室内无线局域网（通用8篇）
室内无线局域网 篇1
LED拥有极短的响应时间、高速的调制特性、极高的稳定性等优点,使其成为照明和通信的双用基站。基于LED的可见光通信技术是一种使用可见光作为信号载体的无线通信方式,它与其他无线通信技术相比,在电磁辐射、发射功率、通信效率、安全性等方面都具有很大的优势,近年来成为各个国家争相研究的热点。但可见光通信也有其无法回避的问题,比如由多径干扰引起的码间串扰、传输发散损耗较大、发射功率利用率不高等问题,影响了系统的整体性能。本文针对这一问题,提出可见光通信与激光通信相结合,既维持了LED灯的双用基站功能,又优化了系统性能,构建了由LED照明灯发送信息给终端用户的下行链路以及由终端向基站发送信息的上行链路, 并通过光码分多址技术,利用具有良好性能的光正交码对信号进行编码,以提高系统的抗干扰能力。
1系统原理
1. 1 OCDMA技术
OCDMA技术的原理是给每个用户分配一个地址码, 由编码器对用户信号进行编码,各用户的编码信号经星型耦合器叠加,形成一个总的信号矢量送入信道传输。接收端解码器对收到的序列进行相关运算,并进行解扩处理,通过门限判定恢复出源信号。其结构原理如图1所示。
OCDMA技术具有优良的安全性、抗干扰性、随机接入等优点,使得系统更加高效、可靠和组网灵活,可以很好地应用于室内可见光无线通信网,实现多用户间的信息传输。
光正交码有很好的相关特性和较大的码字容量,是目前OCDMA应用较广泛的光地址序列。OOC可表示为C( L,w,λa,λc) ,L为OOC码字的码长,w为码重,λa和 λc分别为自相关和互相关限制。现在已经有很多方法能构造出自相关旁瓣和互相关峰值均为1的( L,w,1,1) ,能够很好地满足OCDMA技术对地址码的需求,其码字容量由Johnson界给出: 当L为奇数,能容纳最大用户数;当L为偶数,。
1. 2系统结构
可见光无线通信局域网的一种典型结构如图2所示。 其基本原理是用户终端发出的数据源经过OCDMA编码后,驱动用户终端适配器的光源发送信号,调制方式选择OOK调制,设置在顶部的光电探测器接收到发出的光信号,将其转化为电信号并送入集线器,集线器再分时段地将信息以广播的方式通过主光源LED发送给终端用户,终端用户适配器通过将发来的信号与本地地址码作相关运算,如果匹配则接收,如果不匹配则放弃,这样就构建了基站和终端的双向通信,实现了用户间的数据传输。主光源LED兼具照明和通信的双重功能。
终端适配器的原理框图如图3所示。
本文用激光代替LED作为“用户光源”,利用激光通信实现系统的上行链路。与LED光源相比,激光发散角小、方向性好、光谱线宽窄,并且由于是用于室内短距离通信,只需要小功率的激光束即可满足系统需要,无须光束自动跟踪,大气湍流等影响也可忽略不计。
光在大气中传播时,根据朗伯定律,其能量衰减可表示为
式中:I表示信号经过信道传输后接收到的光强;I0表示发射天线的出射光强;βλ表示波长为λ的光衰减系数;L为传输距离。根据经验公式,对于可见光λ/0.55≈1,典型的激光波长选择1.06μm,显然β激光<β可见光,可见光经过信道传输后损耗较大,如果以相同的功率发射信号,激光的接收信号信噪比明显大于可见光。可见用激光通信实现系统的上行链路,能减少信号在信道传输过程中的损耗,提高“用户光源”发射功率的利用率。
2误码率分析
系统采用OCDMA编码,设局域网内有N个用户独立地发送数据,bi( t) 表示第i个用户发送的数据源,即
式中: PT( t) 为持续时间为T的矩形脉冲; bk(i)取值为0或+1。信号采用光强调制,则经过调制后的光载波强度为
式中: I0为调制前的光载波强度; I( t) 为调制后的光载波强度。令mi( t) 为( L,w,1) 光正交码,则
式中: PTc( t) 为持续时间为Tc的矩形脉冲; aj( i)为第i个用户地址码的一个元素,取值0或1,经开关键控后的输出为
则N个用户的叠加信号为
经信道传输后接收信号为
这里假设用户1发送信号给基站,则基站接收到的信号为
式中: 等号右侧第1项是希望得到的信号; 第2项是其他N - 1个用户的干扰; 第3项是信道高斯噪声干扰。因此式子可以简写成
根据光正交码理论得到N个用户情况下误码率的概率密度函数为
为使系统误码率最低,判决门限应选在0和w之间, 当0 ≤ th ≤ w时,显然P( Z1< th b0(1)= 1) = 0 ,所以系统误码率为
接收机热噪声方差为
式中: L为正交码码长; k为玻尔兹曼常数; 设接收机的光电转换率R = 0. 52 A/W ; 绝对温度Tk= 300 K ; 开环电压G取10 m W; 暗电流取I3= 0. 086 8 A; 场效应管跨导gm= 30 m S; 场效应管噪声因子 Γ = 1. 5; 接收机单位面积固定电容 η =112 p F/cm2; 噪声带宽因子I2= 0. 562 A。
背景光引起的散粒噪声方差为
式中: q为电子电荷; 背景光电流Ibg= 5 100 μA 。
对于可见光,其接收信号信噪比为
其中H( 0) 为
式中: m为光源的辐射模式; A为探测器接收面积; l为发射端与接收端之间的距离; φ 为发射角; ψ 为入射角; Ts( ψ) 为光滤波器增益; g( ψ) 为基站接收机光集中器的集中系数; ψc为接收机视角。
将式( 14) 、( 15) 代入式( 11) 中,得其误码率为
对于激光,其接收信号信噪比为
式中: τ( l) = exp( - βl) ; ηt为天线发射效率; ηr为接收效率; dr为接收天线孔径; θ 为光束发散角; l为发射端与接收端之间的距离。
将式( 17) 代入式( 11) ,得其误码率为
3仿真与分析
上行链路采用可见光时,令接收机面积A=1 cm2,基站接收角ψ为0°,终端信号发射角φ为60°,接收机光滤波器透射系数Ts(ψ)为0.9,光集中器集中系数g(ψ)为1,接收机FOV为60°;当用激光实现上行链路,设置接收天线孔径为10 cm,光束发散角取1 rad,选取波长为1.06μm的激光,发射接收效率为0.95,衰减系数β=10 d B/km。采用(512,5,1)的正交码对多用户信号进行编码。图4反映误码率与传输距离的关系,从仿真结果来看,随着传输距离的增加,传输损耗会增大,导致接收信号信噪比下降,系统误码率上升。终端适配器光源改为激光后,系统误码率相对更低。图5反映误码率与判决门限的关系,仿真图显示随着判决门限的上升,信源传输的“0”码误判为“1”的概率下降,从而使系统误码率下降。用户光源改为激光后,系统误码率更低,并且随着th的上升,下降幅度更大。图6反映了误码率与码重的关系,从仿真图来看,随着码重的增加,多用户之间的干扰会增加,从而导致系统误码率上升。上行链路改用激光通信后,系统误码率明显更低,系统性能更好。
4小结
本文提出用激光取代可见光作为系统上行链路的光源,采用可见光通信与激光通信相结合的方式实现室内无线通信局域网,并用OCDMA技术对信号进行编码传输。 将系统改进前后的性能进行对比分析并进行仿真,结果表明改进后的系统误码率低于上、下行链路均采用可见光通信的系统,性能有了明显的改善,能较好满足局域网中用户的通信需求。
摘要：在原有的室内可见光无线通信网络结构的基础上,提出将用户终端适配器光源改为激光。用激光通信实现系统的上行链路,采用可见光通信与激光通信相结合的方式实现室内无线局域网,并基于光码分多址(OCDMA)技术,用光正交码(OOC)作为地址码对信号进行编码。仿真结果表明,改进后的系统误码率明显降低,能较好地满足通信的需求。
关键词：激光,可见光通信,光码分多址,终端适配器,无线局域网
室内无线局域网 篇2
无线局域网(WLAN)因其安装便捷、组网灵活的优点在许多领域获得了越来越广泛的应用，但由于它传送的数据利用无线电波在空中传播，发射的数据可能到达预期之外的接收设备，因而WLAN存在着网络信息容易被窃取的问题。
在网络上窃取数据就叫嗅探，它是利用计算机的网络接口截获网络中数据报文的一种技术。嗅探一般工作在网络的底层，可以在不易被察觉的情况下将网络传输的全部数据记录下来，从而捕获账号和口令、专用的或机密的信息，甚至可以用来危害网络邻居的安全或者用来获取更高级别的访问权限、分析网络结构进行网络渗透等。
WLAN中无线信道的开放性给网络嗅探带来了极大的方便。在WLAN中网络嗅探对信息安全的威胁来自其被动性和非干扰性，运行监听程序的主机在 的过程中只是被动的接收网络中传输的信息，它不会跟其它的主机交换信息，也不修改在网络中传输的信息包，使得网络嗅探具有很强的隐蔽性，往往让网络信息泄密变得不容易被发现。
尽管它没有对网络进行主动攻击和破坏的危害明显，但由它造成的损失也是不可估量的。只有通过分析网络嗅探的原理与本质，才能更有效地防患于未然，增强无线局域网的安全防护能力。
无线局域网嗅探技术原理
要理解网络嗅探的实质，首先要清楚数据在网络中封装、传输的过程。根据TCP/IP协议，数据包是经过层层封装后，再被发送的。假设客户机A、B和FTP服务器C通过接入点(AP)或其他无线连接设备连接，主机A通过使用一个FTP命令向主机C进行远程登录，进行文件下载。
那么首先在主机A上输入登录主机C的FTP口令，FTP口令经过应用层FTP协议、传输层TCP协议、网络层IP协议、数据链路层上的以太网驱动程序一层一层包裹，最后送到了物理层，再通过无线的方式播发出去。
