無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用射頻（RF）技術(shù)，取代舊式的雙絞銅線構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施不需再埋在地下或隱藏在墻里，也能夠隨需移動或變化。使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡單的存取構(gòu)架讓用戶透過它，達(dá)到“信息隨身化、便利走天下”的理想境界。WLAN是20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它使用無線信道來接入網(wǎng)絡(luò)，為通信的移動化，個人化和多媒體應(yīng)用提供了潛在的手段，并成為寬帶接入的有效手段之一。

一、IEEE802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

1997年IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的制定是無線局域網(wǎng)發(fā)展的里程碑，它是由大量的局域網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)專家審定通過的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了單一的MAC層和多樣的物理層，其物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE802.11b,a和g。

1.1 IEEE802.11b

1999年9月正式通過的IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展。它可以支持最高11Mbps的數(shù)據(jù)速率，運(yùn)行在2.4GHz的ISM頻段上，采用的調(diào)制技術(shù)是CCK。但是隨著用戶不斷增長的對數(shù)據(jù)速率的要求，CCK調(diào)制方式就不再是一種合適的方法了。因?yàn)閷τ谥苯有蛄袛U(kuò)頻技術(shù)來說，為了取得較高的數(shù)據(jù)速率，并達(dá)到擴(kuò)頻的目的，選取的碼片的速率就要更高，這對于現(xiàn)有的碼片來說比較困難；對于接收端的RAKE接收機(jī)來說，在高速數(shù)據(jù)速率的情況下，為了達(dá)到良好的時間分集效果，要求RAKE接收機(jī)有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在硬件上不易實(shí)現(xiàn)。

1.2 IEEE802.11a

IEEE802.11a工作5GHz頻段上，使用OFDM調(diào)制技術(shù)可支持54Mbps的傳輸速率。802.11a與802.11b兩個標(biāo)準(zhǔn)都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，802.11b的優(yōu)勢在于價格低廉,但速率較低（最高11Mbps）；而802.11a優(yōu)勢在于傳輸速率快（最高54Mbps）且受干擾少，但價格相對較高。另外，11a與11b工作在不同的頻段上,不能工作在同一AP的網(wǎng)絡(luò)里，因此11a與11b互不兼容。

1.3 IEEE802.11g

為了解決上述問題，為了進(jìn)一步推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，2003年7月802.11工作組批準(zhǔn)了802.11g標(biāo)準(zhǔn)，新的標(biāo)準(zhǔn)終于浮出水面成為人們對無線局域網(wǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。IEEE802.11工作組開始定義新的物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11g。該草案與以前的802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比有以下兩個特點(diǎn)：其在2.4G頻段使用OFDM調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到20Mbps以上；IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)能夠與802.11b的WIFI系統(tǒng)互相連通，共存在同一AP的網(wǎng)絡(luò)里，保障了后向兼容性。這樣原有的WLAN系統(tǒng)可以平滑的向高速無線局域網(wǎng)過渡，延長了IEEE802.11b產(chǎn)品的使用壽命，降低用戶的投資。

1.4 IEEE802.11n

IEEE已經(jīng)成立802.11n工作小組，以制定一項(xiàng)新的高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11n。802.11n工作小組是由高吞吐量研究小組發(fā)展而來的，由802.11g工作小組主席Matthew B. Shoemaker擔(dān)任主席一職。該工作小組計(jì)劃在2003年9月召開首次會議。

IEEE802.11n計(jì)劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達(dá)320Mbps，成為802.11b、802.11a、802.11g之后的另一場重頭戲。和以往地802.11標(biāo)準(zhǔn)不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段）。這樣11n保障了與以往的802.11a b, g標(biāo)準(zhǔn)兼容。

IEEE802.11n計(jì)劃采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)全面改進(jìn)了802.11標(biāo)準(zhǔn)，不僅涉及物理層標(biāo)準(zhǔn)，同時也采用新的高性能無線傳輸技術(shù)提升MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。

二、 IEEE802.11無線局域網(wǎng)的物理層關(guān)鍵技術(shù)

隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛，用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。但是在室內(nèi)，這個較為復(fù)雜的電磁環(huán)境中，多經(jīng)效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使的實(shí)現(xiàn)無線信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道中困難，WLAN需要采用合適的調(diào)制技術(shù)。

IEEE802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)是一種能支持較高數(shù)據(jù)傳輸速率（1-54Mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵技術(shù)大致有三種：DSSS、CCK技術(shù)，和 PBCC，和OFDM。每種技術(shù)皆有其特點(diǎn)，目前，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)正成為主流，而OFDM技術(shù)由于其優(yōu)越的傳輸性能成為人們關(guān)注的新焦點(diǎn)。

