无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络(Wireless Local Area Network，简称WLAN)，是在有线网的基础上发展起来的，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。本文将从无线局域网技术实现、安全性、国际标准、联网方式以及主要应用领域全面阐述无线局域网的发展。
无线局域网概述
无线局域网要求以无线方式相联的计算机之间资源共享，具有现有网络操作系统（NOS）所支持的各种服务功能。计算机无线联网常见的形式是把远程计算机以无线方式联入一个计算机网络中，作为网络中的一个节点，使之具有网上工作站所具有的同样功能，获得网络上的所有服务；或把数个有线或无线局域网联成一个区域网；当然，也可用全无线方式构成一个局域网或在一个局域网中混合使用有线与无线方式。此时，以无线方式入网的计算机将具有可移动性，在一定的区域移动而同时又随时与网络保持联系。
无线局域网具有以下特点：
● 可移动性，不受布线接点位置的限制；
● 数据传输速率高，大于1Mbps；
● 抗干扰性强，能实现很低的误码率；
● 保密性较强，可使用户进行有效的数据提取，又不至于泄密；
● 高可靠性，数据传输几乎没有丢包现象产生；
● 兼容性好，采用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）介质访问协议，遵从IEEE 802.3以太网协议。与标准以太网及目前的几种主流NOS完全兼容，用户已有的网络软件可以不做任何修改在无线网上运行；
● 快速安装，无线局域网的安装工作非常简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽，安装时间只是安装有线网络时间的零头。
无线局域网技术实现
微波通信
目前常用的计算机无线通信手段有光波和无线电波。其中光波包括红外线和激光，红外线和激光易受天气影响，也不具备穿透能力，故难以实际应用。无线电波包括短波、超短波和微波等，其中采用微波通信具有很大的发展潜力。特别是90年代以来，美国几家公司发展了一种新型民用无线网络技术，是以微波频段为媒介，采用直序扩展频谱（DSSS）或跳频方式（FH）发射的传输技术，并以此技术作为发射、接收机，遵照IEEE 802.3以太网协议，开发了整套的无线网络产品。其通信方面的主要技术特点是：用900MHz或2.45GHz（此频段为开放频段，无需申请许可证）微波作为传输媒介，以先进的直序扩展频谱或跳频方式发射信号，为宽带调制发射。所以它具有传输速率高、发射功率小、保密性好、抗干扰能力强的特点。更方便的是易于进行多点通信，很多用户可以使用相同的通信频率，只要设置不同的标识码ID，就可以产生不同的伪随机码来控制扩频调制，即可以进行互不干扰的同时通信。其通信距离和覆盖范围视所选用的天线不同而异：定向传送可达5～40公里；室外的全向天线可覆盖10～15公里的半径范围；室内全向可覆盖最大半径250米的5000平方米范围。可见微波扩频通信技术为无线网提供了良好的通信信道。
微波扩频通信技术
扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射。增加带宽可以在较低的信噪比情况下以相同的信息传输率来可靠地传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，仍然能够保持可靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
扩频通信技术在发射端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关解调技术收取信息，这一过程使其具有许多优良特性，如抗干扰能力强；隐蔽性强，保密性好；多址通信能力强；抗多径干扰能力强；且有较好的安全机制。
实现扩频通信的基本工作方式有4种：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式（简称DSSS方式）；跳变频率（Frequency Hopping ）工作方式（简称FH方式）；跳变时间（Time Hopping）工作方式（简称TH方式）；线性调频（Chirp Modulation）工作方式（简称Chirp方式）。目前使用最多、最典型的扩频工作方式是直扩式（DSSS方式），在无线网络的通信中，就是采用这种工作方式。