主机C接收到数据帧，并在比较之后发现是发给自己的，接下来它就对此数据帧进行分析处理。这时主机B也同样接收到主机A播发的数据帧，随后就检查在数据帧中的地址是否和自己的地址相匹配，发现不匹配就把数据帧丢弃。这就是基于TCP/IP协议通信的一般过程。
无线局域网嗅探技术就是从通信中捕获和解析信息。假设主机B想知道登陆服务器C的FTP口令是什么，那么它要做的就是捕获主机A播发的数据帧，对数据帧进行解析，依次剥离出以太帧头、IP包头、TCP包头等，然后对报头部分和数据部分进行相应的分析处理，从而得到包含在数据帧中的有用信息。
在实现嗅探时，首先设置用于无线局域网嗅探技术的计算机，即在嗅探机上装好无线网卡，并把网卡设置为混杂模式，
在混杂模式下，网卡能够接收一切通过它的数据包，进而对数据包解析，实现数据 。其次实现循环抓取数据包，并将抓到的数据包送入下一步的数据解析模块处理。最后进行数据解析，依次提取出以太帧头、IP包头、TCP包头等，然后对各个报头部分和数据部分进行相应的分析处理。
无线局域网嗅探技术相应防范策略
尽管嗅探隐蔽而不易被察觉，但并不是没有防范方法，下面的策略都能够防范无线局域网嗅探技术。
◆加强网络访问控制。一种极端的手段是通过房屋的电磁屏蔽来防止电磁波的泄漏，通过强大的网络访问控制可以减少无线网络配置的风险。同时配置勘测工具也可以测量和增强AP覆盖范围的安全性。虽然确知信号覆盖范围可以为WLAN安全提供一些有利条件，但这并不能成为一种完全的网络安全解决方案。攻击者使用高性能天线仍有可能在无线网络上嗅探到传输的数据。
◆网络设置为封闭系统。为了避免网络被NetStumbler之类的工具发现，应把网络设置为封闭系统。封闭系统是对SSID标为“any”的客户端不进行响应，并且关闭网络身份识别的广播功能的系统。它能够禁止非授权访问，但不能完全防止被无线局域网嗅探技术。
◆采用可靠的协议进行加密。如果用户的无线网络是用于传输比较敏感的数据，那么仅用WEP加密方式是远远不够的，需要进一步采用像电子邮件连接的SSL方式。它是一个介于HTTP协议与TCP协议之间的可选层，SSL是在TCP之上建立了一个加密通道，对通过这一层的数据进行加密，从而达到保密的效果。
使用安全Shell而不是Telnet也是必不可少的。SSH是一个在应用程序中提供安全通信的协议。连接是通过使用一种来自RSA的算法建立的。在授权完成后，接下来的通信数据是用IDEA技术来加密的。
SSH后来发展成为F-SSH，提供了高层次的、军方级别的对通信过程的加密。它为通过TCP/IP网络通信提供了通用的最强的加密。目前，还没有人突破过这种加密方法。无线局域网嗅探技术到的信息自然将不再有任何价值。此外，使用安全拷贝而不是用文件传输协议也可以加强数据的安全性。
一次性口令技术。通常的计算机口令是静态的，极易被网上嗅探窃取。采用S/key一次性口令技术或其它一次性口令技术，能使 账号信息失去意义。S/key的原理是远程主机已得到一个口令(这个口令不会在不安全的网络中传输)。
当用户连接时会获得一个“质询”信息，用户将这个信息和口令经过某个算法运算，产生一个正确的“响应”信息(如果通信双方口令正确的话)。这种验证方式无需在网络中传输口令，而且相同的“质询/响应信息”也不会出现两次。
室内无线局域网 篇3
目前WLAN主要指符合IEEE802.11x标准的无线局域网, IEEE802.11x系列中主要包含如下标准:IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g。IEEE802.11x技术成熟度高、通信质量稳定、传输带宽宽, 成为了无线局域网 (WLAN) 的主要标准, 得到了广泛的应用。
从家庭、学校到电信运营商, 无线局域网 (WLAN) 成为宽带数据业务最主要的承载方式。尤其对于电信运营商而言, 它甚至成为数据业务竞争不可或缺的网络形式, 成为TD-SCDMA等3G业务的有效补充, 是数据业务最后一公里技术的最主要无线通信实现形式。
WLAN的主要应用场景有室内分布、室内放装和室外覆盖等。室内覆盖形式的优点是覆盖好, 信号稳定, 但其不足是工程量大、费用大、周期长。尤其对于一些特定的场景如商业街、学校、广场等的覆盖则必须依靠室外覆盖来解决。这样一来, 对于WLAN无线传播的研究分析就显得尤为重要, WLAN空间信道衰落模型、链路预算及平衡、覆盖模拟仿真等方面的研究将对WLAN室外覆盖的规划和优化提供指导依据。
本文针对WLAN空间信道衰落模型在不同覆盖情形下, 尤其是密集市区覆盖情形下的路径损耗进行了计算分析, 从而为WLAN的室外覆盖规划和优化提供无线信号空间传播衰落方面的依据。
2 WLAN标准的频率特性及技术特点
无线局域网 (WLAN) 目前主要包含有802.11a/b/g几种标准, 其主要频率特性及技术特点如表1:
802.11b/g主要用于无线接入点AP (Access Point) 和客户端STA (Sta-tion) 之间的高速数据传输, 802.11/a用于点与点之间的桥接等。
802.11b/g在各国使用和开通情况如表2所示。
802.11b/g工作频段划分参见图1。
信道1在频谱上和信道2、3、4、5都有交叠的地方, 为了最大程度的利用频段资源, 可以使用1、6、11;2、7、12;3、8, 13;4、9、14这4组互相不干扰的信道来进行无线覆盖。由于只有部分国家开放了12~14信道频段, 所以一般情况下, 都使用1、6、11三个非重叠信道来进行频率规划。
在考虑室外覆盖场景时, 涉及到的AP和STA之间的数据传输通信都是工作在2.4GHz频段, 因此下文中的WLAN相关分析将主要考虑2.4GHz频段的频率特性。
3 WLAN室外覆盖链路预算及平衡分析
3.1 WLAN室外覆盖链路预算的意义
链路预算是移动通信网络覆盖分析的重要手段, 广泛用于网络规划、优化和运维。链路预算用于网络覆盖分析的同时, 通过调整上下行链路预算中的各种参数达到上下行链路平衡, 扩大网络的覆盖范围并提高网络的覆盖质量。WLAN网络用于室外覆盖时, 链路预算及平衡分析关系到WLAN网络覆盖范围及传输质量, 是极其重要的。WLAN无线链路预算就是在保证覆盖质量的前提下, 确定基站/AP和终端/STA之间的无线链路所能允许的最大路径损耗, 包括上行链路预算和下行链路预算。无线链路预算能够指导规划小区半径设置、所需基站/AP的数量和站址布局。
3.2 WLAN上/下行链路预算与平衡分析
上行链路指终端/STA发、基站/AP收的通信链路。WLAN上行链路预算时主要考虑如下参数:终端/STA发射机EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) , 基站/AP接收灵敏度, 各种增益:如AP和STA天线增益、AP分集接收增益等, 各种损耗:如馈线损耗等, 各种余量:如衰落余量、干扰余量等, 计算方法如下:
终端/STA发射机EIRP=终端/STA最大发射功率+终端/STA天线增益
最大路径损耗 (上行) =终端/STA发射机EIRP-基站/AP接收灵敏度+基站/AP天线增益+终端/STA天线增益+分集增益-馈线损耗-干扰余量-衰落余量
下行链路指基站/AP发、终端/STA收的通信链路。WLAN下行链路预算时主要考虑如下参数:基站/AP发射机EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) , 终端/STA接收灵敏度, 各种增益:如AP和STA天线增益等, 各种损耗:如馈线损耗等, 各种余量:如衰落余量、干扰余量等, 计算方法如下:
基站/AP发射机EIRP=基站/AP最大发射功率+基站/AP天线增益-馈线损耗
最大路径损耗 (下行) =基站/AP发射机EIRP-终端/STA接收灵敏度+基站/AP天线增益+终端/STA天线增益-馈线损耗-干扰余量-衰落余量
上下行链路平衡是指上行链路允许的最大路径损耗和下行链路允许的最大路径损耗相一致, 如果下行链路预算覆盖区域大于上行链路预算覆盖区域, 将使得下行链路预算覆盖区域边缘的终端/STA信号不能有效上行, 造成系统实际覆盖区域受限于上行, 会与上行链路预算覆盖区域一致 (如图2) ;如果上行链路预算覆盖区域大于下行链路预算覆盖区域, 将使得上行链路预算覆盖区域边缘的终端/STA信号得不到基站/AP信号的有效覆盖, 造成系统实际覆盖区域受限于下行, 会与下行链路预算覆盖区域一致。上下行链路平衡的无线通信系统能保证稳定的通信质量, 避免因为链路失衡造成的通信故障和退服。
3.3 WLAN室外覆盖典型应用时的上/下行功率预算
表3和表4分别为WLAN室外覆盖典型应用时的下行和上行的功率预算表, 具体参数描述如下:
基站/AP采用A8室外覆盖基站, 最大发射功率为500m W。
终端/STA最大发射功率一般在50m W。
基站到天线馈线长1~2m, 损耗约为0.2d B。
天线选用两种, 增益19d Bi和14d Bi的双极化天线, 前者适用于定向覆盖, 后者适用于全向覆盖 (四扇区方式) 。
目前使用的WLAN终端/STA有各种不同的上网卡、手机终端等, 其接收灵敏度对应不同的数据速率而不同, 其典型值为:
54M:-68d B@10%PER、11M:-85d B@8%PER、1M:-90d B@8%PER.
