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WLAN基本技术及组网分析
西安郵電學院
毕业设计(论文)
题目:
无线局域网研究——
WLAN基本技术及组网分析
系别:
通信系
专业:
通信工程专业
班级:
通工0003
学生姓名:
杨皓天
导师姓名:
林宏伟
起止时间:
4月1日至5月19日
2004年5月19日
目录
摘要1
第一章引言2
1.1无线局域网发展现状2
1.2研究基于IEEE802.11系列标准WLAN的重要性和意义2
1.3工作内容3
第二章WLAN基本概念简述4
2.1WALN特点4
2.1.1传输方式4
2.1.2无线组网的特点4
2.2WLAN各标准简介4
2.2.1IEEE802.11系列标准4
2.2.2HomeRF标准6
2.2.3HiperLAN标准6
2.2.4蓝牙技术(Bluetooth)6
2.2.5MMAC标准7
2.2.6IrDA7
2.3WLAN应用7
第三章IEEE802.11系列主要标准性能分析10
3.1802.11网络标准10
3.2MAC层基本技术10
3.2.1MAC体系结构10
3.2.2载波侦听多址访问/冲突避免(CSMA/CA)机制12
3.2.3RTS/CTS协议(请求发送/允许发送)12
3.3物理层基本技术13
3.3.1直序列扩频调制技术(DSSS)13
3.3.2跳频扩频技术(FHSS)14
3.4IEEE802.11b标准14
3.4.1IEEE802.11b标准物理层规范14
3.4.2IEEE802.11b标准频段划分15
3.4.3IEEE802.11b速率传输15
3.5IEEE802.11a标准16
3.5.1IEEE802.11a标准物理层规范16
3.5.2OFDM技术17
3.6IEEE802.11g技术17
3.6.1IEEE802.11g技术物理层规范17
3.6.2IEEE802.11g中的RTS/CTS技术18
3.6.3PBCC调制技术简述18
3.6.4IEEE802.11g帧结构比较19
3.7IEEE802.11b、11a、11g的比较20
3.7.1各标准所占优势20
3.7.2各标准存在的问题20
第四章IEEE802.11bWLAN组网分析22
4.1IEEE802.11b体系结构的组成部分22
4.1.1基本服务集(BSS)22
4.1.2独立的基本服务集(IBSS)22
4.1.3分发系统(DS)22
4.1.4扩展服务集(ESS)23
4.1.5逻辑服务接口24
4.2实际网络中主要构件25
4.2.1无线网卡25
4.2.2无线接入点AP25
4.2.3无线网关AG26
4.2.4无线网桥AB26
4.2.5接入控制器(AC)26
4.2.6无线接入服务器AS26
4.2.7远端直流供电模块26
4.3组网方案27
4.3.1集中式组网27
4.3.2分布式组网27
4.4实际组网中要注意的问题27
4.4.1信道分配27
4.4.2覆盖范围28
4.4.3用户数量29
4.4.4AP的布放原则30
4.4.5防止信号干扰的实现方式:
32
4.4.6带宽控制、动态速率控制、动态功率调节等实现方式:
33
第五章WLAN组网案例分析34
5.1中兴通讯在机场WLAN的应用实例34
5.1.1对机场的WLAN布设方案简单介绍34
5.1.2分类设计35
5.1.3具体节点分布:
35
5.2银星大酒店WLAN组网案例36
5.2.1银星大酒店简介36
5.2.2银星大酒店的网络现状36
5.2.3局域网方案设计38
5.2.4银星大酒店WLAN系统设计39
5.2.5设备总计43
5.3案例分析43
第六章基于IEEE802.11bWLAN对某企业进行实际组网45
6.1勘察分析45
6.1.1实际情况介绍45
6.1.2其它考虑因素46
6.2设计思路46
6.2.1信源的确定46
6.2.2网络分析47
6.2.3产品的选择48
6.2.4以太网远端供电方式49
总结50
致谢51
参考文献52
附录一缩写词53
附录二IEEE802.11系列标准55
附录三IEEE802.11b、g、a标准的比较56
附录四WLAN各构件组网图解57
摘要
作为宽带有线接入网的延伸和补充,无线局域网(WLAN)以其灵活性和可移动性,越来越受到业界的广泛关注,显示出极大的应用前景。
本文全面介绍了IEEE802.11系列标准的WLAN,通过对IEEE802.11b、a、g的MAC层和物理层几项基本技术的分析来比较出三种标准各自技术性能的特点和优势及通过理论中的IEEE802.11b体系结构与组网方案的分析和实践中组网主要构件、应用实例的探讨,对实例完成WLAN良好的组网设计方案。
关键词:
无线局域网IEEE802.11b、a、g基本技术组网分析
