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介绍无线局域网(一)

作者:课课家教育     来源: http://www.kokojia.com点击数:948发布时间: 2017-03-24 14:00:48

标签: 无线局域网WLAN通信技术

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  在无线局域网WLAN发明之前,人们要想通过网络进行联络和通信,必须先用物理线缆-铜绞线组建一个电子运行的通路,为了提高效率和速度,后来又发明了光纤。在这篇教程中,小编就和大家简单的介绍一下无线局域网吧。

  小编会从几个方面来进行介绍无线局域网,首先要和大家讲述的第一个方面就是:WLAN的基本概念,现在就让我们一起来学习一下吧。

  一、关于WLAN的概念

  无线局域网络英文全名:WirelessLocalAreaNetworks,简单写为:WLAN。这一种无线局域网技术可以大致分为两大阵营:欧洲邮电委员会(CEPT)制定出来的HIPERLAN(即HighPerformanceRadioLAN)标准体系以及IEEE802.11标准体系。那么什么叫做IEEE802.11标准体系呢?

  其实802.11协议组是国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准。另外一个方面,IEEE802.11标准是由面向数据通信的计算机局域网发展而来,采用一种无连接的网络协议。大家可以看到,现在市场上的有很多的产品都是一句这一个标准进行开发的。然而与之进行对抗的HIPERLAN-2标准则是基于连接的无线局域网,致力于面向语音的蜂窝电话这一个方面。

  在这里,大家还应该注意一点,那就是IEEE802.11标准的制定始于1987年。最开始的时候是在802.4L小组作为令牌总线的一部分来进行研究的,它主要的目的就是用来工厂设备的控制设施通信。在1990年的时候,IEEE802.11小组就已经正式独立出来了。这一个小组的工作就是专门从事制定一些MAC层标准以及WLAN的物理层。在1997年的时候,颁布了一个IEEE802.11标准。它是运行在2.4GHz的ISM(即IndustrialScientificandMedical)频段,支持2Mbps以及IMbps的数据速率,并且还采用了扩频通信技术。接下来的日子里面又出现了两个新的标准,在1998年推出的IEEE802.llb标准也是运行在ISM频段,采用CCK(ComplementaryCodeKeying)调制技术,支持11Mbps的数据速率。在1999年的时候所推出的IEEE802.11a标准运行是在U-NII(即UnlicensedNationalInformationInfrastructure)这一个频段,主要采用OFDM调制技术,支持最高达54Mbps的数据速率。在2003年的时候,所推出的IEEE802.1lg标准运行是在ISM频段,与IEEE802.11b是兼容的,数据速率可以提高到54Mbps。早期的WLAN标准主要有4种,具体的IEEE802.11标准如下表所示:

介绍无线局域网(一)_无线局域网_WLAN_通信技术_课课家

  在IEEE802.11里面主要定义了两种无线网络拓扑结构,一种是基础设施网络(即Infrastructure一Networking),而另外一种就是特殊网络(AdHocNetworking),具体所定义的网络拓扑结果如图所示:

具体所定义的网络拓扑结果

  在基础设施网络里面,无线终端主要是通过接入点(即AccessPoint,AP)进行访问骨干网设备。接入点就等同于一个网桥一样,它主要就是负责在802.11以及802.3MAC这两种协议之间进行转换的。一个接入点所覆盖的区域,我们将其称之为一个基本服务区(寄BasicServiceArea,BSA),接入点控制的全部终端就会组成一个基本服务集(即BasicServiceSet,BSS)。将多个基本服务集互相连接,这样子就会形成了一个分布式系统(DistributedSystem,DS)。DS所支持的全部服务称之为扩展服务集(ExtendedServiceSet,ESS),它主要是由两个以上BSS组成,具体的组成结构如图所示:

