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1、无线局域网摘 要IEEE802.11工作组制定的IEEE802.11e协议已在2005年10月正式发布。IEEE802.11e协议的目的在于无线局域网中为多媒体业务提供QOS支持。在这个新的协议中，它引入了混合协调功能(HCF)，根据竞争介质的方式不同，混合协调功能包含了增强的分布协调控制接入机制（EDCA）和混合协调点控制接入机制（HCCA）。本文在简要分析传统的IEEE802.11协议支持QOS的局限性基础上，较为深入地分析了混合协调功能的两种接入机制支持多媒体业务的QOS性能。目录第一章 绪论31.1研究背景31.2 IEEE802.11e研究现状41.3论文的主要内容5第二章 无线网络
2、介绍52.1无线网络的基本概念和特点52.2无线局域网的组成构造原理6第三章IEEE802.1X协议及其QOS保障机制的介绍73.1 IEEE802.11协议介绍73.2 QoS的介绍83.3 IEEE802.11保障QoS的机制10第四章 支持QOS的IEEE802.11e协议分析114.1 IEEE802.1le协议介绍114.2 EDCA114.3 HCCA124.4 HCCA与EDCA的比较124.5 IEEE802.11e协议的局限13第五章结束语13参考文献14第一章 绪论1.1研究背景随着科学技术的进步，网络在社会发展过程中起到越来越重要的作用。从刚开始的美国军方ARPANET到
3、现如今联结全球的因特网，网络触角已经延伸到世界各个角落，全世界的人民都可以通过网络进行通信联系，网络缩小了世界的范围、拉近了人们的距离。与此同时基于网络的服务也日益增多，如电子商务、电子政务、电子邮件、网上交易等等，这些新兴服务正在颠覆人们的传统观念，改变人们的生活。上世纪八、九十年代是网络蓬勃发展的阶段。网络从分组交换技术发展到TCP/IP技术，其接入速率从开始的电话线拨号14.4kbps到如今的ADSL、宽带光纤到户的8Mbps，提高了几百倍。在中国，有线宽带业务已经高度普及。但人们并不满足于足不出户的宽带接入服务，如今，他们已把目光转向了无线移动业务。随着智能手机、笔记本、PDA这些无线
4、终端的日趋完善和成熟，使人们方便、快捷地接入无线网络成为可能，这种优势使得无线业务必将成为人们关注的新焦点，而无线网络也必将成为技术发展的重点。 无线网络的盛行使得基于无线网络的服务越来越多，而无线网络的负载也日趋加重。人们希望无线网络能像有线网一样提供服务质量保障。但是其传输介质是无线信道的这一特殊背景，使得其速率低、错误率高的问题一直没有得到很好的解决。研究人员在这方面投入了大量的精力，付出了巨大的努力和工作，提出了多种改进型协议和提高方法，在无线网络的服务质量上进行弥补和完善。现在的无线局域网有以下几种协议体系：IEEE802.11、HiperLAN、蓝牙，但应用较为广泛的是IEEE80
5、2.11协议，目前其扩展协议IEEE802.1lg所能达到的理论传输速率已有54 Mbps，已极大地逼近了有线接入的速率，且其组网方式相对简单，比有线网络更加经济，用户使用起来也更加方便，商用前景相当广阔。IEEE802工作组经过不懈的研究努力，终于发布了专门用于保障服务质量的扩展型协议IEEE802.1le。IEEE802.1le是IEEE802工作组作组为保障无线网络服务质量而推出的扩展型协议，相对于802.11协议，802.11e协议定义了混合协调功能HCF，提出了EDCA和HCCA两种新的介质访问模式，将所有业务分为4个类别和8个数据流，分别标以不同的优先级，每个类别分别有一组参数。E
6、DCA提供了不同优先级的QoS，HCCA提供了参数化的QoS。在实现过程中，EDCA操作更为简单且效果很好，实现了服务的区别对待，因此它更受研究者和设备制造商的青睐，这方面做的研究改进工作也更多。EDCA模式实现了业务的区别对待，对高优先级的业务提供更好的服务质量保障，因此高优先级业务的质量一般都要比低优先级业务的质量好。但是EDCA模式也有极限，也不能支持各种业务无限制地增加，过多的业务也会使网络的性能变差，从而影响每个业务的质量。因此，便引入了接入控制的机制。该机制需要有良好的接入控制策略，决定哪些业务能接入而哪些业务不能接入，最大限度地保障已有业务的QoS，使得有限的网络资源能得到充分利
7、用。其对于保障业务的服务质量起到了很大的作用。1.2 IEEE802.11e研究现状多媒体应用近年来发展迅速，人们希望即使是在移动中还是能够顺利接收图像、声音及其他一般性的数据资料。而对于这些具有即时性的多媒体应用，我们必须根据其不同的需求，提供例如带宽、延时及丢包率的保证，以适应这些业务的QoS要求，确保多媒体播放的流畅性。未来的无线通信，一定是强调支持多业务综合服务的、多终端汇聚网络。如何在IEEE802.11WLAN上提供QOS支持，使其在未来4G网络中发挥应有的作用，是目前重要的研究方向之一，一个相当值得研究的课题。IEEE802.11e工作小组的宗旨是在IEEE802.11WLAN上
8、支持QOS。IEEE802.11e协议已经于2005年10月正式公布，在这个新的协议中引入了HCF（混合协调功能）来增强IEEE802.11WLAN对多媒体业务的QOS支持。HCF包括EDCA支持QOS性能的研究大多停留在应用一些模拟软件进行模拟，与标准的IEEE802.11协议进行性能比较上，而很少从严格的数学分析角度全面给出EDCA支持QOS性能。对于HCCA支持QOS性能的研究还不是很多，而协议中提供的简单调度算法根本无法满足多媒体业务的QOS要求，因此对于改进协议中给出的简单调度算法，给出一个能适应多媒体业务需求的调度算法是目前研究的重点。1.3论文的主要内容传统的IEEE802.11
