畢業(yè)論文-wlan組網(wǎng)及性能仿真

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　日期： 2012 年 11 月 12 日至 2013 年 6 月 21 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，隨著無線寬帶和移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)依賴的日益嚴(yán)重， WLAN快捷的便利性顯得越來越重要。因此，無線局

2、域網(wǎng)通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。</p><p>　　本文首先介紹了WLAN的原理和技術(shù)指標(biāo)，闡述了WLAN的運(yùn)作過程，以及IEEE802.11協(xié)議及其系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生背景及原因，并且比較了WLAN相比傳統(tǒng)有線網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。本文還研究了電信級WLAN的組網(wǎng)方案和組網(wǎng)會面臨的一些問題，對組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。同時(shí)，本文還重點(diǎn)介紹了OPNET軟件網(wǎng)絡(luò)仿真相關(guān)知識，包括運(yùn)用OPNET軟件建立網(wǎng)絡(luò)模型的步驟。最后對搭建

3、的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真研究，通過對全局統(tǒng)計(jì)量和節(jié)點(diǎn)之間統(tǒng)計(jì)量的分析比較和不同參數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)對比，可以得出相應(yīng)結(jié)論，實(shí)現(xiàn)了基于OPNET軟件的WLAN網(wǎng)絡(luò)建模和性能仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；無線接入點(diǎn)；OPNET；網(wǎng)絡(luò)仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In recent years, w

4、ith the continuous development of wireless broadband and mobile communications technology, the dependence on the network is growing faster than before. The convenience of WLAN is becoming more and more important. Therefo

5、re, WLAN (Wireless Local Area Network) technology has developed rapidly.</p><p>　　The article describes the main principles and techniques of WLAN and elaborates the operation of WLAN, as well as its family

6、of standard IEEE802.11 protocol. It also introduces the advantages of WLAN compared to traditional wired networks and mobile network. This article also studies the carrier-grade WLAN networking solutions and the problems

7、 of networking. The topology of network is analyzed in this paper. Meanwhile, the paper also introduces the software named OPNET in network simulation. We </p><p>　　Key words: WLAN; Access Point; OPNET; netw

8、ork simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　1.1 課題研究的意義及來源- 1 -</p><p>　　1.2 課題任務(wù)- 1 -</p><p>　　1.3 論文結(jié)構(gòu)及本人主要工作- 1

9、 -</p><p>　　第二章 WLAN技術(shù)原理- 3 -</p><p>　　2.1 WLAN基本概念- 3 -</p><p>　　2.2 WLAN發(fā)展史- 3 -</p><p>　　2.3 WLAN的特點(diǎn)- 3 -</p><p>　　2.4 WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)- 4 -</p>

10、<p>　　2.5 IEEE 802.11協(xié)議簡述- 5 -</p><p>　　2.6 WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)- 8 -</p><p>　　第三章 WLAN電信級組網(wǎng)- 11 -</p><p>　　3.1 WLAN組網(wǎng)意義- 11 -</p><p>　　3.3 WLAN組網(wǎng)方案- 12 -</p>&

11、lt;p>　　3.4 AP建設(shè)思路- 12 -</p><p>　　3.5 AC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)- 13 -</p><p>　　3.6 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式- 14 -</p><p>　　3.7 組網(wǎng)面臨的問題- 16 -</p><p>　　第四章 OPNET建模仿真- 19 -</p><p>　

12、　4.1 OPNET簡介- 19 -</p><p>　　4.2 OPNET組成- 19 -</p><p>　　4.3 OPNET特點(diǎn)- 19 -</p><p>　　4.4 OPNET通信仿真機(jī)制- 20 -</p><p>　　4.5 OPNET基本仿真流程- 21 -</p><p>　　4.6 WL

13、AN網(wǎng)絡(luò)建模- 22 -</p><p>　　4.7 WLAN仿真- 24 -</p><p>　　4.8 WLAN性能測試- 26 -</p><p>　　結(jié)束語- 34 -</p><p>　　致 謝- 35 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 36 -</p><p><

14、;b>　　附錄- 37 -</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義及來源</p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們希望能夠隨時(shí)隨地訪問網(wǎng)絡(luò)，并且對多媒體業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)服務(wù)需求加大，而且網(wǎng)絡(luò)也越來越廣泛得被使用，用戶數(shù)量急劇增加，這必然給網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備帶來沖擊，

15、因此需要發(fā)展新的網(wǎng)絡(luò)接入方法以緩解網(wǎng)絡(luò)需求。WLAN以其獨(dú)特的優(yōu)勢，比如，熱點(diǎn)覆蓋、低移動(dòng)性和高數(shù)據(jù)傳輸速率， 與固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)形成了很好的互補(bǔ)，因而在無線局域網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛。為了迅速地部署WLAN網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商們都在不斷完善WLAN的互通技術(shù)。WLAN網(wǎng)絡(luò)廣泛的部署可以分流數(shù)據(jù)流量的壓力，讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加健壯。以提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，提升用戶的滿意度為目標(biāo)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)仿真則突顯出其重要性，所以本課題的研究意義是非常大的。</p>

16、<p><b>　　1.2 課題任務(wù)</b></p><p>　　本次畢業(yè)的主要任務(wù)是基于OPNET軟件的WLAN建模仿真與性能測試，熟練使用OPNET軟件，并用該軟件搭一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真，并分析網(wǎng)絡(luò)操作過程中的各種行為，比較統(tǒng)計(jì)量，得出結(jié)論，完成畢設(shè)。在仿真實(shí)驗(yàn)過程中還需研究WLAN電信級組網(wǎng)和WLAN相關(guān)知識，實(shí)現(xiàn)分流固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的使用人群，緩解網(wǎng)絡(luò)服務(wù)壓力，提升網(wǎng)絡(luò)服

17、務(wù)質(zhì)量和便捷性，并且根據(jù)所學(xué)知識要點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)模型并修改。此次仿真使用的OPNET軟件版本為14.5最新版，相比其他版本功能更強(qiáng)大，具體就是：事先規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)，再對無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修改糾錯(cuò)，之后根據(jù)搭建向?qū)О床襟E新建項(xiàng)目場景，在面板上搭建出自己事先規(guī)劃好的模型，完成參數(shù)設(shè)置，勾選需觀察的統(tǒng)計(jì)量，仿真完成后統(tǒng)計(jì)量以曲線圖的形式展現(xiàn)，我們就能根據(jù)圖形概況推導(dǎo)出結(jié)論，對今后的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供事實(shí)依據(jù)。</p><p>

18、;　　1.3 論文結(jié)構(gòu)及本人主要工作</p><p>　　論文的第一章是課題的緒論，主要闡述本課題的研究意義及來源，并且簡單介紹了本課題的主要內(nèi)容，以及基本任務(wù)和步驟。</p><p>　　論文的第二章是關(guān)于WLAN的原理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，詳細(xì)介紹了WLAN的原理，特點(diǎn)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及發(fā)展史。對WLAN常用的結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)闡述。</p><p>　　論文的第三章則是關(guān)于WL

