[碩士論文精品]ieee802.11無線局域網(wǎng)mac層與物理層基帶處理芯片的研究

Y662812摘要從發(fā)布1EEE80211協(xié)議開始，國際電子電氣工程師協(xié)會已經(jīng)推出了IEEE8021LA、B、G等一系列無線局域網(wǎng)相關(guān)協(xié)議。近年來，隨著便攜式設備的普及，無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展，越來越多的科研機構(gòu)和業(yè)界廠商投入到無線局域網(wǎng)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)中去。IEEE8021L協(xié)議主要規(guī)范了無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式和相關(guān)服務，涉及到媒質(zhì)訪問控制子層MAC和物理層PHY的工作。本文在IEEE80211和IEEE80211B標準的基礎上，對80211無線局域網(wǎng)處理芯片的設計進行了相關(guān)研究。由于1EEE80211協(xié)議涉及到MAC和PHY兩層的規(guī)范，所以我們的設計也相應的分為兩個部分。對于MAC層設計，我們使用了基于嵌入式芯片的系統(tǒng)架構(gòu)，在系統(tǒng)級的設計過程中，提出了一種使用C語言對硬件建模的方法，并進行了軟硬件協(xié)同的系統(tǒng)級仿真，以此來指導系統(tǒng)的軟硬件劃分。在系統(tǒng)級設計的基礎上，完成了獨立組網(wǎng)模式ADHOC下MAC層硬件電路的設計，該部分電路可以實現(xiàn)協(xié)議中規(guī)定的載波偵聽沖突避免、DCF協(xié)調(diào)模式和幀序列交換等功能。設計的整個硬件系統(tǒng)在FPGA上完成了功能驗證。對于物理層，我們使用MATLAB工具完成了針對基帶信號處理的系統(tǒng)設計和仿真。由于8021LB協(xié)議使用CCK調(diào)制進行高速數(shù)據(jù)傳輸，所以針對CCK的調(diào)制和解調(diào)方法進行了相應的研究。同時，由于無線信道多徑效應所造成的符號間干擾，設計中使用信道匹配濾波器和判決反饋均衡器來抵消信道失真，并使用DMI信道估計算法實現(xiàn)了均衡器的快速啟動。最后，文章對同步和載波頻偏估計等系統(tǒng)相關(guān)模塊也進行了簡單介紹。關(guān)鍵詞IEEE80211，媒質(zhì)訪問控制，基帶圖書分類號TN45ABSTRACTAIDERIEEE802PROTOCOLBEINGPROPOSEDIN1997G32LLA_BANDGSERIESWLANPROTOCOLAREPUBLICIZEDBYIEEEINRECENTYEARS，THEREISAGREATPROGRESSINTHEWIRELESS10EALAREANETWORK,MOREANDMORESCIENTIFICJNSTITUTIONANDCOMPANIESAREINVOLVEDI11THETECHNOLOGYRESEARCHANDPRODUCTDEVELOPMENTIEEE8021IPROTOCOLINTRODUCESTHEWLANSTRUCTUREANDNETWORKSERVICE，SPECIFICSTHECHARACTERISTICSOFMEDIUMACCESSCONTROLMACSUBLAYERANDPHYSICALLAYERBASEONTHEIEEE80211ANDIEEE8021】BPROTOC01THETHESISISMAINLYAHOUTTHEDEVELOPMENTOFAWLANBASEBANDCHIPACCORDINGTOTHEPROTOCOL，THEBASEBANDDESIGNISPARTITIONINTOTWOPARTSMACLAYERANDPHYLAYEGINTHESYSTEMDESIGNOFMACLAYER,ALLEMBEDDEDCHIPISEMPLOYEDTHETHESISINTRODUCEDALLEWWAYFORHARDWAREMODELINGBYCLANGUAGEUSEDTHESYSTEMMODEL，WEACHIEVEDTHESOFTWAREANDHARDWARECOSIMULATIONACCORDINGASTHESYSTEMSIMULATION，THEMACSYSTEMISPARTITIONEDINTOHARDWAREANDSORWAREPANSTHENWEACCOMPLISHTHEMACHARDWARECIRCUITSDESIGN，ANDTHECIRCUITCARLWORKINTHEINDEPENDENTBSSADHOCSTRUCTURETHECIRCUITFIMCTIONISINCLUDECARRIERSENSEMULTIDLEACCESSWITHCOLLISIONAVOIDANCECSMACA，DISTRIBUTEDCOORDINATION如NCTIONDCFANDHOMESEQUENCESEXCHANGE，THEWHOLEDESIGNISVERIFIEDOILTHEXILINXFPGA1N曲EPHYLAYER,THEBASISFNEUSESONTHEDASIGNOFDIGITALCIRCUITSANDLISATHEMATLABTOSIRONLATETHESYSTEMTHECOMPLEMENTARYCEDEKEYINGCCKISINTRODUCEDBYIEEE8021IBTOPROVIDETHEHI曲一RATECOMMUNICATION“WEINVE鼬IGAMDTHEMC】DULATIONANDDELNODUIATIONMETHODFORCCKBECMMEOFTHEMULTIPATHANDINTERSYMBOLINTERFEFANTEISLLINWIRELESSELAVIRONMENTTHECHANNELMATCHEDFITTER。CMFANDDECISIONFEEDBACKEQUALIZERDFEAREEMPLOYEDTOCOMPENSATETHEDISTORTIONBYWIRELESSCHANNELWEMA婦USEOFDMIDIRECTMATRIXINVETSIO哪MEFLODCOOBTAM邳C口餾FC曲秘BESTIMATIONANDTHEMODULEOFTIMINGANDESTIMMINGCARRIERFREQUENCYOFFSETISALSOINTRODUCEDKCYWORDIEEE80211，MAC，BASEBANDCATEGORYTN45II第一章弓L言第一章引言從意大利物理學家馬可尼發(fā)明無線電開始，無線技術(shù)已經(jīng)有了一百多年的歷史。采用無線媒質(zhì)不需要在通信雙方之間架設電纜，使用戶從通信電纜的束縛中解脫出來，可以實現(xiàn)移動中的通信。