A. 無線網路技術論文三篇
以下就是我為大家帶來的無線 網路技術 論文三篇。
無線網路 技術論文一
試想一下,在有線網路時代,用戶的活動范圍受限於網線,無論到哪裡必須要拖著長長的纜線,為尋找寬頻介面而苦惱。為此,無線網路應運而生。和有線網路相比,雖然無線網路的帶寬較小;相對目前的有限網路有較多的等待延遲;穩定性較差;無線接入設備的CPU、內存以及顯示屏幕等資源有限等 缺陷。但無線網路可適應復雜的搭建環境,搭建簡單,經濟性價比強,並且最大的優點是可以讓人們擺脫網線的束縛,更便捷,更加自由的溝通。故自開發之初,就迅速搶占著市場。目前無線網路從覆蓋范圍上可以大致分成以下三大類:(1)系統內部互聯/無限個域網(2)無線區域網(3)無限城域網/廣域網。故本文就此介紹各類無線網路的的應用現狀。
一、無限個域網(WPAN)
無線個域網主要採用IEEE802.15標准。無限個域網可以看成是無線區域網的一個特例。其覆蓋半徑只有幾米。其主要應用范圍包括:語音通信網關、數據通信網關、信息電器互聯與信息自動交換等。WPAN通常採用微微蜂窩或毫微微蜂窩結構。WPAN是當前發展最迅速的領域之一,相應的新技術也層出不窮,主要包括藍牙技術、IrDA、Home RF、超寬頻技術和ZigBee技術等,具體介紹如下:
(一)藍牙技術 是一種支持點對點,點對多點語音和數據業務的短距離無線通信技術。其基本網路結構是微微網。其優點在於低功耗、具有很強的可移植性,集成電路簡單,易於推廣等。藍牙技術工作在全球通用的2.45GHz ISM頻段,消除了國界的限制,可在短距離中互相連接,實現即插即用,在無線電環境非常嘈雜的環境下,其優勢更加明顯。目前在為3個使用短距離無線連接的通用應用領域提供支持,分別是數據和語音接入點、電纜替代和自組網路。
(二)IrDA技術 是目前幾種技術中市場份額最大的,它採用紅外線作為通信媒介,支持各種速率的點對點的語音和數據業務,主要應用在嵌入式系統和設備中。
(三) Home RF 用於在家庭區域內,在PC和用戶電子設備之間實現無線數字通信的開放式工業標准。
(四)超寬頻技術 是一種新技術,其概念類似於雷達,它的高性能和低功耗的優點將使它成為未來市場的強有力的競爭者之一。
(五)ZigBee技術 是一種新興的短距離、低速率無線網路技術。它是一種介於無限標記技術和藍牙之間的技術提案,主要用於近距離無線連接。
二、無線區域網(WLAN)
無線區域網主要採用IEEE802.11標准。通過利用空中的電磁波代替傳統的纜線進行信息傳輸,可以作為有線網路的延伸、補充或代替。相比較而言,無線區域網具有以下優點,
(一)移動性:通信范圍不在受環境條件的限制,可以為用戶提供實時的無處不在的網路接入 功能,使用戶可以很方便地獲取信息。
(二)靈活性:無線區域網的組網方式靈活多樣,可方便的增減、移動、修改設備。
(三)經濟型:無線區域網可用於物理布線困難或不適合進行物理布線的地方,可將網路快速投入使用節省人緣費用。
它是目前發展最熱的無線網路類型,具體應用非常廣泛,應用方式也很多,但目前還只能用於不移動或慢速移動的用戶或業務,可能會在不久的將來開發出適合高速移動的無線區域網。按應用類型分為兩大類,一類是有固定基礎設施的,一類是無固定基礎設施。無固定基礎設施無線區域網又叫自組網路(Ad Hoc),其中最突出的是移動Ad Hoc網路,它在軍用和民用領域有很好的應用前景,它可在任意通信環境下迅速展開使用、能夠對網路拓撲變化做出及時響應。是目前和未來發展前景看好的一種組網技術。
三、無限廣域網(WWAN)
無線廣域網主要採用IEEE802.20標准。它更強調快速移動性,其連接能力可覆蓋相當廣泛的地理區域。但其信息速率通常不是很高,只有115kb/s。當前無線廣域網多是行動電話及數據服務所使用的數字移動通信網路,常用的有GSM移動通信系統和衛星通信系統,而3G、4G技術也都屬於無限廣域網技術。該技術是使得 筆記本 計算機或者其他的設備裝置在蜂窩網路覆蓋范圍內可以在任何地方連接到互聯網。
四、結束語
基於Wi-Fi技術的無線網路不但在帶寬、覆蓋范圍等技術上均取得了極大提升,同時在應用上,基於Wi-Fi無線應用也已從當初「隨時、隨地、隨心所欲的接入」服務轉變成車載無線、無線語音、無線視頻、無線校園、無線醫療、無線城市、無線定位等諸多豐富的無線應用。以後,無線網路在學術界、製造業、倉庫業、醫療界等扮演著至關重要的角色。但對於無線網路來說,在應優先解決以下問題:(1)加強移動設備管理(MDM)和安全系統;(2)部署大規模語音和視頻無線區域網;(3)無線區域網控制器安裝在企業內部還是外部? 這些問題是最迫切需要解決的,也是決定未來無線網路所扮演的角色。
無線網路技術論文二
說到無線網路的歷史起源,可以追朔到五十年前的第二次世界大戰期間,當時美國陸軍採用無線電信號做資料的傳輸。他們研發出了一套無線電傳輸科技,並且採用相當高強度的加密技術,得到美軍和盟軍的廣泛使用。這項技術讓許多學者得到了一些靈感,在1971年時,夏威夷大學的研究員創造了第一個基於封包式技術的無線電通訊網路。這被稱作ALOHNET的網路,可以算是相當早期的無線區域網絡(WLAN)。它包括了7台計算機,它們採用雙向星型拓撲橫跨四座夏威夷的島嶼,中心計算機放置在瓦胡島上。從這時開始,無線網路可說是正式誕生了。
從最早的紅外線技術到被給予厚望的藍牙,乃至今日最熱門的IEEE 802.11(WiFi),無線網路技術一步步走向成熟。然而,要論業界影響力,恐怕誰也比不上WiFi。
Wi-Fi (wireless fidelity(無線保真) 的縮寫)為IEEE定義的一個無線網路通信的工業標准(IEEE802.11)。 Wi-Fi第一個版本發表於1997年,其中定義了介質訪問接入控制層(MAC層)和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調頻方式和一種紅外傳輸的方式,總數據傳輸速率設計為2Mbits。兩個設備之間的通信可以自由直接(ad hoc)的方式進行,也可以在基站(Base Station, BS)或者訪問點(Access Point,AP)的協調下進行。
下面介紹一下Wi-Fi聯接點網路成員和結構:
站點(Station) ,網路最基本的組成部分。
基本服務單元(Basic Service Set, BSS) 。網路最基本的服務單元。最簡單的服務單元可以只由兩個站點組成。站點可以動態的聯結(associate)到基本服務單元中。
分配系統(Distribution System, DS) 。分配系統用於連接不同的基本服務單元。分配系統使用的媒介(Medium) 邏輯上和基本服務單元使用的媒介是截然分開的,盡管它們物理上可能會是同一個媒介,例如同一個無線頻段。
接入點(Acess Point, AP) 。接入點即有普通站點的身份,又有接入到分配系統的功能。
擴展服務單元(Extended Service Set, ESS) 。由分配系統和基本服務單元組合而成。這種組合是邏輯上,並非物理上的--不同的基本服務單元物有可能在地理位置相去甚遠。分配系統也可以使用各種各樣的技術。
關口(Portal) ,也是一個邏輯成分。用於將無線區域網和有線區域網或 其它 網路聯系起來。
這兒有3種媒介,站點使用的無線的媒介,分配系統使用的媒介,以及和無線區域網集成一起的其它區域網使用的媒介。物理上它們可能互相重迭。IEEE802.11隻負責在站點使用的無線的媒介上的定址(Addressing)。分配系統和其它區域網的定址不屬無線區域網的范圍。
