544053712畢業(yè)設(shè)計（論文）無線局域網(wǎng)MAC層機制研究

1、無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文設(shè)計題目： 無線局域網(wǎng)mac研究 系 部： 電子信息系 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 計信（專 ）081 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2011年5月無線局域網(wǎng)mac層機制研究摘要： 作為計算機網(wǎng)絡(luò)和無線通信相結(jié)合的產(chǎn)物，無線局域網(wǎng)wlan成為了當下日益流行的無線接入方式。ieee802.11標準是國際普遍認可的無線局域網(wǎng)標準，它能很好的支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，占有較大的市場份額。無線局域網(wǎng)mac層是控制和協(xié)調(diào)無線節(jié)點訪問網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的關(guān)鍵協(xié)議子層。如何在有限的網(wǎng)絡(luò)資源和不穩(wěn)定的物理介質(zhì)的前提下在mac層提供有效服務(wù)，成了無線網(wǎng)絡(luò)研究界的一個新課題。在這個技術(shù)背景下，本文針對ieee

2、802.11無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的媒體接入(mac:media access control)層支持技術(shù)進行了研究。在分析了ieee802.11協(xié)議的基礎(chǔ)上，對最初的兩種接入機制pcf和dcf做了一定的描述。本文不僅對edcf（enhanced distributed channel access）和hcf的協(xié)議原理做了詳細的介紹，而且還將它們分別與dcf和pcf的性能做了比較。并且還在論文的最后對無線局域網(wǎng)mac層機制提出了改進方案。關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng);wlan;服務(wù)質(zhì)量mac層 wireless lan mac layer technologyas a computer network and

3、the combination of the wireless communication, wireless lan wlan became present increasingly popular wireless access mode. international standard is widely accepted by ieee802.11 the wireless local area network standard, it can be a very good support data business transmission, occupy the bigger mar

4、ket share. wireless lan mac layer is control and coordination of the wireless network media node visit key agreement son layer. how in the network resources and limited the physical media instability in the mac layer under the premise of provide effective services, became a wireless network issue41

5、a new subject. in this technical background, based on the wireless local area network system ieee802.11 media access (mac: media access control) layer support technology is studied. on the analysis on the basis of ieee802.11 agreement to the first two, pcf access mechanism and done some description

6、dcf model. this paper not only edcf (distributed to any access) and to the principle of agreement hcf described in detail, and will they respectively with the performance of pcf dcf model and were compared. and also in paper finally to the wireless local area network mac layer mechanism presents the

7、 improvement plan. keywords: wireless lan wlan service quality mac layer目 錄前言5第一章 緒論71.1 無線局域網(wǎng)概述71.2 無線局域網(wǎng)的基本概念81.3 無線局域網(wǎng)特點91.4無線局域網(wǎng)的組成原理111.5 無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系131.6 無線局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢16第二章 ieee802.11物理層和mac層規(guī)范182.1 ieee802.11物理層結(jié)構(gòu)182.1.1 ieee802.11 物理層概念182.1.2 ieee802.11物理層層次結(jié)構(gòu)182.1.3 ieee802.11物理層分類202.1.4 i

8、eee802.11物理層協(xié)議202.1.5 ieee802.11物理層關(guān)鍵技術(shù)212.2 ieee802.11 mac層結(jié)構(gòu)222.2.1 ieee802.11 mac層概念222.2.2 ieee802.11 mac協(xié)議23結(jié)論34參考文獻35附錄36致謝39前言 在這個“網(wǎng)絡(luò)就是計算機”的時代，伴隨著有線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，以快捷高效，組網(wǎng)靈活為優(yōu)勢的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在飛速發(fā)展。無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，無線局域網(wǎng)利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，并為通信的移動化、個性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。通俗地說，無線局域網(wǎng)（wireless l

9、ocal-area network，wlan）就是在不采用傳統(tǒng)纜線的同時，提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。 通常計算機組網(wǎng)的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜，構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合要受到布線的限制：布線、改線工程量大；線路容易損壞；網(wǎng)中的各節(jié)點不可移動。特別是當要把相離較遠的節(jié)點連接起來時，敷設(shè)專用通信線路的布線施工難度大、費用高、耗時長,對正在迅速擴大的聯(lián)網(wǎng)需求形成了嚴重的瓶頸阻塞。無線局域網(wǎng)就是解決有線網(wǎng)絡(luò)以上問題而出現(xiàn)的。 由于近幾年，ieee 802.11無線網(wǎng)絡(luò)得到了迅速的發(fā)展，并已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在人們的工作和生活中。隨著internet上的實時多媒體業(yè)務(wù)（如視頻、音頻等）越來

10、越多，在無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸這些業(yè)務(wù)的需求也越來越大，這也就對無線網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。同有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線網(wǎng)絡(luò)在性能和服務(wù)質(zhì)量方面還有很大差距，這除了其物理傳輸介質(zhì)的固有特點之外，實現(xiàn)介質(zhì)共享的mac層協(xié)議是一個非常重要的因素。因此，對ieee 802.11 mac協(xié)議的性能分析和改進，以及與mac有關(guān)的服務(wù)質(zhì)量問題的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。所以我這次論文選擇的題目是無線局域網(wǎng)mac層qos技術(shù)研究。在論文初期，我從互聯(lián)網(wǎng)、相關(guān)畢業(yè)論文及與無線局域網(wǎng)有關(guān)的書籍中查閱了大量的資料，對論文的主要內(nèi)容有了自己的構(gòu)思。隨著人們生活水平的不斷提高，為了實現(xiàn)“任何人（whoever）在任何

