無線局域網(wǎng)技術(shù)概述

1、無線局域網(wǎng)技術(shù)概述    摘要：本文論述了近年來發(fā)展迅速的無線局域網(wǎng)技術(shù)，并通過實(shí)際工程案例，介紹了相關(guān)的知識(shí)。前 言 在這個(gè)“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的時(shí)代，伴隨著有線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，以快捷高效，組網(wǎng)靈活為優(yōu)勢(shì)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在飛速發(fā)展。無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，無線局域網(wǎng)利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化、個(gè)性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。通俗地說，無線局域網(wǎng)（Wireless local-area network，WLAN）就是在不采用傳統(tǒng)纜線的

2、同時(shí)，提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。 通常計(jì)算機(jī)組網(wǎng)的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜，構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場(chǎng)合要受到布線的限制：布線、改線工程量大；線路容易損壞；網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)不可移動(dòng)。特別是當(dāng)要把相離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)連接起來時(shí)，敷設(shè)專用通信線路的布線施工難度大、費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng),對(duì)正在迅速擴(kuò)大的聯(lián)網(wǎng)需求形成了嚴(yán)重的瓶頸阻塞。無線局域網(wǎng)就是解決有線網(wǎng)絡(luò)以上問題而出現(xiàn)的。 無線局域網(wǎng)的歷史說到無線網(wǎng)絡(luò)的歷史起源，可能比各位想像的還要早。無線網(wǎng)絡(luò)的初步應(yīng)用，可以追溯到五十年前的第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)美國(guó)陸軍采用無線電信號(hào)做資料的傳輸。他們研發(fā)出了一套無線電傳輸科技，并且采用相當(dāng)

3、高強(qiáng)度的加密技術(shù)。當(dāng)初美軍和盟軍都廣泛使用這項(xiàng)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)讓許多學(xué)者得到了靈感，在1971年時(shí)，夏威夷大學(xué)（University of Hawaii）的研究員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)，這被稱作ALOHNET的網(wǎng)絡(luò)，可以算是相當(dāng)早期的無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）。這最早的WLAN包括了7臺(tái)計(jì)算機(jī)，它們采用雙向星型拓?fù)洌╞i-directional star topology）,橫跨四座夏威夷的島嶼，中心計(jì)算機(jī)放置在瓦胡島（Oahu Island）上。從這時(shí)開始，無線網(wǎng)絡(luò)可說是正式誕生了。 雖然目前幾乎所有的局域網(wǎng)絡(luò)（LA

4、N）都仍舊是有線的架構(gòu)，不過近年來無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用卻日漸增加，主要應(yīng)用在學(xué)術(shù)界（像是大學(xué)校園）、醫(yī)療界、制造業(yè)和倉儲(chǔ)業(yè)等，而且相關(guān)的技術(shù)也一直在進(jìn)步，對(duì)企業(yè)而言要轉(zhuǎn)換到無線網(wǎng)絡(luò)也更加容易、更加便宜了。 無線局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn) 無線局域網(wǎng)利用電磁波在空氣中發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而無需線纜介質(zhì)。無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到11Mbps，傳輸距離可遠(yuǎn)至20km以上。它是對(duì)有線聯(lián)網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展，使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動(dòng)性，能快速方便地解決使用有線方式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通問題。 1.無線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 安裝便捷一般在網(wǎng)

5、絡(luò)建設(shè)中，施工周期最長(zhǎng)、對(duì)周邊環(huán)境影響最大的，就是網(wǎng)絡(luò)布線施工工程。在施工過程中，往往需要破墻掘地、穿線架管。而無線局域網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)就是免去或減少了網(wǎng)絡(luò)布線的工作量，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP(Access Point)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。 使用靈活 在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。而一旦無線局域網(wǎng)建成后，在無線網(wǎng)的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要，這就往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

6、展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃，又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造,而無線局域網(wǎng)可以避免或減少以上情況的發(fā)生。易于擴(kuò)展 無線局域網(wǎng)有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣，無線局域網(wǎng)就能勝任從只有幾個(gè)用戶的小型局域網(wǎng)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供像“漫游(Roaming)”等有線網(wǎng)絡(luò)無法提供的特性。由于無線局域網(wǎng)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展十分迅速。在最近幾年里，無線局域網(wǎng)已經(jīng)在醫(yī)院、商店、工廠和學(xué)校等不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。 2無線局域網(wǎng)的相關(guān)技術(shù) 1). IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11是在1997年由大量的局域網(wǎng)以及