IEEE802.11沒有具體定義分配系統,只是定義了分配系統應該提供的服務(Service) 。整個無線區域網定義了9種服務,5種服務屬於分配系統的任務,分別為,聯接(Association), 結束聯接(Diassociation), 分配(Distribution), 集成(Integration), 再聯接(Reassociation) 。4種服務屬於站點的任務,分別為,鑒權(Authentication), 結束鑒權(Deauthentication), 隱私(Privacy), MAC數據傳輸(MSDU delivery) 。
簡單而言,WIFI是由AP(Access Point)和無線網卡組成的網路。AP一般稱為網路橋接器或接入點,它是當作傳統的有線區域網絡與無線區域網絡之間的橋梁,也是無線區域網絡與無線區域網絡之間的橋梁,因此任何一台裝有無線網卡的PC均可透過AP去分享有線區域網絡甚至廣域網路的資源,其工作原理相當於一個內置無線發射器的hub或者是路由,而無線網卡則是負責接受由AP所發射信號的CLIENT端設備。
雖然WIFI無線技術在前進的路上遇到了很多困難,但是隨著產品技術的進步和技術標準的統一,WIFI一定會帶給人們更大的便利和更光明的前景,無線網路技術也會向著更主流的方向發展。
無線網路技術論文三
一、引言
在人們即將邁入21世紀的時候,網路不知不覺成為每個人生活當中不可或缺的一部分,每天用它來查詢所需的資料、瀏覽各方面的新聞、甚至查詢當天出行的路線等等。 然而人們想要完成所有這些事情,基本上都是通過有線網路。對於慢慢發展起來的無線網路,大多數人都對它很陌生,而且目前在國內,如果你要使用它的話,費用還挺貴,因此,一些客觀的原因導致大部分人遠離它,甚至都從不過問它。
其實,無線網路是網路時代的一種進步、一種改革。它可以讓生活變得更便捷,並且也推動著整個社會的進步;所以,為了讓那些不懂它或者不想接近它的人,更多地知道、了解它,讓它們去接觸、甚至慢慢使用上它,下面就從五個方面簡單地介紹一下無線網路。
二、無線網路的誕生
從1969年網際網路誕生於美國開始至今,網路的歷史並不算長;下面可以通過一個小小的 故事 來說明,故事開始於當年的8月30日,由BBN公司製造的第一台「介面信息處理機」簡稱IMP1,在預定日期的前兩天抵達了加利福尼亞大學。克蘭羅克是當時進行這次實驗的教授,還有他的40多名工程技術人員和研究生。然而就在10月初的時候,第二台IMP2運到了阿帕網試驗的第二節點,即斯坦福研究院(簡稱:SRI)。
經過數百人一年多時間的緊張研究,阿帕網遠程聯網試驗即將正式實施。那台由IMP1聯接的大型主機叫做Sigma-7,已運至加利福尼亞大學,與它通訊的那台SRI大型主機叫作SDS 940的機器,也在同一時間到達,經過一到兩個月的准備工作,於10月29日晚上,在全球首次實現兩台機器之間的通信實驗,克蘭羅克教授立即命令他的研究助理、加利褔尼亞大學學生名叫查理·克萊恩(英文名:C. Kline),坐在一台名叫IMP1的終端前面,吩咐他要戴上耳機和麥克風,通過長途電話隨時與另外一名負責SRI終端操作的技術員保持密切聯系。
實驗就這樣開始了,據當時克萊恩的回憶,是他的教授讓他首先傳輸5個字母,分別為:L、O、G、I、N。用它們來確認分組交換技術的傳輸效果。並且教授指導它,只需要鍵入其中的L、O、G三個字母,使IMP1機器傳送出去,再由SRI機器自動產生「IN」,最後合成為前面要實現的五個字母組合,即:LOGIN。經過教授指導及克萊恩與SRI終端操作員的配合,就在22點30分的時候,帶著激動的心情,C.Kline就開始在鍵盤上敲入第一個字母「L",然後對著麥克風喊:「請問您收到『L』了嗎?」 另外一頭的回答是:「是的,我收到了『L』。」
他繼續做著同樣的工作……
「你收到O嗎?
「是的,我收到了『O』了,
就這樣一步接著一步地繼續下去,突然出現了一個出乎意料的結果,IMP1儀表顯示傳輸系統崩潰,通訊無法繼續進行下去。克蘭羅克教授與他的四十名學生在世界上的第一次互聯網路的通訊試驗宣告結束,當時僅僅傳送成功兩個字母L、與O、,也就這次字母傳送實驗真真切切地標志著網路的真正誕生;歷史上把這一次事件的發生作為了互聯網誕生的見證。
無線網路的誕生呢?那要追溯到第二次世界大戰,那時的美國在科技方面領先於其他國家,不管是在通信還是網路方面,因此美國的陸軍就採用了無線電信號,利用一套無線電傳輸技術,此技術具有高強度的加密保護功能,開始了他們在戰場上的技術突破。從這一刻起,無線網路也算是正式誕生了。
三、無線網路的概念與安全
(一)概念
所謂無線網路,顧名思義,就是一種不需要通過線纜這種介質來做傳輸而已,另外用戶可以建立遠距離無線連接的一種全球語音和數據的網路,它與有線網路的用途十分類似,最大的不同除了傳輸介質:無線電技術取代網線之外,在分類上和有線網路也稍有區別,分無線個人網、無線區域網、無線城域網。
在一個無線區域網內,常見的設備有:無線網卡、無線網橋、無線天線、和無線路由器等等無線設備。一旦建立起一個區域網之後,無線網路就會存在著一定的輻射危險,甚至可以說比有線網路在時間以及范圍上顯得更加強烈,所以,為了盡少量地受到輻射,應該把常用的無線路由、無線AP擺放在離我們人體和離卧室遠一些的地方,還要注意避免把一些無線產品過分靠近音響、電視等電子產品,防止它們之間互相的干擾產生的其它輻射。總之,只要我們與它保持較遠的距離,避免長時間呆在無線網路環境中所產生的累積效應,養成一種良好的習慣,那麼無線網路的輔射就對人類構不成多大的威協。
(二)安全
在使用無線網路的時候,安全性固然重要,在安全防範方面,與有線網路存在非常大的區別,無線網路的安全主要可以從以下六個方面進行把握:
1.採用強力的密碼。談到密碼,是一個讓人非常敏感的東西,足夠強大的密碼可以讓暴力解除成為不可能實現的情況。相反,如果密碼強度不夠,幾乎可以肯定會讓你的系統受到損害。所以,不但要設密碼,而且還要足夠強力才行。
2.嚴禁廣播服務集合標識符(簡稱:SSID)。SSID其實就是給無線網路的一種重命名,假如不能對它進行保護的話,帶來的安全隱患是非常嚴重的。同時在對無線路由器配置的時候,須禁止服務集合標識符的廣播,盡管不能帶來真正的安全,但至少可以減輕威脅程度,因為很多初級的惡意攻擊者都是採用掃描的方式尋找一些有漏洞的系統作為它們的突破口。一旦隱藏了服務集合標識符這項功能,也就大大降低了破壞程度。
3.採用有效的無線加密方式。相反,另一種動態有線保密方式其實並不算很有效。使用象aircrack等類似的免費工具,就可以在短短的幾分鍾里找出動態有線等效保密模式加密過的無線網路的漏洞;無線網路保護訪問是目前通用的加密標准,當然,你也可以選擇使用一些更強大有效的方式。畢竟,加密和解密的斗爭是無時無刻不在進行的。
4.採用不同類型的加密。不要僅僅依靠以上談到的無線加密手段來保證無線網路的整體安全。不同類型的加密可以在系統層面上提高安全的可靠性。例如:OpenSSH就是一個不錯的加密選擇,它可以在同一網路內的系統提供安全通訊,即使需要經過網際網路也沒有問題。與採用了SSL加密技術的電子商務網站是有著異曲同工之妙的。實際上,為了達到更安全的效果,建議不要總更換加密方式。
5.控制介質訪問控制地址層。即我們所說的MAC地址,單獨對其限制是不會提供真正的保護。但是,像隱藏無線網路的服務集合標識符、限制介質訪問控制(MAC)地址對網路的訪問,是可以確保網路不會被初級的惡意攻擊者騷擾的。另外此種 方法 對於整個系統來說,無論是新手的惡意攻擊還是專家的強烈破壞,都能起到全面的防護,保證整個系統的安全。