11、時候（whenever）的任何地方（wherever）與任何人（whomever）進行任何方式（whatever）”的通信目標，無線局域網(wǎng)應(yīng)運而生，并且在現(xiàn)在及未來的社會中得到廣泛應(yīng)用。所以本文首先對無線局域網(wǎng)的基本概念，特點，組成原理，協(xié)議體系，應(yīng)用及以后的發(fā)展趨勢做了粗略的介紹，使得大家對無線局域網(wǎng)先有一個大概的了解。雖然無線局域網(wǎng)有很多優(yōu)點，但是由于無線局域網(wǎng)的傳輸信道所用的介質(zhì)為電磁波，這使得無線信道的傳輸誤碼率明顯增高，即使沒有分組沖突，分組數(shù)據(jù)丟失率也會顯著增大；由于電磁波的頻率資源有限使得wlan的傳輸速率和通信容量受到限制；由于無線信道存在著衰落，因此會出現(xiàn)許多影響通信的問題，

12、比如遠近效應(yīng)，暴露終端和隱藏終端等。所以本文在第二章中對無線局域網(wǎng)的物理層和mac層的協(xié)議和關(guān)鍵技術(shù)做了一定的分析研究。隨著無線局域網(wǎng)越來越廣泛的應(yīng)用，隨之而來的問題也漸漸顯露出來：wlan只能提供“盡力而為”的服務(wù)，對一些機制沒有保障，在負載重的情況下，會有較大延遲的出現(xiàn)，提高服務(wù)質(zhì)量迫在眉睫。所以本文在第三章介紹了無線局域網(wǎng)mac層的增強技術(shù)，對edcf和hcf協(xié)議原理進行了分析。在論文的最后一章，提出了對無線局域網(wǎng)mac層機制的改進方案。第一章 緒論1.1 無線局域網(wǎng)概述20世紀末，個人計算機（pc）因為internent的興起變成熱門商品。由于信息技術(shù)的不斷推陳出新，加上服務(wù)內(nèi)容的日新

13、月異，使得上網(wǎng)變成一種全球同步流行的活動。而能夠擺脫網(wǎng)線的束縛，讓信息能夠?qū)崟r地傳遞到使用者的手中成為了當務(wù)之急，這意味著我們已經(jīng)開始步入了所謂的“后pc時代”?！昂髉c時代”的三大核心概念是：無所不在的計算（ubiquitous computing）,注意力經(jīng)濟（attention economy）和自由軟件（free software）或叫開放源代碼（open sources）。為了實現(xiàn)無所不在的計算，移動計算成為了現(xiàn)代計算機通信領(lǐng)域一個引人注目的新課題。它將給信息產(chǎn)業(yè)帶來一場深刻的變革，并在越來越多的領(lǐng)域中發(fā)揮不可替代的作用。移動計算就是利用計算機技術(shù)和電信技術(shù)為用戶提供移動的計算環(huán)境和

14、新的計算模式。其作用在于將有用，準確的信息及時傳遞。移動計算技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，可應(yīng)用于軍事，工業(yè)和民用等許多方面。 在后pc時代，通信領(lǐng)域最流行最關(guān)鍵的三個方面就是隨心所欲（ubiquitous）,寬帶（broadband）和無線（wireless）?；ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展推動了市場對寬帶網(wǎng)絡(luò)的需求，寬帶用戶數(shù)量在全球呈現(xiàn)出非常強勁的增長態(tài)勢。另一方面，隨著無線通信特別是移動通信的發(fā)展，辦公室和家庭信息化的推廣，以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，計算機和外設(shè)的不斷增加，迫切需要構(gòu)筑一種能夠隨時隨地，隨心所欲的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)(wlan)順勢而生。它不但滿足了用戶在多種移動狀態(tài)下獲取網(wǎng)絡(luò)信息的強烈需求，也符

15、合當今社會人員流動性大，工作生活節(jié)奏緊張的發(fā)展趨勢。同時無線通信技術(shù)也具有網(wǎng)絡(luò)部署迅速便捷的特點，能夠靈活方便的為用戶提供服務(wù)。據(jù)dataquest公司報道，2002年大約20%的筆記本電腦具有wlan的功能；2004年這一比列提高到了31%，2007年則提高到了68%?？梢妛lan的普及，產(chǎn)品增多，價格下降，市場需求急速增長。據(jù)in-stat市場調(diào)研公司報道，世界wlan系統(tǒng)產(chǎn)品的銷售額2001年為17.7億美元；2002年為24億美元；2003年為35億美元；而到了2005年則到了52億美元，年均增長率為32%，并且繼續(xù)保持著高速增長的良好態(tài)勢。 隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移

16、動數(shù)據(jù)，移動計算機及移動多媒體的第三代移動通信系統(tǒng)開始興起：像cdma2000,wcdma,td-scdma等相應(yīng)的標準也應(yīng)運而生。除公用電信領(lǐng)域的移動通信網(wǎng)之外，ieee802.11體系hiperlan標準體系的無線局域網(wǎng)，ieee802.16體系的無線城域網(wǎng)等多種標準體系也在蓬勃發(fā)展。學(xué)術(shù)界相繼提出ofdm(orthogonal frequency division multiplex),mimo(muli-input multi-output, uwb(ultra wadeband)等無線傳輸技術(shù)理論，隨著研究工作的不斷深入與擴展，部分新技術(shù)已經(jīng)納入新的無線通信標準，甚至已經(jīng)開始實現(xiàn)商業(yè)

17、應(yīng)用。 現(xiàn)在我們對通信提出的要求是傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)由有線向無線轉(zhuǎn)變；由固定像移動轉(zhuǎn)變；由單一業(yè)務(wù)向多媒體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變，順應(yīng)這需求的無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了普遍的關(guān)注，我們也有理由相信waln的明天會更好。1.2 無線局域網(wǎng)的基本概念顧名思義，無線局域網(wǎng)wlan就是在局部區(qū)域內(nèi)以無線媒體或介質(zhì)進行通信的無線網(wǎng)絡(luò)。它有以下特點：1.waln是一種能在幾十米到幾公里范圍內(nèi)支持較高數(shù)據(jù)速率（如2mb/s以上）的無線網(wǎng)絡(luò)，可以采用微蜂窩,微微蜂窩結(jié)構(gòu)，也可以采用非蜂窩（如adhoc）結(jié)構(gòu)。目前無線局域網(wǎng)領(lǐng)域的兩個典型標準是ieee802.11系列和hiperlan系列標準。2.無線局域網(wǎng)的適應(yīng)性很強，它是有線網(wǎng)

