无线局域网协议(802.11b)详解

yjh_920 · 发表于 2005-8-3 22:28:00

价格便宜的便携式计算机、移动电话和手持式设备的日趋流行，以及Internet应用程序和电子商务的快速发展，使用户需要随时进行网络连接。为满足这些需求，可以使用两种方法将便携式设备连接到网络，而没有电缆所带来的不便。这两种标准就是IEEE 802.11b和Bluetooth。IEEE802.11b是一种11Mb/s 无线标准，可为笔记本电脑或桌面电脑用户提供完全的网络服务。

IEEE802.11b的特点和应用范围

　　速度 2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mb/s，无须直线传播。
动态速率转换当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。
使用范围支持的范围是在室外为300米，在办公环境中最长为100米。
可靠性使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
互用性只允许一种标准的信号发送技术，WECA将认证产品的互用性。
电源管理网络接口卡可转到休眠模式，访问点将信息缓冲到客户，延长了笔记本电脑的电池寿命。
漫游支持当用户在楼房或公司部门之间移动时，允许在访问点之间进行无缝连接。
加载平衡 NIC更改与之连接的访问点，以提高性能。
可伸缩性最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户。
安全性内置式鉴定和加密。

IEEE802.11b应用的范围：
不易接线的区域在不易接线或接线费用较高的区域中提供网络服务；
灵活的工作组为经常进行网络配置更改的工作区降低了总拥有成本；
网络化的会议室用户可在从一个会议室移动到另一个会议室时进行网络连接，以获得最新的信息，并且可在决策时相互交流；
特殊网络现场顾问和小工作组的快速安装和兼容软件可提高工作效率；
子公司网络为远程或销售办公室提供易于安装、使用和维护的网络；
部门范围的网络移动漫游功能使企业可以建立易于使用的无线网络，可覆盖所有部门。

两种技术的比较
对标准的支持 IEEE802.11b有无线以太网兼容性联盟 (WECA)的支持，蓝牙有蓝牙特殊利益集团（SIG）的支持。
工作频段 IEEE802.11b和蓝牙都工作在2.4GHz频段上。
在技术上 IEEE802.11只规定了开放式系统互联参考模型（OSI/RM）的物理层和MAC层，其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免（CSMA/CA）协议，而在物理层，802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式（FHSS）以及直扩方式（DSSS）。802.11支持1～11Mb/s的数据速率，但是它只支持数据通信，要进行无线数据通信，数据设备先要安装有无线网卡。
蓝牙技术具有一整套全新的协议，可以应用于更多的场合。蓝牙技术中的跳频更快，因而更加稳定，同时它还具有低功耗、低代价和比较灵活等特点。
IEEE802.11b实现的是有形的、特定的网络，而由蓝牙形成的网络是无形的、看不见的，蓝牙技术是ad hoc网中的一个主流技术。
在应用上 IEEE802.11b的传输距离长、速度快，可以满足用户运行大量占用带宽的网络操作，就像在有线局域网上一样。而蓝牙技术面向的却是移动设备间的小范围连接，因而本质上说，它是一种代替电缆的技术。
蓝牙，适合用在手机、掌上型电脑等简易数据传递；而速率在11Mb/s的802.11b则较适合用在影像等高速无线传输，有效距离长达100米。
IEEE802.11b比较适于办公室中的企业无线网络，较适合用在影像等高速无线传输，有效距离长达100米；而速率小于1Mb/s的蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合，适合用在手机、掌上型电脑等简易数据传递。

发展趋势
  目前这些技术还处于并存状态，由于IEEE802.11b和蓝牙的载波频带都使用2.4GHz频带，当同时收发这两种规格的数据时，有可能引起数据包冲突等电波干扰等问题；从长远看，随着产品与市场的不断发展，它们将走向融合，而其中最有竞争力的就是蓝牙技术。

  美国Mobilian公司推出了兼具无线LAN和蓝牙功能的芯片组。这个由两个芯片构成的芯片组具备无线LAN的标准方式IEEE802.11b的无线收发功能和蓝牙功能。Mobilian公司此次开发的芯片组中，通过采用消除电波干扰的方法，实现了两种规格数据通信的同时进行。

  推进10m近距离无线通信技术标准化的IEEE802.15委员会日前采纳了可使蓝牙和IEEE802.11b共存的技术提案。此次采纳的是美国Mobilian Corp.和美国Symbol Technologies,Inc.以及美国NIST等共同提出的方案。提案书预定于2001年下半年公布。

  Intersil、Silicon Wave合作开发蓝牙和IEEE 802.11b双模（Dual-Mode）WLAN解决方案，使手提电脑及其它设备能通过蓝牙无线通信方式连结公司的LAN或其它类似组件。

