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無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢及技術架構

一個無線局域網(wǎng)可當作有線局域網(wǎng)的擴展來使用,也可以獨立作為有線局域網(wǎng)的替代設施,因此無線局域網(wǎng)提供了很強的組網(wǎng)靈活性。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/356895.htm

無線局域網(wǎng)WLAN)技術的成長始于20世紀80年代中期,它是由美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)為工業(yè)、科研和醫(yī)學(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不需要獲得FCC許可證,就可以應用無線產(chǎn)品,從而促進了WLAN技術的發(fā)展和應用。

與有線局域網(wǎng)通過銅線或光纖等導體傳輸不同的是,無線局域網(wǎng)使用電磁頻譜來傳遞信息。同無線廣播和電視類似,無線局域網(wǎng)使用無線電波(Airwave)發(fā)送信息。傳輸可以通過使用無線微波或紅外線實現(xiàn),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(nèi)。

WLAN技術的優(yōu)勢

WLAN是指以無線信道作傳輸媒介的計算機局域網(wǎng)絡,是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產(chǎn)物,它以無線多址信道作為傳輸媒介,提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能,能夠使用戶真正實現(xiàn)隨時、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡接入。

WLAN技術使網(wǎng)上的計算機具有可移動性,能快速、方便地解決有線方式不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡信道的連通問題。WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù),而無需線纜介質(zhì)。與有線網(wǎng)絡相比,WLAN具有以下優(yōu)點:

◆安裝便捷:無線局域網(wǎng)的安裝工作簡單,它無需施工許可證,不需要布線或開挖溝槽。它的安裝時間只是安裝有線網(wǎng)絡時間的零頭。

◆覆蓋范圍廣:在有線網(wǎng)絡中,網(wǎng)絡設備的安放位置受網(wǎng)絡信息點位置的限制。而無線局域網(wǎng)的通信范圍,不受環(huán)境條件的限制,網(wǎng)絡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(jié)約:由于有線網(wǎng)絡缺少靈活性,這就要求網(wǎng)絡規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要,所以往往導致預設大量利用率較低的信息點。而一旦網(wǎng)絡的發(fā)展超出了設計規(guī)劃,又要花費較多費用進行網(wǎng)絡改造。WLAN不受布線接點位置的限制,具有傳統(tǒng)局域網(wǎng)無法比擬的靈活性,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(jù)需要靈活選擇。這樣,WLAN就能勝任從只有幾個用戶的小型網(wǎng)絡到上千用戶的大型網(wǎng)絡,并且能夠提供像“漫游”(Roaming)等有線網(wǎng)絡無法提供的特性。

◆傳輸速率高:WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)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)技術的WLAN,甚至可以達到54Mbit/s。

此外,無線局域網(wǎng)的抗干擾性強,網(wǎng)絡保密性好。對于有線局域網(wǎng)中的諸多安全問題,在無線局域網(wǎng)中基本上可以避免。而且相對于有線網(wǎng)絡,無線局域網(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)絡的管理工作。

由于WLAN具有多方面的優(yōu)點,其發(fā)展十分迅速。在最近幾年里,WLAN已經(jīng)在醫(yī)院、商店、工廠和學校等不適合網(wǎng)絡布線的場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(也就是對等網(wǎng)絡,即人們常稱的Ad-Hoc網(wǎng)絡)和基礎結構網(wǎng)絡(InfrastructureNetwork)。

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

圖1 自組織網(wǎng)絡結構

組建自組織網(wǎng)絡不需要增添任何網(wǎng)絡基礎設施,僅需要移動節(jié)點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(diào)。因此,自組織網(wǎng)絡使用非集中式的MAC協(xié)議,例如CSMA/CA。但由于該協(xié)議所有節(jié)點具有相同的功能性,因此實施復雜并且造價昂貴。

自組織WLAN另一個重要方面,在于它不能采用全連接的拓撲結構。原因是對于兩個移動節(jié)點而言,某一個節(jié)點可能會暫時處于另一個節(jié)點傳輸范圍以外,它接收不到另一個節(jié)點的傳輸信號,因此無法在這兩個節(jié)點之間直接建立通信。

基礎結構型WLAN利用了高速的有線或無線骨干傳輸網(wǎng)絡。在這種拓撲結構中,移動節(jié)點在基站(BS)的協(xié)調(diào)下接入到無線信道,如圖2所示。

