浅析无线局域网技术及其应用.doc

精品文档浅析无线局域网技术及其应用 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(WLAN)技术是在有线局域网技术的基础上发展起来的。近年来,随着数据通信的发展,用户对无线宽带数据的需求越来越突出,WLAN技术正好可以满足用户的这种需求,因此发展极为迅速。WLAN是利用无线手段实施的通信技术,它增加了人们接入Internet的手段,摆脱了线缆的束缚。 关键词： 无线局域网，接入点(AP)，IEEE 802.11标准，电磁波，漫游在这个“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。通俗地说，无线局域网（Wireless local-area network，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。 无线局域网的技术特点 一、无线局域网的技术优势从移动运营商的角度看，符合IEEE802.11b标准的无线局域网方案可以提供高达 11Mbit/s的宽带数据业务，日益增多的便携机用户将享受这一服务带来的便捷, 运营公司也因此有了一个新业务增长点。作为移动通信运营公司，具有了提供无线局域网接入服务的能力, 无异于具有了提供差异化服务的竞争能力。由于能提供具有特色的服务，又促进了GSM移动用户的发展，提高了用户的忠诚度，由此提高经营利润空间。运营商应充分利用现有的因特网门户网站，将高端商务用户引导到这些门户网站上。这样就有可能通过门户来销售新的因特网内容业务以及移动业务。无线局域网技术的用户群主要是企业用户和商业用户，点击率增加了，广告收入就会增加。此外，作为电子商务的新技术，运营公司可以利用它充分演练定位信息及鉴权方式来发展自己的市场营销技能，积累在全IP的环境中提供新业务的技能。因此从运营商的角度总结起来，可以概括为以下的竞争优势：移动运营公司已经拥有了巨大的企业用户群，他们是移动宽带业务的潜在用户；移动运营公司已经具有提供移动业务的一整套业务流程，这些将及其有利于用来开展新的无线接入服务；充分利用现有的移动核心网，可以有效地节省无线局域网的建设投资；移动核心网的计费系统可以得到充分的利用，一张话费清单即包括GSM话费，也包括 无线接入的服务费；充分利用移动运营公司业已达成的漫游协议；与移动核心网相结合，可以在没有无线局域网覆盖的地方，利用GSM数据业务或GPRS业务来保证用户继续使用数据业务；无线局域网也需要网络规划，移动运营公司在这方面具有合格的无线网络规划人员能够胜任这一工作； 移动运营公司拥有移动业务的整体价值链，从安装、运行到维护的整个过程。这使得与ISP等第三方伙伴的合作简单易行，服务内容可以由第三方提供，接入区也可以由第三方承租或建设，移动运营公司通过发放SIM卡和提供鉴权的手段拥有用户，业务收入由双方分享。从用户的角度看，无线局域网的优势有：无线局域网技术使得便携机用户可以用宽带连接的方式接入企业网或因特网；用无线宽带接入的方式连接到企业的IT系统,使得企业的生产经营效益大幅增加；移动商务用户在某些公共场合能够方便地用便携机高速接入(11Mbit/s)IP网络；一个统一的话单，简单清楚；无线局域网用户同样享受GSM网络的漫游服务。此外很重要的一点，就是采用无线局域网技术远程接入数据业务可以节省费用。无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。无线局域网的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps，传输距离可远至20km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。 二、无线局域网技术分析 1. 无线局域网的相关概念无线局域网方案一般由无线局域网（WLAN）公共接入区和移动运营商局端设施两部分组成。移动运营商在公共场合建设相应的无线局域网接入区。接入区连接到IP 核心网, 继而提供接入服务，同时将鉴权和计费信息送到移动核心网络。目前无线局域网的空中接口标准是基于IEEE802.11b，利用GSM系统资源，无线局域网用户可以使用手中的GSM SIM卡，也可以使用专用的无线局域网SIM卡。无线局域网系统一般由无线局域网网卡、接入点、接入控制器和鉴权服务器等设备组成。在有些情况下，还需要MAP网关、VPN网关和计费网关等设备。无线局域网系统一般遵从IEEE 802.11b标准。可用的吞吐量/容量比很高，在整个无线局域网覆盖区内具备移动性。无线局域网网卡和无线局域网接入点设备需得到WECA组织的认证，这样才可能兼容，此认证为Wi-Fi?。移动终端是配备了无线局域网网卡的便携机，当然还有SIM鉴权软件。此软件提供图形用户接口，SIM控制设置及鉴权协议等功能。接入点与局域网的接入控制器相连接，它与无线局域网网卡保持通信交流。接入控制器主要用来控制无线接入网络到因特网业务的连接。给移动终端分配IP地址，在移动终端和鉴权服务器间传递鉴权消息，为移动终端鉴权以便其建立因特网连接。另外还负责收集计费信息，将计费数据送到鉴权服务器。接入控制器监督每一个来向和去向IP包，只有得到来向/去向鉴权的移动终端才能接入因特网。它支持多种形式的计费机制，如计时、数据量(包)计费、包月计费。此外，在SIM鉴权方面，接入控制器支持用户身份(ID)/密码鉴权方式。鉴权服务器可安装在移动运营商的机房内，它负责为接入控制器提供鉴权服务。事实上，鉴权服务器是移动核心网络的一部分，负责提供与移动核心网元（如MSC、HLR和计费系统）连接的接口。对于不同厂家的无线局域网和移动核心网，需要一个MAP网关设备，这样才能为鉴权服务器提供标准的MAP接口，以便与另一个厂家的移动网元MSC相连接。还有可选的计费网关设备，它的作用是对计费数据(CDR)进行时效性管理和过滤。当用户在无线局域网的接入区内用便携计算机建立与企业网的连接时，公司的信息管理部门利用VPN技术为这种连接提供安全可靠的保证，也可以利用VPN建立可靠的数据连接，以便接入控制器和鉴权服务器之间的通信安全可靠。在一个典型的无线局域网环境中，有一些进行数据发送和接收的设备，称为接入点(AP)。通常，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户。在同时具有有线和无线网络的情况下，AP可以通过标准的Ethernet电缆与传统的有线网络相联，作为无线网络和有线网络的连接点。无线局域网的终端用户可通过无线网卡等访问网络。 2. IEEE 802.11标准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。 3.无线局域网的组网结构无线局域网在室外主要有以下几种结构：点对点型、点对多点型、多点对点型和混合型。 点对点型该类型常用于固定的要联网的两个位置之间，是无线联网的常用方式，使用这种联网方式建成的网络，优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。 