分析未来局域网的发展方向和特点。
以太网；无线局域网；扩频；安全；移动IP
一.导言
随着无线通信技术的广泛应用，传统的局域网已经不能满足人们的需求，因此无线局域网应运而生并迅速发展。虽然WLAN目前还不能完全独立于有线网络，但近年来其产品已经逐渐成熟，并以其优越的灵活性和便捷性在网络应用中发挥着越来越重要的作用。
无线局域网是无线通信技术和网络技术相结合的产物。从专业的角度来说，WLAN就是通过无线信道实现网络设备之间的通信，实现通信的移动化、个性化和宽带化。一般来说，WLAN提供以太网互联功能，不需要使用网线。
广阔的应用前景、广阔的市场需求和技术上的可实现性，推动了WLAN技术的完善和产业化，这也从已经商用的802.438+05438+0B网络得到了印证。随着商用802.11a网络和其他无线局域网技术的不断发展，无线局域网将迎来发展的黄金时代。
二。无线局域网概述
无线网络的历史起源可以追溯到50年前的第二次世界大战期间。当时美国陆军开发了一套无线电传输技术，利用无线电信号传输数据。这项技术启发了许多学者。1971年，夏威夷大学的研究人员创建了第一个无线电通信网络，称为ALOHNET。这个网络由七台计算机组成，它们以双向星形拓扑结构连接，跨越夏威夷的四个岛屿。中央电脑放在瓦胡岛上。从此，无线网络正式诞生。
1.无线局域网的优势
(1)灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的位置受到网络位置的限制，而无线局域网可以在无线信号覆盖范围内的任何位置接入网络。WLAN的另一个最大优势是移动性。连接到WLAN的用户可以在移动的同时保持与网络的连接。
(2)安装方便。无线局域网可以避免或尽量减少网络布线的工作量。通常，只要安装一个或多个接入点设备，就可以建立覆盖整个区域的局域网。
(3)便于网络的规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着网络的重建。重新连接是一个昂贵、耗时、浪费和琐碎的过程，而WLAN可以避免或减少上述情况。
(4)故障定位容易。有线网络的物理故障往往很难发现，尤其是线路连接不良导致的网络中断，修复线路会花费很大。无线网络易于定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。
(5)易于扩展。无线局域网具有多种配置，可以从只有几个用户的小型局域网迅速扩展到上千个用户的大型网络，并能提供有线网络无法实现的功能，如节点间的漫游。
由于上述优点，无线局域网发展非常迅速。近年来，无线局域网已经广泛应用于企业、医院、商店、工厂和学校。
2.无线局域网的理论基础
目前，无线局域网使用的传输介质主要有两种，即红外线和无线电波。根据调制方式的不同，使用无线电波作为传输介质的无线局域网可以分为扩频方式和窄带调制方式。
(1)红外线(IR)局域网
与无线电波方式相比，红外通信方式可以提供极高的数据速率、高安全性和相对廉价简单的设备。但由于红外线对障碍物的传输和衍射能力较差，传输距离和覆盖范围受到很大限制。通常，IR LAN的覆盖范围仅限于一个房间。
(2)扩频局域网。
如果使用扩频技术，网络可以工作在ISM(工业、科学和医疗)频段。其理论基础是信息以扩频方式在宽带中传输，以换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强等特点。扩频技术主要分为跳频技术(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。
所谓直接序列扩频，就是在发射端用高速扩频序列对信号进行扩频，在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，从而将扩频信号恢复为原始信号。跳频技术不同于直接序列扩频技术。跳频的载波频率由伪随机码控制，其频率按照随机规律不断变化。接收机的频率也按随机规律变化，并与发射机的变化规律保持一致。跳频的水平直接反映了跳频系统的性能。跳频越高，抗干扰性能越好，军用跳频系统每秒可达数万跳。
(3)窄带微波局域网
这种局域网使用微波射频频段传输数据，带宽刚好能容纳信号。但这种网络产品通常需要申请无线电频谱许可证，其他方式无需许可证即可使用ISM频段。
3.无线局域网的缺点
