无线局域网的技术与发展

无线局域网的技术与发展

郭学军

郭学军（沈阳职业技术学院辽宁沈阳110045）

【摘要】无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。通俗地说，无线局域网（Wirelesslocal-areanetwork，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。

【关键词】无线局域网；移动；无线通信；信道

无线局域网的初步应用，可以追溯到几十年前的第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号做资料的传输。他们研发出了一套无线电传输科技，并且采用相当高强度的加密技术。当初美军和盟军都广泛使用这项技术。这项技术让许多学者得到了灵感，在1971年时，夏威夷大学（UniversityofHawaii）的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络，这被称作ALOHNET的网络，可以算是相当早期的无线局域网络（WLAN）。这最早的WLAN包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑（Bi-directionalstartopology）,横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛（OahuIsland）上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。虽然目前几乎所有的局域网络（LAN）都仍旧是有线的架构，不过近年来无线网络的应用却日渐增加，主要应用在学术界（像大学校园）、医疗界、制造业和仓储业等，而且相关的技术也一直在进步，对高校而言要转换到无线网络也更加容易、更加便宜了。

无线LAN既可满足各类便携机的入网要求，也可作为传统有线LAN的补充手段。当然，局域网技术应用于无线信道之所以成为可能，还在于相关技术的发展解决了某些关键性问题：

①天线设计技术的发展，使得在无线LAN中，每个节点在保证信号强度的同时，实现整个区域的覆盖。

②高性能、高集成度的CMOS和GaAs半导体技术的发展，以及多芯片模块技术（MCM）的出现，使得在一块低功耗、低成本专用集成电路（ASIC）芯片上可同时实现信号的调制解调，完成在微波以上频段的收发信功能。

③网络软硬件设计技术的发展，使芯片实现高速数据处理和复杂协议成为可能。无线LAN的组成基本上可分为三部分：通信设备、用户终端和支持单元。

1．无线局域网的技术特点

无线局域网利用电磁波在空气中发送和接收数据，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。

2．网络的拓朴结构

在无线LAN中，目前使用的拓扑结构主要有三种形式：点对点型、HUB型和全分布型。这三种结构解决问题的方法各有优缺点，目的都是让用户在无线信道中，获得与有线LAN兼容或相近的传输速率。

2．1点对点型。典型的点对点结构，是通过单频或扩频微波电台、红外发光二极管、红外激光等方法，连接两个固定的有线LAN网段，实际上是作为一种网络互连方案。无线链路与有线LAN的连接是通过桥路器或中继器完成的。点对点拓扑结构简单，采用这种方案可获得中远距离的高速率链路。

2．2HUB型。这种拓扑由一中心节点（HUB）和若干外围节点组成，外围节点既可以是独立的工作站，也可与多个用户相连。中心HUB作为网络管理设备，为访问有线LAN或服务器提供逻辑接入点，并监控所有节点对网路的访问，管理外围设备对广播带宽的竞争，其管理功能由软件具体实现。

2．3完全分布型。完全分布结构，目前还无具体应用，仅处于理论探讨阶段，它要求相关节点在数据传输过程中发挥作用，类似于分组无线网的概念。对每一节点而言，或许只有网络的部分拓扑知识（也可通过软件的安装获取全部拓扑结构），但它可与邻近节点以某种方式分享对拓扑结构的认识，由此完成一种分布路由算法，即路由上的每一节点都要协助将数据传送至目的节点。

3．网络协议

分布计算环境的基础是网络数据的高质量传输，以有线以太网为例，其误码率在10-12数量级，出错后还可通过分组重传采取进一步保护措施。而在无线LAN中即使采用纠错编码、反馈补偿等相关技术，要获得有线LAN那样的低误码率仍然困难。因此与有线传输相比，无线LAN在数据链路层上存在较大差异。

3．1IEEE802系列。红外无线LAN多采用IEEE802系列标准，所以它可以直接使用现有的应用软件，可工作于802.X速率。而射频波段的无线LAN，由于其物理层固有的信道波动性，采用上述协议不如有线系统可靠。

