[硕士论文精品]wlan网络设计及应用分析

WLAN网络设计及应用分析摘要WLAN无线局域网是20世纪90年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它使用无线信道来接入网络，为通信的移动化，个人化和多媒体应用提供了手段，以其高速、灵活、易于管理和扩展等特点，成为宽带接入的有效方式之一。近年来，WLAN相关产品为越来越多的企业和家庭所使用。本文介绍了WLAN的协议体系，特别地，对IEEE80211系列标准协议阐述了其物理层、数据链路层所使用到的各种关键技术。同时，论述了WLAN网络各组成部分、功能以及主要的网络拓扑结构。结合笔者亲自建设的XX电信指挥大楼WLAN网络过程，本文重点对WLAN网络的设计规划、产品选型、建设调测、网络调优等予以详细的阐述，并给出了一套WLAN网络设计要求及建设的步骤。本文还结合WLAN当前的应用现状，分别对运营商、企业、家庭的WLAN应用进行详细分析，提出了有建设性的应用设想。本文对各运营商、企业和个人进行WLAN网络技术的学习以及进行网络搭建、网络配置有很好的指导和参考作用。关键词WLAN、8021LB、AP、宽带、网络设计、网络优化WLANNETWORKDESIGNANDAPPLICATIONANALYSESABSTRACT礴兄ANWIRELESSLOCALAREANETWORKISACOMBINATIONOFCOMPUTERNETWORKTECHNOLOGYANDWIRELESSCOMMUNICATIONTECHNOLOGYIN1990SACCESSINGNETWORKTHROUGHWIRELESSCHANNELS，WLANPROVIDESMOBILEANDPERSONALCOMMUNICATIONANDAPPLICATIONSOFMULTIMEDIAWITHTHECHARACTERISTICSOFHIGHSPEED,FLEXIBLE，EASYMANAGEMENTANDEASYEXPANSION，WLANCOMESTOBEALLEFFECTIVEMEANSTOACCESSBROADBANDNETWORK,ANDISUSEDBYMOREANDMOREENTERPRISES，FAMILIESIHEARTICLEINTRODUCES，ANPROTOCOLSYSTEM，ESPECIALLYINTRODUCESTHEKEYTECHNIQUESOFTHEPHYLAYERANDMACLAYEROF磁E80211PROTOCOLSYSTEMEACHMODULEOFWLANANDITSFUNCTIONS，THEMAINLYNETWORKTOPOLOGYALEDISCUSSEDBASEONTHEPROJECTOF“亿ANOFXXTELECOMCENTERBUILDINGWITCHTHEAUTHORTOOKPARKIN,THEARTICLEPLACESEMPHASISONTHEDESCRIPTIONOFNETWORKDESIGN,PRODUCTSCHOOSING,NETWORKSETUPANDCONFIGURE，ANDNETWORKOPTIMIZATIONASTHEGONELUSION,也EARTICLEGIVESOUTTHEREQUESTSOFWRLANNETWORKDESIGNANDSTEPSOF1ANNETWORKSETUPTHEAPPLICATIOILSOFOPERATINGCOMPANYCLASS、ENTERPRISECLASSANDFAMILYCLASSOF卫ANALEANALYSEDINDETAILINTHELASTPARTOFTHEARTICLE，SOMECONSTRUCTIVESUGGESTIONSABOUTTHEWLANAPPLICATIOILSAREBROUGHTFORWARDAT也ESAMETIMETOMANYTELECOMOPERATINGCOMPANIES，ENTERPRISESANDINDIVIDUALS，THISARTICLEISAGOODGUIDEANDREFERENCEOFWLANSTUDYANDWLANNETWORKSETUPANDCONFIGURE。KEYWORDSWLAN8021LBAPBROADBANDNETWORKDESIGNNETWORKOPTIMIZATION独创性或创新性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资抖着有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名盈包翌日期猃基缝盟盟关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后遵守此规定保密论文注释本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释本学位论文本人签名导师签名本授权书。日期2翌生垒盟望日期半北京邮电大学工程硬士学位论文WLAN舟络设计与应用分析第一章绪论11研究背景随时、随地、高速的通信一直是人们追求的目标，随着信息化的发展，这种需求的迫切性日益增加。无线局域网WIRELESSLOCALAREANETWORK，简记为WLAN的出现很好地满足了人们的这些需求。