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        無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)及在企業(yè)的應(yīng)用

        2003-04-29 00:44:03李亮先王芳萍
        沿海企業(yè)與科技 2003年4期

        李亮先 王芳萍

        摘要:局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)正在由單一的有線向有線與無(wú)線相結(jié)合或無(wú)線的方向發(fā)展。本文著重分析研究了無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)與實(shí)施以及企業(yè)的組網(wǎng)方案。

        關(guān)鍵詞:無(wú)線技術(shù);企業(yè)信息化;網(wǎng)絡(luò)布線

        無(wú)線局域網(wǎng)?穴Wireless Local Area Networks ?熏WLAN?雪具有傳統(tǒng)局域網(wǎng)(如以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng))技術(shù)的所有特性和優(yōu)點(diǎn),它采用紅外線或射頻取代雙絞線或光纖作為傳輸媒介。在紅外線和射頻兩者中,無(wú)線電信號(hào)因?yàn)楦采w范圍廣且?guī)捀?,因而?yīng)用更加廣泛。目前無(wú)線局域網(wǎng)大多使用2.4GHz頻段,利用射頻?穴Radio Frequency?熏 RF?雪技術(shù),使得網(wǎng)絡(luò)存取架構(gòu)更簡(jiǎn)單,達(dá)到了"信息隨身化、便利走天下"的理想境界。

        1.無(wú)線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

        無(wú)線局域網(wǎng)有很多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),僅IEEE 家族就有一系列不同的標(biāo)準(zhǔn),如802.11、 802.11 a、802.11 b、802.11e、802.11g等,此外還有藍(lán)牙?穴Bluetooth?雪、HomeRF、OpenAir等。雖然標(biāo)準(zhǔn)眾多,但大致可分為兩大發(fā)展方向:以高速傳輸應(yīng)用發(fā)展為主?穴 802.11 a、802.11 b?雪;以低速短距離應(yīng)用為主(藍(lán)牙和HomeRF)。其中,802.11系列的速度較快、穩(wěn)定性和互用性較高,適用于區(qū)域網(wǎng);而藍(lán)牙速度較慢,但移動(dòng)性強(qiáng)、體積小,適合移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理?穴PDA?雪或個(gè)人電腦?穴PC?雪等設(shè)備的短距離互連,并發(fā)起了全新概念個(gè)人區(qū)域網(wǎng)?穴PAN?雪。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,IEEE802.11協(xié)議系列大有一統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之勢(shì),且802.11b廣受業(yè)界支持,在國(guó)外幾乎成了無(wú)線局域網(wǎng)的代名詞。802.11b與藍(lán)牙技術(shù)主要性能參數(shù)的比較如表1所示。

        2.無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

        目前無(wú)線局域網(wǎng)運(yùn)用的通信技術(shù)主要分為三大類:窄頻微波?穴Narrowband Microwase?雪技術(shù)、展?穴擴(kuò)?雪頻(Spread Spectrum)技術(shù)及紅外線?穴Infrared?雪技術(shù),而擴(kuò)頻技術(shù)已成為主流,在企業(yè)中應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都是基于擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)。擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)是依據(jù)FCC?穴Federal Communications Committee,美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)?雪規(guī)定的ISM?穴Industrial Scientific and Medical?雪,頻率范圍在902-928MHz及2.4-2.484GHz兩個(gè)頻段?穴這兩個(gè)頻段是開放的?雪。采用某個(gè)特定的擴(kuò)頻編碼函數(shù)將待傳信息的頻譜擴(kuò)展,使之成為寬帶信號(hào)送入信道中傳輸,再利用相應(yīng)的手段將其壓縮,從而獲得傳輸信息的系統(tǒng)。擴(kuò)頻技術(shù)主要又分為"跳頻技術(shù)"及"直接序列"兩種方式。與光學(xué)技術(shù)相比,擴(kuò)頻能支持更大范圍,實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率,改善了對(duì)數(shù)據(jù)截取的抵抗力,保證了數(shù)據(jù)保密性。

