方案實施背景資料 隨著計算機技術和網絡技術的蓬勃發展,網絡在各行各業中的應用越來越廣。有線網絡以其傳輸速度高,產品的品牌和數量眾多,以及技術發展速度快等優點,占據了網絡應用領域上相當大的市場份額。
然而,隨著移動計算技術的日益普及和工業標準逐步為市場所采納和接受,無線網絡的應用領域正在不斷地擴大。
無線局域網的出現使人們不必再圍著機器轉,它采用以太網的幀格式,使用簡單。無線局域網方便了用戶訪問網絡數據,高吞吐量無線局域網可以實現11Mb/s的數據傳輸速率。
從網絡角度來看,它涉及互聯網和城域網(Metropolitan Area Network-MAN)、局域網(Local Area Network-LAN)及最近提出的“無線個域網” (Wireless Personal Area Network - WPAN)。在廣域網(Wide Area Network-WAN)、城域網和局域網的層次結構中,WPAN的范圍是最小的。
WPAN將取代線纜成為連接包括移動電話、筆記本個人電腦和掌上設備在內的各類用戶個人設備的工具。WPAN可以隨時隨地地為用戶實現設備間的無縫通訊,并使用戶能夠通過蜂窩電話、局域網或廣域網的接入點聯入網絡。
家庭短距離無線聯網方案
1.Bluetooth應用
通過Bluetooth(藍牙)技術,你四周的電子設備將會通過無線的網絡連接在一起。這些設備包括:桌上型電腦、筆記本電腦、打印機、手持設備、移動電話、傳呼機和可攜帶的音樂設備等。想象一下在機場通過連接數據接入點無線地檢查是否有E-mail,以及使用身后的打印機無線地打印文檔,該是多么方便。
藍牙技術是由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝這五大公司于1998年5月聯合推出的一項旨在實現網絡中各類數據及語音設備(如PC、撥號網絡、筆記本電腦、打印機、傳真機、數碼相機、移動電話、高品質耳機等)互連的計劃,并為紀念第一個統一北歐語言的人Norse國王而命名為藍牙。
該計劃公布后,迅速得到了摩托羅拉、朗訊、康柏、西門子、高通、3Com、TDK等公司的廣泛支持,并共同成立了藍牙非凡愛好小組(Bluetooth SPecial Interest Group)來負責該項工作。
藍牙收發信機采用跳頻擴譜技術,在2.45 GHz ISM頻帶上以1600跳/s的速率進行跳頻。依據各國的具體情況,以2.45 GHz為中心頻率,最多可以得到79個1MHz帶寬的信道。除采用跳頻擴譜的低功率傳輸外,藍牙還采用鑒權和加密等措施來提高通信的安全性。
藍牙協議可以分為4層,即核心協議層、電纜替代協議層、電話控制協議層和采納的其他協議層。
藍牙的核心協議由基帶、鏈路治理(LMP)、邏輯鏈路控制與適應協議(L2CAP)和業務搜尋協議(SDP)等四部分組成。從應用的角度看,射頻、基帶和LMP可以歸為藍牙的低層協議,它們對應用而言是十分透明的。
串行電纜仿真協議(RFCOMM)像SDP一樣位于L2CAP之上,作為一個電纜替代(Cable Replacement)協議,它通過在藍牙的基帶上仿真RS-232的控制和數據信號,為那些將串行線用作傳輸機制的高級業務(如OBEX協議)提供傳輸能力。
電話控制協議包括電話控制規范二進制(TCSBIN)協議和一套電話控制命令(AT-commands)。其中,TCSBIN定義了在藍牙設備間建立話音和數據呼叫所需的呼叫控制信令;AT-commands則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話和調制解調器的命令。
電纜替代層、電話控制層和被采納的其他協議層可歸為應用專用(application-specific)協議。在藍牙中,應用專用協議可以加在串行電纜仿真協議之上或直接加在L2CAP之上。
被采納的其他協議有PPP、UDP/TCP/ip、OBEX、WAP、WAE、vCard、vCalendar等。
2. HomeRF應用
無線局域網技術HomeRF,是專門為家庭用戶設計的短距離無線聯網方案。
它基于共享無線訪問協議(shared Wireless access PRotocol,SWAP),可應用于家庭中的移動數據和語音設備與主機之間的通信。