WLAN技术解决了移动性和网络速率之间的矛盾，其支持的传输速率不断提高，已经完全可以和有线网相比此外，无线局域网还具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展等优点，越来越多的企业、家庭采用了WLAN设备接入网络。WLAN市场近年来发展迅速，有着广阔的市场前景。最近很多咨询公司对WLAN的市场进行了描述和预测，基本上都是非常乐观的在设备市场方面，据国际数据公司DC预测，今后5年WLAN市场预计每年增长29。据CAHNERSINSTAT公司预测，到2006年，WLAN的销售额将从2001年的18亿美元增长到将近60亿美元据CARTNET“预测，到2007年，将有68的笔记本电脑具备WLAN功能；总之，在今后5年内，WLAN的设备市场潜力巨大，故很多厂商都投入了这个市场2005年提供WLAN设备的厂商就有170多家，CISC,O、INTEL、NETGEAR和SYMBOL是这个市场的主要供应商。在业务市场方面，英国JUNIPERRESEARCH公司的市场调查显示，到2007年，公共WLAN服务的营业额将达到约97亿美元。据ANALYSYS公司预计，到2007年，欧洲的公共WLAN收入将达到55亿美元2003年为3，340万美元，而美国为28亿美元2003年为2,250万美元。到2007年，欧美WLAN热点总数将达到57。000个2002年为4,800个，其中欧洲占30,OOO个2002年为L，400个，美国占27，000个2002年为3,400个。美国INTERNATIONALNETWORKSERVICES公司对WLAN未来发展的调查报告显示，有90以上的企业网络部门将把WLAN作为RR战略的一环，计划在今后12个月内引进或强化WLAN网络，扩大漫游范围，减少网络费用美国PARKSASSOCIATES公司对美国家庭网络使用情况的调查结果显示目前美国共有约1000万个家庭在使用数据网络，其中14使用WLAN解决方案。随着家庭笔记本电脑的日益普及、WLAN设备价格的下降及公众对移动接入需求的增加，WLAN将进一步向家庭普及。WLAN在中国市场也得到了迅速的发展，2002年开始中国电信的”天翼通”服务、中国网通的”无线伴旅”服务开始在全国轰轰烈烈地开展，掀起了国内WLAN北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析市场发展的高潮。中国内地厂商也开始纷纷看好WLAN市场。华为。中兴、大唐等设备厂商都开发了自己的网络产品，产品种类囊括从网络系统的解决方案到无线客户机适配器、内置的无线网卡等。国内的笔记本电脑厂商也积极涉足WLAN市场，纷纷与国内的运营商结成WLAN服务的战略合作关系。根据统计，2005年我国WLAN设备市场达到了12T亿元RMB预计在2008年，这个市场值将达到286亿元RMB，图11是我国2002年以来WLAN设备市场的统计数据以及至2008年市场值的预测。35L肇疆礴芜萝譬零警；霹雩霹零囊霉霉蓍警嚣罗爹萋擎罐寥磐霭鬻囊鬟擎鬻鬻L鬻OU歌一I一7|T，毫7T，”。尹RO二。一P一鼍；L皇一RT爱骖零馥闰醚25麓黧；2L。一I。，J鬈”。誓I；参爱J麓鍪20一OI蠢O整数望15雷L缝10一糕J淘簿零5证”黝I一。，一鼍7警雾糍龟21。“矗。I簟麓镯5豢誊铡邕，圈圈JI一O。4，。U2002200320042005200620072008北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析12研究意义本论文讨论的WLAN网络，主要是指现今使用面较广的遵循IEEE8021I系列协议的网络。主要讨论基于WLAN技术构建口无线局域网的设计步骤，探讨无线局域网投入商用的应用模式。其意义主要有一、对电信运营商在特定范围内组建可运营的无线局域网有参考作用尽管未来WLAN企业应用市场的发展高于运营市场，但由于运营市场在中国处于发展早期，市场增长率依然客观，预计此市场在20052008年将保持500,4左右的增长。随着我国各大中城市的市政建设步伐的加快，各种商业楼宇和公众场所在不断新建，各电信运营商为抢占商机，在这些“热点场所”新建或者扩建可运营的WLAN网络。本论文对如何在城域网基础上建设可运营网络有详细介绍，为各电信运营商提供参考。二、对单位、企业组建内部办公使用无线局域网有参考作用。WLAN技术的使用为单位、企业的内部办公带来很大便利，随着单位、企业信息化的推进，WLAN网络越来越多地出现在他们的办公网络规划之中本论文提供了企业办公WLAN网络的完整建设方案以及多种应用的分析。三、对电信运营商利用无线局域网开展多种相关业务运营具有指导意义。本论文在WLAN的应用分析中，阐述了WLN技术在与语音通信应用结合、与视频业务结合、与中继传输应用结合等的应用前景和可行性分析，对电信运营商利用无线局域网开展新业务、开拓新市场有着指导意义。四、对个人用户学习WLAN技术及使用WLAN设备有参考作用本论文介绍了WLAN的关键技术、网络结构等，还就个人、家庭使用WLAN设备组建网络的各种形式进行了分析和说明。13论文结构安排本文从WLAN的协议标准、基础技术出发，重点阐述WLAN网络的建设过程以及对WLAN技术的应用进行分析。全文分为五章，第一章为研究背景和意义。第二章详细介绍了WLAN的协议体系以及关键技术、发展现状等，其中又以IEEES0211系列标准协议为重点，同时阐述了其物理层、数据链路层所使用到的各种关键技术。