无线网技术.doc

李源 学号：071632209 网络工程072班无线网络技术认识伴随着Internet的深入发展，人们的生活越来越离不开“网络”。虽然只有40多年的历史，但网络技术始终在不断快速发展，人们的需求也在不断提高，当前移动计算技术更加得到人们的青睐，人们希望摆脱有线网络的束缚，生活在一种无处不在的计算环境中，真正实现所谓的任何人（anyone）在任何时候（anytime）、任何地点（anywhere）可以采用任何方式（any means）与其他任何人（any other）进行任何通信（anything）。如何才能实现这样美好梦想？当然需要许多先进技术的支持，而其中最重要的技术莫过于无线网络技术了，只有以无线网络技术为核心，综合其他各种辅助技术才能真正构建符合人们要求的移动计算环境，实现人们普适计算(ubiquitous computing)的梦想。无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN)指的是采用无线传输媒介的计算机网络，结合了最新的计算机网络技术和无线通信技术。它利用射频(Radio Frequency； RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，是有线局域网的延伸。使用无线技术来发送和接收数据，减少了用户的连线需求，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到信息随身化、便利走天下的理想境界。与有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。弥补了传统有线局域网的不足。一无线网络的发展史无线网络的初步应用，可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号做资料的传输。他们研发出了一套无线电传输科技，并且采用相当高强度的加密技术，得到美军和盟军的广泛使用。这项技术让许多学者得到了一些灵感，在1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络。这被称作ALOHNET的网络，可以算是相当早期的无线局域网络（WLAN）。它包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。1990年，IEEE正式启用了802.11项目，无线网络技术逐渐走向成熟， IEEE802.11(WIFI)标准诞生以来， 先后有802.11a和802.11b，802.11g，802.11e，802.11f，802.11h，802.11i，802.11j等标准制定或者酝酿，现在，为实现高宽度、高质量的WLAN服务，802.11n也即将横空出世。2003年以来，无线网络市场热度迅速飙升，已经成为IT市场中新的增长亮点。由于人们对网络速度及方便使用性的期望越来越大，于是与电脑以及移动设备结合紧密的WiFi、CDMA/GPRS、蓝牙等技术越来越受到人们的吹捧。于此同时，在相应配套产品大量面世之后，构建无线网络所需要的成本下降了，一时间，无线网络已经成为我们生活的主流。虽然目前大多数的网络都仍旧是有线的架构，但是近年来无线网络的应用却日渐增加。目前最为热门的三大无线技术是WiFi、蓝牙以及HomeRF，它们的定位各不相同。WiFi在带宽上有着极为明显的优势，达到11108Mbps，而且有效传输范围很大，其为数不多的缺陷就是成本略高以及功耗较大。相对而言，蓝牙技术在带宽方面逊色不少，但是低成本以及低功耗的特点还是让它找到了足够的生存空间。另一种无线局域网技术HomeRF，是专门为家庭用户设计的。它的优势在于成本，不过它的业界支持度远不及前两者。二与有线网络一样，无线网络可根据数据发送的距离分为几种不同类型。 1无线广域网络 (WWANs) WWAN 技术可使用户通过远程公共网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用无线服务提供商所维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如许多城市或者国家（地区）。目前的 WWAN 技术为大家所知的第二代 (2G) 系统。主要的 2G 系统包括全球数字移动电话系统 (GSM)、网络数字包数据 (CDPD) 和多址代码分区访问 (CDMA)。现正努力从 2G 网络过渡，其中有些具有限制漫游功能和互不兼容的功能，到第三代 (3G) 技术将执行全球标准并提供全球漫游功能。ITU 正积极促进 3G 全球标准的发展。 2无线城区网络 (WMANs) WMAN 技术使用户可以在主要城市区域的多个场所之间创建无线连接（例如，在一个城市和大学校园的办公楼之间），而不必花费高昂的费用铺设光缆、电缆和租赁线路。