关于无线网络技术的研究汇总.docx

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关于无线网络技术的研究汇总

附件6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编号

学士学位论文

关于无线网络技术的研究

学生姓名：

学号：

系部：

信息工程与技术系

专业：

计算机科学与技术

年级：

指导教师：

完成日期：

201年月日

摘要

随着信息技术与信息产业的快速发展,人们对网络通信的要求也不断提高,无线电技术能实现远距离的通信,即使在室内或相距咫尺的地方,无线电也可发挥巨大作用。

于是无线网络技术随之应运而生,它克服了传统网络技术的不足。

所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的无线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不用在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。

由于网络一般分为局域网和广域网（即因特网）两种,但本文将着重对局域网部分进行阐述。

无线网络技术主要包括IEEE802.11、蓝牙、HomeRF、GPRS等。

它使人们彻底摆脱了线缆的束缚,在整个区域内实现随时随地的无线连接。

无线网络是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，本文对无线网络，尤其是无线局域网的组成、技术标准、传输方式及技术特点进行了论述。

并介绍了无线网络的应用情况。

【关键词】无线网网络无线网络技术

目　录

摘要1

第一章引言4

1.1无线网络技术的概述4

1.2国内外研究情况4

第二章无线网络技术原理6

2.1无线网络原理6

2.2无线电波的调制方式6

第三章无线网络协议标准7

3.1IEEE802.11系列协议7

3.2蓝牙技术7

3.3HomeRF8

3.4HyperLAN/HyperLAN28

3.5WiMAX8

3.6GPRS技术9

3.73G技术9

3.84G技术10

第四章无线网络类型11

4.1无线广域网（WWAN）11

4.2无线局域网（WLAN）11

4.3无线个人网（WPAN）13

4.4无线城域网（WMAN）13

第五章无线网络技术的安全问题15

5.1无线局域网的安全性15

5.2无线网络技术存在的问题及解决16

第六章无线网络技术的发展前景18

6.1无线网络技术发展前景18

6.2结束语19

致谢20

参考文献21

第一章引言

近年来，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业务演进，由此无线网络技术得到了快速的发展。

在互联网应用快速普及的今天，无线网络技术已成为通信发展的重要新兴领域。

无线技术使得人们使用品种广泛的设备在世界任何位置访问数据的愿望成为可能。

这就需要我们在现有网络的基础上充分扩展和利用无线网络来解决。

1.1无线网络技术的概述

无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。

通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理（PDA）、移动电话、笔式计算机和寻呼机。

无线技术用于多种实际用途。

例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。

使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。

在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。

1.2国内外研究情况

计算机技术的突飞猛进让我们对现实应用有了更高千兆网络技术刚刚与我们会面，无线网络技术又悄悄地逼近。

历史的脚印说到无线网络的历史起源，可能比各位想象得还要早。

无线网络的初步应用，可以追朔到五十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，得到美军和盟军的广泛使用。

这项技术让许多学者得到了一些灵感，在1971年时，夏威夷大学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）。

它包括了7台计算机，它们采用双向星型拓扑横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。

从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。

虽然目前大多数的网络都仍旧是有线的架构，但是近年来无线网络的应用却日渐增加。

在学术界、医疗界、制造业、仓储业等，无线网络扮演着越来越重要的角色。

特别是当无线网络技术与Internet相结合时，其迸发出的能力是所有人都无法估计的。

目前，全球在建和规划中的无线城市已超过1000个。

仅截止2007年底，美国在建和规划中的无线城市大约为400多个。

有关机构预计到2010年“无线城市”将增加至1500个。

从总体上来看，全球无线热点、无线热区、无线城市的建设已是大势所趋，成为当今世界潮流。

我国最具有代表性的无线城市包括北京、天津、青岛、武汉、上海、南京、杭州、厦门、广州、深圳、苏州等。

和全球一样，我国无线热点、无线热区和无线城市的发展势头十分强劲，而且正从沿海地区向内地发展。

基于WIFI、Mesh技术的无线宽带网络具有高宽带、低成本、灵活方便的优势，不仅是在社会公共领域，在局域网领域的应用，如无线数字小区、无线监控、无线分机等，同样拥有无限商机。

