無線局域通信網(wǎng)

摘要：

文章介紹了無線局域網(wǎng)的傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡拓撲、基本網(wǎng)絡組成，以及與其他網(wǎng)絡集成的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上簡單介紹了其應用與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：

數(shù)據(jù)業(yè)務；電磁干擾；寬帶無線技術(shù)；直接擴頻技術(shù)；正交頻分復用

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

隨著信息時代的到來，越來越多的人們要求能夠隨時隨地接收各種信息，形成了在移動中訪問局域網(wǎng)的迫切需求，因而，近年來無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)越來越受到重視，各種應用不斷豐富。無線局域網(wǎng)除了保持有線局域網(wǎng)高速率的特點之外，還可以靈活地可移動地組網(wǎng)；而無線局域網(wǎng)技術(shù)與通信網(wǎng)絡(如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)、光網(wǎng)絡)的結(jié)合，更極大地擴充了無線局域網(wǎng)的應用空間。可以說，無線局域網(wǎng)將是新一輪數(shù)據(jù)無線通信的重要支撐技術(shù)，其未來發(fā)展的空間很大。

1 傳輸技術(shù)

一般來講，凡是在一個有限空間內(nèi)(比如200 m)，通過無線方式連接的信息設備共同構(gòu)成的網(wǎng)絡都可稱為無線局域網(wǎng)。在非擴展服務集網(wǎng)絡情況下，該網(wǎng)絡不包含除用戶終端(STA)和接入點(AP)以外其他類別的信息傳輸設備或終端。

目前，無線局域網(wǎng)采用的傳輸載體主要有兩種：無線電波與紅外線。

采用無線電波作為傳輸媒體的無線局域網(wǎng)依調(diào)制方式不同，可分為擴展頻譜、窄帶調(diào)制和正交頻分復用(OFDM)。在擴展頻譜方式中，數(shù)據(jù)基帶的頻譜被擴展至幾倍乃至幾十倍后再被搬移至射頻發(fā)射出去，這將提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力和信息安全保障能力。擴展頻譜方式包括直接擴頻技術(shù)(DSSS)和跳頻擴頻技術(shù)(FHSS)。在窄帶調(diào)制方式中，數(shù)據(jù)基帶的頻譜不做任何擴展即被直接搬移到射頻發(fā)射出去。而基于OFDM技術(shù)的無線局域網(wǎng)包括IEEE 802.11a和HyperLAN2，其傳輸速率可以高達54 Mbit/s，而且根據(jù)發(fā)展情況看，高于100 Mbit/s的無線局域網(wǎng)技術(shù)將很快出現(xiàn)。

基于紅外線的傳輸技術(shù)最近幾年有了很大發(fā)展。目前廣泛使用的家電遙控器幾乎都采用紅外線傳輸技術(shù)。這種方式的最大優(yōu)點是不受無線電干擾，且紅外線的使用不受國家無委的限制。然而紅外線有透射、繞射和對物體的穿透能力極差的缺點。

無線局域網(wǎng)與以往的基于蜂窩電話網(wǎng)、專用分組交換網(wǎng)及其他技術(shù)的無線計算機通信相比，有許多本質(zhì)上的區(qū)別。首先無線局域網(wǎng)必須支持高速突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務，在室內(nèi)使用時要解決包括多徑衰落、相鄰子網(wǎng)間串擾等問題。無線局域網(wǎng)必須克服的技術(shù)難點主要包括：

(1)兼容性

由于無線局域網(wǎng)可能與其他網(wǎng)絡，其他用戶的無線局域網(wǎng)共存于同一地區(qū)，相互間的干擾問題可能嚴重地影響網(wǎng)絡的性能，甚至生存性。

(2)可靠性

有線局域網(wǎng)的信道誤比特率達10-9。無線局域網(wǎng)的信道誤比特率應盡可能低，否則，將導致極高的包重發(fā)率。而大量的重發(fā)會使網(wǎng)絡的實際吞吐性能大打折扣。

