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无线局域网技术研究
无线局域网技术研究
摘要：
在这个“网络就是计算机”的时代，伴随着有线网络的广泛应用，以快捷高效，组网灵活为优势的无线网络技术也在飞速发展。
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
无线局域网的覆盖范围为几百米，在这样一个范围内，无线设备可以自由移动，其适合于低移动性的应用环境。
而且无线局域网的载频为公用频段，无需另外付费，因而试用无线局域网的成本很低。
无线局域网更会发展到上百兆的带宽，能够满足绝大多数用户的要求。
基于以上几个原因，无线局域网赢得市场的巨大反响，并迅速发展成为一种重要的无线接入互联网的技术。
关键词：
无线局域网；趋势；标准；结构。
第一章无线局域网的基本概念
1971年，夏威夷大学的研究人员建成了世界上第一个无线电通讯网络，称作ALOHNET。
它标志着无线网络的正式诞生。
通信网随着Internet的飞速发展，从传统的布线网络发展到了现在的无线网络。
作为无线网络之一的无线局域网（简称“WLAN”），满足人们实现移动办公的梦想，为我们创造出一个自由的天空。
无线局域网的定义：
无线局域网（WLAN）是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，它是计算机网络和无线通信技术相结合的一类产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供有线局域网LAN的所有功能，能使用户真正的实现随时、随地、随意的宽带接入。
达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。
无线局域网的特点：
无线局域网开始作为有线网络的延伸而存在的。
各个团体、企业都采用了无线局域网技术来构建办公室网络。
随着无线局域网的进一步发展，WLAN从单纯的传统的局域网技术正在向“公共无线局域网发展”，成为国际互联网宽带接入的重要手段。
WLAN具有易安装、易扩展、易管理、高移动性、高保密性、抗干扰等优点。
（1）安装便捷：
一般在网络建设中施工周期最长、对周边环境影响最大，就是网络布线施工工程。
在施工过程中，常常需要破墙崛壁、穿线架管。
而WLAN的最大优势就是减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可以覆盖整个建筑或地区的局域网络。
（2）经济节约：
由于有线网络缺少灵活性，这就要网络的规划者尽可能的考虑网络未来的发展，这就会导致往往会预留利用率比较低的信息点。
一旦网络的发展超出原来的规划，又要花费很大的费用进行网络改造。
而WLAN则可以避免以上情况的发生。
（3）使用灵活：
在有线网络中，网络设备安装的位置受到网络信息点位置的限制。
一旦WLAN建好后，在无线网络的覆盖范围内，任意位置的网络设备都可以接入。
（4）易于扩展：
WLAN有多中配置方式，可根据需要灵活选择。
WLAN就可以胜任从几个用户的小型局域网到有上千个用户的大型局域网
由于WLAN具有多方面的优点，它的发展十分迅速。
在近几年中WLAN已经在商店、工厂、学校、医院等不适合网络布线的场合得到广泛的应用。
无线局域网的组成：
无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成，采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组（BSS），BSS的组成有以下三种方式：
一是集中控制方式，每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信。
尽管BSS区域较大，但其所建中心站的费用较昂贵。
二是分布对等式，BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。
尽管BSS区域较小，但这种方式的结构简单，使用方便。
三是集中控制式与分布对等式相结合的方式。
（1）无线网卡：
无线网卡的作用和以太网中的网卡的作用基本相同，它作为无线局域网的接口，能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。
（2）无线AP：
AP是AccessPoint的简称，无线AP就是无线局域网的接入点、无线网关，它的作用类似于有线网络中的集线器。
（3）无线天线：
当无线网络中各网络设备相距较远时，随着信号的减弱，传输速率会明显下降以致无法实现无线网络的正常通信，此时就要借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增强。
第二章无线局域网的关键技术
2.1无线局域网的技术要求：
由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。
具体来说，无线局域网必须实现以下技术要求
（1）可靠性：
无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。
（2）兼容性：
对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟有线的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。
（3）数据速率：
为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。
（4）通信保密：
由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。
（5）移动性：
支持全移动网络或半移动网络。
（6）节能管理：
当无数据收发时使站点机处于休眠状态，当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的目的。
（7）小型化、低价格：
这是无线局域网得以普及的关键。
（8）电磁环境：
无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。
2.2无线局域网所用到的特点
对于无线局域网我们从传输方式、网络拓扑、网络接口及对移动计算的支持这四个方面来描述无线局域网的特点。
一、传输方式
1、扩展频谱方式：
在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍～几十倍再被搬移至射频发射出去。
