一、無線網(wǎng)絡(luò)的原理及主要標準

　　無線網(wǎng)絡(luò)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它提供了使用無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，并為通信的移動化、個人化和多媒體應(yīng)用提供了潛在的手段。一般而言，凡采用無線傳輸?shù)挠嬎銠C網(wǎng)絡(luò)都可稱為無線網(wǎng)。從WLAN到藍牙、從紅外線到移動通信，所有的這一切都是無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用典范。它不采用傳統(tǒng)電纜線提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施不需要埋在地下或隱藏在墻里，網(wǎng)絡(luò)能夠隨著實際需要移動或變化。說得通俗點，就是局域網(wǎng)的無線連接形式，也就是無線局域網(wǎng)(Wireless Local-area Network，WLAN)。

　　1.無線網(wǎng)絡(luò)傳輸原理

　　無線局域網(wǎng)的傳輸原理和普通有線網(wǎng)絡(luò)一樣，也是采用了ISO/RM七層網(wǎng)絡(luò)模型，只是在模型的最低兩層“物理層”和“數(shù)據(jù)鏈路層”中，使用了無線的傳輸方式。盡管目前各類無線網(wǎng)絡(luò)的標準和規(guī)范并不統(tǒng)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(yīng)用最為廣泛的一種無線網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)在家用電器中使用頻繁的家電遙控器幾乎都是采用紅外線傳輸技術(shù)。作為無線局域網(wǎng)的傳輸方式，紅外線傳輸?shù)淖畲髢?yōu)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(zhì)量受距離的影響非常大，并且紅外線對非透明物體的穿透性也非常差，這就直接導(dǎo)致了紅外線傳輸技術(shù)很難成為計算機無線網(wǎng)絡(luò)中的主角。相比之下，無線電波傳輸方式的應(yīng)用則廣泛得多。采用無線電波進行傳輸，不僅覆蓋范圍大、發(fā)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(tǒng)，具有很高的可用性。以下介紹幾種主要的無線電波調(diào)制方式。

　　(1)擴頻譜方式

　　擴頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率頻譜密度的信號來發(fā)射。增加帶寬可以在較低的信噪比情況下以相同的信息傳輸率來可靠地傳輸信息。在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)地增加信號帶寬，仍然能夠保持可靠的通信，也就是可以用擴頻方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比上的好處。這就是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。這一做法雖然犧牲了頻帶帶寬，但卻提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力和安全性。

　　目前采用擴展頻譜方式的無線局域網(wǎng)一般選擇的都是ISM頻段，這里ISM分別取于Industrial、Scientific及Medical的第一個字母。許多工業(yè)、科研和醫(yī)療設(shè)備的發(fā)射頻率均集中于該頻段。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(fā)射功率及帶寬輻射滿足美國聯(lián)邦通信委員會(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(xiàn)擴頻通信的基本工作方式有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(diào)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(wǎng)絡(luò)的通信中，就是采用這種工作方式。

　　(2)窄帶調(diào)制方式

　　顧名思義，在這種調(diào)制方式下，數(shù)據(jù)信號在不做任何擴展的情況下直接發(fā)射出去。與擴展頻譜方式相比，窄帶調(diào)試方式占用頻帶少，頻帶利用率高。不過，采用窄帶調(diào)制方式的無線局域網(wǎng)要占用專用頻段，在國內(nèi)現(xiàn)有條件下需經(jīng)過國家無線電管理部門的批準才能使用。

　　2.無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點

　　與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)具備了如下主要優(yōu)勢：

　　安裝便捷：在網(wǎng)絡(luò)的組建過程中，對周邊環(huán)境影響最大的就是網(wǎng)絡(luò)布線了。而無線局域網(wǎng)的組建則幾乎不用考慮它對環(huán)境帶來的影響，一般只需在該區(qū)域安放一個或多個無線接入(Access Point)設(shè)備即可建立網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

　　使用靈活：在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點位置的限制。而無線局域網(wǎng)一旦建成后，在信號覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何位置都可方便地接入網(wǎng)絡(luò)，進行數(shù)據(jù)通信。

