《通信网络》论文关于WLAN的讨论.docx
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《通信网络》论文关于WLAN的讨论
《关于WLAN的讨论》
院系:
电光学院
专业:
通信工程
学号:
10042201
姓名:
陈奇
学号:
1004220120
指导教师:
蔡征宇
摘要
近年来Internet应用迅速发展,笔记本电脑、个人数据助理(PDA)等移动智能终端日益增长,人们对无线局域网(WLAN)的需求也急剧增加。
WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据,而无需线缆介质,其数据传输率通常能达到11Mbps。
WLAN在很多应用领域具有独特的优势,可提供随时随地、自由高速接入Internet,让广大用户享受到更多便利、安全的网络服务。
近年来,全球范围内无线局域网的数量急剧增加,成为网络发展的必然趋势。
本文主要对WLAN做了首先把无线局域网的发展历程进行了了简要介绍,之后涉及了WLAN的拓扑结构,WLAN的安全技术,当今的市场状况和未来发展等。
其中WLAN的拓扑结构是WLAN的核心问题,它决定着WLAN的性能和发展。
最后结合对市场调查资料的分析和当前应用的技术和状况,对WLAN的未来发展做了简单的预测和展望。
关键词:
无线局域网,IEEE802.11,网络拓扑结构,无线局域网规划与设计,大学校园无线局域网,无线局域网的前景
Abstract:
WiththerapiddevelopmentofInternetapplications,aswellasthegrowingmobileintelligentterminalssuchaslaptopcomputers,personaldataassistant(PDA)andsoon,oneforwirelessLAN(WLAN)isalsoasharpincreaseindemand.WLANtakesadvantageofelectromagneticwavesintheairtosendandreceivedatawithouttheneedforcablemedium,thedatatransferratecanusuallyreachto11Mbps.WLANhasauniqueadvantiagesinmanyapplicationsareathatcanprovideanytime,anywhere,freehigh-speedaccesstoInternet,allowinguserstoenjoymoreconvenience,securityofnetworkservices.Inrecentyears,theincreasingdramaticallyoftheglobalnumberofwirelesslocalareanetworkbecomeaninevitabletrendofnetworkdevelopment.
ThepaperismainlyonthestatusofwirelessLANforthestudyobject..Firstofall,thecourseofdevelopmentofwirelesslocalareanetworkhadabriefintroduction.SencondlyitisinvolvedineachtechnicalstandardsWLANandnetworktopology,WLANsecuritytechnology,today'smarketconditions,theapplicationcharacteristicsandfuturedevelopment.AndthenetworktopologyarethecoreissueofWLAN,andtheydeterminetheperformanceofWLANanddevelopment.Finally,basedonthemarketsurveydataanalysisandtheapplicationoftechnologyandthecurrentsituation,itmakesasimpleforecastandoutlookinthefuturedevelopmentoftheWLAN.
KeyWords:
Wireless,IEEE802.11,NetworkTopology,WLANplanningandconstruction,universitycampusWLAN,theprospectofWLAN
一、无线局域网综述
