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1、 无线接入点的研究与设计The Study and Design of Wireless Access Point学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示感谢。作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明本人完全了解华东师范大学有关保留和使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。
2、有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 摘 要随着无线技术的发展和生产成本的降低，无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）以其安装便捷，使用灵活，经济节约，可移动性等特点倍受关注，发展十分迅速。无线接入点(Access Point)是构建无线局域网的重要组成部分，它在无线网络中为移动主机提供接入Internet及其他外部网等服务，实现帧在无线网络与有线网络之间的互相转发。在WLAN设备中，AP的价格相对无线网卡来讲要昂贵得多，而一些A
3、P的替代方案比较复杂，对用户的操作要求较高。因此为了节省成本，更好的利用现有的嵌入式设备，扩展无线网卡的功用，本文深入地剖析了IEEE802.11b规范，并对uClinux设备驱动和Prism 3.0芯片组作了深入的研究，基于uClinux操作系统实现了USB接口的无线网卡驱动，并在此基础上开发了Host AP驱动。这样，无线网卡可动态在“Station模式”和“Soft AP模式”之间自主切换。一个配置了USB及有线网口的嵌入式设备，在接入无线网卡后，可由用户自主配置，除能通过无线网卡接入到网络，也可通过使能网卡，使该设备具备AP的功能。在基本功能上，本文所设计的Soft AP与传统AP并没
4、有太大的差别，虽然Soft AP的接入能力和覆盖范围还不能达到AP的指标，但该Soft AP在应用上有一定的优势。因为用户只需利用现有的嵌入式设备，加载相应的AP驱动模块，即可启用该设备的AP功能，故可降低无线组网的成本。本文实现的Soft AP是通过主机的CPU来运行并完成几乎所有的802.11b控制功能，采用这种方式因软件程序较易修改而具有很强的灵活性，用户可根据具体的应用需要开发并增强AP的性能和管理功能。随着无线网络基础设施的大规模部署，无线网络新的规范及标准层出不穷，而使用本文的设计可方便地升级，只需要更换无线网卡及修改相应驱动就可以升级到802.11g，甚至是更新的版本。该Soft
5、 AP可为局部范围内少数用户提供一种经济便捷的联网方式，在有临时组网的使用需求时，更能体现其灵活的优势，有实际应用的意义。本文重点分析了IEEE 802.11标准，对AP的不同实现方式进行了讨论，继而定义了Host AP的基本功能，给出了Host AP的硬件平台设计及软件总体设计。接下来对基于Prism 3.0芯片组的无线端口驱动的实现做了详细的讨论，并对AP功能管理的设计及实现给出了具体描述。最后，对驱动实现的功能，性能进行了测试，验证了该Soft AP的可行性。关键词：AP 无线局域网 IEEE 802.11 嵌入式系统 uClinuxABSTRACT With the developme
6、nt of wireless technology and the decrease of the produce cost, wireless local area network attracts more attention by its convenient installation, flexible operation, low cost and removable character. Wireless access point is an important equipment to build the wlan. It connects the removable host
7、with Internet or other network, and transmits the frames between wlan and the cable network. The price of AP is much higher than wireless card and some AP replacing plan is complicated. It becomes a big problem on how to decrease the cost, make full use of existing embedded equipments and enhance th