6.監控網路入侵者的活動。眾所周知,人類無時無刻不在使用著網路。所以入侵者也隨時會攻擊到你的網路中來,那麼你就需要對攻擊的發展趨勢以及了解它們是如何連接到你的網路上來的進行一定的跟蹤,為了提供更好的安全保護依據,你還需要對日誌里掃描到的相關信息進行分析,找出其中更有利的部分,以備在以後出現異常情況的時候給予及時的通知。總之,在隨著社會的進步、科技的不斷更新,未來,我們更需要對以上十點進行理解性地記憶與靈活性地變通使用。
四、無線網路的技術與應用
目前,在國內無線網路的技術並不算很盛行,與有線網路相比,它還不是很成熟,可是,發展至今,在無線的世界內,新技術層出不窮、新名詞是應接不暇。例如:從無線區域網、無線個域網、無線體域網、無線城域網到無線廣域網;從移動AdHoc網路到無線感測器網路、無線 Mesh網路;從Wi-Fi到WiMedia、WiMAX;從IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16到IEEE802.20;從固定寬頻無線接入到移動寬頻無線接入;從藍牙到紅外、HomeRF,從UWB到ZigBee;從GSM、GPRS、CDMA到3G、超3G、4G等等。
在應用方面,其中兩種主要的方式分為:GPRS手機無線網路和無線區域網。從某種意義上來說,GPRS手機無線網可稱作是目前社會上一種真正意義的網路,它主要是通過行動電話網路來接入Internet的,所以只要你所在的區域開通了GPRS業務,那麼不管在任何一個角落都可以實現上網;後者呢,主要是與有線網路作比較,突出它的便捷性,因為它是利用射頻技術(即:Radio Frequency簡稱:RF)來實現的一種數據傳輸系統, RF取代了舊式的那種通過雙絞銅線來實現上網的煩索性;另外,除了以上談到兩種主流方式,在當今快速發展的科技形勢下,我國通信方面出現了移動的TD-SCDMA和電信的CDMA2000以及聯通的WCDMA三種無線網路通信方式,所以,未來只要有3G網路信號存在的地方,便可以實現上網。
五、就業前景
一種新型的產業必定會為社會帶來不小的影響,並且推動整個社會走上更穩健的步伐 。例如:在就業方面,它產生了一批新型的就業崗位,比如:3G網路工程師、無線網路優化崗位等等,通信方面,出現堪察、無線網路測試等等,因此而減輕了整個社會在就業上不少的壓力,再者,在另外一種無線區域網標准下生產出的產品技術應用逐漸成為無線網路市場主流的情況下,基於Wi-Fi技術的無線網不但在帶寬以及覆蓋范圍等技術上取得了極大突破,而且在應用上,如今的無線網路也不再只是單純地滿足用戶隨時隨地接入網路,甚至已經能更多地參於到行業信息化的服務中來,可想而知,將來出現無線醫遼、無線校園、無線城市等其他行業應用成為無線網路市場的主流也不是夢想。
六、結束語
隨著科技的不斷演進與無線行業的飛速發展,無線網路將成為推動整個網路市場前進的新生力量,並且在不可預見的未來,紛繁多樣、永遠在線的智能終端技術將會把娛樂、辦公、消費、醫遼、 文化 教育 、生活服務等多種行業區域的全部功能融會貫通,一起服務於我們的工作和生活,使之變得更輕松、更智能。使智能技術與無線網路更好地密切結合,讓越來越多的創新應用和新的生活方式進入到未來的社會當中。最後,讓我們迎接一個「網聚萬物」、「網隨人動」的無線時代。
B. 無線網路 發展狀況的論文
無線網路發展狀況
計算機通信分兩種:有線通信和無線通信
無線通信包括衛星,微波,紅外等等
無線區域網(Wireless LAN)技術可以非常便捷地以無線方式連接網路設備,人們可隨時、隨地、隨意地訪問網路資源。在推動網路技術發展的同時,無線區域網也在改變著人們的生活方式。本文分析了無線區域網的優缺點極其理論基礎,介紹了無線區域網的協議標准,闡述了無線區域網的體系結構,探討了無線區域網的研究方向。
關鍵詞 乙太網 無線區域網 擴頻 安全性 移動IP
一、引 言
隨著無線通信技術的廣泛應用,傳統區域網絡已經越來越不能滿足人們的需求,於是無線區域網(Wireless Local Area Network,WLAN)應運而生,且發展迅速。盡管目前無線區域網還不能完全獨立於有線網路,但近年來無線區域網的產品逐漸走向成熟,正以它優越的靈活性和便捷性在網路應用中發揮日益重要的作用。
無線區域網是無線通信技術與網路技術相結合的產物。從專業角度講,無線區域網就是通過無線信道來實現網路設備之間的通信,並實現通信的移動化、個性化和寬頻化。通俗地講,無線區域網就是在不採用網線的情況下,提供乙太網互聯功能。
廣闊的應用前景、廣泛的市場需求以及技術上的可實現性,促進了無線區域網技術的完善和產業化,已經商用化的802.11b網路也正在證實這一點。隨著802.11a網路的商用和其他無線區域網技術的不斷發展,無線區域網將迎來發展的黃金時期。
二、無線區域網概述
無線網路的歷史起源可以追溯到50年前第二次世界大戰期間。當時,美國陸軍研發出了一套無線電傳輸技術,採用無線電信號進行資料的傳輸。這項技術令許多學者產生了靈感。1971年,夏威夷大學的研究員創建了第一個無線電通訊網路,稱作ALOHNET。這個網路包含7台計算機,採用雙向星型拓撲連接,橫跨夏威夷的四座島嶼,中心計算機放置在瓦胡島上。從此,無線網路正式誕生。
1.無線區域網的優點
(1)靈活性和移動性。在有線網路中,網路設備的安放位置受網路位置的限制,而無線區域網在無線信號覆蓋區域內的任何一個位置都可以接入網路。無線區域網另一個最大的優點在於其移動性,連接到無線區域網的用戶可以移動且能同時與網路保持連接。
(2)安裝便捷。無線區域網可以免去或最大程度地減少網路布線的工作量,一般只要安裝一個或多個接入點設備,就可建立覆蓋整個區域的區域網絡。
(3)易於進行網路規劃和調整。對於有線網路來說,辦公地點或網路拓撲的改變通常意味著重新建網。重新布線是一個昂貴、費時、浪費和瑣碎的過程,無線區域網可以避免或減少以上情況的發生。
(4)故障定位容易。有線網路一旦出現物理故障,尤其是由於線路連接不良而造成的網路中斷,往往很難查明,而且檢修線路需要付出很大的代價。無線網路則很容易定位故障,只需更換故障設備即可恢復網路連接。
(5)易於擴展。無線區域網有多種配置方式,可以很快從只有幾個用戶的小型區域網擴展到上千用戶的大型網路,並且能夠提供節點間"漫遊"等有線網路無法實現的特性。
由於無線區域網有以上諸多優點,因此其發展十分迅速。最近幾年,無線區域網已經在企業、醫院、商店、工廠和學校等場合得到了廣泛的應用。
2.無線區域網的理論基礎
目前,無線區域網採用的傳輸媒體主要有兩種,即紅外線和無線電波。按照不同的調制方式,採用無線電波作為傳輸媒體的無線區域網又可分為擴頻方式與窄帶調制方式。
(1)紅外線(Infrared Rays,IR)區域網
採用紅外線通信方式與無線電波方式相比,可以提供極高的數據速率,有較高的安全性,且設備相對便宜而且簡單。但由於紅外線對障礙物的透射和繞射能力很差,使得傳輸距離和覆蓋范圍都受到很大限制,通常IR區域網的覆蓋范圍只限制在一間房屋內。
(2)擴頻(Spread Spectrum,SS)區域網
如果使用擴頻技術,網路可以在ISM(工業、科學和醫療)頻段內運行。其理論依據是,通過擴頻方式以寬頻傳輸信息來換取信噪比的提高。擴頻通信具有抗干擾能力和隱蔽性強、保密性好、多址通信能力強的特點。擴頻技術主要分為跳頻技術(FHSS)和直接序列擴頻(DSSS)兩種方式。
