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關于Wi-Fi的LAN組網技術研究
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摘要: 近年來,無線網絡迅速發展,在眾多無線標準中,無線局域網因為其較低的構建和運營成本、較高的傳輸速率、較遠的傳輸距離等優點獲得了人們的青睞。隨著筆記本電腦、Wi-Fi手機、PDA等移動終端的廣泛使用,用戶對無線接入的需求日漸突出。目前,Wi-Fi以其靈活性和可移動性,在家庭和小型辦公網絡用戶對移動連接的需求是越來越大。在這幾年,無線AP的數量呈迅猛的增長,無線網絡的方便與高效使其能夠得到迅速的普及。除了在一些公共地方有AP之外,國外已經有先例以無線標準來建設城域網,因此,Wi-Fi的無線地位將會日益牢固。美國、日本等發達國家是目前Wi-Fi用戶最多的
Abstract:
Key words :

        1.引言
  
  近年來,lank">無線網絡迅速發展,在眾多無線標準中,無線局域網因為其較低的構建和運營成本、較高的傳輸速率、較遠的傳輸距離等優點獲得了人們的青睞。隨著筆記本電腦、Wi-Fi手機、PDA等移動終端的廣泛使用,用戶對無線接入的需求日漸突出。

  目前,Wi-Fi以其靈活性和可移動性,在家庭和小型辦公網絡用戶對移動連接的需求是越來越大。在這幾年,無線AP的數量呈迅猛的增長,無線網絡的方便與高效使其能夠得到迅速的普及。除了在一些公共地方有AP之外,國外已經有先例以無線標準來建設城域網,因此,Wi-Fi的無線地位將會日益牢固。美國、日本等發達國家是目前Wi-Fi用戶最多的地區。廉價的Wi-Fi,必將得到更加廣泛的應用。
  
  2. Wi-Fi技術概述
  
  Wi-Fi(Wireless Fidelity,無線保真技術),傳統上人們將802.11b標為Wi-Fi,實際上Wi-Fi是無線局域網聯盟(WLA全稱NA)的一個商標,該商標保障使用該商標的商品互相之間可以合作,與標準本身實際上沒有關系。但是后來人們逐漸習慣用Wi-Fi來稱呼802.11b協議。
  
  它的最大優點就是傳輸速度較高,可以達到11Mbps,另外它的有效距離也很長,同時也與已有的各種802.11 DSSS設備兼容。IEEE(電子和電氣工程師協會)802.11b無線網絡規范是IEEE802.11網絡規范的變種,最高帶寬為11Mbps,在信號較弱或有干擾的情況下,帶寬可調整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps,帶寬的自動調整,有效地保障了網絡的穩定性和可靠性。
  
  其主要特性為:速度快,可靠性高,在開放性區域,有效通訊距離可達300米,在封閉性區域,通訊距離為100米左右,方便與現有的有線以太網絡整合,組網的成本更低。Wi-Fi技術與藍牙(Bluetooth)技術一樣,同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。該技術使用的是2.4GHz附近的頻段,該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段[2]。
  
  目前Wi-Fi按照其速度與技術的新舊可分為802.11a、802.11b、802.11g,常用的標準有兩個,分別是IEEE802.11a和IEEE802.11b。802.11b是最老的,也是目前應用最廣泛的Wi-Fi標準。用戶在選擇這類產品的時候會發現它要比支持802.11a 和802.11g的產品價格便宜很多。另外,802.11b是Wi-Fi標準中帶寬最低,傳輸距離最短的一個標準。802.11a比802.11b具有更大的吞吐量,但是它并不能和802.11b以及802.11g兼容。雖然廠商在生產Wi-Fi產品時都會在支持802.11b 和802.11g的同時也提供對802.11a的支持,但是它仍然是目前使用量對少的一個Wi-Fi標準。

  
  802.11g的傳輸速度要高于802.11b,而且可以與802.11b兼容。但是它比802.11a更容易受到外界環境的干擾,比如一般的家電產品,無繩電話、微波爐,以及其它運行在2.4GHz頻段上的設備。該技術由于有著自身的優點,因此受到廠商的青睞。對Wi-Fi技術標準進行了簡單比較。
  