　　經(jīng)濟節(jié)約：由于有線網(wǎng)絡(luò)靈活性的不足，設(shè)計者往往要盡可能地考慮到未來擴展的需要，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時要預(yù)設(shè)大量利用率較低的接入點，造成資源浪費。而且一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了預(yù)期的規(guī)劃，整體的改造也將是一筆不小的開支。無線局域網(wǎng)的出現(xiàn)，徹底解決了這一規(guī)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。

　　易于擴展：同有線局域網(wǎng)一樣，無線局域網(wǎng)具備了多種配置方式，能根據(jù)實際需要靈活選擇、合理搭配，并能提供像漫游等有線網(wǎng)絡(luò)無法提供的特性。

　　目前，無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbps，已經(jīng)非常接近有線局域網(wǎng)的傳輸速率，而且其遠至20km的傳輸距離也是有線局域網(wǎng)所望塵莫及的。作為有線局域網(wǎng)的一種補充和擴展，無線局域網(wǎng)使計算機具有了可移動性，能快速、方便地解決有線網(wǎng)絡(luò)不易實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連通問題。

　　3.無線網(wǎng)絡(luò)的主要標準

　　無線技術(shù)包括了無線局域網(wǎng)技術(shù)和以GPRS/3G為代表的無線上網(wǎng)技術(shù)，這些標準和技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)出現(xiàn)了包括IEEE802.11、藍牙技術(shù)和HomeRF等在內(nèi)的多項標準和規(guī)范，以IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)為代表的多個研究機構(gòu)針對不同的應(yīng)用場合，制定了一系列協(xié)議標準，推動了無線局域網(wǎng)的實用化。這些協(xié)議由Wi-Fi(Wi-Fi聯(lián)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(chǎn)品之間的相互協(xié)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局域網(wǎng)中國國家標準WAPI(無線局域網(wǎng)鑒別與保密基本結(jié)構(gòu)) 提案，這是中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線局域網(wǎng)標準，該標準較好地解決了無線局域網(wǎng)的安全問題，但是由于種種原因它現(xiàn)在并沒有得到執(zhí)行。下面列出了一些主要無線局域網(wǎng)標準。

　　(1) IEEE802.11系列協(xié)議

　　作為全球公認的局域網(wǎng)權(quán)威，IEEE 802工作組建立的標準在過去二十年內(nèi)在局域網(wǎng)領(lǐng)域獨領(lǐng)風騷。這些協(xié)議包括了802.3 Ethernet協(xié)議、802.5 Token Ring協(xié)議、802.3z 100BASE-T快速以太網(wǎng)協(xié)議。在1997年，經(jīng)過了7年的工作以后，IEEE發(fā)布了802.11協(xié)議，這也是在無線局域網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)的第一個國際上被認可的協(xié)議。在1999年9月，他們又提出了802.11b“High Rate”協(xié)議，用來對802.11協(xié)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(wǎng)絡(luò)吞吐速率。利用802.11b，移動用戶能夠獲得同Ethernet一樣的性能、網(wǎng)絡(luò)吞吐率與可用性。這個基于標準的技術(shù)使管理員可以根據(jù)環(huán)境選擇合適的局域網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)造自己的網(wǎng)絡(luò)，滿足他們的商業(yè)用戶和其他用戶的需求。802.11協(xié)議主要工作在ISO協(xié)議的最低兩層上，并在物理層上進行了一些改動，加入了高速數(shù)字傳輸?shù)奶匦院瓦B接的穩(wěn)定性。IEEE802.11工作組制訂的具體協(xié)議包括以下幾項。