所謂直接序列擴頻,就是用高速率的擴頻序列在發射端擴展信號的頻譜,而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴,把展開的擴頻信號還原成原來的信號。而跳頻技術與直序擴頻技術不同,跳頻的載頻受一個偽隨機碼的控制,其頻率按隨機規律不斷改變。接收端的頻率也按隨機規律變化,並保持與發射端的變化規律一致。跳頻的高低直接反映跳頻系統的性能,跳頻越高,抗干擾性能越好,軍用的跳頻系統可達到每秒上萬跳。
(3)窄帶微波區域網
這種區域網使用微波無線電頻帶來傳輸數據,其帶寬剛好能容納信號。但這種網路產品通常需要申請無線電頻譜執照,其它方式則可使用無需執照的ISM頻帶。
3.無線區域網的不足之處
無線區域網在能夠給網路用戶帶來便捷和實用的同時,也存在著一些缺陷。無線區域網的不足之處體現在以下幾個方面:
(1)性能。無線區域網是依靠無線電波進行傳輸的。這些電波通過無線發射裝置進行發射,而建築物、車輛、樹木和其它障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸,所以會影響網路的性能。
(2)速率。無線信道的傳輸速率與有線信道相比要低得多。目前,無線區域網的最大傳輸速率為54Mbit/s,只適合於個人終端和小規模網路應用。
(3)安全性。本質上無線電波不要求建立物理的連接通道,無線信號是發散的。從理論上講,很容易監聽到無線電波廣播范圍內的任何信號,造成通信信息泄漏。
三、無線區域網協議標准
無線區域網技術(包括IEEE802.11、藍牙技術和HomeRF等)將是新世紀無線通信領域最有發展前景的重大技術之一。以IEEE(電氣和電子工程師協會)為代表的多個研究機構針對不同的應用場合,制定了一系列協議標准,推動了無線區域網的實用化。
1.IEEE802.11系列協議
作為全球公認的區域網權威,IEEE 802工作組建立的標准在區域網領域內得到了廣泛應用。這些協議包括802.3乙太網協議、802.5令牌環協議和802.3z100BASE-T快速乙太網協議等。IEEE於1997年發布了無線區域網領域第一個在國際上被認可的協議——802.11協議。1999年9月,IEEE提出802.11b協議,用於對802.11協議進行補充,之後又推出了802.11a、802.11g等一系列協議,從而進一步完善了無線區域網規范。IEEE802.11工作組制訂的具體協議如下:
(1)802.11a
802.11a採用正交頻分(OFDM)技術調制數據,使用5GHz的頻帶。OFDM技術將無線信道分成以低數據速率並行傳輸的分頻率,然後再將這些頻率一起放回接收端,可提供25Mbit/s的無線ATM介面和10Mbit/s的乙太網無線幀結構介面,以及TDD/TDMA的空中介面。在很大程度上可提高傳輸速度,改進信號質量,克服干擾。物理層速率可達54Mbit/s,傳輸層可達25Mbit/s,能滿足室內及室外的應用。
(2)802.11b
802.11b也被稱為Wi-Fi技術,採用補碼鍵控(CCK)調制方式,使用2.4GHz頻帶,其對無線區域網通信的最大貢獻是可以支持兩種速率--5.5Mbit/s和11Mbit/s。多速率機制的介質訪問控制可確保當工作站之間距離過長或干擾太大、信噪比低於某個門限值時,傳輸速率能夠從11Mbit/s自動降到5.5Mbit/s,或根據直序擴頻技術調整到2Mbit/s和1Mbit/s。在不違反FCC規定的前提下,採用跳頻技術無法支持更高的速率,因此需要選擇DSSS作為該標準的惟一物理層技術。
(3)802.11g
2001年11月,在802.11 IEEE會議上形成了802.11g標准草案,目的是在2.4GHz頻段實現802.11a的速率要求。該標准將於2003年初獲得批准。802.11g採用PBCC或CCK/OFDM調制方式,使用2.4GHz頻段,對現有的802.11b系統向下兼容。它既能適應傳統的802.11b標准(在2.4GHz頻率下提供的數據傳輸率為11Mbit/s),也符合802.11a標准(在5GHz頻率下提供的數據傳輸率56Mbit/s),從而解決了對已有的802.11b設備的兼容。用戶還可以配置與802.11a、802.11b以及802.11g均相互兼容的多方式無線區域網,有利於促進無線網路市場的發展。
(4)其他相關協議
IEEE802工作組今後將繼續對802.11系列協議進行探討,並計劃推出一系列用於完善無線區域網應用的協議,其中主要包括802.11e(定義服務質量和服務類型)、802.11f(AP間協議)、802.11h(歐洲5GHz規范)、802.11i(增強的安全性&認證)、802.11j(日本的4.9GHz規范)、802.11k(高層無線/網路測量規范)以及高吞吐量研究工作組的相關協議。
2.藍牙規范(Bluetooth)
藍牙規范是由SIG(特別興趣小組)制定的一個公共的、無需許可證的規范,其目的是實現短距離無線語音和數據通信。藍牙技術工作於2.4GHz的ISM頻段,基帶部分的數據速率為1Mbit/s,有效無線通信距離為10~100m,採用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。藍牙技術採用自動尋道技術和快速跳頻技術保證傳輸的可靠性,具有全向傳輸能力,但不需對連接設備進行定向。其是一種改進的無線區域網技術,但其設備尺寸更小,成本更低。在任意時間,只要藍牙技術產品進入彼此有效范圍之內,它們就會立即傳輸地址信息並組建成網,這一切工作都是設備自動完成的,無需用戶參與。
3.HomeRF標准
在美國聯邦通信委員會(FCC)正式批准HomeRF標准之前,HomeRF工作組於1998年為在家庭范圍內實現語音和數據的無線通信制訂出一個規范,即共享無線訪問協議(SWAP)。該協議主要針對家庭無線區域網,其數據通信採用簡化的IEEE802.11協議標准。之後,HomeRF工作組又制定了HomeRF標准,用於實現PC機和用戶電子設備之間的無線數字通信,是IEEE802.11與泛歐數字無繩電話標准(DECT)相結合的一種開放標准。HomeRF標准採用擴頻技術,工作在2.4GHz頻帶,可同步支持4條高質量語音信道並且具有低功耗的優點,適合用於筆記本電腦。
4.HyperLAN/2標准
2002年2月,ETI的寬頻無線接入網路(Broadband Radio Access Networks,BRAN)小組公布了HiperLAN/2標准。HiperLAN/2標准由全球論壇(H2GF)開發並制定,在5GHz的頻段上運行,並採用OFDM調制方式,物理層最高速率可達54Mbit/s,是一種高性能的區域網標准。HyperLAN/2標準定義了動態頻率選擇、無線小區切換、鏈路適配、多波束天線和功率控制等多種信令和測量方法,用來支持無線網路的功能。基於HyperRF標準的網路有其特定的應用,可以用於企業區域網的最後一部分網段,支持用戶在子網之間的IP移動性。在熱點地區,為商業人士提供遠端高速接入網際網路的服務,以及作為W-CDMA系統的補充,用於3G的接入技術,使用戶可以在兩種網路之間移動或進行業務的自動切換,而不影響通信。
5.無線區域網標準的比較
802.11系列協議是由IEEE制定的,目前居於主導地位的無線區域網標准。HomeRF主要是為家庭網路設計的,是802.11與DECT的結合。HomeRF和藍牙都工作在2.4GHz ISM頻段,並且都採用跳頻擴頻(FHSS)技術。因此,HomeRF產品和藍牙產品之間幾乎沒有相互干擾。藍牙技術適用於鬆散型的網路,可以讓設備為一個單獨的數據建立一個連接,而HomeRF技術則不像藍牙技術那樣隨意。組建HomeRF網路前,必須為各網路成員事先確定一個惟一的識別代碼,因而比藍牙技術更安全。802.11使用的是TCP/IP協議,適用於功率更大的網路,有效工作距離比藍牙技術和HomeRF要長得多。
