无线局域网技术及其应用

1　引言

近些年来随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛的应用。为了实现使用户能够在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线、由固定向移动、由单一业务向多媒体发展，由此无线局域网技术得到了快速的发展。在互联网高速发展的今天，可以认为无线局域网将是未来发展的趋势，必将最终代替传统的有线网络。

2　无线局域网的组成及拓扑结构

2.1　无线局域网的组成

无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成，采用单元结构，每个单元称为一个基本服务组（BSS），BSS的组成有3种方式：

集中控制方式：每个单元由一个中心站控制，终端在该中心站的控制下相互通信。这种方式中BSS区域较大，中心站建设费用较昂贵；

分布对等式：BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。这种方式中BSS区域较小，但结构简单，使用方便；

集中控制方式与分布对等式相结合的方式。

2.2　无线局域网的拓扑结构

无线局域网的拓扑结构主要有以下3种：

点对点型：常用于固定的、要联网的两个位置之间。是无线联网的常用方式，用该联网方式所建网络的传输距离远、速率高，受外界环境影响较小。

点对多点型：常用于一个中心点带多个远端点的情况，其最大优点是组网成本低、维护简单。由于中心使用全向天线，设备调试相对容易。缺点是全向天线波束的全向扩散使功率大大降低，影响网络传输速率，对于较远的端点来说，可靠性得不到保证。

混合型：适用于所建网络中既有远端点，又有近端点，还有建筑物或山脉阻挡的点。组建网络时，可综合使用多种方式。

3　无线局域网的关键技术

实现无线局域网的关键技术有3种：红外线、跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）。红外线局域网采用波长小于1μm的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受阳光干扰大。它支持1~2Mbit/s数据速率，适于近距离通信。DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持1~2Mbit/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而以宽带方式传输。FHSS局域网支持1Mbit/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经解调后，可获得发送端送来的信息。DSSS和FHSS无线局域网都使用无线电波作为媒体，覆盖范围大，发射功率较自然背景的噪声低，基本避免了信号的偷听和窃取，通信安全性高。同时，无线局域网中的电波不会对人体健康造成损害，具有抗干扰、抗噪声、抗衰减和保密性好等优点。

4　无线局域网的互联方式

根据不同局域网的应用环境与需求的不同。无线局域网可采取不同的方式来实现互联。常用的具体有如下几种：

（1）网桥连接型：不同的局域网之间互联时，由于物理上的原因，若采取有线方式不方便，则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接，无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接。还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。

（2）基站接入型：当采用移动蜂窝通信网接入方式组建无线局域网时，各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互联的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网，还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。

（3）Hub接入型：利用无线HMb可以组建星型结构的无线局域网，具有与有线Hub组网方式相类似的优点。在该结构基础上的WUN，可采用类似于交换型以太网的工作方式，要求Hub具有简单的网内交换功能。

（4）无中心结构：要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播情道，MAC层采用C5MA类型的多址接入协议。

5　无线局域网的协议标准

无线接入技术目前比较流行的有802.11标准、蓝牙（Bluetooth）、HomeRF（家庭网络）和IrDA（Infrared Data Association，红外线数据标准协会）。

5.1　802.11标准

IEEE 802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑。802.11标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外，还使得各种不同厂商的无线产品得以互联。另外，该标准使核心设备执行单芯片解决方案，降低了无线局域网的造价。802.11标准的颁布，使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受，是无线局域网目前最常用的传输协议。

5.2　蓝牙

蓝牙是一种近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度1Mbit/s（有效传输速率为721kbit/s）、最大传输距离为0.1~10m，通过增加发射功率可达到100m。

5.3　家庭网络HomeRF

HomeRF主要为家庭网络设计，是IEEE 802.11与DECT（数字无绳电话标准）的结合，旨在降低语音数据成本。它采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道。

5.4　IrDA

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它的主要优点是体积小、功率低，适合设备移动的需要，传输速率高，可达16Mbit/s，成本低，应用普遍。目前有95%的手提电脑上安装了IrDA接口，最近市场上还推出了可以通过USB接口与PC机相连接的USB-IrDA设备。

6　无线局域网的安全问题

无线局域网的性能、互操作性和易管理性在不断改善，而安全性已经成为一个迫切需要解决的问题。无线局域网的安全性问题表现如下：

6.1　传输介质的脆弱性

传统的有线局域网采用单一传输媒体——铜线与无源集线器（Hub）或集中器，这些集线器端口和线缆接头差不多都连接到具备一定程度物理安全性的设备中，因而攻击者很难进入这类传输介质。与此对照，无线局域网的传输媒体——大气空间则要脆弱得多，很多空间都在无线局域网的物理控制范围之外。网络基础架构的这些差别，导致无线局域网与有线网的安全性不在一个水准。

6.2　WEP存在不足

802.11委员会由于意识到无线局域网固有的安全缺陷而引入了WEP。但WEP也不能完全保证加密传输的有效性，它不具备认证、访问控制和完整性校验功能。而无线局域网的安全机制是建立在WEP基础之上的，一旦WEP遭到破坏，这类机制的安全也就不复存在。

7　无线局域网的应用

无线局域网的应用范围非常广泛，以下我们就几个有代表性的行业展开论述：

1. 运输行业

铁路运输货场和码头货场，由于大型吊车，运输道路和货物通道不能敷设电缆，使用步话机报告货位和货号极易产生差错，无线计算机网络可以把货物情况和资料直接传输到计算机中进行处理，大大提高了工作效率和服务质量。

2. 制造行业

制造工厂往往不能敷设连到计算机的电缆，在加固混凝土的地板下面也无法敷设计算机电缆，空中起重机使人很难在空中布线，零备件及货物运输通道使得也不便在地面布线。这种情况使用数字化制造设备、数字采集装置、机器人设备时应用无线网络是很合适的。

3. 零售业

仓库零备件和货物的发送和贮存注册可以使用无线链路直接为条形码阅览器、笔记本电脑和中央处理计算机进行连接，进行清查货物，更新存储记录和出据清单。

4. 金融服务行业

在证券和期货交易业务中，价格以“买”和“卖”的信息变化极为迅速、频繁，利用手持通信器输入信息，通过无线网络迅速传递到计算机、报价服务系统和交易大厅的显示屏，管理员、经纪人和交易者可以迅速利用信息进行管理和手持通信器进行交易。

5. 移动办公环境

在办公环境中使用无线网络系统，可以使办公用的计算机具有移动能力，在网络范围内可实现计算机漫游。各种业务人员、部门负责人、工程技术专家和管理人员，只要有可移动计算机或笔记本电脑，无论是在何处都可通过无线网络随时查阅资料、获取信息。

8　结语

目前，越来越多的无线局域网产品投放市场，价格越来越低、覆盖范围也不断增大，而依据规范开发网络底层到应用层接口的中间件厂家也将有更多的应用产品投放市场，无线局域网已作为一种宽带网络解决方案得到了广泛应用。可以预见，随着网上多媒体技术的日益应用发展，传输速率更高的无线网络设备将会涌现，对无线局域网设备和服务的投资前景将会非常乐观。随着无线局域网技术的不断成熟，在不久的将来，无线网络的应用将会成为未来网络的技术主流。