此外，如果有线网络的主要租赁线路不能使用时，WMANs 可以用作有线网络的备用网络。WMANs 既可以使用无线电波也可以使用红外光波来传送数据。提供给用户以高速访问 Internet 的无线访问网络带宽，其需求正日益增长。尽管现正使用各种不同技术，例如多路多点分布服务 (MMDS) 和本地多点分布服务 (LMDS)，IEEE 802.16 宽频无线访问标准工作组仍在开发规范以标准化这些技术的发展。 3无线本地网络 (WLANs) WLAN 技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园大楼里，或在公共场所，如机场）。WLANs 可用于临时办公室或其它缆线安装受限的场所，或者用于增强现有的 LAN，使用户在不同时间在办公楼的不同地方工作。WLANs 可以两种不同方式运行。在基础 WLANs 中，无线站（具有无线电波网络卡或外置调制解调器的设备）连接无线访问点，其在无线站与现有网络中枢之间起桥梁的作用。对于对等的特殊 WLANS，在有限区域（例如会议室）内的几个用户中，如果不需要访问网络资源时，可以不使用访问点而建立临时网络。 4无线个人区域网络 (WPANs) WPAN 技术使用户为用于个人操作空间 (POS) 的设备（如 PDA、移动电话和膝上电脑）创建特殊无线通讯。POS 是个人周围的空间，10 米以内的距离。目前，两个主要的 WPAN 技术是蓝牙和红外光波。蓝牙是一种替代技术，可以在 30 英尺以内使用无线电波传送数据。蓝牙的数据传输可以穿透墙壁、口袋和公文包。蓝牙技术是由蓝牙专门利益组 (SIG) 引导发展的。该组于 1999 年发布了 1.0 版本的蓝牙规范。然而，要在近距离（一米以内）连接设备，用户也可以创建红外链接。三根据不同的应用环境，目前无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问节点连接型、HUB接入型和无中心型四种。1、网桥连接型。该结构主要用于无线或有线局域网之间的互连。当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在困难时，可使用网桥连接型实现点对点的连接。在这种结构中局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的，无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。2、访问节点连接型。这种结构采用移动蜂窝通信网接入方式，各移动站点间的通信是先通过就近的无线接收站（访问节点：AP）将信息接收下来，然后将收到的信息通过有线网传入到“移动交换中心”，再由移动交换中心传送到所有无线接收站上。这时在网络覆盖范围内的任何地方都可以接收到该信号，并可实现漫游通信。3、HUB接入型。在有线局域网中利用HUB可组建星型网络结构。同样也可利用无线AP组建星型结构的无线局域网，其工作方式和有线星型结构很相似。但在无线局域网中一般要求无线AP应具有简单的网内交换功能。4、无中心型结构。该结构的工作原理类似于有线对等网的工作方式。它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交换。每个站点既是工作站，也是服务器。5、多点任意方式接入此种结构方式，采用一个中心点，既可以接入不同的网段（站点是网络），也可以是单个的工作站，中心通过全向天线与远端的定向天线连接。中心的网桥一般需要具有路由的功能以及能够进行不同的站点间带宽分配以及管理。 四Aironet/IEEE的多级安全保密措施，极大地增强无线网络的安全可靠性，而且用户还可增加一些附属功能以达到更高的保密性，无线网络则已具有同有线局域网络甚至更高级别的保密特性。无线局域网与有线局域网紧密地结合在一起，并且己经成为市场的主流产品。在无线局域网上，数据传输是通过无线电波在空中广播的，因此在发射机覆盖范围内数据可以被任何无线局域网终端接收。安装一套无线局域网就好象在任何地方都放置了以太网接口。因此，无线局域网的用户主要关心的是网络的安全性，主要包括接入控制和加密两个方面。除非无线局域网能够提供等同于有线局域网的安全性和管理能力，否则人们还是对使用无线局域网存在顾虑。 IEEE 802.11b标准定义了两种方法实现无线局域网的接入控制和加密，这两个部分必须在无线LAN中的每个设备上配置。拥有成百上千台无线LAN用户的公司需要可靠的安全解决方案，可以从一个控制中心进行有效的管理。缺乏集中的安全控制是无线LAN只在一些相对较的小公司和特定应用中得到使用的根本原因。IEEE 802.11b标准定义了两种机理来提供无线LAN的访问控制和保密：服务配置标识符（SSID）和有线等效保密（WEP）。