18、在建筑物和校園之間的延長和變通，無線網(wǎng)絡(luò)通過使用無線通信技術(shù)在空中傳送和接受數(shù)據(jù)，最小限度的使用有線連接，通過簡單的配置使網(wǎng)絡(luò)移動，并同移動用戶進行數(shù)據(jù)通信。3.無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它采用無線多址接入的有效方式支持計算機之間的通信，并為通信的移動化，個人化和媒體應(yīng)用提供了實現(xiàn)的手段。它并不是用來取代有線局域網(wǎng)的，而是用來彌補有線局域網(wǎng)的不足之處，以達到網(wǎng)絡(luò)延伸的目的。無線局域網(wǎng)將有線網(wǎng)絡(luò)的輸出，移動訪問和配置的靈活性很好的結(jié)合起來，提供了一種靈活、方便的聯(lián)網(wǎng)方案。4.無線局域網(wǎng)的主要應(yīng)用范圍有：在移動工作環(huán)境下，向移動計算機用戶提供訪問信息網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)；應(yīng)用于臨

19、時組網(wǎng)和難以布線的場合，如災(zāi)難恢復(fù)，短時間的商用系統(tǒng)和大型會議；可作為有線局域網(wǎng)的無線延伸（補充），也可以作為lan的無線互連（替代）。5.無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體或介質(zhì)分為射頻無線電波和光波兩大類。射頻無線電波主要使用無線電波和微波，光波主要使用紅外線。因此，無線局域網(wǎng)可分為基于無線電的無線局域網(wǎng)（rlan）和基于紅外線的無線局域網(wǎng)兩大類。1.3 無線局域網(wǎng)特點無線局域網(wǎng)利用空中的電磁波代替?zhèn)鹘y(tǒng)的纜線進行信息傳輸，可以作為傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的延伸、補充或代替。相比較而言，無線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點：1.移動性“無線”就意味著可能移動，無線局域網(wǎng)的明顯優(yōu)點是提供了移動性，通信范圍不再受環(huán)境條件的限制，這

20、樣就拓寬了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡乩矸秶?，在有線局域網(wǎng)中，各站點的距離在使用銅纜（粗纜）是被限制在500m內(nèi)，即使采用單模光纜也只能達到3km，而無線局域網(wǎng)中間兩個站點間的距離可達到50km，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)能夠為用戶提供實時的無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入功能，使用戶可以很方便地獲取信息。2.靈活性安裝容易，使用簡便，組網(wǎng)靈活，無線局域網(wǎng)可以將網(wǎng)絡(luò)延伸到線纜無法連接的地方，并可方便的增減、移動和修改設(shè)備。無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式靈活多樣，可以通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)接入骨干網(wǎng)，也可以自組網(wǎng)；可以組成單區(qū)網(wǎng)和多區(qū)網(wǎng)，還可以在不同網(wǎng)間移動。3.可伸縮性 在適當?shù)奈恢梅胖没蛱砑咏尤朦c或擴展點，就可以滿足擴展組網(wǎng)的需要。4.高帶寬無線局域網(wǎng)

21、使用的無線頻率可以處于開放頻段，例如2.4ghz的ism頻段，最大帶寬可達11mhz。5.經(jīng)濟性無線局域網(wǎng)可用于物理布線困難或不適合進行物理布線的地方，并以經(jīng)濟的方式快速進行物理布線。然而，無線局域網(wǎng)并非完美無缺，也有許多面臨的問題需要解決，這些局限性實際上也是無線局域網(wǎng)必須克服的技術(shù)難點。這些局限性有些是低層技術(shù)方面的問題，需要無線局域網(wǎng)設(shè)計者在研發(fā)過程中加以考慮；有些則是應(yīng)用層面的問題，需要使用者在應(yīng)用時加以克服和注意。以下是無線局域網(wǎng)的局限性：1.可靠性有線局域網(wǎng)的信道誤比特率可優(yōu)于10-9，這樣就保證了通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。無線局域網(wǎng)采用無線信道進行通信，而無線信道是一個不可靠的信

22、道，存在著各種各樣的干擾和噪聲，從而引起信號的衰落和誤碼，進而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐性能的下降和不穩(wěn)定性。此外，由于無線傳輸?shù)奶厥庑裕€可能產(chǎn)生“隱蔽終端”、“暴露終端”和“插入終端”等現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的可靠性。2.帶寬與系統(tǒng)容量由于頻率資源有限，無線局域網(wǎng)的信道帶寬遠小于有限網(wǎng)的帶寬。由于無線信道數(shù)有限，即使可以復(fù)用，無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)容量通常也要比有線網(wǎng)的容量小。因此，無線局域網(wǎng)的一個重要發(fā)展方向就是提高系統(tǒng)的傳輸帶寬和系統(tǒng)容量。3.覆蓋范圍無線局域網(wǎng)的低功率和高頻率限制了其覆蓋范圍。為了擴大覆蓋范圍，需要引入蜂窩或微蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，或者通過中繼與橋接等其他措施來實現(xiàn)。4.安全性無線局域網(wǎng)的安全性有兩方面

23、的內(nèi)容，一個是信息安全，一個是人員安全。由于無線電波不能局限于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的范圍內(nèi)，所以存在著被竊聽和被惡意干擾的可能性。5.干擾外界干擾可對無線通信和無線局域網(wǎng)設(shè)備形成干擾，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部也會形成次干擾；同時，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)還會干擾其它無線系統(tǒng)。因此，在無線局域網(wǎng)的設(shè)計與使用時要綜合考慮電磁兼容性能和抗干擾性能，并采用相應(yīng)的措施。1.4無線局域網(wǎng)的組成原理無線局域網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)：無線局域網(wǎng)的物理組成或物理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，由站（sta）、無線介質(zhì)(wm)、基站(bs)或接入點(ap)和分布式系統(tǒng)(ds)等幾部分組成。bs/ap無線介質(zhì)站站分布式系統(tǒng)圖1-1站也稱主機或終端，是無線局域網(wǎng)的最基

