802.11无线局域网组网方式与移动性分析

织的 % **)3 是 1** 网络的 ! 名字 "# 网络不同 # 名字 也不相同 % "**)3 用于标识 1** 网络中不同的无线 接入点 # 使站点在移动时能够感知无线接入点是 否发生变化的重要信息 % "**)3 通常是各个 +2 的
;+$ 地址 % +2 定期发送 ":7/.9 帧 # 其中包含网络
&’’>1 来区分不同 >&’’ 的站点 ! 这是一种从逻辑
上区分不同基本网络单元的方法 " 站点只接收具 有相同 &’’>1 的 B!; 帧 ! 而拒绝所有其它的 B!; 帧 " 所以 ! 在组建多跳无线网络时 ! 需要将所有站 点的 &’’>1 设置为同一个值 ! 否则当站点中继数 据时 ! 将会因为 &’’>1 不同而拒绝中继 "
!" #$% 网 " 所有站点只有全部处于相互无线覆盖
的范围 ! 才能保证站点通过无线信道直接通信 "
%!&
’$$"( 的结构
在 >&’’ 结 构 中 ! 每 个 >&’’ 网 络 用 一 个 &’’>1
B!; 子层之上实现 % B!; 子 层 无 法 实 现 中 继 的 原 因 是 B!; 的 帧
义了两种组网结构 ’ 独立基本服务组 !;<< &!=>2"
%!, -./频段的直接序列扩频和红外线 0 种 $ 它们
都具有 ( )12345 和 % )12345 的数据传输速率 ! 并都 遵从同一个 )*+ 层规范 $ 近年来 !#6%!’’ 标准又扩
?2>@7A ;752B <CD?2BC <C3 # 和 扩 展 服 务 组 "<< &"&" 3C=>C> <CD?2BC <C3 #$ 独立基本服务组是一种对等
%!%
’$$"( 的生成
当站点初始化后没有扫描到可以加入的网
络时 ! 站点将独自生成一个 &’’>1 ! 并等待其它站 点的加入 "
%!)
’$$"( 的同步 789!:: 标 准 提 供 了 站 点 之 间 自 动 协 商 &’’>1
>000789!:: 的 帧 格 式 与 以 太 网 的 帧 格 式 相
+, -./网 % 对于多跳+, -./网络以及)"**网络对站
点的移动性支持 #仅靠%&0!((是无法实现的 %
1**网络能够组建
多跳无线网络# 并且不 要求全网"**)3同步%
!!(
越区切换 当站点从一个
+2 下 移 动 到 另 一 个 +2 下 时 # 通 过 检 测 两
个 +2 的 信 号 强 度 # 决 定 是 否 切 换 +2 关 联 的 切 (( 越区切换 ’-79,?.@@ $% 如果新 +2 的 **)3 与 换( 站点不符 # 则站点不会进行越区切换 % 发生越区 切换时 # 站点向新的 +2 发出 4:755./6786.9 4:<=:58 管理帧 # 如果收到 +2 的 4:755./6786.9 4:5>.95: 管 理 帧 # 则 认 为 越 区 切 换 成 功 # 并 获 得 新 的 "**)3 # 可以在新 +2 的中继下与其它站点进行通信 %
!!*
同信道中继与帧地址格式 在 &’’>1 协 商 一 致 的 >&’’ 多 跳 网 络 环 境 中 !
