关于Wi-Fi的LAN组网技术研究

2011-04-11 21:27:58来源: 职称论文网
  1.引言
  
  近年来,无线网络迅速发展,在众多无线标准中,无线局域网因为其较低的构建和运营成本、较高的传输速率、较远的传输距离等优点获得了人们的青睐。随着笔记本电脑、Wi-Fi手机、PDA等移动终端的广泛使用,用户对无线接入的需求日渐突出。

  目前,Wi-Fi以其灵活性和可移动性,在家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是越来越大。在这几年,无线AP的数量呈迅猛的增长,无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。除了在一些公共地方有AP之外,国外已经有先例以无线标准来建设城域网,因此,Wi-Fi的无线地位将会日益牢固。美国、日本等发达国家是目前Wi-Fi用户最多的地区。廉价的Wi-Fi,必将得到更加广泛的应用。
  
  2. Wi-Fi技术概述
  
  Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线保真技术),传统上人们将802.11b标为Wi-Fi,实际上Wi-Fi是无线局域网联盟(WLA全称NA)的一个商标,该商标保障使用该商标的商品互相之间可以合作,与标准本身实际上没有关系。但是后来人们逐渐习惯用Wi-Fi来称呼802.11b协议。
  
  它的最大优点就是传输速度较高,可以达到11Mbps,另外它的有效距离也很长,同时也与已有的各种802.11 DSSS设备兼容。IEEE(电子和电气工程师协会)802.11b无线网络规范是IEEE802.11网络规范的变种,最高带宽为11Mbps,在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps,带宽的自动调整,有效地保障了网络的稳定性和可靠性。
  
  其主要特性为:速度快,可靠性高,在开放性区域,有效通讯距离可达300米,在封闭性区域,通讯距离为100米左右,方便与现有的有线以太网络整合,组网的成本更低。Wi-Fi技术与蓝牙(Bluetooth)技术一样,同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段,该频段目前尚属没用许可的无线频段[2]。
  
  目前Wi-Fi按照其速度与技术的新旧可分为802.11a、802.11b、802.11g,常用的标准有两个,分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。802.11b是最老的,也是目前应用最广泛的Wi-Fi标准。用户在选择这类产品的时候会发现它要比支持802.11a 和802.11g的产品价格便宜很多。另外,802.11b是Wi-Fi标准中带宽最低,传输距离最短的一个标准。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。虽然厂商在生产Wi-Fi产品时都会在支持802.11b 和802.11g的同时也提供对802.11a的支持,但是它仍然是目前使用量对少的一个Wi-Fi标准。
  
  802.11g的传输速度要高于802.11b,而且可以与802.11b兼容。但是它比802.11a更容易受到外界环境的干扰,比如一般的家电产品,无绳电话、微波炉,以及其它运行在2.4GHz频段上的设备。该技术由于有着自身的优点,因此受到厂商的青睐。对Wi-Fi技术标准进行了简单比较。
  
  3. Wi-Fi技术的特点
  
  Wi-Fi作为宽带接入的一种有效方式,与有线接入相比,其特点和优势主要体现在: 
  (1)传输距离远。无线电波的覆盖范围广,基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小,半径大约只有50英尺左右,约合15米,而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右,约合100米。办公室自不用说,就是在整栋大楼中也可使用。最近,由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉,该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺,接近100米的通信距离扩大到4英里,约6.5公里。
  (2)传输速度快。虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙差一些,传输质量也有待改进,但传输速度非常快,可以达到11mbps,符合个人和社会信息化的需求。
  (3)业务集成性。Wi-Fi技术在第二层以上与以太网完全一致,所以能够将WLAN集成到已有的宽带网络中,也能将已有的宽带业务应用到WLAN中。这样,就可以利用已有的宽带有线接入资源,迅速地部署网络,形成无缝覆盖。
  (4)建设便捷性。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线,可以不受布线条件的限制,因此非常适合移动办公用户的需要,具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去,甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。
  (5)使用安全性。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦,实际发射功率约60~70毫瓦,这是一个什么样的概念呢?手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间,手持式对讲机高达5瓦,而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体,是绝对安全的。
  
  4.Wi-Fi组网方案
  
  4.1 Wi-Fi组网设备
  Wi-Fi是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁,因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源,其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由, 而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。
  一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP,如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网,也可不要AP,只需要每台电脑配备无线网卡。对于宽带的使用,Wi-Fi更显优势,有线宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后,连接到一个AP,然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够,甚至用户的邻里得到授权后,则无需增加端口,也能以共享的方式上网。
  