四、無線區域網的體系架構
1.無線區域網的主要組件
(1)無線網卡。提供與有線網卡一樣豐富的系統介面,包括PCMCIA、Cardbus、PCI和USB等。在有線區域網中,網卡是網路操作系統與網線之間的介面。在無線區域網中,它們是操作系統與天線之間的介面,用來創建透明的網路連接。
(2)接入點。接入點的作用相當於區域網集線器。它在無線區域網和有線網路之間接收、緩沖存儲和傳輸數據,以支持一組無線用戶設備。接入點通常是通過標准乙太網線連接到有線網路上,並通過天線與無線設備進行通信。在有多個接入點時,用戶可以在接入點之間漫遊切換。接入點的有效范圍是20~500m。根據技術、配置和使用情況,一個接入點可以支持15~250個用戶,通過添加更多的接入點,可以比較輕松地擴充無線區域網,從而減少網路擁塞並擴大網路的覆蓋范圍。
2.無線區域網的配置方式
(1)對等模式。Ad-hoc模式。這種應用包含多個無線終端和一個伺服器,均配有無線網卡,但不連接到接入點和有線網路,而是通過無線網卡進行相互通信。它主要用來在沒有基礎設施的地方快速而輕松地建無線區域網。
(2)基礎結構模式。Infrastructure模式。該模式是目前最常見的一種架構,這種架構包含一個接入點和多個無線終端,接入點通過電纜連線與有線網路連接,通過無線電波與無線終端連接,可以實現無線終端之間的通信,以及無線終端與有線網路之間的通信。通過對這種模式進行復制,可以實現多個接入點相互連接的更大的無線網路。
五、未來的研究方向
如上所述,無線區域網技術的研究和應用方興未艾,是目前無線通信領域乃至整個通信行業的研究熱點。從無線區域網的進一步推廣應用來看,未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫遊、網路管理以及與3G等其他移動通信系統之間的關繫上。
1.安全性問題
IEEE802.11協議標准建議使用兩種安全解決方案。一種是IEEE 802.11安全任務組(TGi)構建的安全框架--魯棒型安全網路(RSN)。這種網路用IEEE 802.1x提供基於埠的接入控制、鑒權和密鑰管理。該標准用可擴展鑒權協議(EAP)實現對用戶的鑒權。鑒權伺服器和用戶之間使用遠程鑒權撥入用戶服務協議(RADIUS)進行通信,RADIUS協議在網路接入的鑒權、授權和計費(AAA)中得到廣泛採用。由於IEE802.1x主要是針對有線區域網設計的,在無線區域網中使用IEE802.1x不可避免地存在漏洞。所以,盡管它對無線區域網的安全性能有很大改善,802.1x和802.11的結合仍然不能提供足夠的安全。
另一種方式則是目前廣泛應用於區域網絡及遠程接入等領域的虛擬專用網(VPN)安全技術。與802.11b標准所採用的安全技術不同,在IP網路中,VPN主要採用IPSec技術來保障數據傳輸的安全。對於安全性要求更高的用戶,將現有的VPN安全技術與802.11b安全技術結合起來,是目前較為理想的無線區域網絡的安全解決方案。
2.漫遊切換問題
無線區域網的漫遊問題是繼安全問題之後的一個至關重要的問題。在無線網路中,如果一邊使用無線區域網接入服務,一邊移動接入位置,那麼一旦移動終端超越子網覆蓋范圍,IP數據包就無法到達移動終端,正在進行的通信將被中斷。為此,IETF制定了擴展IP網路移動性的系列標准。所謂移動IP,就是指在IP網路上的多個子網內均可使用同一IP地址的技術。這種技術是通過使用被稱為本地代理(Home Agent)和外地代理(Foreign Agent)的特殊路由器對網路終端所處位置的網路進行管理來實現的。在移動IP系統中,可保證用戶的移動終端始終使用固定的IP地址進行網路通信,不管在怎樣的移動過程中皆可建立TCP連接並不會發生中斷。在無線區域網系統中,廣泛的應用移動IP技術可以突破網路的地域范圍限制,並可克服在跨網段時使用動態主機配置協議(DHCP)方式所造成的通信中斷、許可權變化等問題。
3.無線網路管理問題
相對於有線網路,無線區域網具有非常獨特的特性,因此必須建立相應的無線網路管理系統。除了系統結構、用戶需求和典型應用等模塊之外,一個好的無線網路管理系統還必須考慮以下因素:
(1)標準的網管通信方式。網管子系統通常與中央主機相連。網管子系統必須基於工業標準的管理協議(比如SNMP),這樣才能監視主機和子系統之間每條鏈路上的狀態信息,並可根據狀態信息快速分析和解決出現的問題。
(2)網路監視和報告。主機必須能夠監視無線網路系統中所有單元。考慮到無線網路的連接性不如有線網路那樣穩定,無線網路管理系統必須監視和報告無線信號的變化以及接入點的業務類型和負載情況,還須能自動發現進入無線網路體系結構的新設備。
(3)有效地利用帶寬。盡管隨著新技術的發展,無線網路的可用帶寬逐步增大,但還是遠遠小於有線區域網的帶寬。因此,在實際應用中必須考慮帶寬的合理使用。
4.無線區域網與3G
無線區域網不否會對第三代移動通信系統構成威脅是近年來業界關心的一個問題。實際上,無線區域網與3G採用的是截然不同的兩種技術,用於滿足不同的需要。與3G不同的是,無線區域網並不是一個完備的全網解決方案,而只用於滿足小型用戶群的需求。無線區域網與3G可以互補,因此不會對3G運營商造成威脅,運營商還可以從無線區域網和3G的共存中獲得好處。NorthStream的研究表明,無線區域網與3G和GPRS的結合可增加用戶的滿意程度和業務量,從而增加移動運營商的利潤。作為3G的一個重要補充,無線區域網可用於在諸如機場候機廳、賓館休息室和咖啡廳等地方建立無線Internet連接。
六、結束語
經過10多年的發展,無線區域網在技術上已經日漸成熟,應用日趨廣泛,無線區域網將從小范圍應用進入主流應用。預計全球無線區域網接入點的銷售量將從2000年的50萬台穩步增長到450萬台,每年的漲幅為55%。無線網卡的銷售量將從2000年的約300萬塊增加到2005年的3400萬塊,每年的漲幅為53%。今後幾年,無線區域網技術將更加成熟,產品性能將更加穩定,市場將持續不斷地增長,價錢將持續降低,大型設備提供商將進入這個市場,大多數企業和公司將採用無線區域網進行內部網路建設。
面對如此良好的發展前景,我國應大力推動無線區域網技術的研究和實用化,抓住無線區域網發展的契機。這樣,不但可極大地推動國家信息化的發展進程,還將為我國信息產業和通信市場步入國際市場提供大好機遇。
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校園無線區域網的規劃與設計
摘要】 介紹了無線區域網的協議標准與組成,分析無線區域網的優劣,提出了無線網路聯網方式的具體辦法,最後簡要討論了校園無線網路的安全問題。
【英文摘要】 This paper briefly introce the agreement standard and component of the wireless local area network(LAN),analyzes the adrantages and disadrantages of the wireless LAN,presents the concrete method of connecting the WLAN with the Laternet,and finally discusses the issue of security campus WLAN.
