802.11+DCF的性能评估和优化

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1、第1章无线网络与802．11标准族简介这是一个互联的时代。无线技术的迅猛发展使得人们之间的联系比以往任何时候都要紧密。无线网络将人们从电缆的束缚中解放了出来，信息拈手可得，移动生活、移动办公逐渐由概念转为现实。一方面，无线网络展示了巨大的市场前景，另一方面，多样化的传输也对无线网络技术提出了越来越高的要求。因此，无论在工业制造领域还是学术研究领域，无线网络都成为关注的热点。为了理清无线网络的脉络，在这一章中首先回顾无线网络的历史演变，了解一下身边有哪些无线网络，然后对本文的研究对象IEEE802．1

2、1标准族做简单介绍。本文中，无线网络指采用无线电波为传输载体的分组网络，不包括脱胎于传统电信的移动通信网络。1．1无线网络的历史与现状无线传输并不是新兴事物，利用无线信号传递信号可以追溯到19世纪的莫尔斯电码和马可尼电报。二战时期，美国陆军曾经开发出一种特别的无线电信号传输技术，这种技术相对传统无线电技术在数据加密方面有了很大的改善，被美军及其盟军广泛采用。1971年，夏威夷大学(UniversityofHawaii)的研究人员创造了第一个基于分组传输的无线电通讯网络，被称为ALOHANET，被认为

3、是最早的无线局域网。这个网络包括了7台计算机，采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放景在瓦胡岛上。ALOHANET的开发者之一BobMetcalfe后来成为以太网(Ethemet)协议的设计者之一⋯，现代的无线局域网也汲取了许多以太网的技术优点。由于市场和成本的因素，从ALOHANET以后二十年，无线网络发展缓慢。上世纪九十年代开始，随着人们对于信息获取和移动办公的需求，无线网络重新登上了历史舞台。一方面，摩尔定律驱动下的半导体技术使得成本低廉的小型无线收发器成为可能；另一方面，计算机和

4、半导体厂商积极推广基于无线的网络接入技术，涌现出各种标准和联盟组织。Wi—Fi，Bluetooth方兴未艾，ZigBee，UWB，WiMAX等又粉墨登场。无线网络从最初的桌面接入，简单的数据业务发展到如今大规模蜂窝式铺设，支持多种业务流的QoS服务，大有和新兴的第三代移动通信(3G)分一杯羹的趋势。在未来的第四代移动通信(4G)的发展，移动通信和因特网有望出现大融合，无线网络也将成为人类传递信息的主干道之一。1．2无线网络的分类无线网络也可以和有线网络的分类方法类似，按照覆盖范围分为无线身体域网、无

5、线个域网、无线局域网、无线城域网和无线广域网(如图1．1)。【2]～1mqom～500m20--50km覆盖范围图11无线网绍分类图●无线身体域网(WirelessBodyAreaNetwork，简称WBAN)覆盖范围1-2m，主要覆盖人体范围，科幻小说中的可穿戴计算机各个部件之阳j就通过WBAN网络进行互联。虽然至今为止还没有出现成熟的商用可穿戴计算机，但蓝牙耳机等WBAN部件已经成为时尚年轻人的宠爱。·无线个域网(WirelessPersonalAreaNetwork，简称WPAN)覆盖范围1～

6、lOm，覆盖单个房间范围。现代个人计算机提供丰富接口的同时也带来了令人眼花缭乱的连接电缆。为了简化设备互联，工程师们希望使用短距离无线通信来代替有线电缆。IEEE802．15工作组负责WPAN的标准制定，主流的标准包括802．15．1(蓝牙)：802．15．3a(用于高速率传输的UWB／WirelessUSB)；802．15．4(低成本低速率传输的zigBee)。另外，传统的红外(IrDA)通信也属于WPAN的应用场景中。目前，蓝牙(Bluetooth)是这一领域中最成功的⋯种。从i999年蓝牙特殊

7、兴趣组(BluetoothSpecialInterestGroup)成立到2004年发布蓝牙标准2．0版，蓝牙始终以应用为导向，涵盖了语音传输，无线打印，传真等多个方面。蓝牙协议栈的丰富也带来了可观的实现复杂度和较高的成本。在许多应用领域，并不需要很复杂的传输协议，成本是第一因素。这时ZigBee作为低成本无线传输的解决方案迅速发展起来，它的预期成本只有蓝牙的10％左右。zigBee的目标市场是智能家电，传感器网络和工业控制，由于它的协议栈简单灵活，且充分考虑连接性，可以实现较为复杂的拓扑结构。Wi

8、。Fi、蓝牙和zigBee都运行在拥挤的“工业、科学和医疗”(Industrial，ScientificandMedical，简称ISM)频段，互相之间干扰在所难免，比如Wi．Fi和蓝牙的互相干扰就困扰了学术界和工业界好几年。另一方面，多媒体传输消耗大量的带宽，已有无线网络物理层技术都无法达到有线网络的带宽。这时，六十年代起雷达通信中所用的超宽带(UltraWide．Band，简称UWB)技术进入了无线网络领域，2002年美国联邦通信委员会(TheU．S．Federa