(3)通信保密

由于數(shù)據(jù)經(jīng)過空中，要求其有較高的通信保密能力。無線局域網(wǎng)可在不同層次采取措施來保證通信的安全性。

(4)節(jié)能管理

由于無線局域網(wǎng)要面向便攜機使用，為節(jié)省便攜機內(nèi)電池的消耗，網(wǎng)絡應具有節(jié)能管理功能，增強電池使用的壽命。

(5)小型、低價

這是無線局域網(wǎng)能夠?qū)嵱貌⑵占暗年P(guān)鍵所在。

(6)電磁環(huán)境、無線電頻段的使用規(guī)范

在室內(nèi)使用的無線局域網(wǎng)應考慮電磁波對人體健康的損害及其他電磁環(huán)境的影響。

2 網(wǎng)絡拓撲

無論采用那種傳輸技術(shù)，無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)基本上是一樣的，即拓撲結(jié)構(gòu)僅可歸結(jié)為兩個基本類：無中心拓撲和有中心拓撲。

無中心拓撲的網(wǎng)絡要求網(wǎng)中任意兩個站點STA均可直接通信。采用這種拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡一般使用公用廣播信道，各站點都可競爭公用信道，而信道接入控制協(xié)議大多采用載波檢測多址接入類型的多址接入?yún)f(xié)議。缺點是當網(wǎng)中用戶數(shù)(站點數(shù))過多時，信道競爭會嚴重影響網(wǎng)絡性能。另外，這種網(wǎng)絡中傳送的路由信息隨著用戶數(shù)的增加而快速上升，嚴重時路由信息可能占有效通信信號的大部分。因此，對高服務質(zhì)量(QoS)業(yè)務的傳輸，必須采用特別的路由控制技術(shù)。

有中心拓撲結(jié)構(gòu)要求一個無線站點STA充當中心站(基站)，網(wǎng)絡中所有其他的站點對網(wǎng)絡的訪問和通信均由基站控制。中心站為實現(xiàn)局域網(wǎng)互連和接入有線主干網(wǎng)，至少必須提供一個邏輯接入點。有中心網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的弱點是抗摧毀性差，中心站點的故障容易導致整個網(wǎng)絡癱瘓。在實際應用中，中心站點往往充當網(wǎng)絡之間的轉(zhuǎn)接器。

用戶終端從哪層接入網(wǎng)絡，直接影響到系統(tǒng)的實現(xiàn)和網(wǎng)絡傳輸性能。網(wǎng)絡接口可以選擇從物理層或數(shù)據(jù)鏈路層接入。這樣接入的最大優(yōu)點是上層的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)及相應的驅(qū)動程序可以不做任何修改。這種接入方式在使用時一般作為有線局域網(wǎng)的集線器和無線轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)與有線局域網(wǎng)互連或擴大有線局域網(wǎng)的覆蓋范圍。另一種接口方法是從數(shù)據(jù)鏈路層接入網(wǎng)絡。這種接入方法并不沿用有線局域網(wǎng)的媒體訪問控制(MAC)協(xié)議，而采用更適合無線傳輸環(huán)境的媒體訪問控制協(xié)議。在實現(xiàn)時，媒體訪問控制層及其以下層對上層是透明的，通過配置相應的驅(qū)動程序來完成與上層的接口。這樣可保證現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)操作系統(tǒng)或應用軟件可在無線局域網(wǎng)上正常運行。目前，大部分無線局域網(wǎng)廠商都采用數(shù)據(jù)鏈路層接口方法。

3 無線局域網(wǎng)基本網(wǎng)絡組成

無線局域網(wǎng)協(xié)議定義了無線局域網(wǎng)應用的物理層及媒體訪問控制(MAC)規(guī)則，是各工作站信息得以正確、可靠和有效傳輸?shù)幕A(chǔ)，協(xié)議包括對信息、管理、控制和物理層的定義。圖1所示為兩個無線局域網(wǎng)基本業(yè)務單元。基本業(yè)務集(BSS)是局域網(wǎng)的基本構(gòu)成單元或最小單元。

獨立基本業(yè)務集是局域網(wǎng)的最基本的網(wǎng)絡組成類型。一個最小的局域網(wǎng)至少應包括兩個工作站。接入點是提供除用戶終端業(yè)務之外的具備分布系統(tǒng)業(yè)務的業(yè)務終端。在加入分布系統(tǒng)和接入點成分后的擴展業(yè)務集網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)經(jīng)過接入點在基本業(yè)務集和分布系統(tǒng)之間傳遞。