【DOI】 CNKI:SUN:JYDB.0.2007-03-019
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在工業控制系統中,應用現場匯流排技術、乙太網技術等,可實現系統的網路化,提高系統的性能和開放性,但是這些控制網路一般都是基於有線的網路。有線網路高速穩定,滿足了大部分場合工業組網的需要。但是,有線網路只能沿著一維的線路傳輸數據,傳輸需要導體介質,因而帶來規劃布線、預設介面、線路檢測、線路擴容等一系列和傳輸途徑有關的工作,並且這些工作不可避免地具有破壞建築、浪費介面、檢修困難、擴展困難的弊病。在現代控制網路中,許多自動化設備要求具有更高的靈活性和可移動性,當工業設備處在不能布線的環境中或者是裝載在車輛等運動機械的情況下,是難以使用有線網路的。與此相對應,無線網路向三維空間傳送數據,中間無需傳輸介質,只要在組網區域安裝接入點(Access Point)設備,就可以建立區域網;移動終端只要安裝了無線網卡就可以在接收范圍內自由接入網路。總之,在網路建設的靈活性、便捷性、擴展性方面,無線網路有獨特的優勢,因此無線區域網技術得到了發展和應用。隨著微電子技術的不斷發展,無線區域網技術將在工業控制網路中發揮越來越大的作用。
一、無線區域網簡介
一般來說,凡是採用無線傳輸媒體的區域網都可稱為無線區域網。這里的無線媒體可以是無線電波、紅外線或激光。無線區域網(Wireless LAN)技術可以非常便捷地以無線方式連接網路設備,人們可隨時、隨地、隨意地訪問網路資源,是現代數據通信系統發展的重要方向。無線區域網可以在不採用網路電纜線的情況下,提供網路互聯功能。
1.無線協議簡介
無線區域網絡協議標准建立至今已有較長時間,但由於無線區域網速度低、協議標准不統一、價格昂貴,用戶為保護投資,不願意使用無線網路,因此無線區域網並沒有得到廣泛應用。近幾年來,隨著速率較高的無線通訊協議開始推出,無線區域網得到快速發展。
IEEE802.11是IEEE802標准委員會在1997年通過的第一個無線區域網的國際標准。1999年9月,該委員會又頒布了IEEE802.11b標准,包含了ISO/OSI模型的物理層和媒體訪問控制層(MAC)。該標准工作在2.4 GHz,傳輸速率可達11 Mbps。 IEEE802.11b標准將節點設備分為基站和客戶站,各客戶站相互間可直接通信,也可在基站的統一管理下進行通信。一個基站與一組客戶站的連接稱為基本服務集BSS(Basic Service Set),兩個或多個BSS構成擴展服務集。IEEE802.11b標准規定了物理層的三種實現方法,即跳頻擴展頻譜方式FHSS、直接序列擴展頻譜方式DSSS和紅外技術IR。在MAC層採用CSMA/CA(載波偵聽多路訪問/碰撞避免)技術進行通信介質訪問。為了盡量減少沖突。802.11b設計了獨特的MAC子層,如圖1所示。下面的一層叫做分布協調功能DCF(Distributed Coordination Function)子層,該子層使各個節點採用競爭的方式使用信道,向上提供爭用服務。這種信道接入方式可能會導致沖突的發生,但是對信道的利用率較高。上面的一層叫做點協調功能PCF(Point Coordination Function)
圖1 IEEE802.11的MAC子層
子層,該子層使用集中控制的接入演算法,基站以輪詢的方式將通信權輪流交給各個客戶站,從而避免了沖突的發生。但是基站需要周期性的輪詢所有客戶站,需要佔用大量的時間,因此適用於中、小型網路。無線區域網的技術還在不斷發展。美國Radia-ta和Atheros公司分別宣布將推出IEEE802.11a晶元組。802.11a的數據傳輸速率為54 Mbps。Atheros公司宣稱,他們的晶元組在「Turbomode」(強化模式)下,速率可以達到72 Mbps。對802.11a來說,不僅僅是傳輸速率的提高,它將工作在5 GHz的頻率上,從而避開了擁擠的2.4 GHz頻段。2001年11月15日,IEEE試驗性地批准了一種新技術802.11g,該技術可以提升家庭、公司和公共場所的無線互聯網接入速度,該技術使無線網路每秒傳輸速度也可達54 Mbps,比現在通用的802.11b要快5倍,並且和802.11b兼容。以上介紹的技術標准可通過下表1進行對比。
表1 技術標准、頻率分配及傳輸速率
技術標准
制定年份
頻率佔用
最高速率
調制技術
802.11
1997
2.4GHz
2Mbps
FHSS
802.11b
1999
2.4GHz
11Mbps
DSSS
802.11a
1999
5GHz
54Mbps
OFDM
802.11g
2000
2.4GHz
54Mbps
DSSS
說明:
1.802.11、802.11b、802.11g都工作在2.4GHz的ISM(工業、科學、醫療)公共頻段,無需向無委申請;而802.11a工作在5GHz頻段,該頻段目前暫不開放,需要申請。
2.802.11a和802.11g物理層速率最高都可達54Mbps,傳輸層速率最高也可達25Mbps,但穩定性有待進一步改善,且成本也較高。而802.11b最高速率可達11Mbps,因為起步較早,技術較為成熟,成本也不高,將是未來最有前途的無線區域網標准,下面重點介紹802.11b標准。
二、IEEE 802.11b無線網路標准
1. 無線區域網的物理層
無線區域網同傳統有線區域網的區別,表現在物理層上就是無線區域網一般用無線電作為傳輸介質,而不是傳統的電纜。對於IEEE 802.11b無線區域網,有三種可選物理層:跳頻擴頻(FHSS)物理層、直接序列擴頻(DSSS)物理層和紅外線(IR)物理層。物理層的選擇取決於實際應用的要求。跳頻擴頻和直接序列擴頻是通信技術中兩種常用的擴展頻譜技術,用以提高無線信道的利用率和數據通信的安全性。目前大多數基於IEEE 802.11b的無線區域網產品的物理層介質工作在2.4000~2.4835GHz的無線射頻頻段(ISM頻段),採用直接序列擴展頻譜技術以提供高達11Mbps的數據傳輸速率。
2. 無線區域網的MAC協議
原則上講,無線區域網的MAC協議和有線區域網的MAC協議並無本質上的區別。然而,由於無線傳輸媒體固有的特性以及移動性的影響,無線區域網的MAC協議不能沿用原有的區域網協議。例如,IEEE 802.3的MAC層採用CSMA/CD來使各個不同的站點共享同一物理信道。而實現CSMA/CD的一個重要前提是,各站點能夠非常容易地實現沖突檢測功能。在有線區域網(如乙太網)的情況下,可根據檢測電纜線上直流分量的變化容易地實現沖突檢測。然而在使用無線傳輸媒體時,由於以下的原因,很難實現沖突檢測。
1) 沖突檢測的能力要求各站能同時發送(發送自己的信號)和接收(決定其他站的傳輸是否干擾自己的傳輸),這將增加信道的花費。
2) 更重要的是,由於隱藏終端問題的存在,即使一個站有沖突檢測的能力,並已經在發送時檢測到沖突,在接收端仍然會有沖突發生。
鑒於以上原因,無線區域網協議標准IEEE 802.11b採用了一種具有沖突避免的載波監聽多路訪問(CSMA/CA)協議實現無線信道的共享。