19、AN的電信級組網(wǎng)方案，研究了WLAN電信級組網(wǎng)實(shí)施的可能性和組網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　論文的第四部分主要介紹了OPNET軟件和它的特點(diǎn)，也詳細(xì)地闡述了OPNET的通信仿真機(jī)制。OPNET仿真是以系統(tǒng)理論、形式化理論、隨機(jī)過程和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論、優(yōu)化理論為基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)階段，仿真方法提供一個(gè)虛擬模型來預(yù)測并比較各種方案的性能，通過對不同環(huán)境和工作負(fù)荷的分析和比較，來優(yōu)化系統(tǒng)的性能。除此之外，畢設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)

20、部分也一起歸納在第四部分，首先詳細(xì)描述了使用OPNET軟件建模仿真的步驟，然后通過觀測統(tǒng)計(jì)量得出相應(yīng)結(jié)論。仿真所需工具：OPNET MODELER 14.5、Microsoft Visual C++ 6.0。</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間為三個(gè)月，一開始我花了近一個(gè)月理解畢設(shè)題目要求以及收集相關(guān)資料和自學(xué)相關(guān)知識點(diǎn)，因之前并未對OPNET軟件有過多少了解，所以花了一部分時(shí)間熟悉OPNET軟件來掌握基本的

21、軟件操作。然后用剩下的大部分時(shí)間設(shè)計(jì)了初期無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型，完成模塊設(shè)計(jì)，搭建框架，之后進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行測試，得出仿真結(jié)果。最終通過導(dǎo)師與自己的共同努力，終于順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 WLAN技術(shù)原理</p><p>　　2.1 WLAN基本概念</p><p>　　無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network

22、s； WLAN)是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它利用射頻（Radio Frequency）的技術(shù)，取代礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構(gòu)成的有線局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡單的存取架構(gòu)。用戶可以通過它可以達(dá)到隨時(shí)隨地都能獲取網(wǎng)絡(luò)信息的理想境界。</p><p>　　WLAN是一種便捷的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，一般作為傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）的補(bǔ)充或者替代。WLAN通過無線技術(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，減少了有線連接的需求。

23、如此就能讓用戶在移動(dòng)的情況下得到一直在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)上聊天等以前只可以在臺式機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　2.2 WLAN發(fā)展史</p><p>　　無線網(wǎng)絡(luò)的初步應(yīng)用，就要追朔到五十年前的二戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)美國陸軍發(fā)明了無線電科技，并且用于資料的傳輸。因?yàn)槠浜芨叩募用苣芰Γ悦绹婈?duì)廣泛地使用了這個(gè)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)出乎意料之外地在五十年之后的今天得到了迅速發(fā)展并且大大

24、改善了我們的生活。以此為基礎(chǔ)，美國夏威夷的技術(shù)人員在1971年創(chuàng)造了首個(gè)無線電網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)是基于封包式技術(shù)并且被稱為ALOHNET。早期的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，共有7臺計(jì)算機(jī)組成。這7臺計(jì)算機(jī)以雙向星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別置于四座夏威夷的島嶼。中心計(jì)算機(jī)放在在瓦胡島上，其余計(jì)算機(jī)則分置于其他島嶼。從這時(shí)開始，無線網(wǎng)絡(luò)可以說是正式誕生了。</p><p>　　1990年，IEEE正式啟用了802.11項(xiàng)目，無線網(wǎng)絡(luò)

25、技術(shù)逐漸走向成熟。 IEEE802.11(WIFI)標(biāo)準(zhǔn)誕生以來，先后有802.11a和802.11b，802.11g，802.11e，802.11f，802.11h，802.11i，802.11j等標(biāo)準(zhǔn)制定或者醞釀?，F(xiàn)在，為實(shí)現(xiàn)高寬度、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)，802.11新系列的標(biāo)準(zhǔn)也即將橫空出世。</p><p>　　自2003年以來，因?yàn)槿藗儗W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速以及便捷性要求越來越高，對WLAN市場需求越來越大，WL

26、AN市場熱度極速上升。于是和電腦以及移動(dòng)設(shè)備緊密結(jié)合的技術(shù)得到了人們的爭相吹捧。人們開始重視WiFi、CDMA/GPRS、藍(lán)牙等無線技術(shù)，所以這些技術(shù)配套的產(chǎn)品理所應(yīng)當(dāng)?shù)贸蔀镮T市場上的增長點(diǎn)。同一時(shí)間，無線網(wǎng)絡(luò)因其低成本和便捷等特點(diǎn)，開始逐步步入人們生活的主流，大大改善了生活質(zhì)量。</p><p>　　2.3 WLAN的特點(diǎn)</p><p>　　無線局域網(wǎng)（WLAN）是適應(yīng)時(shí)代的產(chǎn)物。它

27、是由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合造就的。WLAN不僅支持計(jì)算機(jī)之間的通信，還支持移動(dòng)通信和多媒體應(yīng)用。它是利用了無線多址信道的方法，并且使用無線電或紅外線信號來處理數(shù)據(jù)傳輸。無線局域網(wǎng)可以在替代傳統(tǒng)線纜的同時(shí)，提供以太網(wǎng)的功能。</p><p>　　無線局域網(wǎng)是以電磁波的形式在空氣中發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而無需線纜介質(zhì)。WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)已能夠達(dá)到108Mbps。無線網(wǎng)的傳輸距離也相當(dāng)大，可達(dá)20km以上。它是

28、對有線聯(lián)網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充和替代，能夠迅速便捷地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接功能。 </p><p>　　無線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)相比，有很多優(yōu)勢。直接采用電纜會受到物理?xiàng)l件的限制，且安裝成本較高。在部署完成以后，改動(dòng)不夠靈活。如果使用電話線連接，每月的費(fèi)用比較高，而且安裝和設(shè)備成本也很高。如果使用微波連接，通常都要申請?jiān)S可證，安裝不方便，使用和設(shè)備的價(jià)格都很昂貴。但是無線連接則無需擔(dān)心上述問題，通過無線信號傳輸數(shù)據(jù)，避免了高昂的使用

29、價(jià)格。況且，無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性很好，不易受到地理位置的限制。比如，公司搬遷需重設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，在這種情況下只要重新設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和天線，就可以快速恢復(fù)無線網(wǎng)的連接。因?yàn)闊o線網(wǎng)傳輸提供的僅僅是一個(gè)完全透明的鏈路（符合IEEE 802.11），所以支持所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如TCP/IP)。無線網(wǎng)具有很高的兼容性，各種網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)準(zhǔn)和不同操作系統(tǒng)都可以支持。通過WLAN，企業(yè)可以完全控制網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約服務(wù)費(fèi)用，降低組建和安裝硬件的初期投資。<

30、/p><p>　　與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　架設(shè)便捷</b></p><p>　　通常在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，布線的時(shí)間最長、而且會影響周邊環(huán)境。解決這個(gè)問題恰好就是無線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)初衷，免去了施工過程中一些破壞建筑和架線的過程。無線局域網(wǎng)優(yōu)勢就是只要安裝多個(gè)AP(Access Point)設(shè)備，就可建立覆蓋整

31、個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　接入靈活 </b></p><p>　　在傳統(tǒng)局域網(wǎng)中，聯(lián)網(wǎng)往往會受到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)位置的限制。一旦網(wǎng)絡(luò)布線完成，很難不在增加成本的情況下大范圍的移動(dòng)接入點(diǎn)。當(dāng)無線局域網(wǎng)建成并且能夠運(yùn)作后，只要在無線信號覆蓋范圍內(nèi)的任一位置都能接入網(wǎng)絡(luò)。 </p><p><b>　　經(jīng)濟(jì)節(jié)約 <