在無線通信發(fā)展的早期，由于通信設備的高昂成本和龐大體積。制約了它的應用。無線通信首先被運用到軍事領(lǐng)域，用來傈障戰(zhàn)場上部隊之間的聯(lián)系，在第二次世界大戰(zhàn)中，無線通信開始得到廣泛運用。隨著科學技術(shù)發(fā)展，特別是射頻電路和大規(guī)模集成電路設計技術(shù)臺發(fā)展，使得無線通信技術(shù)逐步走向民用。在語音傳輸領(lǐng)域，20世紀70年代末，第一代蜂窩式移動通信系統(tǒng)開始出現(xiàn)，十年后，以GSM為代表的第二代移動通信設備投入使忍，而現(xiàn)在3G和4G又成了人們追求的目標。同時，在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，隨著筆記本計算機和便攜式設備的普及，人們對無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的需求也日益增長，人們開始希望將計算機網(wǎng)絡從有線網(wǎng)絡的束縛中解脫出來，于是提出了無線局域網(wǎng)的概念。1985年，美國聯(lián)邦通信委員會FCC授權(quán)普通用戶可以使用ISM工業(yè)、科技、醫(yī)學頻段，推動了無線局域網(wǎng)的商業(yè)化發(fā)展。ISM頻段對無線產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的、積極的影響，保證了無線局域網(wǎng)設備的順利開發(fā)。國際電子電氣工程師協(xié)會IEEE802工作組負責局域網(wǎng)標準的開發(fā)，在20世紀80年代末，該組織開始著手進行無線局域網(wǎng)標準的制定，并成立了專門的80211開發(fā)小組。該小組在1997年制定完成了80211協(xié)議，并在該年的】1月26號正式發(fā)布該協(xié)議。8021L無線局域網(wǎng)使用與有線網(wǎng)絡類似的協(xié)議，利用無線通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的網(wǎng)絡通信電纜，使得通信設備在一定區(qū)域內(nèi)可以實現(xiàn)自由移動。相比于有線網(wǎng)絡，無線局域網(wǎng)有其無法替代的優(yōu)點。首先，無線網(wǎng)絡提供了可移動性的數(shù)據(jù)傳輸，用戶能夠予持設備自由地變換位置，而不失去網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)，這大大方便了需要移動工作的人員。其次，無線網(wǎng)絡降低了組網(wǎng)成本。架設有線網(wǎng)絡時需要布線，這常常是一件非常耗時耗力的工作。對于一幢大樓而言，有線網(wǎng)絡的安裝人員必須將雙絞線引入每一間需要網(wǎng)絡的房間，根據(jù)工程量的大小，布線工作可能需要花費幾天到幾周的時間。而且架設好的有線網(wǎng)絡叉可能由于用戶搬遷、房屋裝修等原因而不得不做相應的改變。而無線網(wǎng)絡省去了布線工作，使網(wǎng)絡能夠很快地投入運行，而且即使需要改變原有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，無線網(wǎng)絡也可以迅速滿足新的要求。第一章I蠡另外，由于意外損傷或者長期線路腐蝕，有線網(wǎng)絡的線路常常會發(fā)生各種故障。小的線路故障可能干擾部分用戶正常使用網(wǎng)絡，嚴重的故障會造成整個網(wǎng)絡的癱瘓。而無線局域網(wǎng)由于使用了無線媒質(zhì)，徹底避免了由于線纜帶來的網(wǎng)絡故障，而且還節(jié)約了線纜的鋪設成本和維護費用。IEEES021L1辦議規(guī)范了無線局域網(wǎng)在媒質(zhì)訪問控制層U物理層的技術(shù)規(guī)范。在媒質(zhì)訪問控制層，由于無線信道不同于有線信道，不能進行沖突檢測，所以80211協(xié)議采用了載波偵聽沖突避免的機制。在物殫層，8021L協(xié)議支持紅外利無線電波兩種傳輸媒質(zhì)，其中無線電波使用24GHZ的1SM頻段，可以提供LMBITS和2MBITS的傳輸速率。IEEE8021L協(xié)議一公布就得到了業(yè)界的廣泛支持，從1998年開始，市場上逐步推出了基于80211標準的設備。由于用戶對通信速率的不斷要求，80211小組又在業(yè)界的部助下，完成了無線局域網(wǎng)的一系列予1辦議，包括802，】1A、802】1B、802】IG等。這些協(xié)議使用了更先進的調(diào)制技術(shù)以支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前，市場上已經(jīng)有了基于各種80211協(xié)議的設備，其中最多的是支持802LLB的無線產(chǎn)品。近幾年來，無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，被廣泛運用到工J車間、庫存控制、展覽會議、金融服務、移動辦公等領(lǐng)域，并且隨著價格的逐步大眾化，無線網(wǎng)絡正在迅速走進人們的日常牛活。本文的第二章簡要介紹了關(guān)于IEEE802，1I和IEEES02。11BI辦議的相關(guān)內(nèi)容，在第三章中，按照80211協(xié)議設計了一個媒質(zhì)訪問控制層的SOC系統(tǒng)架構(gòu)，第四章介紹了獨立組網(wǎng)模式下MAC硬件系統(tǒng)的設計和FPGA驗證情況，第五章里介紹了符合802。11B標準的直接序列擴頻物理層的設計。第顰EEE80211協(xié)議蚺介蜘第二章IEEE80211協(xié)議的介紹從1997年開始，IEEE的相關(guān)技術(shù)小組已經(jīng)陸續(xù)推出了針對無線局域網(wǎng)的IEEE80211及其系列子協(xié)議。8021L協(xié)議【1是IEEE城域和局域網(wǎng)協(xié)議的一個重要組成部分。在OSI模型中，通信網(wǎng)絡被劃分為七層結(jié)構(gòu)，而IEEES02的系列協(xié)議豐要描述了OSL模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，其中數(shù)據(jù)鏈路層又可分為邏輯鏈路子層LLC和媒質(zhì)訪問控制予層MAC。關(guān)于邏輯鏈路予層，EEE專門制定了8022標準來規(guī)范該層的工作，所有其它的802協(xié)議包括8023、80211等共享這個相同的LLC子層。而81211協(xié)議主要定義了關(guān)于無線局域網(wǎng)的物理層和MAC層的規(guī)范。