无线局域网可以给网络用户带来方便和实用性，但也存在一些缺陷。WLAN的缺点体现在以下几个方面:
(1)性能。无线局域网是通过无线电波传输的。这些无线电波是通过无线发射器发射的，建筑物、车辆、树木等障碍物都可能阻碍电磁波的传输，从而影响网络的性能。
(2)速度。无线信道的传输速率远低于有线信道。目前WLAN最大传输速率为54Mbit/s，仅适用于个人终端和小规模网络应用。
(3)安全性。本质上，无线电波不需要建立物理连接信道，无线信号是发散的。理论上很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄露。
第三，无线局域网协议标准
无线局域网技术(包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等。)将是新世纪无线通信领域最有前途的重大技术之一。以IEEE(电气与电子工程师协会)为代表的多个研究机构针对不同的应用制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。
1.IEEE 802.11系列协议。
作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组制定的标准已经广泛应用于局域网。这些协议包括802.3以太网协议、802.5令牌环协议和802.3z100BASE-T快速以太网协议。1997年，IEEE发布了第一个国际公认的无线局域网协议——802.11协议。1999年9月，IEEE提出802.11b协议，对802.11协议进行补充，随后又推出802.11a、802.5438+06538+。IEEE802.11工作组制定的具体协议如下:
(1)802.11a
802.11a采用正交频分(OFDM)技术调制数据，使用5GHz频段。OFDM技术将无线信道划分为低数据速率并行传输的子频率，然后将这些频率一起放回接收端，可以提供25Mbit/s无线ATM接口、10Mbit/s以太网无线帧结构接口和TDD/TDMA空中接口。在很大程度上可以提高传输速度，改善信号质量，克服干扰。物理层速率可达54Mbit/s，传输层可达25Mbit/s，可满足室内外应用。
(2)802.11b
802.11b，又称Wi-Fi技术，采用CCK调制方式，使用2.4GHz频段。它对无线局域网通信最大的贡献是可以支持两种速率——5.5 Mbit/s和11 Mbit/s..多速率机制的媒体接入控制可以保证当工作站之间距离过长或干扰过大，信噪比低于一定阈值时，传输速率可以根据直接序列扩频技术自动从11Mbit/s降低或调整到2Mbit/s和1Mbit/s。在不违反FCC规定的前提下，跳频技术无法支持更高的速率，因此需要选择DSSS作为该标准唯一的物理层技术。
(3)802.11g
2001，11，802.11g标准的草案是在802.11 IEEE会议上形成的，为了在2.4GHz频段达到802.11a的速率要求。该标准将于2003年初获得批准。802.11g采用PBCC或CCK/OFDM调制，使用2.4GHz频段向后兼容现有的802.11b系统。既能适应传统的802.11b标准(2.4GHz提供的数据传输速率为11Mbit/s)，又符合802.11a标准(5GHz提供的数据传输速率为56Mbit/s)，从而解决了问题。用户还可以配置兼容802.11a、802.1b和802.11g的多模无线局域网，有利于促进无线网络市场的发展。
(四)其他相关协议
IEEE802工作组未来将继续讨论802.11系列协议，并计划推出一系列改进无线局域网应用的协议，包括802.11e(定义服务质量和服务类型)、802.11f(AP间协议)和802.1f(AP间协议)。认证)、802.11j(日本的4.9GHz规范)、802.11k(高级无线/网络测量规范)以及高通量研究工作组的相关协议。
2.蓝牙模式(蓝牙)
蓝牙规范(Bluetooth profile)是由SIG (Special Interest Group)制定的一个公共的、免许可的规范，其目的是实现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙技术工作在2.4GHz的ISM频段，基带部分数据速率为1Mbit/s，有效无线通信距离为10 ~ 100 m，采用时分双工传输方案，实现全双工传输。蓝牙技术采用自动寻道技术和快速跳频技术保证传输的可靠性，具有全方位传输能力，但不需要对连接的设备进行定向。它是一种改进的无线局域网技术，但其设备尺寸更小，成本更低。任何时候，只要蓝牙技术产品进入对方的有效范围，就会立即传输地址信息，形成网络。所有这些工作都是设备自动完成的，不需要用户的参与。