2.1 DSSS調(diào)制技術(shù)

基于DSSS的調(diào)制技術(shù)有三種。最初IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)制定在1Mbps數(shù)據(jù)速率下采用DBPSK。如提供2Mbps的數(shù)據(jù)速率，要采用DQPSK，這種方法每次處理兩個比特碼元，成為雙比特。第三種是基于CCK的QPSK，是11b標(biāo)準(zhǔn)采用的基本數(shù)據(jù)調(diào)制方式。它采用了補(bǔ)碼序列與直序列擴(kuò)頻技術(shù)，是一種單載波調(diào)制技術(shù)，通過PSK方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率分為1，2,5.5和11Mbps。CCK通過與接收端的Rake接收機(jī)配合使用，能夠在高效率的傳輸數(shù)據(jù)的同時有效的克服多徑效應(yīng)。IEEE802.11b使用了CCK調(diào)制技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)11Mbps。但是傳輸速率超過11Mbps，CCK為了對抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。因此，802.11工作組，為了推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，又引入新的調(diào)制技術(shù)。

2.2 PBCC調(diào)制技術(shù)

PBCC調(diào)制技術(shù)是由TI公司提出的，已作為802.11g的可選項(xiàng)被采納。PBCC也是單載波調(diào)制，但它與CCK不同，它使用了更多復(fù)雜的信號星座圖。PBCC采用8PSK，而CCK使用BPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷積碼，而CCK使用區(qū)塊碼。因此，它們的解調(diào)過程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為11，22和33Mbps。

2.3 OFDM技術(shù)

OFDM技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術(shù)。無線信道的頻率響應(yīng)曲線大多是非平坦的，而OFDM技術(shù)的主要思想：就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸，從而有效的抑制無線信道的時間彌散所帶來的ISI。這樣就減少了接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜度，有時甚至可以不采用均衡器，僅通過插入循環(huán)前綴的方式消除ISI的不利影響。

由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。（如圖1.1所示）在各個子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用IFFT和FFT方法來實(shí)現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP技術(shù)的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實(shí)現(xiàn)的。FFT的引入，大大降低了OFDM的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，提升了系統(tǒng)的性能。（如圖1.2所示OFDM發(fā)送接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）

圖1.1 FDM信號與OFDM信號頻譜比較

無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。因此無論從用戶高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求，還是從無線通信自身來考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而OFDM容易通過使用不同數(shù)量的子信道來實(shí)現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。

由于無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會同時處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統(tǒng)在某種程度上抵抗這種干擾。






圖1.2 OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

另外，同單載波系統(tǒng)相比，OFDM還存在一些缺點(diǎn)，易受頻率偏差的影響，存在較高的PAR。

OFDM技術(shù)有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第4帶移動通信的核心技術(shù)。IEEE802.11a g標(biāo)準(zhǔn)為了支持高速數(shù)據(jù)傳輸都采用了OFDM調(diào)制技術(shù)。目前，OFDM結(jié)合時空編碼、分集、干擾（包括符號間干擾ISI和鄰道干擾ICI）抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度的提高物理層的可靠性。如再結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)編碼以及動態(tài)子載波分配、動態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能進(jìn)一步優(yōu)化。

2.4 MIMO OFDM技術(shù)

MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。它可以定義為發(fā)送端和接收端之間存在多個獨(dú)立信道，也就是說天線單元之間存在充分的間隔，因此消除了天線間信號的相關(guān)性，提高信號的鏈路性能增加了數(shù)據(jù)吞吐量。






圖1.3 MIMO系統(tǒng)原理框圖

現(xiàn)代信息論表明：對于發(fā)射天線數(shù)為N，接收天線數(shù)為M的多入多出（MIMO）系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道，并設(shè)N、M很大，則信道容量C近似為公式

(2.1)

（其中B為信號帶寬，ρ為接收端平均信噪比，min(M,N)為M，N的較小者）。

上式表明，MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。研究表明，在瑞利衰落信道環(huán)境下，OFDM系統(tǒng)非常適合使用MIMO技術(shù)來提高容量。采用多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)是提高頻譜效率的有效方法。我們知道，多徑衰落是影響通信質(zhì)量的主要因素，但MIMO系統(tǒng)卻能有效地利用多徑的影響來提高系統(tǒng)容量。系統(tǒng)容量是干擾受限的，不能通過增加發(fā)射功率來提高系統(tǒng)容量。而采用MIMO結(jié)構(gòu)不需要增加發(fā)射功率就能獲得很高的系統(tǒng)容量。因此將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合是下一代無線局域網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