  4.2 常用组网方案
  
  较之有线网络,无线组网更加灵活、方便。对于最简单的两台计算机组网情况来说,可以采用点对点的对等结构,并且不需要无线AP;如果是多台计算机组网(超过两台),最好以无线AP(或无线路由器)为中心的Infrastructure(基础结构)模式[4]。采用Infrastructure模式组网时,既可以是单纯的无线网络,也可以是无线、有线混合网络,将无线网络作为有限网络的补充。4.2.1自组织网络 自组织(Ad-Hoc)网络,又称为无AP网络或对等网络,是最简单的无线局域网拓扑结构,由一组有无线接口的计算机(无线客户端)组成一个独立基本服务集(Independent Basic Service Set, IBSS),这些无线客户端有相同的工作组名、扩展服务集标识符(ESSID)和密码,网络中任意两个站点之间均可直接通信。自组织网络的拓扑结构。
  
  4.2.2基础网络结构
  
  基础网络机构(Infrastructure Network)也称为有中心网络,由一个或多个无线AP以及一系列无线客户端构成,网络拓扑所示。在基础结构网络中,一个无线AP以及与其关联(Associate)的无线客户端被成为一个BSS(Basic Service Set,基本服务集),两个或多个BSS可构成一个ESS(Extended Service Set,扩展服务集)[2]。基础网络结构使用无线AP作为中心站,所有无线客户端对网络的访问均由无线AP控制。这样,当网络业务量增大时网络吞吐性能及时延性能的恶化并不剧烈[5]。由于每个站点只需在中心站覆盖范围内就可与其他站点通信,因此网络布局受环境限制比较小。基础结构网络的拓扑结构所示。基础结构网络拓扑结构的弱点是抗毁性差,中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪,并且中心站点的引入增加了网络成本。
  
  4.3 基于无线网桥的室外组网方案
  
  无线网桥主要有三种组网模式:点对点、点对多点、中继连接。下面我们用简单的图示方法来介绍一下Wi-Fi的几种组网模式。
  
  4.3.1点对点组网模式
  
  点对点无线桥接模式一般由一对无线网桥和一对室外天线组成。可以采用2.4GHz或5.8GHz的室外型无线网桥,根据所采用的设备不同,数据传输速率约为5Mb/s~30Mb/s。点对点组网模式所示。
  
  4.3.2点对多点组网模式
  
  点对多点桥无线接模式适用于有一个中心站、多个远端站的情况。中心站采用全向天线,以蜂窝覆盖方式进行。其他远端均采用定向天线。点对点组网模式如所示。点对多点桥无线接模式组网成本低、维护简单,并且由于中心站使用全向天线,设备调试相对容易。分布式蜂窝组网也属于点对多点桥接模式,也就是扇区组网,投入大、利用不同增益的覆盖天线,增加覆盖范围。
  
  4.3.3中继组网模式
  
  当需要连接的两个局域网之间有障碍物遮挡而无法直视时,可以考虑使用无线中继的方法绕开障碍物,来实现两点之间的无线桥接。中继站若使用两台设备,可以保证实际带宽不会有减少,若使用壹台设备,则可以减少投资,可使用的实际带宽只有原来的一半,类似于点对多点一样。
  
  5.总结及展望
  
  Wi-Fi技术作为无线局域网家族中的重要组成部分,近年来发展迅速。伴随着3G的快速发展,越来越多的运营商正在推出(或考虑推出)允许Wi-Fi无线网络访问其PS域数据业务的服务,以缓解蜂窝网数据流量压力,在新的市场环境下,Wi-Fi无线网络的应用又迸发出新的活力。本文对Wi-Fi的概念、特点等作了简要介绍,在此基础上,研究和探讨了利用Wi-Fi进行组网的室内外组网方案。对于Wi-Fi技术而言,漫游、切换、安全、干扰等方面都是运营商组网时需考虑的重点。随着骨干传输网容量和传输速率的提高,无论采用平面或者两层的架构都不会影响到用户的宽带快速接入;随着IAPP以及Mobile IP技术的完善、IPv6的发展也可以最终解决漫游和切换的问题。
  综上所述,Wi-Fi的发展方向包括: 
  (1)网络技术,覆盖更大的范围,从热点到热区到整个城市。
  (2)Wi-Fi手持终端和VoWLAN业务必然成为潜在的应用模式。
  (3)基于IP的Wi-Fi的交换技术和开放的业务平台,将使WLAN网络更智能、更易管理。
  (4)基于多层次的安全策略(WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等)提供不同等级的安全方案,将使企业、个人用户可以根据不同的性价比来选择满足自己需要的安全策略。

关键字:Wi-Fi  LAN组网

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0411/article_5331.html
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