789!::标准没有提供对中继功能的支持 % 如果需
在 B!; 子层进行中继 ! 无法在一般环境下实现中 继 ! 只能在一些非常特殊的环境下才可以实现 ! 同时也无法提供对移动的支持 % 中继功能只能在
通信 % 除 了 组 网 结 构 和 介 质 访 问 方 式 外 !789!:: 标 准 还 针 对 认 证 ’保 密 ’关 联 和 管 理 等 方 面 进 行 了 规范 ! 其中 ! 管理 ’ 关联和帧格式对于组网和站点 的工作过程将产生较大影响 "
&’’>1 作为自己的Fra Baidu bibliotek&’’>1 ! 这个同步过程也称为被
! "#$$网络
789!:: 标准规定一个 >&’’ 内的站点间的通信
通过无线信道直接实现 ! 不能直接通信时可以经 由其他站点中 继 & 多 跳 !" #$% 组 网 $! 但 没 有 定 义 中继站点的行为 ! 认为该行为不属于 B!; 子层功 能的范围 ! 应该由网络层来解决 " 因此 !789!:: 标 准 定 义 的 >&’’ 结 构 的 网 络 只 能 组 成 一 个 单 跳 的
卡电路框图可以看到 ! 无线接收芯片正朝 着 高 集 成度 % 低功耗的方向不断地发展 $
’&
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网络形式 ! 所有站点在网络通信中的地位是平等 的 ! 因此也称 为 !" #$% 组 网 形 式 " 扩 展 服 务 组 由 多个基本服务组 #&’’ $ 构成 ! 每个 &’’ 都有一个无 线访问点 !( #!%%)** ($+,- $ 提供通信服务 ! 类似于 以太网中的集线器 #./& $! 因此 又 被 称 为 基 础 设 施网络 ! 简称为0’’ 网络 % 不同 &’’ 通过 !( 之间的 分 布 系 统 1’ &1+*-2+34-+$, ’5*-)6 $ 互 联 ! 站 点 可 以 在多个 &’’ 之间移动 % 道那样具有明显的界限! 它必须依靠帧中的
+2 在收到 4:755./6786.9 4:<=:58 管理帧时 # 除 +2
了发送应答以外 # 还应通知 +2 之间的分布式系统 发生了重新关联 % 这样 # 原来的 +2 就放弃与移动 站点的关联关系 # 改由通过 3* 中继 % 遗憾的是 #
在分布式系统 3* 的支持下 # 可实现不同 "** 站点 间的通信 # 并支持站点从一个 "** 移动到另一个
EF*G *H !;<< "<< ;<<!I <<!I
! "#$$ %&’!!!标准简介
和 其 他 !""" #$%!& 标 准 一 样 !#$%!’( 标 准 着 重定义了物理层和介质访问控制 ")*+ # 子层 $ 它 关 于 物 理 层 的 规 范 有 %!, -./ 频 段 的 跳 频 扩 频 %
"** 中 % 1**可以组成多个覆盖区域的较大型的无
线局域网系统 % 分布式系统需要的是一种与 1** 本身无关的网络环境 # 一般以以太网或其它有线 网络来支撑 %
AB!!(( 标准没有规范 +2 之间重 新 关 联 的 动 作 # 因
此 不 同 厂 商 的 +2 产 品 之 间 不 能 有 效 沟 通 重 新 关 联信息 # 造成站点在不同厂商的 +2 产品之间不能 进行有效的越区切换 % ’A&!!((@ 扩展协议 正 在 着 手制定相关规范 $
其中包含一个 ’’>1 字段 ! 内容为 8D C9 字节的字符 串 " ’’>1 可以被看作是用户或网络管理员为网络 取的名字 ! 站点只能加入同名的网络 " 当站点收 到 同 名 网 络 的 &)=%$, 帧 时 ! 就 将 &)=%$, 帧 的
>&’’ 和 0’’ 的帧扩展方式不一样 ! 它们之间不能
名和 "**)3 % 需要加 入 网 络 的 站 点 监 测 到 ":7/.9 帧中的 **)3 与自己预设的网络名相同 # 就可 以 加 入这个"** % 当站点收听到多个 +2 的":7/.9 帧时 # 将选择其中的一个加入 # 加入过程由站点主动发 起 # 发 出 +55./6786.9 4:<=:58 管 理 帧 # 启 动 关 联 过 程 # 该 帧 中 指 明 了 希 望 加 入 的 "** 的 "**)3# 相 应 的 +2 应答 +55./6786.9 4:5>.95: 管理帧 %
似 ! 上层协议可以把?@!A 当作以太网来使用 % 当 它在无线信道上传送时 ! 则是在以太网帧格式基 础上进行了扩展 ! 以适应无线信道的工作方式 %
的过程 ! 即&’’>1 的同步 " 该过程一般发生在站点 初 始 化 或 移 动 后 准 备 加 入 一 个 新 的 >&’’ 中 时 "
>&’’ 中 的 站 点 定 期 发 送 类 型 为 &)=%$, 的 管 理 帧 !