3．2载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议。由于无线介质动态范围大，一般的冲突检测方法在技术上难以实现，所以射频无线LAN大多采用冲突避免的协议。CSMA/CA从本质上说，是时分复用技术和CSMA/CD的组合，其随机访问特性，保证它在协议层、带宽共享和物理信道特性方面性能可靠，但由于增加了时隙分配、同步比特等额外开销，其运行速度一般低于IEEE802.3协议。

3．3IEEE802.11。1993年11月，IEEE802.11委员会提出了“基于分布方式的无线介质访问控制协议”草案，简称DFWMAC，其基本出发点是CSMA/CA，但为了增强异步传输业务的可靠性，采用了MAC层确认机制，对帧丢失予以检测并重新发送。

3．4时分双工（TDD）复用技术。TDD技术采用时分多址（TDMA）的常规传输方式，即将一时隙预约TDMA作为MAC协议，网络结构包括一控制模块和若干用户模块。用户发送数据前要先发送请求，控制模块会在下一帧中分配时隙，从而避免了冲突。帧长的选择取决于两个因素：时延和有效性。帧长越短，由于开销比特固定，有效性越差；相反则时延越大，所以帧长是采用TDD技术的无线LAN设计中的关键问题。

3．5网关方式。这种方式基于国际标准化组织定义的开放系统互连（OSI）协议体系结构，采用802.X与上层软件接口，然后安装一完全不同的协议栈供无线信道使用，实现有线LAN和无线信道协议在逻辑链路控制（LLC）层的互连，使系统不必依赖于特定的有线LAN技术。

综上所述，无线LAN协议的关键在于提高吞吐量、降低网络时延、有效利用信道。同时，一些国际标准，如泛欧数字无绳电话标准DECT，也向支持无线LAN应用的方向发展，它通过将桥路器和无线基站集成，使PABX和LAN系统相结合，来支持语音、数据等综合业务的传输。

4．网络设计中的问题

4．1吞吐量。目前，有些设备吞吐量已超过15Mbit/s，而有些只能达到15kbit/s或者更低，对用户而言，应以满足实际需求、有效利用带宽为原则。因此，工作于较低速率（2Mbit/s）的无线LAN，可很好地与有线以太网相匹配，并具有较好的性能。

从长远看，无线LAN提供的速率应与FDDI（分布式光纤接口）或BISDN（宽带综合业务数字网）兼容，所以目前人们正致力于传输率100Mbit/s系统的研究开发。

4．2保密性。由于无线传输介质的开放性，除了在网络管理层采取一定的安全措施外，在无线LAN中，扩频传输技术也提供了许多安全方面的优点，如LPI/AJ特性。不同的扩频用户选择不同的扩频码可共享同一频带，只有与发信机具有相同扩频码的收信机才能恢复或解扩信号，PN码使数据的保密性能得到增强。

4．3“动中通”（OTM，on-the-move）。随着计算机大量进入商业市场和军事部门，主机之间的相互通信变得非常重要。无论普通用户，还是军事指挥员，都希望能从网络的任何位置，不需复杂的寻址或长时间的物理连接就可发送数据。目前无线LAN已完成了“无束缚”的静态操作，下一步发展目标，将是OTM能力，即在以一定速度行进时，可无中断地收发数据，这将是实现个人通信网（PCN）的一条有效途径。

5．结束语

无线网络的出现就是为了解决有线网络无法克服的困难。虽然无线网络有诸多优势，但与有线网络相比，无线局域网也有很多不足。无线网络速率较慢、价格较高，因而它主要面向有特定需求的用户。相信在未来，无线局域网将以它的高速传输能力和灵活性发挥更加重要的作用！

为了实现通信业务的可视化、智能化和个人化（VI&P），国际电信研究与开发的热点正转向宽带综合业务数字网（BISDN），而异步转移模式（ATM）作为BISDN的基本传输机制，在无线网络中的应用将无可避免。因此，采用ATM连接将是下一代无线LAN发展的核心，当然这其中还有很多问题值得进一步探讨。

参考文献

[1]Intranet配置与应用技术详解,王群,刘晓辉编著,人民邮电出版

[2]Windows2000Server组网起步与操作,熊伟徐可胡卓颖等编写,北京希望电子出版

[3]杜毅Unix系统组网技术电子工业出版社1998.3

[4]通信世界网