【摘要】在移動通信中，WLAN作為固定局域網(wǎng)的一種延伸，因其組網(wǎng)簡單，速率較高，受到了移動運營商和許多商務(wù)用戶的廣泛關(guān)注，但其也存在認(rèn)證計費復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)安全性較差、用戶接入控制難等問題，也引起了各方對此項技術(shù)的爭論。

本文從WLAN的工作原理及實現(xiàn)方式著手，闡明了WLAN與LAN的區(qū)別，并詳細(xì)描述了其在目前移動通信中的應(yīng)用，并對WLAN的優(yōu)缺點進(jìn)行詳細(xì)的分析，對WLAN的應(yīng)用前景進(jìn)行了個人的分析及展望，并對其解決方案提出了自己的看法。

【關(guān)鍵詞】WLAN；工作原理；移動通信；前景

一、 引言

近年來，無線網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)通信網(wǎng)中日趨普及， 用戶數(shù)量快速增長。而其中，無線局域網(wǎng)（WLAN）因其覆蓋范圍較小，數(shù)據(jù)傳輸速率也較高，網(wǎng)絡(luò)安裝難度較低，能有效的解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入而受到各運營商的青睞。

以河南移動為例，在WLAN方面，河南移動發(fā)展非常迅猛。2011年熱點數(shù)量才11萬，18個地市分公司實現(xiàn)無線城市門戶網(wǎng)站接入。WLAN熱點居中國移動各省第7位；而截止目前已達(dá)到16萬?！跋乱荒甑脑鲩L目標(biāo)是20萬，估計到2013年年底有望接近40萬熱點[2]。

而在2012年，一則《中移動WLAN疑遭破解 WiFi熱點被“蹭網(wǎng)”凸顯管控難題》的新聞，也引起了我們的極大關(guān)注。文中聲稱：“一款名為“暢無線”的應(yīng)用躥紅網(wǎng)絡(luò)，原因在于，它利用中國移動的WiFi管理漏洞，為使用者提供免費的無線上網(wǎng)服務(wù)?！盵3]

那么，WLAN為何在中國國內(nèi)發(fā)展如此迅猛呢？WLAN是否安全呢？它的優(yōu)缺點又是什么呢？它的前景如何呢？

接下來，我們將具體從WLAN的工作原理、實現(xiàn)方式、優(yōu)缺點等方面詳細(xì)描述，具體如下：

二、 WLAN的組成結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方式

WLAN從結(jié)構(gòu)上可以分為兩類，第一類具有固定基礎(chǔ)設(shè)施，第二類沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施。

其中，具有固定基礎(chǔ)設(shè)施的主要是以802.11為標(biāo)準(zhǔn)，而無固定基礎(chǔ)設(shè)備的移動自組織網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時性自治系統(tǒng)，它的前身是美國的PR（PACKET RADIO）網(wǎng)絡(luò)，后改名為AD HOC 網(wǎng)絡(luò)，它通常應(yīng)用在沒有或者不便利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)

施的情形中，目前主要用于軍事通信、移動會議、緊急服務(wù)和空難恢復(fù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

而在常見的802.11無線以太網(wǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的固定基礎(chǔ)設(shè)施中，一般采用星形拓?fù)洌訟P為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議。

以一個典型的WLAN組網(wǎng)方式為例，該組網(wǎng)包括了全國骨干、省級骨干網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)證中心、城域網(wǎng)、二級交換機、一級交換機、AC及熱點、AP及終端等部分。

三、 WLAN的工作原理

以O(shè)SI七層模型為例，WLAN主要工作在OSI七層模型中的第1和第2層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（在功能上可以再細(xì)分為MAC層和LLC層），下面我們分別具體了解下這兩種網(wǎng)絡(luò)的具體作用：

1. 物理層（ physical layer ）：

物理層是OSI的第一層，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟w，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。

2. 介質(zhì)訪問控制子層

“介質(zhì)訪問控制子層”，用于定義物理層數(shù)據(jù)包怎樣在介質(zhì)上進(jìn)行傳輸。在共享同一個帶寬的鏈路中，定義了如何物理尋址，邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，線路控制和幀的傳遞順序、流量控制等功能。

在802.11無線以太網(wǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的固定基礎(chǔ)設(shè)施中，一般采用星形拓?fù)洌訟P為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議。

802.11協(xié)議對MAC層無爭用服務(wù)采用載波偵聽/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議，如何做到?jīng)_突避免呢？其工作主要如下：

1. 每個發(fā)送站在送出數(shù)據(jù)前，監(jiān)聽信道狀態(tài)，等沒有人使用信道，維持一段

時間后，再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用，才送出數(shù)據(jù)。由于每個設(shè)備采用的隨機時間不同，所以可以減少沖突的機會，在CSMA/CA中，常采用能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。

