幀頭中包含一個(gè)幀序列控制域SEQUENCECONTROLFIELD，記錄著發(fā)送幀的序列號，可以通過該域來完成過濾重復(fù)幀的工作。CSMA，CA的工作方式載波偵聽沖突避免43的具體工作方式如下站點(diǎn)首先利用載波偵聽的機(jī)制第二章IEEES02II協(xié)議的介紹來確定媒質(zhì)是否空閑。如果媒質(zhì)空閑前一幀序列發(fā)送完畢，所有的站點(diǎn)等待一個(gè)DIES或者EIFS，然后進(jìn)入媒質(zhì)競爭狀態(tài)。競爭的方式是所有模塊產(chǎn)生個(gè)隨機(jī)退避時(shí)間，如果到達(dá)隨機(jī)退避時(shí)間時(shí)，媒質(zhì)仍然空閑，表示競爭成功，可以發(fā)送序列，否則需要重新等待一個(gè)幀序列完成，然后再次競爭媒質(zhì)。DTFDIFSTATIORLASLAKONBSTATLONCSTATIONDSTATIONELO。KGICKQN1蔗鸚砸麓蕊翮匕“TFRAMELDE。11豢筠IFRAMELL翌1翮CWLNDOWGONTEBTLORWLFLDOWACKOFF皤目蠢BRH嘲CH圖2,6CSMACA的工作方式圖26描述了CSMACA的工作過程，從圖中可以看到，在第一幀傳輸結(jié)束后STATIONA，所有的站點(diǎn)等待一個(gè)DIFS的時(shí)間，然后開始競爭，STATIONC的退避時(shí)間最短，所以獲得了媒質(zhì)訪問權(quán)，在STATIONC的數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，上述的競爭過程又再一次開始。隨機(jī)退避的時(shí)間可以表示為BACKOFFTIMERANDOMASIOTTIME其中RANDOM是一個(gè)0，CW3之間的偽隨機(jī)整數(shù)ASIOTTIME是信道評估的單位間隔。CWCWINDOW又稱為競爭窗口，CWINDOW越小，競爭過程消耗的時(shí)間越少，但沖突的概率越高。80211中采取動態(tài)管理的方法來調(diào)整CW的大小，如果在數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突，系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)上調(diào)CWINDOW反之剛下調(diào)CWINDOW，CSMACA是無線局域網(wǎng)特有的一種訪問機(jī)制。由于無線網(wǎng)絡(luò)不同于有線網(wǎng)絡(luò)，無法直接檢測到媒質(zhì)中的傳輸碰撞，所以采用這樣的隨機(jī)退避過程來盡可能減小傳輸碰撞的發(fā)生。RTSCTS的使用對于較長的數(shù)據(jù)幀，如果發(fā)送時(shí)發(fā)生碰撞，會占用較多的信道時(shí)間。在80211協(xié)議中提供了一種快速的沖突與傳輸路徑檢測方法使用RTS，CTS序列。協(xié)議規(guī)定，在發(fā)送一個(gè)較長的幀或幀序列前，發(fā)送方應(yīng)該首先發(fā)送RTS幀給目標(biāo)單元，RTS可第二章EEE02協(xié)艾的食繃以用來向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通知競爭媒質(zhì)的成功。麗目標(biāo)單元在接收到RTS后，回復(fù)一個(gè)CTS，向發(fā)送單元確認(rèn)RTS發(fā)送成功并通知發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)。RTSCTS的過程如圖27所示圖27包囂RTSCTS的幀序列采用RTSCTS幀序列，可以在發(fā)送方與接收方覆蓋的范圍內(nèi)聲明媒質(zhì)的占用，而且在RTS頓的時(shí)間域里確定了從R了S發(fā)送完畢到第一個(gè)片斷幀的ACKACK0間的媒質(zhì)占用時(shí)間，在CTS的時(shí)間域中包含了從CTS發(fā)送完畢到ACK0之間的媒質(zhì)占用時(shí)間參見圖27。網(wǎng)絡(luò)中的其它單元可以根據(jù)牧到的時(shí)間信息來更新自己的NAV，以避免不必要的媒質(zhì)競爭。2412點(diǎn)協(xié)調(diào)功能PCF點(diǎn)協(xié)調(diào)功能是一種不通過競爭來訪問介質(zhì)的協(xié)調(diào)方式。