采用服务数据速率为1M时的灵敏度:-90d B作为功率预算的参数。
A 8基站在服务数据速率为1 M时的灵敏度 (典型值) :-95d B
终端/STA天线增益为2d B。
基站天线分集增益4d B。
信号衰落余量11d B。
干扰余量3d B。
3.4 WLAN室外覆盖距离分析
由表3和表4的计算结果表明:WLAN典型室外覆盖场景中, 上行链路允许的最大路径损耗为123d B或118d B (分别对应19d Bi或14d Bi基站天线) , 下行链路允许的最大路径损耗为123.8d B或118.8d B (分别对应19d Bi或14d Bi基站天线) , 下行链路预算覆盖区域略大于上行链路预算覆盖区域, 上下行链路基本上是平衡的。从信号覆盖的角度考虑, 当路径损耗在120~130d B时, WLAN室外覆盖区域内至少可以达到1M数据速率的服务水平。
当WLAN系统最大允许路径损耗在120~130d B时, 系统覆盖能达到多远呢?这需要结合WLAN所在2.4GHz频段的空间信号传播模型来分析。
在密集城区, WLAN (802.11b/g) 工作在2.4GHz频段, 传播模型可使用如下COST231 Hata修正模型:
PL (d B) =46.3+33.9log10f-13.82log10Ht-α (Hr) + (44.9-6.55log10Ht) log10d+Cm
其中α (Hr) =3.2 (log1011.75Hr) 2-4.97
各参数描述如下:
f (MHz) :工作频率;
Ht (m) :基站/AP天线有效高度, 定义为基站/AP天线实际海拔高度与天线传播范围内的平均海拔高度之差;
Hr (m) :终端/STA有效天线高度, 定义为终端/STA天线高出地表的高度。
d (km) :基站/AP天线和终端/STA天线之间的水平距离;
α (Hr) :有效天线修正因子, 是覆盖区大小的函数, 其数字与所处的无线环境相关。
Cm修正因子取值如下:
密集城区 (Dense Urban) :-3一般城区 (Urban) :-6
郊区 (Suburb) :-12农村 (Rural) :-20
图3是AP天线高度Ht=30m, STA高度Hr分别为1m、10m、25m, 距离d从100m到1 500m时, 在密集城区的WLAN信号路径损耗如图3。
可见, 在密集城区, 当基站/AP天线高度30m, 终端/STA天线高度为1m (对应覆盖区内街道层或楼房底层) , WLAN空间路径损耗在传输距离为300m时达到120d B, 空间路径损耗在传输距离为500m时达到130d B。也就是说, 当系统允许的最大路径损耗为123d B (或118d B) 时, WLAN室外覆盖传输距离将局限在300m~500m。
通过对以上WLAN无线链路功率预算分析可以看到, 在现行的WLAN室外覆盖系统中, 系统上下行链路允许的最大路径损耗在120~130d B, 这时能实现最低1M数据速率的无线传输。结合路径损耗与传输距离的分析, WLAN室外覆盖在使用大功率基站/AP和高增益天线时, 在密集城区, 覆盖半径可达300~500m。因此, 在进行WLAN室外覆盖规划时, 可以此结果作为覆盖半径规划的参考, 合理地计算基站/AP数量, 并布局基站/AP位置。同时可进行立体网布局, 实现定向覆盖, 基站/AP分层覆盖, 低天线高度的AP负责街道、广场和低楼层覆盖;高天线高度的AP负责对较高楼层的覆盖, 从而实现有效的WLAN信号覆盖, 另外, 上下行无线链路的平衡是覆盖区域一致性的保证, 是非常重要的因素。
4 总结
本文分析了无线局域网WLAN无线通信中上下行链路功率预算的方法, 对现行的WLAN室外覆盖系统的上下行无线链路进行了功率预算计算, 结果表明:在WLAN所在的2.4GHz工作频段, 系统上下行允许最大路径损耗在120~130d B;结合WLAN所在2.4GHz频段的无线路径损耗计算结果, 可以看到, 在密集城区在当使用大功率基站/AP以及高增益天线时, WLAN室外覆盖半径可达300~500m。最后, 本文为无线局域网WLAN的室外覆盖场景应用提供了有价值的规划布局建议:以本文计算的覆盖半径作为规划的参考, 合理计算基站/AP数量, 布局基站/AP位置, 同时考虑多层次立体网布局和改善系统上下行平衡可以有效实现WLAN系统的室外覆盖。
摘要：文章介绍了无线局域网WLAN所用IEEE802.11x标准的技术特点和频率特性, 分析了无线通信中上下行链路功率预算的方法, 并对现行的WLAN室外覆盖系统的上下行无线链路进行了功率预算。计算结果表明:在WLAN所在的2.4GHz频段, 系统上下行链路允许的最大路径损耗为120130dB;结合WLAN所在2.4GHz频段的无线路径损耗计算结果, 可以得到以下结论:当使用大功率基站/AP以及高增益天线时, 在密集城区, WLAN室外覆盖半径可达300～500m。最后, 文章为无线局域网WLAN的室外覆盖场景应用提供了有价值的规划布局建议:以该文计算的覆盖半径作为规划的参考依据, 合理计算基站/AP数量, 布局基站/AP位置, 同时考虑多层次立体网布局并改善系统上下行平衡, 可以有效地实现WLAN系统的室外覆盖。
关键词：无线局域网WLAN,链路预算,路径损耗,覆盖半径,WLAN室外覆盖规划
参考文献
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[5]刘乃安.无线局域网 (WLAN) ——原理、技术与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004
室内无线局域网 篇4
个人数据通信的发展使得便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛的应用。为了实现用户能够随时随地进行数据的通信,要求传统的计算机网络由有线向无线、固定向移动、单一业务向多媒体发展,由此无线局域网得到了快速的发展。如今无线局域网技术在许多领域中的应用越来越普及,随着技术的发展,大多数用户已经信服了其可靠、卓越的性能并准备将其应用在规模更大、更为复杂的无线网络中,特别是企业用户,无线网络已经是他们日常工作生活中必不可少的一部分。
现有的无线局域网架构大多是采用智能型接入点——FAT AP的传统分布式结构。但这种架构面临着诸多问题:必须对每个AP分别进行管理;不能在整个系统内查看到网络可能会受到的攻击与干扰,从而影响了其负载均衡能力等等。随着企业对无线网络需求的不断扩大,加上传统的无线局域网缺乏统一的管理措施从而难以制定有效的接入和安全策略等局限性。一些高级企业用户对新一代的无线网络提出了新的特征要求,以无线控制器+FIT AP的集中式管理架构应运而生。这种架构通过集中式管理来简化AP,在此架构中无线交换机替代了原来二层交换机的位置,FIT AP取代了原有的企业级AP。通过这种方式就可以在整个企业范围内把安全性、移动性、QoS和其他特性集中起来进行管理。
1 FAT AP分布式结构缺陷分析
FAT AP结构的根源在于此架构采用的是基于蜂窝的设计,在这种架构中,每个用户通过无线连接到特定的无线接入点AP,只有每个AP覆盖面称之为蜂窝。
此系统存在的缺陷为:
(1)信道间相互干扰,缺乏智能的RF管理策略
若工作在同一个信道的两个AP同时传输数据的时候,会发生数据传输的冲突,即信道间干扰。AP必须等待重传,这将影响整个WLAN系统数据传输的性能。由于存在信道间和周边环境的干扰,从而难以预测AP的实际工作状态,因此导致配置失误而影响无线网络的使用效果。目前还没有专门的测试仪器可以很好地解决手动设置AP的RF问题。
(2)AP独立工作,缺乏统一的管理手段
由于AP是分散于覆盖区域四周的并且进行独立工作,因此网络管理人员必须根据要求对每个AP进行基本安装等方面的配置工作。无线网络规模的扩大使得这种日常的安装维护工作变得相当繁琐。同时往往因为网络的临时变更和修改某一配置而耗费网络管理人员的大量时间和精力,无线网络的使用效果也会因此达不到管理者的要求,对企业和用户的生产和工作效率造成直接的影响。
(3)漫游时存在的不足
终端向AP靠近时,信号强度增强,终端传输速率也逐渐增加,这就造成无线终端在漫游时连接速率不断变化。用户从一个蜂窝移动到另一个蜂窝,必须经历重新检索AP、鉴权、身份验证、重新连接等步骤,通常这将需要150～400毫秒完成整个过程,不可避免地将会造成网络延时,抖动,降低语音,视频通信质量。无线漫游,数据加密,数据重传等都造成额外的网络延时和抖动。语音,视频等实时应用对网络延时要求非常严格,在通话时候,听到语音时断时续是不可接受的。
(4)扩展性差
为降低相互间的无线干扰,在部署前,首先进行实地RF详细分析,找到闲置或者干扰最小的无线信道。一旦网络扩容或者调整,所有之前的工作必须全部重做,即重新进行RF分析,寻找合适的AP部署位置。
2 无线控制器+FIT AP方案的概述
2.1 方案的简述
顾名思义,FIT AP的目的是降低AP的复杂性。对其进行简化的一个重要原因是AP的位置,很多企业都对AP采用了高密度安装的方式,以便为每个基站提供最佳的射频连接。FIT AP通常被称作“智能天线”,它的主要功能是接收和发送无线流量。它们会将无线数据帧发回到一个控制器,然后对这些数据帧进行处理,再交换到有线WLAN。这种方式把所有的数据处理能力转移到了核心控制器上,如图1所示。
采用无线控制器+FIT AP的方式不会改变现有的有线网络结构。AP和无线控制器之间通过LWAPP(IEEE802.11V草案)协议进行通讯,所有的无线数据、控制信息都以LWAPP封装的形式在AP和无线控制器之间传递,真正的无线和有线网络之间的接口在无线控制器上。图2给出了FAT AP 与FIT AP两种方案的比较。
由图2可以看出,在传统的无线网络里面,没有集中管理的控制器设备,所有的AP都通过交换机连接起来,每个AP单独负担RF、身份验证等工作,因此需要对每一个AP进行独立配置,难以实现全局的统一管理和集中的RF、接入和安全策略设置。而在基于无线控制器的新型解决方案中,无线控制器能够出色地解决这些问题。在该方案中,所有的AP都减肥成了FIT AP,每个AP只单独负责RF和通讯的工作,其作用就是一个简单的RF底层传感器设备,所有的FIT AP接收到的RF信号,经过802.11的编码后,通过加密隧道协议穿过以太网并传送到无线控制器,进而由无线控制器集中对编码流进行加密、验证、安全控制等更高层次的工作。因此,基于FIT AP和无线控制器的无线网络解决方案,具有统一管理的特性,并能够完成自动RF规划、接入和安全控制策略等工作。
2.2 方案的优势
(1)集中的、增强型的管理
FIT AP和无线控制器系统具有集中管理功能,所有的关于无线网络的配置都可以通过配置无线控制器来统一完成。此外无线控制器还可以通过堆叠技术不断进行升级,增加可以管理的FIT AP的数量以完成任务。
(2)FIT AP具有多层物理MAC地址,每个用户群都可以与同一AP的不同MAC地址通信,使用户与AP之间变成单通道通信,从而延长了移动设备的使用时间,提高了用户的工作效率。以往的FAT AP不仅有内存与数据处理芯片等高成本部件,而且都具有IP地址,成为黑客攻入整个局域网的窗口和整个网络的安全漏洞。集中架构下的FIT AP只具有多层MAC地址而没有IP地址,对WLAN交换机的多重保护使黑客难获取它的IP地址,从而实现了真正的二层加密,大大提高了局域网安全的门槛。
(3)无线控制器具有自动设定FIT AP的RF工作状态的功能,解决了在复杂环境下难以确定每个AP的工作状态的问题,具有强大的RF自动管理功能。在无线网安装完成后,网络管理人员可以通过RF规划自动校准功能,无线控制器可以自动调节无线网上所有的FIT AP的频道与功率参数以达到一个最优性能的运动状态。而且可以检测网内每个AP的无线电波的实际运行状态,及时掌握每个AP的工作状态和故障诊断,及时作出相应的调整。
