WLAN的優(yōu)勢和技術(shù)架構

一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可當作有線(xiàn)局域網(wǎng)的擴展來(lái)使用，也可以獨立作為有線(xiàn)局域網(wǎng)的替代設施，因此無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)提供了很強的組網(wǎng)靈活性。

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)的成長(cháng)始于20世紀80年代中期，它是由美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）為工業(yè)、科研和醫學(xué)（ISM）頻段的公共應用提供授權而產(chǎn)生的。這項政策使各大公司和終端用戶(hù)不需要獲得FCC許可證，就可以應用無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，從而促進(jìn)了WLAN技術(shù)的發(fā)展和應用。

與有線(xiàn)局域網(wǎng)通過(guò)銅線(xiàn)或光纖等導體傳輸不同的是，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)使用電磁頻譜來(lái)傳遞信息。同無(wú)線(xiàn)廣播和電視類(lèi)似，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)使用無(wú)線(xiàn)電波（Airwave）發(fā)送信息。傳輸可以通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)微波或紅外線(xiàn)實(shí)現，但要求所使用的有效頻率且發(fā)送功率電平標準在政府機構允許的范圍之內。

WLAN技術(shù)的優(yōu)勢

WLAN是指以無(wú)線(xiàn)信道作傳輸媒介的計算機局域網(wǎng)絡(luò )，是計算機網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物，它以無(wú)線(xiàn)多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線(xiàn)局域網(wǎng)的功能，能夠使用戶(hù)真正實(shí)現隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò )接入。

WLAN技術(shù)使網(wǎng)上的計算機具有可移動(dòng)性，能快速、方便地解決有線(xiàn)方式不易實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )信道的連通問(wèn)題。WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數據，而無(wú)需線(xiàn)纜介質(zhì)。與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，WLAN具有以下優(yōu)點(diǎn)：

◆安裝便捷：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的安裝工作簡(jiǎn)單，它無(wú)需施工許可證，不需要布線(xiàn)或開(kāi)挖溝槽。它的安裝時(shí)間只是安裝有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )時(shí)間的零頭。

◆覆蓋范圍廣：在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )設備的安放位置受網(wǎng)絡(luò )信息點(diǎn)位置的限制。而無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的通信范圍，不受環(huán)境條件的限制，網(wǎng)絡(luò )的傳輸范圍大大拓寬，最大傳輸范圍可達到幾十公里。

◆經(jīng)濟節約：由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò )規劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要，所以往往導致預設大量利用率較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展超出了設計規劃，又要花費較多費用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )改造。WLAN不受布線(xiàn)接點(diǎn)位置的限制，具有傳統局域網(wǎng)無(wú)法比擬的靈活性，可以避免或減少以上情況的發(fā)生。

◆易于擴展：WLAN有多種配置方式，能夠根據需要靈活選擇。這樣，WLAN就能勝任從只有幾個(gè)用戶(hù)的小型網(wǎng)絡(luò )到上千用戶(hù)的大型網(wǎng)絡(luò )，并且能夠提供像“漫游”（Roaming）等有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)法提供的特性。

◆傳輸速率高：WLAN的數據傳輸速率現在已經(jīng)能夠達到11Mbit/s，傳輸距離可遠至20km以上。應用到正交頻分復用（OFDM）技術(shù)的WLAN，甚至可以達到54Mbit/s。

此外，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的抗干擾性強，網(wǎng)絡(luò )保密性好。對于有線(xiàn)局域網(wǎng)中的諸多安全問(wèn)題，在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中基本上可以避免。而且相對于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的組建、配置和維護較為容易，一般計算機工作人員都可以勝任網(wǎng)絡(luò )的管理工作。

由于WLAN具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展十分迅速。在最近幾年里，WLAN已經(jīng)在醫院、商店、工廠(chǎng)和學(xué)校等不適合網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)的場(chǎng)合得到了廣泛的應用。

WLAN的拓撲結構

WLAN有兩種主要的拓撲結構，即自組織網(wǎng)絡(luò )（也就是對等網(wǎng)絡(luò )，即人們常稱(chēng)的Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò )）和基礎結構網(wǎng)絡(luò )（InfrastructureNetwork）。

自組織型WLAN是一種對等模型的網(wǎng)絡(luò )，它的建立是為了滿(mǎn)足暫時(shí)需求的服務(wù)。自組織網(wǎng)絡(luò )是由一組有無(wú)線(xiàn)接口卡的無(wú)線(xiàn)終端，特別是移動(dòng)電腦組成。這些無(wú)線(xiàn)終端以相同的工作組名、擴展服務(wù)集標識號（ESSID）和密碼等對等的方式相互直連，在WLAN的覆蓋范圍之內，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)，或點(diǎn)對多點(diǎn)之間的通信，如圖1所示。

圖1 自組織網(wǎng)絡(luò )結構

組建自組織網(wǎng)絡(luò )不需要增添任何網(wǎng)絡(luò )基礎設施，僅需要移動(dòng)節點(diǎn)及配置一種普通的協(xié)議。在這種拓撲結構中，不需要有中央控制器的協(xié)調。因此，自組織網(wǎng)絡(luò )使用非集中式的MAC協(xié)議，例如CSMA/CA。但由于該協(xié)議所有節點(diǎn)具有相同的功能性，因此實(shí)施復雜并且造價(jià)昂貴。

自組織WLAN另一個(gè)重要方面，在于它不能采用全連接的拓撲結構。原因是對于兩個(gè)移動(dòng)節點(diǎn)而言，某一個(gè)節點(diǎn)可能會(huì )暫時(shí)處于另一個(gè)節點(diǎn)傳輸范圍以外，它接收不到另一個(gè)節點(diǎn)的傳輸信號，因此無(wú)法在這兩個(gè)節點(diǎn)之間直接建立通信。