本章簡要介紹一下關(guān)于IEEE80211協(xié)議的主要內(nèi)容，提供無線局域網(wǎng)的基本概貌。2180211的拓撲結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡不同，采用無線介質(zhì)傳輸信號，無線網(wǎng)絡的豐要特點有31網(wǎng)絡環(huán)境沒有確定的、穩(wěn)定的利可以觀測的邊界2對于外部干擾信號，網(wǎng)絡完全不受保護；3和有線網(wǎng)絡相比，信號傳輸介質(zhì)缺乏可靠性4缺乏完全連通性，網(wǎng)絡單元之間可能存在雙向或單向的盲區(qū)5信道具有時變和不對稱的傳輸特性。另外，在無線網(wǎng)絡里存在著便攜站點和移動站點便攜站點指能夠移動但只能在固定位置接入網(wǎng)絡的設備，移動站點指能在移動過程中不中斷網(wǎng)絡連接的設備，使得構(gòu)成網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化?；跓o線網(wǎng)絡的特點，8021L協(xié)議提供了幾神組網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。包括基本服務組BSS、分布式系統(tǒng)服務DSS和擴展服務組ESS。211基本服務組BSS摹本服務組是80211網(wǎng)絡的基本單元圖21，在一個BSS中的單元可以直接通信，而當站點移出BSS時，將會失去原有的通信聯(lián)接。由一個單獨BSS組成網(wǎng)第二章IEEE90211協(xié)衛(wèi)的介紹絡的方式稱為獨立組網(wǎng)模式INDEPENDENTBSS。在該模式下，網(wǎng)絡中應包含藕個以上的站點，每個站點都作為完全平等的個體共同參考與網(wǎng)絡的同步、管理和維護，使用同樣的方式在公平的機制下通過競爭來獲取介質(zhì)訪問權(quán)。這種ADHOC的網(wǎng)絡能用來滿足較小區(qū)域的用戶需求。圖21基本般務組BSS21，2分布式系統(tǒng)服務DSS由于一個BSS的覆蓋范圍較小，為了實現(xiàn)長距離的通信，我們可以把多個BSS用分布式系統(tǒng)DS連接起來圖22。其中每個BSS中有一個特殊單元擔任分布式系統(tǒng)的接入點AP，ACCESSPOINT。在這樣的BSS中，AP負責整個網(wǎng)絡的同步、鋒理，甚至可以控制介質(zhì)訪問權(quán)的分配，而BSS中的其它單元通過AP訪問DS或與其它BSS中的站點通信。這樣的一種組網(wǎng)方式稱為骨干網(wǎng)INFRASTRUCTURENETWORK模式。213擴展服務組ESS圖22分布式系統(tǒng)DS通過分布式系統(tǒng)可以在不能直接通信的站點之間建立連接，理論上可以由分第二章IEEE8021I協(xié)議的介紹布式系統(tǒng)和基本服務組組成非常復雜的無線網(wǎng)絡，這樣的網(wǎng)絡稱為擴展服務組圖23。同一擴展服務組中的站點可以相互通信、可以從個基本服務組移動到另個基本服務組，而對邏輯鏈路層來說這樣的移動是透明的。圖23擴展服務組ESS在80211標準中，并沒有規(guī)定分布式網(wǎng)絡的實現(xiàn)方式，任何基于802網(wǎng)絡框架的系統(tǒng)如80213都可以接入到同一個分布式系統(tǒng)中來圖2，4，從而實現(xiàn)無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡的互聯(lián)。圖24無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡的互聯(lián)22802。11的邏輯結(jié)構(gòu)如圖25所示，8021L協(xié)議給出了無線局域網(wǎng)各個子層對應子OSL網(wǎng)絡模型的位置。其中MAC對應于OSL模型中數(shù)據(jù)鏈路層下層，它主要在LLC的支持下為共享介質(zhì)的物理層提供訪問控制功能。麗圖中的物理匯聚予層PLCP和物理依賴予層PMD對應于OSI模型中的物理層。8021L協(xié)議共提供了三種物理層實現(xiàn)方式，包括跳頻擴頻物理層、直接序列擴頻物理層和紅外物理層。對個具體的設備來說，它可以選擇三種方式中的一種來實現(xiàn)物理層。第二章IEEE80211協(xié)議的介耋FATELINKMACSAPMACSUBLAYERLLMANAGEMENTLMLMESAPMACJUBLAYERL卜ENTITYLYE殳PHY，AP地MEPL赫EJPST口TIONPHYSICALMONAGEMENTENTITYLPLCPSUBLAYERPMP_5PPHVSUBLAYERLYMANAGEMENTLPLMESPEENTITYLRPMDSUBLAYERL2380211的服務圖25IEEE80211的邏輯結(jié)構(gòu)IEEE80211標準將MAC層需要執(zhí)行的服務分為兩種類型分布式系統(tǒng)服務DSS和站點黻務SS。231分布布式系統(tǒng)服務DSS分布式系統(tǒng)提供的服務稱為分布式系統(tǒng)服務，提供分布式服務的站點稱為接入點。分布式系統(tǒng)控制著BSS間的通信，使得無線站點可以在ESS內(nèi)的各個BSS間移動。分布式系統(tǒng)服務具體包括登錄ASSOCIATION取消登錄DISASSOCIATION分布DISTRIBUTION集成INTEGRATION重登錄REASSOCIATION23，2站點服務SS分布式系統(tǒng)服務使站點與接入點之間建立連接，而站點服務則為各個站點提供了使用BSS的權(quán)限以及完成站點間數(shù)據(jù)通信的能力。站點服務存在于所有的站點中，由于接入點同樣具有站點功能，所以在接入點里也包含站點服務。站點服務具第二章IEEE80211協(xié)泌的介紹體包括認證AUTHENTICATION取消認證DEAUTHENTICATION保密PRIVACYMSDU發(fā)送MSDUDELIVERY24媒質(zhì)訪問控制MAC層在無線局域網(wǎng)中，所有的站點都擁有媒質(zhì)訪問控制MAC層。MAC主要為LLC提供服務，實現(xiàn)站點間交換MAC服務數(shù)據(jù)單元MSDU的功能。在LLC的支持下，MAC能夠完成包括尋址方式、訪問協(xié)調(diào)、幀序列的生成與識別等一系列工作。MAC的主要功能包括無線媒質(zhì)訪問；網(wǎng)絡連接提供數(shù)據(jù)驗證與加密241無線媒質(zhì)訪問在無線網(wǎng)絡中，多個網(wǎng)絡單元分享共同的無線媒質(zhì)。為了避免傳輸數(shù)據(jù)的沖突，提高通信效率，需要MAC提供協(xié)調(diào)功能，給網(wǎng)絡中的單元合理分配信道。