24、本的組成單元。無線局域網(wǎng)中的站之間可以直接相互通信，也可以通過基站或接入點進行通信。無線介質(zhì)是無線局域網(wǎng)站與站，站與接入點之間的通信的傳輸介質(zhì)。無線接入點類似蜂窩結(jié)構(gòu)中的基站，是無線局域網(wǎng)的重要組成單元。它的基本功能是完成非ap的站對分布式系統(tǒng)的接入訪問和同一bss中的不同站之間的通信聯(lián)絡(luò)。分布式系統(tǒng)是用來連接不同bss的通信信道。無線分布式系統(tǒng)通過ap間的無線通信取代有線電纜來實現(xiàn)不同bss的連接。無線局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)：wlan系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由幾個部件組成，它們之間相互作用而構(gòu)成了wlan，并使sta對上層而言具有移動透明性。wlan的拓撲結(jié)構(gòu)可以從幾個方面來分類。從物理拓撲分類看，有單區(qū)網(wǎng)(sc

25、n)和多區(qū)網(wǎng)（mcn）之分；從邏輯上看，wlan的拓撲主要有對等式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式和線型、星型、環(huán)型等；從控制方式方面來看，可分為無中心分布式和有中心集中控制式兩種；從與外網(wǎng)的連接性來看，主要有獨立wlan和非獨立wlan。bss是wlan的基本構(gòu)成模塊。它有兩種基本拓撲結(jié)構(gòu)或組網(wǎng)方式，分別是分布對等式拓撲和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)集中式拓撲。單個bss稱為單區(qū)網(wǎng)，多個bss通過ds互連構(gòu)成多區(qū)網(wǎng)。1.分布對等式拓撲分布對等式網(wǎng)絡(luò)是一種獨立的bss（ibss），它至少有兩個站。它是一種典型的、以自發(fā)方式構(gòu)成的單區(qū)網(wǎng)。在可以直接通信的范圍內(nèi)，ibss中任意站之間可直接通信而無需ap轉(zhuǎn)接，如圖1-2所示由于沒有ap，

26、站之間的關(guān)系是對等的、分布式的或無中心的。但是當站點數(shù)過多時，信道競爭成為限制網(wǎng)絡(luò)性能要害。因此，比較適合于小規(guī)模，小范圍的wlan系統(tǒng)。a站b站基本服務(wù)集（bss）圖1-22.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的集中式拓撲 在wlan中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括分布式系統(tǒng)媒體（dsm）、ap和端口實體。同時，它也是ess的分布和綜合業(yè)務(wù)功能的邏輯位置。一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)除ds外，還包含一個或多個ap及零個或多個端口。因此，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)wlan中，至少要有一個ap。只包含一個ap的單區(qū)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如圖1-3所示。ap是bss的中心控制站，網(wǎng)中的站在該中心站的控制下與其他站進行通信。apsta1sta3sta2有線局域網(wǎng)圖1-31.5 無線

27、局域網(wǎng)的協(xié)議體系無線局域網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)：完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括自上而下的各個層次，但無線網(wǎng)絡(luò)僅僅工作在osi/rm的下三層，如圖1-4所示，無線調(diào)制解調(diào)器（modem）或無線電臺只具備物理層的功能；wlan可以包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，只有wwan才具有網(wǎng)絡(luò)層的功能。無線網(wǎng)絡(luò)高層協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層高層協(xié)議層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層終端用戶a終端用戶bwwanwlan圖1-4無線局域網(wǎng)的協(xié)議體系：1.ieee802.11x無線局域網(wǎng)協(xié)議體系：a.ieee802.111990年ieee802標準化委員會成立ieee802.11wlan標準工作組。ieee802.11(又稱wi-f：無線保真)

28、是在1997年6月由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標準，該標準定義了物理層和媒體訪問控制（mac）規(guī)范。物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制格式，同時定義了兩個rf傳輸方法和一個紅外線傳輸方法。其中rf傳輸標準以跳頻和直接序列擴頻為基礎(chǔ)，工作在2.4000-2.4835ghz頻段。ieee802.11是ieee最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準，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要，所以更常用的是ieee 802.11的高速擴展協(xié)議ieee 802.11b、ieee 802.1

29、1a以及ieee 802.11g。b.ieee 802.11b1999年9月ieee 802.11b被正式批準，該標準規(guī)定的wlan工作頻段在2.4-2.4835ghz,數(shù)據(jù)傳輸速率達到11mbps，傳輸距控制在50-150英尺。該標準是對ieee 802.11的一個補充，采用補充編碼鍵控（cck）調(diào)控方式，以及點對點模式和基本模式兩種運作模式。數(shù)據(jù)傳輸速率可以根據(jù)實際情況在11mbps、5.5 mbps、2 mbps2和1mbps之間自行切換，它改變了wlan的設(shè)計狀況，擴大了wlan的應(yīng)用領(lǐng)域。采用ieee 802.11b的wlan產(chǎn)品廣泛應(yīng)用與辦公室、家庭、賓館、車站、機場等眾多場所，但

30、是由于許多wlan的新標準的出現(xiàn)，ieee 802.11a和ieee 802.11g更是備受業(yè)界關(guān)注。c.ieee802.11a1999年，ieee 802.11a標準制定完成，該標準規(guī)定wlan工作頻段在5.15-8.825ghz，數(shù)據(jù)傳輸速率達到54mbps（turbo），傳輸距離控制在10-100米。該標準也是ieee 802.11的一個補充，擴充了標準的物理層，采用正交頻分技術(shù)與qpsk調(diào)制方式，可提供25mbps的無線atm接口和10mbps的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口，支持多種業(yè)務(wù)如語音、數(shù)據(jù)和圖像等。ieee 802.11a標準是ieee 802.11b的后續(xù)標準，其設(shè)計初衷是取代80