在這種模式中，接入點(diǎn)AP可以作為點(diǎn)協(xié)調(diào)者PC。所有的站點(diǎn)服從PC的鋝理，PC采用輪詢機(jī)制賦予網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站點(diǎn)媒質(zhì)訪問權(quán)。PCF的工作如圖2,8所示圖28PCF的T作模式在PCF開始時(shí)，PC首先獲得介質(zhì)的控制權(quán)，按照輪詢表的次序，PC發(fā)出輪詢幀F(xiàn),POLL給網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，站點(diǎn)在獲得輪詢幀后即取得介質(zhì)訪問權(quán)，可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀并同時(shí)向PC發(fā)送輪詢幀的應(yīng)答ACK。而PC在得到輪啕幀應(yīng)答后可向下一個(gè)站第章IEEE802I1協(xié)議的介紹點(diǎn)發(fā)送輪詢幀。2413DCF與PCF的關(guān)系DCF是無線局域網(wǎng)的基本協(xié)調(diào)方式，在獨(dú)立組網(wǎng)模式下，只存在分布式協(xié)調(diào)功能。而在骨干網(wǎng)的情況下，可以同時(shí)存在DCF和PCF，如圖29所示，網(wǎng)絡(luò)在無競爭期CFP使甩PCF，在競爭期CP使用DCF。PCF作為DCF的一種補(bǔ)充可用于QOS服務(wù)以及低功耗操作等用途。RETLUIREDFORCABLENTIAN，IFREESEELEES、_。J、FU,二FORCONTENTIONFMCEXTENTIR蔫18哆5LFUNCTIONF，L曼旦LRIDCF竺L【J圖29DCF與PCF的關(guān)系242網(wǎng)絡(luò)連接和認(rèn)證保密服務(wù)2421加入網(wǎng)絡(luò)在站點(diǎn)上電后，首先需要檢測是否有王見成的網(wǎng)絡(luò)可以加入。站點(diǎn)可以通過被動偵聽或豐動掃描兩種方式完成網(wǎng)絡(luò)的搜尋工作。被動偵聽方式站點(diǎn)重復(fù)掃描每個(gè)信道，偵聽信道上發(fā)出的信標(biāo)幀BEACON，當(dāng)站點(diǎn)尋找到具有本站希望加入的服務(wù)組號BSSID的信標(biāo)幀后，與該網(wǎng)絡(luò)建立連接。主動掃描模式站點(diǎn)主動發(fā)送探詢幀PROBE收到探詢幀的站點(diǎn)骨干網(wǎng)中為AP會回復(fù)該幀。站點(diǎn)如果在個(gè)信道中收到回復(fù)幀，則可與網(wǎng)絡(luò)建立連接，否則則轉(zhuǎn)入下一個(gè)信道繼續(xù)發(fā)送探詢幀。24。22認(rèn)證和保密服務(wù)由于無線介質(zhì)的開放特性，使得無線網(wǎng)絡(luò)較易受到竊聽與攻擊，所以需要提供適當(dāng)?shù)陌踩?wù)，802IL協(xié)議提供了兩種認(rèn)證服務(wù)。開放認(rèn)證服務(wù)缺省的認(rèn)證服務(wù)，僅僅需要兩幀，完成站點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的連接認(rèn)證。共享密鑰認(rèn)證提供較高級別的安全認(rèn)證。采用WEP算法完成認(rèn)證過程，并需要四幀，其具體過程如下鋁一章IEEE802II協(xié)議的介磐I請求工作站向接收站發(fā)送認(rèn)證幀。2接收站返回一個(gè)認(rèn)證幀，該幀中包含一段128字節(jié)的文本。3請求站使用共享密鑰對文本進(jìn)行WEP加密，并把加密的結(jié)果返回給接收站。4接收站使用相同的密鑰對文本解密，并與發(fā)送文本進(jìn)行比較，如果相互匹配，則發(fā)送表示成功的認(rèn)證幀，否則則返回失敗的認(rèn)證幀。除了認(rèn)證過程外，80211還使用WEP算法對發(fā)送數(shù)據(jù)提供加密。WEP是一種對稱加密算法，使用RC4編碼，給無線網(wǎng)絡(luò)提供了有線網(wǎng)絡(luò)相類似的安全級別。關(guān)于WEP算法，在第四章中會有具體說明。