ABSTRACT
WLANwithitsflexitilityandmovablitysiwidelyrecognized.AsextensionandsupplementofthebangwidthaccessnetworksWLANshowsgreatprospectofitsapplication.TheessayintroducedIEEE802.11seriesofstandardWLAN.AfteranalsingandcomparingIEEE802.11b、a、gMAClayandphysicallayseveralbasictechnicality.Therearethreemaintypes.Confainingtheirownfunctions、feafuresandadvantages.Intheory,theessaryinguiredintoIEEE802.11bofitssystemstructureandconbiningnetworkprogrammersaswellasthemaincomponentofconbiningnetwork.AsloinvolyingsomepracticalcasesmakesWLANabetterprogramncersscheme.
Keywords:
WLANIEEE802.11b,a,gbasictechnicality
theanalyzingofconbiningnetwork
第一章引言
1.1无线局域网发展现状
无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络,它可定义为以无线多址信道作为传输媒介,使用射频(RF)、微波(microwave)或红外线(infrared),在一个有限地域范围内实现互联设备的通信系统,它提供传统有线局域网LAN的功能,并实现了通信的移动化、个性化和宽带化。
最早在WLAN产品运行在900MHz的频段上,速度大约只有1Mbit/s-2Mbit/s。
1992年,工作在2.4GHz频段上的WLAN产品问世,之后的大多数WLAN产品也都在此频段上运行。
目前的WLAN产品所采用的技术标准主要包括:
IEEE802.11、HomeRF、HiperLAN、蓝牙技术(Bluetooth)、MMAC标准、IrDA。
在以上标准中,IEEE802.11系列发展最为迅速,得到业界的支持也最为广泛。
而在我国现阶段也主要是基于IEEE802.11bWLAN的产品。
随着WLAN技术标准的不断完善,遵循不同标准开发的产品将相互兼容,而且将出现工作在同一频段的基于两个不同标准融合而出现的“双模”产品,工作2.4GHz和5GHz两个频段上的自适应双频产品,甚至是工作在两个不同频段的基于三个不同标准互联的“双频三模”产品等。
现在无线互联网络以惊人的速度进入公共场所和寻常百姓的日常生活,在中小企业和SOHO办公中,WLAN正以其应用方式灵活、价格相对合理得到快速的普及。
针对现有的WLAN技术水平,WLAN的应用大致分为三个类型:
家庭/企业应用、行业应用、公共热点应用。
其中,企业应用逐渐升温,未来两年内预计大企业和中小企业将成为用户市场的主体。
在企业中,WLAN可以作为有线网络的补充。
因建筑物或预算的限制(如建筑物老旧、空间为租赁性质或地点是临时性的)而不宜进行LAN布线的公司、需要灵活且经济地实现建筑物到建筑物桥接的公司,都可以通过WLAN避免昂贵的挖沟布线、线路租赁或走线问题。
1.2研究基于IEEE802.11系列标准WLAN的重要性和意义
现阶段我国通信行业正努力发展无线通信领域的新技术,而IEEE802.11系列标准以被我国电信、移动、网通等几大运营商应用。
可以说IEEE802.11系列标准技术性能的优劣、新技术的研制应用直接影响着我国WLAN发展现状。
而且在我国大部分是支持IEEE802.11b标准的产品,其最高传输速率为11Mbit/s,而即将换代的IEEE802.11a最高传输速率可达54Mbit/s,但对IEEE802.11b不兼容。
这就影响到原有的WLAN系统将不能平滑地向高速WLAN过度,保障不了用户的投资。
在实际中的大规模布设WLAN都会面临许多问题,例如同道干扰、AP覆盖范围等很多问题,这些问题是相互关联的。
一般解决某一个问题往往会导致其它问题更加严重。
因此必须寻求更好的途径综合解决这些问题,只有组建出良好稳定的网络环境,WLAN技术才能得到用户完全的信任,才可能长久发展下去。
1.3工作内容
本论文的研究对象主要是对WLAN中的IEEE802.11系列标准进行分析。
通过对IEEE802.11b、IEEE802.11a和IEEE802.11g的MAC层和物理层几项基本技术的分析来比较出三种标准各自性能的优越性,分析判断出那种标准可以平滑的向高速WLAN过度,延长原有标准产品的使用寿命,保障IEEE802.11系列标准在我国市场的延续发展。