31、2.11b標準。然而工作于2.4ghz頻帶并不需要執(zhí)照的，該頻段屬于工業(yè)、教育、醫(yī)療等專用公開頻段，但是工作于5.15-8.825ghz頻帶是需要執(zhí)照的，因此一些公司仍沒有表示對802.11a標準的支持，而是更加看好最新的混合標準802.11g。d.ieee802.11g該標準具有ieee 802.11a的傳輸速率，高于ieee 802.11b的安全性。采用了兩種調(diào)制方式，包括802.11a中采用的ofdm與ieee802.11b中采用cck，做到與802.11a和802.11b兼容。雖然802.11a較適用于企業(yè)，但wlan運營商為了兼顧現(xiàn)有802.11b設(shè)備投資，目前802.11g的產(chǎn)品已

32、廣泛投入使用。e.ieee802.11iieee802.11i標準結(jié)合了ieee802.1x中的用戶端口身份驗證和設(shè)備驗證，對wlan mac層進行了修改與整合，定義了嚴格的加密格式和鑒權(quán)機制，以改善wlan的安全性。ieee802.11i新修訂標準主要包括兩項內(nèi)容：“wi-fi保護訪問”（wpa）技術(shù)和“強健安全網(wǎng)絡(luò)”（rsn）。wi-fi聯(lián)盟計劃采用802.11i標準作為wpa的第二個版本，并已于2004年初開始實行。數(shù)據(jù)的安全是wlan設(shè)備制造商和wlan網(wǎng)絡(luò)運營商應(yīng)該首先考慮的頭等工作，所以ieee802.11i標準在wlan網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中是相當重要的。f.ieee802.11e/f/hi

33、eee802.11e標準對wlan mac層協(xié)議提出改進，以支持多媒體傳輸，并支持所有wlan無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證（qos）機制。ieee802.11h用于802.11f定義了訪問節(jié)點之間的通訊，支持ieee802.11的接入點互操作協(xié)議（iapp），還用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。在ieee802.11系列標準中，通常把相對復(fù)雜的物理層又進一步劃分為物理層會聚過程子層（plcp）、物理媒體依賴子層(pmd)和物理層管理子層(plme)。plcp子層將mac幀映射到媒體上，主要進行載波偵聽的分析和針對不同的物理層形成相應(yīng)格式的分組。pmd子層用于識別相關(guān)媒體傳輸?shù)男盘査褂玫恼{(diào)制和編

34、碼技術(shù)。完成這些幀的發(fā)送。物理層管理子層進行信道選擇和協(xié)調(diào)。mac層也分為mac子層和mac管理子層。mac子層負責訪問機制的實現(xiàn)和分組的拆分與重組。mac管理子層負責ess散步管理、電源（節(jié)能）管理，以及鏈接過程中的鏈接、解除鏈接和重新鏈接等過程的管理。此外ieee802.11還定義了一個管理子層，其主要把任務(wù)是協(xié)調(diào)物理層和mac層之間的交互作用。ieee802委員會給出的局域網(wǎng)的協(xié)議體系如圖1-5所示，它由一系列的標準協(xié)議構(gòu)成.llcmac站管理ma管理phy管理802.11fhss802.11a802.11ir802.11g802.11dsss802.11bdllplcppmd圖1-51

35、.6 無線局域網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢無線局域網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用方式也很多?？傮w上分，無線局域網(wǎng)主要有室外應(yīng)用和室內(nèi)應(yīng)用。室內(nèi)應(yīng)用主要有家庭或小型辦公室應(yīng)用（soho）和大型辦公室、企事業(yè)單位、工業(yè)或商業(yè)等。室外應(yīng)用主要有園區(qū)網(wǎng)（如校園網(wǎng)、醫(yī)院網(wǎng)、社區(qū)網(wǎng)等）和較遠距離的無線網(wǎng)絡(luò)連接（用無線網(wǎng)橋、無線路由器等設(shè)備）以及更遠距離的網(wǎng)絡(luò)中繼。某些部門網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)會有室外的應(yīng)用。公共無線局域網(wǎng)接入是近兩年來發(fā)展的新的應(yīng)用模式，它借助于現(xiàn)有的廣域網(wǎng)絡(luò)，如中國電信公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、公共移動網(wǎng)（gsm、gprs、cdma2000-1x等），構(gòu)成廣大區(qū)域的無線isp(wisp)。當前的構(gòu)造方式主要是在熱點場所部署無線局

36、域網(wǎng)。另外一類適合無線局域網(wǎng)應(yīng)用的場合是需要臨時組網(wǎng)和難以布線的地方，如災(zāi)難恢復(fù)、短時間的商用系統(tǒng)和大型會議等，以及軍事、公安等專用網(wǎng)。組成一個臨時的wlan，最典型的應(yīng)用是ad hoc網(wǎng)（完全可移動方式）。通常是一群具有便攜式終點的用戶為會議或其他目的的聚集到一起，需要在無法預(yù)料的距離間構(gòu)筑一個臨時性的wlan。從支持移動性的角度來看，目前的無線局域網(wǎng)還只能用于不移動或慢速移動的用戶或業(yè)務(wù)，可能會在不久的將來開發(fā)出適合高速移動的無線局域網(wǎng)。wlan有三種應(yīng)用方式，即wlan接入網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)無線互聯(lián)和定位。前兩類應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，而wlan定位應(yīng)用是近幾年才發(fā)展起來的，是與無線廣域網(wǎng)的定位類似的一

37、種應(yīng)用方式。wlan定位不僅可以單獨應(yīng)用，而且可以將其與其他應(yīng)用結(jié)合起來，進一步促進wlan的應(yīng)用。第二章 ieee802.11物理層和mac層規(guī)范2.1 ieee802.11物理層結(jié)構(gòu)2.1.1 ieee802.11 物理層概念ieee802.11物理層簡介：無線局域網(wǎng)物理層是空中接口的重要組成部分，它為wlan系統(tǒng)提供無線通信鏈路。無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的物理層內(nèi)容主要解決適應(yīng)wlan信道特性的高效而可靠地數(shù)據(jù)傳輸問題，并向上層提供必要的支持與響應(yīng)。wlan物理層是一個無線通信系統(tǒng)，wlan信道為無線信道，而無線信道的主要特征就是誤碼率較高（可靠性低）和帶寬受限（傳輸容量受限）。為了保證通信的完整

38、性與傳輸?shù)目煽啃?，提高無線鏈路的質(zhì)量，必須提供一定的措施或技術(shù)來檢測和糾正在無線傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯誤。這些手段可以分為兩類：1.作為傳輸鏈路一部分的機制，主要是克服多徑等現(xiàn)象用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，包括差錯控制編碼在內(nèi)的編碼技術(shù)、均衡與交織技術(shù)和無線系統(tǒng)等。2.用在物理層上的算法和機制，如擴展與瑞克接收技術(shù)、多載波技術(shù)、分集技術(shù)、功率控制技術(shù)和智能無線技術(shù)等。在無線局域網(wǎng)物理層上，通過高效的編碼、交織、調(diào)制技術(shù)和有效的無線技術(shù)等來降低誤碼率，提高信道容量，這是提供wlan qos保證的最低層和最基本的技術(shù)。但由于無線頻譜受限，它能達到的效果也是有限的。無線局域網(wǎng)物理層的性能主要由傳輸容量（以傳輸

39、速率標稱）、傳輸質(zhì)量（以誤碼性能和可用度指標體現(xiàn)）、信道利用率或頻帶利用率（單位頻帶的信息傳輸速率）和覆蓋范圍等技術(shù)指標來衡量。2.1.2 ieee802.11物理層層次結(jié)構(gòu)從縱向的層次結(jié)構(gòu)來看，wlan物理層包括三個功能實體，如圖2-1所示：mac 層管理phy 層管理mac層 phy sapplcp子層 pmd sappmd子層物理層圖2-1。1.物理層管理實體plmeplme與mac層管理相連，執(zhí)行本地物理層的管理功能。2. 物理層會聚過程plcp子層plcp子層是mac層與pmd子層或物理層介質(zhì)的中間橋梁，他與mac層通過物理層訪問點（phy sap）利用原語進行通信。plcp子層規(guī)定

40、了如何將mac層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（mpdu）映射為合適的幀格式用于收發(fā)用戶數(shù)據(jù)和管理信息。mac層發(fā)出指示后，plcp就開始準備需要傳輸?shù)膍pdu（媒體協(xié)議數(shù)據(jù)單元），并為mpdu附件包含物理層發(fā)送器和接收器所需信息的字段。在ieee802.11x標準中，將這種附加有plcp字段的mpdu稱為plcp協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ppdu）。ppdu的幀結(jié)構(gòu)提供了站點之間的異步傳輸，因此，接收站點的物理層必須對每個單獨的即將到來的幀同步。plcp子層與pmd子層通過pmd子層訪問點（pmd sap）利用原語進行通信，控制發(fā)送和接受功能。3.物理介質(zhì)依賴pmd子層pmd子層在plcp子層之下，直接面向無線介質(zhì)，定義

41、了兩點和多點之間通過無線媒介收發(fā)數(shù)據(jù)的特性和方法，為幀傳輸提供調(diào)制和解調(diào)。ieee802.11x標準定義了dsss pmd/fhss pmd/ir pmd)等三種pmd。其中，dsss pmd又有三種高速擴展，分別對應(yīng)ieee802.11a/b/g三個物理層標準擴展。wlan物理層主要實現(xiàn)三種功能或操作（三種狀態(tài)機），即發(fā)送、接受和狀態(tài)監(jiān)測（向上層提供狀態(tài)指示信息）。狀態(tài)指示信息在ieee802.11x標準中指的是信道空閑估計cca，它可以是載波檢測（cs）、能量超過門限和能量超過門限與載波檢測中的任意一種。這三種功能都是pmd子層在plcp子層的控制下完成的。2.1.3 ieee802.11

42、物理層分類wlan物理層傳輸方式涉及無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體、選擇的頻段和調(diào)制方式等內(nèi)容。而這些內(nèi)容決定了wlan物理層的分類。wlan物理層分類情況如圖2-2所示： wlan物理層無線電波微波射頻（rf）窄帶寬帶非擴頻擴頻直擴（ds）跳頻（fh）正交頻分復(fù)用（ofdm）光波紅外線（ir）可見光圖2-2目前，無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體主要有兩種，即無線電波與紅外線。對于采用無線電波作為傳輸媒體的無線局域網(wǎng)依調(diào)制方式不同，又可分為擴展頻譜方式與窄帶調(diào)制方式。2.1.4 ieee802.11物理層協(xié)議無線局域網(wǎng)的phy層分為兩類：一類是ieee802.11的基本型wlan物理層協(xié)議；另一類是高速擴展

43、協(xié)議，主要有802.11a/b/g。對于基本型的物理層協(xié)議，有三種傳輸方式，即跳頻擴展頻譜（fhss）方式、直接序列擴展頻譜（dsss）方式和紅外線方式。物理層的選擇取決于實際應(yīng)用的要求。跳頻擴頻和直接序列擴頻是通信技術(shù)中兩種常用的擴展頻譜技術(shù)，用以提高無線信道的利用率和數(shù)據(jù)通信的安全性。目前大多數(shù)基于ieee802.11b的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的物理層介質(zhì)工作在2.4000-2.4835ghz的無線射頻頻段（ism頻段），采用直接序列擴展頻譜技術(shù)以提高高達11mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。其中，dsss系統(tǒng)包括以下三個協(xié)議子層：1.dsss plcp子層dsss plcp子層提供了一個mpdu與ppdu

44、轉(zhuǎn)換的會聚過程。2.dsss pmd子層pmd子層的功能是定義了兩個或者更多的站點之間通過無線媒體發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的特點和具體實現(xiàn)方法。3.dsss plme子層plme的功能是協(xié)同mac管理單元完成本地phy功能的管理。2.1.5 ieee802.11物理層關(guān)鍵技術(shù)隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛，用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。但是在室內(nèi)等較為復(fù)雜的電磁環(huán)境中，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實現(xiàn)無線信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道中困難。ieee802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)是一種能支持較高數(shù)據(jù)傳輸速率（1-54mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計算機局域網(wǎng)絡(luò)。其