243MAC的幀結(jié)構(gòu)與幀交換序列2431MAC的幀結(jié)構(gòu)MAC幀結(jié)構(gòu)的主體框架如圖210所示，并不是每一種MAC幀都具有圖中的所有域，每一種幀都是某些域的組合。圖210MAC幀的結(jié)構(gòu)豐要域的具體說明幀控制FRAMECONTR01包含幀的類型等控制信息。持續(xù)時(shí)間標(biāo)志DURATIONID包含數(shù)據(jù)序列占用媒質(zhì)的時(shí)間，在某些幀中該域也作為所有工作站點(diǎn)的標(biāo)志符。地址1、2、3、4ADDRESSL，2,3，4地址域包含不同類型的地址。對應(yīng)的地址類型取決于幀的類型。902，11中地址類型共五種，分別為基本服務(wù)組號BSSID、源地址SA、目標(biāo)地址DA、發(fā)送地址TA和接收地址RA。序列控制SEQUENCECONTR01該域包括一個(gè)分段號和一個(gè)予序列號，用于標(biāo)識一個(gè)MAC幀或者一個(gè)幀序列的片斷幀。利用該段數(shù)據(jù)可以重組一組片斷幀或者用于過濾接收到的重復(fù)幀。幀體FRAMEBODY載有傳輸?shù)腖LC數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列FCSMAC利用32位循刊幾余碼CRC對整個(gè)幀進(jìn)行校驗(yàn)。第二章IEEE80211濟(jì)議的舟絹2432MAC的主要幀類型MAC幀分為三個(gè)大類控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀，如圖21L。數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送LLC的數(shù)據(jù)，管理幀用于同步、認(rèn)證、登錄等管理功能，控制幀則用于維護(hù)幀序列的正常交換。進(jìn)一步細(xì)分的話，MAC共有25種幀，每一種幀都有自己所需的域，限于篇幅，不對每一種幀進(jìn)行詳細(xì)介紹。控制幀RTS管理幀匝正丑三臣工丑蔓工蘭曲數(shù)據(jù)幀匿正丑三叵王囝蔓亞三二三1習(xí)RA接收地址T艇送蚰地J】S謝地址DAFF標(biāo)地址BSSID水月H務(wù)紕峙圖211MAC幀的蘭種類獬2433MAC的幀交換序列MAC的數(shù)據(jù)傳輸采用幀序列交換的方式，比如一個(gè)數(shù)據(jù)幀DATA加一個(gè)ACK幀就組成一個(gè)幀交換序列。8021L協(xié)議規(guī)定了在競爭和無競爭時(shí)期所支持的幀交換序列，見下表。SEQUENCEFRAMESINUSAGESEQUENCEDATABCME1BROADCASTORMULTICASTMSDUMGMTBELBROADCASTMMPDURTSCTSFRAGACK一LASTACK2DIRECTEDMSDUORMMPDUPSP01LACK2DEFENEDPSPOLLRESUORTSEPSPOLLFFRAGACK一LASTACKIMMEDIATEPSPOLLRESPONSECDNTINUAJONOFCFP娟ETMISSINGACKOR【】CFEND2ORMORERMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARY墨三童竺塑堅(jiān)竺塹塑SEQUENCEFRLLLLLESINUSAGESEQUENCEBEACONCFLBEACONDURINGCFPDATABCMCLBROADCASTORMULTICASTMSDUMZMTBCLOR2BROADCASTMMPDUMB,MTDIR一ACK2OR3DFLEETEDMMPDUDATADIRCFPO州CFACK一DATADIRCFACK2POLIANDACKSENTWITHMPDUS一CFRAEKNODALA1POLLOFSTAWITHEMPTYQUEUE，DATADIRCFPOLICFACK一CFACKNODATA2INSUFFICIENTTIMEFORQUEUEDMPDU，ORTOOTITTLETIMEREMAININGBEFOREADWELLOFMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARYTOSENDAQUEUEDFRAMECFPOLLNODATACFACK一DATADIR一2SEPARATEPOLLACKSENTWITHMPDUCFACKNODAI站CF110ILNODATACFACK一DATADLR一ACKPOLLEDSTASENDSTOSTAINBSSSEPARATEPOLL，STAQUEUEEMPTY，ORCFPOLLNODATACFACK一NTDTNODATA2INSUFFICIENTTIMEFORQUEUEDMPDUORTOOLITTLETIMEREMAININGBEFOREADWELLORMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARYTOSENDAQUEUEDFRAMEDATADIRCFACK一ACK2ACKIFNOTCFPOLLABLEOFNOTDOLLCD表21802，】1協(xié)議規(guī)定的幀序列25無線局域網(wǎng)的物理層PHY80211標(biāo)準(zhǔn)提供了三種可選的物理層實(shí)現(xiàn)方式跳頻擴(kuò)頻FHSS物理層、直接序列擴(kuò)頻DSSS物理層和紅外線IR物理層。其中紅外線物理層在850到950NM波段進(jìn)行調(diào)制，主要用于小型設(shè)備和低速應(yīng)用。而跳頻和直接序列擴(kuò)頻使用ISM開放頻段載波頻率為24GHZ。第章IEEE802L1協(xié)議的介紹251物理層結(jié)構(gòu)物理層包括三個(gè)功能實(shí)體參見圖25物理層管理模塊PHYSICALLAYERMANAGEMENTPLME與MAC層管理實(shí)體MLME相連，通過MLME和PLME之間的服務(wù)訪問點(diǎn)SAP傳輸管理數(shù)據(jù)，為物理層提供管理功能。物理匯聚子層PHYSICALLAYERCONVERGENCEPROCEDUREPLCP完成MAC單元MSDU向PLCP協(xié)議單元的映射過程。MAC和PLCP通過物理層的服務(wù)訪問點(diǎn)進(jìn)行原語通信，PLCP對MSDU附加前導(dǎo)碼與幀頭，幀頭包含了物理層發(fā)送和接收所需的信息，PLCP處理后的幀稱為PLCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元PPDU，MSDU的單元承載于PPDU中的PSDU域。物理依賴子層PHYSICALMEDIUMDEPENDENTPMD在PLCP的下方，定義了兩點(diǎn)之間通過無線媒質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的方法。對于無線介質(zhì)來說，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，PMD正是用來完成這部分的功能。PLCP與PMD之間通過原語通信，PLCP控制著PMD的發(fā)送與接收。252物理層的載波偵聽與信道評估功能8021I標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了PLCP的主狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)圖212。圖212PLCP的主狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)分為三個(gè)狀態(tài)，載波偵聽信道評估CSCCA、發(fā)送TRANSMIT和接收RECEIVE。一般情況下，狀態(tài)機(jī)處于CSICCA狀態(tài)，在該狀態(tài)時(shí)PLCP通過PMD檢查媒質(zhì)狀態(tài)來執(zhí)行物理層的載波偵聽功能。PLCP持續(xù)地對媒質(zhì)進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)媒質(zhì)忙時(shí)，PLCP設(shè)法定位PPDU的前導(dǎo)碼與幀頭，同步接收機(jī)并獲得接收信號的傳“旺第二章IEEES021L悱議的介紹輸速率，然后狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，完成PSDU的接收。同樣，如果PLCP接收到MAC發(fā)送數(shù)據(jù)的指令，主狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，完成MSDU向PPDU的映射和發(fā)送工作。物理層使用信道評估CCA，CLEARCHANNELASSESSMENT來測定無線介質(zhì)是否繁忙，并通過原語向MAC報(bào)告媒質(zhì)狀態(tài)，MAC層利用物理層的報(bào)告完成自己的虛擬載波偵聽。