自從1977年第1個民用局域網系統(tǒng)ARCnet投入運行以來，局域網以其廣泛的適用性和技術價格方面的優(yōu)勢，獲得了成功和迅速的發(fā)展，已成為數(shù)據(jù)網絡領域中基于宿主機的最流行的網絡連接形式。

隨著社會對計算機依靠性的迅速增加，用戶要求互連的計算機數(shù)量更多，類型也更為復雜。現(xiàn)代固態(tài)電子技術的發(fā)展，使人們可以根據(jù)不同的要求選擇不同的網絡方案，但傳統(tǒng)有線網絡由于受設計或環(huán)境條件的制約，在物理、邏輯和資金方面普遍存在著一系列問題，非凡是當涉及到網絡移動和重新布局時，所以發(fā)展一種可行的無線通信網絡技術作為現(xiàn)有數(shù)據(jù)連接的擴充已成為一種需要。進入90年代以來，隨著個人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，功能強大的便攜式數(shù)據(jù)終端以及多媒體終端的廣泛應用，為了實現(xiàn)任何人在任何時間、任何地點均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目標，要求傳統(tǒng)的計算機網絡由有線向無線，由固定向移動，由單一業(yè)務向多媒體發(fā)展，更進一步推動了無線局域網（WirelessLAN，以下簡稱無線LAN）的發(fā)展。

無線LAN和個人通信網（PCN）代表了90年代通信網絡技術的發(fā)展方向。PCN主要用于支持速率小于56kbit／s的語音／數(shù)據(jù)通信，而無線LAN大多用于傳輸率大于1Mbit／s的局域和室內數(shù)據(jù)通信，同時為未來多媒體應用（語音、數(shù)據(jù)和圖像）提供了一種潛在的手段。無線LAN既可滿足各類便攜機的入網要求，也可作為傳統(tǒng)有線LAN的補充手段。當然，局域網技術應用于無線信道之所以成為可能，還在于相關技術的發(fā)展解決了某些要害性問題：

（1）天線設計技術的發(fā)展，使得在無線LAN中，每個節(jié)點在保證信號強度的同時，實現(xiàn)整個區(qū)域的覆蓋。

（2）高性能、高集成度的CMOS和GaAs半導體技術的發(fā)展，以及多芯片模塊技術（MCM）的出現(xiàn)，使得在一塊低功耗、低成本專用集成電路（ASIC）芯片上可同時實現(xiàn)信號的調制解調，完成在微波以上頻段的收發(fā)信功能。

（3）網絡軟硬件設計技術的進展，使芯片實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理和復雜協(xié)議成為可能。

網絡的組成

無線LAN基本上可分為三部分：通信設備、用戶終端和支持單元。

通信設備依據(jù)功能可分為四類：無線LAN“固定小區(qū)”、無線LAN“移動小區(qū)”、無線LAN“橋路器”，以及通信保密裝置（COMSEC）。“移動小區(qū)”與“固定小區(qū)”類型相似，區(qū)別主要在于當用戶移動時能否提供無中斷連接和越區(qū)切換。無線“橋路器”為分散的“固定小區(qū)”或獨立的“移動小區(qū)”提供中遠距離的點對點連接，橋路器檢查每個數(shù)據(jù)包的地址，并確定最佳路由方案。COMSEC裝置是為了滿足通信鏈路的保密要求設置的，它可以采用分組交換的數(shù)據(jù)加密設備（DED）進行網絡端-端加密，也可以使用整體加密裝置滿足整條物理鏈路的安全要求。

用戶終端提供的業(yè)務包括電子郵件、數(shù)據(jù)傳送、語音和圖像信息。其中，計算數(shù)據(jù)、仿真結果等，在傳輸過程中不答應出錯，所以對易出錯誤的無線傳輸信道而言，須采用糾錯能力較強的編碼方案，并且數(shù)據(jù)重傳次數(shù)顯著增加，會給系統(tǒng)帶來大量額外開銷。而用戶的多媒體信息，如語音和圖像數(shù)據(jù)，相對而言容錯性能較好，在一幀圖像或語音采樣中出現(xiàn)少量錯誤，對數(shù)據(jù)的整體性能影響不大。