扩频无线网络虽是一套新技术、新产品，但已是一套具有很强功能、性能可靠、符合规范的系列产品，和软件配套，与多种常用的NOS很好地匹配，可以在广泛的环境下支持各种以太网、令牌环网和TCP/IP协议。
无线局域网安全性
IEEE 802.11标准的有线等价保密性(WEP)选项仅仅是满足用户安全需求的第一步，当WEP激活时，每一个站点(包括用户和接入点)都有四个密钥，这些密钥用于在数据通过广播频率传输之前加密数据。如果站点接收到用不正确的密钥加密的信息包，那么该信息包将会被丢弃，不再传送给主机。
尽管IEEE 802.11标准提供了很强的加密服务来确保无线局域网的安全，但是安全密钥认可、废除以及刷新的方法仍未确定，不过幸好还有几种密钥管理结构。对于大型网络最好的方法是使用加密密钥服务器对密钥集中管理，加密密钥服务器可进行密钥的集中生成、密钥分配以及密钥轮换等。密钥服务器使网络管理员能够在用户的层次上，控制用户鉴定所需的RSA公共或个人密钥对生成。
无线局域网国际标准
1997年6月，IEEE发布了针对无线局域网的802.11标准，这是一个开放的标准。该标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外，还使得各种不同厂商的无线产品得以互联。另外，标准使核心设备执行单芯片解决方案，降低了采用无线技术的造价。IEEE 802.11中规定了统一的MAC协议、RF收发器和红外线收发器的物理层接口，各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，而逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。在MAC 层以下，IEEE 802.11又规定了三种发送及接收技术：两种采用射频技术扩频技术和窄带技术，另一种是红外技术，用红外光来传输。
IEEE 802.11协议针对无线局域网作用区域有限这一特定技术因素而采用了CSMA/CA协议，它有一整套“请求发送（RTS）”、“清除发送（CTS）”和“接收确认（ACK）”的握手规则，以冲突避免的原则使互相碰撞减少到最小，也解决了无线网中特有的网上结点不能完全互相通信时产生的“隐藏节点”的冲突难点。由于无线网中的计算机的计算要求可以移动和在一定区域内漫游，故IEEE 802.11远比与它相似的IEEE 802.3有线以太网协议复杂，而移动中的计算机怎样选择特定的访问节点，IEEE 802.11并未规定，开发人员可以建立各自的决策原则并依据该原则决定移动计算机漫游无线网覆盖区域时如何选用访问节点。
2000年8月，IEEE 802.11标准得到了进一步的完善和修订，并成为IEEE/ANSI和ISO/IEC 的一个联合标准，ISO/IEC将该标准定为ISO 880211。这次IEEE 802.11标准的修订内容包括用一个基于SNMP的MIB来取代原来基于OSI协议的MIB。另外，还增加了两项新内容：IEEE 802.11a—它扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz 的频带。该标准采用正交频分调制数据，传输速率范围为6～54Mbps。这样的速率既能满足室内的应用，也能满足室外的应用。
IEEE 802.11b—它是IEEE 802.11标准的另一个扩充，它规定采用2.4GHz频带，调制方法采用补偿码键控(CKK)。CKK来源于直序扩频技术，多速率机制的介质访问控制(MAC)确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限值时，传输速率能够从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者根据直序扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。IEEE 802.11b对无线局域网通信的最大贡献是可以支持两种速率——5.5Mbps和11Mbps。要做到这一点，就需要选择DSSS作为该标准的唯一物理层技术，因为，目前在不违反FCC规定的前提下，采用跳频技术无法支持更高的速率。这意味着IEEE 802.11b系统可以与速率为1Mbps和2Mbps的IEEE 802.11DSSS系统交互操作，但是无法与1Mbps 和2Mbps的IEEE 802.11FHSS系统交互操作。
