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无线网络技术的最新发展及应用现状（动力与机械学院 2010301750030）摘要：无线局域网（WLAN）就是在不采用传统缆线的同时，提供以太网或者令牌网络的功能。通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点连接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。无线局域网就是解决有线网络以上问题而出现的。关键词 以太网 无线局域网 扩频 安全性 移动IP 一、 引 言 随着无线通信技术的广泛应用，传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）应运而生，且发展迅速。尽管目前无线局域网还不能完全独立于有线网络，但近年来无线局域网的产品逐渐走向成熟，正以它优越的灵活性和便捷性在网络应用中发挥日益重要的作用。无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲，无线局域网就是在不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。 二、 无线局域网概述 无线网络的历史起源可以追溯到50年前第二次世界大战期间。当时，美国陆军研发出了一套无线电传输技术，采用无线电信号进行资料的传输。这项技术令许多学者产生了灵感。1971年，夏威夷大学的研究员创建了第一个无线电通讯网络，称作ALOHNET。这个网络包含7台计算机，采用双向星型拓扑连接，横跨夏威夷的四座岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从此，无线网络正式诞生。 1无线局域网的优点 （1）灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。 （2）安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地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，就可建立覆盖整个区域的局域网络。 （3）易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。 （4）故障定位容易。有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。 （5）易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间漫游等有线网络无法实现的特性。 由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。 2无线局域网的理论基础 目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即红外线和无线电波。按照不同的调制方式，采用无线电波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩频方式与窄带调制方式。 （1）红外线（Infrared Rays，IR）局域网 采用红外线通信方式与无线电波方式相比，可以提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。 （2）扩频（Spread Spectrum，SS）局域网 如果使用扩频技术，网络可以在ISM（工业、科学和医疗）频段内运行。其理论依据是，通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。扩频技术主要分为跳频技术（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）两种方式。 所谓直接序列扩频，就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。而跳频技术与直序扩频技术不同，跳频的载频受一个伪随机码的控制，其频率按随机规律不断改变。接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰性能越好，军用的跳频系统可达到每秒上万跳。 （3）窄带微波局域网 这种局域网使用微波无线电频带来传输数据，其带宽刚好能容纳信号。但这种网络产品通常需要申请无线电频谱执照，其它方式则可使用无需执照的ISM频带。 3无线局域网的不足之处 无线局域网在能够给网络用户带来便捷和实用的同时，也存在着一些缺陷。无线局域网的不足之处体现在以下几个方面： （1）性能。无线局域网是依靠无线电波进行传输的。这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。 （2）速率。无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的最大传输速率为54Mbit/s，只适合于个人终端和小规模网络应用。 （3）安全性。本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。从理论上讲，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。 三、 无线局域网协议标准 无线局域网技术将是新世纪无线通信领域最有发展前景的重大技术之一。以IEEE（电气和电子工程师协会）为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。 IEEE 802.11是在1997年由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE 802.11规定了无线局域网在2.4GHz波段进行操作，这一波段被全球无线电法规实体定义为扩频使用波段。1999年8月，802.11标准得到了进一步的完善和修订，包括用一个基于SNMP的MIB来取代原来基于OSI协议的MIB。另外还增加了两项内容，一是802.11a，它扩充了标准的物理层，频带为5GHz，采用QFSK调制方式，传输速率为6Mb/s54Mb/s。它采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。但是，采用该标准的产品目前还没有进入市场。另一种是802.11b标准，在2.4GHz频带，采用直接序列扩频（DSSS）技术和补偿编码键控（CCK）调制方式。