分布系統(tǒng)和基本業(yè)務集允許設計任意覆蓋范圍和復雜性的無線網(wǎng)絡，習慣上這種網(wǎng)絡被稱為擴展業(yè)務集網(wǎng)絡。對邏輯鏈路控制層來說，擴展業(yè)務集和獨立基本業(yè)務集的表現(xiàn)是相同的。擴展業(yè)務集中工作站的通信，或移動工作站從一個基本業(yè)務集移到另一個基本業(yè)務集(在同一擴展業(yè)務集中)的過程對于邏輯鏈路控制是透明的。

4 與其他網(wǎng)絡集成的技術(shù)

為了擴大應用的范圍和充分利用其他網(wǎng)絡資源，通常要求將無線局域網(wǎng)同其他網(wǎng)絡無縫地集成起來。圖2是一個無線局域網(wǎng)與其他網(wǎng)絡連接的結(jié)構(gòu)示意圖，給出了無線局域網(wǎng)和已存在網(wǎng)的集成方式。

如果發(fā)送業(yè)務認定預定的信息接收者是擴展業(yè)務集網(wǎng)絡之外的工作站，則分布系統(tǒng)的“輸出”點不是AP而是端口。端口是DS接收外部信息的連接點。

5 應用與發(fā)展

無線局域網(wǎng)的應用是和無線局域網(wǎng)的特點緊密聯(lián)系在一起的。根據(jù)無線局域網(wǎng)的技術(shù)特點，在無線局域網(wǎng)的應用中主要有室內(nèi)應用和室外應用兩種。在室內(nèi)應用環(huán)境下，無線局域網(wǎng)作為有線局域網(wǎng)的補充，與有線局域網(wǎng)并存。室內(nèi)應用環(huán)境主要有如下幾種：

*9誗小型用戶駐地網(wǎng)絡

*9誗大型辦公室、車間

*9誗超級市場、智能倉庫

*9誗臨時辦公室、會議中心

*9誗證券市場

*9誗機場、車站等交通樞紐地區(qū)

*9誗電信運營商用于高密度區(qū)域的覆蓋

對于難以布線的室外環(huán)境，無線局域網(wǎng)可充分發(fā)揮其高速率、組網(wǎng)靈活的優(yōu)點。在遠程節(jié)點之間，節(jié)點內(nèi)部既可以采用有線局域網(wǎng)，也可以采用無線局域網(wǎng)。當一個企業(yè)在多個地方有辦公地點時，通過無線橋(WB)的遠距離連接，無線局域網(wǎng)可以發(fā)揮重要的作用。不僅降低成本，也將大大縮短提供服務的時間。

作為一項價格低廉、安裝容易、接口豐富、應用靈活和傳輸速率可能高達100 Mbit/s以上的無線通信系統(tǒng)，無線局域網(wǎng)的應用被看好。而且，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的增長，無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡性能的進一步穩(wěn)定，無線局域網(wǎng)終端設備品種和數(shù)量的增長；隨著802.11b和HyperLAN1的廣泛應用，802.11a和HyperLAN2等OFDM技術(shù)的進一步應用，無線局域網(wǎng)將具有明顯的優(yōu)勢，并在相當程度上推動無線互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。□

參考文獻

1 劉元安.寬帶無線接入和無線局域網(wǎng).北京:北京郵電大學出版社,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 劉蕾,張有根.無線局域網(wǎng)技術(shù)縱覽.中國數(shù)據(jù)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

(收稿日期：2002-10-08)

作者簡介

劉元安，北京郵電大學教授、博士生導師，中國電子學會和中國通信學會高級會員，中國通信學會無線和移動通信委員會委員，中國電子學會電磁兼容分會委員，中國電子學會微波分會微波與移動通信專業(yè)委員會委員。曾擔任國際電信會議ICT2002大會執(zhí)行主席，國際移動互聯(lián)網(wǎng)會議IMI2001大會主席，中-日聯(lián)合移動通信會議執(zhí)行主席。研究興趣有10 Mbit/s以上移動通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)、智能天線電磁兼容和測量技術(shù)、高速無線局域網(wǎng)和寬帶無線接入技術(shù)、本地多媒體移動通信系統(tǒng)等。已在國內(nèi)外學術(shù)刊物上發(fā)表論文70余篇，出版專著2部。v