無線網路技術應用速查方法技巧

　　一、無線網路的原理及主要標準

　　無線網路是計算機網路與無線通訊技術相結合的產物，它提供了使用無線多址通道的一種有效方法來支援計算機之間的通訊，併為通訊的移動化、個人化和多媒體應用提供了潛在的手段。一般而言，凡採用無線傳輸的計算機網路都可稱為無線網。從WLAN到藍芽、從紅外線到行動通訊，所有的這一切都是無線網路的應用典範。它不採用傳統電纜線提供傳統有線區域網的所有功能，網路所需的基礎設施不需要埋在地下或隱藏在牆裡，網路能夠隨著實際需要移動或變化。說得通俗點，就是區域網的無線連線形式，也就是無線區域網***Wireless Local-area Network，WLAN***。

　　1.無線網路傳輸原理

　　無線區域網的傳輸原理和普通有線網路一樣，也是採用了ISO/RM七層網路模型，只是在模型的最低兩層“物理層”和“資料鏈路層”中，使用了無線的傳輸方式。儘管目前各類無線網路的標準和規範並不統一，但是就其傳輸方式來看肯定是以下兩種之一：無線電波方式和紅外線方式。其中紅外線傳輸方式是目前應用最為廣泛的一種無線網技術，現在家用電器中使用頻繁的家電遙控器幾乎都是採用紅外線傳輸技術。作為無線區域網的傳輸方式，紅外線傳輸的最大優點是不受無線電波的干擾，而且紅外線的使用也不會被國家無線電管理委員會加以限制。但是，紅外線傳輸方式的傳輸質量受距離的影響非常大，並且紅外線對非透明物體的穿透性也非常差，這就直接導致了紅外線傳輸技術很難成為計算機無線網路中的主角。相比之下，無線電波傳輸方式的應用則廣泛得多。採用無線電波進行傳輸，不僅覆蓋範圍大、發射功率強，而且還具有隱蔽性、保密性等特點，不會干擾同頻的系統，具有很高的可用性。以下介紹幾種主要的無線電波調製方式。

　　***1***擴頻譜方式

　　擴頻通訊的基本特徵是使用比傳送的資訊資料速率高許多倍的偽隨機碼把載有資訊資料的基帶訊號的頻譜進行擴充套件，形成寬頻的低功率頻譜密度的訊號來發射。增加頻寬可以在較低的信噪比情況下以相同的資訊傳輸率來可靠地傳輸資訊。在訊號被噪聲淹沒的情況下，只要相應地增加訊號頻寬，仍然能夠保持可靠的通訊，也就是可以用擴頻方法以寬頻傳輸資訊來換取信噪比上的好處。這就是擴頻通訊的基本思想和理論依據。這一做法雖然犧牲了頻帶頻寬，但卻提高了通訊系統的抗干擾能力和安全性。

　　目前採用擴充套件頻譜方式的無線區域網一般選擇的都是ISM頻段，這裡ISM分別取於Industrial、Scientific及Medical的第一個字母。許多工業、科研和醫療裝置的發射頻率均集中於該頻段。例如美國ISM頻段由902MHz~928MHz、2.4GHz~2.48GHz、5.725GHz~5.850GHz三個頻段組成。如果發射功率及頻寬輻射滿足美國聯邦通訊委員會***FCC***的要求，則無須向FCC提出專門的申請即可使用ISM頻段。

　　實現擴頻通訊的基本工作方式有4種：直接序列擴頻***Direct Sequence Spread Spectrum***工作方式***簡稱DSSS方式***;跳變頻率***Frequency Hopping***工作方式***簡稱FH方式***;跳變時間***Time Hopping***工作方式***簡稱TH方式***;線性調頻***Chirp Modulation***工作方式***簡稱Chirp方式***。目前使用最多、最典型的擴頻工作方式是直擴式***DSSS方式***，在無線網路的通訊中，就是採用這種工作方式。

　　***2***窄帶調製方式

　　顧名思義，在這種調製方式下，資料訊號在不做任何擴充套件的情況下直接發射出去。與擴充套件頻譜方式相比，窄帶除錯方式佔用頻帶少，頻帶利用率高。不過，採用窄帶調製方式的無線區域網要佔用專用頻段，在國內現有條件下需經過國家無線電管理部門的批准才能使用。

　　2.無線網路的優點

　　與有線網路相比，無線區域網具備瞭如下主要優勢：

　　安裝便捷：在網路的組建過程中，對周邊環境影響最大的就是網路佈線了。而無線區域網的組建則幾乎不用考慮它對環境帶來的影響，一般只需在該區域安放一個或多個無線接入***Access Point***裝置即可建立網路覆蓋。

