無線局域網(wǎng)技術(shù)及在企業(yè)的應(yīng)用

李亮先　王芳萍

摘要：局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)正在由單一的有線向有線與無線相結(jié)合或無線的方向發(fā)展。本文著重分析研究了無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計與實(shí)施以及企業(yè)的組網(wǎng)方案。

關(guān)鍵詞：無線技術(shù)；企業(yè)信息化；網(wǎng)絡(luò)布線

無線局域網(wǎng)?穴Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ?熏ＷＬＡＮ?雪具有傳統(tǒng)局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)）技術(shù)的所有特性和優(yōu)點(diǎn)，它采用紅外線或射頻取代雙絞線或光纖作為傳輸媒介。在紅外線和射頻兩者中，無線電信號因?yàn)楦采w范圍廣且?guī)捀?，因而?yīng)用更加廣泛。目前無線局域網(wǎng)大多使用２．４ＧＨｚ頻段，利用射頻?穴Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?熏 ＲＦ?雪技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)存取架構(gòu)更簡單，達(dá)到了"信息隨身化、便利走天下"的理想境界。

１．無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

無線局域網(wǎng)有很多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，僅ＩＥＥＥ 家族就有一系列不同的標(biāo)準(zhǔn)，如８０２．１１、 ８０２．１１ ａ、８０２．１１ ｂ、８０２．１１ｅ、８０２．１１ｇ等，此外還有藍(lán)牙?穴Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ?雪、ＨｏｍｅＲＦ、ＯｐｅｎＡｉｒ等。雖然標(biāo)準(zhǔn)眾多，但大致可分為兩大發(fā)展方向：以高速傳輸應(yīng)用發(fā)展為主?穴 ８０２．１１ ａ、８０２．１１ ｂ?雪；以低速短距離應(yīng)用為主（藍(lán)牙和ＨｏｍｅＲＦ）。其中，８０２．１１系列的速度較快、穩(wěn)定性和互用性較高，適用于區(qū)域網(wǎng)；而藍(lán)牙速度較慢，但移動性強(qiáng)、體積小，適合移動電話、個人數(shù)字助理?穴ＰＤＡ?雪或個人電腦?穴ＰＣ?雪等設(shè)備的短距離互連，并發(fā)起了全新概念個人區(qū)域網(wǎng)?穴ＰＡＮ?雪。從發(fā)展趨勢來看，ＩＥＥＥ８０２．１１協(xié)議系列大有一統(tǒng)無線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之勢，且８０２．１１ｂ廣受業(yè)界支持，在國外幾乎成了無線局域網(wǎng)的代名詞。８０２．１１ｂ與藍(lán)牙技術(shù)主要性能參數(shù)的比較如表１所示。

２．無線局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

目前無線局域網(wǎng)運(yùn)用的通信技術(shù)主要分為三大類：窄頻微波?穴Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ｍｉｃｒｏｗａｓｅ?雪技術(shù)、展?穴擴(kuò)?雪頻（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）技術(shù)及紅外線?穴Ｉｎｆｒａｒｅｄ?雪技術(shù)，而擴(kuò)頻技術(shù)已成為主流，在企業(yè)中應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)都是基于擴(kuò)頻技術(shù)的無線局域網(wǎng)。擴(kuò)頻技術(shù)的無線局域網(wǎng)是依據(jù)ＦＣＣ?穴Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，美國聯(lián)邦通訊委員會?雪規(guī)定的ＩＳＭ?穴Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ?雪，頻率范圍在９０２-９２８ＭＨｚ及２．４-２．４８４ＧＨｚ兩個頻段?穴這兩個頻段是開放的?雪。采用某個特定的擴(kuò)頻編碼函數(shù)將待傳信息的頻譜擴(kuò)展，使之成為寬帶信號送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)的手段將其壓縮，從而獲得傳輸信息的系統(tǒng)。擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為"跳頻技術(shù)"及"直接序列"兩種方式。與光學(xué)技術(shù)相比，擴(kuò)頻能支持更大范圍，實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率，改善了對數(shù)據(jù)截取的抵抗力，保證了數(shù)據(jù)保密性。