　　IEEE 802.11a

　　IEEE 802.11a采用正交頻分(OFDM)技術(shù)調(diào)制數(shù)據(jù)，使用5GHz的頻帶，避開了當前微波、藍牙以及大量工業(yè)設(shè)備廣泛采用的2.4GHz頻段，因此其產(chǎn)品在無線數(shù)據(jù)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數(shù)據(jù)傳輸帶寬，是IEEE 802.11a的真正意義所在。IEEE 802.11a已經(jīng)為今后無線寬帶網(wǎng)的進一步要求做好了準備，從長遠的發(fā)展角度來看，其競爭力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品較IEEE 802.11b有著更低的功耗，這對筆記本電腦以及PDA等移動設(shè)備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(chǎn)品的廠商對IEEE 802.11a持謹慎態(tài)度。從目前的情況來看，由于這兩種技術(shù)標準互不兼容，不少廠商為了均衡市場需求，直接將其產(chǎn)品做成了a+b的形式，這種做法固然解決了兼容問題，但也帶來了成本增加的負面因素。其次，相關(guān)法律法規(guī)的限制，使5.2GHz頻段無法在全球各個國家獲得批準和認可。5.2GHz的高頻雖然令I(lǐng)EEE 802.11a具有了低干擾的使用環(huán)境，但也帶來了不利的一面——太空中數(shù)以千計的人造衛(wèi)星與地面站通信也恰恰使用5.2GHz頻段。此外，歐盟也只允許將5.2GHz頻率用于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(shù)，采用補碼鍵控(CCK)調(diào)制方式，使用2.4GHz頻帶。從性能上看，IEEE 802.11b的帶寬為11Mbps，實際傳輸速率在5Mbps左右，與普通的10Base-T規(guī)格有線局域網(wǎng)持平。無論是家庭無線組網(wǎng)還是中小企業(yè)的內(nèi)部局域網(wǎng)，IEEE 802.11b都能基本滿足使用要求。由于基于的是開放的2.4GHz頻段，因此IEEE 802.11b的使用無需申請，既可作為對有線網(wǎng)絡(luò)的補充，又可自行獨立組網(wǎng)，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(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡之間的通信方式，即一臺裝配了無線網(wǎng)卡的計算機可以與另一臺裝配了無線網(wǎng)卡的計算機進行通信，對于小型無線網(wǎng)絡(luò)來說，這是一種非常方便的互聯(lián)方案;而基本模式則是指無線網(wǎng)絡(luò)的擴充或無線和有線網(wǎng)絡(luò)并存時的通信方式，這也是IEEE 802.11b最常用的連接方式。此時，裝載無線網(wǎng)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接，由接入點來負責頻段管理及漫游等指揮工作。在帶寬允許的情況下，一個接入點最多可支持1024個無線節(jié)點的接入。當無線節(jié)點增加時，網(wǎng)絡(luò)存取速度會隨之變慢。

　　作為目前最普及、應(yīng)用最廣泛的無線標準，IEEE 802.11b的優(yōu)勢不言而喻。技術(shù)的成熟，使得基于該標準網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的成本得到了很好的控制，無論家庭還是企業(yè)用戶，無需太多的資金投入即可組建一套完整的無線局域網(wǎng)。但IEEE 802.11b的缺點也是顯而易見的，11Mbps的帶寬并不能很好地滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，只能作為有線網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)802.11a的速率要求。802.11g采用PBCC或CCK/OFDM調(diào)制方式，使用2.4GHz頻段，對現(xiàn)有的IEEE 802.11b系統(tǒng)向下兼容。它既能適應(yīng)傳統(tǒng)的802.11b標準，也符合IEEE 802.11a標準，從而解決了對已有的802.11b設(shè)備的兼容。

　　與IEEE 802.11a相同的是，IEEE 802.11g也使用了Orthogonal Frequency Division Multiplexing(正交分頻多任務(wù)，OFDM)的模塊設(shè)計，這是其54Mbps高速傳輸?shù)拿卦E。不同的是，IEEE 802.11g的工作頻段并不是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使用者所擔心的兼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兼容性上的優(yōu)勢外，IEEE 802.11g所工作的2.4GHz頻段的信號衰減程度不像IEEE 802.11a的5.2GHz那么嚴重，并且IEEE 802.11g還具備更優(yōu)秀的“穿透”能力，能適應(yīng)更加復(fù)雜的使用環(huán)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、無線電話等設(shè)備的干擾。此外，IEEE 802.11g的信號比IEEE 802.11b的信號能夠覆蓋的范圍要小得多，用戶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信號覆蓋。

　　(2)藍牙技術(shù)