符合SWAP規范的產品工作在2.4GHz頻段,使用每秒50跳的跳頻擴展頻譜技術,通過家庭中的一臺主機在移動數據和語音設備之間實現通信,既可以通過時分復用支持語音通信,又能通過載波監聽多重訪問/沖突避免協議提供數據通信服務。同時,HomeRF提供了與TCP/IP良好的集成,支持廣播和48位IP地址。
按照SWAP規范,用戶可以建立無線家庭網絡,用戶可在PC、PC增強無繩電話、手持式遠程顯示器等設備之間共享話音、數據和Internet連接;用手持顯示裝置在房間內和房間四周的任何地方訪問Internet;在多臺PC間共享文件、調制解調器、打印機等;向多個無繩手機、傳真機和話音郵箱轉發電話;使用小型PC增強無繩電話手機重復收聽話音、傳真和電子郵件;簡單地使用PC增強無繩電話手機發出話音命令,來激活其他家用電子系統;可以玩PC或Internet上的多人游戲。
美國聯邦通信委員會(FCC)最近采取措施,答應下一代HomeRF無線通信網絡傳送最高速度提升到10Mb/s,這個速度是目前此種網絡速度的5倍。這將使HomeRF的帶寬與802.11家族中的競爭對手相一致,并且將使HomeRF更加適合在無線網絡上傳輸音樂和視頻信息。使用HomeRF共享無線訪問協議(SWAP)2.0版本的產品的帶寬將會得到擴大。
無線局域網(WLAN)方案
在網絡應用日益普及的今天,局域網作為一種通用的聯網手段,得到了極為廣泛的應用,其傳輸速率、網絡性能不斷提高。不過,它基本采用的是有線傳輸媒介,在許多不適宜布線的場合,受到很大程度的限制。另一方面,無線數據傳輸技術近年來不斷獲得突破,標準化進展也極為迅速,這使得局域網環境下的數據傳輸完全可以擺脫線纜的束縛。在此基礎上,無線局域網開始崛起,越來越受到人們的重視。
1.無線局域網概念和工作原理
一般來講,凡是采用無線傳輸媒體的計算機局域網都可稱為無線局域網。這里的無線媒體可以是無線電波、紅外線或激光。
無線局域網的基礎還是傳統的有線局域網,是有線局域網的擴展和替換。它只是在有線局域網的基礎上通過無線HUB、無線訪問節點(AP)、無線網橋、無線網卡等設備使無線通信得以實現。
2.無線局域網標準
實際上,無線局域網早在80年代就已經得到廣泛應用,當時受到技術上的制約,通信速率只有860kb/s,工作在900MHz的頻段。能夠了解并享受它的好處的人少之又少。
到了90年代初,隨著技術的進步,無線局域網的通信速率已經提高到1 ~2Mb/s,工作頻段為2.4GHz,并開始向醫療、教育等多媒體應用領域延伸。
無線局域網的發展也引起國際標準化組織的關注,IEEE從1992年開始著手制訂802.11標準,以推動無線局域網的發展。1997年,該標準獲得通過,它大大促進了不同廠商產品之間的互操作性,并推進了已經萌芽的產業的發展。
802.11標準僅限于物理(PHY)層和媒介訪問控制(MAC)層。物理層對應于國際標準化組織的七層開放系統互連(OSI)模型的最低層,MAC層與OSI第二層的下層相對應,該層與邏輯鏈路控制(LLC)層構成了OSI的第二層。
標準實際規定了三種不同的物理層結構,用戶可以從中選出一種,它們中的每一種都可以和相同的MAC層進行通信。802.11工作組的成員認為在物理層實現方面有多個選擇是必要的,因為這可以使系統設計人員和集成人員根據特定應用的價格、 性能、 操作等方面的因素來選擇一種更合適的技術。這些選擇實際上非常類似,就像10BaseT, 10Base2及100BaseT等都在以太網領域取得了很大的成功一樣。另外,企業局域網通常會使用有線以太網和無線節點混合的方式,它們在使用上沒有區別。
近年來,無線局域網的速率有了本質的提高,新的IEEE802.11b標準支持11Mb/s高速數據傳輸。這為寬帶無線應用提供了良好的平臺。
3.無線局域網傳輸方式
就傳輸方式而言,無線局域網可以分為兩類:紅外線系統和射頻系統。前者的優點在于不受無線電的干擾;鄰近區域無干擾;不受管制機構的政策限制;在視距范圍內傳輸,監測和竊聽困難,保密性好。不過,由于紅外線傳輸對非透明物體的透過性極差,傳輸距離受限。
此外,它輕易受到日光、熒光燈等噪聲干擾,并且只能進行半雙工通信。所以,相比而言,射頻系統的應用范圍遠遠高于紅外線系統。
