自组网络与WiFi：无线局域网的发展与应用

随着移动通信技术的飞速发展，20世纪90年代无线局域网开始进入市场，为商业经营人员和工程应用提供了极大方便。无线局域网可分为两大类：

第一类是具有固定基础设施的无线局域网，即通信设备除采用无线通信网络外，其他都为固定设备，各站点之间的通信不需连接线缆。

第二类为没有固定基础设施的移动站（Mobile Station），采用便携式通信设备（手提便携式计算机和无线网卡等）。移动站不仅能够移动，而且还可以在移动过程中进行实时通信，非常方便。

1998年，IEEE制定了无线局域网通信协议标准802.11。802.11标准规定了无线局域网的最小构件是基本服务集（Basic Service Set，BSS）。BSS包括一个基站和若干移动站。所有的无线站点和BSS内部的各站点均可以直接通信。但与本地BSS以外的站点通信时都必须通过BSS基站的分配系统DS联网，组成扩展服务集（ESS）。

BSS覆盖的地域范围称为基本服务区（Basic Service Area，BSA），一个BSA的服务范围约为数十米直径，与无线移动通信的蜂窝小区相似。

基本服务集里面的基站有一个接入点（Access Point，AP）。BSS既可独立运行（基本服务集内部无线通信），也可通过AP连接到主干分配系统（Distribution System，DS），然后再接入到另一个基本服务集（漫游），构成一个扩展的服务集（Expanded Service Set，ESS），如图4-37所示。

图4-37 基本服务集（BSS）和扩展服务集（ESS）

分配系统（DS）可以使用以太网、点对点链路或其他网络。扩展服务集（ESS）还可为无线用户提供有线网络（如因特网）的接入。这种接入是通过802.11定义的桥门（Bridge）设备来实现的。桥门的作用实际上就是网桥。

在第一类具有固定基础设施的无线局域网中，一个移动站如果要加入到一个基本服务集（BSS），必须先选择一个接入点（AP），并与此接入点建立关联（association）。此后，这个移动站就可以通过该接入点发送和接收数据。若移动站使用重建关联（reassociation）服务，就可将关联服务移动到另一个接入点。使用分离（disassociation）服务时，可以终止这种关联服务。

第二类无线局域网是无固定基础设施的无线局域网，这种网络没有上述基本服务集中的接入点（AP），而是一些处于平等状态的移动站组成的临时网络，如图4-38所示。这种无线局域网称为自组网络（Ad Hoc Network），它依靠自身就能组成网络。图4-39说明了当移动站A和E通信时，它的路径是A→B、B→C、C→D，最后D→E，是一连串的存储转发过程。路径中的这些转发节点都具有路由器的功能。在自组网络中每个移动站都要参与网络中其他移动站的路由发现和维护。此外，移动站构成的网络拓扑可能会随时间变化得很快，因此在固定网络中行之有效的一些路由选择协议对自组网络已不再适用，这种自组网络的路由选择协议非常复杂。(www.xing528.com)

图4-38 便携式计算机构成的自组网络

由于便携式计算机的大量普及，自组网络的组网方式和路由选择协议引起了关注。因为每一个移动设备都具有路由器转发分组功能，因此分布式的移动自组网络的生存性非常好，持有笔记本式计算机的人可利用这种移动自组网络方便地交换信息。当出现自然灾害时，可利用移动自组网络进行及时有效的抢险救灾。

图4-39 互联网络的概念

a）实际的互联网络 b）虚拟互联网络（IP网）

移动自组网络与移动IP并不相同。移动IP技术是指漫游主机可以用多种方式连接到因特网，它的核心网络功能仍然是在固定互联网络中使用的各种路由协议。移动自组网络是将移动性能扩展到无线领域的自治系统，具有自己特定的路由选择协议，不必一定要和因特网相连。

WiFi是最为成功的无线局域网，以IEEE802.11系列标准为基础，使用2.4GHz和5GHz两个开放频段；2.4GHz频段的频率为2.402～2.4835GHz，共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后每隔1MHz设置一个信道，因此每个信道可使用的带宽为1MHz。使用二元高斯移频键控（GFSK）编码时的基本接入速率为1 Mbit/s。使用四元GFSK编码时的基本接入速率为2 Mbit/s。

由于无线局域网中的无线电波是全方位地向四周传播以及电波传播会受到障碍物的影响，使传播距离受到限制。此外，无线通道的带宽也较窄，为充分利用信道资源，不能简单地搬用CS-MA/CD（载波监听多址访问/碰撞检测）协议，只能使用不带碰撞检测的CSMA协议。为提高CSMA协议的效率，802.11使用CSMA/CA协议。CA（Collision Avoidance）表示碰撞避免。