32、;/b></p><p>　　上面講到了因?yàn)橛芯€網(wǎng)絡(luò)接入缺少靈活性，這就需要網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者增加網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋區(qū)域，盡可能的在成本允許的情況下增多網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的覆蓋范圍。這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的接入點(diǎn)。這樣不僅加大了非必要的支出，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了事先規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。無線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生，如果要完成一棟六層高的信息化辦公樓的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，建設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)所需花費(fèi)將會大大超

33、過建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　2.4 WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　WLAN標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)主要有兩大組織機(jī)構(gòu)。一個(gè)是IEEE的802.11工作組，一個(gè)是歐洲ETSI的RES10工作組。 </p><p>　　第一個(gè)802.11標(biāo)準(zhǔn)是1997年完成的，它通過在ISM頻段內(nèi)使用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，提供高達(dá)2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。802.11是IEEE（電氣和

34、電子工程師協(xié)會）最初制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入，主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2Mbps。1999年9月，IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會又通過了兩項(xiàng)對最初標(biāo)準(zhǔn)的附錄。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)802.11b，擴(kuò)展了已存的2.4GHz物理層性能，使它的數(shù)據(jù)傳送速率可以達(dá)到11Mbit/s。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)802.11a，致力于在5GHz頻段內(nèi)的物理層中提供新的、更高的數(shù)據(jù)傳送速率（20～54Mbit/s）。&l

35、t;/p><p>　　另外一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)—HIPERLAN（High Performance European Radio LAN，高性能歐洲無線LAN），是由ETSI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）的RES10小組開發(fā)的，是高速WLAN的泛歐標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是一種在歐洲應(yīng)用的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)子集，具有兩種規(guī)格：HiperLAN/

36、1和HiperLAN/2。</p><p>　　HiperLAN/1標(biāo)準(zhǔn)采用5G射頻頻率，可以達(dá)到上行20Mbps的速率。此標(biāo)準(zhǔn)采用了GMSK技術(shù)。HiperLAN/2同樣也采用5G射頻頻率，不過其上行速率可以達(dá)到54Mbps。HiperLAN/2采用的則是OFDM技術(shù)。HiperLAN/2系統(tǒng)同3G標(biāo)準(zhǔn)兼容。WLAN（無線局域網(wǎng)）系統(tǒng)可以用來傳送接收數(shù)據(jù)、圖像以及實(shí)現(xiàn)語音通訊。HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的體

37、系結(jié)構(gòu)具有很高的靈活性。此標(biāo)準(zhǔn)能夠很容易適配并擴(kuò)展不同的固定網(wǎng)絡(luò)。HiperLAN/2作為目前性能最高的WLAN技術(shù)，其具體特點(diǎn)表現(xiàn)在：高速數(shù)據(jù)傳輸，其速率在物理層高達(dá)54Mbps；面向連接；為每個(gè)數(shù)據(jù)包定義了優(yōu)先級處理，且易于QoS控制；接入點(diǎn)能自動(dòng)選擇合適的無線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；支持安全認(rèn)證和加密功能；移動(dòng)性；網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用無關(guān)；省電。標(biāo)準(zhǔn)HIPERLAN與802.11標(biāo)準(zhǔn)非常相似。它們都覆蓋了物理層和MAC層，通過在5GHz波段內(nèi)使用

38、傳統(tǒng)的無線調(diào)制技術(shù)，提供2～25Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。</p><p>　　2.5 IEEE 802.11協(xié)議簡述</p><p>　　IEEE 802工作組制定了802.3 Ethernet協(xié)議、802.5 Token Ring協(xié)議、802.3z 100BASE-T快速以太網(wǎng)協(xié)議以及1997年發(fā)布的802.11協(xié)議。</p><p>　　802.11協(xié)議主要

39、工作在ISO協(xié)議的最低兩層上。該協(xié)議在物理層上進(jìn)行了一些細(xì)微改動(dòng)。高速數(shù)字傳輸?shù)奶匦院瓦B接的穩(wěn)定性被加進(jìn)了物理層。</p><p>　　802.11b協(xié)議在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)吞吐速率，移動(dòng)用戶能夠獲得同Ethernet一樣的性能、網(wǎng)絡(luò)吞吐率、可用性。</p><p>　　(1)IEEE802.11</p>

40、<p>　　IEEE802.11協(xié)議在1997年6月誕生，別名又稱為無線保真(Wireless Fidelity)協(xié)議。此協(xié)議是由大批的局域網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)專家審定通過的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒體訪問控制(MAC)的規(guī)范。物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制，定義了兩個(gè)RF傳輸方法和一個(gè)紅外線傳輸方法[1]。RF傳輸標(biāo)準(zhǔn)是跳頻擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻，工作在2.4000～2.4835GHz頻段。IEEE802.11是IEEE最初制

41、定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)訪問，速率最高只能達(dá)到2Mbps[1]。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，所以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)被IEEE802.11b所取代了。</p><p>　　(2)IEEE802.11b</p><p>　　IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)的帶寬最高可達(dá)11Mbps。該標(biāo)準(zhǔn)速率

42、比起兩年前批準(zhǔn)的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)快5倍，擴(kuò)大了無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。另外，也可根據(jù)實(shí)際情況采用5.5Mbps、2 Mbps和1 Mbps帶寬，實(shí)際的工作速度在5Mb/s左右，與普通的10Base-T規(guī)格有線局域網(wǎng)幾乎是處于同一水平[1]。作為公司內(nèi)部的設(shè)施，可以基本滿足使用要求。IEEE 802.11b使用的是開放的2.4GHz頻段，不需要申請就可使用。既可作為對有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，也可獨(dú)立組網(wǎng)，從而使網(wǎng)絡(luò)用戶擺脫網(wǎng)線的束縛，實(shí)現(xiàn)

43、真正意義上的移動(dòng)應(yīng)用。</p><p>　　IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)與我們熟悉的IEEE 802.3以太網(wǎng)的原理很類似，都是采用載波偵聽的方式來控制網(wǎng)絡(luò)中信息的傳送。不同之處是以太網(wǎng)采用的是CSMA/CD（載波偵聽/沖突檢測）技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)上所有工作站都偵聽網(wǎng)絡(luò)中有無信息發(fā)送，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)即發(fā)出自己的信息，如同搶答一樣，只能有一臺工作站搶到發(fā)言權(quán)，而其余工作站需要繼續(xù)等待。如果一旦有兩臺以上的工作站同時(shí)

44、發(fā)出信息，則網(wǎng)絡(luò)中會發(fā)生沖突，沖突后這些沖突信息都會丟失，各工作站則將繼續(xù)搶奪發(fā)言權(quán)。而802.11b無線局域網(wǎng)則引進(jìn)了沖突避免技術(shù)，從而避免了網(wǎng)絡(luò)中沖突的發(fā)生，可以大幅度提高網(wǎng)絡(luò)效率。</p><p>　　IEEE 802.11b具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，因?yàn)槠?.4ghz直接序列擴(kuò)頻無線電可以提供最大為11mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，無須直線傳播。該協(xié)議還提供動(dòng)態(tài)速率轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)射頻情況變差時(shí)，降低數(shù)據(jù)傳輸速率為5

