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局域網知識:詳解無線(WLAN)技術
 
一個無線局域網可當作有線局域網的擴展來使用,也可以獨立作為有線局域網的替代設施,因此無線局域網提供了很強的組網靈活性。
  
  
無線局域網(WLAN)技術的成長始于20世紀80年代中期,它是由美國聯邦通信委員會(FCC)為工業、科研和醫學(ISM)頻段的公共應用提供授 權而產生的。這項政策使各大公司和終端用戶不需要獲得FCC許可證,就可以應用無線產品,從而促進了WLAN技術的發展和應用。
  
  
與有線局域網通過銅線或光纖等導體傳輸不同的是,無線局域網使用電磁頻譜來傳遞信息。同無線廣播和電視類似,無線局域網使用頻道(Airwave)發 送信息。傳輸可以通過使用無線微波或紅外線實現,但要求所使用的有效頻率且發送功率電平標準,在政府機構允許的范圍之內。
  
  
WLAN技術的優勢
  
  
WLAN是指以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網絡,是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物,它以無線多址信道作為傳輸媒介,提供傳統有線局域網的 功能,能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。
  
  
WLAN技術使網上的計算機具有可移動性,能快速、方便地解決有線方式不易實現的網絡信道的連通問題。WLAN利用電磁波在空氣中發送和接收數據,而 無需線纜介質。
  
  
與有線網絡相比,WLAN具有以下優點:
  
  
◆ 安裝便捷:無線局域網的安裝工作簡單,它無需施工許可證,不需要布線或開挖溝槽。它的安裝時間只是安裝有線網絡時間的零頭。
  
  
◆ 覆蓋范圍廣:在有線網絡中,網絡設備的安放位置受網絡信息點位置的限制。而無線局域網的通信范圍,不受環境條件的限制,網絡的傳輸范圍大大拓寬,最大傳輸 范圍可達到幾十公里。
  
  
◆ 經濟節約:由于有線網絡缺少靈活性,這就要求網絡規劃者盡可能地考慮未來發展的需要,所以往往導致預設大量利用率較低的信息點。而一旦網絡的發展超出了設 計規劃,又要花費較多費用進行網絡改造。WLAN不受布線接點位置的限制,具有傳統局域網無法比擬的靈活性,可以避免或減少以上情況的發生。
  
  
◆ 易于擴展:WLAN有多種配置方式,能夠根據需要靈活選擇。這樣,WLAN就能勝任從只有幾個用戶的小型網絡到上千用戶的大型網絡,并且能夠提供像“漫 游”(Roaming)等有線網絡無法提供的特性。
  
  
◆ 傳輸速率高:WLAN的數據傳輸速率現在已經能夠達到11Mbit/s,傳輸距離可遠至20km以上。應用到正交頻分復用(OFDM)技術的WLAN,甚 至可以達到54Mbit/s。
  
  
此外,無線局域網的抗干擾性強、網絡保密性好。對于有線局域網中的諸多安全問題,在無線局域網中基本上可以避免。而且相對于有線網絡,無線局域網的組 建、配置和維護較為容易,一般計算機工作人員都可以勝任網絡的管理工作。
  
  
由于WLAN具有多方面的優點,其發展十分迅速。在最近幾年里,WLAN已經在醫院、商店、工廠和學校等不適合網絡布線的場合得到了廣泛的應用。
  
  
WLAN的拓撲結構
  
  
WLAN有兩種主要的拓撲結構,即自組織網絡(也就是對等網絡,即人們常稱的Ad-Hoc網絡)和基礎結構網絡(Infrastructure Network)。
  
  
自組織型WLAN是一種對等模型的網絡,它的建立是為了滿足暫時需求的服務。自組織網絡是由一組有無線接口卡的無線終端,特別是移動電腦組成。這些無 線終端以相同的工作組名、擴展服務集標識號(ESSID)和密碼等對等的方式相互直連,在WLAN的覆蓋范圍之內,進行點對點,或點對多點之間的通信,如 圖1所示。
  
  
  
  
  
  
圖1 自組織網絡結構
  
  
組建自組織網絡不需要增添任何網絡基礎設施,僅需要移動節點及配置一種普通的協議。在這種拓撲結構中,不需要有中央控制器的協調。因此,自組織網絡使 用非集中式的MAC協議,例如CSMA/CA。但由于該協議所有節點具有相同的功能性,因此實施復雜并且造價昂貴。
  
  
自組織WLAN另一個重要方面,在于它不能采用全連接的拓撲結構。原因是對于兩個移動節點而言,某一個節點可能會暫時處于另一個節點傳輸范圍以外,它 接收不到另一個節點的傳輸信號,因此無法在這兩個節點之間直接建立通信。
  
