2020年(发展战略)无线网络技术发展方向

（发展战略）无线网络技术发展方向

无线网络技术发展趋势

所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，和有线网络的用途十分类似，最大的不同于于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，能够和有线网络互为备份。

随着3G时代无线应用的日渐丰富，以及无线终端设备的层出不穷，对于无线网络，尤其是基于802.11技术标准的Wi-Fi无线网络，于802.11n产品技术应用逐渐成为市场主流应用的当下，基于Wi-Fi技术的无线网络不但于带宽、覆盖范围等技术上均取得了极大提升，同时于应用上，基于Wi-Fi无线应用也已从当初“随时、随地、随心所欲的接入”服务转变成车载无线、无线语音、无线视频、无线校园、无线医疗、无线城市、无线定位等诸多丰富的无线应用。

无线网络发展情况

计算机通信分俩种:有线通信和无线通信

无线通信包括卫星,微波,红外等等

无线局域网（WirelessLAN）技术能够非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源。于推动网络技术发展的同时，无线局域网也于改变着人们的生活方式。本文分析了无线局域网的优缺点极其理论基础，介绍了无线局域网的协议标准，阐述了无线局域网的体系结构，探讨了无线局域网的研究方向。

关键词以太网无线局域网扩频安全性移动IP

壹、引言

随着无线通信技术的广泛应用，传统局域网络已经越来越不能满足人们的需求，于是无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）应运而生，且发展迅速。尽管目前无线局域网仍不能完全独立于有线网络，但近年来无线局域网的产品逐渐走向成熟，正以它优越的灵活性和便捷性于网络应用中发挥日益重要的作用。

无线局域网是无线通信技术和网络技术相结合的产物。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，且实现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲，无线局域网就是于不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。

广阔的应用前景、广泛的市场需求以及技术上的可实现性，促进了无线局域网技术的完善和产业化，已经商用化的802.11b网络也正于证实这壹点。随着802.11a网络的商用和其他无线局域网技术的不断发展，无线局域网将迎来发展的黄金时期。

二、无线局域网概述

无线网络的历史起源能够追溯到50年前第二次世界大战期间。当时，美国陆军研发出了壹套无线电传输技术，采用无线电信号进行资料的传输。这项技术令许多学者产生了灵感。1971

年，夏威夷大学的研究员创建了第壹个无线电通讯网络，称作ALOHNET。这个网络包含7台计算机，采用双向星型拓扑连接，横跨夏威夷的四座岛屿，中心计算机放置于瓦胡岛上。从此，无线网络正式诞生。

1．无线局域网的优点

（1）灵活性和移动性。于有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网于无线信号覆盖区域内的任何壹个位置均能够接入网络。无线局域网另壹个最大的优点于于其移动性，连接到无线局域网的用户能够移动且能同时和网络保持连接。

（2）安装便捷。无线局域网能够免去或最大程度地减少网络布线的工作量，壹般只要安装壹个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。

（3）易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是壹个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网能够避免或减少之上情况的发生。

（4）故障定位容易。有线网络壹旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。

（5）易于扩展。无线局域网有多种配置方式，能够很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，且且能够提供节点间"漫游"等有线网络无法实现的特性。

由于无线局域网有之上诸多优点，因此其发展十分迅速。最近几年，无线局域网已经于企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。

2．无线局域网的理论基础

目前，无线局域网采用的传输媒体主要有俩种，即红外线和无线电波。按照不同的调制方式，采用无线电波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩频方式和窄带调制方式。

（1）红外线（InfraredRays，IR）局域网

采用红外线通信方式和无线电波方式相比，能够提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围均受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围只限制于壹间房屋内。

（2）扩频（SpreadSpectrum，SS）局域网

如果使用扩频技术，网络能够于ISM（工业、科学和医疗）频段内运行。其理论依据是，通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。扩频技术主要分为跳频技术（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）俩种方式。

所谓直接序列扩频，就是用高速率的扩频序列于发射端扩展信号的频谱，而于接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号仍原成原来的信号。而跳频技术和直序扩频技术不同，跳频的载频受壹个伪随机码的控制，其频率按随机规律不断改变。接收端的频率也按随机规律变化，且保持和发射端的变化规律壹致。跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰性能越好，军用的跳频系统可达到每秒上万跳。

（3）窄带微波局域网

这种局域网使用微波无线电频带来传输数据，其带宽刚好能容纳信号。但这种网络产品通常需要申请无线电频谱执照，其它方式则可使用无需执照的ISM频带。

3．无线局域网的不足之处

无线局域网于能够给网络用户带来便捷和实用的同时，也存于着壹些缺陷。无线局域网的不足之处体当下以下几个方面：

（1）性能。无线局域网是依靠无线电波进行传输的。这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其它障碍物均可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。

