無線局域網技術研究論文

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摘要：本文論述了近年來發展迅速的無線局域網技術，并通過實際工程案例，介紹了相關的知識。

前言

在這個“網絡就是計算機”的時代，伴隨著有線網絡的廣泛應用，以快捷高效，組網靈活為優勢的無線網絡技術也在飛速發展。無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。從專業角度講，無線局域網利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，并為通信的移動化、個性化和多媒體應用提供了可能。通俗地說，無線局域網（Wirelesslocal-areanetwork，WLAN）就是在不采用傳統纜線的同時，提供以太網或者令牌網絡的功能。通常計算機組網的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜，構成有線局域網。但有線網絡在某些場合要受到布線的限制：布線、改線工程量大；線路容易損壞；網中的各節點不可移動。特別是當要把相離較遠的節點連接起來時，敷設專用通信線路的布線施工難度大、費用高、耗時長,對正在迅速擴大的聯網需求形成了嚴重的瓶頸阻塞。無線局域網就是解決有線網絡以上問題而出現的。

無線局域網的歷史

說到無線網絡的歷史起源，可能比各位想像的還要早。無線網絡的初步應用，可以追溯到五十年前的第二次世界大戰期間，當時美國陸軍采用無線電信號做資料的傳輸。他們研發出了一套無線電傳輸科技，并且采用相當高強度的加密技術。當初美軍和盟軍都廣泛使用這項技術。這項技術讓許多學者得到了靈感，在1971年時，夏威夷大學（UniversityofHawaii）的研究員創造了第一個基于封包式技術的無線電通訊網絡，這被稱作ALOHNET的網絡，可以算是相當早期的無線局域網絡（WLAN）。這最早的WLAN包括了7臺計算機，它們采用雙向星型拓撲（bi-directionalstartopology）,橫跨四座夏威夷的島嶼，中心計算機放置在瓦胡島（OahuIsland）上。從這時開始，無線網絡可說是正式誕生了。雖然目前幾乎所有的局域網絡（LAN）都仍舊是有線的架構，不過近年來無線網絡的應用卻日漸增加，主要應用在學術界（像是大學校園）、醫療界、制造業和倉儲業等，而且相關的技術也一直在進步，對企業而言要轉換到無線網絡也更加容易、更加便宜了。

無線局域網的技術特點

無線局域網利用電磁波在空氣中發送和接受數據，而無需線纜介質。無線局域網的數據傳輸速率現在已經能夠達到11Mbps，傳輸距離可遠至20km以上。它是對有線聯網方式的一種補充和擴展，使網上的計算機具有可移動性，能快速方便地解決使用有線方式不易實現的網絡聯通問題。

1.無線局域網的優點

與有線網絡相比，無線局域網具有以下優點：

安裝便捷

一般在網絡建設中，施工周期最長、對周邊環境影響最大的，就是網絡布線施工工程。在施工過程中，往往需要破墻掘地、穿線架管。而無線局域網最大的優勢就是免去或減少了網絡布線的工作量，一般只要安裝一個或多個接入點AP(AccessPoint)設備，就可建立覆蓋整個建筑或地區的局域網絡。

使用靈活

在有線網絡中，網絡設備的安放位置受網絡信息點位置的限制。而一旦無線局域網建成后，在無線網的信號覆蓋區域內任何一個位置都可以接入網絡。

經濟節約

由于有線網絡缺少靈活性，這就要求網絡規劃者盡可能地考慮未來發展的需要，這就往往導致預設大量利用率較低的信息點。而一旦網絡的發展超出了設計規劃，又要花費較多費用進行網絡改造,而無線局域網可以避免或減少以上情況的發生。

易于擴展

無線局域網有多種配置方式，能夠根據需要靈活選擇。這樣，無線局域網就能勝任從只有幾個用戶的小型局域網到上千用戶的大型網絡，并且能夠提供像“漫游(Roaming)”等有線網絡無法提供的特性。由于無線局域網具有多方面的優點，所以發展十分迅速。在最近幾年里，無線局域網已經在醫院、商店、工廠和學校等不適合網絡布線的場合得到了廣泛應用。

2．無線局域網的相關技術

1).IEEE802.11標準轉IEEE802.11是在1997年由大量的局域網以及計算機專家審定通過的標準。IEEE802.11規定了無線局域網在2.4GHz波段進行操作，這一波段被全球無線電法規實體定義為擴頻使用波段。

1999年8月，802.11標準得到了進一步的完善和修訂，包括用一個基于SNMP的MIB來取代原來基于OSI協議的MIB。另外還增加了兩項內容，一是802.11a，它擴充了標準的物理層，頻帶為5GHz，采用QFSK調制方式，傳輸速率為6Mb/s－54Mb/s。它采用正交頻分復用（OFDM）的獨特擴頻技術，可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口，并支持語音、數據、圖像業務。這樣的速率完全能滿足室內、室外的各種應用場合。但是，采用該標準的產品目前還沒有進入市場。另一種是802.11b標準，在2.4GHz頻帶，采用直接序列擴頻（DSSS）技術和補償編碼鍵控(CCK)調制方式。該標準可提供11Mb/s的數據速率，還能夠根據情況的變化，在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率之間自動切換。它從根本上改變無線局域網設計和應用現狀，擴大了無線局域網的應用領域，現在，大多數廠商生產的無線局域網產品都基于802.11b標準。