第三章介绍论述了WIA,N网络各组成部分、功能以及主要的网络拓扑形式结构。第二、三章的内容是WLAN网络建设和应用的理论基础。第四章提出了WLAN网络设计要求及建设的步骤，结合笔者亲自建设的XX电信指挥大楼WLAN网络过程，重点对WLAN网络的设计规划、产品选型、建设调测、网络调5苎里墅皇盔堂三里堕主兰堡笙苎坠型璺垒墨兰皇蜜墨坌堑优予以详细的阐述。第五章对WLAN网络的应用进行了分析，对运营商级、企业级、家庭级的应用都举例进行了详细的分析。6北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN厢络设计与应用分析第二章WLAN网络标准及技术21WLAN网络标准发展情况人类采用无线通信技术进行通信已经非常久远了，但真正使用无线通信技术来实现计算机通信，也只有三十多年的历史。进入20世纪70年代，人们开始进行无线电技术与网络融合的研究。1971年夏威夷大学创造基于封包式技术的无线电通信网络AIDM呃T，是最早的无线局域网。到20世纪80年代，随着以太网的迅猛发展，WLAN技术和设备开始兴起，早期产品传输速率在192KBPS与1MBPS之间。到今天，WLAN技术在传输速率、稳定性、安全性等方面都取得了长足的进步，并已经被广泛地应用到各种网络中。VCI,HDQ技术和协议从业务类型来分类，有面向连接的业务和面向非连接的业务两类。面向连接的业务主要用于传输语音等实时性较强的业务，一般采用基于TIIVIA和ATM的技术，主要标准有HIPERLAN2和BLUETOOTLA蓝牙等。面向非连接的业务主要用于高速数据传输，通常采用基于分组和口的技术。这类WLAN以II；EE8021LX最为典型。有些标准可以适用于面向连接的业务和面向非连接的业务，采用的是综合语音和数据技术。图21是WLAN标准的分类示意图。圈21|LAN标准分类我国国内对于，IAN的研究起步较晚，至2003年，宣布了无线局域网介质访问1VLAC和物理层PHY规范以及无线局域网介质访问MAC和物理层PHY规范24GHZ频段较高物理层扩展规范，对应于GB1562911协议标准。相对于NPEE0211系列标准，GB1562911协议更注重于WLAM数据传输中的加密技术。由于支持GB1562911系列标准的设备较少，目前在我国组建WLAN网络普遍地仍基于NPEE8021L系列标准。7韭塞墅皇查堂三墨堡圭兰些堡兰型璺堡丝堡墨壁旦坌堑22IEEE802”标准及其关键技术由于在WI,AN标准之中，IEEE80211标准在业界得到了广泛的运用，本文也将主要对IEEES0211标准系列进行介绍和应用分析。盖221IEEE802T1标准系列1999年IEEE8021L标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准IEEE8021L标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准较为成熟的主要有IEEE8021LB，A和G。IEEE8821IB1999年9月正式通过的IEEE8021LB标准是IEEE8021L协议标准的扩展。它可以支持最高L1MOPS的数据速率，运行在24GIIZ的ISM频段上，采用的调制技术是补码键控调制CCKCOMPLEMENTARYCODEKEYING。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高。对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的路径分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。IIEEES0211A8021LA工作5GHZ频段上，使用正交频分复用调制OFDMORTHOGONALFREQUENCYDIVISIONMUL邱LEXING调制技术可支持54MBPS的传输速率。902，LLA与80211B两个标准都存在着各自的优缺点，80211B的优势在于价格低廉，但速率较低最高LLMBPS而80211A优势在于传输速率快最高54MBPS且受干扰少，但价格相对较高。另外，80211A与8021LB工作在不同的频段上，不能工作在同一AP的网络里，因此80211A与8021LB互不兼容。IEEE802。LLG为了解决上述问题、进一步推动无线局域网的发展，2003年7月8021L工作组批准了8021LG标准，新的标准终于浮出了水面，成为人们对无线局域网关注的焦点。8021IG与以前的80211协议标准相比有以下两个特点其在24G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20MBPS以上；802119标准能够与80211B的WIFI系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了8021LB产品的使用寿命，降低用户的投资。IEEE8021LNIEEE已经成立8021LN工作小组，以制定一项新的高速无线局域网标准8021LN。80211N工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的，正EE8021LN计划将WLAN的传输速率从8021LA和8021LG的54MBPS增加至108MBPS以上，最高速北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析率可达320MBPS，成为8021LB、8021LA、8021LG之后的另一场重头戏。