也就是說，在數(shù)據(jù)發(fā)送前，MAC必須以某一種方式獲得傳輸媒質(zhì)的控制權(quán)。在8021I標準中，提供了兩種協(xié)調(diào)方式分布式協(xié)調(diào)功能DCF利點叻、調(diào)功能PCF。分布式協(xié)調(diào)功能是802。11的基本接入方式，采用分布式算法來共享信道，在所有的站點里都應該實現(xiàn)DCF。而PCF則是在DCF的基礎上所采取的一種基于優(yōu)先級別的訪問方式，只應用于骨干網(wǎng)組網(wǎng)模式中。在具體介紹兩種協(xié)調(diào)功能之前，首先介紹一下訪問間隔的概念。在80211標準中定義了幾種幀間隔IFS來支持多優(yōu)先級訪問。根據(jù)所占時間從小到大的次序，分別為短幀間距SIFS80211規(guī)定的撮短的幀間隔，用于ACK幀、CTS幀、連續(xù)片斷幀和PCF方式下站點對輪詢的應答。S1FS是最短的時間間隔，可以保證正在通信的站點取得最高的介質(zhì)控制權(quán)，進而維護通信鏈路。PCF幀間距P1FSPCF幀間距使用在無競爭時期PCF協(xié)調(diào)模式下，PIFS的時間短于DIFS，使得工作于PCF模式下的站點具有比工作于DCF模式下的站點更高的優(yōu)先級。第二章IEEE8021L協(xié)泌的介珂DCF幀間距DIFSDCF幀間距使用在競爭時期分布式協(xié)調(diào)模式下，是從上一次媒質(zhì)占用結(jié)束到站點間開始重新競爭媒質(zhì)的時間間隔。擴展幀間隔E1FS最長的時間間隔，當接收數(shù)據(jù)未通過CRC校驗時使用。若站點接收到一個錯誤幀時，應保證媒質(zhì)的空閑時間達到EIFS才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。2411分布式協(xié)調(diào)功能DCF分布式協(xié)調(diào)功能是80211協(xié)議中最基本的介質(zhì)訪問方式，采用了載波偵聽沖突避免CSMACA機制和隨機退避時間的方法來共享信道介質(zhì)。載波偵聽機制載波偵聽是一種用來判斷通信介質(zhì)是否繁忙的機制。在無線局域網(wǎng)中，物理載波偵聽方式和虛擬載波偵聽方式同時被使用。物理載波偵聽方式由物理層提供，物理層檢測媒質(zhì)能量進行信道評估，根據(jù)能量的大小來確定介質(zhì)是否被其它站點所占用，并將評估的結(jié)果發(fā)送到MAC層，幫助MAC層完成虛擬載波偵聽。虛擬載波偵聽方式由MAC層實現(xiàn)。在MAC幀頭中有一個時間信息域DURATIONFIELD用來指示媒質(zhì)將被占用的時間，而在每個站點中有一個網(wǎng)絡分酉己矢量NAV，用來記錄媒質(zhì)占用的情況。MAC將監(jiān)聽所有在無線介質(zhì)中傳輸?shù)腗SDU，將媒質(zhì)占用的時間信息保留到NAV中，在NAV結(jié)束前，站點會默認媒質(zhì)忙而不參與媒質(zhì)競爭以確保當前的通訊順利完成。差錯恢復機制在無線傳輸中，由于信道干擾和傳輸碰撞等各種原因會導致幀傳輸?shù)牟铄e，需要提供一種差錯恢復機制來解決傳輸中的差錯問題。8021L采用重傳的方法來解決幀的傳輸差錯問題，發(fā)送方在發(fā)送一幀后，需要等待接收方返回ACK幀，如果沒有收到ACK幀，則認為接收方?jīng)]有正確接收，發(fā)送方將重新發(fā)送該幀。采用重傳機制會導致一個新的問題，就是在接收端可能會接收到重復幀，所以接收端必須進行幀的過濾。在MSDU的幀頭中包含一個幀序列控制域SEQUENCECONTROLFIELD，記錄著發(fā)送幀的序列號，可以通過該域來完成過濾重復幀的工作。CSMA，CA的工作方式載波偵聽沖突避免43的具體工作方式如下站點首先利用載波偵聽的機制第二章IEEES02II協(xié)議的介紹來確定媒質(zhì)是否空閑。如果媒質(zhì)空閑前一幀序列發(fā)送完畢，所有的站點等待一個DIES或者EIFS，然后進入媒質(zhì)競爭狀態(tài)。競爭的方式是所有模塊產(chǎn)生個隨機退避時間，如果到達隨機退避時間時，媒質(zhì)仍然空閑，表示競爭成功，可以發(fā)送序列，否則需要重新等待一個幀序列完成，然后再次競爭媒質(zhì)。DTFDIFSTATIORLASLAKONBSTATLONCSTATIONDSTATIONELO。KGICKQN1蔗鸚砸麓蕊翮匕“TFRAMELDE。11豢筠IFRAMELL翌1翮CWLNDOWGONTEBTLORWLFLDOWACKOFF皤目蠢BRH嘲CH圖2,6CSMACA的工作方式圖26描述了CSMACA的工作過程，從圖中可以看到，在第一幀傳輸結(jié)束后STATIONA，所有的站點等待一個DIFS的時間，然后開始競爭，STATIONC的退避時間最短，所以獲得了媒質(zhì)訪問權(quán)，在STATIONC的數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，上述的競爭過程又再一次開始。隨機退避的時間可以表示為BACKOFFTIMERANDOMASIOTTIME其中RANDOM是一個0，CW3之間的偽隨機整數(shù)ASIOTTIME是信道評估的單位間隔。CWCWINDOW又稱為競爭窗口，CWINDOW越小，競爭過程消耗的時間越少，但沖突的概率越高。80211中采取動態(tài)管理的方法來調(diào)整CW的大小，如果在數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突，系統(tǒng)需要動態(tài)上調(diào)CWINDOW反之剛下調(diào)CWINDOW，CSMACA是無線局域網(wǎng)特有的一種訪問機制。由于無線網(wǎng)絡不同于有線網(wǎng)絡，無法直接檢測到媒質(zhì)中的傳輸碰撞，所以采用這樣的隨機退避過程來盡可能減小傳輸碰撞的發(fā)生。RTSCTS的使用對于較長的數(shù)據(jù)幀，如果發(fā)送時發(fā)生碰撞，會占用較多的信道時間。在80211協(xié)議中提供了一種快速的沖突與傳輸路徑檢測方法使用RTS，CTS序列。協(xié)議規(guī)定，在發(fā)送一個較長的幀或幀序列前，發(fā)送方應該首先發(fā)送RTS幀給目標單元，RTS可第二章EEE02協(xié)艾的食繃以用來向整個網(wǎng)絡通知競爭媒質(zhì)的成功。麗目標單元在接收到RTS后，回復一個CTS，向發(fā)送單元確認RTS發(fā)送成功并通知發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)。