第二章无线网络技术原理

2.1无线网络原理

无线局域网的传输原理和普通有线网络一样，也是采用了ISO/RM七层网络类型，只是在模型的最低两层“物理层”和“数据链路层”中，使用了无线的传输方式。

尽管目前各类无线网络的标准和规范并不统一，但是就其传输方式看肯定是以下两种之一：

无线电波方式和红外线方式。

采用无线电波进行传输，不仅覆盖范围大、发射功率强，而且还具有隐蔽性、保密性等特点，不会干扰同频的系统，具有很高的可用性。

所以现在的计算机无线网络基本都是采用此种方式。

红外线传输方式是目前最广泛的一种无线网技术，我们所使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。

作为一种无线局域网的传输方式，红外线传输的最大优点是不受无线电波的干扰，而且红外线的使用也不会被国家无线电管理委员会加以限制。

然而，红外线传输方式的传输质量受距离的影响非常大，并且红外线对非透明物体的穿透性也非常差，这就直接导致了红外线传输技术与计算机无线网的“主角地位”无缘。

所以，相比之下，无线电波传输方式的应用则广泛得多。

2.2无线电波的调制方式

1.拓展频谱方式

在这种方式下，数据信号的频谱被拓展成几倍甚至几十倍后再被发射出去。

这一做法固然牺牲了频带带宽，但却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。

目前，基于IEEE802.11标准的WLAN均使用的是拓展频谱方式。

2.窄带调制方式

在这种调制方式下，数据信号在不做任何拓展的情况下即被直接发射出去。

与拓展频谱方式相比，窄带调试方式占用频带少，频带利用率高。

但采用窄带调制方式的无线局域网要占用专用频段，因此需经过国家无线电管理部门的批准方可使用。

第三章无线网络协议标准

无线技术包括了无线局域网技术和以GPRS/3G为代表的无线上网技术，这些标准和技术发展到今天，已经出现了包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等在内的多项标准和规范，以IEEE（电气和电子工程师协会）为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。

这些协议由Wi-Fi（Wi-Fi联盟是一家世界性组织，成立的目标是确保符合802.11标准的WLAN产品之间的相互协作性）组织制定和进行认证。

我国早在2004年7月26日向国际标准化组织提交了无线局域网中国国家标准WAPI（无线局域网鉴别与保密基本结构）提案，这是中国拥有自主知识产权的无线局域网标准，该标准较好地解决了无线局域网的安全问题，但是由于种种原因它现在并没有得到执行。

下面列出了一些主要无线局域网标准。

3.1IEEE802.11系列协议

作为全球公认的局域网权威，IEEE802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域独领风骚。

这些协议包括了802.3Ethernet协议、802.5TokenRing协议、802.3z100BASE-T快速以太网协议。

在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。

在1999年9月，他们又提出了802.11b“HighRate”协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率。

利用802.11b，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率与可用性。

这个基于标准的技术使管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。

802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，并在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。

3.2蓝牙技术

蓝牙技术将成为全球通用的无线技术，它工作在2.4GHz波段，采用的是跳频展频（FHSS）技术，数据速率为1Mbps，距离为10m。

任一蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置。

在无线电环境非常嘈杂情况下，其优势更加明显。

蓝牙技术的主要优点是成本低、耗电量低以及支持数据/语音传输。

3.3HomeRF

HomeRF是专门为家庭用户设计的，它工作在2.4GHz，利用50跳/秒的跳频扩谱方式，通过家庭中的一台主机在移动设备之间实现通信，既可以通过时分复用支持语音通信;又能通过载波监听多重访问/冲突避免协议提供数据通信服务。

同时，HomeRF提供了与TCP/IP良好的集成，支持广播、多播和48位IP地址。

HomeRF最显著的优点是支持高质量的语音及数据通信，它把共享无线连接协议（SWAP）作为未来家庭内联网的几项技术指标，使用IEEE802.11无线以太网作为数据传输标准。