　　使用靈活：在有線網路中，網路裝置的安放位置受網路資訊點位置的限制。而無線區域網一旦建成後，在訊號覆蓋區域內的任何位置都可方便地接入網路，進行資料通訊。

　　經濟節約：由於有線網路靈活性的不足，設計者往往要儘可能地考慮到未來擴充套件的需要，在網路規劃時要預設大量利用率較低的接入點，造成資源浪費。而且一旦網路的發展超出了預期的規劃，整體的改造也將是一筆不小的開支。無線區域網的出現，徹底解決了這一規劃上的難題，充分保護了已有的投資，而且改造和維護起來也十分簡便。

　　易於擴充套件：同有線區域網一樣，無線區域網具備了多種配置方式，能根據實際需要靈活選擇、合理搭配，並能提供像漫遊等有線網路無法提供的特性。

　　目前，無線區域網的資料傳輸速率可達54Mbps，已經非常接近有線區域網的傳輸速率，而且其遠至20km的傳輸距離也是有線區域網所望塵莫及的。作為有線區域網的一種補充和擴充套件，無線區域網使計算機具有了可移動性，能快速、方便地解決有線網路不易實現的網路連通問題。

　　3.無線網路的主要標準

　　無線技術包括了無線區域網技術和以GPRS/3G為代表的無線上網技術，這些標準和技術發展到今天，已經出現了包括IEEE802.11、藍芽技術和HomeRF等在內的多項標準和規範，以IEEE***電氣和電子工程師協會***為代表的多個研究機構針對不同的應用場合，制定了一系列協議標準，推動了無線區域網的實用化。這些協議由Wi-Fi***Wi-Fi聯盟是一家世界性組織，成立的目標是確保符合802.11標準的WLAN產品之間的相互協作性***組織制定和進行認證。我國早在2004 年7 月26 日向國際標準化組織提交了無線區域網中國國家標準WAPI***無線區域網鑑別與保密基本結構*** 提案，這是中國擁有自主智慧財產權的無線區域網標準，該標準較好地解決了無線區域網的安全問題，但是由於種種原因它現在並沒有得到執行。下面列出了一些主要無線區域網標準。

　　***1*** IEEE802.11系列協議

　　作為全球公認的區域網權威，IEEE 802工作組建立的標準在過去二十年內在區域網領域獨領風騷。這些協議包括了802.3 Ethernet協議、802.5 Token Ring協議、802.3z 100BASE-T快速乙太網協議。在1997年，經過了7年的工作以後，IEEE釋出了802.11協議，這也是在無線區域網領域內的第一個國際上被認可的協議。在1999年9月，他們又提出了802.11b“High Rate”協議，用來對802.11協議進行補充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps兩個新的網路吞吐速率。利用802.11b，移動使用者能夠獲得同Ethernet一樣的效能、網路吞吐率與可用性。這個基於標準的技術使管理員可以根據環境選擇合適的區域網技術來構造自己的網路，滿足他們的商業使用者和其他使用者的需求。802.11協議主要工作在ISO協議的最低兩層上，並在物理層上進行了一些改動，加入了高速數字傳輸的特性和連線的穩定性。IEEE802.11工作組制訂的具體協議包括以下幾項。

　　IEEE 802.11a

　　IEEE 802.11a採用正交頻分***OFDM***技術調製資料，使用5GHz的頻帶，避開了當前微波、藍芽以及大量工業裝置廣泛採用的2.4GHz頻段，因此其產品在無線資料傳輸過程中所受到的干擾大為降低，抗干擾性較IEEE 802.11b更為出色。高達54Mbps資料傳輸頻寬，是IEEE 802.11a的真正意義所在。IEEE 802.11a已經為今後無線寬頻網的進一步要求做好了準備，從長遠的發展角度來看，其競爭力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的無線網路產品較IEEE 802.11b有著更低的功耗，這對膝上型電腦以及PDA等移動裝置來說也有著重大意義。

　　IEEE 802.11a的普及也有其自身的諸多限制。首先，IEEE 802.11a面臨的難題是來自廠商方面的壓力。眼下，IEEE 802.11b已走向成熟，許多擁有IEEE 802.11b產品的廠商對IEEE 802.11a持謹慎態度。從目前的情況來看，由於這兩種技術標準互不相容，不少廠商為了均衡市場需求，直接將其產品做成了a+b的形式，這種做法固然解決了相容問題，但也帶來了成本增加的負面因素。其次，相關法律法規的限制，使5.2GHz頻段無法在全球各個國家獲得批准和認可。5.2GHz的高頻雖然令IEEE 802.11a具有了低干擾的使用環境，但也帶來了不利的一面——太空中數以千計的人造衛星與地面站通訊也恰恰使用5.2GHz頻段。此外，歐盟也只允許將5.2GHz頻率用於其自己制定的另一個無線標準——HiperLAN。