和以往地80211标准不同，80211N协议为双频工作模式包含24GHZ和5GIIZ两个工作频段。这样LLN保障了与以往的8021LAB，G标准兼容。IEEES0211N计划采用多输入多输出MIMO技术与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里并且能够保障100MBPS的传输速率IEEE8021LN标准全面改进了80211标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。IEEE8021IE8021LE是IEEE为满足服务质量QOS方面的要求而制订的WLAN标准。在一些对时间敏感、有严格要求的业务如话音、视频等中，QOS是非常重要的指标。在80211MAC层，8021IE加入了QOS功能，其中的混合协调功能HCFHYBRIDCOORDINATIONFUNCTIONI单独使用或综合使用以下两种信道接入机制一种是基于论点式的CONTENTIONBAASED，一种是基于投票式的1OTTED。IEEE80211I80211I是为解决WLAN安全认证问题而制订的新安全标准。WLAN在保证安全方面很重要的一环就是认证。由于8021LI与MAC层上的功能有关，认证协议在传输层，IEEE不负责管理，而今市场上体供的解决方案则是使用8021X，同时将精力集中在比较容易实施的服务器协议上，因此出现了许多认证协议。8021LI或增强型安全网络ESN是为加强安全性而对现有80211标准进行优化的方案。为加强认证，它引用了几种重要的管理算法以及动态的会话密匙SESSIONKEY，新的加密算法有高级认证标准AES和当时密匙集成协议TKIPTEMPORALKEYINTEGRITYPROTOC01等。安全咨询分析师认为现行的无线加密协议有线对等保密WEPWIREDEQUIVALENTPRIVACY技术过于脆弱，只要检查一个信息包的简单样品就能破解加密资料的密钥而不久将出台的基于RC4的TKIP是由几家重要的密码团体开发的，安全性较高，市场上的现有设备可以升级到此版本。但从长远来看，采用AES加密的分组密码是更为安去的方案，它将替代WEP和RC4为优化性能，AES对硬件要求更高，而且许多情况下，基于AES的加密可能无法升级，因此AES将目标锁定在将来的WIFI设备上。8021X、M及基于AES的加密构成80211I新安全标准的主要部分。IEEE8021LH8021LH是欧洲制订的、工作在5GHZ频段的无线标准，目的是减少对同处于5GHZ频段的雷达的干扰，该标准计划在2003年第2季度完成。8021LH涉及两种技术，一种是动态频率选择DFS，即接入点不停地扫描信道上的雷达，接入点和9韭塞塑皇查兰三里堡主兰竺望苎竺坐璺堡堡茎量壁旦坌堑相关的基站随时改变频率，最大限度地减少干扰，均匀分配WLAN流量另一种技术是传输功率控镯JTPC，总的传输功率或干扰将减少3DB。8021LF是为解决漫游问题而制订的接入点之间的协议。为了支持用户从一个点接入到另个接入点，80211标准不限制接入点之间的通信，为此允许不同分布式系统之间灵活运作如连接接入点的有线骨干网但漫游时不同提供商提供的接入点可能无法互通，8021LF就是专门针对接入点之间的漫游而制订协议，它能为接入点之间支持80211分布式系统功能提供必要的交换信息。通常，WLAN的接入点设备可能来自不同的提供商，在没有8021LF的条件下，为确保用户漫游时的互通性，运营商只能安装同一提供商的产品。虽然某些情况下，来自不同提供商的接入点产品通过WIFI认证可以实现互操作，但若在接入点设计中加入80211F就能彻底消除产品选择的限制，确保不同提供商产品的互操作性。222IEEE80211标准的逻辑结构IEEES021L标准的逻辑结构如图22所示，每个站点所应用的8021L标准的逻辑结构包括一个单一逻辑链路层LLCLOGCLINKCONTR01和媒体控制层MACMEDIAACCESSCONTR01DA及多个PIP规范中的一个图22802IIMAC层支持三个分离的PILLF规范MAC层在LLC层的支持下为共享介质PHY提供访问控制功能如寻址方式、访问协调、帧校验序列生成的检查，以及LLCPDU定界等MAC层在LLC层的支持下执行寻址方式和帧识别功能8021L标准MAC层采用CSMACA载波监听多路访问冲突检测协议控制每一个站点的接入。223LEEE80211标准的物理层在802II最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义在24GHZ的ISM波段内，这个频段，在各个国际无线管理机构中，例如美国的USA，欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。这样，使用8021L的客户端设备就不需要任何无线许可。扩散频谱技术保证了8021110韭塞坚皇查兰三里堡主兰竺堡苎翌竺旦竺堡生兰皇旦坌堑的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。