網絡支持包括本地網絡治理和外部接口設備兩大部分。網絡治理由網絡的整體配置和各主要模塊（設備、軟件）配置組成，例如：COMSEC的加密算法和密鑰治理就被作為網絡治理的一部分，由中心統(tǒng)一控制。至于外部接口設備，在其它網絡中可能已經予以考慮，但為了滿足自維護網絡的要求，在條件答應（如空間資源不緊張）的情況下，還是應該保留。

網絡的拓樸結構

在無線LAN中，目前使用的拓撲結構主要有三種形式：點對點型、HUB型和全分布型。這三種結構解決問題的方法各有優(yōu)缺點，目的都是讓用戶在無線信道中，獲得與有線LAN兼容或相近的傳輸速率。

（1）點對點型

典型的點對點結構，是通過單頻或擴頻微波電臺、紅外發(fā)光二極管、紅外激光等方法，連接兩個固定的有線LAN網段，實際上是作為一種網絡互連方案。無線鏈路與有線LAN的連接是通過橋路器或中繼器完成的。點對點拓撲結構簡單，采用這種方案可獲得中遠距離的高速率鏈路。由于不存在移動性問題，收發(fā)信機的波束寬度可以很窄，雖然這會增加設備調試難度，但可減小由波束發(fā)散引起的功率衰耗。

（2）HUB型

這種拓撲由一中心節(jié)點（HUB）和若干外圍節(jié)點組成，外圍節(jié)點既可以是獨立的工作站，也可與多個用戶相連。中心HUB作為網絡治理設備，為訪問有線LAN或服務器提供邏輯接入點，并監(jiān)控所有節(jié)點對網路的訪問，治理外圍設備對廣播帶寬的競爭，其治理功能由軟件具體實現(xiàn)。在此拓撲中，任何兩外圍節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信都須經過HUB，所以這種路由方案是種典型的集中控制式。

采用這種結構的網絡，具有用戶設備簡單，維護費用低，網絡治理單一等優(yōu)點，并可與微蜂房技術結合，實現(xiàn)空間和頻率復用，但是，用戶之間的通信延遲增加，網絡抗毀性能較差，中心節(jié)點的故障輕易導致整個網絡的癱瘓。

（3）完全分布型

完全分布結構，目前還無具體應用，僅處于理論探討階段，它要求相關節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)揮作用，類似于分組無線網的概念。對每一節(jié)點而言，或許只有網絡的部分拓撲知識（也可通過軟件的安裝獲取全部拓撲結構），但它可與鄰近節(jié)點以某種方式分享對拓撲結構的熟悉，由此完成一種分布路由算法，即路由上的侮一節(jié)點都要協(xié)助將數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點。

分布式結構抗毀性能好，移動能力強，可形成多跳網，適合較低速率的中小型網絡，但對于用戶節(jié)點而言，復雜性和成本較其它結構大幅度提高，網絡治理困難，并存在多徑干擾和“遠-近”問題，同時隨著網絡規(guī)模的擴大，其性能指標下降較快。但在軍事領域中，分布式無線LAN具有很好的應用前景。

網絡的傳輸方式

現(xiàn)行的無線LAN按傳輸方式通常可分為兩種：紅外系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)。

1、紅外（IR）系統(tǒng)

紅外無線LAN在室內的應用正引起極大的關注，由于它采用低于可見光的部分頻譜作為傳輸介質，其使用不受無線電治理部門的限制。紅外信號要求視距傳輸，檢測和竊聽困難，對鄰近區(qū)域的類似系統(tǒng)也不會產生干擾，假如采用微蜂房技術，小區(qū)頻率復用度可為1。

紅外波段由于頻率太高，不能像射頻那樣進行調制解調。假如采用聚焦波束的點對點方案，在距離30m時可達到的比特速率至少為5OMbit／s，但出于安全考慮，其發(fā)射功率受到限制；漫射（diffuse）技術可為用戶提供移動能力，但由于多徑干擾以及對環(huán)境變化的敏感，一般工作于較低速率；準漫射技術（quasi-diffuse）綜合了兩者的優(yōu)點，是目前紅外LAN研究的熱點，也是發(fā)展的方向。在實際應用中，由于IR系統(tǒng)具有很高的背景噪聲（日光、環(huán)境照明等），一般要求的發(fā)射功率較高，而采用現(xiàn)行技術，非凡是LED，很難獲得高的比特速率（＞1OMbit／s），盡管如此，紅外無線LAN仍是目前“100Mbit／s以上、性能價格比高的網絡”唯一可行的選擇。