2).無線局域網的相關概念

在一個典型的無線局域網環境中，有一些進行數據發送和接收的設備，稱為接入點(AP)。通常，一個AP能夠在幾十至上百米的范圍內連接多個無線用戶。在同時具有有線和無線網絡的情況下，AP可以通過標準的Ethernet電纜與傳統的有線網絡相聯，作為無線網絡和有線網絡的連接點。無線局域網的終端用戶可通過無線網卡等訪問網絡。

無線局域網在室外主要有以下幾種結構：點對點型、點對多點型、多點對點型和混合型。

●點對點型

該類型常用于固定的要聯網的兩個位置之間，是無線聯網的常用方式，使用這種聯網方式建成的網絡，優點是傳輸距離遠，傳輸速率高，受外界環境影響較小。

●點對多點型

該類型常用于有一個中心點，多個遠端點的情況下。其最大優點是組建網絡成本低、維護簡單；其次，由于中心使用了全向天線，設備調試相對容易。該種網絡的缺點也是因為使用了全向天線，波束的全向擴散使得功率大大衰減，網絡傳輸速率低，對于較遠距離的遠端點，網絡的可靠性不能得到保證。

●混合型

這種類型適用于所建網絡中有遠距離的點、近距離的點，還有建筑物或山脈阻擋的點。在組建這種網絡時，綜合使用上述幾種類型的網絡方式，對于遠距離的點使用點對點方式，近距離的多個點采用點對多點方式，有阻擋的點采用中繼方式。

無線局域網的室內應用則有以下兩類情況

●獨立的無線局域網

這是指整個網絡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，各個用戶之間通過無線直接互聯。但缺點是各用戶之間的通信距離較近，且當用戶數量較多時，性能較差。

●非獨立的無線局域網

在大多數情況下，無線通信是作為有線通信的一種補充和擴展。我們把這種情況稱為非獨立的無線局域網。在這種配置下，多個AP通過線纜連接在有線網絡上，以使無線用戶即能夠訪問網絡的各個部分。

其他相關概念

●微單元和無線漫游

無線電波在傳播過程中會不斷衰減，導致AP的通訊范圍被限定在一定的范圍之內，這個范圍被稱為微單元。當網絡環境存在多TAP，且它們的微單元互相有一定范圍的重合時，無線用戶可以在整個無線局域網覆蓋區內移動，無線網卡能夠自動發現附近信號強度最大的AP，并通過這個AP收發數據，保持不間斷的網絡連接，這就稱為無線漫游。

●擴頻

大多數的無線局域網產品都使用了擴頻技術。擴頻技術原先是軍事通訊領域中使用的寬帶無線通信技術。使用擴頻技術，能夠使數據在無線傳輸中完整可靠，并且確保同時在不同頻段傳輸的數據不會互相干擾。●直序擴頻

所謂直接序列擴頻，就是使用具有高碼率的擴頻序列，在發射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。

●跳頻擴頻

跳頻技術與直序擴頻技術完全不同，是另外一種擴頻技術。跳頻的載頻受一個偽隨機碼的控制，在其工作帶寬范圍內，其頻率按隨機規律不斷改變頻率。接收端的頻率也按隨機規律變化，并保持與發射端的變化規律一致。

跳頻的高低直接反映跳頻系統的性能，跳頻越高，抗干擾的性能越好，軍用的跳頻系統可以達到每秒上萬跳。實際上移動通信GSM系統也是跳頻系統。出于成本的考慮，商用跳頻系統跳速都較慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳頻系統實現簡單，因此低速無線局域網常常采用這種技術。

無線局域網的應用

基于無線局域網具有的諸多優點，它可廣泛應用于下列領域：

1.接入網絡信息系統：電子郵件、文件傳輸和終端仿真。

2.難以布線的環境：老建筑、布線困難或昂貴的露天區域、城市建筑群、校園和工廠。

3.頻繁變化的環境：頻繁更換工作地點和改變位置的零售商、生產商，以及野外勘測、試驗、軍事、公安和銀行等。

4.使用便攜式計算機等可移動設備進行快速網絡連接。

5.用于遠距離信息的傳輸：如在林區進行火災、病蟲害等信息的傳輸；公安交通管理部門進行交通管理等。

6.專門工程或高峰時間所需的暫時局域網：學校、商業展覽、建設地點等人員流動較強的地方；利用無線局域網進行信息的交流；零售商、空運和航運公司高峰時間所需的額外工作站等。