5GHz频带的IEEE 802.11a不是使用2.4GHz频带的扩展频谱技术，而是已发展到名叫正交频分多路复用OFDM技术，该技术可帮助提高速度和改进信号质量，并可克服干扰。扩展频谱技术必须以直接序列发送信号，而OFDM技术与之不同，它可打破无线信道，将其分成以低数据速率并行传输的分频率，OFDM技术然后可把这些频率一起放回接收端。这一方法可大大提升无线局域网的速度和整体信号质量。
IEEE 802.11b有无线以太网兼容性联盟(WECA)的支持，其成员包括Cisco、IBM、Intel、3Com、Nokia和微软等公司。IEEE 802.11 标准的颁布，使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。
无线局域网联接方式
常用的无线网络设备有网卡、AP、无线网桥和无线路由器等；无线网络产品的多种使用方法可以组合出适合各种情况的无线联网设计，可以方便地解决许多以线缆方式难以联网的用户需求。例如，数十公里远的两个局域网相联：其间或有河流、湖泊相隔，拉线困难且线缆安全难保障，或在城市中敷设专线要涉及审批复杂，周期很长的市政施工问题，无线网能以比线缆低几倍的费用在几天内实现，无线网也可方便地实现不经过大的施工改建而使旧式建筑具有智能大厦的功能。无线网络应用的典型方式是：
1.对等网方式。有2种形式，把2个局域网相联，或把1个远程站点联入1个局域网。如果是两个局域网相联，则在两个局域网中分别接入无线路由器或无线网桥。如一边是单机，则在其机内插入无线网卡即可。视通信距离来联接相应天线，用无线网络软件设置相应的ID号、中断号和地址，即可调试天线的方向、视角。当无线网络软件指示接收质量为良好或合用时，即认为无线链路接通，双方可做网络设置和操作了。如果网络中已有路由器，而且天线与网络有相当距离，如数十米至数百米，则应使用无线网桥尽量靠近天线以缩短射频电缆长度，降低射频信号衰减，把无线网桥和路由器以数字线缆相联。这种方式的一种扩展是在两点间若距离过远或有遮挡时，在中间增加了一个无线路由器来做中继。网络的设置也作相应变动。
2.无线HUB方式。在一个建筑物或不大的区域内有多个定点或移动点要联入一个局域网时，可用此方式。要注意的是，各站点要与无线HUB用相同的网络ID以顺利互通，又要有各自的地址号以相区别。
3．一点多址方式。当要把地理上有相当距离的多个局域网相联时，则可在每个局域网中接入无线网桥。这时主站或转接站使用全向天线，各从站视距离使用定向或全向天线与之相联。各无线网桥均使用同样的网络ID以支持扩频通信，使用各自的地址（网段）以相区别。正确的网络设置，可以使各工作站、服务器之间互访。当需要把10公里之内的多个定点站点或2公里之内的多个活动站点（各站点均是单机）联入网内时，可以用无线网桥的HUB工作方式来方便的实现。
4．不同协议网络间互联。在联网的两边各用与当地网络环境和对方网络环境相配套的设备和相应的网络设置即可实现。其通信部分和前述的相同。
上述只是几种典型联网方式，在实际工作中可以组合使用，变化出所需要的方式。
无线局域网行业应用现状分析
无线局域网的应用范围非常广泛，如果其应用划分为室内和室外的话，室内应用包括大型办公室、车间、智能仓库、临时办公室、会议室、证券市场；室外应用包括城市建筑群间通信、学校校园网络、工矿企业厂区自动化控制与管理网络、银行金融证券城区网、矿山、水利、油田、港口、码头、江河湖坝区、野外勘测实验、军事流动网、公安流动网等。以下我们就几个有代表性的行业展开论述：
石油工业
油矿的地形起伏不平，敷设电缆后不易传导，而且电缆穿过炼油厂可能是潜在的危险。无线网连接可提供从钻井台到压缩机房的数据链路以便显示和输入由钻井获取的重要数据。海上钻井平台由于宽大的水域阻隔，数据和资料的传输比较困难。敷设光缆费用又很高，施工难度很大。使用无线网技术，费用不及敷设光缆的十分之一，效率高，质量好。
运输行业
铁路运输货场和码头货场，由于大型吊车，运输道路和货物通道不能敷设电缆，使用步话机报告货位和货号极易产生差错，无线计算机网络可以把货物情况和资料直接传输到计算机中进行处理，大大提高了工作效率和服务质量，避免了不必要的差错。
医疗行业