(4)无线控制器以FIT AP作为边界结合快速的RF管理系统,大大减少了无线客户端和AP的关联时间,可以实现如PDA、手持终端、笔记本电脑等无线适配器在无线网络里面进行快速的切换,进而实现快速漫游的功能而无需安装客户端软件。这种初衷使得整个系统同时获得强大的漫游支持。
(5)更强的负载均衡能力
FIT AP和无线控制器系统可在一个FIT AP的覆盖范围内把无线用户或终端分散连接到附近的FIT AP上。在一个FIT AP的覆盖范围内,无线连接的带宽是共享,即无线终端数目越多,每个终端所能分享的带宽就越小。要确保每个无线终端的传输就必须能限制一个AP上无线终端的数量或AP带宽传输总和或每个无线终端带宽上限。
(6)强大的接入和安全策略控制
该系统提供多标识的用户接入验证功能。目前无线系统支持802.11、WEB认证、MAC、SSID、VPN等多种标识的认证方式,配置灵活而且可以通过无线控制器进行全局配置。
(7)QoS支持,优化WIFI语音及关键应用
系统可在每个用户的权限内控制用户无线连接的最高带宽,对于不同的IP服务系统也可通过无线交换机模块设置定义不同的QoS队列。经过QoS优化,在整个无线网络内部可以实现WIFI语音的优化,更能保证关键应用的流畅运行。
3 方案应用
计算机各种技术的不断发展成就了网络设备供应商的未来,也为企业用户提供了切实可行的网络应用环境。无线网络自诞生以来就被认为是为用户提供前所未有的灵活性、便利性以及显著提高工作效率,在减少工作压力、改善生活水平乃至提高企业用户社会地位方面具有得天独厚的优势。现代企业随着业务规模的不断扩大和提高工作效率的要求,越来越渴望灵活的无线网络技术能帮他们解决问题。甚至有很多企业是在租用写字楼的办公室,考虑到建设传统网络的繁琐和成本问题,也希望可以通过网络技术实现他们的目的。事实上,无线应用已经深入到了企业当中,虽然它不会取代传统的有限网络,但它已经成为传统有线网络灵活扩展的重要技术。应用范围通常划分为室内和室外,室内应用包括开阔办公室、工厂车间、智能仓库、会议室、证券市场;室外应用包括城市建筑、校园网络、油田、码头、野外勘测实验等。
无线控制器+FIT AP的解决方案常应用于大规模的无线网络里面,由于要处理数百个接入点和数千个用户,因此无线控制器一般通常位于数据中心,或者汇聚层当中以便获得稳定的环境并高速访问。无线网络系统由三个部分组成:无线控制器、FIT AP和AD/RADIUS用户认证系统。用户可以通过台式电脑、手提式电脑或无线PDA,经过AP无线接入点接入网络系统,客户必须通过无线认证系统的安全认证和授权,才能够访问网络资源。
随着医院里电子病历的普及,医疗影像和心电图等也逐步变为数字化图像,而数字化主要体现在医生对病人进行诊断和查房时能够随时查阅病人相关病历。现在很多医院已经成功实现了无线查房系统,医生只要轻击随身携带的平板电脑或PDA,就可以调阅病人的病历、医嘱和各种检查、化验以及护理等信息,同时可以直接在床边下医嘱,记录病情变化并及时传输至科室和医院的管理终端。无线查房系统使得医生的工作更加高效、便捷。这种无线查房系统采用的是无线控制器+FIT AP系统架构,使得医院的无线网络更加安全、设备的管理更加简便。某医院的无线查房系统采用多台FIT AP和无线控制器,对该院的内科、消化科、内分泌科等病区进行了无线覆盖,如图3所示。无线控制器之间可以做冗余备份,实现对FIT AP的集中配置、管理以及无线用户认证和漫游的控制。
将无线网络技术应用于医疗行业,提高了医院的医护能力,同时也提高了医生诊断的确诊效率。
4 结束语
近几年无线网络迅猛发展,各种产品推陈出新,802.11n更是强力助推剂。企业无线网络正在蓬勃兴起,并使得无线应用更为广泛、价值更大。当前,随着技术门槛的降低、成本的进一步下降、终端类型的进一步丰富,用户对无线技术掌握程度的日益深化,WLAN将成为提高生产率或解决特定情况下网络互联的不可缺少的技术手段。H3C、CISCO、NETGEAT、MOTOROLA等公司已经提出无线控制器+FIT AP方案并生产出相应的设备,同时也制定了由传统的FAT AP通过升级为FIT AP的方法。FIT AP解决方案在应用上取得了成功,无线交换机和AP支持无线网络必营的需求,帮助管理员实现了更加灵活地安装与应用。同时AP的数据吞吐率、无线信号的覆盖强度以及AP的稳定性测试也达到了令人满意的结果。可见无线控制器+FIT AP方案是未来无线网络特别是在企业网络里面的一个应用趋势。
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无线局域网概述 篇5
随着网络的飞速发展，笔记本电脑的普及，人们对移动办公的要求越来越高。传统的有线局域网要受到布线的限制，如果建筑物中没有预留的线路，布线以及调试的工程量将非常大，而且线路容易损坏，给维护和扩容等带来不便，网络中的各节点的搬迁和移动也非常麻烦。因此高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。
无线局域网WLAN (wireless local area networks) 是指去除了传统网络中的网络传输线缆，利用微波、射频（R F）等无线技术，取代旧式的双绞铜线构成网络，提供传统有线局域网的所有功能。网络所需的基础设施不需要埋在地下或隐藏在墙里，更重要的是能够随需移动或变化，使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
无线局域网络的相关设备在20世纪90年代初就已经出现，但是由于价格、性能、通用性等种种原因，没有得到广泛应用，仅在纵向企业中才有，如学校、护理中心、仓库和库存管理中。不过，今天的无线局域网情况大不相同，随着无线局域网技术的迅速发展，其应用已成为经济和切实可行的方法。
1，无线局域网的特点
无线局域网与生俱来的很多优越性决定了它的迅速崛起。与有线网络相比，无线局域网具有以下特点：
(1) 安装便捷一般在网络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。无线局域网免去了大量的布线工作，只需要安装一个或多个无线访问点（Access Point, AP）就可覆盖整个建筑的局域网络，而且便于管理和维护。
(2) 使用灵活在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后，在无线网络的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络，而且无线局域网能够在不同运价商、不同国家的网络间漫游。在无线局域网中，各节点可随意移动，不受地理位置的限制。目前，AP可覆盖10-100m。
(3) 易于扩展无线局域网有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。无线局域网每个AP可支持100多个用户的接入，只需在现有无线局域网基础上增加AP，就可以将几个用户的小型网络扩展为几千用户的大型网络。
(4) 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的需要，这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。使用无线局域网可以减少或避免以上情况的发生。
(5) 安全保密无线网络相对来说比较安全，通信以空气为介质，传输信号可以跨越很宽的频段，而且与自然背景噪音十分相似，这样一来，就使得窃听者用普通的方式难以偷听到数据。“加密”也是无线网络必备的一环，能有效提高其安全性。所有无线网络都可加设安全密码，窃听者即使千方百计地接收到数据，若无密码，想打开信息系统亦无计可施。
2，无线局域网的网络结构
通常无线局域网有两种类型，即：对等网络和基础结构网络。
(1) 对等网络这是最简单的无线局域网结构。一个对等网络由一组有无线接口的计算机组成。这些计算机要有相同的工作组名、E S S I D和密码（如果适用的话），任何时间，只要两个或更多的无线接口互相都在彼此的范围之内，它们就可以建立一个独立的网络。这些根据要求建立起来的典型的网络在管理和预先设置方面没有要求。
(2) 基础结构网络在基础结构网络中，无线中继站（如无线接入访问点、无线H U B和无线网桥等设备）把无线局域网与有线网连接起来，并允许用户有效地共享网络资源。中继站不仅提供与有线网络的通讯，也为网上邻居解决了无线网络拥挤的状况。复合中继站能够有效扩大无线局域网的覆盖范围，实现漫游功能。
3，无线局域网技术
3.1蓝牙技术
蓝牙 (Bluetooth) 技术是一种短距的无线通讯技术，工作在2.4GHz ISM频段，其面向移动设备间的小范围连接，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音以及数据通信。主要技术特点如下：
(1) 蓝牙的指定范围是10m，在加入额外的功率放大器后，可以将距离扩展到100m。辅助的基带硬件可以支持4个或者更多的语音信道。
(2) 提供低价、大容量的语音和数据网络，最高数据传输速率为723.2kb/s。
(3) 使用快速跳频 (1600跳/s) 避免干扰，在干扰下，使用短数据帧来尽可能增大容量。
(4) 支持单点和多点连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微波网，多个微波网又可互联成特殊分散网，形成灵活的多重微波网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。
(5) 任一蓝牙设备，都可根据IEEE802标准得到一个唯一的48bit的地址码，保证完成通信过程中设备的鉴权和通信的保密安全。
(6) 采用TDD方案来实现全双工传输，蓝牙的一个基带帧包括两个分组，首先是发送分组，然后是接收分组。蓝牙系统既支持电路交换也支持分组交换，支持实时同步定向联接和非实时的异步不定向联接。
3.2 HomeRF
HomeRF技术是由HRFWG (home RF working group）工作组开发的，该工作组1998年成立，主要由Intel、IBM、Companq、3com、Philips、Microsoft、Motorola等几家大公司组成，旨在制定PC和用户电子设备之间无线数字通信的开放性工业标准，为家庭用户建立具有互操作性的音频和数据通信网。HomeRF采用了IEEE 802.11标准的CSMA/CA模式，以竞争的方式来获取信道的控制权，在一个时间点上只能有一个接入点在网络中传输数据，提供了对“流业务”的真正意义上的支持，规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，确保了实时性“流业务”所需的带宽（2～1 1 M b/s）和低干扰、低误码。
HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进。当进行数据通信时，采用IEEE 802.11规范中的TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则采用数字增强型无绳通信标准。因此，接收端必须捕获传输信号的数据头和几个数据包，判断是音频还是数据包，进而切换到相应的模式。
HomeRF采用对等网的结构，每一个节点相对独立，不受中央节点的控制。因此，任何一个节点离开网络都不会影响其它节点的正常工作。
3.3 HiperLAN
Hiper LAN (high performance radio LAN) 是由欧洲电信标准化协会的宽带无线电接入网络小组制定的无线局域网标准, 已推出HiperLAN1和HiperLAN2两个版本。HiperLAN1由于数据传输速率较低, 没有流行推广。HiperLAN2在欧洲得到了比较广泛的支持, 是目前比较完善的W L A N协议标准, 它具有如下特点:
(1) 高速的数据传输速率HiperLAN2工作在5GHz频段，采用了正交频分复用的调制，数据是通过M T和A P之间事先建立的信令链接进行传输的，可达到54Mb/s的传输速率。