2、射頻（RF）系統(tǒng)

RF無線LAN是目前最為流行的無線LAN，它按頻段可劃分為三類：

（1）非專用頻段，或稱為工業(yè)、科研、醫(yī)學（ISM）頻段

ISM頻段，位于調頻無線電和蜂窩電話使用的UHF頻段高端。由于此頻段頻譜資源擁擠，可用的帶寬較少，所以必須采用擴頻技術。由于優(yōu)越的抗干擾性和保密性，擴頻技術已被廣泛應用于軍事通信，其概念就是把原始信息的帶寬變換成帶寬寬得多的類噪聲信號，擴頻信號輻射的功率是被擴展過10～1000倍原始信息的帶寬，這樣，功率譜密度也相應降低相同的量，擴頻信號對窄帶信號（FDMA，TDMA）用戶的干擾也相應地降低相同的量，于是擴頻信號對窄帶用戶的干擾就很小了。另一方面，擴頻信號本身具有強的抗干擾能力，從這個意義上說，在窄帶用戶發(fā)射功率一定時，由于擴頻處理增益的作用，擴頻寬帶信號可以與窄帶信號共享相同的頻帶。也正鑒于此，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）在1985年開放了三個頻段：（902～928）MHz，（2.4～2.4835)GHz，（5.725～5.85)GHz，答應輸出功率小于1W的擴頻電臺免許可證使用，這極大地促進了無線LAN的發(fā)展。

ISM頻段中涉及的免許可證電臺，可以采用直接序列擴頻（DS）、跳頻（HF），也可以是混合擴頻（DS／HF）。DS技術常用于較高速率的數(shù)據(jù)通信，跳頻系統(tǒng)從本質而言還是窄帶傳輸過程，由于限制了調制帶寬，通常速率較低，所以ISM頻段的無線LAN大多采用DS擴頻，F(xiàn)CC對其使用做了較嚴格的技術規(guī)定。但是，擴頻技術并不能從根本上解決可用帶寬問題，在無線傳輸中，數(shù)據(jù)編碼的可用帶寬越多，可達到的總的數(shù)據(jù)率就越高，盡管FCC開放了多個頻段，但其總的可用帶寬有限，理論上，處理增益l0dB的DS系統(tǒng)（QPSK）可得到的最大數(shù)據(jù)率分別為2.6Mbit／s（900MHz）和8.35Mbit／s（2.4GHz）。而目前工作于ISM頻段中的無線LAN最高數(shù)據(jù)率均小于Mbit／s。

此外，在ISM頻段中射頻信號具有一定的透射和繞射能力，頻率復用度較低，無法與最新的微蜂房技術結合，阻止了其應用范圍的進一步擴大。

（2）專用頻段：（18.825～18.875）GHz，（19.165～19.215）GHz

18GHz波段的主要優(yōu)點是它具有一系列UHF和紅外光波的混合頻率特性，對于微蜂房網絡應用很有吸引力，可獲得較高的頻率復用度，并且信號不必嚴格限于視距傳輸。18GHz波段具有足夠高的頻率，辦公設施、生產設備對無線LAN的干擾很小，而且由于所需功率小，系統(tǒng)產生的微波能量也不會影響其它電子系統(tǒng)和設備的正常工作。

18GHz波段另一個主要優(yōu)勢在于具有足夠的帶寬，最近FCC劃分的專用頻段，可供10個10MHz信道使用，由于FCC的控制，也減少了潛在的系統(tǒng)同頻干擾。專用頻段一般選用頻帶利用率高的窄帶調制方式（如TDMA），所以這一頻段的無線LAN多使用時分雙工（TDD）復用技術，使系統(tǒng)在進行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，還有足夠的頻率間隔保證數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。

