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2011/10/16

ch6 結論 wireless lan 802.11

第六章、結論

前面各章節說明了無線網路的概念以及無線網路實驗平台的架設方法與過程。欲架設這樣的一個無線網路的實驗平台,除了必須對無線網路卡驅動程式有一定程度的瞭解之外,作業系統的架構也是一個很重要的部份。

對於實驗平台之作業系統的選擇,必須在乎其可取用性、普遍性與實用性,如此一來,研究實驗才可能與實際上的使用結合在一起。Linux作業系統目前正被廣泛的使用在網際網路的機台上。由於其由發展初期至今,經過世界各地無數菁英競相投入,已成為世界公認極為實用、穩定的作業系統。而它的程式碼完全公開,使得使用者可以很容易的對系統加以修改,各是十分具有學術上的研究價值。當然,在這樣環境下建構出來的實驗平台,將使我們可以對整個系統掌握更多的控制權,這對於無線網路上實驗的範圍與方式,也相對的更具彈性。

application的效能測量的觀點來看,由driver層次對整個封包的傳輸與接送的情形進行監控,不僅可比由Application層來觀察更為仔細,也更為詳盡。對於原本不能在Application層控制或觀察的現象,我們也可以在較低階的driver layer中作更進一步的測量與評估。

我們最後由實驗證明,利用這樣的實驗平台可以幫助我們去驗證在無線網路上,許多通訊協定與演算法的實際效能與表現。我們可以藉由這樣的平台去評估修正一通訊協定的部份參數,其性能表現會改變如何;同時,對於其他新的構想的演算法,在這實驗平台上,也提供我們一個實作的好環境。

在未來繼續的研究中,除了可以將更多的實驗用於此實驗平台外,我們還可以在監測控制中繼續作深度和廣度的延伸;除了可以對更多的統計數據作更多的記錄外,也可以嘗試將整個實驗平台的操作介面再更加人性化,讓測試者可以更輕鬆地使用這個實驗平台;同時整個實驗平台在不同作業系統下的移植,也是一個很好的繼續發展目標。

2011/10/15

ch5 實作與測試 wireless lan 802.11

第五章、實作與測試

第一節、multihop

ad hoc的網路架構下,任兩台mobile若在彼此的通訊範圍中,則兩台mobile可直接互相通訊。目前一台使用無線網路卡的mobile的傳輸距離大約有兩百公尺,但限於地理位置以及各種地形的障礙和其他元件的干擾,真正的傳輸距離往往僅僅有幾十公尺。在這樣短距的傳輸範圍中,兩台mobile很可能因為相距太遠而無法直接通訊。此時若是能利用moltilhop的觀念在兩台相對遠距的mobile中,尋找另一個mobile當作轉傳的收發站,則可用接力的方式,來達成兩台mobile的通訊。

第二節、程式實作

在我們所使用的無線網路卡中,因為主要是使用在有基礎架構之無線區域網路(infrastructure Wireless LAN)上,所以其驅動程式僅採singlehop的方式作資料的傳輸,在這樣的情況下,mobile並不會自動轉傳所收到的封包。另外的一個問題是,驅動程式會要求硬體過濾MAC address不屬於自己的封包,所以能到達軟體控制層的封包,不是屬於本機的,就是廣播式的封包,所以那些收送不屬於自己的封包,會在硬體層就被攔截下而停止往上傳送,根本也沒有辦法加以處理。因此,若是要實測multihop的情形,我們必須針對這兩個性質加以改變。我們首先在驅動程式中,找出有關封包收送模式的function,並將期收送模式的旗標改為promise的方式。接著我們嘗試將由硬體送來的封包再轉傳一次,利用驅動程式中傳送與接收資料的函式的功能,並改變資料在buffer中的位置使得我們可以在接收封包後立刻再把封包傳送出去,利用此一方式,我們可以讓修改過的mobile當作轉傳的收發站。

第三節、實際環境測試

我們首先需要三台電腦,兩台作為遠距的傳輸,另一台則是用來作為轉傳的收發站。我們把接收的資料mobile稱為DM。把傳送的資料的mobile稱為SM,而修改過驅動程式的轉傳收發站則稱之HM。實驗步驟如下

l 確定三者可以互相直接通訊(telnet)

l DM放置在一固定點,移動SM,並持續的傳送資料給DM(利用Ping or Telnet),直到兩者距離超過通訊範圍而無法通訊為止。

l 利用同樣的方式找出HMDM的通訊範圍。

l HM放置在DM可通訊範圍的距離。

l SM放置在DM無法通訊的範圍。

l 確定在這樣的位置下HMSM可以互相通訊。

l 測試DMSM可利用HM轉傳來互相通訊嗎?