RTSCTS的過程如圖27所示圖27包囂RTSCTS的幀序列采用RTSCTS幀序列，可以在發(fā)送方與接收方覆蓋的范圍內(nèi)聲明媒質(zhì)的占用，而且在RTS頓的時間域里確定了從R了S發(fā)送完畢到第一個片斷幀的ACKACK0間的媒質(zhì)占用時間，在CTS的時間域中包含了從CTS發(fā)送完畢到ACK0之間的媒質(zhì)占用時間參見圖27。網(wǎng)絡中的其它單元可以根據(jù)牧到的時間信息來更新自己的NAV，以避免不必要的媒質(zhì)競爭。2412點協(xié)調(diào)功能PCF點協(xié)調(diào)功能是一種不通過競爭來訪問介質(zhì)的協(xié)調(diào)方式。在這種模式中，接入點AP可以作為點協(xié)調(diào)者PC。所有的站點服從PC的鋝理，PC采用輪詢機制賦予網(wǎng)絡中的各個站點媒質(zhì)訪問權(quán)。PCF的工作如圖2,8所示圖28PCF的T作模式在PCF開始時，PC首先獲得介質(zhì)的控制權(quán)，按照輪詢表的次序，PC發(fā)出輪詢幀F(xiàn),POLL給網(wǎng)絡站點，站點在獲得輪詢幀后即取得介質(zhì)訪問權(quán)，可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀并同時向PC發(fā)送輪詢幀的應答ACK。而PC在得到輪啕幀應答后可向下一個站第章IEEE802I1協(xié)議的介紹點發(fā)送輪詢幀。2413DCF與PCF的關(guān)系DCF是無線局域網(wǎng)的基本協(xié)調(diào)方式，在獨立組網(wǎng)模式下，只存在分布式協(xié)調(diào)功能。而在骨干網(wǎng)的情況下，可以同時存在DCF和PCF，如圖29所示，網(wǎng)絡在無競爭期CFP使甩PCF，在競爭期CP使用DCF。PCF作為DCF的一種補充可用于QOS服務以及低功耗操作等用途。RETLUIREDFORCABLENTIAN，IFREESEELEES、_。J、FU,二FORCONTENTIONFMCEXTENTIR蔫18哆5LFUNCTIONF，L曼旦LRIDCF竺L【J圖29DCF與PCF的關(guān)系242網(wǎng)絡連接和認證保密服務2421加入網(wǎng)絡在站點上電后，首先需要檢測是否有王見成的網(wǎng)絡可以加入。站點可以通過被動偵聽或豐動掃描兩種方式完成網(wǎng)絡的搜尋工作。被動偵聽方式站點重復掃描每個信道，偵聽信道上發(fā)出的信標幀BEACON，當站點尋找到具有本站希望加入的服務組號BSSID的信標幀后，與該網(wǎng)絡建立連接。主動掃描模式站點主動發(fā)送探詢幀PROBE收到探詢幀的站點骨干網(wǎng)中為AP會回復該幀。站點如果在個信道中收到回復幀，則可與網(wǎng)絡建立連接，否則則轉(zhuǎn)入下一個信道繼續(xù)發(fā)送探詢幀。24。22認證和保密服務由于無線介質(zhì)的開放特性，使得無線網(wǎng)絡較易受到竊聽與攻擊，所以需要提供適當?shù)陌踩眨?02IL協(xié)議提供了兩種認證服務。開放認證服務缺省的認證服務，僅僅需要兩幀，完成站點與網(wǎng)絡的連接認證。共享密鑰認證提供較高級別的安全認證。采用WEP算法完成認證過程，并需要四幀，其具體過程如下鋁一章IEEE802II協(xié)議的介磐I請求工作站向接收站發(fā)送認證幀。2接收站返回一個認證幀，該幀中包含一段128字節(jié)的文本。3請求站使用共享密鑰對文本進行WEP加密，并把加密的結(jié)果返回給接收站。4接收站使用相同的密鑰對文本解密，并與發(fā)送文本進行比較，如果相互匹配，則發(fā)送表示成功的認證幀，否則則返回失敗的認證幀。除了認證過程外，80211還使用WEP算法對發(fā)送數(shù)據(jù)提供加密。WEP是一種對稱加密算法，使用RC4編碼，給無線網(wǎng)絡提供了有線網(wǎng)絡相類似的安全級別。關(guān)于WEP算法，在第四章中會有具體說明。243MAC的幀結(jié)構(gòu)與幀交換序列2431MAC的幀結(jié)構(gòu)MAC幀結(jié)構(gòu)的主體框架如圖210所示，并不是每一種MAC幀都具有圖中的所有域，每一種幀都是某些域的組合。圖210MAC幀的結(jié)構(gòu)豐要域的具體說明幀控制FRAMECONTR01包含幀的類型等控制信息。持續(xù)時間標志DURATIONID包含數(shù)據(jù)序列占用媒質(zhì)的時間，在某些幀中該域也作為所有工作站點的標志符。地址1、2、3、4ADDRESSL，2,3，4地址域包含不同類型的地址。對應的地址類型取決于幀的類型。902，11中地址類型共五種，分別為基本服務組號BSSID、源地址SA、目標地址DA、發(fā)送地址TA和接收地址RA。序列控制SEQUENCECONTR01該域包括一個分段號和一個予序列號，用于標識一個MAC幀或者一個幀序列的片斷幀。利用該段數(shù)據(jù)可以重組一組片斷幀或者用于過濾接收到的重復幀。幀體FRAMEBODY載有傳輸?shù)腖LC數(shù)據(jù)幀校驗序列FCSMAC利用32位循刊幾余碼CRC對整個幀進行校驗。第二章IEEE80211濟議的舟絹2432MAC的主要幀類型MAC幀分為三個大類控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀，如圖21L。數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送LLC的數(shù)據(jù)，管理幀用于同步、認證、登錄等管理功能，控制幀則用于維護幀序列的正常交換。進一步細分的話，MAC共有25種幀，每一種幀都有自己所需的域，限于篇幅，不對每一種幀進行詳細介紹?？刂茙琑TS管理幀匝正丑三臣工丑蔓工蘭曲數(shù)據(jù)幀匿正丑三叵王囝蔓亞三二三1習RA接收地址T艇送蚰地J】S謝地址DAFF標地址BSSID水月H務紕峙圖211MAC幀的蘭種類獬2433MAC的幀交換序列MAC的數(shù)據(jù)傳輸采用幀序列交換的方式，比如一個數(shù)據(jù)幀DATA加一個ACK幀就組成一個幀交換序列。8021L協(xié)議規(guī)定了在競爭和無競爭時期所支持的幀交換序列，見下表。