物理層提供了幾種信道評估的模式1PMD測量介質(zhì)的能量是否超過門限值。2PMD探測介質(zhì)上是否有DSSS信號。3PMD檢測介質(zhì)上的DSSS信號能量是否超過門限值。雖然80211協(xié)議提供了三種可選的物理層，但在具體應(yīng)用時(shí)，物理層的選擇應(yīng)該取決于實(shí)際的應(yīng)用要求，采用三種方案中的一種來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。由于我們的系統(tǒng)使用直接序列的擴(kuò)頻方式，所以下面介紹一下直接序列擴(kuò)頻DSSS的物理層規(guī)范。253直接序列擴(kuò)頻DSSS物理層在8021L仂、議中定義的直接序列擴(kuò)頻物理層采用DBPSK和DQPSK調(diào)制方式，支持1MBITS和2MBITS的通信速率。1999年發(fā)布的8021LB協(xié)議23擴(kuò)展了80211標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于直接序列擴(kuò)頻的調(diào)制方式，采用了8碼片CHIP的CCK調(diào)制方案支持55MBITS和11MBITS的高速數(shù)據(jù)傳輸，這一模式也被稱為高速直接序列擴(kuò)頻。2531直接序列擴(kuò)頻的物理匯聚子層PLCP為了滿足不同傳輸模式的需要，8021LB協(xié)議定義了兩種PPDU的幀結(jié)構(gòu)長PPDU和短PPDU。短PPDU只用在高速直接序列擴(kuò)頻的模式下，用來提高網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量。長PPDU幀結(jié)構(gòu)圖213是8021LB中長PPDU的幀結(jié)構(gòu)示意圖，其前導(dǎo)碼與幀頭與80211的規(guī)定相同，只在PSDU的傳輸中多支持了55MBITS和11MBITS兩種速率。幀結(jié)構(gòu)的具體說明如下同步域SYNC該域由128位1經(jīng)擾碼產(chǎn)生，該域提供接收機(jī)完成同步的數(shù)據(jù)。第二章1EEES021T枕C泌的介紹幀定界符SFD該域?yàn)楣潭ㄖ礨F3A0，指示幀頭域的開始。信號域SIGNAL該域表示PSDU的傳輸速率。該域的數(shù)值等于數(shù)據(jù)率除以100KBITS。ZDQPSK5,5OFLLMBIFFS圖213LONGPPDD幀締構(gòu)服務(wù)域SERVICE用3個(gè)BIT作為高速擴(kuò)展，分別為時(shí)鐘鎖定比特，調(diào)制選擇比特和長度擴(kuò)展比特，其它比特保留。長度域LENGTH該域值是一個(gè)無符號的16位整數(shù)，表示發(fā)送MPDU所需的微秒數(shù)。幀頭差錯(cuò)校驗(yàn)FEC采用16位CRC算法完成PPDU幀頭的校驗(yàn)。PSDU該域用于傳輸MSDU數(shù)據(jù)，它的大小可以從0至最大尺寸，最大尺寸由銷理實(shí)體PLME提供的AMPDUMAXLENGTH參數(shù)確定。長PPDU的前導(dǎo)碼和幀頭采用DBPSK調(diào)制1MBIFFS的傳輸速率，而PSDU可以采用1MBITS、2MBITSDQPSK調(diào)制、55MBITSCCK調(diào)制或1IMBITSCCK調(diào)制的速率傳輸。短PPDU幀結(jié)構(gòu)圖214是短PPDU的幀結(jié)構(gòu)示意圖，使用短PPDU是為了減小前導(dǎo)碼和幀頭的負(fù)荷，以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。幀結(jié)構(gòu)的具體說明如下同步域SYNC該域由56位0經(jīng)擾碼組成，該域使接收機(jī)完成必要的同步。幀定界符SFD該域值為X05CF，是長PPDU中該域值的取反，以指示幀頭開始。第二章IEEE80211池議的介紹信號域SIGNAL該域表示PSDU的調(diào)制方法。該域的數(shù)值等于數(shù)據(jù)率除以100KBITSS，短PPDU的PSDU只支持2MBITS，55MBITS和11MBITS三種傳輸速率。