8、e performance of wireless card. Based on the researches of IEEE802.11b, the device drivers of uClinux and Prism 3.0 chip group, this thesis implements the wireless card driver with USB interface in uClinux and develops Host AP driver. With these drivers, wireless card can easily switch between Stati
9、on mode and Soft AP mode. As a result, the embedded equipment with USB and network port can be configured not only to connect to network by wireless card, but also to work as AP.The basic function of Soft AP implemented in the thesis doesnt have many differences with traditional AP. Although the acc
10、ess capability and the coverage area of Soft AP cant reach the standard of AP, it has certain advantages on many occasions. For example, users only need to install AP drivers on the existing embedded equipment, and then they can enjoy the function of AP, which is much cheaper. Another advantage is t
11、hat it is convenient for the developers to add new functions because most of the 802.11bs functions are controlled by the hosts CPU. The user can improve APs performance or add management functions according to certain requirements. Nowadays, new standards of wireless network emerge continuously. It
12、 becomes much easy to update the standards by using the Soft AP designed in the thesis. The only thing need to do is to change the wireless card and corresponding driver. This Soft AP can provide an economic and convenient way to connect a few users in local area. It is extremely flexible when const
13、ructing a temper local network. This thesis analyzes the standard of IEEE 802.11, discusses the different ways of realizing AP, and then defines the basic function of AP, gives the design of hardware platform and system structure. Then it discusses the implementation of wireless card driver based on
14、 Prism 3.0 chip group and describes the design of the AP function in detail. At last, it gives a test of function and capability to validate the feasibility of Soft AP.KEY WORDS：Access Point WLAN IEEE 802.11 embedded system uClinux目 录第一章 绪 论11.1 无线局域网标准11.1.1IEEE 802.11系列21.1.2 Bluetooth规范31.1.3 Hom