在OFDM系統(tǒng)中采用多發(fā)射天線實(shí)際上就是根據(jù)需要在各個子信道上應(yīng)用多發(fā)射天線技術(shù)。每個子信道都對應(yīng)一個多天線子系統(tǒng)。一個多發(fā)射天線的OFDM系統(tǒng)。目前正在開發(fā)的設(shè)備由2組IEEE802.11a收發(fā)器、發(fā)送天線和接收天線各2個（2×2）和負(fù)責(zé)運(yùn)算處理過程的MIMO系統(tǒng)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)最大108Mbit/秒的傳輸速度。支持AP和客戶端之間的傳輸速度為108Mbit/秒，客戶端不支持該技術(shù)時（IEEE802.11a客戶端的情況），通信速度為54Mbit/秒。

三、IEEE802.11無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

WLAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的多種使用方法可以組合出適合各種情況的無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，可以方便地解決許多以線纜方式難以聯(lián)網(wǎng)的用戶需求。例如，數(shù)十公里遠(yuǎn)的兩個局域網(wǎng)相聯(lián)：其間或有河流、湖泊相隔，拉線困難且線纜安全難保障，或在城市中敷設(shè)專線要涉及審批復(fù)雜，周期很長的市政施工問題，WLAN能以比線纜低幾倍的費(fèi)用在幾天內(nèi)實(shí)現(xiàn)，WLAN也可方便地實(shí)現(xiàn)不經(jīng)過大的施工改建而使舊式建筑具有智能大廈的功能。

WLAN的設(shè)備主要包括：無線網(wǎng)卡、無線訪問接入點(diǎn)、無線集線器和無線網(wǎng)橋，幾乎所有的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中都自帶無線發(fā)射/接收功能，且通常是一機(jī)多用。WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：無中心網(wǎng)絡(luò)和有中心網(wǎng)絡(luò)。

3.1 無中心網(wǎng)絡(luò)

無中心網(wǎng)絡(luò)(無AP網(wǎng)絡(luò))也稱對等網(wǎng)絡(luò)或Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，它覆蓋的服務(wù)區(qū)稱IBSS。對等網(wǎng)絡(luò)用于一臺無線工作站（STA, Station）和另一臺或多臺其他無線工作站的直接通訊，該網(wǎng)絡(luò)無法接入有線網(wǎng)絡(luò)中，只能獨(dú)立使用。這是最簡單的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。(如圖1.4所示)一個對等網(wǎng)絡(luò)由一組有無線接口的計(jì)算機(jī)組成。這些計(jì)算機(jī)要有相同的工作組名、ESSID和密碼。

對等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，任何時間，只要兩個或更多的無線接口互相都在彼此的范圍之內(nèi)，它們就可以建立一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。這些根據(jù)要求建立起來的典型網(wǎng)絡(luò)在管理和預(yù)先調(diào)協(xié)方面沒有任何要求。

圖1.4 無中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

對等網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)必需能同時"看"到網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)，否則就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中斷，因此對等網(wǎng)絡(luò)只能用于少數(shù)用戶的組網(wǎng)環(huán)境，比如4至8個用戶，并且他們離得足夠近。

3.2 有中心網(wǎng)絡(luò)

有中心網(wǎng)絡(luò)也稱結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)。它由無線AP、無線工作站（STA）以及DSS構(gòu)成，覆蓋的區(qū)域分BSS和ESS。無線訪問點(diǎn)也稱無線AP或無線Hub，用于在無線STA和有線網(wǎng)絡(luò)之間接收、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。無線AP通常能夠覆蓋幾十至幾百用戶，覆蓋半徑達(dá)上百米。（如圖1.5）






圖1.5 有中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

BSS由一個無線訪問點(diǎn)以及與其關(guān)聯(lián)（associate）的無線工作站構(gòu)成，在任何時候，任何無線工作站都與該無線訪問點(diǎn)關(guān)聯(lián)。換句話說，一個無線訪問點(diǎn)所覆蓋的微蜂窩區(qū)域就是基本服務(wù)區(qū)。無線工作站與無線訪問點(diǎn)關(guān)聯(lián)采用AP的BSSID，在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。






圖1.6 ESS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESS是指由多個AP以及連接它們的分布式系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，所有AP必需共享同一個ESSID，也可以說擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESS中包含多個BSS。分布式系統(tǒng)在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中并沒有定義，但是目前大都是指以太網(wǎng)。擴(kuò)展服務(wù)區(qū)只包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不包含網(wǎng)絡(luò)層及其以上各層。因此，對于高層協(xié)議比如IP來說，一個ESS就是一個IP子網(wǎng)。(結(jié)構(gòu)如圖1.5)