该标准可提供11Mb/s的数据速率，还能够根据情况的变化，在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps的不同速率之间自动切换。它从根本上改变无线局域网设计和应用现状，扩大了无线局域网的应用领域，现在，大多数厂商生产的无线局域网产品都基于 802.11b标准。四、 无线网络的应用现状1、无线网络的应用类型（1）无线局域网（WLAN）使用无线网络的用户可以在任意地点创建本地的无线连接，因此可以使用户轻松实现随地办公和通信。一般情况下WLAN具有两种工作方式，第一种是在基本结构无线局域网中，将无线站连和无线接入点进行连接；第二种是在点对点的无线局域网中，有限区域内（如办公室）的多个用户在不需要访问网络资源的情况下，可以不通过接入点连接而直接建立临时网络。（2）无线广域网（WWAN）目前的无线广域网技术被称为通讯第二代系统，及2G系统。用户通过该技术。用户通过该技术可以在远程公用网络或专用的网络建立起无线连接，并实现该链接覆盖广大的地理区域。2G系统的组成部分主要有码多分址（CDMA）、蜂窝式数字分组数据（CDPD）以及移动通信全球系统（GSM）。（3）无线城域网络（WMAN）使用无线城域网络，用户可以在城区的多个场所建立无线连接。无线城域网络使用无线电波和红外光波进行数据传送，该网络覆盖区域较大，最远可达50公里，因此不同地点接受的信号功率和信噪比会有较大差别。（4）无线个人网络（WPAN）用户可以通过无线个人网络技术为个人操作空间创建临时的无线通讯。个人操作空间一般指一个人为中心的空间范围，其最大距离为10米。2、无线网络的应用领域无线网络技术作为顺应信息时代而生的新技术，其应用领域在自身不断更新发展中得到迅速扩大。一般可以将无线网络的应用分为室内和室外两种。前者主要由医院、工厂、办公室、商场以及证券市场等场所；室外的无线网络应用主要由无线校园网络、工矿企业区域信息管理网络、城市交通信息网络、移动通信网络、军事移动网络等。五、 未来的研究方向 如上所述，无线局域网技术的研究和应用方兴未艾，是目前无线通信领域乃至整个通信行业的研究热点。从无线局域网的进一步推广应用来看，未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其他移动通信系统之间的关系上。 1安全性问题 IEEE802.11协议标准建议使用两种安全解决方案。一种是IEEE 802.11安全任务组（TGi）构建的安全框架-鲁棒型安全网络（RSN）。这种网络用IEEE 802.1x提供基于端口的接入控制、鉴权和密钥管理。该标准用可扩展鉴权协议（EAP）实现对用户的鉴权。鉴权服务器和用户之间使用远程鉴权拨入用户服务协议（RADIUS）进行通信，RADIUS协议在网络接入的鉴权、授权和计费（AAA）中得到广泛采用。由于IEE802.1x主要是针对有线局域网设计的，在无线局域网中使用IEE802.1x不可避免地存在漏洞。所以，尽管它对无线局域网的安全性能有很大改善，802.1x和802.11的结合仍然不能提供足够的安全。 另一种方式则是目前广泛应用于局域网络及远程接入等领域的虚拟专用网（VPN）安全技术。与802.11b标准所采用的安全技术不同，在IP网络中，VPN主要采用IPSec技术来保障数据传输的安全。对于安全性要求更高的用户，将现有的VPN安全技术与802.11b安全技术结合起来，是目前较为理想的无线局域网络的安全解决方案。 2漫游切换问题 无线局域网的漫游问题是继安全问题之后的一个至关重要的问题。在无线网络中，如果一边使用无线局域网接入服务，一边移动接入位置，那么一旦移动终端超越子网覆盖范围，IP数据包就无法到达移动终端，正在进行的通信将被中断。为此，IETF制定了扩展IP网络移动性的系列标准。所谓移动IP，就是指在IP网络上的多个子网内均可使用同一IP地址的技术。这种技术是通过使用被称为本地代理（Home Agent）和外地代理（Foreign Agent）的特殊路由器对网络终端所处位置的网络进行管理来实现的。在移动IP系统中，可保证用户的移动终端始终使用固定的IP地址进行网络通信，不管在怎样的移动过程中皆可建立TCP连接并不会发生中断。在无线局域网系统中，广泛的应用移动IP技术可以突破网络的地域范围限制，并可克服在跨网段时使用动态主机配置协议（DHCP）方式所造成的通信中断、权限变化等问题。 3无线网络管理问题 相对于有线网络，无线局域网具有非常独特的特性，因此必须建立相应的无线网络管理系统。除了系统结构、用户需求和典型应用等模块之外，一个好的无线网络管理系统还必须考虑以下因素： （1）标准的网管通信方式。网管子系统通常与中央主机相连。网管子系统必须基于工业标准的管理协议(比如SNMP)，这样才能监视主机和子系统之间每条链路上的状态信息，并可根据状态信息快速分析和解决出现的问题。 （2）网络监视和报告。主机必须能够监视无线网络系统中所有单元。考虑到无线网络的连接性不如有线网络那样稳定，无线网络管理系统必须监视和报告无线信号的变化以及接入点的业务类型和负载情况，还须能自动发现进入无线网络体系结构的新设备。 （3）有效地利用带宽。尽管随着新技术的发展，无线网络的可用带宽逐步增大，但还是远远小于有线局域网的带宽。因此，在实际应用中必须考虑带宽的合理使用。 4无线局域网与3G 无线局域网不否会对第三代移动通信系统构成威胁是近年来业界关心的一个问题。实际上，无线局域网与3G采用的是截然不同的两种技术，用于满足不同的需要。与3G不同的是，无线局域网并不是一个完备的全网解决方案，而只用于满足小型用户群的需求。无线局域网与3G可以互补，因此不会对3G运营商造成威胁，运营商还可以从无线局域网和3G的共存中获得好处。NorthStream的研究表明，无线局域网与3G和GPRS的结合可增加用户的满意程度和业务量，从而增加移动运营商的利润。作为3G的一个重要补充，无线局域网可用于在诸如机场候机厅、宾馆休息室和咖啡厅等地方建立无线Internet连接。 无线局域网有很多局限性，前面几代无线局域网的发展，主要体现在带宽或传输速率的提高上。从标准上看，主要是在物理层的改进或扩充方面，。在克服无线局域网其他局限性方面也得到了相应的完善和发展，这些部分分别体现在许多标准草案上。无线局域网有以下发展趋势:宽带(高速)化;(快速)移动性支持;多媒体(QoS)保证;安全性:可靠性;小型化;大覆盖;节能;经济性等六、结束语 经过10多年的发展，无线局域网在技术上已经日渐成熟，应用日趋广泛，无线局域网将从小范围应用进入主流应用。预计全球无线局域网接入点的销售量将从2000年的50万台稳步增长到450万台，每年的涨幅为55%。无线网卡的销售量将从2000年的约300万块增加到2005年的3400万块，每年的涨幅为53%。今后几年，无线局域网技术将更加成熟，产品性能将更加稳定，市场将持续不断地增长，价钱将持续降低，大型设备提供商将进