15、eRF系列31.2 无线局域网发展现状41.3 本文的主要研究工作及论文组织51.4 小结7第二章 IEEE 802.11协议82.1 IEEE802.11逻辑结构82.1.1 物理层技术82.1.2 MAC层技术92.2 IEEE 802.11的网络结构112.2.1 IBSS网络112.2.2 ESS网络122.3 IEEE 802.11服务122.3.1 站点服务132.3.2 分布式系统服务142.3.3 服务之间的关系152.4 IEEE 802.11帧格式162.4.1 通用帧格式162.4.2 帧类型182.5 小结20第三章 Host AP总体设计213.1 AP的实现方式21
16、3.2 AP的原理和功能213.3 硬件平台设计223.4 软件平台设计243.4.1 嵌入式操作系统uClinux概述243.4.2 HostAP的基本模块263.5 小结28第四章 AP无线端口设计与实现294.1 无线网卡驱动的设计要点294.2 uClinux 下USB设备驱动开发294.2.1 USB系统概述294.2.2 uClinux下的USB子系统304.3 无线网卡驱动与PRISM MAC的接口344.3.1 相关概念344.3.2 接口命令344.3.3 交互的帧格式364.3.4 驱动程序与PRISM MAC接口实现374.4 无线网卡驱动程序的实现394.4.1 网络驱
17、动程序中用到的主要数据结构394.4.2 无线网卡驱动的结构434.5 小结47第五章 AP功能管理设计与实现485.1 AP业务处理功能设计485.2 AP业务处理功能实现485.2.1 管理模块495.2.2 接入控制模块495.2.3 数据收发管理模块535.2.4 加解密模块545.2.5 帧格式转换模块555.2.6 桥接模块565.3 AP配置管理功能设计595.4 AP配置管理功能实现605.4.1 图形化用户配置界面605.4.2 AP守护进程的实现615.5 小结61第六章 测试与分析626.1 测试环境626.2 测试内容626.3 测试结果和性能分析636.4 小结64第
18、七章 总结与展望657.1 总结657.2 展望65参考文献67致 谢69攻读学位期间发表的学术论文70第一章 绪 论1.1 无线局域网标准无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）。无线网络作为有线联网方式的重要补充和延伸，已逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。通常计算机组网的传输媒介主要为铜缆或光缆，构成有线局域网。有线网络的布线、改线工程量较大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别在要把相隔较远的节点联接起来时，铺设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，这对正在迅速扩大的联网需求造成了严重的瓶
19、颈阻塞。WLAN就是为解决有线网络的以上种种问题而引出的。它直接利用电磁波在空中发送/接收数据，无需线缆介质，目前为止数据传输速率已经能够达到54Mbps，传输距离可远至20km以上。与有线网络相比，WLAN具有如下优点：安装便捷：一般在网络建设中，施工周期最长，对周边环境影响最大的就是网络布线。而WLAN最大的优势就是免去或减少了这部分繁杂的网络布线的工作量，一般只要安放一个或多个接入点（Access Point）设备就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。灵活性和移动性：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制。而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。同时，无线
20、局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。经济节约：由于有线网络中缺少灵活性，这就要求网络的规划者尽可能地考虑未来的发展需要，往往导致需要预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划时的预期，又要花费较多费用进行网络改造。无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。故障定位容易：有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。易于扩展：无线局域网有多种配置方式，可胜任只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络，用
21、户可根据实际需要灵活选择。由于无线局域网具有多方面的优点，其发展十分迅速。而在发展的同时，无线局域网的标准之争也成为众多厂商和运营实体非常关注的一个话题。在众多标准中，讨论和使用得比较多的有IEEE 802.11系列，BSIG提出的蓝牙规范，以及由HomeRF工作组提出的HomeRF标准。1.1.1 IEEE 802.11系列1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网（WLAN）标准工作组1。该工作组的任务为研究工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准，并于1997年6月公布了该标准。IEEE802.11工作在2.4GHz开放频段，支持1Mbps和2