（3）毫米波段（mmW）

工作于毫米波段的無線LAN可提供更大的信息傳輸容量，但在技術上還未成熟。mmW與IR系統(tǒng)在物理層上有許多相似之處，在mmW系統(tǒng)中使用天線分集技術可明顯提高抗阻塞和抗多徑干擾能力，而IR系統(tǒng)由于波長短，使用天線分集時抗多徑性能改善不大，只能減小陰影、阻塞和時延擴展帶來的影響。此外，在mmW中采用靜態(tài)路徑補償相對簡單，并且mmWLAN具有很好的LPI／AJ特性，非凡是在頻率高端（58GHz左右）。在此頻段中，由于大氣氧產生分子諧振，比低頻段正常傳播損耗高約18dB／km，這種附加的衰落使信號明顯具有明顯的作用范圍，區(qū)域外不易檢測和竊聽到LAN信號，也使外來干擾對LAN不會產生大的影響，因此，毫米波段無線LAN在軍事領域中具有極好的發(fā)展前景。

網絡協(xié)議

分布計算環(huán)境的基礎是網絡數(shù)據(jù)的高質量傳輸，以有線以太網為例，其誤碼率在10-12數(shù)量級，出錯后還可通過分組重傳采取進一步保護措施。而在無線LAN中即使采用糾錯編碼、反饋補償?shù)认嚓P技術，要獲得有線LAN那樣的低誤碼率仍然困難。因此與有線傳輸相比，無線LAN在數(shù)據(jù)鏈路層上存在較大差異。

在介質訪問控制子層（MAC），有線LAN多遵循IEEE802系列標準，例如802.3的載波偵聽多路訪問／沖突檢測（CSMA／CD）協(xié)議，802.5的令牌環(huán)路協(xié)議等。而無線LAN的MAC標準化工作還未最后完成，IEEE802.11正致力于這方面的研究。由于MAC層及其以下各層對上層是透明的，只要配置相應的驅動程序，保證現(xiàn)有的有線局域網操作系統(tǒng)和應用軟件在無線局域網上正常運行，所以我們重點討論MAC層的協(xié)議。評價LAN協(xié)議的好壞，除了物理層傳輸速率，主要是吞吐量和時延特性參數(shù)。

（1）IEEE802系列

紅外無線LAN多采用IEEE802系列標準，所以它可以直接使用現(xiàn)有的應用軟件，可工作于802.X速率。而射頻波段的無線LAN，由于其物理層固有的信道波動性，采用上述協(xié)議不如有線系統(tǒng)可靠。

（2）載波偵聽多路訪問／沖突避免（CSMA／CA）協(xié)議

由于無線介質動態(tài)范圍大，一般的沖突檢測方法在技術上難以實現(xiàn)，所以射頻無線LAN大多采用沖突避免的協(xié)議。CSMA／CA從本質上說，是時分復用技術和CSMA／CD的組合，其隨機訪問特性，保證它在協(xié)議層、帶寬共享和物理信道特性方面性能可靠，但由于增加了時隙分配、同步比特等額外開銷，其運行速度一般低于IEEE802.3協(xié)議。

（3）IEEE802.11

1993年11月，IEEE802.11委員會提出了“基于分布方式的無線介質訪問控制協(xié)議”草案，簡稱DFWMAC，其基本出發(fā)點是CSMA／CA，但為了增強異步傳輸業(yè)務的可靠性，采用了MAC層確認機制，對幀丟失予以檢測并重新發(fā)送。此外，為了進一步減少碰撞，收發(fā)節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸前可交換簡短的控制幀，來完成信道占用時間確定等功能。

（4）時分雙工（TDD）復用技術

TDD技術采用時分多址（TDMA）的常規(guī)傳輸方式，即將一時隙預約TDMA作為MAC協(xié)議，網絡結構包括一控制模塊和若干用戶模塊。用戶發(fā)送數(shù)據(jù)前要先發(fā)送請求，控制模塊會在下一幀中分配時隙，從而避免了沖突。在傳送突發(fā)性很強的單向高速數(shù)據(jù)時，可通過使用多時隙和不對稱傳輸（使用上、下行時隙同向傳送）來實現(xiàn)。幀長的選擇取決于兩個因素：時延和有效性。幀長越短，由于開銷比特固定，有效性越差；相反則時延越大，所以幀長是采用TDD技術的無線LAN設計中的要害問題。

