无线局域通信网,无线局域通信网是什么意思

无线局域通信网,无线局域通信网是什么意思

摘要：文章介绍了无线局域网的传输技术、网络拓扑、基本网络组成，以及与其他网络集成的技术，并在此基础上简单介绍了其应用与发展前景。

关键词：数据业务；电磁干扰；宽带无线技术；直接扩频技术；正交频分复用

Abstract:This article introduces the WLAN in aspects of its tranmission techniques, network topology, network architecture and network integration techniques , and further outlines the prospects of its applications and future development.

Key words: Data service; Electromagnetic interference; Broadband wireless technology; DSSS; OFDM

无线局域网通信 Wireless LAN Communication ↑
　　无线通信可以分为两类：无线局域网(LAN)通信(将在下面介绍)和无线移动通信(在“无线移动通信”中介绍)。它们的传输设施是根本不同的。无线局域网通信使用发射器和接收器，它们都是放在公司希望的地方，并且属于这家公司所有。无线移动通信，需要电话电信局或其它公共服务，来为“离开办公室”或“正在旅途中”的用户提供设施，使用分组无线电、蜂窝网络和卫星站来传输和接收信号。
　　无线LAN的发射接收器(发送器/接收器)通常放在办公室内。带移动计算机的用户可以移动，他们通常在发射接收器的中间区域之内。无线LAN不用布缆，特别是如果这个LAN的地点是临时的，或为不远将来就将取消的工作小组服务的，那么就更需要使用无线局域网。使用无线局域网可以免除布缆和安装的费用，在一些场合，还免除了对特殊建筑物布线的需求。
　　一种典型的无线局域网配置包括使用标准以太网电缆连接到服务器和其它设备的一台发射接收器。这台发射接收器广播信号，并从周围的工作站接收信号，如图W-6所示。
　　无线数据传输有三种技术，它们将在下面讨论：
　　红外线 红外线以光速宽带方式发送信号。红外线的传输是成直线的，所以发射器和接收器必须相互瞄准，类似于电视遥控。必须考虑传输环境的障碍物，但是在需要的时候，可以使用镜子来约束红外线的传输。由于红外线可能会受到来自窗外或其它来源的强光干扰，所以应该使用可以产生强红外线的系统。注意，红外线是不受政府管理的，也没有传输率的限制。典型的传输率在10Mbps左右。
　　窄频带(或单一频率)无线电 这种方式类似于无线电台的广播，你需要将发射器和接收器都调谐到一个“固定”的频率。这种信号可以穿透墙壁，并扩散到很广的区域，所以不需要相互瞄准。然而，窄频带无线电也存在一些问题，例如，无线电发射、FCC的控制，以及它们必须精确地调谐，以防止其它频率的干扰。Motorola在它的Altair区域使用窄带宽无线电传输技术，这家公司获得19GHz频域的许可，这种许可是根据地理位置来分配给顾客的。Motorola为它的产品分配所有的FCC许可。传输率为4，800Kbps。
　　宽带无线电 这种技术在很广的频率范围内广播信息，从而避免了窄频带通信所固有的问题。使用一个代码来传播信号，接收站也使用相同的代码来提取这个信号。编码技术使得宽带信号可以在很广的频率范围进行工作，甚至在这个相同的频域内可以有其它一些宽带信号。宽带无线电并不与日常的无线电之间产生干扰，这是因为它的能量级非常的弱。传输率在250Kbps左右。
　　另外一种局域网采用微波传输，它适合于小的短途系统，它适用于一个校园环境或在一个城市区域内的不同建筑物之间的互联(参见“微波通信”)。

                北京大学无线网络拓扑图
　　Black Box销售可以连接3公里距离以太网的无线LAN网桥，它避免了使用象T1线路或光纤缆线这样的广域连接，传输率在2Mbps的范围。它是一种提供协议透明的IEEE802．1D认可的介质访问控制层网桥。即使在恶劣气候下，它也能提供安全数据传输，并实现了宽带无线电技术。
　　Black Box公司的网桥可以连接到任何细缆以太网或10Base-T网络，并且可以自学习识别这个局域网的所有地址。它可以使用三种天线。在点对点配置中，短范围天线和长范围天线分别提供1/2和3公里的传输距离。万向天线提供1/2公里传输距离的多点配置。BlackBox公司的联系地址是Pittsburgh，Pennsylvania，电话：412/746-5500。
　　如果你对无线局域网有兴趣，可以与Motorola(800/233-0877)联系，它有窄频带产品。也可和NCR(800/237-2870)联系，它有宽带产品。或与Laser Communications(激光通信公司)(800-527-3740)联系，它有红外线产品。下面列出，其它一些厂家：
　　Altair(Arlington Heights，Illinois)，它是Motorola的一个分支，提供使用窄带18GHz频率的以太网网络。
　　InfraLAN Technology(Cambridge，Massachusetts)，提供在24米(80英尺)范围内的4Mbps和16Mbps的令牌环网络。
　　NCR(Dayton，Ohio)，提供WareLAN宽带型系统。
　　Proxiim(Mountain View，California)，提供宽带LAN产品。
　　Telesysytems(Don Mills，Ontario)，提供宽带基于以太网的网络。
　　Windata(Northborough，Massachusetts)，提供宽带基于以太网的网络。