  
基礎結構型WLAN利用了高速的有線或無線骨干傳輸網絡。在這種拓撲結構中,移動節點在基站(BS)的協調下接入到無線信道,如圖2所示。
  
  
  
  
  
  
圖2 基礎結構網絡結構
  
  
基站的另一個作用是將移動節點與現有的有線網絡連接起來。當基站執行這項任務時,它被稱為接入點(AP)。基礎結構網絡雖然也會使用非集中式MAC協 議,如基于競爭的802.11協議可以用于基礎結構的拓撲結構中,但大多數基礎結構網絡都使用集中式MAC協議,如輪詢機制。由于大多數的協議過程都由接 入點執行,移動節點只需要執行一小部分的功能,所以其復雜性大大降低。
  
  
在基礎結構網路中,存在許多基站及基站覆蓋范圍下的移動節點形成的蜂窩小區。基站在小區內可以實現全網覆蓋。在目前的實際應用中,大部分無線WLAN 都是基于基礎結構網絡。
  
  
一個用戶從一個地點移動到另一個地點,應該被認定為離開一個接入點,進入另一個接入點,這種情形稱為“漫游”。漫游功能要求小區之間必須有合理的重 疊,以便用戶不會中斷正在通信的鏈路連接。接入點之間也需要相互協調,以便用戶透明地從一個小區漫游到另一個小區。發生漫游時,必須執行切換操作。切換既 可以通過交換局,以集中的方式來控制,也可以通過移動節點,監測節點的信號強度來實現控制,也就是非集中式切換。
  
  
在基礎結構型網絡中,小區大小一般都比較小。小區半徑的減小,意味著移動節點傳輸范圍的縮短,這樣可以減少功率損耗。并且,小的蜂窩小區可以采用頻率 復用技術,從而提高系統頻譜利用率。目前,提高頻譜利用率的常用策略有:固定信道分配(FCA)、動態信道分配(DCA)和功率控制(PC)等。
  
  
在使用FCA策略時,每個小區分配有固定的資源,但與移動節點數量無關。這種策略的問題在于,它沒有充分考慮移動用戶的分布。在人口稀少的地區,同樣 分配相同數量的帶寬資源給小區,但小區可能僅包含幾個或者是根本不包含任何移動節點,使資源被浪費。因此,在這種情況下,頻譜的利用率并不是最優的。
  
  
在移動節點采用DCA、PC技術,或者是集成DCA和PC的技術,可以提高整個蜂窩系統的容量,減少信道干擾,并減少發射功率。
  
  
DCA技術將所有可用的信道放置在一個公共信道池中,并根據小區當前的負載,將這些信道動態地分配給小區。移動節點向基站報告其干擾水平,基站以最小 干擾方式實現信道復用。
  
  
PC方案通過減小發送功率的方法,來減少系統中干擾,并減少移動節點的電池能量消耗。當某一個小區內受到的干擾增加時,PC方案通過增加發送節點的功 率,來提高接收信號的信噪比(SIR)。當節點受到的干擾減小時,發送節點通過降低發送功率來節約能量。
  
  
除以上兩種應用比較廣泛的拓撲結構之外,還有另外一種正處于理論研究階段的拓撲結構,即完全分布式網絡拓撲結構。這種結構要求,相關節點在數據傳輸過 程中完成一定的功能,類似于分組無線網的概念。對每一節點而言,它可能只知道網絡的部分拓撲結構(也可通過安裝專門軟件獲取全部拓撲知識),但它可與鄰近 節點按某種方式共享對拓撲結構的認識,來完成分布路由算法,即路由網絡上的每一節點要互相協助,以便將數據傳送至目的節點。
  
  
分布式結構抗損性能好,移動能力強,可形成多跳網,適合較低速率的中小型網絡。對于用戶節點而言,它的復雜性和成本較其它拓撲結構高,并存在多徑干擾 和“遠—近”效應。同時,隨著網絡規模的擴大,其性能指標下降較快。但分布式WLAN將在軍事領域中具有很好的應用前景。
  
  
縮略語注釋
  
  
WLAN:Wireless Local Area Network,無線局域網
  
  
FCC:Federal Communications Commission,美國聯邦通信委員會
  
  
OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復用
  
  
ESSID:Extended Service Set ID,擴展服務集標識號
  
  
FCA:Fixed Channel Allocation,固定信道分配
  
  
DCA:Dynamic Channel Allocation,動態信道分配
  
  
PC:Power Control,功率控制
  
  
SIR:Signal to Interference Noise Ratio,信噪比
2010-8-4 23:15:28
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