　　IEEE 802.11b

　　IEEE 802.11b也被稱為Wi-Fi技術，採用補碼鍵控***CCK***調製方式，使用2.4GHz頻帶。從效能上看，IEEE 802.11b的頻寬為11Mbps，實際傳輸速率在5Mbps左右，與普通的10Base-T規格有線區域網持平。無論是家庭無線組網還是中小企業的內部區域網，IEEE 802.11b都能基本滿足使用要求。由於基於的是開放的2.4GHz頻段，因此IEEE 802.11b的使用無需申請，既可作為對有線網路的補充，又可自行獨立組網，靈活性很強。

　　從工作方式上看，IEEE 802.11b的運作模式分為兩種：點對點模式和基本模式。其中點對點模式是指無線網絡卡和無線網絡卡之間的通訊方式，即一臺裝配了無線網絡卡的計算機可以與另一臺裝配了無線網絡卡的計算機進行通訊，對於小型無線網路來說，這是一種非常方便的互聯方案;而基本模式則是指無線網路的擴充或無線和有線網路並存時的通訊方式，這也是IEEE 802.11b最常用的連線方式。此時，裝載無線網絡卡的計算機需要通過接入點***無線AP***才能與另一臺計算機連線，由接入點來負責頻段管理及漫遊等指揮工作。在頻寬允許的情況下，一個接入點最多可支援1024個無線節點的接入。當無線節點增加時，網路存取速度會隨之變慢。

　　作為目前最普及、應用最廣泛的無線標準，IEEE 802.11b的優勢不言而喻。技術的成熟，使得基於該標準網路產品的成本得到了很好的控制，無論家庭還是企業使用者，無需太多的資金投入即可組建一套完整的無線區域網。但IEEE 802.11b的缺點也是顯而易見的，11Mbps的頻寬並不能很好地滿足大容量資料傳輸的需要，只能作為有線網路的一種補充。

　　IEEE 802.11g

　　2001年11月，在IEEE 802.11會議上形成了IEEE 802.11g標準草案，目的是在2.4GHz頻段實現802.11a的速率要求。802.11g採用PBCC或CCK/OFDM調製方式，使用2.4GHz頻段，對現有的IEEE 802.11b系統向下相容。它既能適應傳統的802.11b標準，也符合IEEE 802.11a標準，從而解決了對已有的802.11b裝置的相容。

　　與IEEE 802.11a相同的是，IEEE 802.11g也使用了Orthogonal Frequency Division Multiplexing***正交分頻多工，OFDM***的模組設計，這是其54Mbps高速傳輸的祕訣。不同的是，IEEE 802.11g的工作頻段並不是IEEE 802.11a的5.2GHz，而是堅守在和IEEE 802.11b一致的2.4GHz頻段，這樣一來，原先IEEE 802.11b使用者所擔心的相容性問題得到了很好的解決，IEEE 802.11g提供了一個平滑過渡的選擇。

　　除了具備高傳輸率以及相容性上的優勢外，IEEE 802.11g所工作的2.4GHz頻段的訊號衰減程度不像IEEE 802.11a的5.2GHz那麼嚴重，並且IEEE 802.11g還具備更優秀的“穿透”能力，能適應更加複雜的使用環境。但是先天性的不足***2.4GHz工作頻段***，使得IEEE 802.11g和它的前輩IEEE 802.11b一樣極易受到微波、無線電話等裝置的干擾。此外，IEEE 802.11g的訊號比IEEE 802.11b的訊號能夠覆蓋的範圍要小得多，使用者可能需要添置更多的無線接入點才能滿足原有使用面積的訊號覆蓋。

　　***2***藍芽技術

　　藍芽技術將成為全球通用的無線技術，它工作在2.4GHz波段，採用的是跳頻展頻***FHSS***技術，資料速率為1Mbps，距離為10m。任一藍芽技術裝置一旦搜尋到另一個藍芽技術裝置，馬上就可以建立聯絡，而無需使用者進行任何設定。在無線電環境非常嘈雜情況下，其優勢更加明顯。藍芽技術的主要優點是成本低、耗電量低以及支援資料/語音傳輸。

　　***3***HomeRF

　　HomeRF是專門為家庭使用者設計的，它工作在2.4GHz，利用50跳/秒的跳頻擴譜方式，通過家庭中的一臺主機在移動裝置之間實現通訊，既可以通過時分複用支援語音通訊;又能通過載波監聽多重訪問/衝突避免協議提供資料通訊服務。同時，HomeRF提供了與TCP/IP良好的整合，支援廣播、多播和48位IP地址。HomeRF最顯著的優點是支援高質量的語音及資料通訊，它把共享無線連線協議***SWAP***作為未來家庭內聯網的幾項技術指標，使用IEEE802.11無線乙太網作為資料傳輸標準。