这一做法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
由于单位频带内的功率降低，对其它电子设备的干扰也减小了。
采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择所谓的ISM频段，这里ISM分别取自Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。
许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段。
欧美日等国家的无线管理机构分别设置了各自的ISM频段。
例如美国的ISM频段由902MHZ～928MHZ，2.4~2.484GHz,5.725~5.850GHz三个频段组成。
如果发射功率及带外辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无需向FCC提出专门的申请即可使用这些ISM频段。
2、窄带调制方式
在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。
与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。
采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。
当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请。
但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。
3、红外线方式
基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。
目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术。
做为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线管理委员会的限制。
然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限制。
二、网络拓扑
1、无中心拓扑
无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信。
采用这种拓扑结构的网络一般使用公用广播信道，个站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用CSMA（载波监测多址接入）类型的多址接入协议。
这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。
但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。
并且为了满足任意两个站点可直接通信，为了中站点布局受环境限制较大。
因此这种为了拓扑结构适用于用户数相对较少的工作群为了规模。
2、有中心拓扑
在有中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。
这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的恶化并不据烈。
由于每个站点只需在中心站覆盖范围内就可与其它站点通信，故网络中心点布局受环境限制亦小。
此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。
有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。
三、网络接口
这涉及无线局域网中站点从哪一层接入网络系统。
一般来讲，网络接口可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。
所谓物理层接口指使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。
这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改。
这种接口方式在使用时一般作为有线局域网的集线器和无线转发器以实现有线局域网间互联或扩大有线局域网的覆盖范围。
另一种接口方法是从数据链路层接入网络。
这种接口方法并不沿用有线局域网的MAC协议，而采用更合适无线传输环境的MAC协议。
在实时，MAC层及其以下层对上层是透明的，配置相应的驱动程序来完成与上层的接口，这样可保证现有的有线局域网操作系统或应用软件可在无线局域网上正常运行。
目前，大部分无线局域网厂商都采用数据链路层接口方法。
四、对移动计算网络的支持
无线局域网发展的初期阶段，无线局域网的最大特征是用无线媒体替代缆线，这样可省去布线，网络安装简便。
随着笔记本型、膝上型、掌上型电脑个人数字助手（PDA）、以及便携式终端等的普及应用，支持移动计算网络的无线局域网就显得尤为重要。
五、无线局域网的应用环境
根据无线局域网的特点，其应用可分为两类：
一类作为半移动网络应用，一类作为全移动网络应用。
在半移动应用环境下，又可分为室内应用和室外应用。
在室内应用下，无线局域网作为有线局域网的补充，与有线局域网并存。
由于无线局域网的价格比有线局域网高，故在室内环境下，无线局域网在以下应用情况可发挥其无线特长：
大型办公室、车间；超级市场、智能仓库；临时办公室、会议室；证券市场等。
在难于布线的室外环境下，无线局域网可充分发挥其高速率、组网灵活之优点。
尤其在公共通信网不发达的状态下，无线局域网可作为区域网（覆盖范围几十公里）使用。
下面列出几种应用情况：
城市建筑群间通信；学校校园网络；工矿企业厂区自动化控制与管理网络；银行、金融证券城区网络；城市交通信息网络；矿山、水利、油田等区域网络；港口、码头、江河湖坝区网络；野外勘测、实验等流动网络；军事、公安流动网络等。
2.3无线局域网的关键技术
一、跳频技术（FHSS）
跳频技术（Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS）在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。
FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔（DwellTime）为400ms
二、直接序列展频技术（DSSS）
直接序列展频技术（DirectSequenceSpreadSpectrum；DSSS）是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。