  3. Wi-Fi技術的特點
  
  Wi-Fi作為寬帶接入的一種有效方式,與有線接入相比,其特點和優勢主要體現在: 
 ?。?)傳輸距離遠。無線電波的覆蓋范圍廣,基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小,半徑大約只有50英尺左右,約合15米,而Wi-Fi的半徑則可達300英尺左右,約合100米。辦公室自不用說,就是在整棟大樓中也可使用。最近,由Vivato公司推出的一款新型交換機。據悉,該款產品能夠把目前Wi-Fi無線網絡300英尺,接近100米的通信距離擴大到4英里,約6.5公里。
  (2)傳輸速度快。雖然由Wi-Fi技術傳輸的無線通信質量不是很好,數據安全性能比藍牙差一些,傳輸質量也有待改進,但傳輸速度非常快,可以達到11mbps,符合個人和社會信息化的需求。
  (3)業務集成性。Wi-Fi技術在第二層以上與以太網完全一致,所以能夠將WLAN集成到已有的寬帶網絡中,也能將已有的寬帶業務應用到WLAN中。這樣,就可以利用已有的寬帶有線接入資源,迅速地部署網絡,形成無縫覆蓋。
 ?。?)建設便捷性。Wi-Fi最主要的優勢在于不需要布線,可以不受布線條件的限制,因此非常適合移動辦公用戶的需要,具有廣闊市場前景。目前它已經從傳統的醫療保健、庫存控制和管理服務等特殊行業向更多行業拓展開去,甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。
 ?。?)使用安全性。IEEE802.11規定的發射功率不可超過100毫瓦,實際發射功率約60~70毫瓦,這是一個什么樣的概念呢?手機的發射功率約200毫瓦至1瓦間,手持式對講機高達5瓦,而且無線網絡使用方式并非像手機直接接觸人體,是絕對安全的。
  
  4.Wi-Fi組網方案
  
  4.1 Wi-Fi組網設備
  Wi-Fi是由AP(Access Point)和無線網卡組成的無線網絡。AP一般稱為網絡橋接器或接入點,它是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之間的橋梁,因此任何一臺裝有無線網卡的PC均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡的資源,其工作原理相當于一個內置無線發射器的HUB或者是路由, 而無線網卡則是負責接收由AP所發射信號的CLIENT端設備。
  一般架設無線網絡的基本配備就是無線網卡及一臺AP,如此便能以無線的模式,配合既有的有線架構來分享網絡資源,架設費用和復雜程度遠遠低于傳統的有線網絡。如果只是幾臺電腦的對等網,也可不要AP,只需要每臺電腦配備無線網卡。對于寬帶的使用,Wi-Fi更顯優勢,有線寬帶網絡(ADSL、小區LAN等)到戶后,連接到一個AP,然后在電腦中安裝一塊無線網卡即可。普通的家庭有一個AP已經足夠,甚至用戶的鄰里得到授權后,則無需增加端口,也能以共享的方式上網。
  
  4.2 常用組網方案
  
  較之有線網絡,無線組網更加靈活、方便。對于最簡單的兩臺計算機組網情況來說,可以采用點對點的對等結構,并且不需要無線AP;如果是多臺計算機組網(超過兩臺),最好以無線AP(或無線路由器)為中心的Infrastructure(基礎結構)模式[4]。采用Infrastructure模式組網時,既可以是單純的無線網絡,也可以是無線、有線混合網絡,將無線網絡作為有限網絡的補充。4.2.1自組織網絡 自組織(Ad-Hoc)網絡,又稱為無AP網絡或對等網絡,是最簡單的無線局域網拓撲結構,由一組有無線接口的計算機(無線客戶端)組成一個獨立基本服務集(Independent Basic Service Set, IBSS),這些無線客戶端有相同的工作組名、擴展服務集標識符(ESSID)和密碼,網絡中任意兩個站點之間均可直接通信。自組織網絡的拓撲結構。