（2）速率。无线信道的传输速率和有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的最大传输速率为54Mbit/s，只适合于个人终端和小规模网络应用。

（3）安全性。本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。从理论上讲，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。

三、无线局域网协议标准

无线局域网技术（包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等）将是新世纪无线通信领域最有发展前景的重大技术之壹。以IEEE（电气和电子工程师协会）为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了壹系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。

1．IEEE802.11系列协议

作为全球公认的局域网权威，IEEE802工作组建立的标准于局域网领域内得到了广泛应用。这些协议包括802.3以太网协议、802.5令牌环协议和802.3z100BASE-T快速以太网协议等。IEEE于1997年发布了无线局域网领域第壹个于国际上被认可的协议——802.11协议。1999年9月，IEEE提出802.11b协议，用于对802.11协议进行补充，之后又推出了802.11a、802.11g等壹系列协议，从而进壹步完善了无线局域网规范。IEEE802.11工作组制订的具体协议如下：

（1）802.11a

802.11a采用正交频分（OFDM）技术调制数据，使用5GHz的频带。OFDM技术将无线信道分成以低数据速率且行传输的分频率，然后再将这些频率壹起放回接收端，可提供25Mbit/s的无线ATM接口和10Mbit/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口。于很大程度上可提高传输速度，改进信号质量，克服干扰。物理层速率可达54Mbit/s，传输层可达25Mbit/s，能满足室内及室外的应用。

（2）802.11b

802.11b也被称为Wi-Fi技术，采用补码键控（CCK）调制方式，使用2.4GHz频带，其对无线局域网通信的最大贡献是能够支持俩种速率--5.5Mbit/s和11Mbit/s。多速率机制的介质访问控制可确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限值时，传输速率能够从11Mbit/s自动降到5.5Mbit/s，或根据直序扩频技术调整到2Mbit/s和1Mbit/s。于不违反FCC规定的前提下，采用跳频技术无法支持更高的速率，因此需要选择DSSS作为该标准的惟壹物理层技术。

（3）802.11g

2001年11月，于802.11IEEE会议上形成了802.11g标准草案，目的是于2.4GHz频段实现802.11a的速率要求。该标准将于2003年初获得批准。802.11g采用PBCC或CCK/OFDM 调制方式，使用2.4GHz频段，对现有的802.11b系统向下兼容。它既能适应传统的802.11b 标准(于2.4GHz频率下提供的数据传输率为11Mbit/s)，也符合802.11a标准(于5GHz频率下提供的数据传输率56Mbit/s)，从而解决了对已有的802.11b设备的兼容。用户仍能够配置和802.11a、802.11b以及802.11g均相互兼容的多方式无线局域网，有利于促进无线网络市场的发展。

（4）其他关联协议

IEEE802工作组今后将继续对802.11系列协议进行探讨，且计划推出壹系列用于完善无线局域网应用的协议，其中主要包括802.11e（定义服务质量和服务类型）、802.11f（AP间协议）、802.11h（欧洲5GHz规范）、802.11i（增强的安全性&认证）、802.11j（日本的4.9GHz规范）、802.11k（高层无线/网络测量规范）以及高吞吐量研究工作组的关联协议。

2．蓝牙规范（Bluetooth）

蓝牙规范是由SIG（特别兴趣小组）制定的壹个公共的、无需许可证的规范，其目的是实现

短距离无线语音和数据通信。蓝牙技术工作于2.4GHz的ISM频段，基带部分的数据速率为1Mbit/s，有效无线通信距离为10~100m，采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术采用自动寻道技术和快速跳频技术保证传输的可靠性，具有全向传输能力，但不需对连接设备进行定向。其是壹种改进的无线局域网技术，但其设备尺寸更小，成本更低。于任意时间，只要蓝牙技术产品进入彼此有效范围之内，它们就会立即传输地址信息且组建成网，这壹切工作均是设备自动完成的，无需用户参和。

3．HomeRF标准

于美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组于1998年为于家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出壹个规范，即共享无线访问协议（SWAP）。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。之后，HomeRF工作组又制定了HomeRF标准，用于实现PC机和用户电子设备之间的无线数字通信，是IEEE802.11和泛欧数字无绳电话标准（DECT）相结合的壹种开放标准。HomeRF 标准采用扩频技术，工作于2.4GHz频带，可同步支持4条高质量语音信道且且具有低功耗的优点，适合用于笔记本电脑。