3.HomeRF标准
在美国联邦通信委员会(FCC)正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组在1998中制定了一个规范来实现家庭中语音和数据的无线通信，即* * * Enjoy无线接入协议(SWAP)。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE 802.438+05438+0协议标准。之后，HomeRF工作组制定了HomeRF标准，这是一个结合了IEEE802.11和泛欧数字无绳电话标准(DECT)的开放标准。HomeRF标准采用扩频技术，工作在2.4GHz频段，可同时支持四个高质量语音通道，具有低功耗的优势，适用于笔记本电脑。
4.HyperLAN/2标准
2002年2月，ETI的宽带无线接入网络(BRAN)小组发布了HiperLAN/2标准。HiperLAN/2标准由全球论坛(H2GF)开发和制定，工作在5GHz频段，采用OFDM调制方式。物理层最高速率可达54Mbit/s，是一种高性能的局域网标准。HyperLAN/2标准定义了多种信令和测量方法，如动态频率选择、无线小区切换、链路自适应、多波束天线和功率控制，以支持无线网络的功能。基于HyperRF标准的网络有其特定的应用，可以用在企业局域网的最后一段，支持用户在子网之间的IP移动性。在热点地区，为商务人士提供远程高速接入互联网，并作为W-CDMA系统的补充，用于3G接入技术，使用户在两个网络间移动或自动切换业务，不影响通信。
5.无线局域网标准的比较
802.11系列协议由IEEE制定，是目前占主导地位的无线局域网标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是802.11和DECT的组合。HomeRF和蓝牙都工作在2.4 GHz的ISM频段，都采用跳频扩频(FHSS)技术。所以HomeRF产品和蓝牙产品之间几乎没有干扰。蓝牙技术适用于松散网络，允许设备为单一数据建立连接，而HomeRF技术没有蓝牙技术那么随意。在组建HomeRF网络之前，需要提前为每个网络成员确定一个唯一的识别码，这比蓝牙技术更安全。802.11采用TCP/IP协议，适用于更强大的网络，有效工作距离远超蓝牙技术和HomeRF。
第四，无线局域网的架构
1.无线局域网的主要组件
(1)无线网卡。提供像有线网卡一样丰富的系统接口，包括PCMCIA、Cardbus、PCI和USB。在有线局域网中，网卡是网络操作系统和网线之间的接口。在WLAN中，它们是操作系统和天线之间的接口，用于创建透明的网络连接。
(2)接入点。接入点充当LAN集线器。它在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲、存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接入点通常通过标准以太网电缆连接到有线网络，并通过天线与无线设备通信。当有多个接入点时，用户可以在接入点之间漫游和切换。接入点的有效范围为20~500m，根据技术、配置和使用情况，一个接入点可支持15~250个用户。通过添加更多接入点，无线局域网可以轻松扩展，从而减少网络拥塞并扩大网络覆盖范围。
2.无线局域网的配置模式
(1)点对点模式。Ad-hoc模式这种应用包括多个无线终端和一个服务器，都配有无线网卡，但不连接接入点和有线网络，而是通过无线网卡相互通信。主要用于在没有基础设施的地方快速方便的搭建WLAN。
(2)基础设施模式。基础设施模式。这种模式是目前最常见的架构，包括一个接入点和多个无线终端。接入点通过电缆连接与有线网络连接，通过无线电波与无线终端连接，可以实现无线终端之间以及无线终端与有线网络之间的通信。通过复制该模型，可以实现具有多个接入点的更大的无线网络。
动词 （verb的缩写）未来研究方向