45、物理層關(guān)鍵技術(shù)大致有三種：dsss或cck技術(shù)、pbcc和ofdm。目前擴頻調(diào)制技術(shù)正成為主流，而ofdm技術(shù)由于其優(yōu)越的傳輸性能也逐漸成為人們關(guān)注的新焦點。1.dsss調(diào)制技術(shù)ieee802.11x中基于dsss的調(diào)制技術(shù)有三種：最初ieee802.11標準制定在1mbps數(shù)據(jù)速率下采用dbpsk；如提供2mbps的數(shù)據(jù)速率，要采用dqpsk，這種方法每次處理兩個比特碼元，成為雙比特；第三種是基于cck的qpsk，是11b標準采用的基本數(shù)據(jù)調(diào)制方式。ieee802.11b使用了cck調(diào)制技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達11mbps。但是如果要求傳輸速率超過11mbps，cck為了對抗多徑干擾

46、需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實現(xiàn)起來非常困難。為了推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，802.11工作組又引進新的調(diào)制技術(shù)。2.pbcc調(diào)制技術(shù)pbcc調(diào)制技術(shù)是有ti公司提出的，已作為802.11g的可選項被采用。pbcc也是單載波調(diào)制，但它與cck不同，它使用了更多復(fù)雜的信號星座圖。pbcc采用8psk，而cck使用bpsk/qpsk；另外pbcc使用了卷積碼，而cck使用區(qū)塊碼。因此它們的解調(diào)過程十分不同。pbcc可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為11、22和33mbps。3.ofdm技術(shù)關(guān)于ofdm系統(tǒng)較完善的概念是weinstein和ebert在1971年提出的。如圖2-3所示，其核心思想是利用

47、ifft將數(shù)據(jù)流調(diào)制在多個子載波上，對信道的頻率響應(yīng)進行分割，使之變成并行、獨立近似無記憶的多個子信道。與單載波系統(tǒng)相比，ofdm系統(tǒng)最重要的優(yōu)越性是能夠很好地克服頻率選擇性信道衰落，另外出于各子信道之間的頻譜相互交疊，ofdm系統(tǒng)有著較高的頻譜效率，因此ofdm傳輸技術(shù)非常適用于寬帶高速無線移動通信。fft的引入，大大降低了ofdm的實現(xiàn)復(fù)雜性。2.2 ieee802.11 mac層結(jié)構(gòu)2.2.1 ieee802.11 mac層概念多址接入技術(shù)是解決在網(wǎng)絡(luò)中多個用戶如何高效共享一個物理鏈路的技術(shù)，它涉及多址信道的分割、接入方式、分配策略和控制機制等多方面內(nèi)容，是無線通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。多址

48、接入技術(shù)的一個核心問題是：對于一個共享信道，當信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何采用有效的協(xié)調(diào)機制或服務(wù)準則來分配信道的使用權(quán)。這就是媒體（信道）訪問控制mac技術(shù)，mac協(xié)議就是定義以一定的順序和有效的方法分配節(jié)點訪問媒體的規(guī)則，是mac技術(shù)的基本內(nèi)容。嚴格來講多址接入與mac不完全相同，但在計算機通信中，一般用mac協(xié)議來描述和實施各用戶的多址接入?yún)f(xié)議的排隊論模型。網(wǎng)絡(luò)的性能（吞吐量、時延等）主要取決于mac子層的接入?yún)f(xié)議，而且系統(tǒng)的頻譜利用率、系統(tǒng)容量、小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)備的復(fù)雜度和成本等也受mac協(xié)議的影響。所以，選擇適當?shù)膍ac子層規(guī)范，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特征有效地配置信道資源、提高無線資源的使用率，提高

49、系統(tǒng)的容量和傳輸質(zhì)量，是無線網(wǎng)絡(luò)研究的重要課題。隨著現(xiàn)代社會對通信業(yè)務(wù)要求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類型越來越趨向多樣化，比如短數(shù)據(jù)、報文、語音業(yè)務(wù)和流媒體業(yè)務(wù)等等。為提供相應(yīng)的qos保證，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，這就對mac層的接入機制提出了更高的要求，各種接入方式正處于不斷的改進和融合之中。評價mac協(xié)議的性能指標或設(shè)計mac協(xié)議需要考慮的技術(shù)要求主要有吞吐率、延遲、公平性和穩(wěn)定性等。理想的mac協(xié)議應(yīng)該具有盡可能小的時延，盡可能高的吞吐率，公平性和穩(wěn)定性高，可伸縮性以及支持多媒體（qos）業(yè)務(wù)等其特性。2.2.2 ieee802.11 mac協(xié)議mac協(xié)議的選擇與設(shè)計非常復(fù)雜，需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、

50、節(jié)點的數(shù)量、業(yè)務(wù)的類型與要求以及物理層的限制等多方面的因素。wlan是一種無線網(wǎng)絡(luò)，而且是一種以突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主（同時也可以支持多媒體業(yè)務(wù)）的分組無線網(wǎng)絡(luò)，帶寬有限，信道環(huán)境惡劣，還要支持有中心結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)兩種類型的網(wǎng)絡(luò)拓撲，同時還要求具有節(jié)能、公平、安全等多方面的功能。隨機接入mac協(xié)議適合于強突發(fā)性業(yè)務(wù)。aloha是一種簡單的隨機接入?yún)f(xié)議，當業(yè)務(wù)量較重時，容易發(fā)生業(yè)務(wù)流碰撞。而載波偵聽多址訪問csma技術(shù)使整個信道帶寬為所有用戶共享，只有當信道空閑時，才允許用戶發(fā)送信息，這種方式降低了碰撞發(fā)生的概率。而csma/ca將時間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來，保證某一時刻只有一個終端發(fā)送，實現(xiàn)