3.4HyperLAN/HyperLAN2

HyperLAN是ETSI制定的标准，分别应用在2.4GHz和5GHz不同的波段中。

与IEEE802.11最大的不同，在于HyperLAN不使用调变的技术而使用CSMA（CarrierSenseMultipleAccess）的技术。

HyperLAN2采用WirelessATM的技术，因此也可以将HyperLAN2视为无线网络的ATM，采用5GHz射频频率，传输速率为54Mbps。

3.5WiMAX

作为宽带无线通信的推动者，美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1999年设立IEEE802.16工作组，工作内容主要是开发固定宽带无线接入系统标准，包括空中接口及其相关功能，标准涵盖2～66GHz的许可频段和免许可频段，解决最后一公里的宽带无线城域网的接入问题。

随着研究的深入，IEEE相继推出了IEEE802.16、IEEE802.16a、IEEE802.16d、8IEEE02.16e等一系列标准，该系列标准引起业界广泛关注，被认为是宽带无线城域网（WMAN）的理想解决方案。

为了推广遵循IEEE802.16和ETSIHIPERMAN的宽带无线接入设备，并确保其兼容性及互用性，一些主要的通信部件及设备制造商结成了一个工业贸易联盟组织，即WiMAX，IEEE802.16标准又被称之为WiMAX技术。

其最大传输速度为可达到75Mbps，最大传输距离可达50km。

3.6GPRS技术

GPRS的英文全称为GeneralPacketRadioService，中文含义为通用分组无线服务，它是利用“包交换”（Packet-Switched）的概念发展出的一套无线传输方式。

所谓的包交换就是将Date封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹。

采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。

GPRS是一种新的GSM数据业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。

GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。

如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb/8。

GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。

[1]

3.73G技术

3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。

相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。

它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度。

3.84G技术

4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。

4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。

而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。

此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

[1]

第四章无线网络类型

4.1无线广域网（WWAN）

无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。

通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家（地区）。

目前的WWAN技术被称为第二代（2G）系统。

2G系统主要包括移动通信全球系统（GSM）、蜂窝式数字分组数据（CDPD）和码分多址（CDMA）。

现在正努力从2G网络向第三代（3G）、第四代（4G）技术过渡。

[4]一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代（3G）、第四代（4G）技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。

ITU正积极促进3G、4G全球标准的指定。

4.2无线局域网（WLAN）

无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场）。

WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。

WLAN以两种不同方式运行。

在基础结构WLAN中，无线站（具有无线电网卡或外置调制解调器的设备）连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。

在点对点（临时）WLAN中，有限区域（例如会议室）内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。

4.2.1无线局域网的优点

　与有线网络相比无线局域网具有以下优点:

1.安装便捷

一般在网络建设中施工周期最长、对周边环境影响最大的就是网络布线施工工程。

在施工过程中往往需要破墙掘地、穿线架管。

[2]而无线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量一般只要安装一个或多个接入点AP（AccessPoint）设备就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。

2使用灵活

在有线网络中网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。

而一旦无线局域网建成后在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。

3.经济节约

由于有线网络缺少灵活性这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。

而一旦网络的发展超出了设计规划又要花费较多费用进行网络改造,而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。

4.易于扩展

无线局域网有多种配置方式能够根据需要灵活选择。

这样无线局域网就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络并且能够提供像“漫游（Roaming）”等有线网络无法提供的特性。

由于无线局域网具有多方面的优点所以发展十分迅速。

在最近几年里无线局域网已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛应用。

4.2.2无线局域网的结构

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网络结构来实现互联。

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。

[2]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Hub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WLAN，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。

[4]此结构的无线局域网一般使用公用广播信道，MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。

无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站AP、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现。

其中以无线网卡最为普遍使用最多。

无线局域网的关键技术，除了红外传输技术、扩频技术、网同步技术外还有一些其他技术。

如：

调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制技术和节能技术。

[2]

4.3无线个人网（WPAN）

无线个人网技术使用户能够为个人操作空间（POS）设备（如PDA、移动电话和笔记本电脑等）创建临时无线通讯。

POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。

目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。

“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。

Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。

“Bluetooth专门利益组（SIG）”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年发布了Bluetooth版本1.0规范。