点对多点型 该类型常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单；其次，由于中心使用了全向天线，设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证。 混合型 这种类 型适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或山脉阻挡的点。在组建这种网络时，综合使用上述几种类型的网络方式，对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。 无线局域网的室内应用则有以下两类情况 独立的无线局域网 这是指整个网络都使用无线通信的情形。在这种方式下可以使用AP，也可以不使用AP。在不使用AP时，各个用户之间通过无线直接互联。但缺点是各用户之间的通信距离较近，且当用户数量较多时，性能较差。 非独立的无线局域网在大多数情况下，无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立的无线局域网。在这种配置下，多个AP通过线缆连接在有线网络上，以使无线用户即能够访问网络的各个部分。4.根据不同局域网的应用环境与需求的不同，无线局域网可采取不同的网络连接和接入方式来实现互联。常用的具体有如下几种： 网桥连接型：不同的局域网之间互联时，由于物理上的原因，若采取有线方式不方便，则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接，无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接，还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。 基站接入型：当采用移动蜂窝通信网接入方式组建无线局域网时，各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互联的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网，还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。 HUB接入型：利用无线Hub可以组建星型结构的无线局域网，具有与有线Hub组网方式相类似的优点。在该结构基础上的WLAN，可采用类似于交换型以太网的工作方式，要求Hub具有简单的网内交换功能。 无中心结构：要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道，MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。 无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站（AP）、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现，其中以无线网卡最为普遍，使用最多。无线局域网的关键技术，除了红外传输技术、扩频技术、网同步技术外还有一些其他技术，如：调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制技术和节能技术5.其他相关概念 微单元和无线漫游无线电波在传播过程中会不断衰减，导致AP的通讯范围被限定在一定的范围之内，这个范围被称为微单元。当网络环境存在多TAP，且它们的微单元互相有一定范围的重合时，无线用户可以在整个无线局域网覆盖区内移动，无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的AP，并通过这个AP收发数据，保持不间断的网络连接，这就称为无线漫游。 扩频 大多数的无线局域网产品都使用了扩频技术。扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带无线通信技术。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠，并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。这也是数据安全的一种保障措施。 直序扩频所谓直接序列扩频，就是使用具有高码率的扩频序列，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。 跳频扩频跳频技术与直序扩频技术完全不同，是另外一种扩频技术。跳频的载频受一个伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机规律不断改变频率。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，抗干扰的性能越好，军用的跳频系统可以达到每秒上万跳。实际上移动通信GSM系统也是跳频系统。出于成本的考虑，商用跳频系统跳速都较慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳频系统实现简单，因此低速无线局域网常常采用这种技术。无线局域网的应用基于无线局域网具有的诸多优点，它可广泛应用于下列领域：接入网络信息系统：电子邮件、文件传输和终端仿真。难以布线的环境：老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、校园和工厂。 频繁变化的环境：频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商，以及野外勘测、试验、军事、公安和银行等。 使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。 用于远距离信息的传输：如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输；公安交通管理部门进行交通管理等。专门工程或高峰时间所需的暂时局域网：学校、商业展览、建设地点等人员流动较强的地方；利用无线局域网进行信息的交流；零售商、空运和航运公司高峰时间所需的额外工作站等。 流动工作者可得到信息的区域：需要在医院、零售商店或办公室区域流动时得到信息的医生、护士、零售商、白领工作者。 办公环境中使用WLAN，可以使办公用计算机具有移动能力，在网络范围内可实现计算机漫游。各种业务人员、部门负责人和工程技术专家，只要有移动终端、笔记本电脑或带有无线接入功能的智能手机，无论是在办公室、资料室、洽谈室，甚至在宿舍都可通过WLAN随时查阅资料、获取信息。领导和管理人员可以在网络范围的任何地点发布指示，通知事项，联系业务。也就是说可以随时随地进行移动办公。结束语 无线