分布式系统

  简单来说,AdHoc网络就是一种点对点连接,并不需要有线网络以及接入点这两者的支持,终端设备之间通过无线网卡就能过直接进行通信。这一种拓扑结构适合在移动情况下面快速的部署网络。802.11支持单跳的AdHoc网络,当一个无线终端接入的时候第一步需要做的就是寻找一下来自AP或者是一些其他终端的信标信号,假如说找到了信标的话,那AP或者是其他终端的信标信号就宣布新的终端加入了网络:假如说是没有检测到信标的话,那么这一个终端就会自行宣布存在于网络之中,还有一种多跳的AdHoc网络,无线终端使用接力的方法和相距非常远的终端进行对等通信,接下来小编就为大家详细的介绍这一种技术吧。

  二、WLAN通信技术

  无线网可以按照所使用的通信技术分类。现在有的无线网主要使用3种通信技术,分别是扩展频谱、红外线以及窄带微波技术这几种。

  1.红外通信

  首先小编要为大家介绍的是红外通信,红外线(即lnfraredRay,IR)通信技术可以用来建立WLAN。IR通信相对于无线电微波通信还有一些较为重要的优点。首先大家都应该知道一点,那就是红外线频谱是无限的,所以就有可能提供非常高的数据速率。另外红外线频谱在世界范围里面都是不受管制的,然而有一些微波频谱就需要申请许可证才可以。

  除此之外,红外线和可见光是一模一样的,同样可以被浅色的物体漫反射,这样子的话,大家就可以使用天花板反射来覆盖整一间房间了。红外线也不会穿透墙壁或者是其他的一些不透明物体,所以IR通信就不会非常容易的入侵,安装在大楼每一个房间里面的红外线网络都可以互不干扰地进行工作。

  当然啦,红外线网络的还有另外一个优点,那就是它的设备较为简单而且还非常的便宜。红外线数据的传输技术基本上就是采用强度调制,红外线接收器仅仅只需要检测光信号的强弱,然而大多数微波接收器就需要检测到信号的频率或者是相位才可以。

  当然啦,红外线网络也是有一些缺点的。在室内环境里面就有可能因阳光或者是照明,从而产生非常强的光线,这也将会成为红外接收器的噪音,使得一定需要使用更加高的能量发送器,并且还限制了通信范围。非常大的传输能量会因此而消耗过多的电能,另外还会对眼睛造成一些不良的影响。

  那么IR通信主要可以将其分为3种技术,主要是下面3种技术,现在就让我们一起来学习一下吧。

  (1)第一种要为大家介绍的技术就是:定向红外光束。定向红外光束可以使用于点对点链路。在这一种通信方式里面,所传输的范围往往取决于发射的强度以及光束集中的程度。定向光束IR链路可以长达儿千米,所以就可以连接到几座大楼的网络,每一幢大楼的路由器或者是网桥在视距范围里面通过IR收发器互相连接。点对点链路的室内应用是建立令牌环网,每一个IR收发器链接形成回路,每一个收发器支持个终端IR或者是由集线器连接的组终端,集线器就会充当网桥的作用。

  2)接着要为大家介绍的是:全方向广播红外线。全向广播网络主要包含了一个基站,早典型的情况下基站是置于天花板上面的,它可以看得见LAN里面的全部终端。基站上面的发射器向每一个方向广播信号,全部终端的IR收发器都会使用定位光束瞄准天花板上的基站,这样子的话,就可以接收到基站发出的信号,或者是向基站发送信号。

  (3)最后要为大家介绍的是握反射红外线技术,在这一种配置里面,全部的发射器都会集中在瞄准天花板上的点。红外线射到天花板上面后被全方位地漫反射回来,并且还会被房间里面全部的接收器进行接收。

  漫反射WLAN主要采用的就是线性编码的基带传输模式。一般情况下,我们可以将基带脉冲调制技术分为脉脉冲位置调制(PPM)、冲幅度调制(PAM)以及脉冲宽度调制CPDM)这三种。顾名思义,在上面这3种调制方式里面,信息分别包含在脉冲信号的位置、幅度以及持续时间里面。因为无线信道受距离的影响导致脉冲幅度变化非常的大,因此会非常少的使用,然而PDM以及PPM这两者就会成为比较好的候选技术。

  小编先给大家演示出一张关于PPM应用的图像,具体如图所示:

PPM应用的图像

  上面的图像中,所示的就是PAM技术的一种应用。数据0以及1都会使用3个窄脉冲来代表的,但是被编码在位的起始位置,然而数据0就会被编码在中间的地方。使用窄脉冲这一种方法就会有利于减少发送的功率,但是相反就会增加了带宽。

  IEEE802.11这一种标准规定了采用PPM技术作为温反射IR介质的物理层标准,使用到的波长是为850~950mm,数据速率可以分为IMbps以及2Mbps两种。在IMbps的方案里面采用16PPM,也就是说脉冲信号占用了16个位置之一,一个脉冲信号代表的是4位信息,具体的如图所示:

PPM技术

  在802.1116PPM这一种标准规定脉冲宽度为250ns,那么16×250=4μs。因此我们可以知道一点,那就是4μs可以发送4位,也就是说数据速率是1Mbps的。对于2Mbps的网络,那么就需要规定使用4个位置来代表两位的信息,具体的上面图像B位置。

  2.扩展频谱通信

  扩展频谐通信技术最初是起源于军事通信网络,它的主要想法就是把信号散布到更加宽的带宽上面,这样子就可以减少发生阻塞以及干扰的机会了。在最早期的扩频方式则是频率跳动扩展频谱(即Frequency-HoppingSpreadSpectrum,FHSS),更加新的一个版本就是直接序列扩展频谱(即DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS),上面所提到的这两种技术在IEEE802.11定义的WLAN里面都是有应用的。

  接着小编就为大家演示一副关于扩展频谱系统模型的图像吧,具体的如图所示:

扩展频谱系统模型的

  在上面的图像中代表的就是每一种扩展频谱系统共同的特点。所输入数据第一步需要进入信道编码器,产生一个接近某中央频谱的较窄带宽的模拟信号,接着再使用一个伪随机序列对于这一个信号进行调制。最终调制出来的结果就是大大扩宽了信号的带宽,也就是说扩展了频谱。在接收端,使用一模一样的伪随机序列来恢复原本的信号,最后再进入信道解码器来恢复数据。

  伪随机序列是由一个使用初值〈也有人称之为种子Seed)的算法所产生的。算法是确定的,所以产生的数字序列并不是统计随机的。但是假如说算法设计非常得好,所得到的序列还是可以通过各种各样的随机性测试,这就是为什么会被叫做伪随机序列的原因了。最重要的一点,那就是除非用户知道算法以及种子,要不然预测序列是不可能的。所以,紧仅仅只有和发送器共享一个伪随机序列的接收器才可以非常成功地对信号进行解码的操作。

  1) 频率跳动扩频

  在一这种扩频方案李阿敏,信号按照看似随机的无线电频谱进行发送的,每一个分组都会采用不一样的频率进行传输。在所谓的快跳频系统李阿敏,每一跳仅仅只会传送非常短的分组。在军事上面,所使用的快跳频系统里面,传输一位信息就需要使用到非常多位。接收器和发送器是同步跳动德,所以就可以非常正确地接收信息了。所监昕的入侵者仅仅只可以接收到一些没有办法理解的信号,干扰信号也仅仅只可以破坏到一部分传输的信息。

  下面为大家演示的图像也就是用跳频模式传输分组的示范例子了,具体的例子如图所示:

跳频模式传输分组的示范例子

  在上面的图像中,我们可以看到10个分组分别是使用β、fa、h、h、Ji、fa、β、β、h,β一共9个不一样的频点进行发送的。

  在所定义无线局域网的IEEE802.11标准里面,每一跳的最长的时间我们一般规定是400ms,分组的最大长度是30ms。假如说有一个分组需要受到窄带干扰的破坏,大家就可以在400ms后的下一跳使用不一样的频率进行重新的发送。和分组的最大长度进行相比较,400ms就是一个较为合理的延迟。802.11这一个标准还规定了一点,那就是FHSS所使用的频点间隔是lMHz,假如说一个频点因为信号衰落而出现传输出错的情况,400ms后以不一样频率重发的数据就会成功地进行传送。那么刚刚小编所说的就是FHSS通信方式抗干扰以及抗信号衰落的优点了。