作为替代方案，要近距离（一米以内）连接设备，用户还可以创建红外链接。

　　为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。

该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。

该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。

 无线个人网和无线局域网并不一样。

无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。

但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

　　最早使用的WPAN是94年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。

蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。

为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。

4.4无线城域网（WMAN）

无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接（例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间），而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。

此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。

WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。

为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。

[3]尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务（MMDS）和本地多点分布服务（LMDS），但负责制定宽带无线访问标准的IEEE802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。

　　无线城域网服务范围可覆盖整个城市的部分区域，通信的距离变化较大（远的可达50公里），因此接收到的信号功率和信噪比等也会有很大的差别。

这就要求有多种的调制方法。

[3]因此工作在毫米波段的802.16必须有不同的物理层。

802.16的基站可能需要多个定向天线，各指向对应的接收点。

由于天气条件（雨、雪、雹、雾等）对毫米波的传输的影响较大，因此与室内工作的无线局域网相比较时，802.16对差错的处理也更为重要。

第五章无线网络技术的安全问题

5.1无线局域网的安全性

由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，更容易受到非法用户入侵和数据窃听。

无线局域网必须考虑的安全因素有三个：

信息保密、身份验证和访问控制。

为了保障无线局域网的安全，主要有以下几种技术：

（1）物理地址（MAC）过滤

每个无线工作站的无线网卡都有唯一的物理地址，类似以太网物理地址。

可以在AP中建立允许访问的MAC地址列表，如果AP数量太多，还可以实现所有AP统一的无线网卡MAC地址列表，现在的AP也支持无线网卡MAC地址的集中Radius认证。

这种方法要求MAC地址列表必需随时更新，可扩展性差。

（2）服务集标识符（SSID）匹配

对AP设置不同的SSID，无线工作站必须出示正确的SSID才能访问AP，这样就可以允许不同的用户群组接入，并区别限制对资源的访问。

（3）有线等效保密（WEP）

有线等效保密协议是由802.11标准定义的，用于在无线局域网中保护链路层数据。

WEP使用40位钥匙，采用RSA开发的RC4对称加密算法，在链路层加密数据。

WEP加密采用静态的保密密钥，各无线工作站使用相同的密钥访问无线网络。

WEP也提供认证功能，当加密机制功能启用，客户端要尝试连接上AP时，AP会发出一个ChallengePacket给客户端，客户端再利用共享密钥将此值加密后送回存取点以进行认证比对，如果正确无误，才能获准存取网络的资源。

40位WEP具有很好的互操作性，所有通过Wi-Fi组织认证的产品都可以实现WEP互操作。

[2]现在的WEP也一般支持128位的钥匙，能够提供更高等级的安全加密。

（4）虚拟专用网络（VPN）

VPN（virtualprivatenetworking）是指在一个公共的IP网络平台上通过隧道以及加密技术保证专用数据的网络安全性，它主要采用DES、3DES以及AES等技术来保障数据传输的安全。

（5）Wi-Fi保护访问（WPA）

WPA（wi-fiprotectedaccess）技术是在2003年正式提出并推行的的一项无线局域网安全技术，将成为代替WEP的无线。

WPA是IEEE802.11i的一个子集，其核心就是IEEE802.1x和TKIP（temporalkeyintegrityprotocol）。

新一代的加密技术TKIP与WEP一样基于RC4加密算法，且对现有的WEP进行了改进，在现有的WEP加密引擎中增加了密钥细分（每发一个包重新生成一个新的密钥）、消息完整性检查（MIC）、具有序列功能的初始向量、密钥生成和定期更新功能等4种算法，极大地提高了加密安全强度。

[2]另外WPA增加了为无线客户端和无线AP提供认证的IEEE802.1x的RADIUS机制。

5.2无线网络技术存在的问题及解决

WPA-PSK／WPA2-PSK（TKIP、AES）是目前主流的加密方式，但由于TKIP与AES子算法