四、 IEEE802.11無線局域網(wǎng)的操作

WLAN網(wǎng)絡(luò)的操作可分為兩個主要工作過程：工作站加入一個BSS，工作站從一個BSS移動到另一個BSS，實(shí)現(xiàn)小區(qū)間的漫游。一個站點(diǎn)訪問現(xiàn)存的BSS需要幾個階段。首先，工作站開機(jī)加電開始運(yùn)行，過后進(jìn)入睡眠模式或者進(jìn)入BSS小區(qū)。站點(diǎn)始終需要獲得同步信號，該信號一般來自AP接入點(diǎn)。站點(diǎn)則通過主動和被動掃頻來獲得同步

主動掃頻是指STA啟動或關(guān)聯(lián)成功后掃描所有頻道；一次掃描中，STA采用一組頻道作為掃描范圍，如果發(fā)現(xiàn)某個頻道空閑，就廣播帶有ESSID的探測信號；AP根據(jù)該信號做響應(yīng)。被動掃頻是指AP每100毫秒向外傳送燈塔信號，包括用于STA同步的時間戳，支持速率以及其它信息，STA接收到燈塔信號后啟動關(guān)聯(lián)過程。

WLAN為防止非法用戶接入，在站點(diǎn)定位了接入點(diǎn)，并取得了同步信息之后，就開始交換驗(yàn)證信息。驗(yàn)證業(yè)務(wù)提供了控制局域網(wǎng)接入的能力，這一過程被所有終用來建立合法介入的身份標(biāo)志

站點(diǎn)經(jīng)過驗(yàn)證后，關(guān)聯(lián)（Associate）就開始了。關(guān)聯(lián)用于建立無線訪問點(diǎn)和無線工作站之間的映射關(guān)系，實(shí)際上是把無線變成有線網(wǎng)的連線。分布式系統(tǒng)將該映射關(guān)系分發(fā)給擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的所有AP。一個無線工作站同時只能與一個AP關(guān)聯(lián)。在關(guān)聯(lián)過程中，無線工作站與AP之間要根據(jù)信號的強(qiáng)弱協(xié)商速率，速率變化包括：11Mbps, 5.5Mbps, 2Mbps和1Mbps（以802.11b為例）。

工作站從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)需要從新關(guān)聯(lián)。重關(guān)聯(lián)（Reassociate）是指當(dāng)無線工作站從一個擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個基本服務(wù)區(qū)移動到另外一個基本服務(wù)區(qū)時，與新的AP關(guān)聯(lián)的整個過程。重關(guān)聯(lián)總是由移動無線工作站發(fā)起。

IEEE802.11無線局域網(wǎng)的每個站點(diǎn)都與一個特定的接入點(diǎn)相關(guān)。如果站點(diǎn)從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)，這就是處在漫游（Roaming）過程中。漫游指無線工作站在一組無線訪問點(diǎn)之間移動，并提供對于用戶透明的無縫連接，包括基本漫游和擴(kuò)展漫游。基本漫游是指無線STA的移動僅局限在一個擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)部。擴(kuò)展漫游指無線SAT從一個擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中的一個BSS移動到另一個擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的一個BSS，802.11并不保證這種漫游的上層連接。近年來,無線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，但無線局域網(wǎng)的性能與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比還有一定距離，因此如何提高和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能顯得十分重要。

五、無線局域網(wǎng)的優(yōu)化方式：移動IP, IEEE802.11e 與雙頻多模WLAN

近年來,無線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，但無線局域網(wǎng)的性能與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比還有一定距離，因此如何提高和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能顯得十分重要。

5.1網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化：移動IP

移動IP概述

由于Internet使用域名來轉(zhuǎn)換成IP地址，一個發(fā)給一個地址的分組總是路由到同一個地方，因此，IP地址是與一個物理網(wǎng)絡(luò)的位置相對應(yīng)，傳統(tǒng)的IP鏈接方式不能經(jīng)受任何地址的變化。移動IP的引入解決了WLAN跨IP子網(wǎng)漫游的問題，是網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化方案。可以把移動IP歸結(jié)為一句話：如果用戶可以憑一個IP地址進(jìn)行不間斷跨網(wǎng)漫游，就是移動IP（RFC2002）。如前文所述，802.11無線局域網(wǎng)只規(guī)定了MAC層和物理層。為了保證移動站在擴(kuò)展服務(wù)區(qū)之間的漫游，需要在其MAC層之上引入Mobile IP技術(shù)。

移IP的無線局域網(wǎng)