另一项研究是通过理论中的IEEE802.11b体系结构与组网方案的分析和实践中组网主要构件、应用实例的探讨,对实例完成WLAN良好的组网设计方案。
第二章WLAN基本概念简述
2.1WALN特点
2.1.1传输方式
WLAN的传输方式包括WLAN采用的传输媒介、选择的频段及调制方式。
目前WLAN采用的传输媒介主要有两种,即微波与红外线。
采用微波作为媒介的WLAN技术根据调制方式不同,又可分为扩频方式与窄带调制方式。
2.1.2无线组网的特点
1.通信可靠
抗干扰能力强,具有理想的接受灵敏度,全向天线能够提供强大的、可靠的无线传输。
2.成本低
使用WLAN可以避免安装线缆的高成本费用、租用线路的月租费用以及当设备需要移动而增加的相关费用。
3.灵活性
由于没有线缆的限制,用户可以随心所欲地增加工作站和重新配制工作站。
4.移动性
WLAN设计允许用户在任何时间、任何地点访问网络数据,不需要指定明确的访问地点,因此用户可以在网络中漫游。
5.高吞吐量
WLAN可以实现54Mb/s的数据传输速率,这个数字高于T1和E1线路的速率;WLAN的安装工作非常简捷,不需要施工许可证,不需要布线或开挖沟槽。
2.2WLAN各标准简介
2.2.1IEEE802.11系列标准
1.IEEE802.11标准
1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。
IEEE802.11是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准,该标准定义物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)规范。
物理层定义了数据传输的信号特征和调制,定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法,RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频,工作在2.4000~2.4835GHz频段。
2.IEEE802.11b
1999年9月IEEE802.11b被正式批准,又称Wi-Fi(WirelessFidelity,无线保真)。
该标准规定WLAN工作频段在2.4~2.4835GHz,数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50-150英尺。
该标准是对IEEE802.11的一个补充,采用补偿编码键控(CCK)调制方式,采用点对点模式和基本模式两种运作模式,在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换,它改变了WLAN设计状况,扩大了WLAN的应用领域。
3.IEEE802.11a
1999年,IEEE802.11a标准制定完成,该标准规定WLAN工作频段在5.15-8.825GHz,数据传输速率达到54Mbps,传输距离控制在10-100米。
该标准也是IEEE802.11的一个补充,扩充了标准的物理层,采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术,采用QFSK调制方式,可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,支持多种业务如话音、数据和图像等,一个扇区可以接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
4.IEEE802.11g
目前,IEEE推出最新版本IEEE802.11g认证标准,该标准规定WLAN工作频段在2.4~2.4835GHz,并拥有IEEE802.11a的传输速率,安全性较IEEE802.11b好,采用2种调制方式,含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK,做到与802.11a和802.11b兼容。
5.IEEE802.11i
IEEE802.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证,对WLANMAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制,以改善WLAN的安全性。
IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容:
"Wi-Fi保护访问"(Wi-FiProtectedAccess:
WPA)技术和"强健安全网络"(RSN)。
