淺談WLAN在移動通信中的應用及前景

【摘要】在移動通信中，WLAN作為固定局域網的一種延伸，因其組網簡單，速率較高，受到了移動運營商和許多商務用戶的廣泛關注，但其也存在認證計費復雜、網絡安全性較差、用戶接入控制難等問題，也引起了各方對此項技術的爭論。

本文從WLAN的工作原理及實現方式著手，闡明了WLAN與LAN的區別，并詳細描述了其在目前移動通信中的應用，并對WLAN的優缺點進行詳細的分析，對WLAN的應用前景進行了個人的分析及展望，并對其解決方案提出了自己的看法。

【關鍵詞】WLAN；工作原理；移動通信；前景

一、 引言

近年來，無線網絡在國內通信網中日趨普及， 用戶數量快速增長。而其中，無線局域網（WLAN）因其覆蓋范圍較小，數據傳輸速率也較高，網絡安裝難度較低，能有效的解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入而受到各運營商的青睞。

以河南移動為例，在WLAN方面，河南移動發展非常迅猛。2011年熱點數量才11萬，18個地市分公司實現無線城市門戶網站接入。WLAN熱點居中國移動各省第7位；而截止目前已達到16萬。“下一年的增長目標是20萬，估計到2013年年底有望接近40萬熱點[2]。

而在2012年，一則《中移動WLAN疑遭破解 WiFi熱點被“蹭網”凸顯管控難題》的新聞，也引起了我們的極大關注。文中聲稱：“一款名為“暢無線”的應用躥紅網絡，原因在于，它利用中國移動的WiFi管理漏洞，為使用者提供免費的無線上網服務。”[3]

那么，WLAN為何在中國國內發展如此迅猛呢？WLAN是否安全呢？它的優缺點又是什么呢？它的前景如何呢？

接下來，我們將具體從WLAN的工作原理、實現方式、優缺點等方面詳細描述，具體如下：

二、 WLAN的組成結構及實現方式

WLAN從結構上可以分為兩類，第一類具有固定基礎設施，第二類沒有固定基礎設施。

其中，具有固定基礎設施的主要是以802.11為標準，而無固定基礎設備的移動自組織網絡是一種多跳的臨時性自治系統，它的前身是美國的PR（PACKET RADIO）網絡，后改名為AD HOC 網絡，它通常應用在沒有或者不便利用現有的網絡基礎設

施的情形中，目前主要用于軍事通信、移動會議、緊急服務和空難恢復、無線傳感器網絡等領域。

而在常見的802.11無線以太網為標準的固定基礎設施中，一般采用星形拓撲，以AP為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協議。

以一個典型的WLAN組網方式為例，該組網包括了全國骨干、省級骨干網絡，認證中心、城域網、二級交換機、一級交換機、AC及熱點、AP及終端等部分。

三、 WLAN的工作原理

以OSI七層模型為例，WLAN主要工作在OSI七層模型中的第1和第2層，即物理層和數據鏈路層（在功能上可以再細分為MAC層和LLC層），下面我們分別具體了解下這兩種網絡的具體作用：

1. 物理層（ physical layer ）：

物理層是OSI的第一層，是整個系統執行的基礎。物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，承擔數據傳輸的物理媒體，為數據傳輸提供可靠的環境。

2. 介質訪問控制子層

“介質訪問控制子層”，用于定義物理層數據包怎樣在介質上進行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，定義了如何物理尋址，邏輯拓撲結構，線路控制和幀的傳遞順序、流量控制等功能。

在802.11無線以太網為標準的固定基礎設施中，一般采用星形拓撲，以AP為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協議。

802.11協議對MAC層無爭用服務采用載波偵聽/沖突避免（CSMA/CA）協議，如何做到沖突避免呢？其工作主要如下：

1. 每個發送站在送出數據前，監聽信道狀態，等沒有人使用信道，維持一段

時間后，再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用，才送出數據。由于每個設備采用的隨機時間不同，所以可以減少沖突的機會，在CSMA/CA中，常采用能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。

2. 送出數據前，會先發一段小小的請求傳送報文（RTS ： Request to Send）給目標端，等待目標端回應 CTS： Clear to Send 報文后，才開始傳送。

3. 為了盡量減少發生沖突，CSMA/CA協議在空閑狀態，不僅等待一個DIFS，還執行退避算法，如果此時信道已經轉入忙，則結點將當退避計時器復位，重新進行爭用狀態，直到成功發送。

四、 WLAN與LAN的區別

雖然WLAN和LAN都在最終用戶之間提供連接性，但它們存在一些重要差別，其主要差別如下：

1. WLAN使用的幀格式與有線以太網LAN不同，WLAN要求在幀的第2層報頭中添加額外的信息。

2. WLAN使用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA），而不是以太網LAN使用的載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）。

3. WLAN使用無線電波因覆蓋范圍、RF傳輸、多路徑失真以及其他無線服務或干擾，將導致一些在LAN中較少存在的連接性問題。

4. WLAN存在因射頻泄露導致的保密問題。在WLAN中，使用射頻作為網絡的物理層移動客戶端通過接入點連接到網絡，接入點相當于以太網集線器，這種連接沒有到網絡的物理連接和移動設備通常使用電池供電，而不像LAN設備那樣連接到電源插座。

5. WLAN必須遵循當地的RF法規。標準化旨在讓WLAN在全球通用。由于WLAN使用射頻，因此它們必須遵循隨國家而異的有關RF功率和頻率的法規，而有線LAN不存在這樣的問題。

五、 WLAN系統在移動通信中的應用情況

在目前的移動通信中，根據IEEE 802.11相關標準定義WLAN工作于免許可證頻段：2.4GHz及5GHz，隨著工作頻率及數據率的提高，硬件實現成本也越高，同時無線的傳播范圍也會降低。