如上所述，无线局域网技术的研究和应用方兴未艾，是无线通信领域乃至整个通信行业的研究热点。从WLAN的进一步推广应用来看，未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其他移动通信系统的关系等方面。
1.安全问题
IEEE802.11协议标准提出了两种安全解决方案。一个是IEEE 802.11安全任务组(TGi)构建的安全框架——健壮安全网络(RSN)。该网络使用IEEE 802.1x来提供基于端口的访问控制、身份验证和密钥管理。该标准使用可扩展认证协议(EAP)来认证用户。远程认证拨入用户服务协议(RADIUS)用于认证服务器和用户之间的通信，RADIUS协议广泛用于网络接入的认证、授权和计费(AAA)。由于IEEE 802.1x主要是为有线局域网设计的，因此在无线局域网中使用IEEE 802.1x不可避免地存在漏洞。因此，虽然大大提高了WLAN的安全性能，但是802.1x和802.15438+0的组合仍然不能提供足够的安全性。
另一种方式是在局域网和远程访问中广泛使用的虚拟专用网络(VPN)安全技术。与802.11b标准采用的安全技术不同，在IP网络中，VPN主要采用IPSec技术来保证数据传输的安全性。对于安全性要求较高的用户，将现有的VPN安全技术与802.11b安全技术相结合，是目前WLAN较为理想的安全解决方案。
2.漫游切换问题
无线局域网的漫游问题是继安全问题之后的又一重要问题。在无线网络中，如果在使用无线局域网接入服务时移动了接入位置，一旦移动终端超出子网覆盖范围，IP包就无法到达移动终端，正在进行的通信就会中断。因此，IETF制定了一系列标准来扩展IP网络的移动性。所谓移动IP，是指IP网络上的多个子网可以使用同一个IP地址的技术。这种技术是通过使用称为归属代理和外地代理的专用路由器来管理网络终端所在的网络来实现的。在移动IP系统中，用户的移动终端可以一直使用固定的IP地址进行网络通信，无论如何移动都可以不间断地建立TCP连接。在无线局域网系统中，移动IP技术的广泛应用可以突破网络的地域限制，克服跨网段时使用动态主机配置协议(DHCP)造成的通信中断和权限变更。
3.无线网络管理问题
与有线网络相比，无线局域网具有非常独特的特点，因此有必要建立相应的无线网络管理系统。除了系统结构、用户需求和典型应用之外，一个好的无线网络管理系统还必须考虑以下因素:
(1)标准网络管理通信模式。网络管理子系统通常连接到中央主机。网络管理子系统必须基于工业标准管理协议(如SNMP)，以便监控主机和子系统之间每条链路上的状态信息，并根据状态信息快速分析和解决问题。
(2)网络监控和报告。主机必须能够监控无线网络系统中的所有单元。考虑到无线网络的连通性不如有线网络稳定，无线网络管理系统必须监控和报告无线信号、接入点的服务类型和负载的变化，并且还能够自动发现进入无线网络架构的新设备。
(3)有效利用带宽。虽然随着新技术的发展，无线网络的可用带宽逐渐增加，但仍然远远小于有线局域网。因此，在实际应用中必须考虑带宽的合理使用。
4.无线局域网和3G
WLAN是否会对第三代移动通信系统构成威胁是近年来业界关注的问题。其实WLAN和3G是用两种完全不同的技术来满足不同的需求。与3G不同，WLAN不是一个完整的全网解决方案，只是用来满足小用户群体的需求。WLAN和3G可以互补，所以不会对3G运营商构成威胁，运营商也可以从WLAN和3G存储中获益。NorthStream的研究表明，WLAN与3G和GPRS的结合可以提高用户满意度和业务量，从而增加移动运营商的利润。WLAN作为3G的重要补充，可以在机场休息室、酒店休息室、咖啡厅等场所建立无线上网连接。
不及物动词结束语
无线局域网经过10多年的发展，技术日趋成熟，应用日益广泛，无线局域网将从小规模进入主流应用。据估计，WLAN接入点的全球销量将从2000年的50万台稳步增长到450万台，年增长率为55%。无线网卡的销量将从2000年的300万块左右增长到2005年的3400万块，年增长率为53%。未来几年，WLAN技术将更加成熟，产品性能将更加稳定，市场将继续增长，价格将继续降低，大型设备提供商将进入这一市场，大多数企业和公司将采用WLAN进行内部网络建设。
面对如此良好的发展前景，我国应大力推进WLAN技术的研究和实际应用，抓住WLAN发展的机遇。这样，不仅将极大地促进国家信息化的发展，也为我国信息产业和通信市场进入国际市场提供了良好的机遇。