Wi-Fi联盟计划采用802.11i标准作为WPA的第二个版本,并于今年初开始实行。
IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中的是相当重要的,数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。
6.IEEE802.11e/f/h
IEEE802.11e标准对WLANMAC层协议提出改进,以支持多媒体传输,以支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。
IEEE802.11f,定义访问节点之间的通讯,支持IEEE802.11的接入点互操作协议(IAPP)。
IEEE802.11h用于802.11a的频谱管理技术。
(IEEE802.11系列标准对照表见附录二)
2.2.2HomeRF标准
HomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导于1997年成立的,其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网,2001年8月推出HomeRF2.0版,集成了语音和数据传送技术,工作频段在10GHz,数据传输速率达到10Mbps,在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。
HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进:
当进行数据通信时,采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议;进行语音通信时,则采用数字增强型无绳通信标准。
2.2.3HiperLAN标准
欧洲电信标准化协会(ETSI)的宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定Hiper(HighPerformanceRadio)接入泛欧标准,已推出HiperLAN1和HiperLAN2。
HiperLAN1推出时,数据速率较低,没有被人们重视,在2000年,HiperLAN2标准制定完成,HiperLAN2标准的最高数据速率能达到54Mbit/s,HiperLAN2标准详细定义了WLAN的检测功能和转换信令,用以支持许多无线网络,支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等。
该标准在WLAN性能、安全性、服务质量QOS等方面也给出了一些定义。
HiperLAN1对应1EEE802.11b,HiperLAN2与1EEE082.11a具有相同的物理层,他们可以采用相同的部件,并且HiperLAN2强调与3G整合。
HiperLAN2标准也是目前较完善的WLAN协议。
2.2.4蓝牙技术(Bluetooth)
1998年5月,瑞典爱立信(Ericsson)、芬兰诺基亚(Nokia)、日本东芝(Toshiba)、美国IBM和Intel公司等五家知名厂商,在联合开展一项旨在实现网络中各类数据及语音设备互连的计划,并为纪念一千多年前统一北欧的丹麦国王,将这种将在全球通用的无线传送技术命名为“蓝牙”。
蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线通信连接技术。
这种连接是稳定的、无缝的,其程序写在一个9cm×9cm的微型芯片上,可以方便的嵌入到设备之中。
蓝牙技术中也采用了跳频技术,工作在2.4GHz ISM频段,提供低价、强壮的、大容量的语音和数据网络。
其实质内容是要建立通用的无线空中接口及其控制软件的公开标准,使通信和计算机进一步结合,使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在近距离范围内具有互用、互操作的性能。
2.2.5MMAC标准
日本的多媒体移动接入通信促进委员会(MultimediaMobileAccessCommunicationPromotionCouncil)一直致力于WLAN技术研究和标准制订工作。
相继制订了HiSWANa和HiSWANb标准。
其中HiSWANa工作于5GHz频段,HiSWANb工作于25/27GHz频段,支持数据速率为6~54Mbps,采用OFDM调制、TDMA(时分多址)多址方式、TDD双工方式。
2.2.6IrDA
IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术,其相应的软件和硬件技术都己比较成熟。
它的主要优点是体积小、功率低,适合设备移动的需要,传输速率高,可达16Mb/s,成本低,应用普遍。