无线局域网(WirelessI.ocalAreaNetwork,WIAN)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它采用无线电波作为传输媒体代替传统的电缆,可提供传统有线局域网的功能。
从专业角度讲,无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信,实现网络通信的移动化、个性化和宽带化。
讲得更通俗点,凡是采用无线传输媒体的计算机局域网都可称为无线局域网,这里的无线传输媒体可以是无线电波、红外线或激光。
从无线局域网技术的最新进展来看,无线局域网将为校园、医院、家庭、酒店及各大企事业单位提供高速的无线接人能力,以满足各类用户对语音、图片乃至多媒体通信的需求。
对于许多企业来说,相对于固定办公的建设成本,移动办公所必需的基础网络设施和终端设备的投资,在某种程度上已相差无几。
而随着产品、技术和市场的逐渐成熟,移动办公所带来的成本优势将不仅仅局限在缩减办公空间和减少支出等方面,还将更多地体现在提高工作效率、提升企业形象和增强企业文化等诸多环节。
按与有线局域网的关系,无线局域网可分为独立式、非独立式两种。
独立式无线局域网是指整个网络都使用无线通信的无线局域网,非独立式无线局域网是指局域网中无线网络设备与有线网络设备相结合使用的无线局域网。
目前非独立式无线局域网在实际应用中处于主流,它以有线局域网为基础,通过配置无线访问节点、无线网桥、无线网卡等设备来实现无线通信,网络功能的实现还要依赖于有线局域网,可以看作是有线局域网的扩展和补充。
二、无线局域网的发展
无线局域网发展至今,其标准化基本可分为四个阶段。
第一代无线局域网——1985年,FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。
它为无线局域网系统分配了两种频段:
一种是专用频段,这个频段避开了比较拥挤的用于蜂窝电话和个人通信服务的1~2GHz频段,而采用更高的频率;另一种是免许可证的频段,主要是ISM频段,它在无线局域网的发展历史上发挥了重要作用。
美国早期的ISM频段主要是902~928MHz和2.400~2.4835GHz,颁布规则限制发送功率不超过100mW。
此后几年,许多无线局域网产品陆续上市,如RangeLAN的900MHz产品、NCR的2.4GHz产品、摩托罗拉的Altair产品(工作于18~19GHz)以及其他的IR技术产品等。
这些产品可以认为是第一代无线局域网产品,它们大都采用了扩频技术。
第二代无线局域网——20世纪80年代末期,IEEE802委员会在IEEE802.4L任务组考试了无线局域网的标准化工作,并于1990年7月在接受了NCR公司的“CSMA/CD无线媒体标准扩充”的提案,成立了独立的IEEE802.11任务组,负责制定无线局域网物理层及媒体访问控制(MAC)协议的标准.1991年5月,IEEE发起成立了无线局域网的专题研究小组,并在马基诺赛的伍斯特举行了第一次关于IEEE802.11的专题会议。
1997年6月26日,IEEE802.11标准制定完成,并于1997年11月26日发布。
由AMD、Harris、3Com、Aironet、Lucent、Netwave、Proxim等公司发起,于当年成立了无线局域网联盟WLANA(WirelessLocalAreaNetworkAlliance),并且有越来越多的通信公司加盟。
生产厂家在IEEE802.11标准和联盟协议的基础上,实现产品的标准化。
从1998年开始,许多厂商相继推出了基于IEEE802.11标准的无线局域网产品,它们属于第二代无线局域网设备。
第二代无线局域网设备大都工作在2.400~2.4835GHz频段,传输速率为1~2Mb/s。
第三、四代无线局域网——IEEE802.11任务组的研究进展比计划的要慢,而在1992年,由苹果公司领导成立了一个叫WINForum的工业联盟组织,并最终从FCC处获得了用于个人通信系统的1.890~1.930GHz频段的20MHz带宽,进行语音的同步传输和数据异步传输。
同时,欧洲也成立了关于高速无线局域网(HiperLAN)的标准化组织,它获得了5.15~5.35GHz和17.1~17.3GHz两个200MHz频段。
1997年完成了HiperLAN1标准的制定,这促使FCC发放了包括5.15~5.35GHz和5.725~5.825GHz的U—NII频段。
其中,5.15~5.25GHz用于室内,配合天线后最大输出功率为200mW;5.25~5.35GHz用于校园网,最大输出功率为250mW,配备天线时可达1W;而5.725~5.825GHz主要用于社区网络,最大输出功率为1W,配备天线时可达4W。
