无线局域网组网

本文作者宁录游先生，哈尔滨工业大学通信技术研究所博士研究生；张中兆先生，教授、博士生导师。

一   无线局域网标准

 

目前，无线局域网的标准化组织主要有美国的IEEE和欧洲的ETSI，前者推出了IEEE802.11系列标准，后者发展了HIPERLAN1和HIPERLAN2标准。

IEEE的第一代无线局域网标准IEEE802.11 1997版使用的是免许可证的2.4GHz ISM频段，规定了直扩、跳频、红外线3种物理层传输方式，支持的数据传输率为1Mb/s和2Mb/s。

1999年，IEEE推出了IEEE802.11 1999版，其第一部分IEEE802.11a使用的是5GHz UNII(Unlicensed National Information Infrastructure)频段，这个频段是美国联邦通信委员会于1997年11月划出的300MHz免许可证频段，支持的数据传输速率为6～54Mb/s，使用的传输技术是正交频分复用(OFDM)，这是世界上首次在分组无线通信中采用OFDM。IEEE802.11 1999版的第二部分IEEE802.11b仍使用2.4GHz ISM频段，但与IEEE802.11 1997版相比，物理层直扩方式中增加了5.5Mb/s和11Mb/s两种传输速率，采用的是CCK(Complementary Code Keying)调制技术。这两种标准与原来的1Mb/s和2Mb/s标准相比，除了物理层不同以外，分组结构和协议都相同，而且系统可在1Mb/s、2Mb/s、5.5Mb/s和11Mb/s 4种传输速率间相互切换，这样保证了系统的向后兼容性。

2001年11月，IEEE又推出了IEEE 802.11g标准的1.0版草案，2002年 1月推出了2.0版草案，这一标准使用的是2.4GHz频段，在IEEE802.11b的基础上，物理层又引入了OFDM和PBCC技术，使得数据传输率可达到22Mb/s，最终希望达到54Mb/s，目前这一标准正在发展中。ETSI的HIPERLAN1标准工作在5GHz频段，采用GMSK调制技术，支持的最高数据传输率为23.5Mb/s；HIPERLAN2标准也工作在5GHz频段，采用OFDM技术，支持的最高数据传输率为54Mb/s。HIPERLAN2不仅可以用作企业局域网的最后一部分网段，支持用户在子网之间的IP移动性，而且还可用作第三代移动通信的接入技术，作为W-CDMA系统的补充，用户可以在两种网络之间移动，业务自动切换而不影响通信。

IEEE802.11和HIPERLAN标准是互不兼容的，它们采用了不同的协议。虽然IEEE802.11a和HIPERLAN2在物理层都使用了OFDM调制，但它们的MAC层协议与逻辑链路控制层协议都不同。附表给出了各种标准的比较。

 

二   无线局域网的组网方式

 

无线局域网由无线网卡、无线接入点、计算机和有关设备组成，采用单元结构，整个系统被分割成许多单元，每个单元称为基本服务组(Basic Service Set, BSS)。BSS的组成有两种方式，一种为分布对等式，此时BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心转接站，这种方式结构简单、使用方便，但BSS区域较小，见图1(1)；另一种为集中控制式，每个BSS由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的协调下与其他终端通信，这种方式下需使用比较昂贵的中心站，但BSS区域较大，见图1(2)。

对网络用户来讲，希望BSS服务区越大越好。然而，考虑到无线资源的有效利用和天线技术的限制，BSS不可能太大，通常BSS服务区的范围在几百米以内。

无线局域网可单独使用，也可与有线局域网互连使用。IEEE802.11标准支持以下两种类型的无线局域网：

(1)自组无线局域网，由一个BSS构成，不与其他有线或无线网络发生联系，可看作是多区无线局域网的特例；

(2)多区无线局域网，用无线接入点和骨干网把多个BSS互连起来，形成一个大小任意、复杂度高的多区局域网，这个骨干网可以是有线网，也可以是无线网，这时所有的BSS组合称为扩展服务组(Extended Service Set, ESS)。

在这种类型的组网中有一个特殊例子——中继方式，它是将两个距离较远的局域网通过两个无线设备(通常是无线网桥)点对点连接，以扩大网络覆盖范围。这两个局域网可以是有线局域网，也可以是无线局域网。在架设高增益定向天线的情况下，传输距离可达30公里。多区无线局域网如图2所示。