(2) 自动频率分配AP在工作的过程中同时监听环境干扰信息和邻近的A P，进而根据无线信道是否被其它AP占用和环境干扰最小化的原则选择最合适的信道，自动频率分配是HiperLAN2的最大特色。
(3) 安全性支持HiperLAN2网络支持鉴权和加密。通过鉴权，使得只有合法的用户可以接入网络，而且只能接入通过鉴权的有效网络。
(4) 移动性支持在HiperLAN2中，M T必须通过“最近”的A P，或者说信噪比最高的AP来传输数据。因此当MT移动时，必须随时检测附近的A P，一旦发现其它AP有比当前AP更好的传输性能，就请求切换。切换之后，所有已经建立的链接将转移到新的AP之上，在切换过程中，通信不会中断。
(5) 网络与应用的独立性HiperLAN2的协议栈具有很大的灵活性，可以适应多种固定网络类型。因此HiperLAN2网络既可以作为交换式以太网的无线接入子网，也可以作为第三代蜂窝网络的接入网，并且这种接入对于网络层以上的用户部分来说是完全透明的。
3.4协议标准IEEE 802.11x
3.4.1 IEEE 802.11
1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网标准工作组，主要研究工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。1997年6月，提出IEEE 802.11（别名：Wi-Fi, wireless fidelity，无线保真）标准，标准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制。在物理层中，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，R F传输方法采用扩频调制技术来满足绝大多数国家工作规范。在该标准中RF传输标准是跳频扩频（F H S S）和直接序列扩频（D S S S），工作在2.4000～2.4835GHz频段。直接序列扩频采用BPSK和DQPSK调制技术，支持1Mb/s和2Mb/s数据速率，使用11位Barker序列，处理增益10.4dB。跳频扩频采用2～4电平GFSK调制技术，支持1Mb/s数据速率，共有22组跳频图案，包括79信道，在美国规定最低跳频速率为2.5跳/s。红外线传输方法工作在850～950nm段，峰值功率为2W，使用4或16电平pulse-positioning调制技术，支持数据速率为1Mb/s和2Mb/s。
3.4.2 IEEE 802.11b
1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，它是在IEEE 802.11的基础上的进一步扩展，采用直接序列扩频（D S S S）技术和补偿编码键控（C C K）调制方式，其物理层分为PLCP和PMD子层。PLCP是专为写入M A C子层而准备的一个通用接口，并且提供载波监听和无干扰信道的评估；P M D子层则承担无线编码的任务。IEEE 802.11b实行动态传输速率，允许数据速率根据噪音状况在1 M b/s、2Mb/s、5.5Mb/s、11Mb/s等多种速率下自行调整。
3.4.3 IEEE 802.11a
IEEE 802.11a也是IEEE 802.11标准的补充，采用正交频分复用（O F D M）的独特扩频技术和QFSK调制方式，大大提高了传输速率和整体信号质量。I E E E802.11a和IEEE 802.11b都采用CSMA/CA协议，但物理层有很大的不同，802.11b工作在2.4000～2.4835GHz频段，而802.11a工作在5.15～8.825GHz频段，数据传输速率可达到54Mb/s。
3.4.4 IEEE 802.11g
2001年11月，IEEE 802实验性地批准一种新技术802.11g。它是一种混合标准，有两种调制方式：802.11b中采用的CCK和802.11a中采用的OFDM。因此，它既可以在2.4GHz频段提供11Mb/s数据传输速率，也可以在5 G H z频段提供54Mb/s数据传输速率。
3.4.5 IEEE 802.11i
IEEE 802.11i对WLAN的MAC层进行了修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。主要包括两项内容：W i-F i保护访问（W P A）和强健安全网络（R S N），并于2004年初开始实行。
3.4.6 IEEE 802.11e/f/h
IEEE 802.11e标准对WLAN MAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QoS机制。IEEE 802.11f，定义访问节点之间的通讯，支持IEEE 802.11的接入点互操作协议（IAPP）。IEEE 802.11h用于802.11a的频谱管理技术。
4，无线局域网的安全技术
由于无线局域网采用公共的电磁波作为载体，更容易受到非法用户入侵和数据窃听。无线局域网必须考虑的安全因素有三个：信息保密、身份验证和访问控制。为了保障无线局域网的安全，主要有以下几种技术：
4.1物理地址（M A C）过滤
每个无线工作站网卡都由唯一的物理地址标示，该物理地址编码方式类似于以太网物理地址，是48位。网络管理员可在无线局域网访问点AP中手工维护一组允许访问或不允许访问的M A C地址列表，以实现物理地址的访问过滤。
如果企业当中的AP数量太多，为了实现整个企业当中所有AP统一的无线网卡MAC地址认证，现在的AP也支持无线网卡MAC地址的集中Radius认证。这种方法要求M A C地址列表必须随时更新，可扩展性差。
4.2服务集标识符（SSID）匹配
无线工作站必须出示正确的SSID，与无线访问点AP的SSID相同，才能访问AP；如果出示的SSID与AP的SSID不同，那么AP将拒绝它通过本服务区上网。因此可以认为SSID是一个简单的口令，从而提供口令认证机制，实现一定的安全。在无线局域网接入AP上对此项技术的支持就是可不让AP广播其SSID号，这样无线工作站端就必须主动提供正确的SSID号才能与AP进行关联。
4.3有线等效保密（WEP)
有线等效保密协议是由802.11标准定义的，用于在无线局域网中保护链路层数据。W E P使用4 0位钥匙，采用R S A开发的RC4对称加密算法，在链路层加密数据。W E P加密采用静态的保密密钥，各无线工作站使用相同的密钥访问无线网络。W E P也提供认证功能，当加密机制功能启用，客户端要尝试连接上A P时，AP会发出一个Challenge Packet给客户端，客户端再利用共享密钥将此值加密后送回存取点以进行认证比对，如果正确无误，才能获准存取网络的资源。4 0位W E P具有很好的互操作性，所有通过Wi-Fi组织认证的产品都可以实现WEP互操作。现在的WEP也一般支持128位的钥匙，能够提供更高等级的安全加密。
4.4虚拟专用网络（VPN)
目前已广泛应用于广域网络及远程接入等领域的VPN (Virtual Private Networking）安全技术也可用于无线局域网域，与IEEE 802.11b标准所采用的安全技术不同，VPN主要采用DES、3DES以及AES等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安全技术与IEEE 802.11b安全技术结合起来，这是目前较为理想的无线局域网络的安全解决方案之一。
4.5 Wi-Fi保护访问（WPA)
WPA (wi-fi protected access) 技术是在2003年正式提出并推行的一项无线局域网安全技术, 将成为代替W E P的无线。WPA是IEEE 802.11i的一个子集, 其核心就是I E E E 8 0 2.1 x和T K I P (temporal key integrity protocol) 。新一代的加密技术TKIP与WEP一样基于R C 4加密算法, 且对现有的W E P进行了改进, 在现有的W E P加密引擎中增加了密钥细分 (每发一个包重新生成一个新的密钥) 、消息完整性检查 (M I C) 、具有序列功能的初始向量、密钥生成和定期更新功能等4种算法, 极大地提高了加密安全强度。另外W P A增加了为无线客户端和无线AP提供认证的IEEE 802.1x的RADIUS机制。
5，无线局域网的应用发展前景
在现阶段，中国市场上的无线局域网主要是应用于公众服务、企业内部网、校园网及地理位置较特殊的政府机构等领域。从发展趋势来看，随着产品价格和技术方面日渐成熟，校园网对无线局域网应用会增长迅速，尤其是高等教育和科研机构对无线局域网的需求不断增加，将为无线局域网创造广阔的空问，像现在北京大学校园就构建了校园无线局域网网络。另外，在政府内部，电子政务建设正如火如荼，无线局域网在政府的网络建设中有非比寻常的机会。从无线局域网的实际应用场景来看，目前大致有两类：
一类是企业自己建立的面向企业内部用户的WLAN网络，以替代企业有线网或作为有线网的补充。比如一个大型超市，通过WLAN网络，可以在超市内的任何柜台，通过手持终端，统计存货情况，交由中央系统处理，就可以快速、高效地掌握销售情况，适时进货。这类应用可以显著提高企业的信息化程度，促进企业的发展。随着企业对信息化的重视，这类应用必将得到迅速发展。
另一类是无线ISP在诸如写字楼、宾馆、机场等所谓的“热点”地区建设的WLAN网络，向公众移动数据用户提供互联网接入服务，并向用户收取网络接入费。这类WLAN网络一般还比较分散、独立。要建设可运营、可广域漫游的电信级W L A N网络，需解决诸如鉴权、计费等问题。目前在技术上主要有两种解决方案：一种是基于SIM卡的方案，以GSM、CDMA网络成功的漫游方案为基础，适合于拥有G S M或C D M A网络的运营商；另一种是基于用户名/密码的方案，以互联网上成功应用的RADIUS协议为基础，可针对WLAN的特性做相应扩展，这种方案比较适合于有ISP运营经验的运营商。对这两种方案的可靠性、稳定性，还需在实际运营中进行检验。随着互联网的发展，移动办公、移动商务的快速普及，W L A N的这类应用存在很大的市场潜力和发展机遇。
无线局域网虽然不能取代有线网络，但它有着传统网络无法比拟的优势，也正是这样的优势，使无线局域网市场的增长是毋庸置疑的。然而WLAN技术的应用给网络用户带来了便捷和实用的同时，也不能忽略其仍然存在着一些不足之处。一是性能：W L A N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，而建筑物等其它障碍物可能阻挡电磁波的传输，会影响网络的性能，需精良的覆盖设计。二是速率：无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前的最大传输速率为54Mbps，相对有线网络，只适合于个人终端和小规模网络应用。三是安全性：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，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，导致泄密。故需采用扩跳频技术以提高抗监听、破译性能。
综上所述，WLAN技术的成熟和普及仍然需要一个不断磨合的过程。从WLAN的进一步推广应用来看，将来的研究方向主要集中在以下几个方面：
安全性问题安全性始终是用户主要关心的问题，为了满足用户的需求，当前的技术仍需不断地改进与完善。目前市场上已有许多解决方案能够提供安全保护，如VPN、IPSec加密和利用IEEE 802.1x的E A P（可扩展鉴权协议），其中V P N是最安全的解决方案。
漫游切换问题WLAN的漫游问题是另一个至关重要的问题。在无线网络中，如果一边使用WLAN接入服务，一边移动接入位置，那么一旦移动终端超越子网覆盖范围，IP数据包就无法到达移动终端，正在进行的通信将被中断。为此，I E T F制定了扩展IP网络移动性的系列标准，可保证用户的移动终端始终使用固定的IP地址进行网络通信。