而每个bit使用多少个chips称做Spreadingchips，一个较高的Spreadingchips可以增加抗噪声干扰，而一个较低SpreadingRation可以增加用户的使用人数。
基本上，在DSSS的SpreadingRation是相当少的，例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的SpreadingRation皆少于20。
而在IEEE802.11的标准内，其SpreadingRation大约在100左右。
三、FHSS与DSSS调变差异
无线局域网络在性能和能力上的差异，主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。
然而，调变方式的选择并不完全是随意的，像FHSS并不强求某种特定的调变方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK，但是，IEEE802.11草案规定要使用GFSK。
至于DSSS则过使用可变相位调变（如：
PSK、QPSK、DQPSK），可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。
在抗噪声能力方面，采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比，可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。
FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSS和FSK内在架构的简单性，FSK无线讯号可使用非线性功率放大器，但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。
而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器，但却可以获得更多的回馈。
四、DSSS与FHSS之优劣
截至目前，若以现有的产品参数详加比较，可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势，而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。
虽然我们可以在网际网络内看到各家厂商各说各话，但真正需要注意的是厂商在DSSS和FHSS展频技术的选择，必须要审慎端视产品在市场的定位而定，因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性，包括：
抗干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。
一般而言，DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。
DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用，大都采用DSSS无线技术产品。
FHSS则大都使用于需快速移动的端点，如移动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术；且因FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可能也会比较高。
以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及传输的稳定性，所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。
第三章无线局域网的标准
由于WLAN是基于计算机网络和无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制层及其上面的应用层对不同物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的。
因此。
WLAN的标准主要是针对物理层和媒质访问控制层（MAC）,涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范和技术标准。
3.1IEEE802.11x
（1）IEEE802.11
IEEE802.11（别名WI-FI无线保真）是在1997年6月由大量的局域网及计算机专家审定并通过的标准，该标准定义了物理层和媒体访问控制（MAC）的规范。
IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，组要用于解决办公室局域网和校园网中用户和用户无线终端的接入，业务主要限于数据访问，速率高达2Mbps。
由于它在传输距离和传输速度上都没办法令人们满足，所以IEEE802.11被IEEE802.11b取代了。
（2）IEEE802.11b
1999年9月IEEE802.11b被正式批准。
该标准规定WLAN的工作频段在2.4—2.4835GHz，数据传输速率到达11Mbps，传输距离在50—150英尺。
该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控制方式，采用点对点模式和基本模式两运作模式。
在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自由切换。
它改变了WLAN的设计状况，扩大了WLAN的应用领域。
IEEE802.11b已成为当今主流的WLAN标准。
被多家厂商所采用，推出的产品广泛应用在办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于WLAN的新标准出现IEEE802.11a和IEEE802.11g更受人们的关注
（3）IEEE802.11a
1999年IEEE802.11a标准制定完成。
该标准规定WLAN的工作频段在5.15—8.825GHz，数据传输速率到达54Mbps/72Mbps，传输距离在10—100米。
该标准也是IEEE802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用的独特扩频技术，采用QFSK调制方式，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口。
支持多种业务如：
语言、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。