一種簡單的CSMA/CA可實現如下:在數據包傳輸之前,無線設備將先進行監聽,看是否有其他無線設備正在傳輸。若傳輸正在進行,該設備將等待一段隨機決定的時間,然後再監聽,若沒有其他設備正在使用介質,該設備開始傳輸數據;因為很有可能在一個設備傳輸數據的同時,另一個設備也開始傳輸數據,為了避免此類沖突造成的數據丟失,接收設備檢測所收到的分組的CRC,如果正確,則向發送設備傳輸一個確認信息(acknowledgement)以指示沒有沖突發生。否則,發送設備將重復上述CSMA/CA過程。
為了使兩個無線設備同時進行傳輸(這將導致沖突)的可能性減到最小,802.11設計者使用稱為發送請求/清除以發送(RTS/CTS)的機制。例如:若數據到達無線節點指定的無線訪問點(AP),該AP將給那個無線節點發送一個RTS幀,請求一定量的時間向它傳輸數據,無線節點將用CTS幀進行回應,表示它將阻止任何其他的通信,直到AP發送完數據為止。其他無線節點也能聽到正在發生的數據傳輸,並把它們的傳輸延遲到那段時間之後。在這種方式下,數據在節點之間進行傳遞時,由設備導致的在介質上產生沖突的可能性最小。這種傳輸機制同時解決了無線區域網中的隱藏終端問題。
為了確保數據在傳輸中不丟失,CSMA/CA還引入了確認(ACK)機制,接收者在收到數據後,向發送單元發一個確認通知ACK。若發送者沒有收到ACK,表明數據丟失,將再次傳輸該數據。
3. 無線區域網實時性性能分析
IEEE 802.11b無線區域網標准在媒體訪問控制層採用CSMA/CA協議以實現無線信道的共享。在網路負荷較輕的情況下,發生沖突的機會很少,再加上一些無線網路產品採取了一些附加的措施,甚至可以完全避免沖突的發生。如Wi-LAN的無線產品AWE 120-24無線網路橋接器利用動態時間分配輪詢的方式:當有多個無線遠端設備要與基站通信時,基站會根據遠端站的ID依次詢問各個遠端站是否有數據要發送,如果有數據要發送,就給其分配時間片,如果沒有,則會繼續向下詢問,周而復始。這里的所謂動態輪詢是指用戶可以設置基站的輪詢方式,對於非活動站減少對其詢問的次數,這樣可以保證時間片不會被浪費。動態時間分配輪詢技術完全避免了沖突的發生,可以獲得比CSMA/CA更好的實時性。這使得無線技術在工業控制網路中的應用成為可能。
三、基於無線技術的網路化智能感測器介紹
計算機網路技術、無線技術以及智能感測器技術的結合,產生了「基於無線技術的網路化智能感測器」的全新概念。這種智能感測器集成了數據採集、數據處理和無線網路介面模塊,無線網路介面模塊底層網路介面(硬體介面)採用基於IEEE 802.11b的網路介面晶元,高層網路介面(軟體介面)採用TCP/IP協議,把TCP/IP協議作為一種嵌入式應用,即把TCP/IP協議固化到智能感測器的ROM中,使得現場數據的收發都以TCP/IP協議進行。這種基於無線技術的網路化智能感測器使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網路上傳輸、發布和共享。
無線區域網可以在普通區域網基礎上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網橋、無線Modem及無線網卡等來實現。
在工業自動化領域,有成千上萬的感應器,檢測器,計算機,PLC,讀卡器等設備,需要互相連接形成一個控制網路,通常這些設備提供的通信介面是RS- 232或RS-485。無線區域網設備使用隔離型信號轉換器,將工業設備的RS-232串口信號與無線區域網及乙太網絡信號相互轉換,符合無線區域網IEEE802.11b和乙太網絡IEEE 802.3標准,支持標準的TCP/IP網路通信協議,有效的擴展了工業設備的聯網通信能力。
四、無線區域網在工業控制網路中的應用
工業控制系統的網路化為無線技術在工業控制系統中的應用提供了基礎和可能。近幾年很多研究人員也展開了這方面的研究工作。中國科學院沈陽自動化所的曾鵬等人以FF(現場匯流排基金會)頒布的FFHSE(高速乙太網)為藍本,結合無線乙太網標准IEEE802.11b,構造了現場級無線通信協議棧。該協議棧保持了基金會現場匯流排的通信模型,能夠完成無線設備間的時間同步和實時通信。韓國釜山國立大學的Kyung Chang Lee等人設計了協議轉換模型,實現了Profibus-DP網路和IEEE802.11無線區域網的互連。Mario Alves等人對基於廣播方式的現場匯流排/無線網路的混合網路報文傳送延遲時間進行了估算。C.Koulamas等人研究了Profibus現場匯流排與基於IEEE802.11b的DSSS物理層相結合的性能。
除了在理論上的研究工作外,在一些工業控制網路中,無線通信技術已獲得了應用。如美國羅克威爾公司在基於DeviceNet、Control-net、Ethernet/IP的三層控制網路體系中,加入了無線乙太網部分,可以實現無線通信。德國西門子公司在基於Profibus-DP、Profinet的控制網路中結合無線乙太網技術,使控制網路具有了無線通信功能。由於無線網路無可比擬的優越性,它可以免去大量的線路連接,節省系統的構建費用和維護成本,還可以滿足一些特殊場合的需要,與此同時,大大增強了系統構成的靈活性。加之無線通信技術自身的不斷改進,無線通信技術在工業控制領域中必將具有廣闊的發展空間和應用前景。
五、無線技術在工控網路中的應用方案及使用設備
1.無線工業控制的方法
通過使用基於無線技術的網路化智能感測器,結合目前市場上出現的各種基於IEEE 802.11b的無線區域網網橋,就可以實現無線區域網技術在工業控制網路中的一種應用方案。無線區域網網橋用作無線訪問點(AP),基於無線技術的網路化智能感測器採集現場數據、處理,並以TCP/IP協議對數據進行打包,通過無線鏈路發送到AP,由於無線鏈路和有線乙太網高層均採用TCP/IP協議,且低層協議對高層協議是透明的,就實現了無線網路和有線網路的無縫連接。通過Internet,就可以實現遠程監控。
2.無線設備的選擇
要實現無線網路,需要選擇的設備一般為兩種。一種為無線區域網網橋,可將多個無線站點連入已有的區域網之中;另一種為無線通訊裝置,例如無線網卡、無線Modem等。下面介紹一下研華公司的無線裝置。
A.WLAN-9200系列11Mbps工業無線區域網接入器
WLAN-9200是一款用於室外的增強11Mbps無線區域網網橋。它能夠在無須任何物理布線的情況下,將多個遠程站連接到區域網中。
特點:
·支持IEEE 802.1lb標准2.4GHz ISM頻段
·支持高級用戶驗證,提供堅固的安全性WEP128,MAC地址控制
·帶符合IP 66/NEMA 4x標準的防水銹外殼,保護系統不被損壞
·提供冷卻風扇和加熱器,防止系統過熱和過冷
·提供按鈕和LED顯示,可方便的設置溫度
·採用IP66防水介面,保護電源、LAN和無線介面
·提供各種天線,用於增大傳輸距離
WLAN-9200是一款用於室外的增強11Mbps無線區域網網橋。它能夠在無須任何物理布線的情況下,將多個遠程站連接到區域網中。這樣就節省了大量維護及組建相應電纜網路的成本。WLAN-9200帶有一個堅固的外殼,可以防止水、酸、閃電、低溫及高溫對系統的破壞。由於這些特點,WLAN-9200工作極為穩定和可靠,是室外應用的理想選擇。因此,WLAN-9200非常適合在布線困難的惡劣場所使用,如水庫和建築物。WLAN-9200與IEEE 802.1lb標准兼容,具有各種強大功能。在提供高度安全保護(WEP:128位),DHCP客戶、SNMP代理等的同時,能夠提供11Mbps的高傳輸速度。此外,為了滿足室外惡劣環境下的使用要求,WLAN-9200還提供了先進的系統保護功能:發光保護、冷卻風扇、加熱器、防水介面、工業設備箱、電源/LAN同軸電纜等。