　　随着信息时代的到来，越来越多的人们要求能够随时随地接收各种信息，形成了在移动中访问局域网的迫切需求，因而，近年来无线局域网(WLAN)技术越来越受到重视，各种应用不断丰富。无线局域网除了保持有线局域网高速率的特点之外，还可以灵活地可移动地组网；而无线局域网技术与通信网络(如GSM网、CDMA网、光网络)的结合，更极大地扩充了无线局域网的应用空间。可以说，无线局域网将是新一轮数据无线通信的重要支撑技术，其未来发展的空间很大。

　　1 传输技术

　　一般来讲，凡是在一个有限空间内(比如200 m)，通过无线方式连接的信息设备共同构成的网络都可称为无线局域网。在非扩展服务集网络情况下，该网络不包含除用户终端(STA)和接入点(AP)以外其他类别的信息传输设备或终端。

　　目前，无线局域网采用的传输载体主要有两种：无线电波与红外线。

　　采用无线电波作为传输媒体的无线局域网依调制方式不同，可分为扩展频谱、窄带调制和正交频分复用(OFDM)。在扩展频谱方式中，数据基带的频谱被扩展至几倍乃至几十倍后再被搬移至射频发射出去，这将提高通信系统的抗干扰能力和信息安全保障能力。扩展频谱方式包括直接扩频技术(DSSS)和跳频扩频技术(FHSS)。在窄带调制方式中，数据基带的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。而基于OFDM技术的无线局域网包括IEEE 802.11a和HyperLAN2，其传输速率可以高达54 Mbit/s，而且根据发展情况看，高于100 Mbit/s的无线局域网技术将很快出现。

　　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采用红外线传输技术。这种方式的最大优点是不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无委的限制。然而红外线有透射、绕射和对物体的穿透能力极差的缺点。

　　无线局域网与以往的基于蜂窝电话网、专用分组交换网及其他技术的无线计算机通信相比，有许多本质上的区别。首先无线局域网必须支持高速突发数据业务，在室内使用时要解决包括多径衰落、相邻子网间串扰等问题。无线局域网必须克服的技术难点主要包括：

　　(1)兼容性

　　由于无线局域网可能与其他网络，其他用户的无线局域网共存于同一地区，相互间的干扰问题可能严重地影响网络的性能，甚至生存性。

　　(2)可靠性

　　有线局域网的信道误比特率达10-9。无线局域网的信道误比特率应尽可能低，否则，将导致极高的包重发率。而大量的重发会使网络的实际吞吐性能大打折扣。

　　(3)通信保密

　　由于数据经过空中，要求其有较高的通信保密能力。无线局域网可在不同层次采取措施来保证通信的安全性。

　　(4)节能管理

　　由于无线局域网要面向便携机使用，为节省便携机内电池的消耗，网络应具有节能管理功能，增强电池使用的寿命。

　　(5)小型、低价

　　这是无线局域网能够实用并普及的关键所在。

　　(6)电磁环境、无线电频段的使用规范

　　在室内使用的无线局域网应考虑电磁波对人体健康的损害及其他电磁环境的影响。

　　2 网络拓扑

　　无论采用那种传输技术，无线局域网的网络结构基本上是一样的，即拓扑结构仅可归结为两个基本类：无中心拓扑和有中心拓扑。
无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点STA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，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制协议大多采用载波检测多址接入类型的多址接入协议。缺点是当网中用户数(站点数)过多时，信道竞争会严重影响网络性能。另外，这种网络中传送的路由信息随着用户数的增加而快速上升，严重时路由信息可能占有效通信信号的大部分。因此，对高服务质量(QoS)业务的传输，必须采用特别的路由控制技术。

　　有中心拓扑结构要求一个无线站点STA充当中心站(基站)，网络中所有其他的站点对网络的访问和通信均由基站控制。中心站为实现局域网互连和接入有线主干网，至少必须提供一个逻辑接入点。有中心网络拓扑结构的弱点是抗摧毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪。在实际应用中，中心站点往往充当网络之间的转接器。

