節(jié)點(diǎn)連接型無線局域網(wǎng)

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1、基于IEEE802.11a的高速無線局域網(wǎng)技術(shù)肖鵬王長林(西南交通大學(xué)計算機(jī)與通訊工程學(xué)院,四川成都610031)摘要：本文通過對基于IEEE802.11a的高速無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、防數(shù)據(jù)丟失、自動速率選擇、電源消耗管理、正交頻分復(fù)用、數(shù)據(jù)保密等技術(shù)介紹，分析了現(xiàn)階段基于IEEE802.11a的高速無線局域網(wǎng)推廣存在的問題和廣闊應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、正交頻分復(fù)用、自動速率選擇0.前言傳統(tǒng)意義上的局域網(wǎng)的各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被網(wǎng)絡(luò)連線所禁錮，無法實(shí)現(xiàn)可移動的網(wǎng)絡(luò)通信。隨著便攜式計算機(jī)、Pad、電話等廣泛應(yīng)用，無線局域網(wǎng)（WLAN）開始步入我們的IT生活，WLAN是通過無線信道傳輸

2、數(shù)據(jù)，采用分組交換技術(shù)進(jìn)行信息交換的計算機(jī)局域網(wǎng)。它克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足，實(shí)現(xiàn)了移動的數(shù)據(jù)交換，為局域網(wǎng)開辟了嶄新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。目前，IEEE已經(jīng)開發(fā)了3種無線局域網(wǎng)規(guī)范：802.11、802.11b、802.11a。802.11a標(biāo)準(zhǔn)是802.11標(biāo)準(zhǔn)第二次擴(kuò)展版本，規(guī)定物理層使用5GHz的頻段，正交頻分復(fù)用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）調(diào)制，傳輸速率范圍為6～54Mbit/s。下面，就基于IEEE802.11a的高速無線局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。1.無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：無中心或?qū)Φ仁剑╬eertop

3、eer）拓?fù)鋱D（見圖一）和有中心（hub-Based）拓?fù)鋱D（見圖二）5第頁5第頁圖二有中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5第頁圖一無中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5第頁圖二是由三個AP的有中心的無線局域網(wǎng)構(gòu)成的擴(kuò)展服務(wù)集（ESS，ExtendedServiceSet），包括：站（station）、接入點(diǎn)（AP，AccessPoint）、基本服務(wù)集（BSS，BasicServiceSet）、分布系統(tǒng)（DS，Distributionsystem5第頁）。另外，還提供了兩種服務(wù)作為為體系結(jié)構(gòu)幕后支持：站服務(wù)（SS，StationService）和分布系統(tǒng)服務(wù)（DSS，DistributionSystemService）。SS包

4、括：認(rèn)證、取消認(rèn)證、數(shù)據(jù)投遞和加密；DSS包括：關(guān)聯(lián)、再關(guān)聯(lián)、斷開關(guān)聯(lián)、集成和分布。1.防數(shù)據(jù)丟失技術(shù)源CTSDATAACK圖三802.11a無線局域網(wǎng)單元工作過程RTS目的站信道檢測有線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突檢測（CSMA/CD）。對于無線局域網(wǎng)，由于無線適配器不能檢測網(wǎng)絡(luò)信道是否存在沖突，因此采用載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突避免（CSMA/CA），IEEE802.11a無線局域網(wǎng)的單元要發(fā)送信息以前，都要對無線信道中的能量進(jìn)行探測，當(dāng)無線信道的能量大于某個閥值的時候，就隨機(jī)后退若干個間隙，再重新進(jìn)行發(fā)送。在實(shí)際的系統(tǒng)中通常采用CSMA/CA+ACK+RTS+CTS來確

5、保系統(tǒng)性能。這種方式是在完成信道的探測后，負(fù)責(zé)發(fā)送的無線局域網(wǎng)單元在每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送一個請求發(fā)送（RTS）幀，然后，當(dāng)收到對方回覆的清除發(fā)送（CTS）幀以后才會發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，也要每一次的發(fā)送都得到對方接收無誤的確認(rèn)ACK以后才會繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，這就是所說的四次握手過程。具體過程見圖三所示。2.自動速率選擇（ARS）技術(shù)ARS會根據(jù)信號質(zhì)量的以及與AP的距離自動為每個傳輸路徑選擇最佳的傳輸速率，無線局域網(wǎng)的傳輸速率與其相對間距成反比，如果兩臺無線設(shè)備相互靠近，它們將以兩接口所支持的最高傳輸速率進(jìn)行通信。相反，如果相互移開一些距離，WLAN的站接口將自動降低傳輸速率，并盡量保

6、持與無線網(wǎng)絡(luò)的連接。AP端相應(yīng)動態(tài)的進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換，亦即：射頻情況變差時，可將傳輸速率從54Mbps逐步降低為48bps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、9Mbps或6Mbps，以犧牲速率為代價保持在惡劣條件下的通信暢通。如果覆蓋的區(qū)域里同時存在多個AP的情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過重，將啟動網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡機(jī)制，即當(dāng)一個AP變得負(fù)載過大或信號減弱時，無線網(wǎng)卡（NIC）能更改與之連接的訪問接點(diǎn)AP，切換到最佳可用的AP，以提高系統(tǒng)的通信性能。例如：當(dāng)無線用戶在樓房或公司部門之間自由移動時，IEEE802.11允許在訪問接點(diǎn)之間進(jìn)行無縫連接，即：在不同的信道之間互相漫游。3.電源

7、消耗管理技術(shù)無線局域網(wǎng)的一個主要局限：無線設(shè)備電池壽命。通過電源消耗管理，盡可能地延長無線設(shè)備的電池壽命。電源管理會在無數(shù)據(jù)傳輸時使網(wǎng)絡(luò)處于休眠（低電源或斷電）狀態(tài)，為了解決由此造成的丟失數(shù)據(jù)包的問題，在AP上設(shè)置了緩沖區(qū)來存儲臨時發(fā)送的信息，處于休眠的無線設(shè)備會定期醒來收取該信息。4.正交頻分復(fù)用技術(shù)無線信道存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰落。限制了無限信道數(shù)據(jù)傳輸速率，IEEE802.11a采用了OFDM技術(shù)，它是一種抗多徑衰落