SEQUENCEFRAMESINUSAGESEQUENCEDATABCME1BROADCASTORMULTICASTMSDUMGMTBELBROADCASTMMPDURTSCTSFRAGACK一LASTACK2DIRECTEDMSDUORMMPDUPSP01LACK2DEFENEDPSPOLLRESUORTSEPSPOLLFFRAGACK一LASTACKIMMEDIATEPSPOLLRESPONSECDNTINUAJONOFCFP娟ETMISSINGACKOR【】CFEND2ORMORERMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARY墨三童竺塑堅竺塹塑SEQUENCEFRLLLLLESINUSAGESEQUENCEBEACONCFLBEACONDURINGCFPDATABCMCLBROADCASTORMULTICASTMSDUMZMTBCLOR2BROADCASTMMPDUMB,MTDIR一ACK2OR3DFLEETEDMMPDUDATADIRCFPO州CFACK一DATADIRCFACK2POLIANDACKSENTWITHMPDUS一CFRAEKNODALA1POLLOFSTAWITHEMPTYQUEUE，DATADIRCFPOLICFACK一CFACKNODATA2INSUFFICIENTTIMEFORQUEUEDMPDU，ORTOOTITTLETIMEREMAININGBEFOREADWELLOFMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARYTOSENDAQUEUEDFRAMECFPOLLNODATACFACK一DATADIR一2SEPARATEPOLLACKSENTWITHMPDUCFACKNODAI站CF110ILNODATACFACK一DATADLR一ACKPOLLEDSTASENDSTOSTAINBSSSEPARATEPOLL，STAQUEUEEMPTY，ORCFPOLLNODATACFACK一NTDTNODATA2INSUFFICIENTTIMEFORQUEUEDMPDUORTOOLITTLETIMEREMAININGBEFOREADWELLORMEDIUMOCCUPANCYBOUNDARYTOSENDAQUEUEDFRAMEDATADIRCFACK一ACK2ACKIFNOTCFPOLLABLEOFNOTDOLLCD表21802，】1協(xié)議規(guī)定的幀序列25無線局域網(wǎng)的物理層PHY80211標準提供了三種可選的物理層實現(xiàn)方式跳頻擴頻FHSS物理層、直接序列擴頻DSSS物理層和紅外線IR物理層。其中紅外線物理層在850到950NM波段進行調(diào)制，主要用于小型設備和低速應用。而跳頻和直接序列擴頻使用ISM開放頻段載波頻率為24GHZ。第章IEEE802L1協(xié)議的介紹251物理層結(jié)構(gòu)物理層包括三個功能實體參見圖25物理層管理模塊PHYSICALLAYERMANAGEMENTPLME與MAC層管理實體MLME相連，通過MLME和PLME之間的服務訪問點SAP傳輸管理數(shù)據(jù)，為物理層提供管理功能。物理匯聚子層PHYSICALLAYERCONVERGENCEPROCEDUREPLCP完成MAC單元MSDU向PLCP協(xié)議單元的映射過程。MAC和PLCP通過物理層的服務訪問點進行原語通信，PLCP對MSDU附加前導碼與幀頭，幀頭包含了物理層發(fā)送和接收所需的信息，PLCP處理后的幀稱為PLCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元PPDU，MSDU的單元承載于PPDU中的PSDU域。物理依賴子層PHYSICALMEDIUMDEPENDENTPMD在PLCP的下方，定義了兩點之間通過無線媒質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的方法。對于無線介質(zhì)來說，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要進行調(diào)制與解調(diào)，PMD正是用來完成這部分的功能。PLCP與PMD之間通過原語通信，PLCP控制著PMD的發(fā)送與接收。252物理層的載波偵聽與信道評估功能8021I標準規(guī)定了PLCP的主狀態(tài)機結(jié)構(gòu)圖212。圖212PLCP的主狀態(tài)機狀態(tài)機分為三個狀態(tài)，載波偵聽信道評估CSCCA、發(fā)送TRANSMIT和接收RECEIVE。一般情況下，狀態(tài)機處于CSICCA狀態(tài)，在該狀態(tài)時PLCP通過PMD檢查媒質(zhì)狀態(tài)來執(zhí)行物理層的載波偵聽功能。PLCP持續(xù)地對媒質(zhì)進行監(jiān)聽，當媒質(zhì)忙時，PLCP設法定位PPDU的前導碼與幀頭，同步接收機并獲得接收信號的傳“旺第二章IEEES021L悱議的介紹輸速率，然后狀態(tài)機轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，完成PSDU的接收。同樣，如果PLCP接收到MAC發(fā)送數(shù)據(jù)的指令，主狀態(tài)機轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，完成MSDU向PPDU的映射和發(fā)送工作。物理層使用信道評估CCA，CLEARCHANNELASSESSMENT來測定無線介質(zhì)是否繁忙，并通過原語向MAC報告媒質(zhì)狀態(tài)，MAC層利用物理層的報告完成自己的虛擬載波偵聽。物理層提供了幾種信道評估的模式1PMD測量介質(zhì)的能量是否超過門限值。2PMD探測介質(zhì)上是否有DSSS信號。3PMD檢測介質(zhì)上的DSSS信號能量是否超過門限值。雖然80211協(xié)議提供了三種可選的物理層，但在具體應用時，物理層的選擇應該取決于實際的應用要求，采用三種方案中的一種來實現(xiàn)系統(tǒng)。由于我們的系統(tǒng)使用直接序列的擴頻方式，所以下面介紹一下直接序列擴頻DSSS的物理層規(guī)范。253直接序列擴頻DSSS物理層在8021L仂、議中定義的直接序列擴頻物理層采用DBPSK和DQPSK調(diào)制方式，支持1MBITS和2MBITS的通信速率。1999年發(fā)布的8021LB協(xié)議23擴展了80211標準中關(guān)于直接序列擴頻的調(diào)制方式，采用了8碼片CHIP的CCK調(diào)制方案支持55MBITS和11MBITS的高速數(shù)據(jù)傳輸，這一模式也被稱為高速直接序列擴頻。2531直接序列擴頻的物理匯聚子層PLCP為了滿足不同傳輸模式的需要，8021LB協(xié)議定義了兩種PPDU的幀結(jié)構(gòu)長PPDU和短PPDU。短PPDU只用在高速直接序列擴頻的模式下，用來提高網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)吞吐量。長PPDU幀結(jié)構(gòu)圖213是8021LB中長PPDU的幀結(jié)構(gòu)示意圖，其前導碼與幀頭與80211的規(guī)定相同，只在PSDU的傳輸中多支持了55MBITS和11MBITS兩種速率。