浅谈WLAN在移动通信中的应用及前景

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【摘要】在移动通信中，wlan作为固定局域网的一种延伸，因其组网简单，速率较高，受到了移动运营商和许多商务用户的广泛关注，但其也存在认证计费复杂、网络安全性较差、用户接入控制难等问题，也引起了各方对此项技术的争论。

本文从WLAN的工作原理及实现方式着手，阐明了WLAN与LAN的区别，并详细描述了其在目前移动通信中的应用，并对WLAN的优缺点进行详细的分析，对WLAN的应用前景进行了个人的分析及展望，并对其解决方案提出了自己的看法。

【关键词】WLAN；工作原理；移动通信；前景

一、 引言

近年来，无线网络在国内通信网中日趋普及， 用户数量快速增长。而其中，无线局域网（WLAN）因其覆盖范围较小，数据传输速率也较高，网络安装难度较低，能有效的解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入而受到各运营商的青睐。

以河南移动为例，在WLAN方面，河南移动发展非常迅猛。2011年热点数量才11万，18个地市分公司实现无线城市门户网站接入。WLAN热点居中国移动各省第7位；而截止目前已达到16万。“下一年的增长目标是20万，估计到2013年年底有望接近40万热点[2]。

而在2012年，一则《中移动WLAN疑遭破解 WiFi热点被“蹭网”凸显管控难题》的新闻，也引起了我们的极大关注。文中声称：“一款名为“畅无线”的应用蹿红网络，原因在于，它利用中国移动的WiFi管理漏洞，为使用者提供免费的无线上网服务。”[3]

那么，WLAN为何在中国国内发展如此迅猛呢？WLAN是否安全呢？它的优缺点又是什么呢？它的前景如何呢？

接下来，我们将具体从WLAN的工作原理、实现方式、优缺点等方面详细描述，具体如下：

二、 WLAN的组成结构及实现方式

WLAN从结构上可以分为两类，第一类具有固定基础设施，第二类没有固定基础设施。

其中，具有固定基础设施的主要是以802.11为标准，而无固定基础设备的移动自组织网络是一种多跳的临时性自治系统，它的前身是美国的PR（PACKET RADIO）网络，后改名为AD HOC 网络，它通常应用在没有或者不便利用现有的网络基础设

施的情形中，目前主要用于军事通信、移动会议、紧急服务和空难恢复、无线传感器网络等领域。

而在常见的802.11无线以太网为标准的固定基础设施中，一般采用星形拓扑，以AP为中心，在MAC层使用载波侦听冲突避免（CSMA/CA）协议。

以一个典型的WLAN组网方式为例，该组网包括了全国骨干、省级骨干网络，认证中心、城域网、二级交换机、一级交换机、AC及热点、AP及终端等部分。

三、 WLAN的工作原理

以OSI七层模型为例，WLAN主要工作在OSI七层模型中的第1和第2层，即物理层和数据链路层（在功能上可以再细分为MAC层和LLC层），下面我们分别具体了解下这两种网络的具体作用：

1. 物理层（ physical layer ）：

物理层是OSI的第一层，是整个系统执行的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，承担数据传输的物理媒体，为数据传输提供可靠的环境。

2. 介质访问控制子层

“介质访问控制子层”，用于定义物理层数据包怎样在介质上进行传输。在共享同一个带宽的链路中，定义了如何物理寻址，逻辑拓扑结构，线路控制和帧的传递顺序、流量控制等功能。

在802.11无线以太网为标准的固定基础设施中，一般采用星形拓扑，以AP为中心，在MAC层使用载波侦听冲突避免（CSMA/CA）协议。

802.11协议对MAC层无争用服务采用载波侦听/冲突避免（CSMA/CA）协议，如何做到冲突避免呢？其工作主要如下：

1. 每个发送站在送出数据前，监听信道状态，等没有人使用信道，维持一段

时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会，在CSMA/CA中，常采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

2. 送出数据前，会先发一段小小的请求传送报文（RTS ： Request to Send）给目标端，等待目标端回应 CTS： Clear to Send 报文后，才开始传送。

3. 为了尽量减少发生冲突，CSMA/CA协议在空闲状态，不仅等待一个DIFS，还执行退避算法，如果此时信道已经转入忙，则结点将当退避计时器复位，重新进行争用状态，直到成功发送。

四、 WLAN与LAN的区别

虽然WLAN和LAN都在最终用户之间提供连接性，但它们存在一些重要差别，其主要差别如下：

1. WLAN使用的帧格式与有线以太网LAN不同，WLAN要求在帧的第2层报头中添加额外的信息。

2. WLAN使用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA），而不是以太网LAN使用的载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。

3. WLAN使用无线电波因覆盖范围、RF传输、多路径失真以及其他无线服务或干扰，将导致一些在LAN中较少存在的连接性问题。

4. WLAN存在因射频泄露导致的保密问题。在WLAN中，使用射频作为网络的物理层移动客户端通过接入点连接到网络，接入点相当于以太网集线器，这种连接没有到网络的物理连接和移动设备通常使用电池供电，而不像LAN设备那样连接到电源插座。

5. WLAN必须遵循当地的RF法规。标准化旨在让WLAN在全球通用。由于WLAN使用射频，因此它们必须遵循随国家而异的有关RF功率和频率的法规，而有线LAN不存在这样的问题。

五、 WLAN系统在移动通信中的应用情况

在目前的移动通信中，根据IEEE 802.11相关标准定义WLAN工作于免许可证频段：2.4GHz及5GHz，随着工作频率及数据率的提高，硬件实现成本也越高，同时无线的传播范围也会降低。

