无线局域网技术原理以及应用.docx

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无线局域网技术原理以及应用

摘要

随着网络的普及，越来越多的人享受到了网络给人们生活带来的方便。

但是上网地点的固定，上网工具不方便携带等问题，使人们对无线网络更加的渴望。

而无线局域网技术的诞生，正好满足了人们的渴望，也使得无线局域网技术越来越受到人们的关注。

所谓“无线局域网”其实就是WirelessFidelity的缩写，意思就是无限局域网。

它遵循IEEE所制定的802.11x系列标准，所以一般所谓的802.11x系列标准都属于无线局域网。

根据802.11x标准的不同，无线局域网的工作频段也有2.4G/HZ和5G/HZ的差别。

但是无线局域网却能够实现随时随地上网需求，也能提供较高速的宽带接入。

当然，无线局域网技术也存在着诸如兼容性，安全性等方面的问题，不过它也凭借着自身的优势，占据着主流无线传输的地位。

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。

能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。

其数据速率为1Mbps。

采用时分双工传输方案实现全双工传输。

本文首先对无线局域网和蓝牙的技术背景和发展情况做了简单的叙述，然后着重研究了无线局域网技术的原理，其中包括了无线局域网的性能指标，实现无线局域网的关键技术，无线局域网协议，其次讨论了无线局域网的网络的构成，和传输方式，最后对无线局域网的应用和蓝牙安全技术做了一些介绍，并对无线局域网技术未来的发展做出了假设和展望。

关键词：

无线局域网；IEEE802.11；直序扩频技术;跳频技术；蓝牙

Abstract

Forthepopularityofthenetwork,moreandmorepeoplehavefeltitsconvenience.However,therestrictedareaofthenetandtheinconvenienceofthetool’stakingmakepeoplestronglyeagerfor无线局域网.Wifi’sproducingwhichsatisfiedpeople’sdesirehasmadeitmoreattractive.,

Wifiistheabbreviationofwirelessfidelity.Itobeysthestandard802.11XIEEE.Thatistosay,standard802.11Xbelongstowifi.Accordingtothedifferentstandard802.11X,wifihasoperationbandin2.4G/HZand5G/HZ.EventhoughtherearealsosomeproblemslikeCompatibilityandnetworksecurityofwifi,italsooccupiedthemainstreamwirelesstransmissionwithitsadvantages.

Bluetooth,isakindofsupportequipmentforshortdistancecommunication（generallywithin10m）radiotechnology.Canincludemobilephone,PDA,wirelessheadset,notebookcomputers,andmanyotherrelatedperipheralequipmentbetweenwirelessinformationexchange.Use"bluetooth"technology,caneffectivelysimplifythemobilecommunicationterminalequipmentofcommunicationbetweenthe,alsocansuccessfullysimplifiedequipmentandInternetcommunicationbetweenInternet,thusdatatransmissionbecomemorequicklyandefficiently,forwirelesscommunicationwidenroads.Bluetoothusingdistributednetworkstructureandfastfrequencyhoppingandshortpackagetechnology,supportpointtopointandpointtomultipointcommunication,workinginuniversal2.4GHzISM（i.e.,industry,science,medicine）frequencyband.Thedatarateis1MBPS.Usingtime-divisionduplextransmissionschemetorealizefullduplextransmission

Thisarticlefirstlybrieflyintroducesthebackgroundandthedevelopmentofwifi,focusingonthetechnologyprincipleswhichincludeitsperformanceindex,thekeytechnologiesofitsrealizationandthewifiprotocols.Thenitdiscussesthewifi’snetworkinganditstransmission.Finally,itpresentstheapplicationofwifiandmakethehypothesisandtheoutlookofwifi’sdevelopment.

Keywords:

无线局域网;IEEE802.11;Direct-sequenceTechnique;FHSS;Bluetooth

1.3蓝牙技术的发展……………………………………………………………………………..？

1.3.1蓝牙技术的背景……………………………………………………………………..？

？

1.3.2蓝牙技术的发展………………………………………………………………………？

4蓝牙技术的安全机制信息技术

4.1.........................无线网络中的安全问题

4.2.........................蓝牙采用的安全技术

4.2.1.........................安全模式

4.2.2...........................设备和业务的安全等级

4.2.3............................链路级安全参数

4.2.4.............................密钥管理

4.2.5.............................加密算法

4.2.6...........................认证机制

绪论

随着技术的发展，各种传输方式不断的更新，无线局域网所谓一种可移动的高速传输方式，受到了世界各国的广泛关注。

目前我们上网主要采用的是有线接入的方式，正因为这样的接入方式，导致了我们享受网络咨询的同时，受到了上网地点的限制，从而使网络咨询的快速传达大打折扣。

而无线局域网技术，就解决了这一难题。

不仅如此，无线局域网作为一种更加方便的接入方式，在同样身为无线接入方式的3G技术，Wi-MAX等技术中也有着自己的优势。

3G传输速率只有2M，而且还只限于话音跟数据业务，而Wi-MAX的构建更加的复杂，无线局域网与之相比，有着更快的传输速率，更丰富的业务和更简单的构建方法，所以无线局域网必将在未来很长一段时间内占据这无线接入方式的主流地位。

我国目前也在大力发展无线局域网技术，无线网络覆盖的热点也越来越多，相信无线局域网这个方便快捷的无线接入技术，必将有美好的前景。

1无线局域网概述

1.1无线局域网技术背景与发展

1.1.1无线局域网概念

所谓“无线局域网”其实就是WirelessFidelity的缩写，意思就是无限局域网。

由于作为无线局域网产品的标准是遵循IEEE所制定的802.11x系列标准，所以一般所谓的802.11x系列标准都属于无线局域网。

而目前最流行的标准就是802.11b，也就是无线的标准协议。

该标准从802.11的2MB基础带宽增加到11MB，达到局域网水平，而且802.11g还可以兼容802.11b，因此成为市场新贵。

1.1.2无线局域网技术的背景

无线局域网技术从提出到现在已经在电信业和IT业引起了广泛的关注和应用。

英特尔花费了近20亿美元开发、推广自带无线网络模块的迅弛笔记本处理器,由此可见无线局域网将在近几年内得到极大的发展,而且还预示着这是一个不可逆转的方向。

目前,许多的固定、移动电话运营商都已杀入这块市场。

国际上已经有许多的移动运营商们争先恐后地向用户提供付费无线局域网服务。

斯普林特（Sprint）已向从事无线局域网技术的公司BoingoWireless进行投资,并宣布将与WyndhamInternational酒店合作,部署无线局域网热点。

凌志达通讯有限公司（NextelCommunicationsInc）正与摩托罗拉公司（MotorolaInc）合作开发无线局域网手机,并向一家为企业部署用于无线局域网和手机移动通信网络的公司RadioFrameNetworksInc提供支持。

2003年3月17日,美国最大的移动运营商Verizon无线宣布将在机场、酒店等室内热点地区提供无线局域网无线接入服务。

同时AT&T无线、T-Mobile美国公司也在积极进行无线局域网接入铺设。

Nextel公司则选择面向大企业客户,主要基于该公司手机用户基础上开展无线局域网业务。

各大公司的介入，表明了无线局域网技术的无限前景。

而事实证明无线局域网技术在全球的商用范围很广,用户数量巨大,有较广泛的应用,除了运营商经营以外,包括政府、企业和个人在内,在公共场合、企业内部、家庭都有应用。

到2006年底,全球无线局域网的芯片出货总量达到了5亿块,在全球100多个国家有超过6万个热点。

因此,无线局域网的用户基础良好,仅次于3G技术。

由此可见,无线局域网作为传统以太网的无线延伸有可能实现人们一直追求的“无处不在的移动宽带时代”,随着厂家的大力推广、技术的不断改进,必将成为无线通信的另一种选择,也必然掀起无线通信领域的大变革。

但要真正实现电信级无线局域网网络的部署和应用,对于国内的运营商而言,既存在着挑战又存在着机遇。

国内运营商也应该把握该技术所带来的机会,从而在无线通信领域拓展出更广阔的利润空间。

1.2无线局域网技术的发展与特点

1.2.1.1无线局域网技术的发展

无线局域网产品的标准是遵循IEEE——美国电工电子技术协会所制定的802.11系列标准，它是美国电机电子工程师协会为解决无线网络设备互连，于1997年6月制定发布的无线局域网标准。

所以一般所谓的802.11X系列标准都属于无线局域网。

IEEE802.11主要用于解决办公室局域网和校园中用户与用户终端的无线连接，其业务主要局限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。

由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11b，802.11a和802.11g3个新标准，下面分别进行简要的介绍。