采用射頻方式傳輸數據,一般都需要引入擴頻技術。在擴頻系統中,信號所占用的帶寬遠大于所需發送信息的最小帶寬,并采用了獨立的擴展信號。擴頻技術具有安全性高、抗干擾能力強和無需許可證等優點。目前,在全球范圍內應用比較廣泛的擴頻技術有直接序列(DS)擴頻技術和跳頻(FH)擴頻技術。
就頻帶利用來說,DS采用主動占有的方式,FH則是跳換頻率去適應。在抗干擾方面,FH通過不同信道的跳躍避免干擾,丟失的數據包在下一跳重傳。DS方式中數據從冗余位中得到保證,移動到相鄰信道避免干擾。同DS方式相比,FH方式速度慢,最多只有2 ~3Mb/s。DS傳輸速率可以達到11Mb/s,這對多媒體應用來說非常有價值。從覆蓋范圍看,由于DS采用了處理增益技術,因此在相同的速率下比FH覆蓋范圍更大。不過,FH的優點在于抗多徑干擾能力強。此外,它的可擴充性要優于DS。DS有3個獨立、不重疊的信道,接入點限制為三個。FH在跳頻不影響性能時最多可以有15個接入點。
新的無線局域網標準協議IEEE802.11b只支持DS方式,但是IEEE802.11對這兩種技術都是推薦的。
應該說,FH和DS這兩種擴頻方式在不同的領域都擁有適合自身的應用環境,一般說來,在需要大范圍覆蓋時選DS,需要高數據吞吐量時選擇DS,需要抗多徑干擾強時選擇FH。
4.無線局域網的常見拓撲形式
根據不同的應用環境,目前無線局域網采用的拓撲結構主要有網橋連接型、訪問節點連接型、HUB接入型和無中心型四種。
(1)網橋連接型。該結構主要用于無線或有線局域網之間的互連。當兩個局域網無法實現有線連接或使用有線連接存在困難時,可使用網橋連接型實現點對點的連接。在這種結構中局域網之間的通信是通過各自的無線網橋來實現的,無線網橋起到了網絡路由選擇和協議轉換的作用?! ?BR>(2)訪問節點連接型。這種結構采用移動蜂窩通信網接入方式,各移動站點間的通信是先通過就近的無線接收站(訪問節點:AP)將信息接收下來,然后將收到的信息通過有線網傳入到“移動交換中心”,再由移動交換中心傳送到所有無線接收站上。這時在網絡覆蓋范圍內的任何地方都可以接收到該信號,并可實現漫游通信。
(3)HUB接入型。在有線局域網中利用HUB可組建星型網絡結構。同樣也可利用無線HUB組建星型結構的無線局域網,其工作方式和有線星型結構很相似。但在無線局域網中一般要求無線HUB應具有簡單的網內交換功能。
(4)無中心型結構。該結構的工作原理類似于有線對等網的工作方式。它要求網中任意兩個站點間均能直接進行信息交換。每個站點既是工作站,也是服務器。
5. 無線局域網的優勢
無線局域網在很多應用領域具有獨特的優勢:一是可移動性,它提供了不受線纜限制的應用,用戶可以隨時上網;二是輕易安裝、無須布線,大大節約了建網時間;三是組網靈活,即插即用,網絡治理人員可以迅速將其加入到現有網絡中,并在某種環境下運行;四是成本低,非凡適合于變化頻繁的工作場合。
此外,無線網絡相對來說比較安全,無線網絡通信以空氣為介質,傳輸的信號可以跨越很寬的頻段,而且與自然背景噪音十分的相似,這樣一來,就使得竊聽者用普通的方式難以偷聽到數據。
“加密”也是無線網絡必備的一環,能有效提高其安全性。所有無線網絡都可加設安全密碼,竊聽者即使千方百計地接收到數據,若無密碼,想打開信息系統亦無計可施。
6. 無線局域網應用環境
(1) 無線局域網的應用方向之一是增加電腦的移動性,讓電腦更符合人性,例如在辦公室內,企業經理們可以像使用室內無繩電話那樣,隨心所欲地使用聯網的筆記本電腦。
(2) 在難于布線的室外環境下,無線局域網可充分發揮其高速率、組網靈活之優點。尤其在公共通信網不發達的狀態下,無線局域網可作為區域網(覆蓋范圍幾十公里)使用。
它的范圍可以延伸到城市建筑群間通信;學校校園網絡;工礦企業廠區自動化控制與治理網絡;銀行、金融證券城區網絡;城市交通信息網絡;礦山、水利、油田等區域網絡;港口、碼頭、江河湖壩區網絡;野外勘測、實驗等流動網絡;軍事、公安流動網絡等領域。
(3) 無線局域網與有線主干網構成了移動計算網絡。
這種網絡傳輸速率高、覆蓋面大,是一種可傳輸多媒體信息的個人通信網絡。這也是無線局域網的發展方向。
無線網絡的應用實例