  2)直接序列扩频

  在这一种扩频方案里面,信号源里面的每一位用称为码片的N个位来进行传输的,这一个变换过程都是在扩展器里面进行实现的。接着我们就将全部的码片使用传统的数字调制器发送出去。在接收端,所收到的码片解调后被送到一个相关器,自相关函数的尖峰就使用于检测发送的位。好的随机码相关函数就具有很高的尖峰/旁瓣比,具体如图所示:

自相关函数

  在这里小编要和大家说一点,那就数字系统的带宽与其所采用的脉冲信号的持续时间是成反比的。在DSSS系统里面,因为发射的码片仅仅只占数据位的1/N,因此DSSS信号的带宽就会是原来数据带宽的N倍。

  在上面的图像中,我们可以看到一点,那就是直接序列扩展频谱技术是把信息流以及伪随机位流相异或。假如说信息位是1的话,那么它就会把伪随机码置反然后进行传输;假如说信息位是0的话,那么伪随机码就不会发生改变,会按照原来的样子进行传输的。经过异或的码和原来的伪随机码是有一模一样的频谱,因此它比原来的信息流有更加宽的带宽。在这一个示范例子里面,每一位输入数据都被变成4位信号位。

  现在世界各国都划分出了一些无线频段,主要就是用于科学研究、工业以及微波医疗这几个方面。应用这一些频段是不需要许可证的,仅仅只需要低于一定的发射功率(一般情况下是为lW)就可以自由的进行使用了。在美国有3个ISM频段(分别是2400~2483.5MHz、902~928MHz、5725~5850MHz),2.4GHz就是为各国共同使用的ISM频段。频谱越高,潜在的带宽也会越来越大的。另外还有一个方面,那就是大家还需要考虑一下尽可能出现的干扰。有一些设备(比如说无线麦克、无绳电话、业余电台等等〉的工作频率是900MHz。还有一些设备是运行在2.4GHz上面,最典型的示范例子就是微波炉了,当微波炉使用久了就会泄露更多的射线。就目前的情况来蓝,在5.8GHz频带上面还没有什么的竞争。但是频谱越高,设备的价格就会越来越贵。

  3.窄带微波通信

  最后要为大家介绍的就是窄带微波通信,简单来说,窄带微波(NarrowbandMicrowave)就是指使用微波无线电频带(RF)进行数据传输,它的带宽刚刚可以容纳传输信号。在以前的时候,全部的窄带微波无线网产品都需要进行申请许可证的,但是现在已经出现了ISM频带内的窄带微波无线网产品。

  (1)申请许可证的窄带RF。这主要就是用于数据、声音以及视频传输的微波无线电频率,这是需要通过许可证进行协调的,使得确保在同一个地理区域里面的每一个系统之间是不会互相干扰到的。在美国,由联邦通信委员会(FCC)来管理这一个许可证的。在每一个地理区域的半径为17.5英里,就能够容纳5个许可证,每一个许可证都可以覆盖两个频率。Mototrola公司在18GHz的范围里面就已经拥有600个许可证,足足覆盖了1200个频带。

  (2)免许可证的窄带RF。在1995年的时候,RadioLAN成为了第一个引进免许可证ISM窄带无线网的制造商。这一个频谱大家可以将其使用于低功率〈《0.5W)的窄带传输。那么RadioLAN这一个产品的数据速率就是为10Mbps,使用5.8GHz的频带,有效的覆盖范围是为150~300英尺。

  RadioLAN是一种对等配置的网络。RadioLAN的这一种产品按照干扰、位置以及信号强度等参数能够自动地选择一个终端作为自己的动态主管,它的主要作用有一点类似于有线网里面的集线器。当情况发生变化的时候,作为动态主管的实体也会随之而自动改变。当然啦,这一个网络还包括动态的中继功能,它允许每一个终端如同转发器一样进行工作,这样子就可以让得超越传输范围的终端也可以同时进行数据传输的操作。

  小编结语:

  在这篇教程中,小编主要是向大家介绍了无线局域网。如果大家想知道更多有关于考试认证的教程,那就关注我们课课家教育吧。课课家教育,你的考试天堂。

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