无线网络管理问题除了系统结构、用户需求和典型应用等模块之外，一个好的无线网络管理系统还必须考虑以下因素：
(1) 标准的网管通信方式。网管子系统必须基于工业标准的管理协议，才能监视主机和子系统之间每条链路上的状态信息，并可根据状态信息快速分析和解决出现的问题。
(2) 网络监视和报告。监视和报告无线信号的变化以及接入点的业务类型和负载情况，自动发现进入无线网络体系结构的新设备。
(3) 有效地利用带宽。
WLAN与3G WLAN是否会对第三代移动通信系统构成威胁是业界关心的一个问题。实际上，WLAN与3G采用的是截然不同的两种技术，用于满足不同的需要。与3G不同的是，WLAN并不是一个完备的全网解决方案，而只用于满足小型用户群的需求。作为3G的一个重要补充，WLAN可用于在诸如机场候机厅、宾馆休息室等地方建立无线Internet连接。
结束语
无线局域网技术概述 篇6
1. 无线局域网的优点
与有线网络相比, 无线局域网具有以下优点:
安装便捷:一般在网络建设中, 施工周期最长、对周边环境影响最大的, 就是网络布线施工工程。在施工过程中, 往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量, 一般只要安装一个或多个接入点AP (Access Point) 设备, 就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。
使用灵活:在有线网络中, 网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而一旦无线局域网建成后, 在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。
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的需要, 这就往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划, 又要花费较多费用进行网络改造, 而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。
易于扩展:无线局域网有多种配置方式, 能够根据需要灵活选择。这样, 无线局域网就能胜任从只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络, 并且能够提供像“漫游 (Roaming) ”等有线网络无法提供的特性。由于无线局域网具有多方面的优点, 所以发展十分迅速。在最近几年里, 无线局域网已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛应用。
2. 无线局域网的相关技术1) IEEE 802.11标准
IEEE 802.11是在1997年由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE 802.11规定了无线局域网在2.4GHz波段进行操作, 这一波段被全球无线电法规实体定义为扩频使用波段。1999年8月, 802.11标准得到了进一步的完善和修订, 包括用一个基于SNMP的MIB来取代原来基于OSI协议的MIB。另外还增加了两项内容, 一是802.11a, 它扩充了标准的物理层, 频带为5GHz, 采用QFSK调制方式, 传输速率为6Mb/s-54Mb/s。它采用正交频分复用 (OFDM) 的独特扩频技术, 可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口, 并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。但是, 采用该标准的产品目前还没有进入市场。另一种是802.11b标准, 在2.4GHz频带, 采用直接序列扩频 (DSSS) 技术和补偿编码键控 (CCK) 调制方式。该标准可提供11Mb/s的数据速率, 还能够根据情况的变化, 在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1Mbps的不同速率之间自动切换。它从根本上改变无线局域网设计和应用现状, 扩大了无线局域网的应用领域, 现在, 大多数厂商生产的无线局域网产品都基于802.11b标准。
2) 无线局域网的相关概念
在一个典型的无线局域网环境中, 有一些进行数据发送和接收的设备, 称为接入点 (AP) 。通常, 一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户。在同时具有有线和无线网络的情况下, AP可以通过标准的Ethernet电缆与传统的有线网络相联, 作为无线网络和有线网络的连接点。无线局域网的终端用户可通过无线网卡等访问网络。
无线局域网在室外主要有以下几种结构:点对点型、点对多点型、多点对点型和混合型。
点对点型常用于固定的要联网的两个位置之间, 是无线联网的常用方式, 使用这种联网方式建成的网络, 优点是传输距离远, 传输速率高, 受外界环境影响较小。
点对多点型常用于有一个中心点, 多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单;其次, 由于中心使用了全向天线, 设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线, 波束的全向扩散使得功率大大衰减,
I实NTE践LL与IGE探NC索E························
网络传输速率低, 对于较远距离的远端点, 网络的可靠性不能得到保证。
混合型适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点, 还有建筑物或山脉阻挡的点。在组建这种网络时, 综合使用上述几种类型的网络方式, 对于远距离的点使用点对点方式, 近距离的多个点采用点对多点方式, 有阻挡的点采用中继方式。
无线局域网的室内应用则有以下两类情况
独立的无线局域网
这是指整个网络都使用无线通信的情形。在这种方式下可以使用AP, 也可以不使用AP。在不使用AP时, 各个用户之间通过无线直接互联。但缺点是各用户之间的通信距离较近, 且当用户数量较多时, 性能较差。
非独立的无线局域网
在大多数情况下, 无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立的无线局域网。在这种配置下, 多个AP通过线缆连接在有线网络上, 以使无线用户即能够访问网络的各个部分。
3) 其他相关概念
微单元和无线漫游
无线电波在传播过程中会不断衰减, 导致AP的通讯范围被限定在一定的范围之内, 这个范围被称为微单元。当网络环境存在多TAP, 且它们的微单元互相有一定范围的重合时, 无线用户可以在整个无线局域网覆盖区内移动, 无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的AP, 并通过这个AP收发数据, 保持不间断的网络连接, 这就称为无线漫游。
扩频
大多数的无线局域网产品都使用了扩频技术。扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带无线通信技术。使用扩频技术, 能够使数据在无线传输中完整可靠, 并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。
直序扩频
所谓直接序列扩频, 就是使用具有高码率的扩频序列, 在发射端扩展信号的频谱, 而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩, 把展开的扩频信号还原成原来的信号。
跳频扩频
跳频技术与直序扩频技术完全不同, 是另外一种扩频技术。跳频的载频受一个伪随机码的控制, 在其工作带宽范围内, 其频率按随机规律不断改变频率。接收端的频率也按随机规律变化, 并保持与发射端的变化规律一致。跳频的高低直接反映跳频系统的性能, 跳频越高, 抗干扰的性能越好, 军用的跳频系统可以达到每秒上万跳。实际上移动通信GSM系统也是跳频系统。出于成本的考虑, 商用跳频系统跳速都较慢, 一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳频系统实现简单, 因此低速无线局域网常常采用这种技术。
3. 无线局域网的应用
基于无线局域网具有的诸多优点, 它可广泛应用于下列领域:
1) 接入网络信息系统:电子邮件、文件传输和终端仿真。
2) 难以布线的环境:老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、校园和工厂。
3) 频繁变化的环境:频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商, 以及野外勘测、试验、军事、公安和银行等。
4) 使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。
5) 用于远距离信息的传输:如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输;公安交通管理部门进行交通管理等。
6) 专门工程或高峰时间所需的暂时局域网:学校、商业展览、建设地点等人员流动较强的地方;利用无线局域网进行信息的交流;零售商、空运和航运公司高峰时间所需的额外工作站等。
7) 流动工作者可得到信息的区域:需要在医院、零售商店或办公室区域流动时得到信息的医生、护士、零售商、白领工作者。
8) 办公室和家庭办公室 (SOHO) 用户, 以及需要方便快捷地安装小型网络的用户。
4. 无线局域网的结构
根据不同局域网的应用环境与需求的不同, 无线局域网可采取不同的网络结构来实现互联。常用的具体有如下几种:
1) 网桥连接型:不同的局域网之间互联时, 由于物理上的原因, 若采取有线方式不方便, 则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接, 无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接, 还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。
2) 基站接入型:当采用移动蜂窝通信网接入方式组建无线局域网时, 各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互联的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网, 还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。
3) HUB接入型:利用无线Hub可以组建星型结构的无线局域网, 具有与有线Hub组网方式相类似的优点。在该结构基础上的WLAN, 可采用类似于交换型以太网的工作方式, 要求Hub具有简单的网内交换功能。
4) 无中心结构:要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道, MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站 (AP) 、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现, 其中以无线网卡最为普遍, 使用最多。无线局域网的关键技术, 除了红外传输技术、扩频技术、网同步技术外还有一些其他技术, 如:调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制技术和节能技术。