移動主機(jī)（MN）在外地通過外地代理（FA）向位于家鄉(xiāng)的家鄉(xiāng)代理（HA）注冊,從而使HA得知MN當(dāng)前的位置，從而實(shí)現(xiàn)了移動性。有了移動IP，主機(jī)就可以跨越IP子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)漫游。如圖１所示，ＩＰ子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)路由器旁連接一個FA，FA負(fù)責(zé)其下無線網(wǎng)段用戶的注冊認(rèn)證。FA不斷地向本地子網(wǎng)發(fā)送代理通告，當(dāng)移動終端進(jìn)入子網(wǎng)Ａ時，接收到ＦＡ的代理廣播，獲得當(dāng)?shù)谾A的信息，通過當(dāng)?shù)谾A向HA注冊,經(jīng)過認(rèn)證后可以被授權(quán)接入，訪問Internet。終端在本子網(wǎng)內(nèi)部移動時，不斷監(jiān)測AP和FA的信號質(zhì)量，通過一定的算法得出當(dāng)前所有FA的優(yōu)先級，再根據(jù)指定的切換策略適時發(fā)起切換。如果只是在同一網(wǎng)段的AP間切換，因所處IP子網(wǎng)未變，不需要重新注冊，AP的功能可以支持這種二層的漫游。當(dāng)終端在跨網(wǎng)段的AP間切換時，所處IP子網(wǎng)發(fā)生改變,此時必須通過新的FA向HA重新注冊，告知當(dāng)前位置,以后的數(shù)據(jù)就會被ＨＡ轉(zhuǎn)發(fā)至新的位置。移動IP技術(shù)大大擴(kuò)展了WLAN接入方案的覆蓋范圍,提供大范圍的移動能力，使用戶在移動中時刻保持Internet連接。

圖1.7 無線局域網(wǎng)移動IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WLAN實(shí)現(xiàn)移動IP的問題

為實(shí)現(xiàn)移動IP，無線局域網(wǎng)要解決一些技術(shù)問題：

IP地址分配：用戶將獲得唯一的IP地址，如同使用移動電話時有一個唯一號碼。

應(yīng)用透明性：無論上層應(yīng)用采用何種上層協(xié)議都感覺不到移動的影響，這要求無縫移動性在IP層實(shí)現(xiàn)。

基礎(chǔ)設(shè)施：為保證服務(wù)品質(zhì)不受影響，用戶在漫游時，帶寬和服務(wù)質(zhì)量要有保證。

協(xié)議軟件：包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)的軟件，客戶端軟件須向服務(wù)器端軟件報(bào)告自己的信息，網(wǎng)絡(luò)側(cè)軟件則負(fù)責(zé)解析用戶的實(shí)際位置，鑒定用戶身份、分配權(quán)限，并提供預(yù)定的業(yè)務(wù)。

5.2 MAC層優(yōu)化：IEEE802.11e協(xié)議

概述

隨著用戶的增多，有線網(wǎng)絡(luò)中提出的業(yè)務(wù)要求，如視頻、語音等實(shí)時業(yè)務(wù)在WLAN中也將得到滿足。這些實(shí)時業(yè)務(wù)要求WLAN的MAC層能夠提供可靠的分組傳輸，傳輸時延低且抖動小。為此，IEEE 802.11工作組的媒體訪問控制(MAC—Medium Access Control)改進(jìn)任務(wù)組(即E任務(wù)組)著手對目前802.11 MAC協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，使其可以支持具有QoS(Quality of Service)要求的應(yīng)用。

IEEE802.11MAC協(xié)議

普通的802.11無線局域網(wǎng)MAC層有兩種通訊方式，一種叫分布式協(xié)同式（DCF），另一種叫點(diǎn)協(xié)同式。分布式協(xié)同（DCF）基于具有沖突檢測的載波偵聽多路存取方法(CSMA/CA)，無線設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)前，先探測一下線路的忙閑狀態(tài)，如果空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并同時檢測有無數(shù)據(jù)碰撞發(fā)生。這一方法能協(xié)調(diào)多個用戶對共享鏈路的訪問，避免出現(xiàn)因爭搶線路而誰也無法通信的情況。它對所有用戶都一視同仁，在共享通訊介質(zhì)時沒有任何優(yōu)先級的規(guī)定。

點(diǎn)協(xié)同方式（PCF）是指無線接入點(diǎn)設(shè)備周期性地發(fā)出信號測試幀，通過該測試幀與各無線設(shè)備就網(wǎng)絡(luò)識別、網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)等進(jìn)行交互。測試幀之間的時間段被分成競爭時間段和無競爭時間段，無線設(shè)備可以在無競爭時間段發(fā)送數(shù)據(jù)。由于這種通訊方式無法預(yù)先估計(jì)傳輸時間，因此，與分布式協(xié)同相比，目前用得還比較少。