無線網絡的應用前景廣闊,許多國際上有實力的廠商都在開發這一塊市場。目前世界上占主導地位的無線網絡廠商有3Com公司、朗訊公司(Lucent)、思科公司等。下面,讓我們來看一下各公司在無線網絡方面的應用情況。
思科Aironet340系列是一個全面完整的產品家族,包括接入點,易安裝的PC卡,PCI和ISA客戶機適配器,以太網客戶機程序,還有line-of-sight戶外橋接器??蛻舳蓑寗映绦蛑С职╓indows 95/98、 Windows NT 4.0、Windows 2000和 Novell NetWare等。Aironet 340系列接入點可以作為單機無線網絡的中心點或無線與有線10/100以太網間的連接點。Aironet 340無線橋接器產品可在遠達25英里的建筑之間提供點對點或單點對多點連接。對于沒有擴展總線的以太網設備,思科提供以太網客戶和多客戶適配器,它可以支持多達四個MAC地址,用來支持使用便宜的以太網集線器的多以太網設備。作為Aironet 340系列的一部分,思科提供多種多樣的天線、電纜線、和附件,這就使得滿足客戶要求的各種使用條件下非凡配置成為可能。
思科Aironet 340系列接入點由一個11Mb/s的局域網收發器組成,它的功能就象無線和有線網絡之間的一座橋,或是一個單機無線網絡的集線器。Aironet接入點為大企業和中小型商業客戶提供靈活的配置、優異的治理性能和與其他IEEE802.11 b-compliant WLAN產品之間的互用性。利用自適應的10/100Mb/sRJ-45界面,Aironet340系列接入點提供對以太網和快以太網中樞的支持,這使得它很輕易整合到有線網絡中樞中去。利用有無線功能的客戶PC和Aironet接入點提供的思科發明的漫游功能,使用掌上電腦,筆記本和其他手持設備的用戶就可以在校園環境內自由移動,同時能夠和本地服務器和互聯網保持無間斷的連接。
無線以太網橋思科Aironet 340系列為需要將視距從1000英尺到25英里內的分離器件連接起來的企業提供低成本、經濟的11Mb/s連接。Aironet橋的安裝,配置都很簡便,并且可以提供點對點和單點對多點的連接能力。無線橋不受惡劣天氣的影響,不要求政府的許可證。其他的特性還包括:支持IEEE 802.1d Spanning Tree協議,先進的診斷能力以簡化發現修理故障的過程。
適應各種無線局域網(WLAN)應用的需要,思科系統公司提供了一系列經過FCC(聯邦通訊委員會)認證的天線(包括特定方向以及無方向的天線)、低衰減電纜、連接部件以及其他附件。思科Aironet無線適配器提供了一個標準的天線,對于大多數11Mb/s的無線局域網來說已是足夠了。為了通告傳輸范圍,客戶可以從眾多選配的高增益天線中進行選擇。
思科Aironet接入點天線與所有的思科Cisco RP-TNC接入點兼容。該天線擁有不同增益、傳輸范圍、波段及外型型號。在接入點上上配置不同的天線能夠覆蓋不同的范圍、通告數據傳輸的速率及可靠性。
思科Aironet無線網橋答應兩座長距離的建筑物之間的數據傳遞。這些天線是對方向敏感的,適用與點對點的傳輸模式。對方向不敏感的天線適合于點到多點的傳輸類型。
3Com AirConnect無線局域網解決方案適用于任何希望輕松實現網絡無縫擴展的單位—無論是將電腦系統放置在大廳里還是在整個園區移動,都不必擔心連接中斷或線纜敷設。它們可以提供諸如電子郵件、因特網/內部網連接、企業資源規劃等至關重要的應用程序的無線訪問。與其他無線局域網不同,AirConnect無線局域網解決方案可直接集成于現有的有線網絡結構,實現有線局域網的無縫擴展。
大型企業可以以不同的方式使用這些解決方案,例如:在難于使用有線線路的地方獲得網絡訪問;在會議室和公共場所提供網絡訪問;確保與分支辦事處的連接;在不愿意使用線纜的地方提供網絡接入;在飯店和會議中心設立臨時網絡。
對于小型企業來說,可選擇使用AirConnect無線局域網解決方案替代昂貴的線纜安裝,創建最適合他們的網絡結構。
治理人員、學生、銷售經理和其他任何需要在移動中進行研究和作出決定的人,現在可以自由工作而不必使用冗長單調的下載或傳統的紙筆。