结束语
无线局域网技术简介 篇7
一、无线局域网的优点
1. 安装便捷。
无线局域网免去了大量的布线工作, 只需要安装一个或多个无线访问点 (access point, AP) 就可覆盖整个建筑的局域网络, 而且便于管理、维护。
2. 高移动性。
在无线局域网中, 各节点可随意移动, 不受地理位置的限制。目前, AP可覆盖10 m~100 m。在无线信号覆盖的范围内, 均可以接入网络, 而且WLAN能够在不同运营商、不同国家的网络间漫游。
3. 易扩展性。
无线局域网有多种配置方式, 每个AP可支持100多个用户的接入, 只需在现有无线局域网基础上增加AP, 就可以将几个用户的小型网络扩展为几千用户的大型网络。
4. 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的需要, 这样往往可导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划, 又要花费较多费用进行网络改造, 而无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。
二、无线局域网的相关技术
1. 蓝牙技术。
蓝牙技术是一种短距的无线通讯技术, 工作在2.4 GHz ISM频段, 其面向移动设备间的小范围连接, 通过统一的短距离无线链路, 在各种数字设备间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音以及数据通信。主要技术特点如下:
(1) 蓝牙的指定范围是10 m, 在加入额外的功率放大器后, 可以将距离扩展到100 m。辅助的基带硬件可以支持4个或者更多的语音信道。
(2) 提供低价、大容量的语音和数据网络, 最高数据传输速率为723.2 kb/s。
(3) 使用快速跳频 (1600跳/s) 避免干扰, 在干扰下, 使用短数据帧来尽可能增大容量。
(4) 支持单点和多点连接, 可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微波网, 多个微波网又可互连称特殊分散网, 形成灵活的多重微波网的拓扑结构, 从而实现各类设备之间的快速通信。
(5) 任一蓝牙设备, 都可根据IEEE 802标准得到一个唯一的48 bit的地址码, 保证完成通信过程中设备的鉴权和通信的保密安全。
(6) 采用TDD方案来实现全双工传输。蓝牙的一个基带帧包括两个分组, 首先是发送分组, 然后是接收分组。蓝牙系统既支持电路交换, 也支持分组交换, 支持实时同步定向联接和非实时的异步不定向联接。
2. Home RF。
Home RF技术是由HRFWG (home RF working group) 工作组开发的, 该工作组1998年成立, 主要由Intel、IBM、Companq、3com、Philips、Microsoft、Motorola等几家大公司组成, 旨在制定PC和用户电子设备之间无线数字通信的开放性工业标准, 为家庭用户建立具有互操作性的音频和数据通信网, Home RF采用了IEEE 802.11标准的CSMA/CA模式, 以竞争的方式来获取信道的控制权, 在一个时间点上只能有一个接入点在网络中传输数据, 提供了对“流业务”的真正意义上的支持, 规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制, 确保了实时性“流业务”所需的带宽 (2 mh/s~11 mh/s) 和低干扰、低误码。
Home RF是针对现有无线通信标准的综合和改进, 当进行数据通信时, 采用IEEE 802.11规范中的TCP/IP传输协议;进行语音通信时, 则采用数字增强型无绳通信标准。因此, 接收端必须捕获传输信号的数据头和几个数据包, 判断是音频还是数据包, 进而切换到相应的模式。
Home RF采用对等网的结构, 每一个节点相对独立, 不受中央节点的控制。因此, 任何一个节点离开网络都不会影响其他节点的正常工作。
3. Hiper LAN。
Hiper LAN (high performance radio LAN) 是由欧洲电信标准化协会 (ETSI) 的宽带无线电接入网络 (BRAN) 小组制定的无线局域网标准, 已推出Hiper LAN1和Hiper LAN2两个版本。Hiper LAN1由于数据传输速率较低, 没有流行推广。Hiper LAN2在欧洲得到了比较广泛的支持, 是目前比较完善的WLAN协议标准。
4.IEEE 802.11x。
(1) IEEE 802.11
(2) IEEE 802.11b
(3) IEEE 802.11a
(4) IEE 802.11g
(5) IEEE 802.11i
(6) IEEE 802.11e/f/h
三、无线局域网的相关概念
无线局域网在室外主要有以下几种结构:点对点型、点对多点型、多点对点型和混合型。
1. 点对点型。
该类型常用于固定的要联网的两个位置之间, 是无线联网的常用方式, 使用这种联网方式建成的网络, 优点是传输距离远, 传输速率高, 受外界环境影响较小。
2. 点对多点型。
该类型常用于有一个中心点, 多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单;其次, 由于中心使用了全向天线, 设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天线, 波束的全向扩散使得功率大大衰减, 网络传输速率低, 对于较远距离的远端点, 网络的可靠性不能得到保证。
3. 混合型。
这种类型适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点, 还有建筑物或山脉阻挡的点。在组建这种网络时, 综合使用上述几种类型的网络方式, 对于远距离的点使用点对点方式, 近距离的多个点采用点对多点方式, 有阻挡的点采用中继方式。
四、无线局域网的室内应用
1. 独立的无线局域网。
这是指整个网络都使用无线通信的情形。在这种方式下可以使用AP, 也可以不使用AP。在不使用AP时, 各个用户之间通过无线直接互联, 其缺点是各用户之间的通信距离较近, 且当用户数量较多时, 性能较差。
2. 非独立的无线局域网。
在大多数情况下, 无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立的无线局域网。在这种配置下, 多个AP通过线缆连接在有线网络上, 以使无线用户能够访问网络的各个部分。
基于无线局域网具有的诸多优点, 它可广泛应用于下列领域:一是接入网络信息系统:电子邮件、文件传输和终端仿真。二是难以布线的环境:老建筑、布线困难或昂贵的露天区域、城市建筑群、校园和工厂。三是频繁变化的环境:频繁更换工作地点和改变位置的零售商、生产商, 以及野外勘测、试验、军事、公安和银行等。四是使用便携式计算机等可移动设备进行快速网络连接。五是用于远距离信息的传输:如在林区进行火灾、病虫害等信息的传输;公安、交通管理部门进行交通管理等。六是专门工程或高峰时间所需的暂时局域网:学校、商业展览、建设地点等人员流动较强的地方;利用无线局域网进行信息的交流;零售商、空运和航运公司高峰时间所需的额外工作站等。七是流动工作者可得到信息的区域:需要在医院、零售商店或办公室区域流动时得到信息的医生、护士、零售商、白领工作者。八是办公室和家庭办公室 (SOHO) 用户, 以及需要方便快捷地安装小型网络的用户。
五、无线局域网的结构
根据不同局域网的应用环境与需求的不同, 无线局域网可采取不同的网络结构来实现互联。常用的有如下几种:
1. 网桥连接型。
不同的局域网之间互联时, 由于物理上的原因, 若采取有线方式不方便, 则可利用无线网桥的方式实现二者的点对点连接, 无线网桥不仅提供二者之间的物理与数据链路层的连接, 还为两个网的用户提供较高层的路由与协议转换。
2. 基站接入型。
当采用移动蜂窝通信网接入方式组建无线局域网时, 各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互联的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网, 还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。
3. HUB接入型。
利用无线Hub可以组建星型结构的无线局域网, 具有与有线Hub组网方式相类似的优点。在该结构基础上的WLAN, 可采用类似于交换型以太网的工作方式, 要求Hub具有简单的网内交换功能。
4. 无中心结构。
要求网中任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道, MAC层采用CSMA类型的多址接入协议。
无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站 (AP) 、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现, 其中以无线网卡最为普遍, 使用最多。无线局域网的关键技术, 除了红外传输技术、扩频技术、网同步技术外还有一些其他技术, 如:调制技术、加解扰技术、无线分集接收技术、功率控制技术和节能技术。
无线局域网组网浅析 篇8
关键词：无线,WLAN,规划,设计
一、概述
无线局域网 (WLAN) 技术于20世纪90年代逐步成熟并投入商用, 既可以作传统有线网络的延伸, 在某些环境也可以替代传统的有线网络。对比传统的有线传输解决方案, 使用WLAN网络实现数据传输具有简易灵活、综合成本较低、扩展能力强等显著特点。
无线局域网技术经过十几年的发展, 已经历了三代技术及产品的发展。第一代无线局域网主要是采用Fat AP, 每一台AP都要单独进行配置, 费时、费力、费成本;第二代无线局域网融入了无线网关功能但还是不能集中进行管理和配置, 其管理性和安全性以及对有线网络的依赖成为了第一代和第二代WLAN产品发展的瓶颈, 由于这一代技术的AP储存了大量的网络和安全的配置, 包括加密的钥匙, Radius client的安全密码 (secret) 等, 而AP又是分散在建筑物中的各个位置, 一旦AP的配置被盗取读出并修改, 其无线网络系统就失去了安全性。另外由于AC或无线网关的硬件多数是基于Pentium架构的, 所以当用户接入数量 (IP sessions) 增多时, 无线网的性能会急剧下降, 时常会发生掉线或死机情况。在这样的环境下, 基于无线交换机技术的第三代WLAN产品应运而生。第三代无线局域网采用无线交换机和FIT AP的架构, 对传统WLAN设备的功能做了重新划分, 将密集型的无线网络和安全处理功能转移到集中的WLAN交换机中实现, 同时加入了许多重要新功能, 诸如无线网管、AP间自适应、无线安管、RF监测、无缝漫游以及Qos。, 使得无线局域网的网络性能、网络管理和安全管理能力得以大幅提高。
二、无线局域网设计与规划
2.1设计原则
依照无线局域网的国际规范和国家无线电管理委员会的标准, 在进行实际的网络设计时, 遵循先进性、开放性、可伸展性、安全性、可靠性、可管理性等原则
2.2频率规划
目前针对WLAN来讲, 2.4G具有3条不重叠的信道, 主要采用1、6、11三个信道交错使用, 具体的面覆盖逻辑示意图如下:
在多个频道同时工作的情况下, 为保证频道之间不相互干扰, 标准要求两个频道的中频间隔不能低于25MHz。因此从上图可以看出, 在一个蜂窝区内, 直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的频道同时工作, 提供高达33Mbps的吞吐量。
2.3频率复用