最初，80211无线标准定义的传输速率是LMBPS和2MBPS，可以使用FHSSFZCQUCNCYHOPPINGSPREADSPECTNAN和DSSSDIRCCTSEQUENCESPREADSPECTRUM技术，需要指出的是，FHSS和DHSS技术在运行机制上是完全不同的，所以采用这两种技术的设备没有互操作性。使用FHSS技术，24G频道被划分成75个IMHZ的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在80211网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。FHSS技术采用的方式较为简单，这也限制了它所能获得的最大传输速度不能大于2MBPS，这个限制主要是受美国联邦通信委员会FCCFEDERALCOMMUNICATIONSCOMMISSIONS规定的子频道的划分不得小于1蛐眦。这个限制使得FHSS必须在24G整个频段内经常性跳频，带来了大量的跳频上的开销。和FHSS相反的是，DSSS技术将24GHZ的频宽划分成14个22MHZ的通道CHANNEL，临近的通道互相重叠，在14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。为了弥补特定频段中的噪音开销，一项称为”CHIPPING”的技术被用来解决这个问题。在每个22MHZ通道中传输的数据中的数据都被转化成一个带冗余校验的CHIPS数据，它和真实数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错。由于使用了这项技术，大部分传送错误的数据也可以进行纠错而不需要重传，这就增加了网络的吞吐量。在80211B标准中，一种更先进的编码技术被采用了，在这个编码技术中，抛弃了原有的1L位BARKER序列技术，而采用了CCKCOMPLCMENTARYCODEKEYING技术，它的核心编码中有一个“个8位编码组成的集合，在这个集合中的数据有特殊的数学特性使得他们能够在经过干扰或者由于反射造成的多方接受问题后还能够被正确地互相区分。55MBPS使用CCK串来携带4位的数字信息，而LIMBPS的速率使用CCK串来携带8位的数字信息。两个速率的传送都利用QPSK作为调制的手段，不过信号的调制速率为1375MSPS。这也是8021LB获得高速的机理。表2I中列举了这些数据。北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析表21S021IB敷据传送速率规范数据传送率编码长度调制方式波串速率位数，渡串IMBPS1LBS串BPSK1MSPS12MBPS11BS串QPSK1MSPS255MBPS8CCKQPSK1375MSPS411MBPS8CCKQPSK1375MSPS8为了支持在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，80211B采用了动态速率调节技术，来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补充环境的不利影响。在理想状态下，用户以11M的全速运行，然而，当用户移出理想的LLM速率传送的位置或者距离时，或者潜在地受到了干扰的话，这把速度自动按序降低为55MBPS、2MBPS、IMBPS。同样，当用户回到理想环境的话，连接速度也会以反向增加直至11MBPS。速率调节机制是在物理层自动实现而不会对用户和其它上层协议产生任何影响。224IEEE80211标准的数据链路层一8021L的数据链路层由两个子层构成，逻辑链路层LLC和媒体控制层MAC。80211使用和8022完全相同的LLC子层和802协议中的48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但是MAC地址只对无线局域网唯一8021L的MAC和8023协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性在8023协议中，是由一种称为CSMACDCARTIERSENSEMULTIPLEACCESSWITHCOLLISIONDETECTION的协议来完成调节，这个协议解决了在ETHEMET上的各个工作站如何在线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要进行数据传送时网络上的冲突。在8021L无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为“NEARFAR”现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。鉴于这个差异，在8021L中对CSMACD进行了一些调整，采用了新的协议CSMMCACARRIERSENSEMULTIPLEACCESSWITHCOLLISIONAVOIDANCE或者DCFDISTRIBUTEDCOORDINATIONFUNCTION。CSMACA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。CSMMCA协议的工作流程是一个工作站希望在无线网络中传送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接受端的工作站韭塞堕皇奎兰三墨堕主堂垡丝兰坠竺塑塑垦盐皇堕旦坌堑如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重传。