9、协议无法保证用户对服务质量的要求，IEEE802.11e协议虽然根据帧间隔（AIFS）、竞争窗口（CW）和传输机会（TXOP）等参数的设置来区分业务的优先级，一定程度上满足了用户对服务质量的需求，然而也存在着不足之处。例如，高优先级业务服务质量的保障是以牺牲低优先级业务为代价的，静态优先级参数设置无法根据网络环境的变化而变化。本文主要对相关内容进行了研究分析。文章结构安排如下：第二章主要介绍了无线网络的基本概念和特点以及构成原理。第三章主要介绍了IEEE802.1X协议及其QOS保障机制。第四章主要对支持QOS的IEEE802.11e协议进行了相关分析。第五章结束语。第二章 无线网络介绍2.1
10、无线网络的基本概念和特点无线局域网WLAN(Wireless Local Area Networks)就是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。无线局域网采用的传输媒体分为射频无线电波和光波两类。射频无线电波主要使用无线电波和微波，光波主要使用红外线。因此无线局域网可以分为基于无线电的无线局域网和基于红外线的无线局域网两大类。无线局域网的覆盖范围可以从几米到几公里不等，在此范围内支持较高的数据速率，可采用微蜂窝，微微蜂窝和非蜂窝结构。 无线局域网利用空中的电磁波代替传统的缆线进行信息传输，可以作为传统有线网络的延伸，补充或替代。相比于有线网络而言，无线局域网有以下优点： (1)移动性
11、更好。在无线局域网中，两个站点之间的相隔距离可以比有线网两个站点的距离更远，同时用户设备可以在无线局域网内自由移动，且可以在不同的接入点之间来回切换。 (2)灵活性更好。无线局域网可以将网络延伸到线缆无法连接的地方，并可以方便地增减，移动和修改设备。其组网结构也多种多样，可以通过基础结构接入骨干网，也可以自己组网。 (3)可伸缩性更好。在适当的位置放置或添加接入点或扩展点，就可以满足扩展网络的需要。 (4)经济性更好。无线局域网可以在布线困难的地方架设，省去布线的工序和线缆的开销，同时维护起来也更加方便。但是无线局域网也有它自身的局限性。跟有线网相比，其信道误比特率要高于后者；带宽与系统容量要
12、低于后者；兼容性要求比后者更高；覆盖范围受到功率和频率的限制； 无线信道中的干扰比较多；且其安全性也是一大问题，无线信道容易被人监听。这些都是需要注意和改进的地方。2.2无线局域网的组成构造原理 无线局域网一般由站，无线介质，接入点和分布式系统等几部分组成。站也称终端，在无线局域网中一般是作为客户端，它包含几部分：终端用户设备，无线网络接口，网络软件。无线介质指的是通信的传输介质，一般指空气。无线接入点类似于蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。它可以完成其他非接入点AP(Access Point)的站对分布式系统的接入访问，对站点进行管理，也能实现桥接作用。分布式系统可以把多个基本服
13、务区连接起来，形成一个范围更广的扩展业务区，同时它也可以通过入口与骨干网相连，实现与其他网络的互连互通。 无线局域网有以下几种拓扑结构： (1)分布对等式拓扑。它是一种直接通信的方式，网络内的任意两个站之间的通信都无需AP转发，任意站点之间的关系是对等的。 (2)基础结构集中式拓扑。在该网络中至少有一个AP作为中心控制站，所有的通信都要由AP转发，网络中的站点与外界相连也要靠AP作为中介。 (3)扩展业务组ESS(Extended Service Set)网络拓扑。ESS是由多个基本业务组BSS(Basic Service Set)通过分布式系统组成的多区网，每个BSS都有一个标识号BSSID
14、。 (4)桥接型网络拓扑。两个或多个网络通过无线中继器设备连接起来的拓扑结构。第三章IEEE802.1X协议及其QOS保障机制的介绍3.1 IEEE802.11协议介绍1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网标准工作组。IEEE 802.11无线局域网标准工作组的任务为研究1Mbitts和2Mbit/s数据速率、工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。在1997年，经过了7年的努力工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。802.1l标准规定了无线局域网的特定特征，定义了物理层和媒体访问控制
15、层MAC(Medium Access Contr01)层的规范，无线设备制造商根据此标准制造网络设备。此后为了完善该标准，802.11工作组又相继补充了一系列扩展性协议，如802.1lb，802.1 la，802.1 lg，802.11n等。 (1)802.11b 802.11b采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为1 1Mb/s，无须直线传播。动态速率转换当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s支持的范围是在室外为300米，在办公环境中最长为100米。802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用
16、。 (2)802.11a802.1 1a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线数据帧结构接口，以及TDD/TDMA(TimeDivision Duplex/Time Division的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。 (3)802.1lg 随着无线IEEE 802.11标准开始深入人心，各IC制造商开始寻求为以太网平台提供更为快速的协议和配置。而蓝牙产品和无线