（4）IEEE802.11g
目前IEEE推出最新版的IEEE802.11g认证标准，该标准提出拥有IEEE802.11a的速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含IEEE802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，做到IEEE802.11a与IEEE802.11b兼容。
（5）IEEE802.11i
IEEE802.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，都WLANMAC层进行修改和整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，改善了WLAN的安全性。
IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中是相当重要的，数据安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商首先看绿的问题。
（6）IEEE802.11e/f/h
IEEE802.11e标准是对WLANMAC协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。
IEEE802.11f定义访问节点之间通信，支持IEEE802.11的接入点互操作协议。
IEEE802.11h用于IEEE802.11a的频谱管理技术。
4.2HIPERLAN
欧洲电信标准化协会（ETSI）的带宽无线电接入网络小组制定HIPERLAN接如泛欧洲标准，已推出HIPERLAN1和HIPERLAN2.HIPERLAN1刚推出时，因为传输速率价低，没被人们所重视。
在2000年HIPERLAN2制定完成时，HIPERLAN2的最高速率可以达到54Mbps，并详细定义了WLAN的检测功能和转换信令，用以支持许多无线网络，支持动态频率选择，无线信令转换，链路自适应。
多束天线和功率控制等
4.3HOMERF
HOMERF工作组是有美国家庭射频委员会领导于1997年成立，其主要任务是为家庭用户建立具有互操作性的语音和数据通信网。
2001年8月，推出HOMERF2.0版，集成了语言数据传输技术，工作频段在10GHz，数据传输速率到达10Mbps，在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。
HOMERF是针对现有的无线通信的标准的综合和改进：
当进行数据通信时采用IEEE802.11规定中的TCP/IP传输协议；进行语言通信时则采用数字增强性无绳通信标准。
4.4中国的WLAN规范
中华人民共和国信息产业部正在制定WLAN行业的配套标准，包括：
《公众无线局域网总体技术要求》和《公众无线局域网设备测试规范》。
该标准涉及的技术体系包括：
IEEE802.11x系列和HIPERLAN2.信息产业不通信计量中心承担了相关标准制定工作，并联合设备制造商和网络运营商进行大量的实验。
同时信息产业部通信计量中心和中兴通信股份有限公司联合建成了WLAN实验平台，对WLAN系统设备的各项性能指标、兼容性、安全性等方面进行全方位评测。
第四章无线局域网应用现状及发展趋势
作为有线网络无线延伸，WLAN可以广泛应用在生活社区，游乐园，机场车站等游玩区域；可以应用在政府办公大楼，校园，企事业单位实现移动办公，方便开会及上课等；可以在医疗，证券等方面，实现医生在路途中对病人网上诊断，实现金融证券室外网上交易。
1销售行业应用
对于大型超市，商品流通量很大，接货的日常工作包括订单处理，送货单，入库等需要在不同地点的现场将数据输入数据库中。
目前，很多的做法是手工记录，然后再输入数据库，这样费时而且易错，采用WLAN。
可以轻松解决上面的问题，在超市的各个角落，利用WLAN可以现场处理各种单据。
2物流行业应用
随着我国加入WTO，各个港口，存储区对物流业务的数字化提出较高的要求。
一个物流公司一般都有一个网络处理中心，还有些办公点分布在比较偏僻的地方，对于那些运输车辆，装卸装箱机组等的工作情况，物品统计情况等等，需要即使将数据输入并传输到中心机房。
所以有WLAN是物流行业现代化的一项必不可少的基础设备
3电力行业应用
WLAN可以监测并记录变电站的运行状况，给中心监控机房提供实时的数据，也可以将中心机房的命令随时传输到各个变电站。
这是WLAN在电力系统遍布到千家万户，但又无法完全用有线网络来检测与控制的一个潜在应用
4服务行业应用
由于pc机的移动终端化，小型化，旅客可以随时随地的处理邮件，这时酒店大堂的INTERNETWLAN就必不可少，客房的无线上网也是需要的。
机场和车站是旅客候机的场所。
也需要安装WLAN，这样可以使旅客等待的时间不会变的无聊。
5教育行业的应用
WLAN可以让教师和学生对教与学的时时互动。
学生可以在教室，宿舍，图书馆利用移动终端向老师问问题，提交作业，WLAN可以成为多媒体教学的辅助手段。
6证券行业应用
有了WLAN，股市有了菜场般的普及和活跃。
有了WLAN可以让你实时看行情，时时交易，不用去股票交易市场，也不用缴纳任何费用。
结论：
随着Internet应用的迅猛发展，以及便携机、PDA（PersonalDataAssistant）等移动智能终端的使用的日益增长，给广大用户提供了诸多便利（随时随处自由接入Internet、能享受更多的业务、安全且有保障的网络），成为发展的必然。
在接入速率和适应环境上与3G技术互为补充的WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）――无线局域网迅猛发展，成为新一代高速无线接入网络。
无线网络的出现就是为了解决有线网络无法克服的困难。
虽然无线网络有很多优势，但与有线网络相比，无线局域网也有很多不足。
目前还只是有线网络的补充，而不是替换。
但也应该看到，近年来，无线局域网已能够通过与广域网相结合的形式提供移动互联网的多媒体业务。
相信在未来，无线局域网将以它的高速传输能力和灵活性发挥更加重要的作用！
参考文献：
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[2]刘亚辉.浅议无线局域网技术[J].中国高新技术企业.2007.（03）.
[3]赵媛.无线局域网安全技术发展综述[j].科技风.2008.09.
[4]陈林星，杨吉云《IEE.802.11无线局域网》
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