無線局域通信網

摘要：

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

關鍵詞：

數據業(yè)務；電磁干擾；寬帶無線技術；直接擴頻技術；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的迫切需求，因而，近年來無線局域網(WLAN)技術越來越受到重視，各種應用不斷豐富。無線局域網除了保持有線局域網高速率的特點之外，還可以靈活地可移動地組網；而無線局域網技術與通信網絡(如GSM網、CDMA網、光網絡)的結合，更極大地擴充了無線局域網的應用空間?？梢哉f，無線局域網將是新一輪數據無線通信的重要支撐技術，其未來發(fā)展的空間很大。

1 傳輸技術

一般來講，凡是在一個有限空間內(比如200 m)，通過無線方式連接的信息設備共同構成的網絡都可稱為無線局域網。在非擴展服務集網絡情況下，該網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依調制方式不同，可分為擴展頻譜、窄帶調制和正交頻分復用(OFDM)。在擴展頻譜方式中，數據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(DSSS)和跳頻擴頻技術(FHSS)。在窄帶調制方式中，數據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技術的無線局域網包括IEEE 802.11a和HyperLAN2，其傳輸速率可以高達54 Mbit/s，而且根據發(fā)展情況看，高于100 Mbit/s的無線局域網技術將很快出現。

基于紅外線的傳輸技術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。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。

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

(1)兼容性

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

(2)可靠性

有線局域網的信道誤比特率達10-9。無線局域網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)會使網絡的實際吞吐性能大打折扣。

(3)通信保密

由于數據經過空中，要求其有較高的通信保密能力。無線局域網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

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

(5)小型、低價

這是無線局域網能夠實用并普及的關鍵所在。

(6)電磁環(huán)境、無線電頻段的使用規(guī)范

在室內使用的無線局域網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 網絡拓撲

無論采用那種傳輸技術，無線局域網的網絡結構基本上是一樣的，即拓撲結構僅可歸結為兩個基本類：無中心拓撲和有中心拓撲。

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

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

用戶終端從哪層接入網絡，直接影響到系統的實現和網絡傳輸性能。網絡接口可以選擇從物理層或數據鏈路層接入。這樣接入的最大優(yōu)點是上層的網絡操作系統及相應的驅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的集線器和無線轉發(fā)器，實現與有線局域網互連或擴大有線局域網的覆蓋范圍。另一種接口方法是從數據鏈路層接入網絡。這種接入方法并不沿用有線局域網的媒體訪問控制(MAC)協議，而采用更適合無線傳輸環(huán)境的媒體訪問控制協議。在實現時，媒體訪問控制層及其以下層對上層是透明的，通過配置相應的驅動程序來完成與上層的接口。這樣可保證現有的有線局域網操作系統或應用軟件可在無線局域網上正常運行。目前，大部分無線局域網廠商都采用數據鏈路層接口方法。

3 無線局域網基本網絡組成

無線局域網協議定義了無線局域網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、可靠和有效傳輸的基礎，協議包括對信息、管理、控制和物理層的定義。圖1所示為兩個無線局域網基本業(yè)務單元?；緲I(yè)務集(BSS)是局域網的基本構成單元或最小單元。

獨立基本業(yè)務集是局域網的最基本的網絡組成類型。一個最小的局域網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業(yè)務的業(yè)務終端。在加入分布系統和接入點成分后的擴展業(yè)務集網絡中，數據經過接入點在基本業(yè)務集和分布系統之間傳遞。

分布系統和基本業(yè)務集允許設計任意覆蓋范圍和復雜性的無線網絡，習慣上這種網絡被稱為擴展業(yè)務集網絡。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 與其他網絡集成的技術

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

如果發(fā)送業(yè)務認定預定的信息接收者是擴展業(yè)務集網絡之外的工作站，則分布系統的“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

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

*9誗小型用戶駐地網絡

*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，無線局域網可充分發(fā)揮其高速率、組網靈活的優(yōu)點。在遠程節(jié)點之間，節(jié)點內部既可以采用有線局域網，也可以采用無線局域網。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，無線局域網的應用被看好。而且，隨著數據業(yè)務的增長，無線局域網網絡性能的進一步穩(wěn)定，無線局域網終端設備品種和數量的增長；隨著802.11b和HyperLAN1的廣泛應用，802.11a和HyperLAN2等OFDM技術的進一步應用，無線局域網將具有明顯的優(yōu)勢，并在相當程度上推動無線互聯網的發(fā)展?！?/p>

參考文獻

1 劉元安.寬帶無線接入和無線局域網.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.無線局域網技術縱覽.中國數據通信,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，國際移動互聯網會議IMI2001大會主席，中-日聯合移動通信會議執(zhí)行主席。研究興趣有10 Mbit/s以上移動通信系統及關鍵技術、智能天線電磁兼容和測量技術、高速無線局域網和寬帶無線接入技術、本地多媒體移動通信系統等。已在國內外學術刊物上發(fā)表論文70余篇，出版專著2部。v