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wlan无线宽带上网:详解无线(WLAN)技术

来源: 发布时间:星期四, 2009年2月12日 浏览:56次 评论:0



  个无线局域网可当作有线局域网扩展来使用也可以独立作为有线局域网替代设施因此无线局域网提供了很强组网灵活性
  
  无线局域网(WLAN)技术成长始于20世纪80年代中期它是由美国联邦通信委员会(FCC)为工业、科研和医学(ISM)频段公共应用提供授权而产生这项政策使各大公司和终端用户不需要获得FCC许可证就可以应用无线产品从而促进了WLAN技术发展和应用
  
  和有线局域网通过铜线或光纤等导体传输区别无线局域网使用电磁频谱来传递信息同无线广播和电视类似无线局域网使用频道(Airwave)发送信息传输可以通过使用无线微波或红外线实现但要求所使用有效频率且发送功率电平标准在政府机构允许范围的内
  
  WLAN技术优势
  WLAN是指以无线信道作传输媒介计算机局域网络是计算机网络和无线通信技术相结合产物它以无线多址信道作为传输媒介提供传统有线局域网功能能够使用户真正实现随时、随地、随意宽带网络接入
  
  WLAN技术使网上计算机具有可移动性能快速、方便地解决有线方式不易实现网络信道连通问题WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据而无需线缆介质
  
  和有线网络相比WLAN具有以下优点:
  
  ◆ 安装便捷:无线局域网安装工作简单它无需施工许可证不需要布线或开挖沟槽安装时间只是安装有线网络时间零头
  
  ◆ 覆盖范围广:在有线网络中安放位置受网络信息点位置限制而无线局域网通信范围不受环境条件限制网络传输范围大大拓宽最大传输范围可达到几十公里
  
  ◆ 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需要所以往往导致预设大量利用率较低信息点旦网络发展超出了设计规划又要花费较多费用进行网络改造WLAN不受布线接点位置限制具有传统局域网无法比拟灵活性可以避免或减少以上情况发生
  
  ◆ 易于扩展:WLAN有多种配置方式能够根据需要灵活选择这样WLAN就能胜任从只有几个用户小型网络到上千用户大型网络并且能够提供像“漫游”(Roaming)等有线网络无法提供特性
  
  ◆ 传输速率高:WLAN数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s传输距离可远至20km以上应用到正交频分复用(OFDM)技术WLAN甚至可以达到54Mbit/s
  
  此外无线局域网抗干扰性强、网络保密性好对于有线局域网中诸多问题在无线局域网中基本上可以避免而且相对于有线网络无线局域网组建、配置和维护较为容易般计算机工作人员都可以胜任网络管理工作
  
  由于WLAN具有多方面优点其发展十分迅速在最近几年里WLAN已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线场合得到了广泛应用
  
  WLAN拓扑结构
  WLAN有两种主要拓扑结构即自组织网络(也就是对等网络即人们常称Ad-Hoc网络)和基础结构网络(Infrastructure Network)
  
  自组织型WLAN是种对等模型网络建立是为了满足暂时需求服务自组织网络是由组有无线接口卡无线终端特别是移动电脑组成这些无线终端以相同工作组名、扩展服务集标识号(ESSID)和密码等对等方式相互直连在WLAN覆盖范围的内进行点对点或点对多点的间通信如图1所示
  
 

  
图1 自组织网络结构

  组建自组织网络不需要增添任何网络基础设施仅需要移动节点及配置种普通在这种拓扑结构中不需要有中央控制器协调因此自组织网络使用非集中式MAC例如CSMA/CA但由于该所有节点具有相同功能性因此实施复杂并且造价昂贵
  
  自组织WLAN另个重要方面在于它不能采用全连接拓扑结构原因是对于两个移动节点而言个节点可能会暂时处于另个节点传输范围以外它接收不到另个节点传输信号因此无法在这两个节点的间直接建立通信
  
  基础结构型WLAN利用了高速有线或无线骨干传输网络在这种拓扑结构中移动节点在基站(BS)协调下接入到无线信道如图2所示
  

  
图2 基础结构网络结构

  基站个作用是将移动节点和现有有线网络连接起来当基站执行这项任务时它被称为接入点(AP)基础结构网络虽然也会使用非集中式MAC协议如基于竞争802.11协议可以用于基础结构拓扑结构中但大多数基础结构网络都使用集中式MAC协议如轮询机制由于大多数协议过程都由接入点执行移动节点只需要执行小部分功能所以其复杂性大大降低
  
  在基础结构网路中存在许多基站及基站覆盖范围下移动节点形成蜂窝小区基站在小区内可以实现全网覆盖在目前实际应用中大部分无线WLAN都是基于基础结构网络
  
  个用户从个地点移动到另个地点应该被认定为离开个接入点进入另个接入点这种情形称为“漫游”漫游功能要求小区的间必须有合理重叠以便用户不会中断正在通信链路连接接入点的间也需要相互协调以便用户透明地从个小区漫游到另个小区发生漫游时必须执行切换操作切换既可以通过局以集中方式来控制也可以通过移动节点监测节点信号强度来实现控制也就是非集中式切换
  
  在基础结构型网络中小区大小般都比较小小区半径减小意味着移动节点传输范围缩短这样可以减少功率损耗并且蜂窝小区可以采用频率复用技术从而提高系统频谱利用率目前提高频谱利用率常用策略有:固定信道分配(FCA)、动态信道分配(DCA)和功率控制(PC)等
  
  在使用FCA策略时每个小区分配有固定资源但和移动节点数量无关这种策略问题在于它没有充分考虑移动用户分布在人口稀少地区同样分配相同数量带宽资源给小区但小区可能仅包含几个或者是根本不包含任何移动节点使资源被浪费因此在这种情况下频谱利用率并不是最优
  
  在移动节点采用DCA、PC技术或者是集成DCA和PC技术可以提高整个蜂窝系统容量减少信道干扰并减少发射功率
  
  DCA技术将所有可用信道放置在个公共信道池中并根据小区当前负载将这些信道动态地分配给小区移动节点向基站报告其干扰水平基站以最小干扰方式实现信道复用
  
  PC方案通过减小发送功率思路方法来减少系统中干扰并减少移动节点电池能量消耗当某个小区内受到干扰增加时PC方案通过增加发送节点功率来提高接收信号信噪比(SIR)当节点受到干扰减小时发送节点通过降低发送功率来节约能量
  
  除以上两种应用比较广泛拓扑结构的外还有另外种正处于理论研究阶段拓扑结构即完全分布式网络拓扑结构这种结构要求相关节点在数据传输过程中完成功能类似于分组无线网概念对每节点而言它可能只知道网络部分拓扑结构(也可通过安装专门软件Software获取全部拓扑知识)但它可和邻近节点按某种方式共享对拓扑结构认识来完成分布算法即网络上节点要互相协助以便将数据传送至目节点
  
  分布式结构抗损性能好移动能力强可形成多跳网适合较低速率中小型网络对于用户节点而言复杂性和成本较其它拓扑结构高并存在多径干扰和“远—近”效应同时随着网络规模扩大其性能指标下降较快但分布式WLAN将在军事领域中具有很好应用前景
  
  缩略语注释
  WLAN:Wireless Local Area Network无线局域网
  
  FCC:Federal Communications Commission美国联邦通信委员会
  
  OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用
  
  ESSID:Extended Service Set ID扩展服务集标识号
  
  FCA:Fixed Channel Allocation固定信道分配
  
  DCA:Dynamic Channel Allocation动态信道分配
  
  PC:Power Control功率控制
  
  SIR:Signal to Interference Noise Ratio信噪比
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