無線局域網(wǎng)一般需要配置無線接入點(diǎn)Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ（ＡＰ俗稱橋接器）、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｃａｒｄ（ＷＬＣ俗稱無線網(wǎng)卡）、計算機(jī)及相關(guān)設(shè)備，與有線局域網(wǎng)的主要區(qū)別在于傳輸媒體與ＭＡＣ協(xié)議。ＡＰ即是當(dāng)作有線局域網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之橋梁，因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡之ＰＣ均可透過ＡＰ去分享有線局域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)的資源。此外，ＡＰ本身又兼具網(wǎng)管功能，可對接有無線網(wǎng)卡的ＰＣ作必要的控管。ＷＬＣ 與傳統(tǒng)Ｅｔｈｅｒｎｅｔ網(wǎng)卡的差別是：前者借由無線電波傳送資料，而后者則是通過網(wǎng)絡(luò)線。目前無線網(wǎng)卡的規(guī)格大致可分成２Ｍ、５Ｍ、１１Ｍ三種。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，無線局域網(wǎng)作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同的場合選擇不同的高性價比方案來達(dá)到實(shí)時訪問共享信息的要求。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互連使用，也可單獨(dú)使用。組成單組無線網(wǎng)、多組無線網(wǎng)和與有線相結(jié)合的無線網(wǎng)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖１、圖２、圖３。

當(dāng)企業(yè)需要將位于各處的分廠ＬＡＮ連起來，形成一個大的ＷＡＮ時，可以使用無線網(wǎng)橋技術(shù)。無線網(wǎng)橋使用擴(kuò)頻無線電或微波，可以連接２５公里以內(nèi)的ＬＡＮ。更小功率的網(wǎng)橋限制在２～５公里內(nèi)，這些無線鏈路可以提供１-１０Ｍｂｐｓ的數(shù)據(jù)傳輸。通過無線網(wǎng)橋，即使相隔幾公里的建筑物，其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也可以合成一個局域網(wǎng)，而且不需用銅纜或光纜連接，省去了穿墻鉆孔等諸多麻煩。如一對工作在９００ＭＨｚ的網(wǎng)橋，可連接１～２公里的距離，傳輸速率２Ｍｂｐｓ；一條工作在３１ＧＨｚ微波鏈路可提供７～１０公里１０Ｍｂｐｓ全雙工傳輸。

無線方案潛在的缺點(diǎn)是環(huán)境地形因素對信號的影響。信號間高山、很高的建筑物、樹木會阻礙射頻信號。多變的天氣，如暴雨會影響信號或中斷鏈路，而且無線鏈路極易被干擾。

３． ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標(biāo)準(zhǔn)及其無線局域網(wǎng)的實(shí)施

３．１ ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標(biāo)準(zhǔn)

８０２．１１ｂ是在８０２．１１基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來，與Ｈｏｍｅ ＲＦ及藍(lán)牙技術(shù)一樣使用無需申請的２．４ＧＨｚ的ＩＳＭ頻段。８０２．１１ｂ使用直接序列擴(kuò)頻?穴Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ＤＳＳＳ?雪技術(shù)，所能提供的理想最大數(shù)據(jù)傳輸速率為１１Ｍｂｐｓ。

ＤＳＳＳ是將被傳送的信號?穴０或１?雪用１０個以上的碼片?穴ｃｈｉｐ?雪進(jìn)行冗余偽隨機(jī)編碼。每位使用的ｃｈｉｐ數(shù)越多則抗干擾能力越強(qiáng)，但可安裝使用的用戶數(shù)將減少。在實(shí)驗(yàn)中ｃｈｉｐ數(shù)的最佳值大約在１００左右。不過目前幾乎所有的２．４ＧＨｚ無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品所使用的ｃｈｉｐ數(shù)皆少于２０，而在８０２．１１的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)只有１１。編碼后的信號分散在整個可用頻段，既展寬了頻帶，又降低了功率。對不懂編碼規(guī)律者來說只相當(dāng)于白噪聲，因此要竊聽或截獲以此方式編碼的數(shù)據(jù)很困難。該技術(shù)還可降低用戶在與其他設(shè)備?穴如微波爐?雪共享同一頻段時所產(chǎn)生的干擾，且其冗余方法使當(dāng)有一個或多個比特在傳輸過程中遭到破壞或丟失時不需重傳就能恢復(fù)。這種方式犧牲了帶寬，卻提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性。