由于IEEE802.11速率最高只能达到2Mb/s,在传输速率上不能满足人们的需要,因此在不断研究后与1999年9月又提出了IEEE802.11a和IEEE802.11b标准,传输速率分别可达54Mb/s和11Mb/s。
2002年通过了IEEE802.11g标准,它允许通过的最大传输速率为54Mb/s,但仍工作于2.4GHz频段,与IEEE802.11b标准兼容。
同时,HiperLAN—2标准也已制定完成,与IEEE802.11a类似,工作于5GHz频段,最大传输速率为54Mb/s。
其中,符合IEEE802.11b标准产品已经较为普及,可以将它归为第三代无线局域网产品;而将符合IEEE802.11a、HiperLAN2和IEEE802.11g标准的产品称为第四代无线局域网产品。
三、无线局域网的技术优势与不足
与传统的有线局域网相比,无线局域网的技术优势可概括为如下几个方面。
1)灵活性和移动性
2)安装便捷
3)易于进行网络规划和调整;
4)故障定位容易、维护成本低
5)易于扩展
6)网络覆盖范围广
不过,迄今为止,无线局域网还没有像有线局域网那样普及,这是因为无线局域网仍然存在以下几个方面的不足。
1)传输距离短
2)传输带宽小
3)安全性
4)标准不统一,产品不兼容
四、无线局域网的拓扑结构
WLAN体系结构有由几个部件组成,它们之间相互作用而构成了WLAN,并使STA对上层而言具有移动透明性。
WLAN的拓扑结构可从几个方面来分类。
从物理拓扑分类看,有单区网(SingleCellNetwork,SCN)和多区网(MultipleCellNetworks,MCN)之分;从逻辑上看,WLAN的拓扑主要有对等式、基础结构式和线型、星型、环型等;
从控制方式方面来看,可分为无中心分布式和有中心集中控制式两种;从与外网的连接性来看,主要有独立WLAN和非独立WLAN。
BSS是WLAN的基本构造模块。
它有两种基本拓扑结构或组网方式,分别是分布对等式拓扑和基础结构集中式拓扑。
单个BSS称为单区网,多个BSS通过DS互联构成多区网。
●分布对等式拓扑(IBSS)
分布对等式网络是一种独立(Independent)的BSS,它至少有两个站。
它是一种典型的、以自发方式构成的单区网。
在可以直接通信的范围内,IBSS中任意站之间可直接通信而无需AP转接,如图所示。
由于没有AP,站之间的关系是对等的、分布式的或无中心的。
由于IBSS网络不需要预先计划,随时需要随时构建,因此该工作模式被称作特别网络或自组织网络(AdHocNetwork)。
采用这种拓扑结构的网络,各站点竞争公用信道。
当站点数过多时,信道竞争成为限制网络性能的要害。
因此,比较适合于小规模、小范围的WLAN系统。
这种结构只需几台无线主机组成,简单配置之后,就可以互相之间进行通信。
其显著特点是受时间和空间的限制,而这些限制使得IBSS的构造与解除非常方便简单,以至于网络设备中的非专业用户也能很好地操作。
也就是说,除了网络中必备的STA之外,不需要任何专业的技能训练或花费更多的时间及其他资源。
IBSS结构简单,组网迅速,使用方便,抗毁性强,多用于临时组网和军事通信中。
●基础结构集中式拓扑(BSS)
在WLAN中,基础结构包括分布式系统媒体(DSM)、AP和端口实体。
同时,它也是ESS的分布和综合业务功能的逻辑位置。
一个基础结构除DS外,还包含一个或多个AP及零个或多个端口。
因此,在基础机构WLAN中,至少要有一个AP。
只包含一个AP的单区基础结构网如下图所示。
AP是BSS的中心控制站,网中的站在该中心站的控制下与其他站进行通信。
与IBSS相比,基础结构BSS的抗毁性较差,如果AP遭到破坏,则整个BSS就会瘫痪。
此外,作为中心站的AP的复杂度较大,实现成本也较昂贵
●ESS网络拓扑
ESA是由多个BSA通过DS联结形成的一个扩展区域,其范围可覆盖数公里。
属于同一个ESA的所有站组成ESS,如下图所示。
在ESA中,AP除了应完成其基本功能(如无线到DS的桥接)外,它还可以确定一个BSA的地理位置。
如上图中就有三个BSA,它们通过有线网进行连接,其覆盖范围可有几百米至几千米。
ESS是一种由多个BSS组成的多区网,其中每个BSS都被分配了一个标识号BSSID。
如果一个网络由多个ESS组成,则每个ESS也被分配一个标识号ESSID,所有的ESSID组成一个网络标识NID,用以标识由这几个ESS组成的网络。
实际上是逻辑网段,也就是子网。
●中继(Relay)或桥接(Bridging)型网络拓扑