45、.5mbps、2mbps和1mbps。802.11b支持以百米為單位的范圍（在室外為300米；在辦公環(huán)境中最長為100米）。其與以太網(wǎng)類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包可以提供可靠的數(shù)據(jù)傳送，有效地使用網(wǎng)絡(luò)帶寬。與以前的標(biāo)準(zhǔn)不同的是，802.11b只允許一種標(biāo)準(zhǔn)的信號發(fā)送技術(shù)。</p><p>　　(3)IEEE802.11a</p><p>　　IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定WLAN工作頻段在5.1

46、5-5.825GHz，物理層速率最高可達(dá)54Mbps，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸層速率最高可達(dá)25Mbps。傳輸距離控制在10-100米。該標(biāo)準(zhǔn)也是IEEE802.11的一個(gè)補(bǔ)充，擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)，采用QFSK調(diào)制方式，可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持多種業(yè)務(wù)如話音、數(shù)據(jù)和圖像等，

47、一個(gè)扇區(qū)可以接入多個(gè)用戶，每個(gè)用戶可帶多個(gè)用戶終端[1]。據(jù)需要，數(shù)據(jù)率還可降為48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。802.11a擁有12條不相互重疊的頻道，8條用于室內(nèi)，4條用于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。它不能與802.11b進(jìn)行互操作，除非使用了對兩種標(biāo)準(zhǔn)都采用的設(shè)備。表2.1則是給數(shù)據(jù)率以及相應(yīng)的調(diào)制方式。</p><p>　　表2.1 數(shù)據(jù)率及調(diào)制方式等參數(shù)</p><p>　

48、　IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11b的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)初衷是取代802.11b標(biāo)準(zhǔn)，然而，工作于2.4GHz頻帶是不需要執(zhí)照的，該頻段屬于工業(yè)、教育、醫(yī)療等專用頻段，是公開的，工作于5.15-8.825GHz頻帶需要執(zhí)照的。一些公司仍沒有表示對802.11a標(biāo)準(zhǔn)的支持，一些公司更加看好最新混合標(biāo)準(zhǔn)――802.11g。</p><p>　　(4)IEEE802.11g</p><

49、p>　　IEEE 802.11g是在2003年7月通過了的第三種調(diào)變標(biāo)準(zhǔn)。其載波的頻率為2.4GHz（跟802.11b相同），原始傳送速度為54Mbit/s，凈傳輸速度約為24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。802.11g的設(shè)備與802.11b兼容。802.11g是為了提高更高的傳輸速率而制定的標(biāo)準(zhǔn)，它采用2.4GHz頻段，使用CCK技術(shù)與802.11b后向兼容，同時(shí)它又通過采用OFDM技術(shù)支持高達(dá)54Mbit/s的數(shù)據(jù)

50、流，所提供的帶寬是802.11a的1.5倍。</p><p>　　IEEE802.11g的物理幀結(jié)構(gòu)分為前導(dǎo)信號（Preamble）、信頭Header和負(fù)載Payload。Preamble主要用于確定移動(dòng)臺和接入點(diǎn)之間何時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，傳輸進(jìn)行時(shí)告知其它移動(dòng)臺以免沖突，同時(shí)傳送同步信號及幀間隔[1]。Preamble完成，接收方才開始接收數(shù)據(jù)。Header在Preamble之后用來傳輸一些重要的數(shù)據(jù)比如負(fù)載長度

51、、傳輸速率、服務(wù)等信息。由于數(shù)據(jù)率及要傳送字節(jié)的數(shù)量不同，Payload的包長變化很大，可以十分短也可以十分長。</p><p>　　IEEE802.11g有以下兩個(gè)特點(diǎn)：在2．4GHz頻段使用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到20Mbit/s以上；能夠與IEEE802.11b的Wi-Fi系統(tǒng)互聯(lián)互通，可共存于同一AP的網(wǎng)絡(luò)里，從而保障了后向兼容性[1]。如此原有的WLAN系統(tǒng)能夠平滑地向高速

52、WLAN過渡，降低了用戶的投資。</p><p>　　(5)IEEE802.11i</p><p>　　IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證，對WLANMAC層進(jìn)行修改與整合,定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修訂標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：“Wi-Fi保護(hù)訪問”(WiFi Protected Acces

53、s：WPA)技術(shù)和“強(qiáng)健安全網(wǎng)絡(luò)”(RSN)。Wi-Fi聯(lián)盟計(jì)劃采用802.11i標(biāo)準(zhǔn)作為WPA的第二個(gè)版本，并于2004年初開始實(shí)行。IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)在WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的是相當(dāng)重要的，數(shù)據(jù)的安全性是WLAN設(shè)備制造商和WLAN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商應(yīng)該首先考慮的頭等工作。</p><p>　　(6)IEEE802.11e/f/h</p><p>　　IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對WLANM

54、AC層協(xié)議提出改進(jìn)，以支持多媒體傳輸，以支持所有WLAN無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QOS機(jī)制。IEEE802.11f定義訪問節(jié)點(diǎn)之間的通訊，支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。</p><p>　　(7)IEEE802.11n</p><p>　　802.11n主要是結(jié)合物理層和MAC層的優(yōu)化來充分提高WLAN技術(shù)

55、的吞吐。主要的物理層技術(shù)涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技術(shù),從而將物理層吞吐提高到600Mbps。如果僅僅提高物理層的速率，而沒有對空口訪問等MAC協(xié)議層的優(yōu)化，802.11n的物理層優(yōu)化將無從發(fā)揮。就好比即使建了很寬的馬路，但是車流的調(diào)度管理如果跟不上，仍然會出現(xiàn)擁堵和低效。所以802.11n對MAC采用了Block確認(rèn)、幀聚合等技術(shù)，大大提高M(jìn)AC層的效率。</p><p>

56、;　　(8)IEEE802.11ac</p><p>　　作為對現(xiàn)有技術(shù)的一次全面突破，新一代的WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將帶來更高空口速率、更佳媒體業(yè)務(wù)體驗(yàn)、更高用戶并發(fā)性能、更優(yōu)空口覆蓋效果。傳統(tǒng)802.11n標(biāo)準(zhǔn)在最高速率模式下均采用的64QAM調(diào)制技術(shù)，這一技術(shù)在802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)中就已經(jīng)開始使用。802.11ac啟用了更為精密256QAM調(diào)制技術(shù)，使得調(diào)制效率得到大幅提升。國際范圍內(nèi)5

57、G頻段有多達(dá)二十多個(gè)20MHz頻寬有效信道可供Wi-Fi使用。802.11ac技術(shù)可以根據(jù)需要靈活的綁定最多8個(gè)獨(dú)立信道，輕松實(shí)現(xiàn)帶寬倍增。</p><p>　　2.6 WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般有兩種模式：無中心網(wǎng)絡(luò)和有中心網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　(1)無中心網(wǎng)絡(luò)</b></p>&

58、lt;p>　　無中心網(wǎng)絡(luò)（無AP網(wǎng)絡(luò)）也稱對等網(wǎng)絡(luò)或Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，在這種無中心的分布對等式下，無線網(wǎng)中的任意兩站之間可以直接通信，無需設(shè)中心轉(zhuǎn)接站。該網(wǎng)絡(luò)不接入有線網(wǎng)絡(luò)，一般獨(dú)立使用。這是最簡單的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 無中心網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　此網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，形成局域網(wǎng)并不復(fù)雜。多個(gè)無線接口都在彼此能識別的范圍內(nèi)，