幀結(jié)構(gòu)的具體說明如下同步域SYNC該域由128位1經(jīng)擾碼產(chǎn)生，該域提供接收機完成同步的數(shù)據(jù)。第二章1EEES021T枕C泌的介紹幀定界符SFD該域為固定值XF3A0，指示幀頭域的開始。信號域SIGNAL該域表示PSDU的傳輸速率。該域的數(shù)值等于數(shù)據(jù)率除以100KBITS。ZDQPSK5,5OFLLMBIFFS圖213LONGPPDD幀締構(gòu)服務域SERVICE用3個BIT作為高速擴展，分別為時鐘鎖定比特，調(diào)制選擇比特和長度擴展比特，其它比特保留。長度域LENGTH該域值是一個無符號的16位整數(shù)，表示發(fā)送MPDU所需的微秒數(shù)。幀頭差錯校驗FEC采用16位CRC算法完成PPDU幀頭的校驗。PSDU該域用于傳輸MSDU數(shù)據(jù)，它的大小可以從0至最大尺寸，最大尺寸由銷理實體PLME提供的AMPDUMAXLENGTH參數(shù)確定。長PPDU的前導碼和幀頭采用DBPSK調(diào)制1MBIFFS的傳輸速率，而PSDU可以采用1MBITS、2MBITSDQPSK調(diào)制、55MBITSCCK調(diào)制或1IMBITSCCK調(diào)制的速率傳輸。短PPDU幀結(jié)構(gòu)圖214是短PPDU的幀結(jié)構(gòu)示意圖，使用短PPDU是為了減小前導碼和幀頭的負荷，以提高網(wǎng)絡的吞吐率。幀結(jié)構(gòu)的具體說明如下同步域SYNC該域由56位0經(jīng)擾碼組成，該域使接收機完成必要的同步。幀定界符SFD該域值為X05CF，是長PPDU中該域值的取反，以指示幀頭開始。第二章IEEE80211池議的介紹信號域SIGNAL該域表示PSDU的調(diào)制方法。該域的數(shù)值等于數(shù)據(jù)率除以100KBITSS，短PPDU的PSDU只支持2MBITS，55MBITS和11MBITS三種傳輸速率。SCRAMBLEDZEROS圖214SHORTPPDU的幀結(jié)構(gòu)短PPDU其它城的定義與長PPDU相同，短PPDU的前導碼采用DBPSK調(diào)制，LMBITS的傳輸速棗，幀頭采用DQPSK調(diào)制，2MBITS速率傳輸，而PSDU部分可以采用2MBITSDQPSK調(diào)制、55MBITSCCK調(diào)制或11MBIFFSCCK調(diào)制的速率傳輸。2532直接序列擴頻的物理依賴予層PMD直接序列擴頻的PMD使用DPSK和CCK兩種調(diào)制方式，其中LMBI“S的傳輸使用擴頻DBPSK調(diào)制方式，2MBITS的傳輸使用擴頻的DQPSK調(diào)制方式，55MBITS和11MBIFFS使用了CCK調(diào)制方式。相移鍵控PSK通過改變載波的相位信息來表示傳輸?shù)男盘枺?0211協(xié)議中使用11個碼片的PN序列對DPSK調(diào)制結(jié)果進行擴頻。擴頻技術(shù)是無線通信里一種常用的技術(shù)，廣泛運用于CDMA等許多通信方式中。擴頻系統(tǒng)使用PNPSEUDONOISE碼來擴展信號的頻帶，提高接收信號的增益。無線局域網(wǎng)與CDMA使用擴頻的方式有所不同，在無線局域網(wǎng)中，所有的站點使用相同的PNPSEUDONOISE碼，并固定為一個11CHIP的BARKER序列1，1，1，1，一】，1，L，】，1，】，。1。葺【一章眶E黜02。TT銣泌啦介寶FJ補碼鍵控CCK可以用來調(diào)制55MB“S和11MBIDS的傳輸數(shù)據(jù)。在CCK的調(diào)制方式下，擴頻碼的長度為8，CCK的調(diào)制公式如下C婦7PP2仇禮、EJP磯吼，霉79吼仙，一。9吼，君。992竹，E79竹，一E79N，E。9無論是使用擴頻DPSK調(diào)制還是CCK調(diào)制，調(diào)制后的碼片速率都是ILMCHIPS，關(guān)于DPSK調(diào)制和CCK調(diào)翻在第五章中還會詳細介紹。本章簡單介紹了80211和80211B的協(xié)議內(nèi)容，限于篇幅，只介紹了協(xié)議中與本文內(nèi)容關(guān)系較密切的部分，關(guān)于802LL無線局域網(wǎng)的細節(jié)，可以參闋IEEE的相關(guān)標準。第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設計第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設計31MAC層的系統(tǒng)架構(gòu)媒質(zhì)訪問控制子層MAC主要為邏輯鏈路子層提供數(shù)據(jù)服務，并同時完成載波偵聽，沖突避免CSMACA、數(shù)據(jù)加密與驗證WEP、系統(tǒng)同步以及節(jié)能管理等一系列工作，MAC的整體功能較為復雜。對于一個復雜的數(shù)字芯片實現(xiàn)而言，常用的實現(xiàn)方式有三種1采用全邏輯電路實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能都采用硬件電路來實現(xiàn)。采用這種方式，系統(tǒng)的效率可以做到最優(yōu)，但整個設計的靈活性較差，任何功能上的改動都需要重新進行RTL設計、綜合、布線等整套設計流程，系統(tǒng)的設計難度很大。2采用嵌入式芯片加邏輯電路的實王見系統(tǒng)采用固件與硬件協(xié)同工作的方法，相比于第一種方法，設計的靈活性得到了提高，并且電路的設計復雜度也大大降低，減少了電路面積。3采用全軟件實現(xiàn)使用嵌入式芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)的全部功能，該方式是最靈活的一種實現(xiàn)方式，但是由于軟件的處理速度遠氐于硬件，所以采用該方法實現(xiàn)的系統(tǒng)其運行效率較低。對于802。LL的MAC而言，整個系統(tǒng)韻功能較為復雜，采用全硬件的方式，設計難度大，并且靈活性很差，不利于系統(tǒng)功能的升級。采用全軟件的方式，處理效率很低，不能支持高速率的傳輸要求。所以我FJ選用第二種方式，也就是匿件掘硬件的方法來實現(xiàn)整個系統(tǒng)，對于系統(tǒng)中速度要求較高的模塊采用硬件實現(xiàn)，對于功能復雜但對速度要求不高的模塊使用固件來完成。這樣既保證了處理數(shù)據(jù)的效率又具有很好的靈活性，有利于系統(tǒng)功能的擴展與升級。