51、了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集中控制。但必須看到，時延、隱藏終端和暴露終端是wlan固有的問題，目前主要的解決方法是采用rts/cts短信息握手機制。像maca、macaw、fama等主流的mac子協(xié)議都使用了rts/cts短分組。目前，主流的wlan系統(tǒng)是ieee802.11x系統(tǒng)和hiperlan2系統(tǒng)，藍牙系統(tǒng)、homerf系統(tǒng)也都有不少應(yīng)用。這些wlan系統(tǒng)的mac協(xié)議，大都是以隨機接入為主的混合mac協(xié)議，下面主要分析其協(xié)議原理。在ieee802.11x無線網(wǎng)絡(luò)中，mac層功能較復(fù)雜，它主要包括mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口、mac控制狀態(tài)機、mac管理業(yè)務(wù)接口、mac管理業(yè)務(wù)機和分布式業(yè)務(wù)接口等功能模塊，如圖

52、2-4所示。此外，mac層的mib也包含在mac的管理功能中，它主要用來存放mac的管理信息。分布式系統(tǒng)分布式業(yè)務(wù)mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)mac管理業(yè)務(wù)mac控制狀態(tài)機mac管理狀態(tài)機macmibllc子層管理子層phy數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)phy管理站管理mac業(yè)務(wù)接口圖2-4由圖2-4可知，mac業(yè)務(wù)接口從高層或從主機管理實體接受業(yè)務(wù)請求，根據(jù)具體的請求業(yè)務(wù)分配到mac的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或mac管理業(yè)務(wù)，mac數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和mac管理業(yè)務(wù)解釋接受到的業(yè)務(wù)請求，通過相應(yīng)的信息告知狀態(tài)機（控制狀態(tài)機和管理狀態(tài)機），狀態(tài)機激發(fā)物理層進行有關(guān)的業(yè)務(wù)活動；或者是一個相反的過程。ap提供了mac和分布系統(tǒng)的接口，主要提供分布式業(yè)務(wù)。分布

53、式業(yè)務(wù)從分布式系統(tǒng)接收業(yè)務(wù)請求，并將有關(guān)的請求傳到mac控制狀態(tài)機。與之相反，分布式業(yè)務(wù)也從mac控制接受指示并將其傳到分布式系統(tǒng)。mac控制狀態(tài)機提供分布式協(xié)調(diào)功能dcf和點協(xié)調(diào)功能，提供異步的、無連接的接入控制，從而有效地利用無線媒體進行通信。mac管理狀態(tài)機主要提供：mac、mib的存取，聯(lián)絡(luò)，認證與加密，電源與節(jié)能管理以及時間同步等業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)用來為主機的管理服務(wù)。ieee802.11無線局域網(wǎng)的所有工作站和訪問節(jié)點都提供媒體訪問控制服務(wù)，mac服務(wù)是指同llc在mac服務(wù)訪問節(jié)點之間進行交換mac服務(wù)數(shù)據(jù)單元的能力，包括利用共享無線電波或紅外線介質(zhì)進行mac服務(wù)數(shù)源站媒體空閑發(fā)送第

54、一幀sifspifsdifssifs時間目的站其他站ack時間nav(傳媒忙)sifspifsdifs發(fā)送下一幀時間有幀要求發(fā)送延遲接入等待重試時間有幀要求發(fā)送據(jù)單元的發(fā)送。簡單地說，就是利用這樣一個協(xié)議在不同的機器間傳遞mac層數(shù)據(jù)包并且盡可能地減少沖突和維持網(wǎng)絡(luò)正常運行。ieee802.11 mac層具有以下主要功能：無線媒體訪問、網(wǎng)絡(luò)連接登錄、為不同類型的業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量以及提供數(shù)據(jù)驗證和保密。ieee802.11x的無線媒體接入?yún)f(xié)議稱為“基于分布方式的無線媒體訪問控制協(xié)議-dfwmac”。dfwmac的基礎(chǔ)是csma/ca。它有兩種方式，即分布式協(xié)調(diào)功能dcf和點協(xié)調(diào)功能pcf，如圖2

55、-5所示。dcf是ieee802.11最基本的媒體訪問方法，其核心是csma/ca。它包括載波檢測cs機制，幀間間隔ifs和隨機退避規(guī)程。在每個節(jié)點使用csma機制的分布接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)，由圖可知，dcf向上提供爭用服務(wù)。而pcf是可選的媒體訪問方法，它使用集中控制的接入算法（一般在接入點ap實現(xiàn)集中控制），用類似于輪詢的方法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站，從而避免了碰撞的產(chǎn)生。對于時間敏感的業(yè)務(wù)，如分組語音，就應(yīng)該使用提供無爭用服務(wù)的點協(xié)調(diào)功能pcf。在下面論文中將分別介紹兩種協(xié)調(diào)功能。dcf協(xié)議原理及性能分析dcf有兩種工作方式，一種是基本工作方式，即csma/ca方

56、式；另一種是rts/cts機制。dcf中的csma/ca的工作原理可用圖2-6說明，其實質(zhì)是兩次握手的ca機制。1.csma/ca方式：（1）載波檢測cs機制：圖2-6基本的csma/ca機制較為簡單。其過程是這樣的：當檢測到信道空閑期間大于某一ifs后立即開始發(fā)送幀；否則，延遲接入直到檢測到需要的ifs，然后選擇退避時間進入退避。退避結(jié)束后重新開始上述過程。csma/ca的基礎(chǔ)是載波偵聽。ieee802.11x根據(jù)wlan的媒體特點提出了兩種載波檢測方法：一種是物理層的直接載波檢測cs，另一種是mac層的虛擬vcs。物理層和虛擬載波監(jiān)聽機制可以讓mac層監(jiān)聽介質(zhì)處于繁忙還是空閑狀態(tài)，見2-7圖。物理層控制機制提供的物理信道評估結(jié)果發(fā)送到mac層，作為確定信道狀態(tài)信號的一個因素。網(wǎng)絡(luò)分配矢量=0？發(fā)送幀介質(zhì)忙？碰撞？監(jiān)聽介質(zhì)（進行物理信道評價）開始（有幀需要發(fā)送）yesno隨機退避時間yesyesnono圖2-7 mac層控制機制利用幀中持續(xù)