还有一种加密的机制是通过透明运行在无线LAN上的虚拟专网（VPN）来进行的。SSID ，无线LAN中经常用到的一个特性是称为SSID的命名编号，它提供低级别上的访问控制。SSID通常是无线LAN子系统中设备的网络名称；它用于在本地分割子系统。WEP ，IEEE802.11b标准规定了一种称为有线等效保密（或称为WEP）的可选加密方案，提供了确保无线LAN数据流的机制。WEP利用一个对称的方案，在数据的加密和解密过程中使用相同的密钥和算法。五无线网络技术的发展最终需要在应用层面上得到用户的充分认可。时至今日，无线传输标准可谓百家争鸣，除了最容易想到的无线局域网，用户也将能在不同的领域应用这些新技术，包括硬件设备与应用软件两方面。1、硬件设备（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。 无线局域网（2）无线AP。AP是Access Point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。2、无线局域网络之产品简介使用开源软件无线电 GNU Radio, BBN Technologies Internetwork Research BBN - BBN Technologies Internetwork Research ADROIT Project 在 DARPA 的赞助下编写 802.11 代码。GNU Radio 是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块，用它可以在易制作的低成本的射频（RF）硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。 GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言来编写的。 但是其核心信号处理模块是C+在带浮点运算的微处理器上构建的。因此，开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。 尽管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在没有射频 RF 硬件部件的境况下支持对预先存储和（信号发生器）生成的数据进行信号处理的算法的研究。（1）Access Point一般俗称为网络桥接器，顾名思义即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之桥梁，因此任何一台装有无线网卡之PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络之资源。除此之外，AP本身又兼具有网管之功能，可针对接有无线网络卡之PC作必要之控管。（2）Wireless LAN Card一般称为无线网络卡，其与传统之Ethernet网络卡的差别是在于前者之资料传送乃是藉由无线电波，而后者则是透过一般的网络线。目前无线网络卡的规格大致可分成2M, 5M, 11M,三种，而其适用之界面可分为PCMCIA, ISA, PCI三种界面。（3）Antenna一般称为天线，此天线与一般电视，火腿族，大哥大所用之天线不同，其原因乃是因为频率不同所致，WLAN所用之频率为较高2.4GHz之频段。天线之功能乃是将source之信号，藉由天线本身的特性而传送至远处，至于能传多远，一般除了考虑source的output power强度之外，其另一重要因素乃是天线本身之dBi值，即俗称的增益值，dB值愈高，相对所能传达之距离也更远。通常每增加8dB则相对之距离可增至原距离的一半。一般天线有所谓指向性(Uni-direction)与全向性(Omni-direction)两种，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域性之应用。六在有线世界里，以太网已经成为主流的LAN技术，其发展不仅与无线LAN标准的发展并行，而且也确实预示了后者的发展方向。伴随着迅驰的推出，越来越多的上网用户选择无线网络，无线上网不但可以解决上班族随时随地畅游互联网的梦想，更能及时方便的解决有线上网存在的问题，实在是好处多多。调查称，2010年有57%的笔记本将应用蓝牙与UWB技术，这将是继迅驰之后对无线网络发展的又一大催化剂。超宽带(UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。该技术是一种新颖的无线通信方式，作为短距离无线高速数据传输的一种解决方案。越来越多的配合技术的产生，表明无线的发展已经开枝散叶，这种实实在在的网络应用，逐步褪却了时尚的外表，