0 引言
    無線局域網(WLAN，Wireless Local Area Networks)是計算機網絡技術與無線電通信技術結合的產物，是在有線局域網的基礎上發(fā)展起來的。與有線局域網相比，無線局域網采用的是無線鏈路(Cable-free link)構成網絡。局域網廣泛應用于辦公自動化、工業(yè)自動化和銀行等金融系統(tǒng)，并且符合軍隊、公安部門等其它特殊場合的要求。具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?p>
l 無線局域網的主要特征
    無線局域網的出現彌補了有線網絡的不足，較之有線網絡它具有安裝的靈活性、網絡的伸縮性、網絡的移動性等優(yōu)勢。
1．1 網絡拓撲結構
    WLAN拓撲結構可分為有中心(Hub—Based)和無中心(Peer to peer)局域網兩類。在有中心結構的網絡拓撲中，設有一個無線節(jié)點充當基站，所有節(jié)點訪問均由其控制，每個節(jié)點只要在中心站覆蓋范圍之內就可與其它節(jié)點通信，并且中心節(jié)點為訪問有線主干網提供了一個邏輯節(jié)點，這與蜂窩式移動通信的方式非常相似。這種結構的缺點是抗毀性差，中心節(jié)點的故障容易導致整個網絡的癱瘓；對于無中心結構的網絡，要求其中任意節(jié)點均可與其它節(jié)點通信，所以又稱自組織網絡(Ad hoc)。由于無中心節(jié)點控制網絡的接入，各節(jié)點都具有路由器功能，又都可以競爭共用信道，為此，大多數無中心結構的WLAN都要采用CSMA類型的MAC協(xié)議。
    應該指出的是，自組局域網在軍用和民用領域都有很好的應用前景，在軍事領域中，由于戰(zhàn)場往往沒有預先建好的固定接入節(jié)點，攜帶移動站的戰(zhàn)士就可以利用臨時建立的移動自組網絡進行通信。這種組網方式也能夠應用到作戰(zhàn)的地面裝甲車輛和坦克群，以及海上艦艇群、空中的機群。由于每一個移動設備都具有路由器的轉發(fā)分組的功能，因此，這種自組局域網的生存能力非常好。在民用領域，當出現自然災害時，在搶險救災中利用移動自組網絡進行及時的通信往往也是很有效的，因為這時事先已經建好的固定網絡基礎設施可能都已被毀壞。
1．2 傳輸媒質及傳輸方式
    WLAN的傳送介質有兩種，即無線電波和紅外線，前者使用居多。紅外線局域網有較強的方向性，適于近距離通信。而采用無線電波作為媒體的局域網，覆蓋范圍大，而且，這種局域網多采用擴頻技術，發(fā)射功率比自然背景的噪聲低，有效的避免了信號的偷聽和竊取，使通信非常安全，具有很高的實用性。無線局域網采用微波傳輸，使用的頻段有三個，L頻段、S頻段、C頻段。目前大多數產品使用S頻段(2．4GHz～2．4835GHz)，在這些波段內的WLAN的產品大多數采用擴頻調制方式，主要有DS和FH兩種。

2 無線局域網標準
    WLAN近年來的迅速發(fā)展受到了一系列標準協(xié)議的制定的促進，這些協(xié)議中影響最大的是IEEl302．1l系列標準，在此主要介紹無線局域網的這種標準。
2．1 IEEE 802．11標準
    1997年6月，IEEE推出了第一代無線局域網標準——IEEE 802．11。該標準定義了物理層和介質訪問控制子層的協(xié)議規(guī)范。
    IEEE 802．11在物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制方法，定義了兩個無線電射頻(RF)傳輸方法和一個紅外線傳輸方法。RF傳輸標準包括直接序列擴頻技術和跳頻擴頻技術。直接序列擴頻技術采用二進制相移鍵控(BPSK)技術，可以以lMbps的速率進行發(fā)射，如果使用正交相移鍵控(QPSK)技術，發(fā)射速率可以達到2Mbps。跳頻擴頻技術利用GFSK二級或四級調制方式可以達到2Mbps的工作速率。
    由于在無線網絡中沖突檢測較困難，為了盡量減少數據的傳輸碰撞和重試發(fā)送，防止各站點無序地爭用信道，IEEE802．1l規(guī)定無線局域網介質訪問控制子層采用CSMA／CA(載波監(jiān)聽多路訪問／沖突防止)協(xié)議，而不是沖突檢測(CD)協(xié)議。CSMA／CA通信方式將時間域的劃分與幀格式緊密聯系起來，保證某一時刻只有一個站點發(fā)送，實現了網絡系統(tǒng)的集中控制。
2．2 IEEE 802．1lb標準
    為了支持更高的數據傳輸速率和更健全的連接性，IEEE于1999年9月批準了IEEE 802．1lb標準。IEEE802．1lb標準對IEEE 802．1l標準進行了修改和補充，其中最重要的改進就是在IEEE 802．11的基礎上增加了兩種更高的通信速率5．5Mbps和11Mbps。
    IEEE 802．11b采用了補充編碼鍵控(CCK)，CCK由64個8比特長的碼字組成。IEEE 802．11b規(guī)定在速率為5．5Mbps時使用CCK，對每個載波進行4比特編碼。而當速率為llMbps時，對每個載波進行8比特編碼。同時，MAC層的多速率機制確保當工作站之間距離過長或干擾過大時信噪比低于某個門限值時，傳輸速率能夠從11Mb／s自動降到5．5Mb／s，進一步可調整到2Mb／s和1Mb／s。
    由于現行的以太網技術可以實現不同速率以太網絡之間的兼容，因此有了IEEE 802．11b標準之后，移動用戶將可以得到以太網級的網絡性能、速率和可用性，管理者也可以無縫地將多種LAN技術集成起來，形成一種能夠最大限度地滿足用戶需求的網絡。