59、它們就能建成一個(gè)局域網(wǎng)。</p><p>　　對等網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須能同時(shí)識別到此網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，不然就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中斷。無中心網(wǎng)絡(luò)一般只用于少量用戶的組網(wǎng)環(huán)境，比如4到6個(gè)用戶，并且需要互相距離足夠近。</p><p>　　因?yàn)闊o中心網(wǎng)絡(luò)沒有中心管理的單元，所以此網(wǎng)絡(luò)在可管理性和擴(kuò)展性方面有一定的缺陷。在此網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點(diǎn)之間只可以單對單通信，不能實(shí)現(xiàn)交換連接的功能，所以連接性能也不是很

60、好。這種網(wǎng)絡(luò)模式一般只適用臨時(shí)的無線應(yīng)用環(huán)境。</p><p><b>　　(2)有中心網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　有中心網(wǎng)絡(luò)也叫結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，是基于AP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的工作站都是直接與無線AP連接，是一種理想的低耗工作模式。無線AP則用來承擔(dān)無線通信的管理和網(wǎng)絡(luò)連接的工作。增加無線AP的數(shù)量可以擴(kuò)大無線信號的覆蓋范圍，并且不同AP間可以互相漫游，結(jié)構(gòu)圖如下圖

61、2.3所示。</p><p>　　圖2.3 基于AP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　這種基于無線AP的Infrastructure（基礎(chǔ)）結(jié)構(gòu)模式其實(shí)與有線網(wǎng)絡(luò)中的星型交換模式差不多，也屬于集中式結(jié)構(gòu)類型，其中的無線AP相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)，起著集中連接和數(shù)據(jù)交換的作用[2]。在這種無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，除了需要像Ad-Hoc對等結(jié)構(gòu)中在每臺主機(jī)上安裝無線網(wǎng)卡，還需要一個(gè)AP接入設(shè)備，

62、俗稱“訪問點(diǎn)”或“接入點(diǎn)”。這個(gè)AP設(shè)備就是用于集中所有無線節(jié)點(diǎn)的連接，并且集中管理這些節(jié)點(diǎn),當(dāng)然一般的無線AP還提供了一個(gè)有線以太網(wǎng)接口，用于與有線網(wǎng)絡(luò)、工作站和路由設(shè)備的連接[2]。</p><p>　　這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展、便于集中管理、能提供用戶身份驗(yàn)證等優(yōu)勢，另外數(shù)據(jù)傳輸性能也明顯高于Ad-Hoc對等結(jié)構(gòu)。在這種AP網(wǎng)絡(luò)中，AP和無線網(wǎng)卡還可針對具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接速率，如

63、11Mbps的可使用速率可以調(diào)整為1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps 4檔；54Mbps的IEEE 802.11a和IEEE 802.11g的則更是有54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、11Mbps、9Mbps、6Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps共12個(gè)不同速率可動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，以發(fā)揮相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的最佳連接性能。</p><p>　　第

64、三章 WLAN電信級組網(wǎng)</p><p>　　3.1 WLAN組網(wǎng)意義</p><p>　　基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)已開始從企業(yè)、家庭市場進(jìn)入運(yùn)營市場。WLAN作為一種運(yùn)營業(yè)務(wù)已在全球主流運(yùn)營商內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)并開始投入商用。</p><p>　　從組網(wǎng)的角度，WLAN在特定的場所可以替代有線接入方式接入網(wǎng)絡(luò)，例如公眾熱點(diǎn)區(qū)域、家庭

65、無線寬帶接入等。從可運(yùn)營業(yè)務(wù)的角度看，由于WLAN具有相對于諸如2.5G、3G等無線技術(shù)的高帶寬和低成本，能夠滿足客戶對高速無線寬帶業(yè)務(wù)的需求。WLAN 能承載短距離的高帶寬的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能為當(dāng)今的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流。國內(nèi)外通信運(yùn)營商把無線局域網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)當(dāng)作現(xiàn)今通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長的需求和寬帶市場日益激烈的競爭導(dǎo)致了無線局域網(wǎng)的快速發(fā)展。各運(yùn)營商都提高了對WLAN的認(rèn)識，將無線網(wǎng)絡(luò)與FTTH 和3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展統(tǒng)一深入

66、考慮。各運(yùn)營商都加快了WLAN 建設(shè)步驟，擴(kuò)大熱點(diǎn)覆蓋范圍，期望打造出電信級WLAN網(wǎng)絡(luò)。不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，使WLAN切實(shí)成為承擔(dān)無線熱點(diǎn)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)流量的主體和通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。讓有線網(wǎng)、3G、WLAN協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信的良好局面。</p><p>　　固網(wǎng)運(yùn)營商和移動(dòng)運(yùn)營商都很看好其應(yīng)用前景。我國運(yùn)營商都開始考慮逐步部署宏蜂窩+WLAN的網(wǎng)絡(luò)模式，把“3G網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流”看作組網(wǎng)的主要目的之一。無線局

67、域網(wǎng)將作為蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充接入手段。</p><p>　　3.2 WLAN組網(wǎng)設(shè)備</p><p>　　從網(wǎng)絡(luò)使用的角度來看，為了能夠迅速部署網(wǎng)絡(luò)，集中管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶的精細(xì)化管理，運(yùn)營商更傾向于采取集中控制性WLAN組網(wǎng)（瘦AP+AC）。瘦AP+AC架構(gòu)的WLAN網(wǎng)絡(luò)主要由WLAN終端設(shè)備（STA）、WLAN接入點(diǎn)設(shè)備（AP）、接入控制點(diǎn)（AC）、PORTAL服務(wù)器、AAA服務(wù)器、O

68、SS等組成。</p><p>　　(1)WLAN終端設(shè)備（STA）</p><p>　　WLAN終端設(shè)備包括安裝了無線網(wǎng)卡的電腦，也包括了支持WiFi功能的PDA、手機(jī)、平板電腦等[3]。</p><p>　　(2)接入點(diǎn)設(shè)備（Access Point，簡稱AP）</p><p>　　AP是WLAN業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的小型無線基站設(shè)備，完成IEEE 8

69、02.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的無線接入，是連接有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的橋梁。</p><p>　　(3)接入控制器（Access Controller，簡稱AC）</p><p>　　純粹的AC承擔(dān)對WLAN網(wǎng)絡(luò)中的AP的集中管理功能，完成無線信道管理、設(shè)備管理維護(hù)、基本的WLAN用戶接入管理。</p><p>　　(4）PORTAL服務(wù)器</p><

70、;p>　　當(dāng)WLAN網(wǎng)絡(luò)采用WEB認(rèn)證方式時(shí)，當(dāng)STA關(guān)聯(lián)WLAN網(wǎng)絡(luò)后通過瀏覽器發(fā)起Internet訪問請求時(shí)，AC將該請求強(qiáng)制發(fā)送到PORTAL服務(wù)器。服務(wù)器接收到該請求后，向用戶發(fā)送認(rèn)證頁面。當(dāng)用戶在認(rèn)證頁面輸入相關(guān)認(rèn)證信息并提交后，PORTAL服務(wù)器接收用戶認(rèn)證請求并向AC發(fā)起用戶認(rèn)證過程；用戶認(rèn)證完成后，PORTAL服務(wù)器將認(rèn)證結(jié)果通知用戶。通過認(rèn)證的終端用戶就可以正常訪問網(wǎng)絡(luò)。</p><p>