　　藍牙技術(shù)將成為全球通用的無線技術(shù)，它工作在2.4GHz波段，采用的是跳頻展頻(FHSS)技術(shù)，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，距離為10m。任一藍牙技術(shù)設(shè)備一旦搜尋到另一個藍牙技術(shù)設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無需用戶進行任何設(shè)置。在無線電環(huán)境非常嘈雜情況下，其優(yōu)勢更加明顯。藍牙技術(shù)的主要優(yōu)點是成本低、耗電量低以及支持數(shù)據(jù)/語音傳輸。

　　(3)HomeRF

　　HomeRF是專門為家庭用戶設(shè)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設(shè)備之間實現(xiàn)通信，既可以通過時分復(fù)用支持語音通信;又能通過載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免協(xié)議提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。同時，HomeRF提供了與TCP/IP良好的集成，支持廣播、多播和48位IP地址。HomeRF最顯著的優(yōu)點是支持高質(zhì)量的語音及數(shù)據(jù)通信，它把共享無線連接協(xié)議(SWAP)作為未來家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的幾項技術(shù)指標，使用IEEE802.11無線以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸標準。

　　(4)HyperLAN/HyperLAN2

　　HyperLAN是ETSI制定的標準，分別應(yīng)用在2.4GHz和5GHz不同的波段中。與IEEE 802.11最大的不同，在于HyperLAN不使用調(diào)變的技術(shù)而使用CSMA(Carrier Sense Multiple Access)的技術(shù)。HyperLAN2采用Wireless ATM的技術(shù)，因此也可以將HyperLAN2視為無線網(wǎng)絡(luò)的ATM，采用5GHz射頻頻率，傳輸速率為54Mbps。

　　(5)WiMAX

　　作為寬帶無線通信的推動者，美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)于1999年設(shè)立IEEE 802.16工作組，工作內(nèi)容主要是開發(fā)固定寬帶無線接入系統(tǒng)標準，包括空中接口及其相關(guān)功能，標準涵蓋2～66 GHz 的許可頻段和免許可頻段，解決最后一公里的寬帶無線城域網(wǎng)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(yè)界廣泛關(guān)注，被認為是寬帶無線城域網(wǎng)(WMAN)的理想解決方案。為了推廣遵循IEEE802.16和ETSI HIPERMAN的寬帶無線接入設(shè)備，并確保其兼容性及互用性，一些主要的通信部件及設(shè)備制造商結(jié)成了一個工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織，即WiMAX，IEEE802.16標準又被稱之為WiMAX技術(shù)。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(shù)

　　GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務(wù)，它是利用“包交換”(Packet-Switched)的概念發(fā)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。采用包交換的好處是只有在有資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)馁Y料量計價，這對用戶來說是比較合理的計費方式。此外，在GSM phase 2+的標準里，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。每個用戶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數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個時隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達164kb/8。GSM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。

　　(7)3G技術(shù)

　　3G是英文3rd Generation的縮寫，指第三代移動通信技術(shù)。相對第一代模擬制式手機(1G)和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(2G)，第三代手機一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的傳輸速度。

　　國際電信聯(lián)盟(ITU)在2000年5月確定了W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流無線接口標準，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件《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(tǒng)為主的歐洲廠商。這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統(tǒng)相當普及的亞洲對這套新技術(shù)的接受度會相當高。因此W-CDMA具有先天的市場優(yōu)勢。

　　CDMA2000

　　CDMA2000也稱為CDMA Multi-Carrier，由美國高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現(xiàn)在成為該標準的主導(dǎo)者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMA One數(shù)字標準衍生出來的，可以從原有的CDMA One結(jié)構(gòu)直接升級到3G，建設(shè)成本低廉。但目前使用CDMA的地區(qū)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(fā)技術(shù)卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機已經(jīng)率先面世。

　　TD-SCDMA

　　該標準是由中國大陸?yīng)氉灾贫ǖ?G標準，1999年6月29日，由中國原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院(大唐電信)向ITU提出。該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、對業(yè)務(wù)支持的靈活性、頻率靈活性及成本等方面有著獨特優(yōu)勢。另外，由于中國的龐大市場，該標準受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TD-SCDMA標準。