從射頻覆蓋范圍、帶寬及技術(shù)工藝成熟程度等方面綜合考慮，８０２．１１ｂ比其他的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ?穴如ＩＥＥＥ ８０２．１１系列、Ｈｏｍｅ ＲＦ?雪更適合于覆蓋面積相對較廣、帶寬要求較高的場合，如大型辦公室和公共場所的服務(wù)提供點(diǎn)。目前已有眾多的網(wǎng)絡(luò)廠商相繼推出了基于８０２．１１ｂ標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。各廠商產(chǎn)品的互操作性由ＷＥＣＡ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＥｔｈｅｒｎｅｔＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙＡ１１ｉａｎｃｅ）負(fù)責(zé)管理。標(biāo)有Ｗｉ-Ｆｉ認(rèn)證標(biāo)識的為可互操作的產(chǎn)品，由中立組織Ａｇｉｌｅｎｔ或硅谷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真實(shí)性測試。

３．２８０２．１１ｂ無線局域網(wǎng)的設(shè)計和實(shí)施

要成功地實(shí)施８０２．１１ｂ無線局域網(wǎng)，需要精心規(guī)劃和設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計即確定網(wǎng)絡(luò)的模型、頻道選擇和ＡＰ的安放位置。該過程應(yīng)考慮覆蓋區(qū)域、用戶數(shù)量、即將使用的設(shè)備、應(yīng)用軟件、傳輸距離、傳輸衰減、多徑傳輸和射頻干擾等。傳輸距離即ＡＰ的電磁波所能到達(dá)的距離。定稿計劃必須考慮到影響性能的用法方案和各種不利因素，如環(huán)境障礙物對射頻信號的阻礙作用。ＡＰ的視野傳送距離為１００ｍ。在相對開闊的室內(nèi)環(huán)境，ＡＰ置于較高的位置時?熏最大距離為４６ｍ。在有障礙物的環(huán)境中，典型的傳輸距離是２３～２４ｍ。傳輸衰減是指隨著ＡＰ和用戶系統(tǒng)之間距離增加，信號強(qiáng)度下降。這種衰減受傳輸距離、障礙物（如墻壁、天花板、室內(nèi)擺設(shè)及傳輸頻率）的影響。通常頻率越高傳輸距離越短。多徑傳輸是由于射頻信號的反射，使射頻信號可能沿多條路徑傳輸，好像有多個信號到達(dá)目的地，這會極大地影響性能?？赏ㄟ^正確地安放ＡＰ和使用具有多向天線的用戶網(wǎng)絡(luò)接口控制器（ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒ-ｆａｃｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＮＩＣ）來解決這一問題。射頻干擾一般來自其他工作在２．４ＧＨｚ頻段的射頻源，如微波爐和無繩電話，特別是運(yùn)行于同一頻段的藍(lán)牙ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）的干擾。

３．２．１網(wǎng)絡(luò)模型的確定

（１）以ＡＰ為中心的模式：如果局域網(wǎng)作為有線網(wǎng)絡(luò)的"最后１００ｍ"，則ＡＰ需要承擔(dān)對整個網(wǎng)絡(luò)的控制和管理。這時無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過ＡＰ連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。因此可根據(jù)用戶的多少確定ＡＰ的數(shù)量，而ＡＰ的互操作性也就顯得尤為重要。（２）對等模式：相互通信的節(jié)點(diǎn)只是需要彼此交換數(shù)據(jù)而無需接入有線網(wǎng)，每個節(jié)點(diǎn)的關(guān)系是平等獨(dú)立的。這種網(wǎng)絡(luò)相對簡單靈活，無需ＡＰ，但功能單一。這種情況下只要用戶安裝的是有Ｗｉ-Ｆｉ標(biāo)志的ＮＩＣ便可保證其互操作性。

