小型无线局域网及组网

小型无线局域网及组网

黄 汉

（武汉科技大学中南分校信息工程学院，湖北 武汉，430223）

[摘 要] 文章对无线局域网的概念、协议、扩频技术、以及分类和网络组建进行了论述。

[关键词] 无线局域网，协议，扩频，分类，组网

ABSTRACT The artical addresses the concepts of wireless LAN ,its protocol and spread spectrum technique, the classification and typical configurations.

KEYWORDS wireless LAN, protocol, spread spectrum, classification, construct network

至从国际电气和电子工程师协会（IEEE）制定无线局域网标准（IEEE802.11）以来，短短七年间，无线局域网得到了飞速的发展。在移动技术普及的今天，人们越来越感到使用无线局域网将给我们的工作、生活带来莫大的便利。在当今信息时代里，人们离不开Internet和移动通信，随着工作人员工作的流动性，办公的灵活性日益增加，依赖固定网络办公，降低了办公的效率。如果构建局域网，不但增加了办公的成本，而且在有的环境下是无法布线的。因此，无线局域网对办公室环境可以提供一种有效的解决方案。

以前，由于电磁干扰、安全性、低传输速率和移动通信技术不够成熟，加上无线网络

设备

价格高昂，无线局域网的普及应用受到了限制。而现在无线网络设备的价格大幅下降，使得我们构建无线局域网成为现实。

一、 IEEE802.11

IEEE802.11标准也称Wireless LAN Medium Access(无线LAN介质访问，MAC)和Physical Layer(物理层，PHY)规范的IEEE标准。1997年产生。包括两种扩频无线电技术和一种非定向的红外线规范。这个标准也包含了对固定的或移动的无线电数据的规范。由此定义了802.11所用的设备和工作模式。在MAC层定义了CSMA/CA,而不是802.3以太网中定义的CSMA/CD,这是无线局域网所特有的，称之为“冲突避免”功能。

IEEE802.11标准工作在2.4GHz频段，采用跳频扩频技术（FHSS），传输速率具有 1Mbps和2Mbps两种;采用直接序列扩频（DSSS），可接入的速率也分别是1Mbps和 2Mbps；采用红外线IR，其波长为850~950nm, 可接入的速率为1Mbps ~2Mbps。

IEEE802.11b标准1999年9月产生，它是802.11标准的修正标准，工作在2.40~2.48GHz频段，增加了两种较高的速率（5.6Mbps和11Mbps）是目前市场上的主导技术，在性能、价格各方面均超过了蓝牙、HomeRF等技术，逐渐成为无线接入以太网应用最为广泛的标准。

IEEE802.11a标准也是IEEE802.11标准的补充，工作在5.15~5.825GHz频段，数据传输速率可达到54Mbps。

IEEE802.11g标准产生于2001年11月，它是一种IEEE802.11b和IEEE802.11a的混合标准，既可以在2.4GHz频段提供11Mbps数据传输速率，也可以在5GHz频段提供54Mbps的数据传输速率。

IEEE802.11i标准对无线局域网定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善无线局域网的安全性。此项标准于2004年开始实行。

二、 扩频技术

扩频技术就是将原始信号频率“扩展”到一个极宽的频率范围内，并使得该信号的能量低于噪声能量，每个用户发出的信号相对于其他用户来说就像是背景“噪声”，从而可允许更多的用户共享频带资源。由于信号的能量低于噪声的能量，所以一般的手段难以检测或截取到信号，因而也不易阻塞或干扰。给无线通信奠定了良好的技术基础。扩频通信是实现基于无线电的局域网而无需管理部门颁发许可证的主要方法。扩频通信使用射频技术（RF）实现发送和接收。每台计算机上装有无线收发网卡并有天线，通过天线相互之间进行通信。有两种扩频技术：

1、跳频扩频（FHSS）——它具有2.4GHz频带，可以分割75个1MHz的子信道，在可用而尚未占用的子信道上快速跳转。为了协同工作，发送方和接收方必须保持同步，知道何时使用什么频率及其次序。 FHSS技术使得无线电技术相对简单，传输速率限制在2Mbps以下。该技术不能支持较高的速率。

2、直接序列扩频（DSSS）——同样具有2.4GHz频带，分割成14个22MHz的子信道。信号由伪随机序列结合RF载波调制实际信号构成。根据IEEE802.11b规定，采用DSSS技术和补偿编码键控（CCK）调制方式，传输速率最高可达11Mbps。

扩频系统能穿透一般的办公室墙壁传送信号，使位于不同房间里的计算机之间实现通信，其室内通信距离为10米~60米，在户外无障碍的条件下可达60米。

三、 无线局域网的分类

按无线网络拓扑结构划分，可以分为两种拓扑结构。第一种拓扑结构是独立基本服务集拓扑（IBSS）,它是一种最简单的拓扑，由两个或多个能互相通信的无线基站组成。这种网络不需要规划，只要个人PC上带有能发送和接受无线电的无线网卡，便能组成对等通信网络（也有的文献上称之为Ad-Hoc网络）。另一种拓扑结构称为扩展服务及拓扑（ESS）,它是通过增加接入点来提供比IBSS拓扑范围更大的服务区域。ESS可以是小型、中型和大型网络，并且能显著扩充无线服务范围。