现在很多医院都有了计算机管理系统、大量的计算机病人监护设备、计算机控制的医疗装置和药品等库存计算机管理系统。无线网络可以使医疗专家和管理者在医院内的任何地方使用移动和手持计算机设备方便地存取这些信息。利用无线网，医生和护士在设置计算机专线的病房、诊室或急救中进行汇诊、查房、手术时可以不必带着沉重的病例，而使用笔记本电脑实时记录医嘱，并传递处置意见，查询病人病历和检索药品，还可以访问中央专家系统以帮助诊断或预测药物的相互作用和反应。
制造行业
制造工厂往往不能敷设连到计算机的电缆，在加固混凝土的地板下面也无法敷设计算机电缆，空中起重机使人很难在空中布线，零备件及货物运输通道使得也不便在地面布线。这种情况使用数字化制造设备、数字采集装置、机器人设备时应用无线网络是很合适的。工程师和技术人员在进行检修，更改产品设计，讨论工程方案以及其他技术处理时，可以利用无线网在工厂车间或厂区的任何地方查阅技术档案、工程工艺和过程图，发出技术指令，请求技术求援，甚至和厂外专家讨论问题。
零售业
仓库零备件和货物的发送和贮存注册可以使用无线链路直接为条形码阅览器、笔记本电脑和中央处理计算机进行连接，进行清查货物，更新存储记录和出据清单。流动的工作人员直接使用手持设备就可以进行库存管理和数据采集加工。
金融服务行业
银行和证券、期货交易业务都需要无线网络的支持，把一个城市的银行与其分布在城市各处的下属机构相连。即使已经有了有线计算机网，为了避免由于线路等出现的故障，仍可使用无线计算机网做备份。在证券和期货交易业务中，价格以“买”和“卖”的信息变化极为迅速、频繁，利用手持通信器输入信息，通过无线网络迅速传递到计算机、报价服务系统和交易大厅的显示屏，管理员、经纪人和交易者可以迅速利用信息进行管理和手持通信器进行交易。避免了用手势、送话器和人工录入及报价而产生的不准确和时间延误而造成的损失。
饮食、交通旅游服务行业
很多餐厅的服务员已经使用步话机或寻呼技术把餐厅中顾客需要的菜通知厨房，厨房也用同样的办法通知餐厅，顾客所需要的菜已经准备好了，这实际只是整个过程中的一部分。无线网络可以进一步做到，由餐厅中走来走去的点菜服务员通过手持终端机把顾客的需求送入计算机，把菜单立即打印给厨房并且把做好的菜立即通知给服务员，当然也可以在手持终端机屏幕显示的菜单上直接点菜，结账时可通过同一个系统及时打印结账单。旅馆采用无线网，可以做到随时随地为顾客进行及时周到的服务。登记和记账系统一经建立，顾客无论在区域范围内的任何地点进行任何活动，比如在酒吧、健身房、娱乐厅或餐厅等都可以通过服务员的手持通信终端来更新记账系统，而不必等待复杂的核算系统结果。
比赛竞技场
无线网可以用来完成比赛场馆进行的各种竞赛记分的处理、统计、发送和记录存储工作。也适合于一些文艺及其他竞赛的比赛记分系统，特别是在那些多用途并进行多种比赛的场合。
移动办公环境
在办公环境中使用无线网络系统，可以使办公用的计算机具有移动能力，在网络范围内可实现计算机漫游。各种业务人员、部门负责人、工程技术专家和管理人员，只要有可移动计算机或笔记本电脑，无论是在办公室、会议室、洽谈室，甚至在宿舍都可通过无线网络随时查阅资料、获取信息。
无线局域网应用前景展望
目前，越来越多的无线局域网产品投放市场，价格越来越低、覆盖范围也不断增大，而依据规范开发网络底层到应用层接口的中间件厂家也将有更多的应用产品投放市场。无线局域网已作为一种宽带网络解决方案得到了应用，可以预见，随着网上多媒体技术的日益应用发展，传输速率更高的无线网络设备将会涌现。所以，对无线局域网设备和服务的投资前景将会非常乐观。据估计，在2001年经济普遍下滑的大背景下，IEEE 802.11b无线设备市场却一枝独秀，将继续保持稳健增长。到2005年，无线局域网设备的总投资额将达64亿美元。一些大公司，如IBM，将在其笔记本产品中内置IEEE 802.11b无线装置。板卡生产商也正开始为一些手持电脑制造商供应IEEE 802.11b协议适配卡。无线局域网运营商们也已行动起来，注视着无线局域网技术与应用的情况，进行相关配套工作。
总之，在无线局域网用户和运营商的双重推动下，未来两年内，无线网络的应用将会成为未来网络的技术主流。
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发表于 2003-12-19 01:50
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发表于 2007-3-28 15:20
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