３．２．２８０２．１１ｂ ＤＳＳＳ頻道選擇

２．４ＧＨｚ頻段包含８０ＭＨｚ的頻譜，典型的８０２．１１ｂ ＤＳＳＳ頻道占２２ＭＨｚ帶寬，為減小頻道間干擾至少需要２５ＭＨｚ。因此８０ＭＨｚ的可用頻道可滿足３個互不重疊的相同帶寬的８０２．１１ｂ ＤＳＳＳ頻道。這就允許有３個ＡＰ工作于互不干擾的頻道并安置于有重疊的區(qū)域，其典型配置如圖４所示。在２．４ＧＨｚ頻段，８０２．１１ｂ標(biāo)準(zhǔn)定義了１４種中心頻道。

圖５是一種使用頻道１（２．４１２ＧＨｚ）、頻道６（２．４３７ＧＨｚ）和頻道１１（２．４６２ＧＨｚ）的排列。通常使用頻道１、６和１１會使配置和管理相對簡單。如果安排得當(dāng)，這３個頻道可以滿足安裝多個ＡＰ和大量客戶的需求。

３．２．３ＡＰ的安放

ＡＰ的安放位置要結(jié)合理論和實(shí)地考察，要將建筑物設(shè)計圖和物理實(shí)地觀測結(jié)合起來。圖６表示一棟三層的建筑物，９個ＡＰ分別工作在頻道１、６和１１。該布局可使同一層及各層 ＡＰ間干擾最小，它還限制了當(dāng)設(shè)定在同一頻道的２個重疊的ＡＰ帶寬爭用的發(fā)生。當(dāng)爭用發(fā)生時，８０２．１１ｂ的載波偵聽多路訪問／沖突避免（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉ-ｓｉｏｎＡｖｉｏｄａｎｃｅ，ＣＳＭＡ／ＣＡ）機(jī)制確保在２個覆蓋區(qū)域的用戶可以訪問網(wǎng)絡(luò)。然而２個ＡＰ僅提供一個１１Ｍｂｐｓ的帶寬，而非ＡＰ２２Ｍｂｐｓ。安裝后，技術(shù)人員可通過使用膝上電腦漫游觀察其信號的強(qiáng)弱變化。若信號弱或吞吐量低則需調(diào)整ＡＰ的安放地點(diǎn)和密度或重新選擇頻道。

３．３相關(guān)的技術(shù)問題

３．３．１擴(kuò)展能力和帶寬

圖７顯示了如何將帶寬從１１Ｍｂｐｓ擴(kuò)展到３３Ｍｂｐｓ以服務(wù)于更密集的無線用戶或給覆蓋區(qū)域內(nèi)每個用戶增加可用帶寬。圖中左邊一個ＡＰ提供１１ Ｍｂｐｓ的帶寬，由在該區(qū)域的無線用戶共享。圖中右邊可安裝另２個ＡＰ，每個ＡＰ為同一區(qū)域提供另外的１１Ｍｂｐｓ帶寬，加起來帶寬達(dá)到了３３Ｍｂｐｓ （注意：該方案并未給單個無線用戶提供３３Ｍｂｐｓ的帶寬。因?yàn)槊總€用戶 １ 次只和１個ＡＰ通信，并和其他與該ＡＰ通信的用戶共享帶寬。但該方案使共享同一ＡＰ的１１Ｍｂｐｓ的用戶減少了，因而相當(dāng)于增加了帶寬，或提高了支持更大密度用戶的能力），當(dāng)然支持能力和增加帶寬也可通過減小覆蓋面積得以實(shí)現(xiàn)。