图2中，用户终端可通过无线接入点接入骨干网，用户终端可以是固定的，也可以是移动的。若几个无线接入点的BSS相互重叠，则用户可在这几个BSS内自由移动并保证通信不中断，这与蜂窝移动通信中用户越区切换的道理是一样的。同时，图2中还显示了中继方式的组网，即通过无线网桥把远端局域网接入本地骨干网。图2中共有两种远端局域网：有线局域网和无线局域网。

从应用实践来看，在美国等发达国家，移动计算设备很普及，特别强调利用信息的便捷性和移动性，因此组网方式多以移动设备通过AP接入网络为主；而在我国，由于移动计算要求不迫切，公用数据网还不是十分发达，且价格昂贵，所以组网多采用中继方式。

 

三   无线局域网的应用

 

无线局域网具有以下优点：

(1)可移动性。它让用户在使用笔记本电脑、掌上计算机和数据采集器等设备的同时能自由地变换位置，这极大地方便了工作时需要不断移动位置的人员。

(2)不需要物理布线，降低了组网成本。在物理布线困难的地方，如有河流、公路或其他障碍物阻断了需要互连的建筑物时，选择无线网络会节省大量费用，而在有些情况下，根本无法进行物理布线，如有些地方禁止对有历史价值的古建筑施行结构上的改变，不允许在墙上打洞，这时，无线网络就成了唯一的选择。

(3)组网灵活快捷。无线局域网可快速组网，受地理环境的限制较小，因为不需物理布线，无线组网可大大节省组网时间，在某些需要快速组网和网络结构变化频繁的情况下，选择无线局域网可节省大量时间和费用。

由于具有上述优点，无线局域网适用于以下场合：大型办公室、车间、超级市场和智能仓库；临时办公室、会议室；城市建筑群间通信；学校校园网络；工矿企业厂区自动化控制与管理网络；银行、金融证券城区网络；城市交通信息网络；矿山、水利、油田等区域网络；野外勘测、试验等网络；军事、公安流动网络等。

目前，无线局域网已在我国的金融、教育、医疗、民航、企业等不同的领域得到了广泛的应用。

 

四   无线局域网的发展前景

 

目前，无线局域网的发展可谓欣欣向荣，产品越来越多，应用越来越广泛，标准也在不断地改进。从发展方向来看，无线局域网追求的是更高的传输速率，这是因为网络中的多媒体应用越来越广泛，这对网络的传输速率提出了更高的要求。如IEEE802.11a和HIPERLAN2最高能达到54Mb/s的传输速率；IEEE802.11g能达到22Mb/s的传输速率，最终希望达到54Mb/s。从市场来看，符合IEEE802.11b标准的产品已经是相当成熟，在芯片组的生产商中，占据市场份额最大的是Intersil和Agere公司。还有很多公司正在进入无线局域网市场，但为了避免激烈的竞争，它们一般都从研制符合IEEE802.11a的芯片组开始着手，Atheros公司就在2001年推出了符合这一标准AR5000芯片组，Resonext公司推出了据称是第一款用于IEEE802.11a的零IF架构芯片组。还有些供应商正在推出可以同时适应802.11a和802.11b标准的IC器件，如以色列Envara公司开发了一种802.11a芯片组，它声称可以兼容802.11b标准的无线局域网器件，预计将在2002年第四季度开始提供样品。微软公司也称其Windows XP操作系统将支持802.11无线局域网络标准。相比之下，HIPERLAN2标准的市场化进程就慢许多，它的倡导者由于欧共体还未确定最终的规则而不能开始5GHz频段无线局域网的推广工作。当前无线局域网发展的主要障碍是频段的不统一，IEEE 802.11a和HIPERLAN2标准虽然都工作在5GHz，但其具体工作频段是不相同的，而且很多国家的管理机构根本就没有放开5GHz频段，目前美国已在与欧洲就5GHz频谱分配进行协调工作。

随着标准的不断改进，新技术的不断采用和传输速率的不断提高，无线局域网已经逐渐成为未来无线通信领域中迅速崛起的一股重要力量，在移动计算、低成本和家庭联网等需求的推动下，无线局域网技术已经迎来了它的春天。

 

(全文完)

 

来源：《世界电信网络》

 

出版日期：2002年6月