22、Mbps的数据传输速率。 802.11是IEEE最初制定的一个WLAN标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbit/s。由于它在速率和距离上都不能满足人们实际工作的需要，802.11标准很快被802.11b所取代。1999年9月，802.11b被正式批准。它工作在2.4GHz频段，数据传输速率可达到11Mbit/s，传输距离控制在50-150英尺。802.11b已经成为当前主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。但是随着网络应用中视频，语音等多媒体数据传输需求越来越多，
23、速率问题将会成为802.11b进一步发展的主要障碍。为进一步提升接入速率，1999年IEEE又推出了IEEE802.11a标准2，工作在5GHz频段下，能够在覆盖范围内提供最高达54Mbps的接入速率。802.11b和802.11a的推出，使无线局域网的带宽能力得到了质的飞跃，但两者的不兼容形成了新的矛盾。为解决这一问题，IEEE在2001年11月通过了一个新的标准IEEE802.11g。它既能在2.4GHz频段下提供11Mbps的传输速率，又能够在5GHz频段下提供54Mbps的传输速率。由于802.11g采用的调制方式包括802.11b的CCK和802.11a的OFDM方式，因此实现了两种
24、网络的互通和兼容。 在以上几种标准之外，IEEE还在酝酿新的标准，推出了一些新的规范。802.11d主要是为了适应不同国家在不同频段下使用802.11b的情况而推出的，因为在一些国家里2.4GHz频段是被占用的。802.11e是在802.11标准中增强了QoS能力。802.11f是为改善802.11协议的切换机制而推出的。802.11h能够比802.11a提供更好的发送功率控制和无线信道选择能力。802.11i可以提升接入的安全性。802.11j使802.11a和HiperLAN2网络能够实现互通。1.1.2 Bluetooth规范蓝牙规范3是由BSIG（BlueteoothSpecialIn
25、terestGroup）制定的一个公共规范，其目的是实现短距离无线语音和数据通信。这是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线的短距离无线连接技术。其设备使用全球通行的、无需申请许可的2.45GHz频段，可实时进行数据和语音传输，其传输速率可达到10Mbps，在支持3个话音频道的同时还可支持高达723.2Kbps的数据传输速率。也就是说，在办公室、家庭和旅途中，无需在任何电子设备间布设专用线缆和连接器，利用蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个“微网”，网内任何蓝牙收发器都可与该装置互通信号。而且，这种连接无需复杂的软件支持。蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米，
26、强的可以达到100米左右。 由于蓝牙在无线传输距离上的限定，它和个人网络通讯用品有着不解之缘。因此，生产蓝牙产品的厂家除了网络集成厂商和传统PC厂商以外，还包括很多移动电话厂商。近年来，随着全球无线市场的不断扩大，蓝牙手机成为移动电话用户的新宠。实际上，通过该协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑和家庭Hub等众多设备之间进行信息交换。1.1.3 HomeRF系列HomeRF技术45是由HRFWG（Home RF working groug）工作组开发的，该工作组于1998年成立，主要由Intel、IBM、Companq、3com、Philips、Microsoft、Motorola等几家
27、大公司组成，其主要工作任务是制定PC和用户电子设备之间无线数字通信的开放性工作标准，为家庭用户建立具有互操作性的语音和数据通信网。HomeRF采用了IEEE802.11标准的CSMA/CA模式，以竞争的方式来获取信道的控制权，在一个时间点上只能由一个接入点在网络中传输数据；规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，确保了实时性“流业务”所需的带宽（2-11Mb/s）和低干扰、低误码。同时，该工作组于2001年8月推出了HomeRF2标准，该标准集成了语音和数据传送技术，工作频段为10GHz，数据传输速率高达100Mbit/s，重点考虑WLAN在安全性方面的访问控制和加密技术。HomeR