　　用户终端从哪层接入网络，直接影响到系统的实现和网络传输性能。网络接口可以选择从物理层或数据链路层接入。这样接入的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可以不做任何修改。这种接入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，实现与有线局域网互连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。这种接入方法并不沿用有线局域网的媒体访问控制(MAC)协议，而采用更适合无线传输环境的媒体访问控制协议。在实现时，媒体访问控制层及其以下层对上层是透明的，通过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。

　　3 无线局域网基本网络组成

　　无线局域网协议定义了无线局域网应用的物理层及媒体访问控制(MAC)规则，是各工作站信息得以正确、可靠和有效传输的基础，协议包括对信息、管理、控制和物理层的定义。图1所示为两个无线局域网基本业务单元。基本业务集(BSS)是局域网的基本构成单元或最小单元。
独立基本业务集是局域网的最基本的网络组成类型。一个最小的局域网至少应包括两个工作站。接入点是提供除用户终端业务之外的具备分布系统业务的业务终端。在加入分布系统和接入点成分后的扩展业务集网络中，数据经过接入点在基本业务集和分布系统之间传递。

图1 无线局域网基本业务单元

　　分布系统和基本业务集允许设计任意覆盖范围和复杂性的无线网络，习惯上这种网络被称为扩展业务集网络。对逻辑链路控制层来说，扩展业务集和独立基本业务集的表现是相同的。扩展业务集中工作站的通信，或移动工作站从一个基本业务集移到另一个基本业务集(在同一扩展业务集中)的过程对于逻辑链路控制是透明的。

　　4 与其他网络集成的技术

　　为了扩大应用的范围和充分利用其他网络资源，通常要求将无线局域网同其他网络无缝地集成起来。图2是一个无线局域网与其他网络连接的结构示意图，给出了无线局域网和已存在网的集成方式。

图2 无线局域网和其他网的集成模型

　　如果发送业务认定预定的信息接收者是扩展业务集网络之外的工作站，则分布系统的“输出”点不是AP而是端口。端口是DS接收外部信息的连接点。

　　5 应用与发展

　　无线局域网的应用是和无线局域网的特点紧密联系在一起的。根据无线局域网的技术特点，在无线局域网的应用中主要有室内应用和室外应用两种。在室内应用环境下，无线局域网作为有线局域网的补充，与有线局域网并存。室内应用环境主要有如下几种：

• 小型用户驻地网络
  
• 大型办公室、车间
  
• 超级市场、智能仓库
  
• 临时办公室、会议中心
  
• 证券市场
  
• 机场、车站等交通枢纽地区
  
• 电信运营商用于高密度区域的覆盖
  

　　对于难以布线的室外环境，无线局域网可充分发挥其高速率、组网灵活的优点。在远程节点之间，节点内部既可以采用有线局域网，也可以采用无线局域网。当一个企业在多个地方有办公地点时，通过无线桥(WB)的远距离连接，无线局域网可以发挥重要的作用。不仅降低成本，也将大大缩短提供服务的时间。

　　作为一项价格低廉、安装容易、接口丰富、应用灵活和传输速率可能高达100 Mbit/s以上的无线通信系统，无线局域网的应用被看好。而且，随着数据业务的增长，无线局域网网络性能的进一步稳定，无线局域网终端设备品种和数量的增长；随着802.11b和HyperLAN1的广泛应用，802.11a和HyperLAN2等OFDM技术的进一步应用，无线局域网将具有明显的优势，并在相当程度上推动无线互联网的发展。□

　　参考文献

　　1 刘元安.宽带无线接入和无线局域网.北京:北京邮电大学出版社,2000
　　2 Supplement to IEEE Standard for Information Technology—Telecommunications and Information Exchange between Systems—Local and Metropolitan Area Networks Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band, ISBN 0-7381-1811-7, 1999
　　3 刘蕾,张有根.无线局域网技术纵览.中国数据通信,2002,(2):17—20
　　4 Wu Gang, Mitsuhiko Mizuno, Paul J M Havinga. MIRAI Architecture for Heterogeneous Network. IEEE Communication Magazine, 2002,40(2):126—134

作者简介：

刘元安，北京邮电大学教授、博士生导师，中国电子学会和中国通信学会高级会员，中国通信学会无线和移动通信委员会委员，中国电子学会电磁兼容分会委员，中国电子学会微波分会微波与移动通信专业委员会委员。曾担任国际电信会议ICT’2002大会执行主席，国际移动互联网会议IMI’2001大会主席，中-日联合移动通信会议执行主席。研究兴趣有10 Mbit/s以上移动通信系统及关键技术、智能天线电磁兼容和测量技术、高速无线局域网和宽带无线接入技术、本地多媒体移动通信系统等。已在国内外学术刊物上发表论文70余篇，出版专著2部。