针对频率复用的设计与实现主要侧重于重叠区域, 考虑到802.11技术中目前业界主要采用DCF的仲裁, 这样会导致从网络实施的角度出发, 没有办法做到像GSM、3G网络的控制力度, 从技术原理的角度出发, 没有办法实现很好的频率复用, 只能被动做些负载均衡的功能。每个AP具有54Mbps、48Mbps、36Mbps、18Mbps等的覆盖范围, 对于54Mbps的覆盖范围不重叠, 对于54Mbps与18Mbps就可能进行重叠, 可以根据网络侧的负载功能实现一定程度的频率复用功能, 从网络规划的角度出发, WLAN基本上、下行无线链路复用的处理问题, 目前都是DCF方式, 从而只能结合业务网络覆盖目标效果, 使用负载均衡功能进行实现。
2.4容量规划
从业界实现的DCF方式来看, 没有一个最大用户数的限制, 但业界各个厂商进行实现时都基于一定理解的前提下进行默认限制, 目前每个AP最大的用户默认限制为256个用户。AP的最大吞吐量为:23Mbps, 用户的增加总带带下降量不大, 100kbps/用户, 按128用户进行规划;300kbps/用户按64用户进行规划;1Mbps/用户按22用户进行规划;2Mbps/用户按11用户进行规划。
三、WLAN覆盖方案建议
3.1室内放装式覆盖
适合于尚无室内分布系统的中小规模室内覆盖、小面积盲点覆盖或重要的公用场所的覆盖及容量需求, 如宾馆、酒店、会议中心等地区。系统结构简单, 由独立AP布点覆盖。
一般来说, 普通办公环境, 要求中等密度连续覆盖时;或用户只对若干单个房间实现覆盖的情况下, 比如, 酒店的公共休息区, 小酒吧, 会议室, 西餐厅等区域, 通常面积都不大 (小于100平方米) , 每个场所放一个AP即可满足覆盖需求。对于大面积区域稍复杂的应用环境, 且用户对传输速率和信号质量要求较高时, 建设WLAN时需要对AP的架设位置、AP采用频点、AP隔离距离等进行专门的规划。使用室内直放AP布点覆盖, 需考虑及遵循以下几个问题和原则:1) 需要有入户线缆资源 (双绞线或五类线) 。2) 如果在一个大厅里只安装一个AP, 则尽量把AP安放在大厅的中央位置, 而且最好是放置于大厅天花板上;如果同一空间安装两个AP, 则可以放在两个对角上。3) 保持信号穿过墙壁和天花板的数量最小。2.4G信号能够穿透墙壁和天花板, 然而, 每一面墙壁和天花板都将使AP信号的覆盖范围减少1到30米。应放置AP与计算机于合适的位置, 使墙壁和天花板阻碍信号的路径最短, 损耗最小。4) 考虑AP和覆盖区域之间直线连接。注意AP的放置位置, 要尽量使信号能够垂直的穿过 (90°角) 墙壁或天花板。5) 不同的建筑材料产生不同的传输效果。由金属的框架或门构成的建筑物会使WLAN无线信号的传输距离变小。放置AP的位置应使信号通过干燥的墙壁或敞开的门, 避免放置在使信号必须通过金属材料的位置。6) AP天线方向可调, 安装AP的位置应确保天线主波束方向正对覆盖目标区域, 保证良好的覆盖效果。7) AP安装位置需远离电子设备 (起码1~2米) , 例如微波炉、监视器、电机等。
3.2室内分布式覆盖
适用中大规模的室内覆盖, 系统结构较复杂。主要用于中等面积的盲区覆盖或重要的公用场所, 满足如宾馆、酒店、机场、会议中心等地区的覆盖要求, 但不适合有较高容量需求的网络。室内分布式AP专为室内分布式组网方式设计, AP本身内置功率放大器, 射频口发射功率可达500毫瓦。
使用要求:该系统为室内覆盖系统, 要求设备安装在室内运行。
来自不同系统基站的下行信号, 经过多通道滤波合路器合路, 然后通过低损耗电缆、耦合器、功分器等到达终端天线进行室内覆盖, 根据每层所需终端天线的数量, 选用不同耦合度的耦合器来确定功率分配, 形成一定区域的覆盖, 对于狭长形状 (如地铁、隧道) , 也可以使用泄露电缆替代室内小天线进行覆盖。由于CDMA、GSM、PHS、WLAN的工作频段差异较大, 发射功率和接收灵敏度不同, 电缆损耗差异, 因此每个系统的覆盖能力和范围差异较大。
利用原有室内分布系统承载WLAN业务时, 对原有系统的设计要求及相关改动如下:1) 确定原有室分系统规模, 估算出每个接入节点间的馈线/分配损耗;2) 了解原有功率分配器/定向耦合器的工作频带, 保证其在WLAN频段的可用性。若器件工作频段不包括WLAN 2.4G频段, 则需要更换;3) 了解原有终端天线的工作频带, 保证其在WLAN频段的可用性, 原则上天线在WLAN频段的VSWR不能大于2.5:1, 超过该指标时, 建议更换;4) WLAN系统接入时, 必须使用滤波合路器, 使原有和新接入系统损耗最小, 根据需要选择滤波合路器的类型;只要滤波合路器指标合适, CDMA/GSM/PHS与WLAN之间的干扰可以有效控制;5) 原有室内分布系统的天线分布位置大多数没有考虑WLAN的覆盖能力/范围要求, 因此对于不符合WLAN覆盖要求的天线应当适当移动或通过改变功率分配器增加1-2个终端天线, 这样对原有覆盖影响很小, 但可以有效改善WLAN信号覆盖;6) 明确原有室内覆盖系统为何种信号源接入设备, 由于直放站和基站的发射带外信号质量有差异, 在接入WLAN时, 滤波合路器的端口隔离指标有较大差别, 前者80d B, 后者只需50d B。
根据实际的工程得到如下经验:1) 一般情况下, 如果天线口辐射功率为10d Bm W, 使用2d Bi全向室内小天线, 则每离天线30米范围内, 在空旷的会议中心、没有砖隔墙情况下, 覆盖电平可以达到-75d Bm/WLAN;2) 对于酒店客房密集隔墙结构, 如果天线口辐射功率为10d Bm W, 使用2d Bi全向室内小天线, 则每离天线8-10米范围内, 客房内信号可以达到-70~-85d Bm。一般来说, 信号到达客房门距离应控制在4m以内;3) 在进行能量分配时, 尽量使信号分布均匀;4) 在设计中, 从基站到每个天线的路径中尽量避免出现两个以上功分器件 (或耦合器) , 以保证上行信号的有效接入。5) 通过利用原CDMA/GSM/PHS室内分布系统, 对不符合频段和隔离等要求的硬件进行更换。对不满足WLAN网络良好覆盖的小天线布点进行调整, 以达到AP信号良好覆盖的效果。对类似酒店大厅等于较开阔空间, 适于采用此方案进行覆盖, 可在保证覆盖和容量需求的情况下, 降低AP资源投入, 并有效避免AP频率干扰。
采用室内分布式覆盖, 存在以下问题:1) 对没有室内分布系统的环境, 为WLAN新建室内分布系统成本高于AP直接布放。2) 在较为复杂的环境优化天馈部分, 增加或调整天线角度, 工程难度仍较大, 有的甚至综合成本高于直接布放多AP的成本。
3.3室内补点覆盖
当利用原有室分系统进行WLAN覆盖时, 对于工程改造量较大、天线位置改动多、功分负载匹配难度大的情况, 可适当采用独立AP覆盖盲点、热点, 辅助原室内分布系统, 在空间内交叠覆盖达到良好效果。这样做, 在室内分布系统硬件基本可满足接入AP信号源的情况下, 尽量减少了工程改造量, 而通过适当增加单个AP, 在空间内适度的交叠覆盖, 满足区域覆盖需求, 同时可缓解容量需求。
适用范围:进行中大规模的室内覆盖, 系统结构设计较复杂, 工程改造量相对较小, 采用WLAN信号源接入室内分布系统, 辅以独立AP布点覆盖少数盲点, 最终达到无缝覆盖的良好效果。既可满足公用场所开阔地带, 如机场的覆盖需求, 又可兼顾如酒店、会议中心等存在中度容量需求。
需注明的是, 当原有CDMA、GSM、PHS室内系统的天线分布位置不满足WLAN的覆盖能力/范围要求时, 可不考虑对天线做移动或通过改变功率分配器增加终端天线, 而是采用独立AP规划方法, 对少量热点进行覆盖补盲。
3.4室外立体覆盖
在室外AP部署上, 为体现“以线带面”的覆盖策略, 应通过在区域内道路两侧部署室外型AP来实现高速无线宽带接入, 在站址选择上以满足业务发展的需要为前提, 以运营商已有物业中的高度较低的物业为首选, 在条件允许的情况下, 可以通过合理的方式新建站址。
在建设实施步骤上, 以主干道→干道→其余街道→向内延伸的顺序完成广覆盖的建设, 在建设完成后可满足大部分用户的无线宽带上网需求。同时, 在办公楼宇、大型茶楼、会所、休闲娱乐场所等数据业务需求较高的热点区域进行深度覆盖来提高区域内无线宽带网络品质。
覆盖效果理论计算可依据信号强度和传输距离的换算公式:
1) AP加卡的信号总强度公式:Gt-Gr+AP天线增益+终端天线增益=L信号总强度 (d B)
Gt (AP或终端功率, 单位d B) , Gr (终端或AP灵敏度, 单位d B)
2) 距离产生的信号衰减公式:40+20lgd=L1 (d B) d (距离, 单位m)
工程中最大传输距离以45m计算, 所以L1=72d B
建筑无线传输损耗=穿透损耗中值+偏差+慢衰落余量。各种材料的无线传输损耗参数如下图所示:
四、网管系统部署
无线网络管理系统针对各种规模和应用的WLAN/WAPI网络环境, 提供一整套的网络管理解决方案, 实现了TMN建议的系统管理 (安全管理) 、网络拓扑管理、配置管理、故障管理和性能管理等重要的网络管理功能。主要功能应包括:拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管、安全管理、日志管理。其逻辑结构如下图所示。
无线网络管理系统可以采用为分布式结构部署, 小型规模的系统可以部署在一台服务器上, 中大型系统可以根据需要部署在2台以上的服务器上。
1) 单机部署。适用较小的网络规模, 网元数小于200;服务器上安装网管管理平台所有部件。采集程序/数据库/Web服务等。服务器推荐配置:PC服务器P4 2.8G/2G Memory/160G HD/19”LCD/56K/10/100/1000M
2) 多机部署。适用中等的网络规模, 网元数200~600;在多台服务器上部署网管管理平台, 采集程序、数据库、Web服务分别部署在2台或2台以上的服务器上。服务器推荐配置:PC服务器P4 2.8G/2G Memory/160G HD/19”LCD/56K/10/100/1000M。
3) 集中部署。适用较大的网络规模, 网元数大于600;所有WLAN网段管理单元的采集机都部署在网管管理中心;在多台服务器上部署网管管理平台, 采集程序、数据库、Web服务分别部署在2台或2台以上的服务器上, 根据具体网管结构和规模推荐PC服务器或小型机。 (图4.2)
4) 集中分布式部署。适用较大的网络规模, 网元数大于600;在一个或多个WLAN网段管理单元部署独立采集机, 采集机与网管中心通信, 实现采集分部署, 管理数据集中。在多台服务器上部署网管管理平台, 采集程序、数据库、Web服务分别部署在2台或2台以上的服务器上。根据具体网管结构和规模推荐PC服务器或小型机。 (图4.3)
五、认证计费系统
认证计费管理系统的功能模块组成如下图所示:
无线网络建设对认证计费管理系统有以下要求:
1) 应支持标准的RADIUS协议, 可以全面兼容不同厂家的BRAS产品并已经成功和国内外主流以太网交换机实现802.1X对接。2) 支持各种用户计费安全措施, 能够实现帐户、MAC、IP、VLAN、接入服务器和服务器端口的绑定或者上述多种要素的绑定。3) 丰富的计费策略, 可实现时长、流量、包时长、包流量、普通包天、动态包天、分层、包月和包年预付费和后付费等计费策略。4) 多样化数据库支持功能, 支持Oracle, MS SQL, Postgre等多种流行的数据库系统。5) 用户管理功能, 能够提供用户开户、用户注销、变更受理、用户查询、用户在线、专线用户管理、停机用户管理、公免帐号管理和广播信息等功能。6) 费用管理功能, 提供帐单确认、费用预缴、用户充值、用户销帐、批量销帐、银行托收功能。7) 齐全的报表管理功能, 提供用户清单查询、帐单查询、充值报表、预缴报表、收费报表、欠费报表功能等各种查询、统计功能。8) 多样化的卡类管理功能, 提供上网卡、充值卡、卡查询等各类卡业务。9) 系统设置功能, 提供营业区设置、费率设置、策略管理、时段管理、Radius监控、银行托收等功能。10) 可靠的安全设计, 支持系统角色分配、操作员管理、备份管理、日志记录等功能。
六、结束语