2. 送出數(shù)據(jù)前，會先發(fā)一段小小的請求傳送報文（RTS ： Request to Send）給目標(biāo)端，等待目標(biāo)端回應(yīng) CTS： Clear to Send 報文后，才開始傳送。

3. 為了盡量減少發(fā)生沖突，CSMA/CA協(xié)議在空閑狀態(tài)，不僅等待一個DIFS，還執(zhí)行退避算法，如果此時信道已經(jīng)轉(zhuǎn)入忙，則結(jié)點將當(dāng)退避計時器復(fù)位，重新進(jìn)行爭用狀態(tài)，直到成功發(fā)送。

四、 WLAN與LAN的區(qū)別

雖然WLAN和LAN都在最終用戶之間提供連接性，但它們存在一些重要差別，其主要差別如下：

1. WLAN使用的幀格式與有線以太網(wǎng)LAN不同，WLAN要求在幀的第2層報頭中添加額外的信息。

2. WLAN使用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA），而不是以太網(wǎng)LAN使用的載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）。

3. WLAN使用無線電波因覆蓋范圍、RF傳輸、多路徑失真以及其他無線服務(wù)或干擾，將導(dǎo)致一些在LAN中較少存在的連接性問題。

4. WLAN存在因射頻泄露導(dǎo)致的保密問題。在WLAN中，使用射頻作為網(wǎng)絡(luò)的物理層移動客戶端通過接入點連接到網(wǎng)絡(luò)，接入點相當(dāng)于以太網(wǎng)集線器，這種連接沒有到網(wǎng)絡(luò)的物理連接和移動設(shè)備通常使用電池供電，而不像LAN設(shè)備那樣連接到電源插座。

5. WLAN必須遵循當(dāng)?shù)氐腞F法規(guī)。標(biāo)準(zhǔn)化旨在讓W(xué)LAN在全球通用。由于WLAN使用射頻，因此它們必須遵循隨國家而異的有關(guān)RF功率和頻率的法規(guī)，而有線LAN不存在這樣的問題。

五、 WLAN系統(tǒng)在移動通信中的應(yīng)用情況

在目前的移動通信中，根據(jù)IEEE 802.11相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義WLAN工作于免許可證頻段：2.4GHz及5GHz，隨著工作頻率及數(shù)據(jù)率的提高，硬件實現(xiàn)成本也越高，同時無線的傳播范圍也會降低。

以中移動為例，目前主要采取WLAN+TD雙模終端方式，通過熱點地區(qū)分流，對TD網(wǎng)絡(luò)形成有益補充，彌補TD覆蓋不足，低成本加強室內(nèi)覆蓋， 在2.4GHz內(nèi)，100mw時的覆蓋范圍為100米左右，而在5.8GHz，100mw，覆蓋范圍為50米左右，

業(yè)務(wù)范圍主要是終端從WLAN接入核心網(wǎng)，可以訪問傳統(tǒng)PS域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及訪問Internet及企業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用。

六、 WLAN在移動通信應(yīng)用中的優(yōu)、缺點

在移動通信中，WLAN因其組網(wǎng)簡單，速率較高，受到了移動運營商和許多商務(wù)用戶的廣泛關(guān)注。歸納起來，WLAN的優(yōu)缺點主要如下：

（一） WLAN在移動應(yīng)用中的優(yōu)點

1、 實測業(yè)務(wù)承載速率為17-25Mbps，優(yōu)于現(xiàn)有2G/3G技術(shù)，高帶寬，頻點高于2G/3G技術(shù)。

2、 建設(shè)成本低，不須考慮重新裝潢，布線之費用，建網(wǎng)快，能迅速滿足熱點地

區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，節(jié)省成本。

3、 機動性： WLAN主要針對電腦用戶，終端（特別是筆記本內(nèi)置模塊）普及度高，不受工作區(qū)域之限制兼容性高，安裝方便，且可隨時增加使用數(shù)量。

4、 所在頻段為非授權(quán)頻段，無需高額申請相關(guān)頻譜資源。

（二） WLAN在移動應(yīng)用中的缺點

1、 頻點資源少，高帶寬干擾嚴(yán)重，且ISM頻段易受干擾，抗干擾及穿透損耗能力差，802.11 b/g主要工作在2.4GHz ISM頻段，實際部署將受到來自異系統(tǒng)的干擾，對網(wǎng)絡(luò)性能影響較大；而802.11a工作在5.8GHz頻段，穿透能力較弱，要求盡可能視距傳播，多用于網(wǎng)橋或空曠，區(qū)域覆蓋，室內(nèi)覆蓋較難實現(xiàn)，ISM頻段干擾不可控。