        無(wú)線局域網(wǎng)一般需要配置無(wú)線接入點(diǎn)Access Point(AP俗稱橋接器)、Wireless LAN Card(WLC俗稱無(wú)線網(wǎng)卡)、計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備,與有線局域網(wǎng)的主要區(qū)別在于傳輸媒體與MAC協(xié)議。AP即是當(dāng)作有線局域網(wǎng)與無(wú)線局域網(wǎng)之橋梁,因此任何一臺(tái)裝有無(wú)線網(wǎng)卡之PC均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)的資源。此外,AP本身又兼具網(wǎng)管功能,可對(duì)接有無(wú)線網(wǎng)卡的PC作必要的控管。WLC 與傳統(tǒng)Ethernet網(wǎng)卡的差別是:前者借由無(wú)線電波傳送資料,而后者則是通過網(wǎng)絡(luò)線。目前無(wú)線網(wǎng)卡的規(guī)格大致可分成2M、5M、11M三種。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,無(wú)線局域網(wǎng)作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸,設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)合選擇不同的高性價(jià)比方案來(lái)達(dá)到實(shí)時(shí)訪問共享信息的要求。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互連使用,也可單獨(dú)使用。組成單組無(wú)線網(wǎng)、多組無(wú)線網(wǎng)和與有線相結(jié)合的無(wú)線網(wǎng)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2、圖3。

        當(dāng)企業(yè)需要將位于各處的分廠LAN連起來(lái),形成一個(gè)大的WAN時(shí),可以使用無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)。無(wú)線網(wǎng)橋使用擴(kuò)頻無(wú)線電或微波,可以連接25公里以內(nèi)的LAN。更小功率的網(wǎng)橋限制在2~5公里內(nèi),這些無(wú)線鏈路可以提供1-10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。通過無(wú)線網(wǎng)橋,即使相隔幾公里的建筑物,其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也可以合成一個(gè)局域網(wǎng),而且不需用銅纜或光纜連接,省去了穿墻鉆孔等諸多麻煩。如一對(duì)工作在900MHz的網(wǎng)橋,可連接1~2公里的距離,傳輸速率2Mbps;一條工作在31GHz微波鏈路可提供7~10公里10Mbps全雙工傳輸。

        無(wú)線方案潛在的缺點(diǎn)是環(huán)境地形因素對(duì)信號(hào)的影響。信號(hào)間高山、很高的建筑物、樹木會(huì)阻礙射頻信號(hào)。多變的天氣,如暴雨會(huì)影響信號(hào)或中斷鏈路,而且無(wú)線鏈路極易被干擾。

        3. IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)及其無(wú)線局域網(wǎng)的實(shí)施

        3.1 IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)

        802.11b是在802.11基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來(lái),與Home RF及藍(lán)牙技術(shù)一樣使用無(wú)需申請(qǐng)的2.4GHz的ISM頻段。802.11b使用直接序列擴(kuò)頻?穴Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS?雪技術(shù),所能提供的理想最大數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbps。

        DSSS是將被傳送的信號(hào)?穴0或1?雪用10個(gè)以上的碼片?穴chip?雪進(jìn)行冗余偽隨機(jī)編碼。每位使用的chip數(shù)越多則抗干擾能力越強(qiáng),但可安裝使用的用戶數(shù)將減少。在實(shí)驗(yàn)中chip數(shù)的最佳值大約在100左右。不過目前幾乎所有的2.4GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品所使用的chip數(shù)皆少于20,而在802.11的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)只有11。編碼后的信號(hào)分散在整個(gè)可用頻段,既展寬了頻帶,又降低了功率。對(duì)不懂編碼規(guī)律者來(lái)說只相當(dāng)于白噪聲,因此要竊聽或截獲以此方式編碼的數(shù)據(jù)很困難。該技術(shù)還可降低用戶在與其他設(shè)備?穴如微波爐?雪共享同一頻段時(shí)所產(chǎn)生的干擾,且其冗余方法使當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)比特在傳輸過程中遭到破壞或丟失時(shí)不需重傳就能恢復(fù)。這種方式犧牲了帶寬,卻提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性。

        從射頻覆蓋范圍、帶寬及技術(shù)工藝成熟程度等方面綜合考慮,802.11b比其他的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ?穴如IEEE 802.11系列、Home RF?雪更適合于覆蓋面積相對(duì)較廣、帶寬要求較高的場(chǎng)合,如大型辦公室和公共場(chǎng)所的服務(wù)提供點(diǎn)。目前已有眾多的網(wǎng)絡(luò)廠商相繼推出了基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。各廠商產(chǎn)品的互操作性由WECA(WirelessEthernetCompatibilityA11iance)負(fù)責(zé)管理。標(biāo)有Wi-Fi認(rèn)證標(biāo)識(shí)的為可互操作的產(chǎn)品,由中立組織Agilent或硅谷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真實(shí)性測(cè)試。