7、計(jì)算機(jī)專家審定通過的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11規(guī)定了無線局域網(wǎng)在2.4GHz波段進(jìn)行操作，這一波段被全球無線電法規(guī)實(shí)體定義為擴(kuò)頻使用波段。 1999年8月，802.11標(biāo)準(zhǔn)得到了進(jìn)一步的完善和修訂，包括用一個(gè)基于SNMP的MIB來取代原來基于OSI協(xié)議的MIB。另外還增加了兩項(xiàng)內(nèi)容，一是802.11a，它擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，頻帶為5GHz，采用QFSK調(diào)制方式，傳輸速率為6Mb/s54Mb/s。它采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)，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，并支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。這樣的速率完全能滿足室內(nèi)、室外的各

8、種應(yīng)用場(chǎng)合。但是，采用該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品目前還沒有進(jìn)入市場(chǎng)。另一種是802.11b標(biāo)準(zhǔn)，在2.4GHz頻帶，采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)和補(bǔ)償編碼鍵控(CCK)調(diào)制方式。該標(biāo)準(zhǔn)可提供11Mb/s的數(shù)據(jù)速率，還能夠根據(jù)情況的變化，在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率之間自動(dòng)切換。它從根本上改變無線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)狀，擴(kuò)大了無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在，大多數(shù)廠商生產(chǎn)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品都基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)。 2). 無線局域網(wǎng)的相關(guān)概念 在一個(gè)典型的無線局域網(wǎng)環(huán)境中，有一些進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的

9、設(shè)備，稱為接入點(diǎn)(AP)。通常，一個(gè)AP能夠在幾十至上百米的范圍內(nèi)連接多個(gè)無線用戶。在同時(shí)具有有線和無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，AP可以通過標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet電纜與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，作為無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)。無線局域網(wǎng)的終端用戶可通過無線網(wǎng)卡等訪問網(wǎng)絡(luò)。 無線局域網(wǎng)在室外主要有以下幾種結(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型、多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型和混合型。  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型該類型常用于固定的要聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)位置之間，是無線聯(lián)網(wǎng)的常用方式，使用這種聯(lián)網(wǎng)方式建成的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高，受外界環(huán)境影響較小。  點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)型 該類型常用于有一個(gè)中心點(diǎn)，多個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)

10、的情況下。其最大優(yōu)點(diǎn)是組建網(wǎng)絡(luò)成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單；其次，由于中心使用了全向天線，設(shè)備調(diào)試相對(duì)容易。該種網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)也是因?yàn)槭褂昧巳蛱炀€，波束的全向擴(kuò)散使得功率大大衰減，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低，對(duì)于較遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)端點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性不能得到保證。  混合型 這種類 型適用于所建網(wǎng)絡(luò)中有遠(yuǎn)距離的點(diǎn)、近距離的點(diǎn)，還有建筑物或山脈阻擋的點(diǎn)。在組建這種網(wǎng)絡(luò)時(shí)，綜合使用上述幾種類型的網(wǎng)絡(luò)方式，對(duì)于遠(yuǎn)距離的點(diǎn)使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，近距離的多個(gè)點(diǎn)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式，有阻擋的點(diǎn)采用中繼方式。 無線局域網(wǎng)的室內(nèi)應(yīng)用則有以下兩類情況  獨(dú)立的無線局域網(wǎng) 這是

11、指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都使用無線通信的情形。在這種方式下可以使用AP，也可以不使用AP。在不使用AP時(shí)，各個(gè)用戶之間通過無線直接互聯(lián)。但缺點(diǎn)是各用戶之間的通信距離較近，且當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，性能較差。  非獨(dú)立的無線局域網(wǎng)在大多數(shù)情況下，無線通信是作為有線通信的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展。我們把這種情況稱為非獨(dú)立的無線局域網(wǎng)。在這種配置下，多個(gè)AP通過線纜連接在有線網(wǎng)絡(luò)上，以使無線用戶即能夠訪問網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分。 其他相關(guān)概念  微單元和無線漫游無線電波在傳播過程中會(huì)不斷衰減，導(dǎo)致AP的通訊范圍被限定在一定的范圍之內(nèi)，這個(gè)范圍被稱為微單元。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在多TAP，且它們的