28、F是针对现有无线通信标准的综合和改进，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。因此，接受端必须捕获传输信号的数据头和几个数据包，判断是音频还是数据包，进而切换到相应的模式。但是，该标准与802.11b不兼容，并占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，所以在应用范围上会有很大的局限性，更多的只是在家庭网络中使用。同时由于HomeRF技术标准没有公开，仅获得了数十家公司的支持，并且在抗干扰能力等方面与其它技术标准相比也存在不少欠缺，因此并未占据主流市场。1.2 无线局域网发展现状目前，WLAN技
29、术已经日趋成熟，应用日趋广泛，中国无线产品市场的总市值从2001年的5亿元人民币增长到2005年的50亿人民币。同时，经过市场的洗刷，各种无线技术都显示出了各自优点，同时也暴露出了一些不足。802.11系列协议是由IEEE制定的，是目前居于主导地位的无线局域网标准。在市场定位方面，IEEE802.11定位于企业无线网络，802.11b、802.11a和802.11g在无线局域网标准中三足鼎立，其中802.11b仍然是当前普及最广和应用最多的无线局域网标准。后起之秀802.11g也越来越引起业界的关注，它在容量和兼容性上都优于前两个标准，在价格上也开始低于802.11a产品。在家庭无线应用上，H
30、omeRF无可非议，它主要就是为家庭网络设计的，是802.11与DECT的结合。该技术对流媒体提供了真正意义上的支持，在传送声音以及影像数据方面占有优势，不存在牺牲质量的问题。而IEEE802.11b所提供的高带宽，则是以将数据分割为TCP/IP包为代价，这样显然会对流媒体的播放产生一定的影响。蓝牙技术适用于松散型的网络，设备可以为一个单独的数据建立一个连接。HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意，组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个惟一的识别代码，不过这使得RomeRF比蓝牙技术更为安全。802.11使用的是TCP/IP协议，适用于功率更大的网络，但它的有效工作距离比蓝牙技术
31、和HomeRF要长得多。以目前来看，在一段时间内，这些技术还将处于并存阶段。同时从长远来看，随着产品与市场的不断发展，各种无线技术将互相竞争，取长补短，最终走向融合。WLAN技术未来会怎样？多数专家表现出了乐观的态度。从技术发展角度来看，802.11系列技术正在不断成熟，其安全性、漫游性、QoS考虑也处在积极的推进进程中。我国对2.4GHz和5.8GHz频段的开放，也给WLAN的推进带来了极佳的市场环境。同时，企业VPN业务的推广，也将使WLAN在无线接入中发挥重要作用。在金融、旅游、医护、库管、会展等领域，无线网络有着广阔的应用前景。可以预见，随着开放办公的流行和手持设备的普及，人们对移动性
32、访问和存储信息的需求愈来愈多，因而无线局域网将会在办公、生产和家庭等领域不断获得更广泛应用。1.3 本文的主要研究工作及论文组织IEEE802.11是无线局域网中目前使用最普遍的标准，也是本论文的主要研究内容。IEEE802.11标准中，无线接入点（AP）作为无线局域网的重要设备，是负责移动主机管理以及协调无线与有线主干网络之间通信的关键部件。它在不修改已有的有线网络结构和不改变现有协议的基础上，将移动主机纳入现有网络中。一般AP的实际开发应满足IEEE802.11、IEEE802.3等协议和RFC有关建议。AP的基本功能包括传递移动主机间的通信和桥接移动主机到有线网络。除了完成对数据包的过滤
33、、存储、转发，还要负责移动主机的认证、鉴权和漫游管理。在WLAN设备中，AP的价格无疑是比较高的。现有的AP一般都工作在单一模式，即“Station模式”或“AP模式”。即使有一些AP的替代方案，也都比较复杂，对用户的操作水平要求很高。考虑到现在大多数802.11b产品，不管是无线网卡还是AP，芯片厂商大都使用相同的核心无线芯片组，只是AP在此基础上还增加了一些嵌入式微控制系统，使整个芯片组可工作在普通的Station模式或 AP模式，并通过在相同的芯片组上提供不同的固件以实现不同的功能。基于Prism 3.0 802.11b（带有ISL3871 MAC处理器）芯片组的解决方案就是非常典型的例
34、子，可通过直接对Prism 3.0的寄存器进行操作，使该网卡工作于Host AP模式。 因此，为了节省成本，充分利用现有的设备扩展无线网卡的功能，同时也使应用更灵活，本文提出了一个Host AP在嵌入式设备上的实现方案。本文深入地剖析了IEEE802.11规范，并对uclinux设备驱动和Prism 3.0芯片组作了深入的研究，基于uClinux操作系统编写了无线网卡驱动，并在此基础上实现了Host AP驱动，从而使网卡可动态在“Station模式”和“AP模式”之间切换。一个配置了USB及有线网口的嵌入式设备，在接入Prism3.0 USB接口的无线网卡后，除能通过该无线网卡接入到网络，也可