按无线通信介质划分，可以分为无线电、红外线、微波和低轨卫星无线网络。从电磁频谱的角度看，都属于一个大家族。中波（AM）广播电台的频率范围在535~1605kHz波段,调频（FM）广播电台的频率范围在88~108MHz波段。而无线电网络信号的频率在2.4~2.4835 GHz波段或者在5~5.825GHz波段。低功率（1~10W）无线电波信号数据传输速率在1~54Mbps。从小型无线局域网来看，无线电技术的应用是非常适合的。

红外线的频段在100GHz~1000THz范围，与无线电相比，优势是红外信号很难截获，应用红外线技术也很便宜，但定向传输速率只有16Mbps,全方位通信要低于1Mbps,且不能穿透障碍物。

微波通信分为地面微波通信和卫星微波通信。地面微波通信由两个盘状天线定向传输数据，所用频段在4~6GHz和21~23GHz。发射人造卫星，在距地面约35000公里的上空，所用频段在11~14GHz，目前传输速率只能达到1~10Mbps,传输延迟也很严重，不

适合传输多媒体信息，安装维修费用也很昂贵，微波信号易被窃取，安全性较差。

低轨卫星无线网络，卫星在距地面700~1600公里之间，数据传输速率较快，上行链路频段工作在28.6~29.1GHz,速率可达100Mbps。下行链路频段工作在18.8~19.3GHz，速率可达720Mbps。由于距地球地面较近，要覆盖全球网络，需要30颗卫星。

按管理部门划分，都是基于无线电的无线局域网利用射频（RF）来进行发送和接收。可以分为需要管理部门许可证和不需要管理部门许可证两种类型。由于我国在无线电或微波通信上的管制，开展某些频段上的无线通信，需要得到公安部门的认可。

四、 小型无线局域网的组建

我们谈到的小型无线局域网，一般是指有线局域网络的延伸。范围一般在百米以内。

目前最普及的宽带接入方式是DSL，我们在家庭或宿舍里，只需一块无线网卡（AP），通过网线连接以太接口的DSL Modem进行虚拟拨号连接上网。在这种宽带接入方式下，组网方案根据DSL Modem是否支持路由而分为两类。

1、DSL Modem不支持路由模式，无法进行独立拨号。这种情况下需要具有路由功能的无线AP的支持。

2、DSL Modem支持路由的模式，作为单独的网关进行拨号并占有公有IP地址。此时，一个普通的AP的接入既可满足需要，所有无线终端的网关都指向DSL Modem的IP地址。

组建方案如图1所示

DSL Modem无线AP带无线网卡的台式机带无线网卡的笔记本电脑图 1 小型无线网组网方案

另一种方案是基于Ad-Hoc结构，它是一种对等式网络，网络中的结点没有主次之分。具有自组织特性，可快速自动组网。该组网方案适合于户外区域可能是娱乐场所、飞机场、停车场等。

组建方案如图2所示

Internet带USB无线网卡的台式机计算机带USB无线网卡的台式机图 2 Ad-Hoc无线局域网方案带无线网卡的笔记本电脑

无线局域网组网的关键设备就是无线网卡（也有称为无线AP）。也分为具有路由功能和无路由功能两种。对于上面两种组网方案，都可以选用IBM High Rate Wireless LAN Gateway无线路由器来实现。该无线AP是一台标准的商用型产品，不仅具备路由、PPPoE

虚拟拨号等功能，而且还自带了4口交换机来满足“有线”的功能需求。除此之外，还有些产品供小型局域网选择，如KOWA WL1100B-AR,提供一个WAN口，内置NAT服务和DHCP服务，具有PPPoE功能。类似的产品还有朗讯公司的RG1000,除有RJ45的以太网接口外，还有一个56Kbps的Modem口，也很适用。关于这方面的产品，目前市场上有很多，在此不再赘叙。

五、 结语

以上介绍了无线局域网的概念、以及有关无线局域网的协议和技术，并且研究了无线局域网的分类和组网。当前，无线局域网正如移动通信普及的速度迅速推广，逐渐形成一股浪潮。而小型局域网的组建与使用，是这次浪潮的前奏。随着各种技术、标准的完善，无线局域网将越来越成熟，它将为我们提供一个更加高速、灵活的多媒体网络。它将像人体的神经末梢一样，在我们的生活中无处不在、无处不有。

参考文献

[1] Kenneth D.Reed 著 张文 等译 局域网（第七版）[M] 北京：电子工业出版社，2003

[2] Michael Palmer 著 杨继萍 等译 局域网与广域网设计与实现 [M] 北京：清华大学出版社，2003

[3] DuDuJam 家庭无线局域网组网实战方案[N] 中国电脑教育报，2005

作者简介： 黄汉（1951.1~），男，大学本科，武科大中南分校信息工程学院，副教

授

联系方式：邮编 430223；武汉市武昌江夏大道18号武汉科技大学中南分校信息工程学院