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基于IEEE 802.11技术的无线局域网通信协议的研究

杨茂彬  
【摘要】:本文研究了无线局域网IEEE 802.11媒质访问控制(MAC,Medium Access Control)层主要协议,对MAC协议中分布协调功能(DCF,Distributed Coordination Function)和点协调功能(PCF,Point Coordination Function)中各个功能模块进行了软件设计和实现,最后给出了支持协议栈运行的信号调度系统(SDS,Signal Dispatching System)的设计和实现。 首先,通过对IEEE 802.11无线网络的组成元素及相关概念进行描述,建立了无线局域网的基本框架。按照分布系统业务(DSS,Distributed System Service)和工作站业务(SS,Station Service)阐述了IEEE 802.11无线局域网所提供的各种业务类型、业务之间的关系、以及支持业务的消息内容。 其次,对MAC子层的功能结构进行了研究。分析了MAC子层的总体功能结构,MAC层协议中基于载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA,Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)的DCF和PCF功能。对DCF中的载波检测、MAC级确认、帧间隔、随机退避时间和DCF访问过程进行了重点研究。接着研究了PCF中的无竞争期(CFP,Contention Free Period)的结构与定时、PCF访问过程、PCF的传输、轮询列表操作等,讨论了MAC子层的分段与重组及多速率支持功能。 再次,根据IEEE802.11 MAC协议内部数据帧收发流程,详细分析了DCF中有限状态机的工作机制和协议流程,并对DCF中各个功能模块进行了软件设计和代码实现。在此基础之上,根据IEEE802.11 MAC协议流程,对点协调功能和分布协调功能机制进行了系统的C语言实现。已经完成的协议栈主要包括以下内容:MAC协议数据单元的封装、解析模块,数据帧分段处理和数据加密的实现,数据帧队列的插入、提取、更新等管理操作,数据发送交互过程以及数据帧重发过程的实现,随机时间避退过程的实现,接收数据时则包括对数据帧的CRC验证、过滤、解密等操作,对分段的数据帧进行重组,以及信道状态实时检测的实现。 最后,为了实现协议栈中各个模块之间的通信,设计并实现了信号调度系统,给出了该系统的模块划分和数据结构,以及各个模块的软件设计流程。信号调度系统实现了以下主要功能:消息队列的添加、删除以及更新等队列管理,消息注册、消息节点检索以及消息分发等消息服务功能,同时为IEEE 802.11协议栈中的进程提供了进程注册和进程注销等服务。


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