71、<b>　?。?）AAA服務(wù)器</b></p><p>　　AAA是認(rèn)證（Authentication）、授權(quán)（Authorization）、計(jì)費(fèi)（Accounting）的縮寫，AAA服務(wù)器的功能也體現(xiàn)在這三個(gè)方面。AAA的主要應(yīng)用是通過RADIUS協(xié)議和接入設(shè)備（例如AC、BRAS等）配合，實(shí)現(xiàn)對以IP方式接入網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)。即對某用戶為接入到某網(wǎng)絡(luò)是否有權(quán)限進(jìn)行認(rèn)證，并對有權(quán)用戶

72、授予其使用網(wǎng)絡(luò)所具備的權(quán)限（帶寬屬性等），并對使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)帳。</p><p>　　3.3 WLAN組網(wǎng)方案</p><p>　　對于可運(yùn)營的WLAN，從組網(wǎng)的角度，運(yùn)營商一般選擇集中控制性WLAN組網(wǎng)（瘦AP+AC）方式。下面將介紹電信級WLAN組網(wǎng)的邏輯示意圖，邏輯組網(wǎng)示意圖如下圖3.1。</p><p>　　圖3.1 WLAN邏輯組網(wǎng)示意圖</p

73、><p>　　從上圖我們可以得知WLAN組網(wǎng)所需的設(shè)備，其中包括無線終端設(shè)備（STA）、無線接入點(diǎn)（AP）、交換機(jī)、接入控制器、寬帶接入服務(wù)器（BRAS）、路由器和3A服務(wù)器等。無線終端發(fā)出無線信號通過無線接入點(diǎn)進(jìn)入交換器，到達(dá)接入控制器（AC）和BRAS。這里的BRAS是寬帶接入服務(wù)器（Broadband Remote Access Server,簡稱BRAS）是面向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的新型接入網(wǎng)關(guān)，它位于骨干網(wǎng)的邊緣層

74、，可以完成用戶帶寬的IP/ATM網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入。通過路由進(jìn)入服務(wù)器認(rèn)證頁面，自動(dòng)分配到IP地址，最后認(rèn)證通過開始計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)地訪問因特網(wǎng)。</p><p>　　3.4 AP建設(shè)思路</p><p>　　AP建設(shè)應(yīng)選擇干擾源少干擾較小的地區(qū)，并且合理規(guī)劃AP 的覆蓋區(qū)。無線信號的頻率采用合理的頻率規(guī)劃方案降低同頻、鄰頻干擾。2.4GHz 頻段共劃分為13 個(gè)子信道，每個(gè)子信道帶寬22MHz。<

75、;/p><p>　　為了保證信道之間互相不干擾，兩個(gè)同時(shí)工作的信道的中心頻率間隔不能低于25MHz。由此可以看出，最多可以同時(shí)支持3 組3個(gè)不重疊的信道（1/6/11、2/7/12、3/8/13）同時(shí)工作。當(dāng)使用1/6/11 信道有較大干擾時(shí)，可考慮使用部分交疊信道進(jìn)行頻率分配，并保證信道間隔不小于4個(gè)頻點(diǎn)，即可考慮1/5/9/13、2/6/10、3/7/11、4/8/12 信道同時(shí)工作。圖3.2為頻點(diǎn)規(guī)劃圖，采用了

76、空間間隔的方法實(shí)現(xiàn)1/6/11 子信道的頻點(diǎn)復(fù)用。分配方案如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 頻點(diǎn)規(guī)劃圖</p><p>　　在確定WLAN 覆蓋方式及頻點(diǎn)規(guī)劃后，需根據(jù)熱點(diǎn)的覆蓋區(qū)域與無線環(huán)境，通過鏈路預(yù)算，結(jié)合設(shè)備性能，估算熱點(diǎn)所需的AP 數(shù)量。鏈路預(yù)算方法：P r=P t+G t+G r-L D（d ）-L s （1）式中：P r ：接收功率電平；P t ：AP

77、發(fā)射功率；G t ：發(fā)射天線增益；G r ：接收天線增益；L s ：線纜及各類器件損耗。</p><p><b>　　室外環(huán)境：</b></p><p>　　L D（d ）（dB）=32.45+20lg（d ）+20lg（f ）） （2）</p><p><b>　　室內(nèi)環(huán)境：</b></p><p&g

78、t;　　L D（d ）（dB）=40+10×n ×lg（d ） （3）</p><p>　　式中：d ：距離（m）；f ：頻率（GHz）；n ：路徑損耗指數(shù)。</p><p>　　3.5 AC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(1)直連模式</b></p><p>　　當(dāng)AC處于下游AP設(shè)備和

79、上游設(shè)備（例如BRAS）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑中時(shí)，稱之為直連模式。這種組網(wǎng)方式中AC也充當(dāng)了匯聚交換機(jī)的作用，此時(shí)AC位置較高，適用于新建組網(wǎng)、廣域稀疏熱點(diǎn)覆蓋和大容量AC部署，AC可與城域核心路由器或省核心路由器直連[3]。此連接模式下，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)清晰，數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過接入控制器處理，方便用戶數(shù)據(jù)的集中管理。</p><p><b>　　(2)旁掛模式</b></p><p&

80、gt;　　當(dāng)AC在物理拓?fù)渲胁恢苯犹幱贏P和上游設(shè)備（例如BRAS/匯聚交換機(jī)）間、而是并行地旁掛在BRAS/匯聚交換機(jī)旁時(shí)，稱這種組網(wǎng)方式為旁掛模式[3]。旁掛模式下，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不流經(jīng)AC，AC無法對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。一般在已建成的網(wǎng)絡(luò)上新建接入控制器時(shí)采用的大多是此連接方式。BRAS上閑置的端口對接新建AC，這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接就可以不受影響。如下圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 直聯(lián)模式與旁掛模

81、式邏輯圖</p><p>　　3.6 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式</p><p>　　在WLAN網(wǎng)絡(luò)中，STA和AP間的報(bào)文為802.11報(bào)文，AP作為STA和有線網(wǎng)絡(luò)間的橋梁，完成802.11報(bào)文的終結(jié)并轉(zhuǎn)換為802.3報(bào)文，然后向有線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在向有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)過程中，AP可以采用兩種轉(zhuǎn)發(fā)模式：直接轉(zhuǎn)發(fā)（或本地轉(zhuǎn)發(fā)），集中轉(zhuǎn)發(fā)（或隧道轉(zhuǎn)發(fā)）。</p><p><

82、b>　　(1)直接轉(zhuǎn)發(fā)</b></p><p>　　以業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)為例，所謂直接轉(zhuǎn)發(fā)，是指WLAN用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不經(jīng)過CAPWAP封裝，AP收到終端的802.11格式的上行數(shù)據(jù)，由AP直接轉(zhuǎn)換為802.3報(bào)文并標(biāo)記業(yè)務(wù)vlan-s后向目的地發(fā)送。下行報(bào)文到達(dá)AP后，由AP轉(zhuǎn)換為802.11格式發(fā)送給終端。此組網(wǎng)模式通常應(yīng)用在AC旁掛的模式下，因?yàn)锳C不承擔(dān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，只管理無線接入點(diǎn)。則無