（5）網關方式

這種方式基于國際標準化組織定義的開放系統(tǒng)互連（OSI）協(xié)議體系結構，采用802.X與上層軟件接口，然后安裝一完全不同的協(xié)議棧供無線信道使用，實現(xiàn)有線LAN和無線信道協(xié)議在邏輯鏈路控制（LLC）層的互連，使系統(tǒng)不必依靠于特定的有線LAN技術。

綜上所述，無線LAN協(xié)議的要害在于提高吞吐量、降低網絡時延、有效利用信道。同時，一些國際標準，如泛歐數(shù)字無繩電話標準DECT，也向支持無線LAN應用的方向發(fā)展，它通過將橋路器和無線基站集成，使PABX和LAN系統(tǒng)相結合，來支持語音、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務的傳輸。

網絡設計中的問題

（1）吞吐量

目前，有些設備吞吐量已超過15Mbit／s，而有些只能達到15kbit／s或者更低，對用戶而言，應以滿足實際需求、有效利用帶寬為原則。以互連有線以太網為例，雖然有線網傳輸速率可達100Mbit／s，但實際的最大負載約為4Mbit／s（因為隨著輸入量增大，沖突和重傳次數(shù)也相應增加），若是遠距離傳輸，吞吐量會降低至2～3）Mbit／s。此外，在有線LAN中，只有無線節(jié)點的業(yè)務才會通過無線接口。因此，工作于較低速率（2Mbit／s）的無線LAN，可很好地與有線以太網相匹配，并具有較好的性能。

從長遠看，無線LAN提供的速率應與FDDI（分布式光纖接口）或BISDN（寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網）兼容，所以目前人們正致力于傳輸率100Mbit／s系統(tǒng)的研究開發(fā)。

（2）保密性

由于無線傳輸介質的開放性，除了在網絡治理層采取一定的安全措施外，在無線LAN中，擴頻傳輸技術也提供了許多安全方面的優(yōu)點，如LPI／AJ特性。不同的擴頻用戶選擇不同的擴頻碼可共享同一頻帶，只有與發(fā)信機具有相同擴頻碼的收信機才能恢復或解擴信號，PN碼使數(shù)據(jù)的保密性能得到增強。但直擴或跳頻技術帶來的優(yōu)點，在單頻傳輸時無法實現(xiàn)，所以有必要發(fā)展一種動態(tài)、簡單的加密設備或算法，不僅易于連接和操作，而且傳輸密碼對數(shù)據(jù)鏈路也不會產生太多的附加延遲或開銷。在實際應用中，既可以通過獨立的設備，也可采用硬件或軟件方法融入無線LAN設備中實現(xiàn)。

（3）“動中通”（OTM，on-the-move）

隨著計算機大量進入商業(yè)市場和軍事部門，主機之間的相互通信變得非常重要。無論普通用戶，還是軍事指揮員，都希望能從網絡的任何位置，不需復雜的尋址或長時間的物理連接就可發(fā)送數(shù)據(jù)。目前無線LAN已完成了“無束縛”的靜態(tài)操作，下一步發(fā)展目標，將是OTM能力，即在以一定速度行進時，可無中斷地收發(fā)數(shù)據(jù)，這將是實現(xiàn)個人通信網（PCN）的一條有效途徑。當然，為了擴大覆蓋范圍和提高頻譜利用率，有必要引入蜂房或微蜂房技術，所以說未來的無線LAN將是多項最新的通信技術的結合。

結束語

無線LAN技術的未來極大地依靠于標準的建立，雖然IEEE802.11委員會的研究進展比原計劃滯后，但它對無線LAN的發(fā)展起著重要作用，此外，IsoENet（對等以太網）計劃也可望在無線LAN發(fā)展中產生積極影響。

為了實現(xiàn)通信業(yè)務的可視化、智能化和個人化（VI&P），國際電信研究與開發(fā)的熱點正轉向寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網（BISDN），而異步轉移模式（ATM）作為BISDN的基本傳輸機制，在無線網絡中的應用將無可避免。因此，采用ATM連接將是下一代無線LAN發(fā)展的核心，當然這其中還有很多問題值得進一步探討。