圖2 基礎結構網(wǎng)絡結構

基站的另一個作用是將移動節(jié)點與現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡連接起來。當基站執(zhí)行這項任務時,它被稱為接入點(AP)。基礎結構網(wǎng)絡雖然也會使用非集中式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(shù)基礎結構網(wǎng)絡都使用集中式MAC協(xié)議,如輪詢機制。由于大多數(shù)的協(xié)議過程都由接入點執(zhí)行,移動節(jié)點只需要執(zhí)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節(jié)點形成的蜂窩小區(qū)。基站在小區(qū)內(nèi)可以實現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。在目前的實際應用中,大部分無線WLAN都是基于基礎結構網(wǎng)絡。

一個用戶從一個地點移動到另一個地點,應該被認定為離開一個接入點,進入另一個接入點,這種情形稱為“漫游”。漫游功能要求小區(qū)之間必須有合理的重疊,以便用戶不會中斷正在通信的鏈路連接。接入點之間也需要相互協(xié)調(diào),以便用戶透明地從一個小區(qū)漫游到另一個小區(qū)。發(fā)生漫游時,必須執(zhí)行切換操作。切換既可以通過交換局,以集中的方式來控制,也可以通過移動節(jié)點,監(jiān)測節(jié)點的信號強度來實現(xiàn)控制,也就是非集中式切換。

在基礎結構型網(wǎng)絡中,小區(qū)一般都比較小。小區(qū)半徑的減小,意味著移動節(jié)點傳輸范圍的縮短,這樣可以減少功率損耗。并且,小的蜂窩小區(qū)可以采用頻率復用技術,從而提高系統(tǒng)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)、動態(tài)信道分配(DCA)和功率控制(PC)等。

在使用FCA策略時,每個小區(qū)分配有固定的資源,但與移動節(jié)點數(shù)量無關。這種策略的問題在于,它沒有充分考慮移動用戶的分布。在人口稀少的地區(qū),同樣分配相同數(shù)量的帶寬資源給小區(qū),但小區(qū)可能僅包含幾個或者是根本不包含任何移動節(jié)點,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。

在移動節(jié)點采用DCA、PC技術,或者是集成DCA和PC的技術,可以提高整個蜂窩系統(tǒng)的容量,減少信道干擾,并減少發(fā)射功率。

DCA技術將所有可用的信道放置在一個公共信道池中,并根據(jù)小區(qū)當前的負載,將這些信道動態(tài)地分配給小區(qū)。移動節(jié)點向基站報告其干擾水平,基站以最小干擾方式實現(xiàn)信道復用。

PC方案通過減小發(fā)送功率的方法,來減少系統(tǒng)中干擾,并減少移動節(jié)點的電池能量消耗。當某一個小區(qū)內(nèi)受到的干擾增加時,PC方案通過增加發(fā)送節(jié)點的功率,來提高接收信號的信噪比(SIR)。當節(jié)點受到的干擾減小時,發(fā)送節(jié)點通過降低發(fā)送功率來節(jié)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)絡拓撲結構。這種結構要求,相關節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成一定的功能,類似于分組無線網(wǎng)的概念。對每一節(jié)點而言,它可能只知道網(wǎng)絡的部分拓撲結構(也可通過安裝專門軟件獲取全部拓撲知識),但它可與鄰近節(jié)點按某種方式共享對拓撲結構的認識,來完成分布路由算法,即路由網(wǎng)絡上的每一節(jié)點要互相協(xié)助,以便將數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點。

分布式結構抗損性能好,移動能力強,可形成多跳網(wǎng),適合較低速率的中小型網(wǎng)絡。對于用戶節(jié)點而言,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,隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大,其性能指標下降較快。但分布式WLAN將在軍事領域中具有很好的應用前景。

縮略語注釋

WLAN:WirelessLocalAreaNetwork,無線局域網(wǎng)

FCC:FederalCommunicationsCommission,美國聯(lián)邦通信委員會

OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交頻分復用

ESSID:ExtendedServiceSetID,擴展服務集標識號

FCA:FixedChannelAllocation,固定信道分配

DCA:DynamicChannelAllocation,動態(tài)信道分配

PC:PowerControl,功率控制

SIR:SignaltoInterferenceNoise Ratio,信噪比

關鍵詞: WLAN 無線局域網(wǎng)

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