   4.2.2基礎網絡結構
  
  基礎網絡機構(Infrastructure Network)也稱為有中心網絡,由一個或多個無線AP以及一系列無線客戶端構成,網絡拓撲所示。在基礎結構網絡中,一個無線AP以及與其關聯(Associate)的無線客戶端被成為一個BSS(Basic Service Set,基本服務集),兩個或多個BSS可構成一個ESS(Extended Service Set,擴展服務集)[2]?;A網絡結構使用無線AP作為中心站,所有無線客戶端對網絡的訪問均由無線AP控制。這樣,當網絡業務量增大時網絡吞吐性能及時延性能的惡化并不劇烈[5]。由于每個站點只需在中心站覆蓋范圍內就可與其他站點通信,因此網絡布局受環境限制比較小。基礎結構網絡的拓撲結構所示?;A結構網絡拓撲結構的弱點是抗毀性差,中心站點的故障容易導致整個網絡癱瘓,并且中心站點的引入增加了網絡成本。
  
  4.3 基于無線網橋的室外組網方案
  
  無線網橋主要有三種組網模式:點對點、點對多點、中繼連接。下面我們用簡單的圖示方法來介紹一下Wi-Fi的幾種組網模式。
  
  4.3.1點對點組網模式
  
  點對點無線橋接模式一般由一對無線網橋和一對室外天線組成。可以采用2.4GHz或5.8GHz的室外型無線網橋,根據所采用的設備不同,數據傳輸速率約為5Mb/s~30Mb/s。點對點組網模式所示。
  
  4.3.2點對多點組網模式
  
  點對多點橋無線接模式適用于有一個中心站、多個遠端站的情況。中心站采用全向天線,以蜂窩覆蓋方式進行。其他遠端均采用定向天線。點對點組網模式如所示。點對多點橋無線接模式組網成本低、維護簡單,并且由于中心站使用全向天線,設備調試相對容易。分布式蜂窩組網也屬于點對多點橋接模式,也就是扇區組網,投入大、利用不同增益的覆蓋天線,增加覆蓋范圍。
  
  4.3.3中繼組網模式
  
  當需要連接的兩個局域網之間有障礙物遮擋而無法直視時,可以考慮使用無線中繼的方法繞開障礙物,來實現兩點之間的無線橋接。中繼站若使用兩臺設備,可以保證實際帶寬不會有減少,若使用壹臺設備,則可以減少投資,可使用的實際帶寬只有原來的一半,類似于點對多點一樣。
  
  5.總結及展望
  
  Wi-Fi技術作為無線局域網家族中的重要組成部分,近年來發展迅速。伴隨著3G的快速發展,越來越多的運營商正在推出(或考慮推出)允許Wi-Fi無線網絡訪問其PS域數據業務的服務,以緩解蜂窩網數據流量壓力,在新的市場環境下,Wi-Fi無線網絡的應用又迸發出新的活力。本文對Wi-Fi的概念、特點等作了簡要介紹,在此基礎上,研究和探討了利用Wi-Fi進行組網的室內外組網方案。對于Wi-Fi技術而言,漫游、切換、安全、干擾等方面都是運營商組網時需考慮的重點。隨著骨干傳輸網容量和傳輸速率的提高,無論采用平面或者兩層的架構都不會影響到用戶的寬帶快速接入;隨著IAPP以及Mobile IP技術的完善、IPv6的發展也可以最終解決漫游和切換的問題。
  綜上所述,Wi-Fi的發展方向包括: 
 ?。?)網絡技術,覆蓋更大的范圍,從熱點到熱區到整個城市。
  (2)Wi-Fi手持終端和VoWLAN業務必然成為潛在的應用模式。
 ?。?)基于IP的Wi-Fi的交換技術和開放的業務平臺,將使WLAN網絡更智能、更易管理。
 ?。?)基于多層次的安全策略(WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等)提供不同等級的安全方案,將使企業、個人用戶可以根據不同的性價比來選擇滿足自己需要的安全策略。

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