經過實際在資訊科學系系館三樓的測試,我們將DM放置在多媒體實驗室中,移動SM,發現大約到了三樓的樓梯口時,SMDM就無法互相通訊。HMDM的通訊距離相同。於是我們把HM放置在三樓的樓梯口附近,然後把SM放在系館四樓的樓梯口附近;此時SMDM已無法互相通訊,而DMHM之間,以及HMSM之間,仍可以保持資料的傳輸。接下來開始由SM傳輸資料給DM,並觀察DM所收到的封包記錄。經過幾次實驗的結果,我們發現DM經過HM的轉傳,可以成功的收到SM送來的封包,不過在傳輸速度上,以及封包重送率上,利用轉傳的方式,其效能都有明顯的下降。我們認為這是很正常的現象,因為在無線通訊中,無線傳輸的過程本來就是資料發生錯誤的危險地帶,經過multilhop之後,利用無線傳輸的次數增加了,自然也提高資料錯誤的可能性。所以在mutilhop的通訊中,整個資料傳輸的正確率降低,應該是可預期的現象。

ch2無線區域網路概念wireless lan 802.11

第二章、無線區域網路概念

1985年,美國聯邦通訊委員會(FCCFederal Communications Commission)決定開放三個ISM頻帶(Industrial Scientific Medical bands),即902~928MHz2.4~2.483GHz5.725~5.875GHz等三個頻帶。此一動作不僅滿足了當時對通訊頻帶日益增加的需求,對於無線網路發展更有著重要的影響。到了90年代初,使用ISM頻帶的通訊產品紛紛出現在市場上,為了使各種競爭的產品之間能夠互通,標準的制訂就成了重要的工作,而後便有IEEE 802.11無線區域網路(wireless LAN)的標準產生。

第一節、IEEE 802.11標準

IEEE 802.11主要的目的是要制訂一套適合在無線網路環境下作業的通訊協定,最重要的工作,就是要制訂出MAC層(Media access control sublayer

和實體層。因此IEEE 802.11的參考模式主要分成三個部份;第一部份定義適用於所有無線網路系統的MAC規格;第二部份制訂和傳輸媒介相關的PHY規格;第三部份則是說明power saving functionality的部份。

為了要達到無線網路的透明化,無線區域網路希望做到在邏輯鍵結層(LLC)就能和別的網路相通,這使得無線區域網路必須將處理移動性收發站及保持資料傳輸可靠性的能力全部做在MAC層中,這和傳統有線網路在MAC所需具有的功能是不同的。此外,針對三種不同的ISM頻帶,也都有不同的PHY規格。

IEEE 802.11無線網路的主要特性如下:

u 傳輸速率最低為1Mbps

u 傳輸媒介為無線電波。

u 通訊協定為CSMA/CA,提供優先權服務。

u 訊框為IEEE 802.11 CSMA/CA訊框。

u 提供保證傳送延遲服務。如果同時有兩個或兩個以上的工作站同時傳送訊框,則會發生衝撞並將訊框視為無效且丟棄。而使用CSMA/CA可避免大部份不必要的衝撞,因此可提供保證傳送延遲的服務。

u 頻寬使用不保證公平。每個工作站實際使用的頻寬量可能不同。

u 較不適合多媒體資訊傳輸。雖然提供保證傳送延遲服務,但1~2Mbps尚不足以應付具有及時要求的多媒體資訊。

第二節、無線區域硬體網路架構

IEEE 802.11中,制訂了兩種不同類型的無線區域網路架構:

² 有基礎架構之無線區域網路(infrastructure Wireless LAN

² 無基礎架構之無線區域網路(Ad Hoc Wireless LAN

所謂的基礎架構通常指的mobile可經過Singlehop聯繫上一個現存的有線網路。在這種網路中,mobile經過Singlehop所連結上的有線網路的特殊節點,稱作access points(簡稱AP)。AP的功能就是要將一個或多個的無線區域網路和現存的有線網路分散系統相連結,以提供某個無線區域網路中的收發站,能和遠距離另一個無線區域網路的收發站通訊。另一方也促使無線區域網路中的收發站,能擷取有線分散是系統中的網路資源。這一類的無線網路通訊範圍,通常是以同一棟建築物出現,例如:商店、醫院,或是同一層樓。