基礎結構型WLAN利用了高速的有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)骨干傳輸網(wǎng)絡(luò )。在這種拓撲結構中，移動(dòng)節點(diǎn)在基站（BS）的協(xié)調下接入到無(wú)線(xiàn)信道，如圖2所示。

圖2 基礎結構網(wǎng)絡(luò )結構

基站的另一個(gè)作用是將移動(dòng)節點(diǎn)與現有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)。當基站執行這項任務(wù)時(shí)，它被稱(chēng)為接入點(diǎn)（AP）?；A結構網(wǎng)絡(luò )雖然也會(huì )使用非集中式MAC協(xié)議，如基于競爭的802.11協(xié)議可以用于基礎結構的拓撲結構中，但大多數基礎結構網(wǎng)絡(luò )都使用集中式MAC協(xié)議，如輪詢(xún)機制。由于大多數的協(xié)議過(guò)程都由接入點(diǎn)執行，移動(dòng)節點(diǎn)只需要執行一小部分的功能，所以其復雜性大大降低。

在基礎結構網(wǎng)路中，存在許多基站及基站覆蓋范圍下的移動(dòng)節點(diǎn)形成的蜂窩小區?；驹谛^內可以實(shí)現全網(wǎng)覆蓋。在目前的實(shí)際應用中，大部分無(wú)線(xiàn)WLAN都是基于基礎結構網(wǎng)絡(luò )。

一個(gè)用戶(hù)從一個(gè)地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)地點(diǎn)，應該被認定為離開(kāi)一個(gè)接入點(diǎn)，進(jìn)入另一個(gè)接入點(diǎn)，這種情形稱(chēng)為“漫游”。漫游功能要求小區之間必須有合理的重疊，以便用戶(hù)不會(huì )中斷正在通信的鏈路連接。接入點(diǎn)之間也需要相互協(xié)調，以便用戶(hù)透明地從一個(gè)小區漫游到另一個(gè)小區。發(fā)生漫游時(shí)，必須執行切換操作。切換既可以通過(guò)交換局，以集中的方式來(lái)控制，也可以通過(guò)移動(dòng)節點(diǎn)，監測節點(diǎn)的信號強度來(lái)實(shí)現控制，也就是非集中式切換。

在基礎結構型網(wǎng)絡(luò )中，小區一般都比較小。小區半徑的減小，意味著(zhù)移動(dòng)節點(diǎn)傳輸范圍的縮短，這樣可以減少功率損耗。并且，小的蜂窩小區可以采用頻率復用技術(shù)，從而提高系統頻譜利用率。目前，提高頻譜利用率的常用策略有：固定信道分配（FCA）、動(dòng)態(tài)信道分配（DCA）和功率控制（PC）等。

在使用FCA策略時(shí)，每個(gè)小區分配有固定的資源，但與移動(dòng)節點(diǎn)數量無(wú)關(guān)。這種策略的問(wèn)題在于，它沒(méi)有充分考慮移動(dòng)用戶(hù)的分布。在人口稀少的地區，同樣分配相同數量的帶寬資源給小區，但小區可能僅包含幾個(gè)或者是根本不包含任何移動(dòng)節點(diǎn)，使資源被浪費。因此，在這種情況下，頻譜的利用率并不是最優(yōu)的。

在移動(dòng)節點(diǎn)采用DCA、PC技術(shù)，或者是集成DCA和PC的技術(shù)，可以提高整個(gè)蜂窩系統的容量，減少信道干擾，并減少發(fā)射功率。

DCA技術(shù)將所有可用的信道放置在一個(gè)公共信道池中，并根據小區當前的負載，將這些信道動(dòng)態(tài)地分配給小區。移動(dòng)節點(diǎn)向基站報告其干擾水平，基站以最小干擾方式實(shí)現信道復用。

PC方案通過(guò)減小發(fā)送功率的方法，來(lái)減少系統中干擾，并減少移動(dòng)節點(diǎn)的電池能量消耗。當某一個(gè)小區內受到的干擾增加時(shí)，PC方案通過(guò)增加發(fā)送節點(diǎn)的功率，來(lái)提高接收信號的信噪比（SIR）。當節點(diǎn)受到的干擾減小時(shí)，發(fā)送節點(diǎn)通過(guò)降低發(fā)送功率來(lái)節約能量。

除以上兩種應用比較廣泛的拓撲結構之外，還有另外一種正處于理論研究階段的拓撲結構，即完全分布式網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。這種結構要求，相關(guān)節點(diǎn)在數據傳輸過(guò)程中完成一定的功能，類(lèi)似于分組無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的概念。對每一節點(diǎn)而言，它可能只知道網(wǎng)絡(luò )的部分拓撲結構（也可通過(guò)安裝專(zhuān)門(mén)軟件獲取全部拓撲知識），但它可與鄰近節點(diǎn)按某種方式共享對拓撲結構的認識，來(lái)完成分布路由算法，即路由網(wǎng)絡(luò )上的每一節點(diǎn)要互相協(xié)助，以便將數據傳送至目的節點(diǎn)。

分布式結構抗損性能好，移動(dòng)能力強，可形成多跳網(wǎng)，適合較低速率的中小型網(wǎng)絡(luò )。對于用戶(hù)節點(diǎn)而言，它的復雜性和成本較其它拓撲結構高，并存在多徑干擾和“遠—近”效應。同時(shí)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的擴大，其性能指標下降較快。但分布式WLAN將在軍事領(lǐng)域中具有很好的應用前景。