        3.2802.11b無(wú)線局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施

        要成功地實(shí)施802.11b無(wú)線局域網(wǎng),需要精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)即確定網(wǎng)絡(luò)的模型、頻道選擇和AP的安放位置。該過程應(yīng)考慮覆蓋區(qū)域、用戶數(shù)量、即將使用的設(shè)備、應(yīng)用軟件、傳輸距離、傳輸衰減、多徑傳輸和射頻干擾等。傳輸距離即AP的電磁波所能到達(dá)的距離。定稿計(jì)劃必須考慮到影響性能的用法方案和各種不利因素,如環(huán)境障礙物對(duì)射頻信號(hào)的阻礙作用。AP的視野傳送距離為100m。在相對(duì)開闊的室內(nèi)環(huán)境,AP置于較高的位置時(shí)?熏最大距離為46m。在有障礙物的環(huán)境中,典型的傳輸距離是23~24m。傳輸衰減是指隨著AP和用戶系統(tǒng)之間距離增加,信號(hào)強(qiáng)度下降。這種衰減受傳輸距離、障礙物(如墻壁、天花板、室內(nèi)擺設(shè)及傳輸頻率)的影響。通常頻率越高傳輸距離越短。多徑傳輸是由于射頻信號(hào)的反射,使射頻信號(hào)可能沿多條路徑傳輸,好像有多個(gè)信號(hào)到達(dá)目的地,這會(huì)極大地影響性能??赏ㄟ^正確地安放AP和使用具有多向天線的用戶網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NetworkInter-faceController,NIC)來(lái)解決這一問題。射頻干擾一般來(lái)自其他工作在2.4GHz頻段的射頻源,如微波爐和無(wú)繩電話,特別是運(yùn)行于同一頻段的藍(lán)牙PAN(Personal Area Network)的干擾。

        3.2.1網(wǎng)絡(luò)模型的確定

        (1)以AP為中心的模式:如果局域網(wǎng)作為有線網(wǎng)絡(luò)的"最后100m",則AP需要承擔(dān)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制和管理。這時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過AP連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或Internet。因此可根據(jù)用戶的多少確定AP的數(shù)量,而AP的互操作性也就顯得尤為重要。(2)對(duì)等模式:相互通信的節(jié)點(diǎn)只是需要彼此交換數(shù)據(jù)而無(wú)需接入有線網(wǎng),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的關(guān)系是平等獨(dú)立的。這種網(wǎng)絡(luò)相對(duì)簡(jiǎn)單靈活,無(wú)需AP,但功能單一。這種情況下只要用戶安裝的是有Wi-Fi標(biāo)志的NIC便可保證其互操作性。

        3.2.2802.11b DSSS頻道選擇

        2.4GHz頻段包含80MHz的頻譜,典型的802.11b DSSS頻道占22MHz帶寬,為減小頻道間干擾至少需要25MHz。因此80MHz的可用頻道可滿足3個(gè)互不重疊的相同帶寬的802.11b DSSS頻道。這就允許有3個(gè)AP工作于互不干擾的頻道并安置于有重疊的區(qū)域,其典型配置如圖4所示。在2.4GHz頻段,802.11b標(biāo)準(zhǔn)定義了14種中心頻道。

        圖5是一種使用頻道1(2.412GHz)、頻道6(2.437GHz)和頻道11(2.462GHz)的排列。通常使用頻道1、6和11會(huì)使配置和管理相對(duì)簡(jiǎn)單。如果安排得當(dāng),這3個(gè)頻道可以滿足安裝多個(gè)AP和大量客戶的需求。

        3.2.3AP的安放

        AP的安放位置要結(jié)合理論和實(shí)地考察,要將建筑物設(shè)計(jì)圖和物理實(shí)地觀測(cè)結(jié)合起來(lái)。圖6表示一棟三層的建筑物,9個(gè)AP分別工作在頻道1、6和11。該布局可使同一層及各層 AP間干擾最小,它還限制了當(dāng)設(shè)定在同一頻道的2個(gè)重疊的AP帶寬爭(zhēng)用的發(fā)生。當(dāng)爭(zhēng)用發(fā)生時(shí),802.11b的載波偵聽多路訪問/沖突避免(Carrier Sense MultipleAccess/Colli-sionAviodance,CSMA/CA)機(jī)制確保在2個(gè)覆蓋區(qū)域的用戶可以訪問網(wǎng)絡(luò)。然而2個(gè)AP僅提供一個(gè)11Mbps的帶寬,而非AP22Mbps。安裝后,技術(shù)人員可通過使用膝上電腦漫游觀察其信號(hào)的強(qiáng)弱變化。若信號(hào)弱或吞吐量低則需調(diào)整AP的安放地點(diǎn)和密度或重新選擇頻道。