35、通过使能网卡，使该设备拥有Soft AP的功能。本文具体的研究和开发工作主要有以下几个方面：1. 系统地分析了无线局域网的发展现状和相关协议，深入研究了目前使用最为广泛的IEEE 802.11标准的相关技术，并着重讨论了其中对于AP功能的规定。 2. 对基于uClinux的网络驱动程序的编译，安装，调试等进行了深入地研究和实践。3. 提出了Host AP的硬件平台设计以及软件总体设计方案，对Host AP驱动的各个部分进行了功能划分和任务确定。4. 讨论并实现了基于Prism芯片组的USB无线网卡驱动，以完成无线数据的收发功能。5. 根据协议，设计并编程实现了AP业务处理功能及AP配置管理功能
36、，分析了协议中规定的各项业务的具体实现，并探讨了通过网络对该AP进行监控和管理的方法。在基本功能上，本文设计实现的 Soft AP与AP并没有太大的差别。虽然该Soft AP的接入能力和覆盖范围不如AP，但是Soft AP在应用上有一定的优势：1. 节约成本：用户只需利用现有的嵌入式设备，加载相应的AP驱动模块，即可启用该设备的AP功能，可降低无线组网的成本。2. 可灵活的扩展：本文实现的Soft AP是通过主机的CPU来运行并完成几乎所有的802.11b控制功能，应用软件和主机AP程序可执行所有的802.11b管理控制、网桥等功能。采用这种方式因软件程序较易修改而具有很强的灵活性，用户可根据
37、具体的应用需要开发并增强AP的性能和管理功能。3. 可方便的升级：随着无线网络基础设施的大规模部署，无线网络新的规范及标准层出不穷，使用本文的设计只需要更换无线网卡及修改相应驱动就可以很方便地升级到802.11g，甚至是更新的版本。4. 应用灵活便捷：Soft AP可为局部范围内的少数用户提供一种经济，便捷的联网方式，在有临时组网的使用需求时，更能体现其灵活的优势，有实际应用的意义。本文共分为七章，各章主要内容如下：第一章是绪论部分，着重介绍了无线局域网标准以及其发展现状，并对本文的研究内容和论文组织作了概述。第二章着重介绍了IEEE 802.11协议，包括IEEE 802.11的逻辑结构、网
38、络结构、定义的服务以及帧格式等，该章的论述为整个系统的设计做了理论上的准备。第三章对AP的不同实现方式进行了讨论，在此基础上定义了Host AP的功能，并提出了Host AP的硬件平台设计以及软件总体设计方案。第四章介绍了AP无线端口驱动的软件设计与实现。该章首先探讨了uClinux下USB设备驱动的开发，接着介绍了Prism 3.0芯片组中MAC控制器ISL3871提供的接口。最后，对无线端口驱动涉及到的基本数据结构及整个软件结构做了讨论。第五章在无线端口驱动的基础上，介绍了AP业务处理模块以及AP配置管理模块的具体设计和实现。第六章对本文所实现的Host AP进行了功能和性能上的测试，并对
39、测试结果进行了分析讨论。第七章对本文进行了总结，并对该课题今后的研究方向与应用前景进行了展望。1.4 小结本章为绪论部分，介绍了无线局域网的标准，并对这些标准作了分析比较，同时讨论了无线局域网的发展现状，最后对本文的主要研究内容以及论文组织作了概述。第二章 IEEE 802.11协议2.1 IEEE802.11逻辑结构图2.1 IEEE802.11标准的逻辑结构IEEE 802.11协议1主要工作在ISO协议的最低两层，具体见图2.1。WLAN的工作层有介质访问控制层（MAC）和物理层（PHY），其中物理层又分为两个子层PLCP（物理层收敛过程）子层和PWD（物理介质相关）子层。PLCP子层通
40、过将MAC层信息映射到PWD子层，使MAC层对物理介质的依赖性减到最低，而PMD子层则提供了对无线介质进行控制的方法。同时在IEEE802.11结构中还包含两个管理实体（MAC层管理实体MLME和物理层管理实体PLME）和管理信息库MIB（Management Information Base），分别管理MAC层和PHY物理层。2.1.1 物理层技术IEEE 802.11在物理层中，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法。在该标准中RF传输标准采用了直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)技术，工作在2.400 02.483 5 GHz频段。直接序列扩频采用BPSK和DQPSK调制技
41、术，使用11位Barker序列，支持1 Mb/s和2 Mb/s数据速率。跳频扩频采用24电平GFSK调制技术，支持1 Mb/s数据速率。红外线传输方法工作在850950 nm段，使用4或16电平pulse-positioning调制技术，支持数据速率为1 Mb/s和2 Mb/s。IEEE 802.11b作为IEEE 802.11标准的补充，在物理层增加了两个新的速度：5.5Mbps和11Mbps。为了实现该目标，DSSS被选作该标准唯一的物理层传输技术。同时，在802.11b标准中，采用了一种更先进的CCK(Complementary Code Keying)编码技术。5.5Mbps使用CCK