以中移動為例，目前主要采取WLAN+TD雙模終端方式，通過熱點地區分流，對TD網絡形成有益補充，彌補TD覆蓋不足，低成本加強室內覆蓋， 在2.4GHz內，100mw時的覆蓋范圍為100米左右，而在5.8GHz，100mw，覆蓋范圍為50米左右，

業務范圍主要是終端從WLAN接入核心網，可以訪問傳統PS域數據業務及訪問Internet及企業數據應用。

六、 WLAN在移動通信應用中的優、缺點

在移動通信中，WLAN因其組網簡單，速率較高，受到了移動運營商和許多商務用戶的廣泛關注。歸納起來，WLAN的優缺點主要如下：

（一） WLAN在移動應用中的優點

1、 實測業務承載速率為17-25Mbps，優于現有2G/3G技術，高帶寬，頻點高于2G/3G技術。

2、 建設成本低，不須考慮重新裝潢，布線之費用，建網快，能迅速滿足熱點地

區的數據業務需求，節省成本。

3、 機動性： WLAN主要針對電腦用戶，終端（特別是筆記本內置模塊）普及度高，不受工作區域之限制兼容性高，安裝方便，且可隨時增加使用數量。

4、 所在頻段為非授權頻段，無需高額申請相關頻譜資源。

（二） WLAN在移動應用中的缺點

1、 頻點資源少，高帶寬干擾嚴重，且ISM頻段易受干擾，抗干擾及穿透損耗能力差，802.11 b/g主要工作在2.4GHz ISM頻段，實際部署將受到來自異系統的干擾，對網絡性能影響較大；而802.11a工作在5.8GHz頻段，穿透能力較弱，要求盡可能視距傳播，多用于網橋或空曠，區域覆蓋，室內覆蓋較難實現，ISM頻段干擾不可控。

2、 頻段高，連續覆蓋能力弱，空口協議效率不高，缺少專用控制信道和統一的資源管理機制，多用戶接入能力弱。

3、 網絡可管理性弱，業務QoS保障能力弱，易受攻擊，現階段各運營商主要依賴廠商提供的本地網管，多廠商設備管理能力較弱，各廠商采用的部分數據統計方式不統一，不能完全反映網絡真實狀況，故障和性能管理方面能力較弱，網管支持能力較弱[5]。

七、 WLAN應用的前景展望及解決方案

從長遠發展趨勢看，WLAN和3G網絡主要定位的應用場景都有所擴展，但是各自優勢區域只出現很小的重疊，不存在真正意義上的競爭關系，而從目前WLAN近幾年在國內各運營商的發展來看，仍需要從以下幾個方面進行完善：

1、 從硬件的角度來看，WLAN相關系統存在AP、AC接口標準化及瘦AP產品的技術標準規范化問題。

2、 從架構來看，傳統的主流方案均是采取胖AP方案，即對每AP下發配置文件，類似有線，根據AP接入的有線端口區分權限，簡單數據接入，L2漫游，適合小規模組網，傳統加密、認證方式，普通安全性較低，已難以滿足高速發展的數據業務需要。在今后的發展中，WLAN的架構方案建議需要增加射頻環境監控，基于用戶位置的安全策略，提高WLAN使用的安全性；在無線交換機上統一配置并下發，AP零配置，減化相關維護，并無線專門虛擬專用組方式，根據用戶名區分權限，使其使用更加靈活，L2、L3漫游，拓撲無關性，使其適合大規模組網，并擴展語音等豐富業務。

3、 而從相關技術來看，在物理層中，建議可在WLAN中引入MIMO技術，對其信道進行綁定，并有更多子載波，采取更短的GI，更高的調制速率，更高調制速

率，可擴大WLAN傳播范圍，提高信號傳輸的可靠性，使系統能夠以不低于108Mbps的傳輸速率保持通信；還可以充分利用無線資源的空間可分性，提高無線局域網系統對無線資源的利用率，擴大無線信號的傳輸范圍，并從根本上提高系統容量。而在MAC層中，采用幀聚合幀聚合技術，開展Block ACK，縮小幀間間隔，給用戶提供更高數據率的通信服務（例如視頻點播VOD，在線觀看HDTV）。

八、 總結

綜上所述，無線局域網（WLAN）因其覆蓋范圍較小，數據傳輸速率也較高， WLAN作為固定局域網的一種延伸，受到了移動運營商和許多商務用戶的廣泛關注。

就其工作原理及實現方式而言，WLAN的組成結構共分兩類，目前一般采用第一類方式，即在802.11無線以太網為標準的固定基礎設施中，采用星形拓撲，以AP為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協議。

在WLAN與其它LAN中，其幀格式和傳輸方法與LAN存在較大差別，在WLAN使用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA），而且使用無線電波有可能導致一些在LAN中較少存在的連接性問題，并存在因射頻泄露導致的保密問題。另外，由于WLAN使用射頻，它們必須遵循隨國家而異的有關RF功率和頻率的法規問題，而在LAN中則沒有相關的問題。

而在實際的使用中，WLAN優勢主要在于實測業務承載速率優于現有2G/3G技術，高帶寬，建設成本低，能迅速滿足熱點地區的數據業務需求，且WLAN主要針對電腦用戶，終端（特別是筆記本內置模塊）普及度高，兼容性高，安裝方便，所在頻段為非授權頻段，無需高額申請相關頻譜資源等。

但其在實際的使用中，也存在頻點資源少，高帶寬干擾嚴重，頻段高，連續覆蓋能力弱，空口協議效率不高，缺少專用控制信道和統一的資源管理機制，室內覆蓋距離短，網絡可管理性弱，業務QoS保障能力弱，易受攻擊等缺點。