CSMACA通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。然而不管是对于8021L还是8023来说，这种方式都增加了额外的负担，所以80211网络和类似的ETHERNOT网比较总是在性能上稍逊一筹。另一个的无线MAC层问题是”HIDDENNODE”问题。两个相反的工作站利用一个中心接入点进行连接，这两个工作站都能够”听”到中心接入点的存在，而互相之间则可能由于障碍或者距离原因无法感知到对方的存在为了解决这个问题，8021L在MAC层上引入了一个新的SENDCLEARTOS,MDRTSCTS选项，当这个选项打开后，一个发送工作站传送一个RTS信号，随后等待访问接入点回送RTS信号，由于所有的网络中的工作站能够”听”到访问接入点发出的信号，所以CTS能够让他们停止传送数据，这样发送端就可以发送数据和接受ACK信号而不会造成数据的冲突，这就间接解决了“HIDDENNODE”问题。由于RTSCTS需要占用网络资源而增加了额外的网络负担，一般只是在那些大数据报上采用重传大数据报会耗费较大。最后，80211MAC子层提供了另两个强壮的功能，CRC校验和包分片。在80211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，这和ETHERNET中通过上层TCP，P协议来对数据进行校验有所不同。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大数据报在这种环境下传送非常容易遭到破坏是一个非常有用的特性。这项技术大大减少了许多情况下数据报被重传的概率，从而提高了无线网络的整体性能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。漫游80211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8021L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来自动选择一个接入点来进行连接，一旦被一个接入点接受，客户端就会将发送接受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。在拥塞的情况下，这种重新协商实现负载平衡QUOT的功能，它将能够使得整个无线网络的利用率达到最高。80211的DSSS中一共存在着相互覆盖的14个频道，在这14个频道中，仅有三个频道是完全不覆盖的，利用这些频道来作为多蜂窝覆盖是最合适的。如果两个接入点的覆盖范围互相影响，同时他们使用了互相覆盖的频段，这会造成他们在信北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN同络设计与应用分析号传输时的互相干扰，从而降低了他们各自网络的性能和效率。时间型数据的支持语音和视频这类和时间相关的数据在80211的MAC层受到了支持，这是通过一种称为PCFPOINTCOORDINATIONFUNC硒N的功能来实现的。和DCF将所有的控制交给客户端工作站不同，在PCF的工作方式下，接入点全权控制传输媒体。如果一个基本服务集合中PCF被打开，则就由PCF和DCFCDMACA方式来分享控制时间，当处于PCF模式的时候，接入点将一个接着一个询问客户端以获取数据，还没有被询问到的客户端没有权利发送数据，客户端只有在被询问到的时候才能够重接入点处收取数据。由于PCF处理每个客户端的时间和顺序是固定的，所以一个固定的时延能够保证。PCF的一个不利点就是它的伸缩性不是非常好，在网络规模变大后，由于它轮询的客户端数量变多造成网络效率的急剧下降。电源管理8021LFIRMAC层支持省电模式来延长手持设备的电池使用寿命。这个标准直至两种电源利用模式，分别称为CAMCONTINUOUSAWAREMODE和PSPMPOWERSAVEPOLUNGMODE。在前面一种模式。信号是始终存在并耗费电源，在后一种模式中，由接入点的特殊信号来调节客户端的设备处于”睡眠”和”唤醒”状态。客户端的设备将周期性地进入”唤醒“状态接受接入点传来的”BEACON”信号，这个信号中包含了是否有其他客户端需要和本机进行数据传送活动的信息，如果有，则客户端在接受”BEACON”后进入”唤醒”状态接受数据，随后再进入”睡眠”状态。安全与加密80211提供了MAC之层OSI的第二层的访问控制功能和加密机制，这种加密机制称为WEP州IREDEQUIVALENTPRIVACY，这就使得无线的网络具有和有线网络相同的安全。对于访问控制来说，ESSID又称为WLAN服务区域编号可以在任何接入点中根据自己的要求进行编码，这个编号需要在需要访问的无线客户端设备中进行设置。另外，还在接入点中规定了访问控制列表来限制能够访问接入点的客户，只有具有列在访问控制列表中的MAC地址的客户端才可以访问接入点。对于数据加密，标准提供的加密方式使用的是RSA数据加密中的40位RC4的PRNG公钥算法。所有在终端和接入点发送和接受的数据都使用密钥进行了加密。另外，当加密使用时，接入点将发布一个加密发起数据报给所有连接范围内的客户端。