SCRAMBLEDZEROS圖214SHORTPPDU的幀結(jié)構(gòu)短PPDU其它城的定義與長PPDU相同，短PPDU的前導(dǎo)碼采用DBPSK調(diào)制，LMBITS的傳輸速棗，幀頭采用DQPSK調(diào)制，2MBITS速率傳輸，而PSDU部分可以采用2MBITSDQPSK調(diào)制、55MBITSCCK調(diào)制或11MBIFFSCCK調(diào)制的速率傳輸。2532直接序列擴(kuò)頻的物理依賴予層PMD直接序列擴(kuò)頻的PMD使用DPSK和CCK兩種調(diào)制方式，其中LMBI“S的傳輸使用擴(kuò)頻DBPSK調(diào)制方式，2MBITS的傳輸使用擴(kuò)頻的DQPSK調(diào)制方式，55MBITS和11MBIFFS使用了CCK調(diào)制方式。相移鍵控PSK通過改變載波的相位信息來表示傳輸?shù)男盘枺?0211協(xié)議中使用11個(gè)碼片的PN序列對DPSK調(diào)制結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)頻。擴(kuò)頻技術(shù)是無線通信里一種常用的技術(shù)，廣泛運(yùn)用于CDMA等許多通信方式中。擴(kuò)頻系統(tǒng)使用PNPSEUDONOISE碼來擴(kuò)展信號的頻帶，提高接收信號的增益。無線局域網(wǎng)與CDMA使用擴(kuò)頻的方式有所不同，在無線局域網(wǎng)中，所有的站點(diǎn)使用相同的PNPSEUDONOISE碼，并固定為一個(gè)11CHIP的BARKER序列1，1，1，1，一】，1，L，】，1，】，。1。葺【一章眶E黜02。TT銣泌啦介寶FJ補(bǔ)碼鍵控CCK可以用來調(diào)制55MB“S和11MBIDS的傳輸數(shù)據(jù)。在CCK的調(diào)制方式下，擴(kuò)頻碼的長度為8，CCK的調(diào)制公式如下C婦7PP2仇禮、EJP磯吼，霉79吼仙，一。9吼，君。992竹，E79竹，一E79N，E。9無論是使用擴(kuò)頻DPSK調(diào)制還是CCK調(diào)制，調(diào)制后的碼片速率都是ILMCHIPS，關(guān)于DPSK調(diào)制和CCK調(diào)翻在第五章中還會詳細(xì)介紹。本章簡單介紹了80211和80211B的協(xié)議內(nèi)容，限于篇幅，只介紹了協(xié)議中與本文內(nèi)容關(guān)系較密切的部分，關(guān)于802LL無線局域網(wǎng)的細(xì)節(jié)，可以參闋IEEE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)31MAC層的系統(tǒng)架構(gòu)媒質(zhì)訪問控制子層MAC主要為邏輯鏈路子層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，并同時(shí)完成載波偵聽，沖突避免CSMACA、數(shù)據(jù)加密與驗(yàn)證WEP、系統(tǒng)同步以及節(jié)能管理等一系列工作，MAC的整體功能較為復(fù)雜。對于一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)而言，常用的實(shí)現(xiàn)方式有三種1采用全邏輯電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能都采用硬件電路來實(shí)現(xiàn)。采用這種方式，系統(tǒng)的效率可以做到最優(yōu)，但整個(gè)設(shè)計(jì)的靈活性較差，任何功能上的改動都需要重新進(jìn)行RTL設(shè)計(jì)、綜合、布線等整套設(shè)計(jì)流程，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度很大。2采用嵌入式芯片加邏輯電路的實(shí)王見系統(tǒng)采用固件與硬件協(xié)同工作的方法，相比于第一種方法，設(shè)計(jì)的靈活性得到了提高，并且電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度也大大降低，減少了電路面積。3采用全軟件實(shí)現(xiàn)使用嵌入式芯片來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部功能，該方式是最靈活的一種實(shí)現(xiàn)方式，但是由于軟件的處理速度遠(yuǎn)氐于硬件，所以采用該方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)其運(yùn)行效率較低。