        3.3相關(guān)的技術(shù)問題

        3.3.1擴(kuò)展能力和帶寬

        圖7顯示了如何將帶寬從11Mbps擴(kuò)展到33Mbps以服務(wù)于更密集的無(wú)線用戶或給覆蓋區(qū)域內(nèi)每個(gè)用戶增加可用帶寬。圖中左邊一個(gè)AP提供11 Mbps的帶寬,由在該區(qū)域的無(wú)線用戶共享。圖中右邊可安裝另2個(gè)AP,每個(gè)AP為同一區(qū)域提供另外的11Mbps帶寬,加起來(lái)帶寬達(dá)到了33Mbps (注意:該方案并未給單個(gè)無(wú)線用戶提供33Mbps的帶寬。因?yàn)槊總€(gè)用戶 1 次只和1個(gè)AP通信,并和其他與該AP通信的用戶共享帶寬。但該方案使共享同一AP的11Mbps的用戶減少了,因而相當(dāng)于增加了帶寬,或提高了支持更大密度用戶的能力),當(dāng)然支持能力和增加帶寬也可通過減小覆蓋面積得以實(shí)現(xiàn)。

        3.3.2AP的傳輸功率

        傳輸功率影響電磁波信號(hào)的有效距離。大多數(shù)的傳輸功率在1-100mW,功率越高傳送距離越遠(yuǎn)。在大型辦公室(有許多低矮墻相隔)中,需要適當(dāng)增加功率,在不需長(zhǎng)距離傳輸?shù)膱?chǎng)合(如小型辦公室)可適當(dāng)設(shè)為低功率。由于降低功率減小了AP的傳輸距離,這樣在一個(gè)特定的區(qū)域中可安裝更多的AP,以提供更高的總吞吐量。例如由3個(gè)設(shè)置在300mW的AP提供總帶寬為33Mbps的服務(wù)區(qū)域,可以使用更多發(fā)射低功率的AP來(lái)提供更高帶寬的服務(wù),這種方案更適合于有大量無(wú)線客戶的場(chǎng)合,但必須權(quán)衡增加帶寬和增加AP數(shù)量的費(fèi)用。

        3.3.3安全性

        802.11b采用偽隨機(jī)編碼,編碼后的數(shù)據(jù)分散在整個(gè)頻帶,且信號(hào)功率低,淹沒在白噪聲中,只有知道編碼規(guī)律的收發(fā)雙方才能理解這些編碼,捕獲和竊聽很困難,因而具有一定的安全性。但與有線網(wǎng)的物理接入相比,有線網(wǎng)排除了非物理接觸信息點(diǎn)的非授權(quán)訪問。而無(wú)線網(wǎng)的電磁波在其覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播,該區(qū)域內(nèi)的任何用戶(如鄰近的建筑物)都有可能訪問到網(wǎng)絡(luò),若AP設(shè)置不當(dāng)將引起非授權(quán)訪問。因此可通過適當(dāng)設(shè)置無(wú)線網(wǎng)的AP?熏 將AP與內(nèi)部網(wǎng)隔離,采用身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等措施來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的安全。802.11b網(wǎng)采用的是服務(wù)集標(biāo)識(shí)符(Service Set Iden-tifier,SSID)訪問控制和有線同等隱私(WiredEquivalentPriva-cy,WEP) 加密安全機(jī)制。

        4. 利用中興通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線接入解決方案的案例

        利用室外型大功率AP/無(wú)線網(wǎng)橋AB實(shí)現(xiàn)企業(yè)不同廠區(qū)間、連鎖超市間、各營(yíng)業(yè)廳之間的遠(yuǎn)距離寬帶無(wú)線互聯(lián),免去工作人員的辛苦奔波。具體組網(wǎng)方案如圖8。此方案主要采用中興ZXR10 WAS寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)備即W110B、W120B等設(shè)備實(shí)現(xiàn)企業(yè)不同廠區(qū)間、不同連鎖超市間、不同營(yíng)業(yè)廳之間等的無(wú)線寬帶互聯(lián),隨時(shí)傳遞工作信息。無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)置在室外,以無(wú)線方式可連接最遠(yuǎn)25公里的兩個(gè)或多個(gè)建筑物,無(wú)畏風(fēng)、雨、雷、電,是寬帶無(wú)線系列設(shè)備中的"室外精兵"。此方案主要針對(duì)在同一城市內(nèi)具有多個(gè)分支機(jī)構(gòu)的企事業(yè)單位,用以實(shí)現(xiàn)不同分支機(jī)構(gòu)之間的遠(yuǎn)距離寬帶無(wú)線互聯(lián)。

        參考文獻(xiàn)?押

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        (第一作者李亮先:中南大學(xué)圖書館副研究館員)

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