2、 頻段高，連續(xù)覆蓋能力弱，空口協(xié)議效率不高，缺少專用控制信道和統(tǒng)一的資源管理機制，多用戶接入能力弱。

3、 網(wǎng)絡(luò)可管理性弱，業(yè)務(wù)QoS保障能力弱，易受攻擊，現(xiàn)階段各運營商主要依賴廠商提供的本地網(wǎng)管，多廠商設(shè)備管理能力較弱，各廠商采用的部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計方式不統(tǒng)一，不能完全反映網(wǎng)絡(luò)真實狀況，故障和性能管理方面能力較弱，網(wǎng)管支持能力較弱[5]。

七、 WLAN應(yīng)用的前景展望及解決方案

從長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢看，WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)主要定位的應(yīng)用場景都有所擴(kuò)展，但是各自優(yōu)勢區(qū)域只出現(xiàn)很小的重疊，不存在真正意義上的競爭關(guān)系，而從目前WLAN近幾年在國內(nèi)各運營商的發(fā)展來看，仍需要從以下幾個方面進(jìn)行完善：

1、 從硬件的角度來看，WLAN相關(guān)系統(tǒng)存在AP、AC接口標(biāo)準(zhǔn)化及瘦AP產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化問題。

2、 從架構(gòu)來看，傳統(tǒng)的主流方案均是采取胖AP方案，即對每AP下發(fā)配置文件，類似有線，根據(jù)AP接入的有線端口區(qū)分權(quán)限，簡單數(shù)據(jù)接入，L2漫游，適合小規(guī)模組網(wǎng)，傳統(tǒng)加密、認(rèn)證方式，普通安全性較低，已難以滿足高速發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要。在今后的發(fā)展中，WLAN的架構(gòu)方案建議需要增加射頻環(huán)境監(jiān)控，基于用戶位置的安全策略，提高WLAN使用的安全性；在無線交換機上統(tǒng)一配置并下發(fā)，AP零配置，減化相關(guān)維護(hù)，并無線專門虛擬專用組方式，根據(jù)用戶名區(qū)分權(quán)限，使其使用更加靈活，L2、L3漫游，拓?fù)錈o關(guān)性，使其適合大規(guī)模組網(wǎng)，并擴(kuò)展語音等豐富業(yè)務(wù)。

3、 而從相關(guān)技術(shù)來看，在物理層中，建議可在WLAN中引入MIMO技術(shù)，對其信道進(jìn)行綁定，并有更多子載波，采取更短的GI，更高的調(diào)制速率，更高調(diào)制速

率，可擴(kuò)大WLAN傳播范圍，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，使系統(tǒng)能夠以不低于108Mbps的傳輸速率保持通信；還可以充分利用無線資源的空間可分性，提高無線局域網(wǎng)系統(tǒng)對無線資源的利用率，擴(kuò)大無線信號的傳輸范圍，并從根本上提高系統(tǒng)容量。而在MAC層中，采用幀聚合幀聚合技術(shù)，開展Block ACK，縮小幀間間隔，給用戶提供更高數(shù)據(jù)率的通信服務(wù)（例如視頻點播VOD，在線觀看HDTV）。

八、 總結(jié)

綜上所述，無線局域網(wǎng)（WLAN）因其覆蓋范圍較小，數(shù)據(jù)傳輸速率也較高， WLAN作為固定局域網(wǎng)的一種延伸，受到了移動運營商和許多商務(wù)用戶的廣泛關(guān)注。

就其工作原理及實現(xiàn)方式而言，WLAN的組成結(jié)構(gòu)共分兩類，目前一般采用第一類方式，即在802.11無線以太網(wǎng)為標(biāo)準(zhǔn)的固定基礎(chǔ)設(shè)施中，采用星形拓?fù)?，以AP為中心，在MAC層使用載波偵聽沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議。

在WLAN與其它LAN中，其幀格式和傳輸方法與LAN存在較大差別，在WLAN使用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA），而且使用無線電波有可能導(dǎo)致一些在LAN中較少存在的連接性問題，并存在因射頻泄露導(dǎo)致的保密問題。另外，由于WLAN使用射頻，它們必須遵循隨國家而異的有關(guān)RF功率和頻率的法規(guī)問題，而在LAN中則沒有相關(guān)的問題。

而在實際的使用中，WLAN優(yōu)勢主要在于實測業(yè)務(wù)承載速率優(yōu)于現(xiàn)有2G/3G技術(shù)，高帶寬，建設(shè)成本低，能迅速滿足熱點地區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，且WLAN主要針對電腦用戶，終端（特別是筆記本內(nèi)置模塊）普及度高，兼容性高，安裝方便，所在頻段為非授權(quán)頻段，無需高額申請相關(guān)頻譜資源等。

但其在實際的使用中，也存在頻點資源少，高帶寬干擾嚴(yán)重，頻段高，連續(xù)覆蓋能力弱，空口協(xié)議效率不高，缺少專用控制信道和統(tǒng)一的資源管理機制，室內(nèi)覆蓋距離短，網(wǎng)絡(luò)可管理性弱，業(yè)務(wù)QoS保障能力弱，易受攻擊等缺點。