12、微單元互相有一定范圍的重合時(shí)，無線用戶可以在整個(gè)無線局域網(wǎng)覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)，無線網(wǎng)卡能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)附近信號(hào)強(qiáng)度最大的AP，并通過這個(gè)AP收發(fā)數(shù)據(jù)，保持不間斷的網(wǎng)絡(luò)連接，這就稱為無線漫游。  擴(kuò)頻 大多數(shù)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品都使用了擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)原先是軍事通訊領(lǐng)域中使用的寬帶無線通信技術(shù)。使用擴(kuò)頻技術(shù)，能夠使數(shù)據(jù)在無線傳輸中完整可靠，并且確保同時(shí)在不同頻段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)互相干擾。  直序擴(kuò)頻所謂直接序列擴(kuò)頻，就是使用具有高碼率的擴(kuò)頻序列，在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來的信號(hào)。 

13、0;跳頻擴(kuò)頻跳頻技術(shù)與直序擴(kuò)頻技術(shù)完全不同，是另外一種擴(kuò)頻技術(shù)。跳頻的載頻受一個(gè)偽隨機(jī)碼的控制，在其工作帶寬范圍內(nèi)，其頻率按隨機(jī)規(guī)律不斷改變頻率。接收端的頻率也按隨機(jī)規(guī)律變化，并保持與發(fā)射端的變化規(guī)律一致。跳頻的高低直接反映跳頻系統(tǒng)的性能，跳頻越高，抗干擾的性能越好，軍用的跳頻系統(tǒng)可以達(dá)到每秒上萬跳。實(shí)際上移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)也是跳頻系統(tǒng)。出于成本的考慮，商用跳頻系統(tǒng)跳速都較慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因此低速無線局域網(wǎng)常常采用這種技術(shù)。無線局域網(wǎng)的應(yīng)用基于無線局域網(wǎng)具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，它可廣泛應(yīng)用于下列領(lǐng)域：1.接入網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)：電子郵件、文件傳輸和終端仿真。2.難以布線的

14、環(huán)境：老建筑、布線困難或昂貴的露天區(qū)域、城市建筑群、校園和工廠。 3.頻繁變化的環(huán)境：頻繁更換工作地點(diǎn)和改變位置的零售商、生產(chǎn)商，以及野外勘測(cè)、試驗(yàn)、軍事、公安和銀行等。 4.使用便攜式計(jì)算機(jī)等可移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行快速網(wǎng)絡(luò)連接。 5.用于遠(yuǎn)距離信息的傳輸：如在林區(qū)進(jìn)行火災(zāi)、病蟲害等信息的傳輸；公安交通管理部門進(jìn)行交通管理等。6.專門工程或高峰時(shí)間所需的暫時(shí)局域網(wǎng)：學(xué)校、商業(yè)展覽、建設(shè)地點(diǎn)等人員流動(dòng)較強(qiáng)的地方；利用無線局域網(wǎng)進(jìn)行信息的交流；零售商、空運(yùn)和航運(yùn)公司高峰時(shí)間所需的額外工作站等。 7.流動(dòng)工作者可得到信息的區(qū)域：需要在醫(yī)院、零售商店或辦公室區(qū)域流動(dòng)時(shí)得

15、到信息的醫(yī)生、護(hù)士、零售商、白領(lǐng)工作者。 8.辦公室和家庭辦公室（SOHO）用戶，以及需要方便快捷地安裝小型網(wǎng)絡(luò)的用戶。 無線局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)不同局域網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境與需求的不同，無線局域網(wǎng)可采取不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。常用的具體有如下幾種： 1、網(wǎng)橋連接型：不同的局域網(wǎng)之間互聯(lián)時(shí)，由于物理上的原因，若采取有線方式不方便，則可利用無線網(wǎng)橋的方式實(shí)現(xiàn)二者的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，無線網(wǎng)橋不僅提供二者之間的物理與數(shù)據(jù)鏈路層的連接，還為兩個(gè)網(wǎng)的用戶提供較高層的路由與協(xié)議轉(zhuǎn)換。 2、基站接入型：當(dāng)采用移動(dòng)蜂窩通信網(wǎng)接入方式組建無線局域網(wǎng)時(shí)，各站點(diǎn)之間的通信是通過基站接入、數(shù)據(jù)