IEEE802.11e的EDCF機(jī)制

無論是分布式協(xié)同還是點(diǎn)協(xié)同，它們都沒有對數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)類型進(jìn)行區(qū)分。因此，IEEE對分布式協(xié)同和點(diǎn)協(xié)同在QoS的支持功能方面進(jìn)行增補(bǔ)，通過設(shè)置優(yōu)先級，既保證大帶寬應(yīng)用的通訊質(zhì)量，又能夠向下兼容普通802.11設(shè)備。

對分布式協(xié)同（DCF）的修訂標(biāo)準(zhǔn)稱為增強(qiáng)型分布式協(xié)同（EDCF）。增強(qiáng)型分布式協(xié)同（EDCF）把流量按設(shè)備的不同分成8類，也就是8個優(yōu)先級。當(dāng)線路空閑時，無線設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須等待一個約定的時間，這個時間稱為“給定幀間時隙”(AIFS)，其長短由其流量的優(yōu)先級決定：優(yōu)先級越高，這個時間就越短。不難看出，優(yōu)先級高的流量的傳輸延遲比優(yōu)先級低的流量小得多。為了避免沖突，在8個優(yōu)先級之外還有一個額外的控制參數(shù)，稱為競爭窗口，實(shí)際上也是一個時間段，其長短由一個不斷遞減的隨機(jī)數(shù)決定。哪個設(shè)備的競爭窗口第一個減到零，哪個設(shè)備就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，其它設(shè)備只好等待下一個線路空閑時段，但決定競爭窗口大小的隨機(jī)數(shù)接著從上次的剩余值減起。

對點(diǎn)協(xié)同的改良稱為混和協(xié)同(HCF)，混和查詢控制器在競爭時段探測線路情況，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時刻，并爭取最大的數(shù)據(jù)傳輸時間。

5.3物理層優(yōu)化：雙頻多模無線局域網(wǎng)

雙頻多模WLAN的引入

IEEE802.11工作組先后推出了802.11a、802.11b，和802.11g物理層標(biāo)準(zhǔn)。豐富多樣的標(biāo)準(zhǔn)提升了無線局域網(wǎng)的性能，同時帶來了新的問題。如前文所述802.11a和802.11b分別工作在不同頻段（802.11a工作在5GHz，而802.11b工作在2.4GHz），采用不同調(diào)制方式（802.11a采用OFDM，而802.11b采用CCK方式）。一個采用802.11b標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備工作站進(jìn)入一個802.11a標(biāo)準(zhǔn)的小區(qū)中（其AP節(jié)點(diǎn)采用802.11a的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備），無法與AP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系。因此，其必須更換為同比標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，才能正常工作。這就是由不同物理層標(biāo)準(zhǔn)，引起的網(wǎng)絡(luò)兼容性問題。






圖1.8 雙頻多模無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了解決上述問題，使不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以更為自由的移動，出現(xiàn)了一種無線局域網(wǎng)的優(yōu)化方式：“雙頻多?！钡墓ぷ鞣绞?。如同有線網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程，現(xiàn)在有線網(wǎng)絡(luò)主要工作在多模方式下，例如10Mbps/100Mbps混合的局域網(wǎng)加速了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，成為有線局域網(wǎng)的主要工作方式。WLAN也開始走向“多?！卑l(fā)展趨勢。

雙頻多模WLAN簡述

所謂“雙頻”產(chǎn)品，是指可工作在2.4GHz和5GHz的自適應(yīng)產(chǎn)品。也就是說，可支持802.11a與802.11b兩個標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。由于802.11b和802.11a兩種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備互不兼容，用戶在接入支持802.11a和802.11b的公共無線接入網(wǎng)絡(luò)時，必須隨著地點(diǎn)而更換無線網(wǎng)卡，這給用戶帶來很大的不便。而采用支持802.11a/b雙頻自適應(yīng)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品就可以很好的解決這一問題。雙頻產(chǎn)品可以自動辨認(rèn)802.11a和802.11b信號并支持漫游連接，使用戶在任何一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下都能保持連接狀態(tài)。54Mbps的802.11a標(biāo)準(zhǔn)和11Mbps802.11b標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)劣，但從用戶的角度出發(fā)，這種雙頻自適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，無疑是一種將兩種無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)融合的解決方案,其需要的投資也很大。