對于802。LL的MAC而言，整個(gè)系統(tǒng)韻功能較為復(fù)雜，采用全硬件的方式，設(shè)計(jì)難度大，并且靈活性很差，不利于系統(tǒng)功能的升級。采用全軟件的方式，處理效率很低，不能支持高速率的傳輸要求。所以我FJ選用第二種方式，也就是匿件掘硬件的方法來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)，對于系統(tǒng)中速度要求較高的模塊采用硬件實(shí)現(xiàn)，對于功能復(fù)雜但對速度要求不高的模塊使用固件來完成。這樣既保證了處理數(shù)據(jù)的效率又具有很好的靈活性，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與升級。311MAC層的軟硬件劃分由于使用固件與硬件協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)整個(gè)MAC系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)前，首先需要進(jìn)行軟硬件的功能劃分。第三章蝶質(zhì)訪問控制MAC屢的系統(tǒng)設(shè)計(jì)FUNCTIONSAFTERPARTITIONINGHWSWHCIDEVICESPCIORPCMCIAHCLTHEDRIVERSFOREACHKINDOFHCIDEVICESCARRIEPSENSEJMACLEVELACKDCFACCESSPROCESSPCFACCESSPROCESSJCSMAMACFRARNEFORMATIONDCF，CAMACFRARTQEEXTRACTIONJFRAMEEXCHANGESEQUENCEJPCFSYNCHRONIZAIIONPOWERSAVEOPERATIONMCCACSINTERFACCADATA0CASSOCIATIONMACREASSOCIA“ONSERVICEDISASSOEIATIONPRIVACYWEPMECHANISMWITHRE4ALGORITHMAUTHENTICATIONJDEAUTHANTICATIONMPDUMACHCADERPROCESSPROEEGSPCSJINTERFACEWITHPHYLAYERREGISTERFILEMLMEMACLAYERMANAGEMENTSECURI“WEPENGINEWITHRE4ALGORITHMI表31MAC系統(tǒng)的軟硬件劃分MAC所需要完成的工作種類很多，主要的功能包括1幀服務(wù)將LLC的數(shù)據(jù)包劃分成MPDU序列根據(jù)不同的幀類型構(gòu)造或提取幀頭信息完成MPDU的FCS校驗(yàn)在加密的傳輸過程中，完成對數(shù)據(jù)包的WEP加密和解密2幀序列服務(wù)MAC是通過幀序列交換來實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)通信服務(wù)和管理服務(wù)。第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在IEEE80211協(xié)議中定義了17種不同的幀交換序列FRAMEEXCHANGESEQUENCE，關(guān)于幀序列可參見2433。3管理功能子層完成登錄ASSOCIATION、認(rèn)證AUTHENTICATION等網(wǎng)絡(luò)管理和操作4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)功能、同步功能和功耗管理功能表31是整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件劃分結(jié)果，其中除了實(shí)現(xiàn)協(xié)議規(guī)定的MAC功能以外，還提供了兩個(gè)接口。一個(gè)是HCI接口，用來將MAC系統(tǒng)與主機(jī)相連，該接口可以采用PCI或者PCMCIA總線形式，并且需要為系統(tǒng)提供專門的驅(qū)動程序。另個(gè)是與物理層的通信接口，由于物理層使用全定制實(shí)現(xiàn)，所以需要一個(gè)硬件接口完成MAC與物理層數(shù)據(jù)的同步傳輸。