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!"# !$$ 无线局域网 组网方式与移动性分析
毛玉明 段景山 杨 宁 成都 !"##$%" !电子科技大学通信与信息工程学院
摘 要 介绍了 #6%!’’ 标准定义的无线局域网的 !;<< 和 "<< 两种组网结构的工作原理 ! 分析了它们的多地址帧结构在组网中的功能和作用 ! 讨论了 )*+ 协议对无线站点的移动性支持方面的不足 ! 以及在组建多跳无线网时需要进一步解决的问题 $ 关键词
动扫描过程 " 站点也可以主动询问网络的 &’’>1 ( 站点主动发出具有 ’’>1 信息的 (2$3) E)F4)*- 类型 的管理帧 ) 收到(2$3) E)F4)*- 帧并具有相同 ’’>1 的站点响应一个(2$3) E)*G$,*) 帧 ! 先前的站点从 响应的 (2$3) E)*G$,*) 帧中提取 &’’>1 % 在多跳移动环境下 !&’’>1 的同步比较复杂 ! 这里暂不做介绍 %
! "##结构与工作原理
在 1** 网络中 # 每个 "** 内均设置了一个无线 访问点 #2 # 站点之间不直 接 通 信 # 而 是 通 过 +2 的 中继 来 实 现 ’即 使 它 们 在 相 互 的 无 线 覆 盖 范 围 内 $% 这是 1** 与 )"** 的根本差别 # 同时 #1** 在帧 格式上也与 )"** 不同 # 因而 )"** 和 1** 的 站 点 在 无线信道上不能互通 % 在一个 1** 网络中可以有多个 "** 存在 #
格式适用于固定网络而不适用于拓扑结构动态 变化中的网络 ! 如 !" #$% 多跳网络情况 % 只要在网络中存在移动 !B!; 层就无法 确 定 如 何 中 继&即 中 继 行 为 无 法 确 定 !本 文 中 称 这 个
来 标 识 ! 每 个 站 点 属 于 一 个 >&’’ ! 不 同 >&’’ 的 站 点之间不能相互通信 " 在帧格式中 ! 将常规的两 地址结构扩展成了三地址结构 !&’’>1 作为第 C 个 地址填写在 B!; 帧头中 ! 如图: 所示 " 无线环境中不同的网络单元间不像有线信
%&
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现象为 ! 模糊中继 "# 如图 ! 所示 $% 因此 # 要实现中 继 # 就 需 要 " 能 够 ! 知 道 "# &$ 之 间 是 否 可 以 直 接 通信 # 对于这种非本地链路的认知显然应该是由 网络层的路由协议来维护 % 目前 # 在大多数多跳 无线网络的实现中都采用阻断链路层中继 # 在网 络层由路由方法来实现中继 % 每个节点其实就是 一个路由器# 在网络层完成网络拓扑结构的感 知 & 选路和中继功能 % 因此 #%&!!’(标准定义的)"**组网方式提供的 只是+, -./组网的基础通信手段 #只能组成单跳的
展 出 #6%!’’1 %#6%!’’7 %#6%!’’8 等 系 列 ! 这 些 扩 展 标准采用不同的物理层技术 ! 使 通 信 速 率 提 高 到
’’ )12395 %%% )12345 至 :, )12345 ! 但 它 们 对 于 )*+
层协议没有重大改变 $
!""" #$%!(( 标 准 & 以 下 简 称 #$%!(( 标 准 # 定
789!:: 标准在介质访问方式方面定义了两种
技术 ! 即分布式协调功能 1;< &1+*-2+34-)" ;$$2"+"
,=-+$, <4,%-+$, $ 和 点 协 调 功 能 (;< &($+,- ;$$2"+" ,=-+$, <4,%-+$,$% 1;< 是一种竞争式共 享 信 道 技
术 !(;< 则是以协调点轮询的方式共享信道 % >&’’ 中的站点必须以 1;< 方 式 访 问 信 道 ! 而 0’’ 中 的 站点可以 1;< 方式或在 !( 的协调下以 (;< 方式访 问信道 %
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
产品完全不同的接收机电路结构 ! 从电路框图 可 以看出 ! 它是直接变换式接收机 ! 电路更加简洁 $ 从 #$%&’()* 公司先后推出的和即将推出的
+’)(, - %+’#(. / 和 +’#(. 0 系 列 无 线 局 域 网