客户端必须发回使用正确密钥进行处理的数据报，随后才能获得网络的连接。除了在第二层工作外，8021LFIR无线网络还可以支持其他802局域网的安全访问控制标准例如网络操作系统的注册行为或加密方式IPSEC和其他应用层的加密。这些高层的加密技术可以实现包含无线网络和有线网络的端对端安全网络14北京邮电大学工程硕士学位论文WIDQ网络设计与应用分析23WLAN网络存在问题231需要不断加强安全机制WLAN网络采用无线的连接方式，采用的介质是开放的、边界不明显，很多空间都在无线局域网的物理控制范围之外，对安全性访问的要求高于有线局域网产品。采用SSI3和IVIAC地址过滤机制和有线对等加密WEP机制保证网络的安全，并不能完成满足WLAN网络安全性的要求。基于WLAN安全性的研究和争论一直从未停止过，WLAN安全性也成为所有WLAN产品厂商和政府组织经常谈论的一个话题。232需要支持更高的数据传输速度人们对于网络传输速度的追求总是不懈的，WLAN网络技术也是如此。从RFEE802II的1，21VROPS到EE8021LB的111VG，PS，再到吼902NAG的541VIBPS，WL,MSI技术对数据传输速度的支持已经有了长足的发展，但仍远远不能跟上网络应用大容量、高速率数据传输的要求，在一定程度上制约了WLAN网络在实际应用上的推广进度。，233外界干扰影响大WLHAN网络容易受到多径干扰、同频干扰自然环境干扰等多种因素的影响在WI,HJQ网络环境中，接收器与发射器之间的物体对微波的反射作用造成多径干扰，室内、外的物体移动都能造成WL,4M信号的衰减，特别是公众场所，造成WLMQ信号多径干扰的因素非常多，致使网络不够稳定。由于WLAN网络使用24GHZ公众频段，使WLAN容易受到周围多种射频干扰，包括同频干扰、窄带干扰、全波段干扰等。对工作在室外环境的WLAN网络，象雨水、雷电、冰雹、大雪、浓雾等天气情况均对网络造成很大的影响由于WLAN网络在高频段工作，网络对天气的变化更为敏感，极端勤恳光，甚至导致整个WLAN网络不可用。234需要增加对流媒体的支持网络中的视频、音频等流媒体应用是网络最主要的应用之一，对网络的带宽及QOS均有较高的要求。WLDQ信道的特点是容量有限、差错率高、稳定性差，目前的WI,AN技术，仍不能对流媒体做到很好的支持。今后的WLAN产品及网络设计，必须引入检测和控制策略来保证对流媒体应用的支持。北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析第三章WLAN网络的网络组成以及拓扑结构31WLAN网络的组成分布式系统圈31无线局域网的组成结构如图31所示，WL,AJ、4网络主要由站STATION,STA、基站BASESTATION,BS或接入点ACCESSPOINT,AP、分布式系统DISTRIBUTIONSYSTEM,DS、无线介质WTRDESSMEDIUM,WM组成。32WLAN网络各主要各的功能321ST站STA在WLAN网络中通常作为客户端，它是具有无线网络接口的计算机设备，可以是固定的，也可以是移动的。例如我们平常使用的笔记本电脑加上一块PCMCIAWLAN网卡，则构成了WLAN网络中的一个口型的移动STA。STA是WLAN网络实际应用中用户使用的终端是各种网络应用的最终载体。STA包括以下部分L、终端用户设备可以是台式计算机、便携式计算机、掌上电脑等，也可以是其他智能终端设备，如PDA等。2、无线网络接口是站的重要组成部分，负责处理从终端用户设备到无线介质的数字通信，一般是采用调制技术和通信协议的无线网卡或调制解调器。无线网络接13与终端用户设备之间通过计算机总线如PCI、PCMCIA或接口如IL5232、USB等相连，并由相应的软件驱动程序提供0S与无线网络接口之间的联系。图16北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析32展示了市面上流行的不同接口的WLAN网卡。PCMCIA接口用于笔记本电脑PCI接口用于台式电脑USB接口用于笔记本电脑、台式电脑USB接口用于笔记本电脑、台式电脑图32几种1RLN网卡示例3、网络软件网络操作系统NOS、网络通信协议等网络软件运行于无线网络的不同设备上，负责完成用户向本地设备软件发出命令，并将用户接入无线网络。无线局域网中的STA之间可以直接相互通信，也可以通过基站进行通信。站之间的通信距离由于天线的辐射能力有限和应用环境不同而受到限制，一般距离在100M以内。322APAP类似蜂窝结构的基站，通常处于基本服务区BSABASICSERVICEAREA的中心，固定不动。AP具有有线网络接口以及无线收发天线，作为接入点，完成STA对分布式系统的接入访问以及STA之间的通信联结。WLAN网络所能覆盖的区域范围称为服务区域SASERVICEAREA由WLAN17苎蔓墅皇奎兰三墨堡主兰竺丝苎兰翌型旦竺垦盐量堡旦坌塑中一个AP的无线收发机及地理环境所确定的通信覆盖区域称为基本服务区BSA，也称为CELL；在一个BSA内彼此之间相互联系、相互通信的组主机组成基本业务组BSSBASICSERVICESET。AP的节本功能有。OL、完成STA的接入访问以及在同一BSA中的不同站间的通信联结。2、作为无线网络和分布式系统的桥接点，完成无线局域网与分布式系统的桥接功能。3、作为BSS的控制中心完成对STA的控制和管理。323W卅一无线介质是无线局域网中STA与STA之间、STA与AP之间通信的传输介质。