无线局域网现状研究

无线局域网现状研究摘要：近年来，人们对网络的需求越来越多，而网络是信息化的基础，离不开网络设施的完善和网络技术的进步。想要信息化网络，则必须发展网络。而通常,计算机网络的传输介质主要依赖铜缆或光缆，由此构成有线局域网(LAN)，这一组网模式一直沿用至今。随着Internet应用的迅猛发展，以及笔记本电脑、个人数据助理(PDA)等移动智能终端的日益增长,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。本文主要以无线局域网的现状为研究对象。首先把无线局域网的发展历程分为四个时代进行了了简要介绍，之后涉及了WLAN的各项技术标准，物理组成和拓扑结构，WLAN的安全技术，当今的市场状况，应用特色和未来发展。其中WLAN的物理组成和拓扑结构是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。关键字wlan无限局域网1概述无线局域网络(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)在局域网区域内以无线媒体或介质、利用射频(RadioFrequency，RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。自从1977年第1个民用局域网系统ARCnet投入运行以来，局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功和迅速的发展，已成为数据网络领域中基于宿主机的最流行的网络连接形式。进入90年代以来，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的广泛应用，为了实现任何人在任何时间、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，更进一步推动了WLAN的发无线局域网主要是无线计算机通信网络。无线局域网的历史，也就是无线计算机网络通信的历史。无线通信的历史非常悠久，但无限计算机通信的历史并不长，其优越性是近十几年才发挥出来。2．1无线局域网的产生最早出现的无线局域网可认为是夏威夷大学于1971年开发出的、基于封包式技术的AlohaNet，它采用无线电台替代电缆线的原因是为了克服由于地理环境因素而造成的布线困难。夏威夷群岛由包括Oahu，Maui，Hawaii等在内的几个岛屿组成。夏威夷大学共有10个校地，主校地位于Oahu岛，其他校地分别散布在不同的岛屿。为了使其他岛屿的计算机和用户终端能够共享主校地的大型计算机，需要构筑一个通信网络把各校地的用户终端与计算机联入主校地的大型计算机。从网络的业务需求和实现费用角度考虑，采用无线电作为传输媒体在当时的情况下无疑是最佳地选择。AlohaNet由7台计算机组成，横跨四座夏威夷岛屿。AlohaNet属于中心网络拓扑，设置有上行和下行来两个广播信道。主机的数据经下行信道发往各个用户终端。当计算机用户终端欲发送数据至主机时，终端的无线收发器（或集线器）使用被称为Aloha的信道接入协议，把数据经上行信道发往AlohaNet中心站，再由该中心站送到主机。上行与下行信道分别使用407.35MHz与413.475MHz频段，数据传输速率为9.6kb/s。1979年，瑞士IBMRueschlikon实验室的Gfeller，首先提出了无线局域网的概念，他采用红外线作为传输媒体，用以解决生产车间里的布线困难，避免大型机器的电磁干扰，但是由于传输速率小于1Mb/s而没有投入使用。2．2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，每一个时代都有第一代无线局域网——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。在中国，西安电子科技大学综合业务网(ISN)国家重点实验室从1992年开始对WLAN进行研究与开发，于1994年推出了我国第一套WLAN样机，并通过国家电子工业部组织的技术鉴定。1994—1995年完成了“无线局域网中的基带处理芯片研制”的中外合作项目。1995—1996年完成了“游牧计算网络体系结构与关键技术”的国家自然科学基金项目。1997年完成了“无线局域网（LAN）技术与设备”的国家高科技发展计划（863计划）项目，并出版了国内首部“无线局域网”的著作。1997—1998年完成了“移动计算网络中的移动管理”的国家自然科学基金项目。1999—2000年完成了“宽带无线IP技术”的国家863重大项目，并开发出了基于“IEEE802.11b的WLAN产品和移动IP软件。目前，正在使用的无线技术有IEEE802.11标准系列、HomeRF、HyperLAN2以及蓝牙技术等，其中，IEEE802.11家族使用最广，尤其是IEEE802.11b标准，仍在不断的发展完善中。HyperLAN2由欧洲电信标准化协会(ETSI)的宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定，速率可达54Mbp，作为一种标准，在欧洲它得到了业界的广泛支持。HomeRF由于争议不断，发展一直较为缓慢，只在家庭和小型办公室中使用。蓝牙众所周知，但是其传输距离、接入用户有限，只适合于近距离传输。3．1WLAN的物理组成无线局域网的物理设备并不是很复杂，由站（Station，STA）、无线介质（WirelessMedium，WM）、基站（BaseStation，BS）或接入点（AccessPoint，AP）和分布式系统（DistributionSystem，DS）等几部分组成。1）站又称点、主机（Host）或终端（Terminal），是无线局域网的最基本组成单元，实际上可以说无线局域网的通信就是站间的数据传输。站在无线局域网中通常用作客户端，它是具有无线网络接口的计算设备，包括：终端用户设备、无线网络接口和网络软件三部分。无线局域网中的站是可以移动的，因此又可称为移动主机或移动终端。根据移动性又可分为固定站、半移动站和移动站。因此无线局域网具有很好灵活性。2）无线介质。它是无线局域网中站与站之间、站与接入点之间通信的传输介质。在这里指的是空气，它是无线电波和红外线传播的良好介质。3）无线接入点AP（AccessPoint）无线接入点类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。无线接入点是一种特殊的站，它通常处于基本服务区（BSA）的中心，固定不动。其基本功能有：（１）作为接入点，完成其他非ＡＰ的站对分布式系统的接入访问和同一BSS中的不同站间的通信连接。（2）作为无线网络和分布式系统的桥接点完成无线局域网与分布式系统间的桥接功能。（3）作为BSS的控制中心完成对其他非ＡＰ的站的控制和管理。无线接入点是具有无线网络接口的网络设备，它主要包括以下几部分：（１）与分布式系统的接口（至少一个）（２）无线网络接口（至少一个）和相关软件。（３）桥接软件、接入控制软件、管理软件等AP软件和网络软件。无线接入点也可以作为普通站使用，成为APClient。WLAN中的接入点也可以是各种类型的，如IP型的和无线ATM型的。无线ATM型接入点与ATM交换机的接口为移动网络与网络接口（MNNI）。4）分布式系统DS（DistributionSystem）为了覆盖更大的区域，需要把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个扩展业务区（ExtendedServiceArea，ESA），而通过DS互相连接起来的属于用一个ESA的所有主机组成一个扩展业务组（ExtendedServiceSet，ESS）。分布式系统是用来连接不同BSA的通信信道，成为分布式系统信道（DSM）。DSM可以是有线信道，也可以是频段多变的无线信道。这样在组织无线局域网时就有了足够的灵活性。在多数情况下，有线DS系统与骨干网都采用有线局域网。而无线分布式系统（WirelessDistributionSystem，WDS）可通过AP间的无线通信（通常为无线网桥）取代有线电缆来实现不同BSS连接。3．2无线局域网的拓扑结构WLAN体系结