7.流動工作者可得到信息的區域：需要在醫院、零售商店或辦公室區域流動時得到信息的醫生、護士、零售商、白領工作者。

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絡的用戶。

無線局域網的結構

根據不同局域網的應用環境與需求的不同，無線局域網可采取不同的網絡結構來實現互聯。常用的具體有如下幾種：

1、網橋連接型：不同的局域網之間互聯時，由于物理上的原因，若采取有線方式不方便，則可利用無線網橋的方式實現二者的點對點連接，無線網橋不僅提供二者之間的物理與數據鏈路層的連接，還為兩個網的用戶提供較高層的路由與協議轉換。

2、基站接入型：當采用移動蜂窩通信網接入方式組建無線局域網時，各站點之間的通信是通過基站接入、數據交換方式來實現互聯的。各移動站不僅可以通過交換中心自行組網，還可以通過廣域網與遠地站點組建自己的工作網絡。

3、HUB接入型：利用無線Hub可以組建星型結構的無線局域網，具有與有線Hub組網方式相類似的優點。在該結構基礎上的WLAN，可采用類似于交換型以太網的工作方式，要求Hub具有簡單的網內交換功能。

4、無中心結構：要求網中任意兩個站點均可直接通信。此結構的無線局域網一般使用公用廣播信道，MAC層采用CSMA類型的多址接入協議。

無線局域網可以在普通局域網基礎上通過無線Hub、無線接入站（AP）、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現，其中以無線網卡最為普遍，使用最多。無線局域網的關鍵技術，除了紅外傳輸技術、擴頻技術、網同步技術外還有一些其他技術，如：調制技術、加解擾技術、無線分集接收技術、功率控制技術和節能技術。

無線局域網的具體實現

筆者通過在實際工作中對無線局域網設備和技術實現有過較為深刻的接觸。下面以廣州凱創公司（EnterasysNetworks）的RoamAbout802.11系列無線局域網設備對無線局域網的具體實現加以簡單介紹：

1．RoamAbout802.11設備簡介：

Enterasys推出的RoamAbout無線網絡解決方案，用于迅速、輕松和經濟地建立無線LAN，它可以為用戶提供類似以太網的可靠性能。RoamAbout802.11系列產品由兩部分組成：全功能交換接入點和2.4GHz直接序列擴頻無線以太網PC卡。前者可以通過無屏蔽雙絞線對，迅速而輕松地連接有線LAN；后者的功能類似于所有標準的有線以太網卡，但它使用射頻而不是電纜來建立LAN連接。當用戶在整個網絡內漫游時，RoamAboutPC卡可以無縫地切換到不同接入點上，從而始終保持與網絡的連接。2．工程具體實現實例：

例1：某稅務分局大樓內已建成一條有線局域網，在分局大樓外有七個所需要通過無線局域網與大樓內的有線網相連接。分局大樓外的七個所，至分局最遠距離15km，最近3km，其中有兩個所在一棟建筑物內已建成一個小有線局域網，各所一般擁有2至4臺工作站。我們采用的無線局域網產品工作在2.4GHz至2.4835GHz頻率范圍內，它要求兩個通信點的天線之間最好沒有物體遮擋，但由于大樓處于繁華地帶，因此選擇一個樓層較高的所作為無線局域網的中心站點。在中心站點上接入一個無線接入點AP-10D，其它各所通過接入一個站適配器SA-40D與中心站點的AP-10D進行通信，分局大樓內的有線局域網則通過接入一個無線網橋WB-10D與中心站點AP-10D進行通信。這樣各所與分局所有站點對無線局域網的訪問均通過中心站點的控制來實現，它們共享中心站點AP-10D的3M帶寬。

例2：某集團公司各企業分布在不同的建筑物內辦公，按常規設計必須專線連接，每月支付昂貴的月租費和維護費用，并且無法解決移動站點訪問和存取公司網上信息。采用2.4GHz頻段無線局域網產品，可以比較靈活地組成一體化企業網絡，達到與專線相同的性能，并解決移動站點問題，且安裝維護方便，不需交頻率使用費。具體方法是使用無線接入點（AP）的橋接功能，一端與建筑物間天線相連，一端與有線網絡Hub相連，這樣把兩棟大樓互相連接起來替代專線功能。周圍移動站點通過無線接入點與公司有線網絡互聯，訪問和存取公司信息。

結束語

無線網絡的出現就是為了解決有線網絡無法克服的困難。雖然無線網絡有諸多優勢，但與有線網絡相比，無線局域網也有很多不足。無線網絡速率較慢、價格較高，因而它主要面向有特定需求的用戶。目前無線局域網還不能完全脫離有線網絡，無線網絡與有線網絡是互補的關系，而不是競爭；目前還只是有線網絡的補充，而不是替換。但也應該看到，近年來，隨著適用于無線局域網產品的價格正逐漸下降，相應軟件也逐漸成熟。此外，無線局域網已能夠通過與廣域網相結合的形式提供移動互聯網的多媒體業務。相信在未來，無線局域網將以它的高速傳輸能力和靈活性發揮更加重要的作用！