從表31中可以看到，我們使用硬件電路實(shí)現(xiàn)MAC的幀序列交換功能，以提高整個(gè)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率，實(shí)際上，如何實(shí)現(xiàn)幀序列的交換也是我們軟硬件劃分的一個(gè)重要依據(jù)。對于速率要求較高的功能如WEP加密，系統(tǒng)中使用硬件來實(shí)現(xiàn)，對于功能復(fù)雜但速度要求不高的功能。比如LLC數(shù)據(jù)包的分劃FRAGMENT、節(jié)能管理、網(wǎng)絡(luò)管理等，采用軟件來實(shí)現(xiàn)。312MAC層系統(tǒng)架構(gòu)圖31是MAC系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)，在系統(tǒng)中使用了兩條總線，一條作為MCU的數(shù)據(jù)指令通道，另一條作為設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道56。我們選用IBM的MICROBLAZETM作為系統(tǒng)的嵌入式芯片1718，該芯片是一個(gè)RISC架構(gòu)的軟核SOFTCORE，使用32位總線、HAVARD結(jié)構(gòu)，采用在POWERPC系列中使用的CORECONNECT技術(shù)93、OPB總線結(jié)構(gòu)10，可內(nèi)嵌入XILINX公司的VINEX2系列FPGA。下面簡單介紹一下系統(tǒng)中所涉及的硬件模塊，這些模塊的功能與硬件實(shí)現(xiàn)將在第四章中詳細(xì)介紹。MCU內(nèi)嵌的處理器，目前采用MICMBLAZE固件FIRMWARE由外部存儲器與片內(nèi)存儲器組成，存放系統(tǒng)固件中斷控制器MCU中斷處理單元UART接口串行輸出接口，用于調(diào)試時(shí)對MCU的監(jiān)控HCI接口PCI或者PCMCIA總線接口OPB總線MICROBLAZE芯片的總線第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)本地總線LOCALBUSMAC硬件系統(tǒng)的總線，各個(gè)硬件模塊訪問交換內(nèi)存的數(shù)據(jù)通道。總線接口BUSINTERFACE完成OPB總線與本地總線標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，是固件與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的通路。交換內(nèi)存EXCHANGEMEMORY片內(nèi)存儲器，用于緩存數(shù)據(jù)寄存器堆REGISTERFILE寄存器組，用于軟件對硬件系統(tǒng)的監(jiān)控流控制器TRAFFICCONTROLLERMAC硬件系統(tǒng)的主控模塊，完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)、虛擬載波偵聽以及幀序列交換控制的功能。發(fā)送引擎TXENGINE與物理層的接口，向物理層發(fā)送數(shù)據(jù)接收引擎RXENGINE與物理層的接口，接收物理層數(shù)據(jù)WEP引擎WEPENGINE加密引擎，完成WEP加密算法本地總線監(jiān)控器TRACER用于調(diào)試的模塊，監(jiān)控本地總線的行為圖31MAC層韻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本節(jié)的最后，我們以數(shù)據(jù)發(fā)送為例，介紹一下MAC系統(tǒng)工作的過程。當(dāng)LLC要求發(fā)送個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，如果LLC包過長，MAC的軟件首先完成對數(shù)據(jù)包的劃分，劃分將會產(chǎn)生一組片斷幀F(xiàn)RAGMENT。軟件對每個(gè)片斷幀添加MAC幀頭形成MPDU并通過總線接口BUSINTERFACE將MPDU緩存在交換內(nèi)存中如果數(shù)據(jù)需要加密，第三章媒質(zhì)訪糊控制MAC屢的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件會激活WEP弓1擎完成對MPDU的加密，并通知流控制器TRAFFICCO