目前有许多手机、PDA、手提电脑上都安装了IrDA接口。
但是,IrDA也有不尽如人意的地方。
首先它是一种视距传输技术,也就是说两个具有IrDA端口的设备之间如果传输数据,中间就不能有阻挡物。
这在两个设备之间是容易实现的,但在多个设备就必须彼此调整位置和角度等,这是IrDA的致命弱点。
其次,IrDA设备中的核心部件——红外线LED不是一种十分耐用的器件。
2.3WLAN应用
作为有线网络无线延伸,WLAN可以广泛应用在生活社区、游乐园、旅馆、机场车站等游玩区域实现旅游休闲上网;可以应用在政府办公大楼、校园、企事业等单位实现移动办公,方便开会及上课等;可以应用在医疗、金融证券等方面,实现医生在路途中对病人在网上诊断,实现金融证券室外网上交易。
对于难于布线的环境,如老式建筑、沙漠区域等,对于频繁变化的环境,如各种展览大楼;对于临时需要的宽带接入,流动工作站等,建立WLAN是理想的选择。
1.销售行业应用
对于大型超市来讲,商品的流通量非常大,接货的日常工作包括定单处理、送货单、入库等需要在不同地点的现场将数据录入数据库中。
仓库的入库和出库管理,物品的搬动较多,数据在变化,目前,很多的做法是手工做好记录,然后再将数据录入数据库中,这样费时而且易错,采用WLAN,即可轻松解决上面两个问题,在超市的各个角落,在接货区、在发货区、货架、仓库中利用WLAN,可以现场处理各种单据。
2.物流行业应用
随着我国WTO的加入,各个港口、储存区对物流业务的数字化提出了较高的要求。
一个物流公司一般都有一个网络处理中心,还有些办公地点分布在比较偏僻的地方,对于那些运输车辆、装卸装箱机组等的工作状况,物品统计等等,需要及时将数据录入并传输到中心机房。
部署WLAN是物流业的一项现代化必不可少的基础设施。
3.电力行业应用
如何对遥远的变电站进行遥测、遥控、遥调,这是摆在电力系统的一个老问题。
WLAN能监测并记录变电站的运行情况,给中心监控机房提供实时的监测数据,也能够将中心机房的调控命令传入到各个变电站。
这是WLAN在电力系统遍布到千家万户,但又无法完全用有线网络来检测与控制的一个潜在应用。
4.服务行业应用
由于PC机的移动终端化、小型化,一个旅客在进入一个酒店的大厅要及时处理邮件,这时酒店大堂的InternetWLAN接入是必不可少的;客房Internet无线上网服务也是需要的,尤其是星级比较高的酒店,客人可能在床上躺着上网,客人希望无线上网无处不在,由于WLAN的移动性、便捷性等特点,更是受到了一些大中型酒店的青睐。
在机场和车站是旅客候机候车的一段等待时光,这时可以打开笔记本电脑来上网。
目前,在北美和欧洲的大部分机场和车站,都部署了WLAN,在我国,也在逐步实施和建设中。
5.教育行业应用
WLAN可以让教师和学生对教与学的时时互动。
学生可以在教师、宿舍、图书馆利用移动终端机向老师问问题、提交作业;老师可以时时给学生上辅导课。
学生可以利用WLAN在校园的任何一个角落访问校园网。
WLAN可以成为一种多媒体教学的辅助手段。
6.证券行业应用
有了WLAN,股市有了菜市场般的普及和活跃。
原来,很多炒股者利用股票机看行情,现在不用了,WLAN能够让您实现实时看行情,时时交易。
股市大户室也可以不去了,不用再为大户室交纳任何费用。
7.展厅应用
一些大型展览的展厅内,一般都布有WLAN,服务商、参展商、客户走入大厅内可以随时接入Internet。
WLAN的可移动性、可重组性、灵活性为会议厅和展会中心等具有临时租用性质的服务行业提供了盈利的无限空间。
8.中小型办公室/家庭办公应用
WLAN可以让人们在中小型办公室或者在家里任意的地方上网办公,收发邮件,随时随地可以连接上Internet,上网资费与有线网络一样,有了WLAN,我们的自由空间增大了。
9.企业办公楼之间办公应用
对于一些中大型企业,有一个主办公楼,还有其他附属的办公楼,楼与楼之间、部门与部门之间需要通信,如果搭建有线网络,需要支付昂贵的月租费和维护费,而WLAN不需要,也不需要综合布线,一样能够实现有限网络的功能。
第三章IEEE802.11系列主要标准性能分析
3.1802.11网络标准
IEEE的802标准使用OSI概念模型来作为其建立标准的一个结构模型,并且与OSI有几个比较重要的差别。
802标准把OSI参考模型的第2层(即数据链路层)进行进一步划分,将其分为两个子层:
分别是逻辑链路控制层(LLC)和介质访问控制层(MAC)。
而802.11标准规定了无线局域网的特定特征,即对802.11标准上层的完全透明性。
也就是说物理层和MAC层已经能够完成所有WLAN的功能,使其不用在其他层进行相应的修改如图3-1所示。
然而,为了实现这些
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