成本低,安裝簡便
WLAN-9200可以將不同的分布式站點連接在一起,組成一個更寬范圍的無線網路。它能夠節省到遠程地點的布線成本。WLAN-9200採用了專門的設計,用戶可以方便快捷的將其裝上或拆下。此外,WLAN-9200還提供了按鈕和LED顯示,用於顯示和設置高/低溫度。用戶可以使用它快速組建自己的無線網路。為了能夠在更遠的范圍內使用,WLAN-9200還提供了各種天線,用於延長傳輸距離。
可靠穩定的堅固設計
WLAN-9200採用了先進的設計,帶有一個不生銹的防水外殼,能夠對系統起到有效的保護。它符合IP 66/NEMA 4x標准,具有耐腐蝕、防紫外線、安全和自動滅火的特點。為了防止WLAN-9200內部過熱或過冷,研華還在它的內部設計了一個冷卻風扇和一個加熱器,用戶可以設置高/低溫度設置。當工作溫度高於或低於用戶指定的溫度時,冷卻風扇或加熱器就會開始工作。此外,WLAN-9200還提供了防水介面和防閃電保護,可以對電源,區域網和天線介面起到保護的作用。
遠程站點之間的快速數據傳輸
WLAN-9200與高速無線區域網標准IEEE 802.1 lb完全兼容,它提供11Mbps(在空氣中)的速度,可以進行更快的數據傳輸。WLAN-9200在2.4GHz ISM頻段採用了DSSS技術,不會被雜訊所干擾,使數據的傳輸更加安全和可靠。
保持通信的私有性
WLAN-9200採用了多種安全功能對您的無線網路進行保護(WEP128加密,MAC地址控制及口令安全)。通過採用先進的WEP128加密,您可以選擇WEP密匙來保護您的數據,防止未授權的無線用戶查看這些數據,只有接入點和無線適配器的可接入性,多種安全機制協同工作,能夠有效防止對有線及無線網路的未授權訪問。
B.ADAM-4550系列2.4GHz無線數據機(RS-232/485介面)
ADAM-4550是一款直序擴頻無線數據機。它工作在2.4GHz的ISM波段上,該波段在全球都可以無需申請即可使用。通過RS-232或RS-485串口,ADAM- 4550可以以高達115.2Kbps的速度與計算機或其它設備進行通信。
ADAM-4550以半雙工的方式工作,並以1Mbps的速率進行無線數據傳輸。它具有100mW的輸出功率,並且如果使用自帶的小型天線,它的傳輸距離可達150米,如果使用研華的高增益室外天線,其傳輸距離可以超過20公里(視距)。
RS-485標准支持半雙工通信。這意味著使用一對雙絞線即可進行數據的發送和接收。通常由握手信號RTS(請求發送)來控制數據流的方向。但在ADAM-4550中帶有一個專門的I/O電路,它可以用來偵測數據流向,在不需要握手信號的情況下自動切換傳輸方向。
ADAM-4550無線數據機提供了可靠的「點到點」或「點到多點」的網路無線連接。一個典型應用是將一個ADAM-4550模塊通過RS-232與主計算機相連,將其它ADAM-4550模塊放置在遠程現場。每個ADAM-4550模塊都可以通過RS- 4550網路與遠程設備相連接。遠程ADAM-4550模塊將遠程數據傳送到主ADAM- 4550模塊,而主ADAM-4550模塊會通過無線傳輸向遠程ADAM-4550模塊發送控制命令。
規格
·RS-232/RS-485傳輸速率(bps):1200,2400,4800,9600,19.2K,38.4K,57.6K,115.2K
·RS-232介面接頭:孔型DB-9
·RS-485介面接頭:插入式螺絲端子 支持AWG1-#12或2-#14-#22(0.5到2.5mm2線徑)電纜
·無線傳輸速率:1Mbps
·無線傳輸頻率:2.45GHz(標稱值)
·無線傳輸功率:100mW(標稱值)
·無線調制:直序擴頻PSK
·無線收發器地址:可軟體配置為254個不同的地址
·通信距離:550英尺有效距離(在開闊地使用2dBi全向天線的情況下),實際距離取決於環境條件、天線類型及位置
·工作溫度:-10º到70℃(14º到158℉)
·電源要求:+10~+30VDC
·功耗:4W
·尺寸:60mm×120mm(2.36」×4.41」)
特點
·可軟體配置RS-232或RS-485,數據傳輸速率可達115.2Kbps
·在有外部天線及放大器的情況下,傳輸半徑可超過20公里
·內置看門狗定時器及自動RS-485數據流控制
·擴頻無線調制
·工作在全球通用、無需申請的波段(2.4GHz)
·模塊間的1Mbps無線數據傳輸速率
·可軟體配置無線收發器地址
·方便的DIN導軌、面板或堆疊安裝
·帶有存儲通信設置的EEPROM
·支持點到點或點到多點的應用
·透明的IEEE802.1協議及用於確保數據完整性的10K緩存
·用於故障診斷的電源及數據流指示燈
·帶無線連接測試的診斷軟體
·符合FCC Part15及ETSI 3000.683/300.328標准
六、結論
通過無線區域網對工業設備進行控制簡單易行,但是成本稍高。目前,絕大多數無線控制如前所述採用的是IEEE802.11系列協議,它與我們大多區域網所採用的乙太網可以無縫連接,所以,對於用戶層測控程序沒有任何影響,只需對原有方案的物理層設備作簡單的配置即可。例如選用上述的研華的無線產品替代原有的有線通訊裝置,其它硬體及軟體配置均不受影響。
E. 求 XX校園區域網規劃與設計 論文
[計算機科學與技術]校園網規劃與設計—四川師范大學校園網建設
http://ww1.tabobo.cn/soft/20/233/2008/811099414095.html
內容提要:隨著現代信息技術的飛速發展,中國教育也正以前所未有的速度和力度推進自己的信息化水平,信息技術給教育帶來的變化是巨大的,它使教育突破了時間和空間的限制,大大擴展了教育的形式和空間。建設校園網已經成為教育領域信息化建設的當務之急。本文以四川師范大學校園網規劃與設計為例,從校園網建設的背景、需求分析、設計原則、方案整體設計、網路設備選型、網路計費與管理系統、未來發展規劃等方面進行了詳細的分析與描述。文章最後對整個校園網進行了總結。
關鍵詞:校園網 WLAN VLAN EAD RPR CAMS
目錄
第一章、概述 4
1.1 校園網建設背景 4
第二章、校園網需求分析 5
2.1 校園網需求分析 5
第三章、校園網建網原則 6
3.1網路建設基本原則 6
3.1.1 高帶寬 6
3.1.2 高可靠、高安全 6
3.1.3 可增值性 6
3.1.4 開放性 6
3.1.5 可管理性 7
3.1.6 可擴充性 7
3.2 高校網路建網原則 7
3.2.1 對IPv6的支持 7
3.2.2 對萬兆的支持 7
3.2.3 WLAN的布署 7
第四章、總體網路設計方案 9
4.1 核心層 9
4.2 匯聚層 10
4.3 接入層 10
第五章、網路方案技術特點 11
5.1 解決方案特點: 11
5.1.1 核心設備的高性能、高可靠 11
5.1.2 良好的互通性 12
5.1.3 基於流攻擊的防止 12
5.1.4 接入層解決方案 12
5.1.5 QOS功能 14
5.1.6 廣播風暴的抑止 14
5.1.7 組播業務 15
5.1.8 用戶認證、計費管理 15
5.1.9 IPv6的實現 16
5.1.10 全方位的安全保護 18
第六章、遠景規劃 19
6.1 四川師范大學整體網路解決方案 19
第七章、總結 21
參考文獻 21