一般是指空气，它是无线电波以及红外线传播的良好介质。无线局域网中的无线介质由无线局域网物理层标准定义。324DS分布系统DS是用来连接不同BSA的通信信道，可以是有线信道或者无线信道。在多数情况下，有线DS系统与骨干网都采用IEEE8023标准，而无线DS系统可以通过AP间的无线连接实现BSS连接。DS通过PORTAL与骨干网相联，从WLAN发往骨干网的数据，都必须经过PORTAL，反之亦然。这样，通过PORTAL把WLAN与骨干网连接起来了。PORTAL可以与AP集成在一起，也可以是单一的设备如网桥、路由器、网关主机等。田33PORTBL与LAN拓扑结构18韭壅些皇查兰三堡堡主兰丝堡苎垒墨旦丝堡生兰生旦坌堑图33是XX电信公司指挥大楼的WLAN网络系统的拓扑结构，以此进一步说明WLAN网络各部分的功能。DS系统是指挥大楼的有线布线系统，遵循IEEE8023，通过楼道口交换机、光纤、五类线组成，连接整个办公网络；电信工作人员的笔记本电脑WLAN网卡构成了一批STA，在各个会议室、办公室、接待室作办公、演示、上网休闲使用。采用UTTARCOMUT斯达康公司的WS3000系列AP进行各个场所的无线信号覆盖，使各S1A通过AP在公司范围内均可以接入骨干网络。DS系统通过CISCO路由器作为PORTAL，接入到公司内部网络及互联网上。这样，一个方便的移动办公环境搭建而成。33WLAN网络的拓扑结构根据无线接入点AP的功用不同，WLAIQ可以实现不同的组网方式。且前有基础架构模式、点对点模式、多AP模式、无线网桥模式和无线中继器模式五种组网方式。L、点对点模式ADHOCPE盯T棚E盯由无线工作站组成，用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入到有线网络中，只能独立使用无需AP，安全由各个客户端自行维护。、采用这种拓扑结构的网络，各站点竞争公用信道，但站点数过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害，因此，这种拓扑结构比较适合小规模、小范围的WLAN系统组网点对点模式中的一个节点必需能同时“看”到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户。点对点模式的组网如图34所示图34点对点模式LEAN网络示意图2、基础架构模式INFRASTRUCTURE19韭室坚皇查兰三墨堡主兰垡堡奎兰苎盟旦苎堡盐兰生旦坌堑由无线访问点AP、无线工作站STA以及分布式系统DSS构成覆盖的区域差本服务区BSS无线访问点也称无线HUB，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据，所有的无线通讯都经过A_P完成A无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。AP可以连接到有线网络，实现无线网络和有线网络的互联。基础架构模式的组网如图35所示图35基础架构模式礼N网络示意图3、多AP模式是指由多个AP以及连接它们的分布式系统S组成的基础架构模式网络，也称为扩展服务区ESS。扩展服务区内的每个AP都是一个独立的无线网络基本服务区BSS，所有AP共享同一个扩展服务区标示符ESSID。分布式系统DS在80211标准中并没有定义，但是目前大都是指以太网。相同ESSID的无线网络问可以进行漫游，不同ESSD的无线网络形成逻辑子网。多AP模式的组网如图36所示图36多P模式WLAN网络示意图北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN网络设计与应用分析4、无线网桥模式利用一对AP连接两个有线或者无线局域网网段，无线网桥模式的组网如图37所示图37IFLAN无线罔桥组同模式示意图5、无线中继器模式无线中继器用来在通讯路径的中间转发数据，从而延伸系统的覆盖范围。图38描述了两个有线或无线局域网段通过无线中继器相互通信的模式。图38礼N网络无线中继器组网模式示毒图北京邮电大学工程硕士学位论文WLAN同络设计与应用分析第四章WLAN网络设计要求及组网步骤41WLAN网络设计要求411先进性和成熟性建设一个WIAN网络需要花费大量的人力、物力和财力，因此设计方案必须在技术上是比较先进的，所选择的设备和技术在数年内不落后。保证选择的产品和技术的标准性和成熟性，尽可能符合国际化标准，以保证多种设备的互操作性、兼容性、可维护性。要达到这些要求，必须首先充分了解WLAN技术的走向以及各主流产品厂家的情况412安全性和可靠性网络安全性需要考虑两个层面，即网络系统的安全性和应用系统的安全性。为防止来自网络内部和外部的用户对于网络资源的非法访问和破坏，根据需要，应该考虑购置必须的网络安全软件和硬件，如防火墙、防病毒的软硬件。开放的应用软件系统应具有严格分级权限管理，防止非法用户越权使用系统资源。可靠性是指在系统设计时，应考虑系统需要长期不问断地运行，所采用的设备必须保证很高的稳定性和可用性，必要时可考虑数据进行双机备份和分布式存储，以及故障后恢复的措施等。413开放性和可扩充性网络设计时应尽量防止网络设备迅速淘汰，网络应采取良好开放性和可扩充性的方案，以保证网络结点的增加、业务量的增长、网络延伸距离的扩大和多介质的应用。例如，可采用标准的接口和协