311MAC層的軟硬件劃分由于使用固件與硬件協(xié)同工作來實現(xiàn)整個MAC系統(tǒng)，在進行系統(tǒng)的具體設計前，首先需要進行軟硬件的功能劃分。第三章蝶質(zhì)訪問控制MAC屢的系統(tǒng)設計FUNCTIONSAFTERPARTITIONINGHWSWHCIDEVICESPCIORPCMCIAHCLTHEDRIVERSFOREACHKINDOFHCIDEVICESCARRIEPSENSEJMACLEVELACKDCFACCESSPROCESSPCFACCESSPROCESSJCSMAMACFRARNEFORMATIONDCF，CAMACFRARTQEEXTRACTIONJFRAMEEXCHANGESEQUENCEJPCFSYNCHRONIZAIIONPOWERSAVEOPERATIONMCCACSINTERFACCADATA0CASSOCIATIONMACREASSOCIA“ONSERVICEDISASSOEIATIONPRIVACYWEPMECHANISMWITHRE4ALGORITHMAUTHENTICATIONJDEAUTHANTICATIONMPDUMACHCADERPROCESSPROEEGSPCSJINTERFACEWITHPHYLAYERREGISTERFILEMLMEMACLAYERMANAGEMENTSECURI“WEPENGINEWITHRE4ALGORITHMI表31MAC系統(tǒng)的軟硬件劃分MAC所需要完成的工作種類很多，主要的功能包括1幀服務將LLC的數(shù)據(jù)包劃分成MPDU序列根據(jù)不同的幀類型構(gòu)造或提取幀頭信息完成MPDU的FCS校驗在加密的傳輸過程中，完成對數(shù)據(jù)包的WEP加密和解密2幀序列服務MAC是通過幀序列交換來實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)通信服務和管理服務。第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設計在IEEE80211協(xié)議中定義了17種不同的幀交換序列FRAMEEXCHANGESEQUENCE，關(guān)于幀序列可參見2433。3管理功能子層完成登錄ASSOCIATION、認證AUTHENTICATION等網(wǎng)絡管理和操作4網(wǎng)絡協(xié)調(diào)功能、同步功能和功耗管理功能表31是整個系統(tǒng)的軟硬件劃分結(jié)果，其中除了實現(xiàn)協(xié)議規(guī)定的MAC功能以外，還提供了兩個接口。一個是HCI接口，用來將MAC系統(tǒng)與主機相連，該接口可以采用PCI或者PCMCIA總線形式，并且需要為系統(tǒng)提供專門的驅(qū)動程序。另個是與物理層的通信接口，由于物理層使用全定制實現(xiàn)，所以需要一個硬件接口完成MAC與物理層數(shù)據(jù)的同步傳輸。從表31中可以看到，我們使用硬件電路實現(xiàn)MAC的幀序列交換功能，以提高整個系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率，實際上，如何實現(xiàn)幀序列的交換也是我們軟硬件劃分的一個重要依據(jù)。對于速率要求較高的功能如WEP加密，系統(tǒng)中使用硬件來實現(xiàn)，對于功能復雜但速度要求不高的功能。比如LLC數(shù)據(jù)包的分劃FRAGMENT、節(jié)能管理、網(wǎng)絡管理等，采用軟件來實現(xiàn)。312MAC層系統(tǒng)架構(gòu)圖31是MAC系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)，在系統(tǒng)中使用了兩條總線，一條作為MCU的數(shù)據(jù)指令通道，另一條作為設計的硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道56。我們選用IBM的MICROBLAZETM作為系統(tǒng)的嵌入式芯片1718，該芯片是一個RISC架構(gòu)的軟核SOFTCORE，使用32位總線、HAVARD結(jié)構(gòu)，采用在POWERPC系列中使用的CORECONNECT技術(shù)93、OPB總線結(jié)構(gòu)10，可內(nèi)嵌入XILINX公司的VINEX2系列FPGA。下面簡單介紹一下系統(tǒng)中所涉及的硬件模塊，這些模塊的功能與硬件實現(xiàn)將在第四章中詳細介紹。MCU內(nèi)嵌的處理器，目前采用MICMBLAZE固件FIRMWARE由外部存儲器與片內(nèi)存儲器組成，存放系統(tǒng)固件中斷控制器MCU中斷處理單元UART接口串行輸出接口，用于調(diào)試時對MCU的監(jiān)控HCI接口PCI或者PCMCIA總線接口OPB總線MICROBLAZE芯片的總線第三章媒質(zhì)訪問控制MAC層的系統(tǒng)設計本地總線LOCALBUSMAC硬件系統(tǒng)的總線，各個硬件模塊訪問交換內(nèi)存的數(shù)據(jù)通道。總線接口BUSINTERFACE完成OPB總線與本地總線標準的轉(zhuǎn)換，是固件與硬件進行數(shù)據(jù)交互的通路。交換內(nèi)存EXCHANGEMEMORY片內(nèi)存儲器，用于緩存數(shù)據(jù)寄存器堆REGISTERFILE寄存器組，用于軟件對硬件系統(tǒng)的監(jiān)控流控制器TRAFFICCONTROLLERMAC硬件系統(tǒng)的主控模塊，完成網(wǎng)絡協(xié)調(diào)、虛擬載波偵聽以及幀序列交換控制的功能。發(fā)送引擎TXENGINE與物理層的接口，向物理層發(fā)送數(shù)據(jù)接收引擎RXENGINE與物理層的接口，接收物理層數(shù)據(jù)WEP引擎WEPENGINE加密引擎，完成WEP加密算法本地總線監(jiān)控器TRACER用于調(diào)試的模塊，監(jiān)控本地總線的行為圖31MAC層韻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本節(jié)的最后，我們以數(shù)據(jù)發(fā)送為例，介紹一下MAC系統(tǒng)工作的過程。當LLC要求發(fā)送個數(shù)據(jù)包時，如果LLC包過長，MAC的軟件首先完成對數(shù)據(jù)包的劃分，劃分將會產(chǎn)生一組片斷幀F(xiàn)RAGMENT。軟件對每個片斷幀添加MAC幀頭形成MPDU并通過總線接口BUSINTERFACE將MPDU緩存在交換內(nèi)存中如果數(shù)據(jù)需要加密，第三章媒質(zhì)訪糊控制MAC屢的系統(tǒng)設計軟件會激活WEP弓1擎完成對MPDU的加密，并通知流控制器TRAFFICCO