隨著802.11g標(biāo)準(zhǔn)的誕生，雙頻產(chǎn)品隨后也將該標(biāo)準(zhǔn)融入其中，成為全方位的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。而這種可與三個標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)的產(chǎn)品叫做“雙頻三?！碑a(chǎn)品，也稱雙頻多模（Dual Band and Multimode WLAN）?！半p頻三模”顧名思義，就是運(yùn)行在兩個頻段，支持三種模式（標(biāo)準(zhǔn)）的產(chǎn)品。即同時支持802.11a/b/g三個標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)的無線產(chǎn)品，通過該產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)目前大多無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)與兼容?？墒褂脩繇槙车馗咚俾斡?02.11a、b、g標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)中，橫跨于三種標(biāo)準(zhǔn)之上，這類產(chǎn)品目前市面上還比較少見，但卻是“雙頻”產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有良好的前景。（如圖1.9）

圖1.9 雙頻多模WLAN接收發(fā)送端組成框圖

雙頻多模WLAN的應(yīng)用

隨著802.11標(biāo)準(zhǔn)b, a和g不斷融合，雙頻多模無線局域網(wǎng)越來越顯示出其優(yōu)越性。首先，如前文所述b, a和g標(biāo)準(zhǔn)有其各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)以及適合它們的工作環(huán)境。雙頻多模方式根據(jù)不同的環(huán)境，使用不同的標(biāo)準(zhǔn)，最大程度的發(fā)揮802.11標(biāo)準(zhǔn)的各自優(yōu)勢和特點(diǎn)。其次，在熱點(diǎn)地區(qū)如車站，飛機(jī)場，倉庫，超市等，無線局域網(wǎng)的密度大，小區(qū)間的切換頻繁。雙頻多模的工作方式也是解決小區(qū)間無縫切換的問題的好的思路。

六、 無線局域網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

無線局域網(wǎng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，如果其應(yīng)用劃分為室內(nèi)和室外的話，室內(nèi)應(yīng)用包括大型辦公室、車間、智能倉庫、臨時辦公室、會議室、證券市場；室外應(yīng)用包括城市建筑群間通信、學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)、工礦企業(yè)廠區(qū)自動化控制與管理網(wǎng)絡(luò)、銀行金融證券城區(qū)網(wǎng)、礦山、水利、油田、港口、碼頭、江河湖壩區(qū)、野外勘測實(shí)驗(yàn)、軍事流動網(wǎng)、公安流動網(wǎng)等。

6.1石油工業(yè)

油礦的地形起伏不平，敷設(shè)電纜后不易傳導(dǎo)，而且電纜穿過煉油廠可能是潛在的危險。無線網(wǎng)連接可提供從鉆井臺到壓縮機(jī)房的數(shù)據(jù)鏈路以便顯示和輸入由鉆井獲取的重要數(shù)據(jù)。海上鉆井平臺由于寬大的水域阻隔，數(shù)據(jù)和資料的傳輸比較困難。敷設(shè)光纜費(fèi)用又很高，施工難度很大。使用無線網(wǎng)技術(shù)，費(fèi)用不及敷設(shè)光纜的十分之一，效率高，質(zhì)量好。

6.2運(yùn)輸行業(yè)

鐵路運(yùn)輸貨場和碼頭貨場，由于大型吊車，運(yùn)輸?shù)缆泛拓浳锿ǖ啦荒芊笤O(shè)電纜，使用步話機(jī)報(bào)告貨位和貨號極易產(chǎn)生差錯，無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以把貨物情況和資料直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，大大提高了工作效率和服務(wù)質(zhì)量，避免了不必要的差錯。

6.3醫(yī)療行業(yè)

現(xiàn)在很多醫(yī)院都有了計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、大量的計(jì)算機(jī)病人監(jiān)護(hù)設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制的醫(yī)療裝置和藥品等庫存計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)可以使醫(yī)療專家和管理者在醫(yī)院內(nèi)的任何地方使用移動和手持計(jì)算機(jī)設(shè)備方便地存取這些信息。利用無線網(wǎng)，醫(yī)生和護(hù)士在設(shè)置計(jì)算機(jī)專線的病房、診室或急救中進(jìn)行匯診、查房、手術(shù)時可以不必帶著沉重的病例，而使用筆記本電腦實(shí)時記錄醫(yī)囑，并傳遞處置意見，查詢病人病歷和檢索藥品，還可以訪問中央專家系統(tǒng)以幫助診斷或預(yù)測藥物的相互作用和反應(yīng)。

6.4制造行業(yè)

制造工廠往往不能敷設(shè)連到計(jì)算機(jī)的電纜，在加固混凝土的地板下面也無法敷設(shè)計(jì)算機(jī)電纜，空中起重機(jī)使人很難在空中布線，零備件及貨物運(yùn)輸通道使得也不便在地面布線。這種情況使用數(shù)字化制造設(shè)備、數(shù)字采集裝置、機(jī)器人設(shè)備時應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)是很合適的。工程師和技術(shù)人員在進(jìn)行檢修，更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，討論工程方案以及其他技術(shù)處理時，可以利用無線網(wǎng)在工廠車間或廠區(qū)的任何地方查閱技術(shù)檔案、工程工藝和過程圖，發(fā)出技術(shù)指令，請求技術(shù)求援，甚至和廠外專家討論問題。