两个或多个网络(LAN或WLAN)或网段可以通过无线中继器、无线网桥或无线路由器等无线网络互联设备连接起来。
如果中间只通过一级互连设备,称为单跳网络。
如果中间需要通过多级无线互联设备,则称为多跳网络。
采用这种网络拓扑也是一种拓展WLAN覆盖范围的有效方法。
五、无线局域网的规划与设计
●无线局域网规划要素
无线局域网的规划与部署涉及到用户需求分析、无线基站的测量、射频损耗的计算、系统抗干扰、用户接人控制等关键技术。
1.用户需求分析2.无线局域网损耗的计算3.规划网络大小4.最小化干扰5.无线局域网布署步骤6.接人控制7.RF站址勘测步骤
●构建无线局域网应注意的几个问题
1)可靠性2)兼容性3)高带宽4)通信保密5)节能管理6)合理的造价7)电磁环境、无线电频段的使用范围8)专业化施工
●常用组网方案
1.对等解决方案对等解决方案是一种最简单的无线网络应用方案,网络拓扑结构如图3—l所示。
在这种组网模式中,只需要给每台计算机安装一块无线网卡,即可相互访问。
在对等连接的无线局域网中,一个无线客户端会自动地将自己设置为初始站,并对网络进行初始化,使所有具有相同SSID的无线客户端成为一个局域网。
图3—1尤线对等解决方幂
如果需要将一个无线对等网与有线网络连接,可以为其中一台计算机再安装一块有线网卡,网络中的其他无线用户即可以利用这台计算机作为网关,访问有线网络或共享打印机等设备。
无线对等网虽然简单且投资较少,但它无法满足许多实际应用的需要。
归纳起来,无线对等网主要有以下几方面的缺点。
(1)无线对等网是一种点对点方案,网络中的计算机只能同时一对一互相传递信息,而不能同时进行多点访问。
如果希望实现像有线局域网那样的互通功能,则必须借助无线AP(访问点)。
(2)由于无线网卡的天线增益都比较少,导致无线对等网各用户之间的通信距离较近,而且信号对墙壁的穿透能力差。
通常,无线对等网中的两台计算机之间的距离不能超过30m,相隔的墙壁也不能超过二堵,否则信号衰减很大、稳定性也差。
(3)由于没有无线路由器,无线对等网中连接ADSL或CableModem的计算机必须始终开机,才能保证其他计算机通过该计算机共享上网。
2.单个AP解决方案
在这种解决方案中,无线AP的作用相当于有线网络中的集线器或交换机。
如图3—2所示,这种组网模式以星型拓扑为基础,以无线AP为中心,所有无线客户端之间的通信都要通过无线AP接转。
相应地,在每一个MAC帧中,同时有源地址、目的地址和访问点地址。
通过各无线客户端的响应信号,无线AP能在内部建立一个类似路由表的桥接表,将各个无线客户端和端口一一联系起来。
当接转信号时,无线AP就通过查询桥接表进行。
另外,无线AP同时还提供有线以太网接口,利用该接口就可以将无线AP作为一个有线网络的扩展部分。
3.以有线网络为骨干的多AP解决方案
当网络规模较大、超过了单个无线AP的覆盖半径时,可以采用多个访问点分别与有线网络相连,从而形成以有线网络为主干的多AP无线网络,所有无线客户端可以通过最近的无线AP接人网络,访问整个网络的资源,从而突破无线网覆盖半径的限制。
4.多蜂窝漫游工作方式
在一个大楼中或很大的平面里部署无线网络时,可以布置多个无线AP构成一套微
图3—2单个AP解决方案
蜂窝系统,这与移动电话的微蜂窝系统十分相似。
微蜂窝系统允许一个用户在不同的无线AP覆盖区域内任意漫游,随着位置的变换,信号会由一个无线AP自动切换到另外一个无线AP。
整个漫游过程对用户是透明的,虽然提供连接服务的无线AP发生了切换,但对用户的服务却不会被中断。
5.无线冗余解决方案
对于网络可靠性要求较高的应用环境(如金融、证券等)来说,无线AP一旦发生故障,整个无线网络即陷入瘫痪,将给使用者带来很大损失。
因此,可以将两个无线AP放置在同一位置,从而实现无线冗余备份方案。
6.无线AP中继解决方案
对于分布相对零散的区域来说,有时需要采用无线中继的方式来组网。
例如,在工厂车间中,车间内有一个网络接口连接有线网,而车间中许多信息点由于距离很远使得网络布线成本很高,还会有一些信息点由于周边环境比较恶劣,无法进行布线。
由于这些信息点的分布范围超出了单个无线AP的覆盖半径,可以利用两个无线AP配合高增益天线实现无线中继,以扩大无线局域网的覆盖范围。
无线AP中继解决方案利用两个AP进行点对点链接。
由于独享信道,这种方式较适合两个局域网(有线网络或无线网络)的远距离互联,架设高增益定向天线后,传输距离可达到几十千米。
六、无线局域网应用
●无线局域网宽带接入技术
无线局域网使用无线信道接入网络,为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段,成为宽带接入的可选方案之一。