以中移动为例，目前主要采取WLAN+TD双模终端方式，通过热点地区分流，对TD网络形成有益补充，弥补TD覆盖不足，低成本加强室内覆盖， 在2.4GHz内，100mw时的覆盖范围为100米左右，而在5.8GHz，100mw，覆盖范围为50米左右，

业务范围主要是终端从WLAN接入核心网，可以访问传统PS域数据业务及访问Internet及企业数据应用。

六、 WLAN在移动通信应用中的优、缺点

在移动通信中，WLAN因其组网简单，速率较高，受到了移动运营商和许多商务用户的广泛关注。归纳起来，WLAN的优缺点主要如下：

（一） WLAN在移动应用中的优点

1、 实测业务承载速率为17-25Mbps，优于现有2G/3G技术，高带宽，频点高于2G/3G技术。

2、 建设成本低，不须考虑重新装潢，布线之费用，建网快，能迅速满足热点地

区的数据业务需求，节省成本。

3、 机动性： WLAN主要针对电脑用户，终端（特别是笔记本内置模块）普及度高，不受工作区域之限制兼容性高，安装方便，且可随时增加使用数量。

4、 所在频段为非授权频段，无需高额申请相关频谱资源。

（二） WLAN在移动应用中的缺点

1、 频点资源少，高带宽干扰严重，且ISM频段易受干扰，抗干扰及穿透损耗能力差，802.11 b/g主要工作在2.4GHz ISM频段，实际部署将受到来自异系统的干扰，对网络性能影响较大；而802.11a工作在5.8GHz频段，穿透能力较弱，要求尽可能视距传播，多用于网桥或空旷，区域覆盖，室内覆盖较难实现，ISM频段干扰不可控。

2、 频段高，连续覆盖能力弱，空口协议效率不高，缺少专用控制信道和统一的资源管理机制，多用户接入能力弱。

3、 网络可管理性弱，业务QoS保障能力弱，易受攻击，现阶段各运营商主要依赖厂商提供的本地网管，多厂商设备管理能力较弱，各厂商采用的部分数据统计方式不统一，不能完全反映网络真实状况，故障和性能管理方面能力较弱，网管支持能力较弱[5]。

七、 WLAN应用的前景展望及解决方案

从长远发展趋势看，WLAN和3G网络主要定位的应用场景都有所扩展，但是各自优势区域只出现很小的重叠，不存在真正意义上的竞争关系，而从目前WLAN近几年在国内各运营商的发展来看，仍需要从以下几个方面进行完善：

1、 从硬件的角度来看，WLAN相关系统存在AP、AC接口标准化及瘦AP产品的技术标准规范化问题。

2、 从架构来看，传统的主流方案均是采取胖AP方案，即对每AP下发配置文件，类似有线，根据AP接入的有线端口区分权限，简单数据接入，L2漫游，适合小规模组网，传统加密、认证方式，普通安全性较低，已难以满足高速发展的数据业务需要。在今后的发展中，WLAN的架构方案建议需要增加射频环境监控，基于用户位置的安全策略，提高WLAN使用的安全性；在无线交换机上统一配置并下发，AP零配置，减化相关维护，并无线专门虚拟专用组方式，根据用户名区分权限，使其使用更加灵活，L2、L3漫游，拓扑无关性，使其适合大规模组网，并扩展语音等丰富业务。

3、 而从相关技术来看，在物理层中，建议可在WLAN中引入MIMO技术，对其信道进行绑定，并有更多子载波，采取更短的GI，更高的调制速率，更高调制速

率，可扩大WLAN传播范围，提高信号传输的可靠性，使系统能够以不低于108Mbps的传输速率保持通信；还可以充分利用无线资源的空间可分性，提高无线局域网系统对无线资源的利用率，扩大无线信号的传输范围，并从根本上提高系统容量。而在MAC层中，采用帧聚合帧聚合技术，开展Block ACK，缩小帧间间隔，给用户提供更高数据率的通信服务（例如视频点播VOD，在线观看HDTV）。

八、 总结

综上所述，无线局域网（WLAN）因其覆盖范围较小，数据传输速率也较高， WLAN作为固定局域网的一种延伸，受到了移动运营商和许多商务用户的广泛关注。

就其工作原理及实现方式而言，WLAN的组成结构共分两类，目前一般采用第一类方式，即在802.11无线以太网为标准的固定基础设施中，采用星形拓扑，以AP为中心，在MAC层使用载波侦听冲突避免（CSMA/CA）协议。

在WLAN与其它LAN中，其帧格式和传输方法与LAN存在较大差别，在WLAN使用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA），而且使用无线电波有可能导致一些在LAN中较少存在的连接性问题，并存在因射频泄露导致的保密问题。另外，由于WLAN使用射频，它们必须遵循随国家而异的有关RF功率和频率的法规问题，而在LAN中则没有相关的问题。

而在实际的使用中，WLAN优势主要在于实测业务承载速率优于现有2G/3G技术，高带宽，建设成本低，能迅速满足热点地区的数据业务需求，且WLAN主要针对电脑用户，终端（特别是笔记本内置模块）普及度高，兼容性高，安装方便，所在频段为非授权频段，无需高额申请相关频谱资源等。

但其在实际的使用中，也存在频点资源少，高带宽干扰严重，频段高，连续覆盖能力弱，空口协议效率不高，缺少专用控制信道和统一的资源管理机制，室内覆盖距离短，网络可管理性弱，业务QoS保障能力弱，易受攻击等缺点。