16、交換方式來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的。各移動(dòng)站不僅可以通過交換中心自行組網(wǎng)，還可以通過廣域網(wǎng)與遠(yuǎn)地站點(diǎn)組建自己的工作網(wǎng)絡(luò)。 3、HUB接入型：利用無線Hub可以組建星型結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng)，具有與有線Hub組網(wǎng)方式相類似的優(yōu)點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的WLAN，可采用類似于交換型以太網(wǎng)的工作方式，要求Hub具有簡(jiǎn)單的網(wǎng)內(nèi)交換功能。 4、無中心結(jié)構(gòu)：要求網(wǎng)中任意兩個(gè)站點(diǎn)均可直接通信。此結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng)一般使用公用廣播信道，MAC層采用CSMA類型的多址接入?yún)f(xié)議。 無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站（AP）、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實(shí)現(xiàn)，其中以無線網(wǎng)卡最為普

17、遍，使用最多。無線局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，除了紅外傳輸技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、網(wǎng)同步技術(shù)外還有一些其他技術(shù)，如：調(diào)制技術(shù)、加解擾技術(shù)、無線分集接收技術(shù)、功率控制技術(shù)和節(jié)能技術(shù)。 無線局域網(wǎng)的具體實(shí)現(xiàn)筆者通過在實(shí)際工作中對(duì)無線局域網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)實(shí)現(xiàn)有過較為深刻的接觸。下面以廣州凱創(chuàng)公司（Enterasys Networks）的RoamAbout 802.11系列無線局域網(wǎng)設(shè)備對(duì)無線局域網(wǎng)的具體實(shí)現(xiàn)加以簡(jiǎn)單介紹： 1 RoamAbout802.11設(shè)備簡(jiǎn)介：Enterasys推出的RoamAbout無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，用于迅速、輕松和經(jīng)濟(jì)地建立無線LAN，它可以為用

18、戶提供類似以太網(wǎng)的可靠性能。RoamAbout 802.11系列產(chǎn)品由兩部分組成：全功能交換接入點(diǎn)和2.4GHz直接序列擴(kuò)頻無線以太網(wǎng)PC卡。前者可以通過無屏蔽雙絞線對(duì)，迅速而輕松地連接有線LAN；后者的功能類似于所有標(biāo)準(zhǔn)的有線以太網(wǎng)卡，但它使用射頻而不是電纜來建立LAN連接。當(dāng)用戶在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)漫游時(shí)，RoamAbout PC卡可以無縫地切換到不同接入點(diǎn)上，從而始終保持與網(wǎng)絡(luò)的連接。 2 工程具體實(shí)現(xiàn)實(shí)例： 例1：某稅務(wù)分局大樓內(nèi)已建成一條有線局域網(wǎng)，在分局大樓外有七個(gè)所需要通過無線局域網(wǎng)與大樓內(nèi)的有線網(wǎng)相連接。分局大樓外的七個(gè)所，至分局最遠(yuǎn)距離15km，最近3km，其中有兩個(gè)所在一棟建筑物內(nèi)已建成一個(gè)小有線局域網(wǎng)，各所一般擁有2至4臺(tái)工作站。我們采用的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品工作在2.4GHz至2.4835GHz頻率范圍內(nèi)，它要求兩個(gè)通信點(diǎn)的天線之間最好沒有物體遮擋，但由于大樓處于繁華地帶，因此選擇一個(gè)樓層較高的所作為無線局域網(wǎng)的中心站點(diǎn)。在中心站點(diǎn)上接入一個(gè)無線接入點(diǎn)AP-10D，其它各所通過接入一個(gè)站適配器SA-40D與中心站點(diǎn)的AP-10D進(jìn)行通信，分局大樓內(nèi)的有線局域網(wǎng)則通過接入一個(gè)無線網(wǎng)橋WB-10D與中心站點(diǎn)AP-10D進(jìn)行通信。這樣各所與分局所有站點(diǎn)對(duì)無線局域網(wǎng)