83、線接入點(diǎn)必須承擔(dān)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換盒協(xié)議匹配工作。如下圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)本地轉(zhuǎn)發(fā)（直接轉(zhuǎn)發(fā)）</p><p><b>　　(2)集中轉(zhuǎn)發(fā)</b></p><p>　　另外一種AP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式是集中轉(zhuǎn)發(fā)。所謂集中轉(zhuǎn)發(fā)就是指無線接入點(diǎn)把用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)打包到CAPWAP隧道中，然后再傳遞給AC。業(yè)務(wù)上行數(shù)據(jù)由AP

84、封裝在CAPWAP報(bào)文，業(yè)務(wù)vlan-s由AP標(biāo)記，管理vlan-m由連接AP的交換機(jī)標(biāo)記，由AC接收并解CAPWAP封裝并終結(jié)vlan-s、vlan-m[3]。業(yè)務(wù)下行數(shù)據(jù)由AC封裝在CAPWAP報(bào)文，業(yè)務(wù)vlan-s和管理vlan-m由AC標(biāo)記，由連接AP的交換機(jī)終結(jié)vlan-m，由AP接收并解CAPWAP封裝并終結(jié)vlan-s。封裝后的報(bào)文在CAPWAP報(bào)文外層使用管理vlan-m，中間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只需配置和透傳管理vlan-m，而對

85、封裝在CAPWAP報(bào)文內(nèi)的業(yè)務(wù)vlan-s不需配置。集中轉(zhuǎn)發(fā)通常應(yīng)用于AC直連，不過AC旁掛有時(shí)也需要配上AP集中轉(zhuǎn)發(fā)。如下圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)示意圖</p><p>　　3.7 組網(wǎng)面臨的問題</p><p>　　WLAN網(wǎng)絡(luò)的一些問題在組網(wǎng)部署過程中慢慢顯露出來。同時(shí)，相比公司企業(yè)的中小型無線局域網(wǎng)絡(luò)，電信級WL

86、AN網(wǎng)絡(luò)顯得更加復(fù)雜和龐大。隨著無線網(wǎng)的大范圍部署，越來越多的新問題也都暴露出來了。</p><p>　　1.WLAN認(rèn)證問題</p><p>　　國內(nèi)WLAN最大的問題就是認(rèn)證太繁瑣，用戶每次接入網(wǎng)絡(luò)都要輸入用戶名和密碼。因此，大量的用戶放棄了WLAN。但這個(gè)問題已經(jīng)在國外得到解決，國外的運(yùn)營商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更方便的無線網(wǎng)接入方式。用戶接入互聯(lián)網(wǎng)不用再輸入繁瑣的用戶名和密碼。我國運(yùn)營商開始注

87、意到了這個(gè)問題，并且正在試點(diǎn)。SIM卡認(rèn)證、MAC認(rèn)證的方式逐步替代原有繁瑣的認(rèn)證方式。目前，國內(nèi)運(yùn)營商已經(jīng)在進(jìn)行相關(guān)試點(diǎn)和部署。針對WLAN認(rèn)證繁瑣問題，不同運(yùn)營商都制定了相應(yīng)的企業(yè)規(guī)范，區(qū)別在于認(rèn)證的協(xié)議和參考標(biāo)準(zhǔn)[4]。</p><p>　　中國移動(dòng)WLAN業(yè)務(wù)采用的方式是把Web瀏覽器作為認(rèn)證客戶端進(jìn)行認(rèn)證。用戶認(rèn)證時(shí)，需要在中國移動(dòng)提供的特定認(rèn)證網(wǎng)頁上輸入用戶名和密碼。當(dāng)認(rèn)證通過后，用戶就能自由地訪問互

88、聯(lián)網(wǎng)。需要注意的一點(diǎn)就是在認(rèn)證之前用戶必須搜索并已經(jīng)連接上CMCC信號。中國聯(lián)通的開通和認(rèn)證方式和中國移動(dòng)的基本相同。中國電信的WLAN業(yè)務(wù)開通和認(rèn)證相對復(fù)雜一些，并且不支持短信開通。其WLAN認(rèn)證方式需要在登錄頁面填寫手機(jī)號后，點(diǎn)擊獲取密碼，然后通過短信獲取隨機(jī)密碼。而這個(gè)密碼的有效期僅為6個(gè)小時(shí)，這也就意味著6小時(shí)后再次登錄還需要重新獲取密碼進(jìn)行認(rèn)證。</p><p>　　可見我國WLAN認(rèn)證過程過于繁瑣，對

89、于移動(dòng)和聯(lián)通在開通WLAN服務(wù)后就可以獲得靜態(tài)密碼，無需再次申請（當(dāng)然也可以申請動(dòng)態(tài)密碼）；而電信在沒有手機(jī)情況下，就無法連接WLAN，因?yàn)檎J(rèn)證需要接受短信獲取動(dòng)態(tài)密碼。</p><p>　　總之，簡化WLAN認(rèn)證過程是運(yùn)營商的首要問題，如果WLAN上網(wǎng)十分便捷，用戶自然就會選擇WLAN。</p><p><b>　　2.鄰頻干擾問題</b></p>&

90、lt;p>　　隨著熱點(diǎn)的增多，運(yùn)營商AP之間的干擾在所難免。目前，我國的WLAN的干擾問題很嚴(yán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最主要的干擾就是AP與AP之間的干擾。</p><p>　　WLAN業(yè)務(wù)使用的802.11a/b/g協(xié)議存在一定劣勢。體現(xiàn)在：1、802.11a/b/g協(xié)議的工作頻段分別為5GHz和2.4GHz，信號穿透能力差，信號整體覆蓋存在一定難度；2、802.11b/g的公開頻段共13個(gè)，但其互不干擾的頻段只有3個(gè)

91、，因此在信號覆蓋過程中，如何降低信號間的同頻、臨頻干擾，對于提高WLAN網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用[4]。802.11b/g頻道劃分圖如下圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 802.11b/g頻道劃分</p><p>　　WLAN是基于CSMA/CA方式為終端服務(wù)的。也就是說，一個(gè)終端需要使用WLAN進(jìn)行通信時(shí)，首先要監(jiān)聽信道，這時(shí)就會出現(xiàn)兩種情況，一是如果信道當(dāng)時(shí)

92、有人在使用，就一直監(jiān)聽下去直到信道空閑。二是如是信道空閑，就使用這個(gè)信道，此時(shí)信道是被占用的[4]。</p><p>　　820.11b和802.11g協(xié)議的理論最大速率雖然能夠達(dá)11Mbit/s和54Mbit/s的速率，但如果此時(shí)AP1和AP2都使用的6頻道，那么無論終端是接入到AP1還是AP2，只要有一個(gè)終端在進(jìn)行通信，那么這個(gè)6信道就是被占用的，其他終端不能使用，這就是干擾。因?yàn)閃LAN是采用競爭的，終端競

93、爭到就完全使用這22MHz的信道，使用完后終端繼續(xù)競爭。此時(shí)如果AP使用相同信道的話，競爭會使性能退化，單個(gè)AP的吞吐性能下降。而同時(shí)，同頻干擾產(chǎn)生波形的疊加或者衰落，導(dǎo)致接收端無法準(zhǔn)確識別、還原信號，大量數(shù)據(jù)重傳更增加了帶寬開銷，使無線網(wǎng)絡(luò)的傳送性能更加惡化。因此研究如何增加WLAN無線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力具有重大意義。下圖3.7為AP之間干擾的示意圖。</p><p>　　圖3.7 主AP與干擾AP<