3 無線局域網的組成及工作原理
    無線局域網也類似有線局域網，設備相應的有無線網卡、無線接入點(AP)、無線網橋(Bridge)、無線網關(Gate—way)和無線路由器等。下面僅介紹無線網卡和無線接入點的組成原理。
3．1 無線網卡
    無線網卡是在無線局域網的覆蓋下，通過無線連接網絡上網所使用的無線終端設備。無線網卡一般由網絡接口控制器(NIC)、擴頻調制及解擴解調單元及微波收發(fā)信機單元等三部分組成，如圖l所示。其中：NIC為網絡接口控制單元；BBP是基帶處理單元；IF是中頻調制解調器；RF是射頻單元。

    NIC可以實現IICEE802．11的協(xié)議規(guī)范的MAC層功能，主要負責接入控制，在移動主機有數據要發(fā)送時，NIC負責接收主機發(fā)送的數據，并按照一定的格式封裝成幀，然后根據多址接入協(xié)議(在WLAN中為IEEE802．1l協(xié)議)把數據幀發(fā)送到信道中去。當接收數據時，NIC根據接收幀中的目的地址，判別是否是發(fā)往本機的數據，如果是則接收該幀信息，并進行CRC校驗。為了實現上述功能，NIC還需要完成發(fā)送和接收緩存的管理，通過計算機總線進行DMA操作和I／O操作，與計算機交換數據。
    后面三個單元組成一個通信機，用來實現物理層功能，并與NIC進行必要的信息交換。由于寬帶無線IP網絡中的通信業(yè)務具有寬帶、突發(fā)的特點，因此對通信機提出了更高的要求。BBP在發(fā)送數據時對數據進行調制，IF處理器把基帶數據調制到中頻載波上去，再由RF單元進行上變頻，把中頻信號變換到射頻上發(fā)射。在接收數據時，先由RF單元把射頻信號變換到中頻上，然后由IF進行中頻處理，得到基帶接收信號。BBP對基帶信號進行解調處理，恢復位定時信息，把最后獲得的數據交給NIC處理。
    事實上，在物理實現上可以將不同的功能單元組合到一起。例如NIC與BBP處理器都工作在基帶，可以將兩者集成到一起；IF可以全數字化，它與BBP結合在一起可以更方便地實現一些功能。
    無線網卡的軟件主要包括基于MAC控制芯片的固件和主機操作系統(tǒng)下的驅動程序。固件是網卡上最基本的控制系統(tǒng)，主要基于MAC芯片來實現對整個網卡的控制和管理。在固件中完成了最底層、最復雜的傳輸／發(fā)送模塊功能，并向下提供與物理層的接口，向上提供一個程序開發(fā)接口，為程序開發(fā)人員開發(fā)附加的移動主機應用功能提供支持。
3．2 無線接入點(AP)
    無線接入點作為移動終端與有線網絡通信的接入點，其主要任務是協(xié)調多個移動終端對無線信道的訪問，所以其功能主要對應于OSI模型中的MAC層。和有線以太網中的Hub類似可以實現。
    無線網絡的幀格式(IEEE802．11幀)與有線網絡的幀格式(IEEE802．3幀)之間的轉換；負責本CELL內的管理，包括終端的登陸、認證、散步和漫游的管理；具有簡單網管功能。做到“操作透明性”和“性能透明性”。
    從邏輯上講，AP由無線收發(fā)部分、有線收發(fā)部分、管理與軟件部分及天線組成，如圖2所示。

    AP上有兩個端口，一個是無線端口，所連接的是無線小區(qū)中的移動終端；另一個是有線端口，連接的是有線網絡。在AP的無線端口，接收無線信道上的幀，經過格式轉換后成為有線網格式的幀結構，再轉發(fā)到有線網絡上；同樣，AP把從有線端口上接收到的幀，轉換成無線信道上的幀格式轉發(fā)到無線端口上。AP在對幀處理過程中，可以相應地完成對幀的過濾及加密工作，從而可以保證無線信道上數據的安全性。