4．HyperLAN/2标准

2002年2月，ETI的宽带无线接入网络（BroadbandRadioAccessNetworks，BRAN）小组公布了HiperLAN/2标准。HiperLAN/2标准由全球论坛（H2GF）开发且制定，于5GHz 的频段上运行，且采用OFDM调制方式，物理层最高速率可达54Mbit/s，是壹种高性能的局域网标准。HyperLAN/2标准定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等多种信令和测量方法，用来支持无线网络的功能。基于HyperRF标准的网络有其特定的应用，能够用于企业局域网的最后壹部分网段，支持用户于子网之间的IP移动性。于热点地区，为商业人士提供远端高速接入因特网的服务，以及作为W-CDMA系统的

补充，用于3G的接入技术，使用户能够于俩种网络之间移动或进行业务的自动切换，而不影响通信。

5．无线局域网标准的比较

802.11系列协议是由IEEE制定的，目前居于主导地位的无线局域网标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是802.11和DECT的结合。HomeRF和蓝牙均工作于2.4GHzISM频段，且且均采用跳频扩频（FHSS）技术。因此，HomeRF产品和蓝牙产品之间几乎没有相互干扰。蓝牙技术适用于松散型的网络，能够让设备为壹个单独的数据建立壹个连接，而HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定壹个惟壹的识别代码，因而比蓝牙技术更安全。802.11使用的是TCP/IP协议，适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术和HomeRF要长得多。

四、无线局域网的体系架构

1．无线局域网的主要组件

（1）无线网卡。提供和有线网卡壹样丰富的系统接口，包括PCMCIA、Cardbus、PCI和USB等。于有线局域网中，网卡是网络操作系统和网线之间的接口。于无线局域网中，它们是操作系统和天线之间的接口，用来创建透明的网络连接。

（2）接入点。接入点的作用相当于局域网集线器。它于无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持壹组无线用户设备。接入点通常是通过标准以太网线连接到有线网络上，且通过天线和无线设备进行通信。于有多个接入点时，用户能够于接入点之间漫游切换。接入点的有效范围是20~500m。根据技术、配置和使用情况，壹个接入点能够支持15~250个用户，通过添加更多的接入点，能够比较轻松地扩充无线局域网，从而减少网络拥塞且扩大网络的覆盖范围。

2．无线局域网的配置方式

（1）对等模式。Ad-hoc模式。这种应用包含多个无线终端和壹个服务器，均配有无线网卡，但不连接到接入点和有线网络，而是通过无线网卡进行相互通信。它主要用来于没有基础设施的地方快速而轻松地建无线局域网。

（2）基础结构模式。Infrastructure模式。该模式是目前最常见的壹种架构，这种架构包含壹个接入点和多个无线终端，接入点通过电缆连线和有线网络连接，通过无线电波和无线终端连接，能够实现无线终端之间的通信，以及无线终端和有线网络之间的通信。通过对这种模式进行复制，能够实现多个接入点相互连接的更大的无线网络。

五、未来的研究方向

如上所述，无线局域网技术的研究和应用方兴未艾，是目前无线通信领域乃至整个通信行业的研究热点。从无线局域网的进壹步推广应用来见，未来的研究方向主要集中于安全性、移动漫游、网络管理以及和3G等其他移动通信系统之间的关系上。

1．安全性问题

IEEE802.11协议标准建议使用俩种安全解决方案。壹种是IEEE802.11安全任务组（TGi）构建的安全框架--鲁棒型安全网络（RSN）。这种网络用IEEE802.1x提供基于端口的接入控制、鉴权和密钥管理。该标准用可扩展鉴权协议（EAP）实现对用户的鉴权。鉴权服务器和用户之间使用远程鉴权拨入用户服务协议（RADIUS）进行通信，RADIUS协议于网络接入的鉴权、授权和计费（AAA）中得到广泛采用。由于IEE802.1x主要是针对有线局域网设计的，于无线局域网中使用IEE802.1x不可避免地存于漏洞。所以，尽管它对无线局域网的安全性能有很大改善，802.1x和802.11的结合仍然不能提供足够的安全。

另壹种方式则是目前广泛应用于局域网络及远程接入等领域的虚拟专用网（VPN）安全技术。和802.11b标准所采用的安全技术不同，于IP网络中，VPN主要采用IPSec技术来保障数据传输的安全。对于安全性要求更高的用户，将现有的VPN安全技术和802.11b安全技术