42、串来携带4位的数字信息，而11Mbps的速率使用CCK串来携带8位的数字信息。同时为了保证在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，IEEE 802.11b采用了动态速率调节技术。在理想状态下，用户以11M的速率运行，而当用户移出理想的位置，或受到干扰的话，就把速度自动按序降低为5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。同样，当用户回到理想环境的话，连接速度也会反向增加直至11Mbps。该速率调节机制是在物理层实现而不会对用户和其它上层协议产生任何影响。 IEEE 802.11a2也是IEEE 802.11标准的补充，该标准采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术和QFSK调制方式，大大提高了传
43、输速率和整体信号质量。2.1.2 MAC层技术为了尽量减少冲突，IEEE 802.11的MAC层定义了两种介质访问控制方式（见图2.2）：1. 分布式协调功能（DCF），处理竞争服务；2. 点协调功能（PCF），处理无竞争服务。图 2.2 MAC 结构l DCFDCF采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance载波侦听多路访问/冲突避免)和随机退避机制，允许相互兼容的PHY共享媒质。在介质上传送的帧与帧之间总会有一段空闲时间，DCF将其细分为四种称为IFS（InterFrame Space 帧隙）的不同长度的时
44、间槽：SIFS：短帧隙（Short IFS），用于较高优先级通信；PIFS：点协调功能帧隙（PCF IFS），用于PCF提供无冲突访问；DIFS：分布式协调功能帧隙（DCF IFS），用于DCF提供冲突访问；EIFS：扩展帧隙（Extended IFS），在接受到错误帧时使用，可以给发送站点足够的时间提出错误理由并重新发送出错帧。具体工作过程如下：STA在发送数据前，会首先侦听媒质是否空闲，以判断当前是否有其他主机在发送数据。如果空闲，则发送数据；如果媒质忙，则会被分配退守定时值（该值为从0到CW宽度最大值之间的随机整数），然后退出竞争，在后台等待媒质空闲。媒质空闲后，只有退守定时器已减为0的
45、站点才有权在媒质空闲一个DIFS时间后在CW内竞争媒质进行发送，而那些退守定时器还未到0的待发站点则在竞争窗内把退守定时器值减1。如果多个STA的退守定时器值都已为0，则会出现竞争。于是这些参与竞争的STA都将被重新分配一个随机退守定时值，并再次退到后台进入守候状态。为了保证比普通数据帧具有更高优先级的控制帧（如ACK帧和CTS帧）能够优先发送。它会在媒质空闲一个比DIFS更短的SIFS时间后立即发送。DCF控制方式是所有STA访问媒质的基础，可在Infrastructure及AdHoc模式下被使用。由于DCF提供的是一种竞争发送的机制，它的关键在于发送站点要能正确检查出当前介质的状态是忙还是
46、空闲，所以它存在站点隐藏的问题。当两个互不可见（无线信号互不能达）的站点同时向一个双方都可达的第三站点发送信号时，由于两个发送站点都无法检测到介质中有对方的信号，有可能同时向第三方接收站点发送信号。IEEE为解决该问题，提出了一个可选的RTS/CTS工作机制。该机制的工作原理是，发送站点在向接收站点发送数据包之前，即在DIFS之后不是立即发送数据，而是发送一个请求发送RTS（Ready To Send）帧，以申请对媒质的占用，当接收站点收到RTS信号后，立即在一个短帧隙SIFS之后回应一个准许发送CTS(Clear To Send)帧，告知对方已准备好接收数据，双方在成功交换RTS/CTS信号
47、对后才开始真正的数据传递。这就保证了多个互不可见的发送站点同时向同一接收站点发送信号时，实际只能收到接收站点回应CTS帧的站点才能够进行发送，避免了冲突发生。即使有冲突发生，也只是在发送RTS帧时，在这种情况下，由于收不到站点的CTS信息，会使用DCF提供的竞争机制，分配一个随机退守定时值，等待下一次媒质空闲DIFS后竞争发送RTS帧，直到成功为止。l PCF：在Infrastructure模式中，可提供一种称为PCF的点协调功能对通信进行控制。PCF是一种AP才有的控制功能，它以DCF控制机制为基础，提供了一种无冲突的媒质访问方法。PCF在媒质空闲SIFS后，通过发送一个信标帧对所有STA宣告，它已经安排好一个无竞争周期，所有待发STA可在该周期中被AP按顺序轮询发送。AP对所有已请求发送的站点维护一张表，在无竞争周期内，AP就会根据这张表对待发STA挨个点名，而被轮询的STA把这种AP的点名解释为对自己占用媒质向其他STA发送信息的许可。2.2 IEEE 802.11的网络结构 无线局域网由无线网卡（Network Interface Card），无线接入点（Access Poi