３．３．２ＡＰ的傳輸功率

傳輸功率影響電磁波信號的有效距離。大多數(shù)的傳輸功率在１-１００ｍＷ，功率越高傳送距離越遠(yuǎn)。在大型辦公室（有許多低矮墻相隔）中，需要適當(dāng)增加功率，在不需長距離傳輸?shù)膱龊希ㄈ缧⌒娃k公室）可適當(dāng)設(shè)為低功率。由于降低功率減小了ＡＰ的傳輸距離，這樣在一個特定的區(qū)域中可安裝更多的ＡＰ，以提供更高的總吞吐量。例如由３個設(shè)置在３００ｍＷ的ＡＰ提供總帶寬為３３Ｍｂｐｓ的服務(wù)區(qū)域，可以使用更多發(fā)射低功率的ＡＰ來提供更高帶寬的服務(wù)，這種方案更適合于有大量無線客戶的場合，但必須權(quán)衡增加帶寬和增加ＡＰ數(shù)量的費(fèi)用。

３．３．３安全性

８０２．１１ｂ采用偽隨機(jī)編碼，編碼后的數(shù)據(jù)分散在整個頻帶，且信號功率低，淹沒在白噪聲中，只有知道編碼規(guī)律的收發(fā)雙方才能理解這些編碼，捕獲和竊聽很困難，因而具有一定的安全性。但與有線網(wǎng)的物理接入相比，有線網(wǎng)排除了非物理接觸信息點(diǎn)的非授權(quán)訪問。而無線網(wǎng)的電磁波在其覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播，該區(qū)域內(nèi)的任何用戶（如鄰近的建筑物）都有可能訪問到網(wǎng)絡(luò)，若ＡＰ設(shè)置不當(dāng)將引起非授權(quán)訪問。因此可通過適當(dāng)設(shè)置無線網(wǎng)的ＡＰ?熏 將ＡＰ與內(nèi)部網(wǎng)隔離，采用身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等措施來保證網(wǎng)絡(luò)的安全。８０２．１１ｂ網(wǎng)采用的是服務(wù)集標(biāo)識符（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ Ｉｄｅｎ-ｔｉｆｉｅｒ，ＳＳＩＤ）訪問控制和有線同等隱私（ＷｉｒｅｄＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＰｒｉｖａ-ｃｙ，ＷＥＰ） 加密安全機(jī)制。

４． 利用中興通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)寬帶無線接入解決方案的案例

利用室外型大功率ＡＰ／無線網(wǎng)橋ＡＢ實(shí)現(xiàn)企業(yè)不同廠區(qū)間、連鎖超市間、各營業(yè)廳之間的遠(yuǎn)距離寬帶無線互聯(lián)，免去工作人員的辛苦奔波。具體組網(wǎng)方案如圖８。此方案主要采用中興ＺＸＲ１０ ＷＡＳ寬帶無線接入系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離無線網(wǎng)橋設(shè)備即Ｗ１１０Ｂ、Ｗ１２０Ｂ等設(shè)備實(shí)現(xiàn)企業(yè)不同廠區(qū)間、不同連鎖超市間、不同營業(yè)廳之間等的無線寬帶互聯(lián)，隨時傳遞工作信息。無線網(wǎng)橋設(shè)置在室外，以無線方式可連接最遠(yuǎn)２５公里的兩個或多個建筑物，無畏風(fēng)、雨、雷、電，是寬帶無線系列設(shè)備中的"室外精兵"。此方案主要針對在同一城市內(nèi)具有多個分支機(jī)構(gòu)的企事業(yè)單位，用以實(shí)現(xiàn)不同分支機(jī)構(gòu)之間的遠(yuǎn)距離寬帶無線互聯(lián)。

參考文獻(xiàn)?押

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[２]陶玲妹，蔣 翔． ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ無線網(wǎng)在企業(yè)或公共場所中的應(yīng)用[Ｍ]． 微機(jī)與應(yīng)用，２００２（６）

[３]李亮先． 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)策略研究]Ｊ]． 情報科學(xué)，１９９９．１１

（第一作者李亮先：中南大學(xué)圖書館副研究館員）