专家认为,无线局域网技术是第三代和第四代移动通信的有效补充,是在家庭、办公室、机场等区域解决“最后100米”宽带无线上网的有效技术,拥有广阔的发展前景。
无线局域网接人方案一般由无线局域网公共接人区和移动运营商局端设施两部分组成。
移动运营商在公共场合建设相应的无线局域网接人区(“热点”地区)。
接人区连接到IP核心网,继而提供接人服务,同时将身份认证和计费信息送到移动核心网络。
作为电子商务的新技术,移动运营商可以利用无线局域网宽带接入充分演练定位信息及身份认证方式来发展自己的市场营销技能,积累在全IP的环境中提供新业务的技能。
总结起来,可以概括为以下的竞争优势。
①移动运营商已经拥有了巨大的企业用户群,他们是移动宽带业务的潜在用户。
②移动运营商已经具有提供移动业务的一整套业务流程,有利于开展新的无线接人服务。
③移动运营商可充分利用现有的移动核心网,有效节省无线局域网的建设投资、
④移动核心网的计费系统可以得到充分的利用,一张话费清单既包括GSM话费,也包括无线接人的服务费。
⑤充分利用移动运营行业已达成的漫游协议。
⑥与移动核心网相结合,可以在没有无线局域网覆盖的地方,利用GSM数据业务或GPRS业务来保证用户继续使用数据业务。
⑦移动运营商可运用已有的、合格的无线网络规划人员帮助用户规划无线局域网。
⑧移动运营商拥有移动业务的整体价值链,贯穿安装、运行到维护的整个过程。
这使得与ISP等第三方伙伴的合作简单易行,服务内容可以由第三方提供,接入区也可以由第三方承租或建设,移动运营商可通过发放SIM卡和提供身份认证的手段拥有用户,业务收人由双方分享。
由于无线局域网宽带接人市场的前景良好,各笔记本电脑厂商,如IBM、DEI.I,、HP等纷纷在其产品中添加无线上网功能。
可以说,无线局域网宽带接人技术加速了笔记本电脑和掌上电脑市场的繁荣,而笔记本电脑和掌上电脑市场的繁荣反过来又扩大了无线局域网在宽带接人市场中的竞争优势。
●无线局域网行业应用及解决方案
对于许多国内用户来说,无线局域网技术及产品还算得上是“新生事物”。
但由于无线技术先天具有移动性和灵活性,使得无线局域网必将在个人和商业计算领域首先流行起来。
特别是对于一些需要在移动中连网甚至漫游的行业用户来说,无线局域网是必然的选择。
1)金融服务
银行、证券、期货交易等机构可以通过布署无线局域网使业务流通更加顺畅。
管理员、经纪人和交易者可以迅速利用信息进行管理或利用手持通信设备直接进行交易,从而避免了由于传统的通过手势、送话器、人工录人等方式而产生的不准确信息和时间延误所造成的损失。
2)医护管理
通过无线局域网,医护人员在病房、诊室进行会诊时可以不必携带沉重的病历,而代之以使用笔记本电脑、掌上电脑等实时记录医嘱、查询病人病历及检索药品等。
3)展览和会议
在大型会议和展览等临时场合,无线局域网可以使工作人员在移动中利用计算机互通信息、传递稿件和制作报告,还可以方便地得到计算机网络的服务,包括与因特网连接并获得所需要的资料。
4)移动办公
在办公环境中布署无线局域网,办公人员可以利用无线局域网的漫游功能在移动过程中对网络进行不间断的访问,真正实现随时随地的移动办公。
各种业务人员、部门负责人和工程技术人员,只要有移动终端或笔记本电脑,无论是在办公室、资料室、洽谈室还是宿舍,都可以通过无线局域网随时查阅资料、获取信息。
领导和管理人员可以在网络范围的任何地点发布指示、通知事项和联系业务。
5)旅游服务
在宾馆、饭店内布署无线局域网,可以实现随时随地为顾客提供及时周到的服务。
登记和记账系统一经建立,顾客无论在区域范围内的任何地点进行任何活动,都可以通过服务员的手持通信终端来更新记账系统,而不必等待复杂的核算系统的结果。
6)工厂车间
许多工厂车间往往不便于铺设有线网络。
通过无线局域网,技术人员在进行检修、更改产品设计、讨论工程方案时,可以随时随地查阅技术档案、发出技术指令、请求技术支援,甚至和厂外专家讨论问题。
7)库存控制
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将条形码阅览器、笔记本电脑和中央处理计算机连接,进行清查货物、更新存储记录和出具清单。
8)石油工业
可以利用无线局域网构建从钻井台到压缩机房的数据链路,以便显示和输入从钻井获取的重要数据。
总之,无线局域网对于行业用户的意义不亚于一次重大的技术革新,它特别适用于希望在企业内部获得传统有线网络之外的移动功能的IT专业人士或高
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