利用3Com AirConnect無線局域網解決方案,用戶可以最高11Mb/s的速度發送和接收信息—比過去的無線局域網快5倍。該方案中的每個無線訪問節點可同時支持多達63個無線客戶機并在標準辦公環境中提供300英尺(100m)的無線覆蓋。利用多重無線訪問節點和3Com產品的靈活特性,用戶可以在其整個公司園區配置無線網絡,以使得用戶可隨意漫游。為了確??煽康倪B接,AirConnect支持動態速率轉換和自動負載均衡。動態速率轉換可調整無線連接速度以補償無線電頻率干擾,而自動負載均衡可作用于多重Access Point之間的無線通信,以優化網絡性能。這兩種特性可確保多個用戶能以盡可能高的速率訪問網絡服務。
AirConnect無線局域網在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s速率上,符合IEEE802.11和IEEE802.11b標準。同時,在1Mb/s和2Mb/s速率上,還向下兼容原來的802.11DS標準。
AirConnect無線局域網解決方案還可以與現有的有線以太網相結合。AirConnect配有一套安裝、治理和最終用戶工具,可以很輕易地為用戶的網絡增加無線局域網的能力并降低總成本。作為北電網絡的“一體化網絡”方案的重要一員,Reunion寬帶無線接入系統能夠幫助傳統和新興的電信運營商采用最新的點對多點的技術在本地網競爭中居于領先地位。
Reunion可應用于許多現有和新開發的市場上,為企業用戶、電子商務、家庭辦公以及醫療和零售市場提供高容量、點對多點的寬帶接入服務。
Reunion的安裝部署迅速快捷,對環境與現有業務影響極小。Reunion 的另一個重要的優勢在于其網絡單元少,易于布置和治理,從而系統網絡維護治理和運營成本遠低于有線網絡。Reunion基于開放的工業標準模塊化和可擴展性的結構,確保按照客戶需求增加業務和擴大服務范圍。
結束語
隨著人們對移動性需求的日益增長,無線網絡的市場越來越大。據DataQuest 1998年作出的估計,1997 ~2002年間,移動電腦銷售將增長19.5%,平均5臺膝上電腦就有3臺安裝了無線PC適配卡。另據有關數據,從1999 ~2001年,全球范圍內無線LAN市場的年均復合增長率達43%,從5.9億美元增加到12億美元。
即便無線網絡擴張的速度很快,人們還是清醒地看到這樣一個事實,無線網絡并不是要取代現有的有線網絡,它只是有線網絡有益的補充形式。使用無線網的最終目標也不是消除有線設備,而是盡量減少線纜和斷線時間,讓有線與無線網絡更好地配合,為人們生活和工作帶來方便。
目前,由于相關的配套技術不足,無線網絡傳輸速度還存在著一些局限?,F在無線網絡的帶寬還比較局限,與有線局域網主干可達千兆還差得很遠。與有線網絡相比,無線網絡的通信環境要受到更多的限制。由于電源限制、可用的頻譜限制以及無線網絡的移動性等特點,無線數據網絡一般具有帶寬少、延遲長、連接穩定性差、可用性很難猜測等特點。計算機系統在有線網絡上一般可獲得較佳的網絡性能、傳輸速度及數據吞吐量。假如需要的是固定網點、穩定通信,有線網絡是上佳選擇。
隨著搭建無線網絡的成本持續下調,配套技術隨之日漸完善,無線網絡的覆蓋范圍又見突破,大大促進了無線網絡通信的推廣。除了大型企業之外,中、小型企業和家庭用戶也開始逐漸熟悉到無線局域網帶來的好處。
盡管無線局域網有種種優點,但是PC廠商在出售無線LAN產品時多采取慎重態度。這是因為,在家庭里利用的無線聯網方式,除了無線LAN外,還有一些其他方案。藍牙主要用于在便攜式信息設備之間以無線方式進行數據通信;HomeRF則用于PC同家電之間以無線方式進行數據通信。而無論藍牙還是HomeRF,其最大傳輸速度都只有2Mb/s。此外,它們的傳輸距離都只有幾十米,比無線LAN最多可達的100米要短。在鋼筋混凝土這類能使電波明顯衰減的使用環境里,藍牙和HomeRF的傳輸距離甚至會縮短到只有幾米。
考慮到藍牙和HomeRF較之無線局域網的不足之處,可以認為,它們很難取代無線LAN。需要指出的是,藍牙和HomeRF在開發時就有其特定的用途,而不是為了取代無線LAN。所以,在家庭里它們將互相取長補短,得以并存。例如,PC之間和PC上網用無線LAN,移動電話同PC之間用藍牙,PC同家電之間用 HomeRF。
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