　　***4***HyperLAN/HyperLAN2

　　HyperLAN是ETSI制定的標準，分別應用在2.4GHz和5GHz不同的波段中。與IEEE 802.11最大的不同，在於HyperLAN不使用調變的技術而使用CSMA***Carrier Sense Multiple Access***的技術。HyperLAN2採用Wireless ATM的技術，因此也可以將HyperLAN2視為無線網路的ATM，採用5GHz射頻頻率，傳輸速率為54Mbps。

　　***5***WiMAX

　　作為寬頻無線通訊的推動者，美國電氣和電子工程師協會***IEEE***於1999年設立IEEE 802.16工作組，工作內容主要是開發固定寬頻無線接入系統標準，包括空中介面及其相關功能，標準涵蓋2～66 GHz 的許可頻段和免許可頻段，解決最後一公里的寬頻無線都會網路的接入問題。隨著研究的深入，IEEE相繼推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16d、8 IEEE 02.16e等一系列標準，該系列標準引起業界廣泛關注，被認為是寬頻無線都會網路***WMAN***的理想解決方案。為了推廣遵循IEEE802.16和ETSI HIPERMAN的寬頻無線接入裝置，並確保其相容性及互用性，一些主要的通訊部件及裝置製造商結成了一個工業貿易聯盟組織，即WiMAX，IEEE802.16標準又被稱之為WiMAX技術。其最大傳輸速度為可達到75M bps，最大傳輸距離可達50km。

　　***6***GPRS技術

　　GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務，它是利用“包交換”***Packet-Switched***的概念發展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將Date封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹。採用包交換的好處是隻有在有資料需要傳送時才會佔用頻寬，而且可以以傳輸的資料量計價，這對使用者來說是比較合理的計費方式。此外，在GSM phase 2+的標準裡，GPRS可以提供四種不同的編碼方式，這些編碼方式也分別提供不同的錯誤保護***Error Protection***能力。利用四種不同的編碼方式,每個時槽可提供的傳輸速率為CS-1***9.05K***、CS-2***13.4K***、CS-3***15.6K***及CS-4***21.4K***，其中CS-1的保護最為嚴密，CS-4則是完全未加以任何保護。每個使用者最多可同時使用八個時槽，所以GPRS號稱最高傳輸速率為171.2K bps。

　　GPRS是一種新的GSM資料業務，它在移動使用者和資料網路之間提供一種連線，給移動使用者提供高速無線IP和X.25分組資料接入服務。GPRS採用分組交換技術，它可以讓多個使用者共享某些固定的通道資源。如果把空中介面上的TDMA幀中的8個時隙都用來傳送資料，那麼資料速率最高可達164kb/8。GSM空中介面的通道資源既可以被話音佔用，也可以被GPRS資料業務佔用。

　　***7***3G技術

　　3G是英文3rd Generation的縮寫，指第三代移動通訊技術。相對第一代模擬製式手機***1G***和第二代GSM、TDMA等數字手機***2G***，第三代手機一般地講，是指將無線通訊與國際網際網路等多媒體通訊結合的新一代移動通訊系統。它能夠處理影象、音樂、視訊流等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種資訊服務。為了提供這種服務，無線網路必須能夠支援不同的資料傳輸速度，也就是說在室內、室外和行車的環境中能夠分別支援至少2Mbps、384kbps以及144kbps的傳輸速度。

　　國際電信聯盟***ITU***在2000年5月確定了W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流無線介面標準，寫入3G技術指導性檔案《2000年國際移動通訊計劃》***簡稱IMT-2000***。

　　W-CDMA

　　W-CDMA即WidebandCDMA，也稱為CDMADirectSpread，意為寬頻分碼多重存取，其支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商。這套系統能夠架設在現有的GSM網路上，對於系統提供商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統相當普及的亞洲對這套新技術的接受度會相當高。因此W-CDMA具有先天的市場優勢。

　　CDMA2000

　　CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier，由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和後來加入的韓國三星都有參與，韓國現在成為該標準的主導者。這套系統是從窄頻CDMA One數字標準衍生出來的，可以從原有的CDMA One結構直接升級到3G，建設成本低廉。但目前使用CDMA的地區只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發技術卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機已經率先面世。

　　TD-SCDMA

　　該標準是由中國大陸獨自制定的3G標準，1999年6月29日，由中國原郵電部電信科學技術研究院***大唐電信***向ITU提出。該標準將智慧無線、同步CDMA和軟體無線電等當今國際領先技術融於其中，在頻譜利用率、對業務支援的靈活性、頻率靈活性及成本等方面有著獨特優勢。另外，由於中國的龐大市場，該標準受到各大主要電信裝置廠商的重視，全球一半以上的裝置廠商都宣佈可以支援TD-SCDMA標準。