無基礎架構的無線網路主要是要提供不限量的用戶,能及時架設起無線通信網路。在這種網路架構中,通常任兩個用戶間都可以直接通訊,這一類的無線網路架構在會議室、戰場或山區經常用的上。IEEE 802.11所制訂的架構允許Infrastructure Wireless LANAd Hoc Wireless LAN使用同一套基本擷取協定。不過,應用上還是以Infrastructure Wireless LAN居多。

第三節、無線區域網路軟體架構

軟體架構主要可分為收發站軟體與分散式系統軟體二部份。IEEE 802.11的標準中並沒有規定應如何實作軟體架構,而僅是彈性的規定軟體架構應符合哪些功能才能滿足整個系統的需求。

收發站服務由收發站所提供,主要是要求收發站具備正確收送資料的能力,另外也考慮到傳送資料的安全性:

² 身份確認服務(Authentication

² 隱密性服務(Privacy

分散式系統服務則由分散式系統所提供。此類服務要求MAC封包可以在所有與分散式系統連結的無線網路間正確的傳送。這也就是說,只要是在整個擴展無線網路區域中,不論收發站如何移動,都應該要能正確的傳輸與接受其本身的資料。分散式系統服務大部份是由AP來呼叫使用,因此AP也扮演著工作站與分散式系統間的橋樑。其提供五種服務

² 連結服務 (Association)

² 取消連結服務 (Disassociation)

² 分送服務 (Distribution)

² 整合服務 (Integration)

² 重連結服務(Reassociation

ch4無線網路驅動程式

第四章、無線網路驅動程式

第一節、函式的分類與簡介

整個驅動程式大致上可以分成十一類。

l 硬體configuration函式類

l configuration相關函式類

l I82593晶片控制函式類

l 發訊卡管理函式類

l 中斷處理函式類

l 接收封包函式類

l 傳送封包函式類

l 雜項函式類

l 除錯與秀訊息函式類

l 模組函式類

其主要功能如下

雜項類

包含禁止中斷、回復中斷、資料結構類型檢查等

發訊卡管理類

包含對發訊卡暫存器(HACR)的讀寫,對參數儲存區(PSA)的讀寫,對發訊卡控制器(MMC)的讀寫,對頻率延伸記憶體的讀寫(FEE)等

i83593晶片控制類

包含送命令到i82593晶片,對晶片configuration,以及對晶片buffer的處理

訊息與除錯類

顧名思義就是用來秀出各種訊息及除錯的函式。

接收封包類

包含封包的接收與檢查及相關的資料讀取等。

傳送封包類

將上層送下來的封包處理後送出去

硬體設定類

包含晶片設定,各硬體資料的初始化,硬體的啟動等等。

中斷處理函式類

包含對各中斷事件的判斷與各種處理,以及對時間的監視。

模組函式類

包含模組的初使啟動以及清除等。

第二節、無線網路卡CONFIGURATION PROCESS

(1) Card Insert PCMCIA socket

(2) cardmgr/ect/pcmcia/config檔讀取Card的名字。

(3) cardmgr動態地載入object file of the driver

(4) kernel執行ini_model()。向Card ServiceRegister這個driver

(5) cardmgr call DS_BIND_REQUEST ioctl

(6) Driver Services檢查DS_BIND_REQUEST是否和其dev_info

同。若是,呼叫drivers attach()。(在Wavelan Driver中即wavelan_attach()

------------------- Registration階段完成 ------------------

(7) event of card insertionsocket layer產生。

(8) event_hander()被呼叫。

(9) event_heaner()呼叫derivers config()。(在Wavelan Driver中即wavelan_config()

(10)drivers config()進行一連串的configuration工作。

------------------- Configuration階段完成 -----------------

第三節、對驅動程式的處理

我們曾經參考一個類似的文件,它的目的大致上也是建立一個可供研究的無線網路環境。不過與我們不同的是這個份文件所建立的驅動程式並沒有支援上層網路的應用程式,也就是說,雖然有網路可以聯通,但其程式已經沒有網路的功能,整個驅動程式並不是屬於net device driver而是傾向character device driver。對於我們來說,我們希望不但能夠建立一個可供研究的實驗平台外,也希望能儘量保持其原有的網路功能。因此,基本上我們儘可能保持原來驅動程式的完整,而主要的處理部份則是把焦點放在資料封包的傳送以及接收這兩大類的函式。因為只要在封包由下往上傳遞的過程中,我們可以將之攔截起來並加以處理,那就相當於在整個通訊網路層中插入一個我們想要處理或加工的平台介面,則所有我們想要作的實驗與測量,都可以透過此一介面對之進行測試。