94、/p><p>　　而且，由于目前我國對AP管理缺乏相關(guān)的法規(guī)，沒有統(tǒng)一的監(jiān)管，運(yùn)營商在部署熱點(diǎn)的時(shí)候存在嚴(yán)重的搶點(diǎn)現(xiàn)象。一些大型熱點(diǎn)場所與其他運(yùn)營商簽訂了排他協(xié)議，中國聯(lián)通作為后建者很難進(jìn)入如高校校園等熱點(diǎn)區(qū)域。</p><p>　　在國內(nèi)WLAN一直只限于2.4GHz頻段，而這一頻段資源目前已經(jīng)很緊張。Intel聯(lián)合中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信等已經(jīng)共同上書工業(yè)和信息化部，申請劃撥5.8GH

95、z頻段為WLAN所用。據(jù)悉，這一頻段在歐美等很多國家已經(jīng)劃撥給WLAN。有專家指出，欲從根本上解決WLAN的干擾問題，三家運(yùn)營商每家各用一個(gè)頻段是最理想的解決方式?；蛘呶覀兛梢猿浞职l(fā)揮AC 對整個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)AP 的信道以及周圍干擾信號全面掌握的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)AP 的信道自動(dòng)選擇和功率自動(dòng)調(diào)整。也可以通過合理的頻點(diǎn)規(guī)劃和AP 發(fā)射功率調(diào)整實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域AP 內(nèi)部之間干擾最低。</p><p>　　通過調(diào)整發(fā)射天線的方向性

96、和天線增益來避開干擾源，也可通過智能天線技術(shù)適當(dāng)降低干擾影響，部分場所，在終端支持的情況下，可考慮采用5.8GHz 頻段進(jìn)行覆蓋（但終端限制多，穿透性差）。調(diào)整Beacon 幀發(fā)送時(shí)間，默認(rèn)情況下每一個(gè)AP每100ms 就會發(fā)送一個(gè)Beacon 信標(biāo)報(bào)文，這個(gè)報(bào)文通告WLAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)和無線網(wǎng)卡進(jìn)行信息同步，所以考慮將Beacon 發(fā)送的時(shí)間間隔從100ms 調(diào)整到160ms，這樣可以有效降低空口的消耗[4]。也可以通過AC 上控

97、制無線用戶只能訪問網(wǎng)關(guān)設(shè)備，而不能互相之間訪問實(shí)現(xiàn)終端隔離。這樣可以減少內(nèi)部的無線網(wǎng)絡(luò)的廣播流量，提高大整體性能。通過AC 或BAS 對無線用戶執(zhí)行限速操作，推薦控制每一個(gè)用戶最大使用的帶寬512kbit/s。這樣在一個(gè)信道空間中可以支持10個(gè)左右的下載操作。使用該功能可以適當(dāng)?shù)目刂仆话l(fā)性大流量對無線網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶的影響。</p><p>　　調(diào)整AP 發(fā)送報(bào)文的重傳次數(shù)，當(dāng)一個(gè)PC 發(fā)送一個(gè)報(bào)文如果沒有收到回

98、復(fù)ACK，該設(shè)備會硬件進(jìn)行重傳，重傳次數(shù)達(dá)到最大次數(shù)，該報(bào)文會被丟棄。默認(rèn)AP</p><p>　　重傳次數(shù)為5，可改為8 次，增加在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境異常情況下報(bào)文的發(fā)送成功概率。當(dāng)PC 離AP 的距離較遠(yuǎn)時(shí)，無線網(wǎng)卡由于發(fā)射功率過低而導(dǎo)致回傳數(shù)據(jù)包丟棄或重傳，通常調(diào)整PC 電源管理屬性，使PC 采用最大功耗工作，可以提高PC 的發(fā)送功率，提高無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。</p><p>　　第四章 OP

99、NET建模仿真</p><p>　　4.1 OPNET簡介</p><p>　　OPNET(Optimized Network Engineering Tools) 網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是目前世界上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)仿真開發(fā)和應(yīng)用平臺之一。OPNET產(chǎn)品主要面向三類各戶，分別為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和一般企業(yè)。針對不同的應(yīng)用需求,OPNET Technologies Inc 公司開發(fā)了多種產(chǎn)品。

100、其中，OPNET Modeler最為重要，幾乎包含其它產(chǎn)品的功能。它可以提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的平臺。技術(shù)人員依靠這個(gè)平臺設(shè)計(jì)和分析網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信協(xié)議。它嵌入了關(guān)于如何運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、應(yīng)用以及服務(wù)器的專業(yè)知識,它支持面向?qū)ο蟮慕７绞?并提供圖形化的編輯界面,更便于用戶使用。OPNET 能幫助開發(fā)人員定位關(guān)鍵事務(wù),分析出極限情況下的end-to-end 性能,可以確定增加應(yīng)用和用戶后對網(wǎng)絡(luò)的影響,并使用定量的方法,對網(wǎng)

101、絡(luò)做出準(zhǔn)確的規(guī)劃和伸縮性分析,快速完成“why-if”問題分析,使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)得到最優(yōu)的性價(jià)比[5]。</p><p>　　4.2 OPNET組成</p><p>　　OPNET 產(chǎn)品主要4個(gè)系列產(chǎn)品組成。4個(gè)系列產(chǎn)品核心包括：</p><p>　　1.Service Provider Guru：面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的智能化網(wǎng)絡(luò)管理軟件，也是OPNET公司的最新產(chǎn)品。&l

102、t;/p><p>　　2.OPNET Modeler：提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)平臺。技術(shù)人員可以通過平臺設(shè)計(jì)和分析網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信協(xié)議。</p><p>　　3.IT Guru：幫助網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人士預(yù)測和分析網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能，診斷問題，查找影響系統(tǒng)性能的瓶頸，提出并驗(yàn)證解決方案。</p><p>　　4.WDM Guru：用于波分復(fù)用光纖網(wǎng)絡(luò)的分析、評測。</p

103、><p>　　在這次仿真實(shí)驗(yàn)中，我們用到的工具是OPNET Modeler，它將幫助我們搭建無線網(wǎng)絡(luò)模型并且分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作中的各項(xiàng)指標(biāo)性能。</p><p>　　4.3 OPNET特點(diǎn)</p><p>　　OPNET作為一款網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是非常優(yōu)秀的，它能夠支持面向?qū)ο蟮慕７椒?，而且它的編輯界面還是非常直觀的圖形化，方便我們使用。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)以及對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的分析方面都

104、有很好的表現(xiàn),同時(shí)也為通信協(xié)議和路由算法的研究提供了與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)相似的環(huán)境[6]。OPNET 具體有以下主要特點(diǎn)：</p><p>　　（1）簡單清晰的建模方法。Modeler 建模過程分為3個(gè)層次：過程層次、節(jié)點(diǎn)層次以及網(wǎng)絡(luò)層次。在過程層次模擬單個(gè)對象的行為，在節(jié)點(diǎn)層次中將其互連成設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層次中將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)[6]。幾個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)場景組成“項(xiàng)目”，用以比較不同的設(shè)計(jì)方案。這也是Modeler 建模的重