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          無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢及技術(shù)架構(gòu)

          作者: 時(shí)間:2017-06-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          一個(gè)可當(dāng)作有線局域網(wǎng)的擴(kuò)展來使用,也可以獨(dú)立作為有線局域網(wǎng)的替代設(shè)施,因此提供了很強(qiáng)的組網(wǎng)靈活性。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/356895.htm

          )技術(shù)的成長始于20世紀(jì)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(xué)(ISM)頻段的公共應(yīng)用提供授權(quán)而產(chǎn)生的。這項(xiàng)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(yīng)用無線產(chǎn)品,從而促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

          與有線局域網(wǎng)通過銅線或光纖等導(dǎo)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(shí)現(xiàn),但要求所使用的有效頻率且發(fā)送功率電平標(biāo)準(zhǔn)在政府機(jī)構(gòu)允許的范圍之內(nèi)。

          技術(shù)的優(yōu)勢

          WLAN是指以無線信道作傳輸媒介的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò),是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)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(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。

          WLAN技術(shù)使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動性,能快速、方便地解決有線方式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)相比,WLAN具有以下優(yōu)點(diǎn):

          ◆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(shí)間只是安裝有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的零頭。

          ◆覆蓋范圍廣:在有線網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)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(luò)的傳輸范圍大大拓寬,最大傳輸范圍可達(dá)到幾十公里。

          ◆經(jīng)濟(jì)節(jié)約:由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性,這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需要,所以往往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃,又要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。WLAN不受布線接點(diǎn)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(kuò)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(gè)用戶的小型網(wǎng)絡(luò)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò),并且能夠提供像“漫游”(Roaming)等有線網(wǎng)絡(luò)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(dá)到11Mbit/s,傳輸距離可遠(yuǎn)至20km以上。應(yīng)用到正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)的WLAN,甚至可以達(dá)到54Mbit/s。

          此外,無線局域網(wǎng)的抗干擾性強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)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(luò),無線局域網(wǎng)的組建、配置和維護(hù)較為容易,一般計(jì)算機(jī)工作人員都可以勝任網(wǎng)絡(luò)的管理工作。

          由于WLAN具有多方面的優(yōu)點(diǎn),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(xué)校等不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場合得到了廣泛的應(yīng)用。

          WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

          WLAN有兩種主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即自組織網(wǎng)絡(luò)(也就是對等網(wǎng)絡(luò),即人們常稱的Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò))和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(InfrastructureNetwork)。

          自組織型WLAN是一種對等模型的網(wǎng)絡(luò),它的建立是為了滿足暫時(shí)需求的服務(wù)。自組織網(wǎng)絡(luò)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(kuò)展服務(wù)集標(biāo)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(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn),或點(diǎn)對多點(diǎn)之間的通信,如圖1所示。

          圖1 自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

          組建自組織網(wǎng)絡(luò)不需要增添任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,僅需要移動節(jié)點(diǎn)及配置一種普通的協(xié)議。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,不需要有中央控制器的協(xié)調(diào)。因此,自組織網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)具有相同的功能性,因此實(shí)施復(fù)雜并且造價(jià)昂貴。

          自組織WLAN另一個(gè)重要方面,在于它不能采用全連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。原因是對于兩個(gè)移動節(jié)點(diǎn)而言,某一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會暫時(shí)處于另一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸范圍以外,它接收不到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸信號,因此無法在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間直接建立通信。

          基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN利用了高速的有線或無線骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,移動節(jié)點(diǎn)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(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

          基站的另一個(gè)作用是將移動節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)連接起來。當(dāng)基站執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)時(shí),它被稱為接入點(diǎn)(AP)?;A(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,但大多數(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)都使用集中式MAC協(xié)議,如輪詢機(jī)制。由于大多數(shù)的協(xié)議過程都由接入點(diǎn)執(zhí)行,移動節(jié)點(diǎn)只需要執(zhí)行一小部分的功能,所以其復(fù)雜性大大降低。

          在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)路中,存在許多基站及基站覆蓋范圍下的移動節(jié)點(diǎn)形成的蜂窩小區(qū)?;驹谛^(qū)內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。在目前的實(shí)際應(yīng)用中,大部分無線WLAN都是基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

          一個(gè)用戶從一個(gè)地點(diǎn)移動到另一個(gè)地點(diǎn),應(yīng)該被認(rèn)定為離開一個(gè)接入點(diǎn),進(jìn)入另一個(gè)接入點(diǎn),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(diǎn)之間也需要相互協(xié)調(diào),以便用戶透明地從一個(gè)小區(qū)漫游到另一個(gè)小區(qū)。發(fā)生漫游時(shí),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(diǎn),監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)控制,也就是非集中式切換。

          在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)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(fù)用技術(shù),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(shí),每個(gè)小區(qū)分配有固定的資源,但與移動節(jié)點(diǎn)數(shù)量無關(guān)。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(gè)或者是根本不包含任何移動節(jié)點(diǎn),使資源被浪費(fèi)。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(diǎn)采用DCA、PC技術(shù),或者是集成DCA和PC的技術(shù),可以提高整個(gè)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(shù)將所有可用的信道放置在一個(gè)公共信道池中,并根據(jù)小區(qū)當(dāng)前的負(fù)載,將這些信道動態(tài)地分配給小區(qū)。移動節(jié)點(diǎn)向基站報(bào)告其干擾水平,基站以最小干擾方式實(shí)現(xiàn)信道復(fù)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(diǎn)的電池能量消耗。當(dāng)某一個(gè)小區(qū)內(nèi)受到的干擾增加時(shí),PC方案通過增加發(fā)送節(jié)點(diǎn)的功率,來提高接收信號的信噪比(SIR)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)受到的干擾減小時(shí),發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過降低發(fā)送功率來節(jié)約能量。

          除以上兩種應(yīng)用比較廣泛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外,還有另外一種正處于理論研究階段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),即完全分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)要求,相關(guān)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)而言,它可能只知道網(wǎng)絡(luò)的部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(也可通過安裝專門軟件獲取全部拓?fù)渲R),但它可與鄰近節(jié)點(diǎn)按某種方式共享對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的認(rèn)識,來完成分布路由算法,即路由網(wǎng)絡(luò)上的每一節(jié)點(diǎn)要互相協(xié)助,以便將數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點(diǎn)。

          分布式結(jié)構(gòu)抗損性能好,移動能力強(qiáng),可形成多跳網(wǎng),適合較低速率的中小型網(wǎng)絡(luò)。對于用戶節(jié)點(diǎn)而言,它的復(fù)雜性和成本較其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高,并存在多徑干擾和“遠(yuǎn)—近”效應(yīng)。同時(shí),隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大,其性能指標(biāo)下降較快。但分布式WLAN將在軍事領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)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(fù)用

          ESSID:ExtendedServiceSetID,擴(kuò)展服務(wù)集標(biāo)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(guān)鍵詞: WLAN 無線局域網(wǎng)

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