  Intersil与Silicon Wave合作的目标是要开发出一系列双模解决方案，将兼容蓝牙的无线设备，与WECA Wi-Fi的IEEE 802.11b无线设备构建在同一平台上。估计初期将推出Cardbus32与MiniPCI两种平台，然后的目标是通过动态交换技术，使两种设备都能使用一般普通天线。这种双模无线电设备将比以往的无线设备更小。

走进无线局域网（序）
  无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过2亿。这些人包括大学教授、仓库管理员、护士、商店负责人、办公室经理和卡车司机。他们使用无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断地更新。

　　无线局域网的应用范围非常广范，如果将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。

　　目前局域网互联的传输介质往往是有线介质，这些有线介质在在某些特定的场合均存在一定的问题。例如拨号线的传输速率较低，在城市内速率只能达到14.4Bps；租用专线的速率虽然可以达到64Kbps，但是每年的租金一般在2.8万元以上；双绞线、同轴电缆、光纤则存在铺设费用高、施工周期长、移动困难、维护成本高、覆盖面积小等问题。

　　若采用无线网络，上面的一切问题都解决了。目前无线网络技术已相当成熟，广泛应用于各种军事、民用领域。现在，高速无线网络的传输速率已达到11M，完全能满足一般的网络传输要求，包括传输文字、声音、图象等，甚至可以多路声音、图象并发的传输。无线网络的最大传输距离也达到几十公里，甚至更远。而且随着无线网络的应用领域越来越广，其相应的价格也降下来了，已经是一般企事所能接受的，只需一次性投资，省去了许多后顾之忧。可以说现在的无线网络在性能、距离、价格上完全可以和有线网相媲美，甚至在某些方面超过有线网络。而且无线网络又有其自身的特有优点，一般无线网络安装相对方便，不受地区限制，可以连接有线介质无法连接的地方或者有线介质比较困难的场合，特别适合港口、码头、古建筑群、市中心两幢高楼之间等地方的连接。无线网的应用在中国越来越普遍了，这是因为人们逐渐认识无线网的优越性。它不受障碍物限制，速率较高，架设也很方便，组网迅速，并且可传输几十公里，将局域网扩大到整个城市。如城中，隔几条街道，或跨十几公里的范围内的局域网互联，或作为DDN专线的替代与Internet网相联；在小城镇，作为速率达11兆的高速线路与几十公里外的乡镇联网。

无线网的概念与特点

  当前网络技术飞速发展，建立网络不只是简单地将计算机在物理上连接起来，而是要合理地规划和设计整个网络系统，充分利用现在的各种资源，建立尊循标准的高效可靠，具有扩充性的网络系统。

　　一般来讲，凡是采用无线传输媒体的计算机网都可称为无线网。为区别于以往的低速网络，这里所指的无线网特指传输速率高于1Mb的无线计算机网。

　　目前，有线网和无线网的各种高速网络传输标准不断形成，智能化网络专用设备和网络管理系统的普遍应用，提高了网络性能和网络管理能力，网络容错技术更加成熟，增加了网络抗故障能力，出现了众多成熟的网络容错设备和系统，性能价格比极高的网络交换技术及相应产品，极大的提高了现有网络带宽的利应率，网络吞吐量得到显著改善，彻底改变了无线网的面貌。

　　现有市场形式分析：

　　有线组网

　　目前局域网互连的传输介质往往是有线介质，这些有线介质在不同的方面存在一定的问题，比如拨号线的传输速率较低，在城市里有些较好的传输线路下,速率才能达到33.6Kbps至56Kbps，租用专线的传输速率虽然可以达到64Kbps、128Kbps，但年租用费一般在2万元以上，且初装费也在万元以上，而采用双绞线、同轴电缆和光纤远程联网的方案，则存在铺设费用高，施工周期长，无法移动，变更余地小，维护成本高，覆盖面积小等诸多不利问题。

　　无线网络

　　随着通信事业的高速发展，无线网进入了一个新的天地，其有标准作基础，功能强，容易安装，组网灵活，即插即用的网络连接，可移动性等优点，提供了不受限制的应用。网络管理人员可以迅速而容易地将它加入到现有的网络中运行。无线数据通信已逐渐成为一种重要的通信方式。

　　总之，无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。在某种特殊环境下，无线通信是主要的甚至唯一的可行的通信方式。从通信方式上考虑，多元化通信方式是现代化通信网络的重要特征。
无线网的特点

　　下面我们将从传输方式、网络拓扑、网络接口等几个方面来描述无线网的特点。

　　一、传输方式

　　传输方式涉及无线网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。
　　目前无线网采用的传输媒体主要有两种，即无线电波与红外线。在采用无线电波做为传输媒体的无线网依调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。

　　1、扩展频谱方式

　　在扩展频谱方式展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍-几十倍后再被搬移至射频发射出去。这一作法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其它电子设备的干扰也减小了。
　　采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择所谓ISM频段，这里ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段，例如美国ISM频段由902MHz-928MHz，2.4GHz-2.48GHz，5.725GHz-5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。

