无线网的概念

4.3.1　无线网的概念

1．数据的无线传输

电波可以在自由空间传播，数据的无线传输就是利用了电波的这个特性。电波在真空中的传播速度和光速相等，即每秒30万公里。电波的频率和波长成反比，频率越高，波长越短。根据电波的波长，可以把数据的无线传输技术分成短波通信、微波通信和红外线通信3类。不同波长的无线电波在不同的传播环境下表现出不同的应用特性。

短波通信主要依靠电离层的反射，由于电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量较差。因此采用短波方式通信时，数据速率比较低，一般只能达到每秒几千字节，传输距离也受到一定的限制。同时要求接收设备有较强的自动增益能力。

微波通信在数据通信中占有重要的地位。微波是指工作频率在300M Hz～1000GHz的电磁波，但主要是使用2GHz～40GHz的频率范围，高的频率带来了较大的通信容量。微波在空间主要是直线传播，不能被电离层折射和反射，两个设备只有在视距范围内，即相互可以“看见”的情况下才能彼此收发微波信号。而地球表面是个曲面，有时还有障碍物阻挡等情况，因此其传播距离受到限制，一般只有50km左右。

红外线通信采用了低于可见光的部分频谱作为传输媒体，其使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，容易被其他物体吸收，因此检测和窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。红外波段由于频率很高，不能像射频那样进行调制解调，如果采用聚焦波束的点对点方案，在距离30m时可达到的传输速率可在50Mbps以上，但出于安全考虑，其发射功率受到限制。无线LAN在室内的应用正引起人们的极大关注，

2．无线网络的结构

无线网络是一种利用无线信道以分组方式传输数据信息的通信网络，基于分组交换技术。在无线通信中，分组的长度取决于业务类型，一般为100～1000比特。每个分组由分组头、信息字段及用于差错控制的校验字段组成。无线网络又是一种没有集中交换节点、将交换功能分散设置的分布式网络，这一点与有线分组交换网有区别。

作为一种采用公共信道的通信方式，无线网络一般由四部分组成，即终端、通信设备、中心局、无线信道，其结构如图4-23所示。

（1）无线站点

无线网络中的站点由三部分组成，它们是无线通信部分（无线调制解调器）、网络访问和控制逻辑部分及输出/输入设备。站点执行的主要功能是根据无线网络协议产生分组头，确认分组地址，执行分组的差错检验，存储和重发分组，处理各种差错，向中心局提供站点工作状态和故障信息，对通信的内容进行加密和解密等。

站点提供的业务包括电子函件、数据传送、语音和图像信息。其中，计算数据、仿真结果等在传输过程中不允许出错，所以对易出错误的无线传输信道而言，需采用纠错能力较强的编码方案，以避免数据重传次数的增加给系统带来的大量额外开销。

图4-23　无线网络的基本结构

（2）通信设备

通信设备具有对所传输的分组进行存储转发和路由选择的功能。它作为中继交换节点，可以面向多个站点，提高了网络的覆盖能力。通信设备依据功能又可分为四类：固定小区通信设备、移动小区通信设备、无线桥路器以及通信保密装置。移动小区通信设备与固定小区通信设备的类型相似，区别主要在于当用户移动时能否提供无中断连接和越区切换。无线桥路器为分散的固定小区通信设备或独立的移动小区通信设备提供中远距离的点对点连接，桥路器检查每个数据分组的地址，并确定最佳路由方案。通信保密装置是为了满足通信链路的保密要求设置的，它可以采用分组交换的数据加密设备进行网络端-端加密，也可以使用整体加密装置满足整条物理链路的安全要求。

（3）中心局

中心局是本地无线网络同其他有线或无线网络的接口处，是网络的核心部分。一个中心局可以面向多个中继器。中心局要完成整个网络的管理和控制，主要由无线通信部分、网络控制部分和网络接入设备三部分组成。无线通信部分的功能是进行信号的收发和调制解调，网络控制部分的功能是与其他网络实现对接连通。网络管理由网络的整体配置和各主要模块（设备、软件）配置组成，例如：通信保密装置的加密算法和密钥管理就被作为网络管理的一部分，由中心统一控制。

（4）无线信道

无线信道可采用地面无线信道（适用于局域网）和卫星无线信道（适用于远程网）。地面无线信道又有非争用型及争用型两种类型的公用信道。卫星信道具有覆盖地域广、用户接入灵活、网络扩展容易以及入网手续简便的优点，但传播时延大，误码率比某些地面传输信道高。

3．无线局域网标准

伴随着以太局域网的迅猛发展，无线网作为有线以太网的一种补充，也逐渐得到了市场的认可。到1997年6月，IEEE终于通过了第一个无线局域网标准802.11。

802.11标准主要是对网络的物理层和媒体接入控制子层进行了规定，其中对M AC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制子层是一致的。在M AC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频技术、红外技术和窄带技术。扩频技术又分为直接序列扩频技术（简称直扩）和跳频扩频技术。直序扩频技术通常又会结合码分多址CDM A技术。

无线LAN将有线网络的输出、移动访问和配置的灵活性很好地结合起来，提供了一种灵活、方便的联网方案。但是，由于802.11标准支持的数据传输速率比较低，只有2Mbps，因此还不能满足通常的应用要求。为了支持更高的数据传输速率，IEEE提出了两个新标准：802.11a和802.11b，对802.11标准进行了修改和补充。802.11b的最重要的改进就是在802.11的基础上增加了两种更高的数据传输速率5.5Mbps和11Mbps。802.11b使用动态速率漂移，可因环境变化，在11Mbps，5.5Mbps，2Mbps，1Mbps之间切换，且在2Mbps、1Mbps速率时与802.11兼容。802.11a工作在5GHzU-N II频带，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，物理层速率可达54Mbps，可较好地支持语音、数据、图像的传输。但是，符合802.11a标准的设备昂贵，与802.11不兼容，目前还未正式进入市场。

无线局域网技术的研究还在进一步深入，IEEE在802.11的基础上又提出了扩展标准。所谓扩展标准是在现有的802.11b及802.11a的M AC层追加了QOS功能及安全功能的标准。标准名定为“802.11e”及“802.11f”。追加的QOS功能可以提高传输语音数据和数据流数据的能力。另外，IEEE还成立了“802.11g”工作组，专门探讨扩展IEEE 802.11b的物理层标准，使最高数据传输速度从目前的11Mbps提高到20Mbps以上。

另一方面，在无线局域网发展过程中IEEE又推出了一个新的无线通信技术——蓝牙技术标准IEEE 802.15。对于802.11来说，蓝牙技术的出现不是为了竞争而是相互补充。蓝牙主要是点对点的短距离无线传送，采用RF或者红外线技术。而且，蓝牙有低功耗、短距离、低带宽、低成本的特点，可以安装在各种设备内。但严格来讲，蓝牙技术不是真正的局域网技术。

通过分析可以看出，各种无线标准都有适合自己的使用场合，是根据不同的用户需求制定的。有的是为了增加带宽和传输距离，有的则是考虑移动性和经济性，局部最优不等于全局最优。因此，用户应视实际需求选择适合自己的产品标准。