6.5零售業(yè)

倉庫零備件和貨物的發(fā)送和貯存注冊可以使用無線鏈路直接為條形碼閱覽器、筆記本電腦和中央處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，進(jìn)行清查貨物，更新存儲記錄和出據(jù)清單。流動的工作人員直接使用手持設(shè)備就可以進(jìn)行庫存管理和數(shù)據(jù)采集加工。

6.6 金融服務(wù)行業(yè)

銀行和證券、期貨交易業(yè)務(wù)都需要無線網(wǎng)絡(luò)的支持，把一個城市的銀行與其分布在城市各處的下屬機(jī)構(gòu)相連。即使已經(jīng)有了有線計(jì)算機(jī)網(wǎng)，為了避免由于線路等出現(xiàn)的故障，仍可使用無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)做備份。在證券和期貨交易業(yè)務(wù)中，價格以"買"和"賣"的信息變化極為迅速、頻繁，利用手持通信器輸入信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)迅速傳遞到計(jì)算機(jī)、報(bào)價服務(wù)系統(tǒng)和交易大廳的顯示屏，管理員、經(jīng)紀(jì)人和交易者可以迅速利用信息進(jìn)行管理和手持通信器進(jìn)行交易。避免了用手勢、送話器和人工錄入及報(bào)價而產(chǎn)生的不準(zhǔn)確和時間延誤而造成的損失。

6.7飲食、交通旅游服務(wù)行業(yè)

很多餐廳的服務(wù)員已經(jīng)使用步話機(jī)或?qū)ず艏夹g(shù)把餐廳中顧客需要的菜通知廚房，廚房也用同樣的辦法通知餐廳，顧客所需要的菜已經(jīng)準(zhǔn)備好了，這實(shí)際只是整個過程中的一部分。無線網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步做到，由餐廳中走來走去的點(diǎn)菜服務(wù)員通過手持終端機(jī)把顧客的需求送入計(jì)算機(jī)，把菜單立即打印給廚房并且把做好的菜立即通知給服務(wù)員，當(dāng)然也可以在手持終端機(jī)屏幕顯示的菜單上直接點(diǎn)菜，結(jié)賬時可通過同一個系統(tǒng)及時打印結(jié)賬單。旅館采用無線網(wǎng)，可以做到隨時隨地為顧客進(jìn)行及時周到的服務(wù)。登記和記賬系統(tǒng)一經(jīng)建立，顧客無論在區(qū)域范圍內(nèi)的任何地點(diǎn)進(jìn)行任何活動，比如在酒吧、健身房、娛樂廳或餐廳等都可以通過服務(wù)員的手持通信終端來更新記賬系統(tǒng)，而不必等待復(fù)雜的核算系統(tǒng)結(jié)果。

6.8比賽競技場

無線網(wǎng)可以用來完成比賽場館進(jìn)行的各種競賽記分的處理、統(tǒng)計(jì)、發(fā)送和記錄存儲工作。也適合于一些文藝及其他競賽的比賽記分系統(tǒng)，特別是在那些多用途并進(jìn)行多種比賽的場合。

6.9移動辦公環(huán)境

在辦公環(huán)境中使用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以使辦公用的計(jì)算機(jī)具有移動能力，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)漫游。各種業(yè)務(wù)人員、部門負(fù)責(zé)人、工程技術(shù)專家和管理人員，只要有可移動計(jì)算機(jī)或筆記本電腦，無論是在辦公室、會議室、洽談室，甚至在宿舍都可通過無線網(wǎng)絡(luò)隨時查閱資料、獲取信息。

目前，越來越多的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品投放市場，價格越來越低、覆蓋范圍也不斷增大，而依據(jù)規(guī)范開發(fā)網(wǎng)絡(luò)底層到應(yīng)用層接口的中間件廠家也將有更多的應(yīng)用產(chǎn)品投放市場。無線局域網(wǎng)已作為一種寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案得到了應(yīng)用，可以預(yù)見，隨著網(wǎng)上多媒體技術(shù)的日益應(yīng)用發(fā)展，傳輸速率更高的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會涌現(xiàn)。所以，對無線局域網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)的投資前景將會非常樂觀?？傊?#xff0c;在無線局域網(wǎng)用戶和運(yùn)營商的雙重推動下，未來兩年內(nèi)，WLAN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將會成為未來網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)主流之一。 ?

總結(jié)

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