　　2、窄带调制方式

　　在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。
　　与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方可使用。当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请。但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。

　　3、红外线方式

　　基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。做为无线局域网的传输方式，红外线的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限。

　　二、网络拓扑

　　无线局域网的扩扑结构可归结为两类：无中心或对等式（Peer to Peer）拓扑和有中心（HUB-Based）拓扑。

　　1、无中心拓扑

　　无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信。

　　采用这种拓扑结构的网络一般是用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用CSMA（载波监测多址接入）类型的多址接入协议。

　　这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。并且为了满足任意两个站点可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大。因此这种拓扑结构适用于用户相对减少的工作群网络规模。

　　2、有中心拓扑

　　在中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。
　　这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的而恶化并不剧烈。由于每个站点只需在中心站覆盖范围之内就可与其它站点通信，故网络中点站布局受环境限制亦小。此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。

　　有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。

　　在实际应用中，无线网往往与有线主干网络结合起来使用。这时，中心站点充当无线网与有线主干网的转接器。

　　三、网络接口

　　这涉及无线网中站点从哪一层接入网络系统。一般来讲，网络接口可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。

　　所谓物理层接口指使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改。这种接口放式在使用时一般做为有线网的集线器和无线转发器以实现有线局域网间互连或扩大有线局域网的覆盖面积。

　　另一种接口方法是从数据链路层接入网络。这种接口方法并不沿用有线局域网的MCA协议，而采用更适合无线传输环境的MAC协议。在实现时，MAC层及其及其以下层对上层是透明的,配置相应的驱动程序来完成域上层的接口,这样可保证现有的有线局域网操作系统或应用软件可在无线局域网上正常运转。

　　目前，大部分无线局域网厂商都采用数据链路层接口方法。

无线局域网的技术要求
  无线局域网与以往的基于蜂窝电话网、专用分组交换网及其它技术的无线计算机通信相比,有许多本质上的区别。

　　无线局域网必须支持高速突发数据业务,在室内使用时要解决包括多径衰落、相邻子网间串扰等问题。下面我们列出无线局域网必须克服的技术难点。

　　1、可靠性　有线局域网的信道误比特率达10-9，这样保证了通信系统的可靠性和稳定性。无线局域网的信道误比特率应尽可能低，否则，当误比特率过高而不能被纠错码纠正时，该错误分组将被安排重发。这样大量的重发分组会使网络的实际吞吐性能大打折扣。具根据我们的实验数据表明，如系统分组丢失率≤10-5 ，或信道误比特率≤10-8，可以保证较满意的网络性能。

　　2、兼容性　对室内应用的局域网，应尽可能与现有有线局域网兼容，现有的网络操作系统和网络软件应能在无线局域网上不加修改地正常运行。

　　3、数据数率　为了满足局域网的业务环境，无线局域网至少应具备1Mbps以上的数据数率。
4、通信保密　由于无线局域网的数据经无线媒体发往空中，要求其有较高的通信保密能力。无线局域网可在不同层次采取措施来保证通信的安全性。首先，采取适当的传输措施。例如，采用扩展频谱技术，使盗听者难以从空中捕获到有用信号。其次，为防止不同局域网间干扰与数据泄露，需采取网络隔离或设置网络认证措施。最后，在同一网中，应设置严密的用户口令及认证措施，防止非法用户入网。还应设置用户可选的数据加密方案，即使信号被盗听也难于理解其中的数据内容。

　　5、移动性　我们把无线局域网中的站分为全移动站与半移动站两类。全移动站指在网络覆盖范围内该站可在移动状态下保持与网络的通信。例如蜂窝电话网的移动站（收机）即是一种全移动站。半移动站指在网络覆盖范围内网中的站可自由移动，但仅在静止状态下才能与网络通信。支持全移动站的网络称为全移动网络，而支持半移动站的网络称为半移动网络。按以上分类，目前的无线局域网大都属于覆盖范围极小的（几米到几百米）的全移动网络。为了扩大覆盖范围和提高频带利用率，必然导致引入蜂窝或微蜂窝网络结构。

　　6、节能管理　由于无线局域网要面向便携机使用，为节省便携机内电池的消耗，网络应具有节能管理功能。即当某站不处于数据收发状态时，应使机内收发机处于休眠状态，当要收发数据时，再激活收发机。

　　7、小型化、低价格　这是无线局域网能够实用并普及的关键所在。这取决于大规模集成电路，尤其是高性能、高集成度砷化镓技术。目前3GHz以下砷化镓MMIC（微波单片集成电路）的技术已逐于成熟，已具备了生产小型、低价格无线局域网射频单元的技术能力。

　　8、电磁环境、无线电频段的使用范围　在室内使用的无线局域网，应考虑电磁波对人体健康的损害及其它电磁环境的影响。无线电管理部门应规定无线局域网能够使用的频段，规定发射功率及带外辐射等各项技术指标。