IEEE802.11标准的制定推动了无线网络的发展，但由于传输速率只有1~2Mbps，该标准未能得到广泛的发展与应用。

1999年，IEEE通过了新的IEEE802.11a和IEEE802.11b标准。

IEEE802.11b定义了使用直接序列扩频调制技术，在2.4GHz频带实现速率为11Mbps的无线传输。

由于DSSS技术的实现比OFDM容易，IEEE802.11b标准的发展比IEEE802.11a快得多，在1999年年末首先出现了支持IEEE802.11b标准的产品，随后得到广泛商用，并通过互通性测试。

IEEE802.11b已成为当今WLAN的主流标准。

随着用户需求的增加，又诞生了IEEE802.11a标准，该标准工作在5GHz频段，最大速率可达54Mbps。

采用OFDM调制技术的IEEE802.11a标准与IEEE802.11b相比，具有两个明显的优点：

第一，提高了每个信道的最大传输速率（11~54Mbps）第二，增加了非重叠的信道数。

因此，采用IEEE802.11a标准的WLAN可以同时支持多个相互不干扰的高速WLAN用户。

不过这些优点是以兼容性和传输距离为代价。

IEEE802.11a和IEEE802.11b工作在不同的频段，俩个标准的产品不能兼容。

由于传输距离的减小，要覆盖相同的范围，就需要更多的IEEE802.11a接入点。

2002年年初，首次出现了支持IEEE802.11a标准的产品。

2001年1月，IEEE802.11g标准以草案的形式面世，在2003年5月以成为正式标准。

IEEE802.11g标准既能提供与IEEE802.11a相同的传输速率，又能与已有的IEEE802.11b设备后向兼容。

IEEE802.11g也工作在ISM2.4GHz频段，在速率不大于11Mbps时，仍采用DSSS调制技术；当传输速率高于11Mbps时，则采用传输效率更高的OFDM调制技术。

与IEEE802.11a相比，IEEE802.11g的优点是以性能的降低为代价的。

虽然OFDM调制技术能达到更高的速率，但2.4GHz频带的可用带宽是固定的，IEEE802.11g只能使用2.4Hz频段的3个信道，而IEEE802.11a在5GHz频带室内∕室外可用的信道各有8个。

由于IEEE802.11a的可用信道数比IEEE802.11g多，在相同传输速率下，频道重叠少，干扰就小。

所以，IEEE802.11a与IEEE802.11g相比，具有较强的抗干扰能力。

1.2.2现有无线局域网技术特点

无线局域网标准在设定时就有自身所带的一些优点和缺点。

其主要问题是:

第一,在无线局域网标准中,802.11b是目前最广泛使用的标准,目前的产品中,支持此标准的产品比支持802.11a和802.11g的产品便宜,但也是无线局域网标准中带宽最低、传输距离最短的一个标准。

第二,802.11a比802.11b具有更大的吞吐量,可同时使用多个频道以加速传输速率,电波不易受干扰,传输速率也很快达54Mbps,但由于它的工作频率在5GHz,与802.11b和802.11g不兼容（此二者工作于2.4GHz）,所以它是目前使用较少的一个无线局域网标准。

第三,802.11g的传输速率（理论上达54Mbps）比802.11b（理论上为11Mbps）要高,并且可与之兼容,但是它却比802.11b更容易受外界干扰,如无绳电话、微波炉及其它在2.4GHz频段上的设备。

最后就是在安全性上的问题，一般的无线设备在传播信息时所使用的无线信号可被其他人侦听到,并且目前常用的802.11b和802.11g工作在免费的通用频段之内,所以无线局域网无线设备在设计的过程中必须要考虑到安全保密的内容。

目前所生产的无线设备中大多数采用的是40/128位的WEP,部分产品支持VPN技术,在安全性方面已达到了一定的水平,但随着技术的发展,安全性方面还有待改进。

1.3.1蓝牙技术的背景

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。

芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。

1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。

全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

1.3.2蓝牙技术的发展

截止2010年7月，蓝牙共有六个版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0.以通讯距离来在不同版本可再分为ClassA

（1）/ClassB

（2）。

蓝牙1.0/1.2技术解读

1.1为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

1.2同样是只有748~810kb/s的传输率，但在加上了（改善Software）抗干扰跳频功能。

通讯距离版本

a）ClassA是用在大功率/远距离的蓝牙产品上，但因成本高和耗电量大蓝牙

，不适合作个人通讯产品之用（手机/蓝牙耳机/蓝牙Dongle等等），故多用在部分商业特殊用途上，通讯距离大约在80~100M距离之间。

b）ClassB是目前最流行的制式，通讯距离大约在8~30M之间，视产品的设计而定，多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙Dongle的个人通讯产品上，耗电量和体积较细，方便携带。

无论1.1/1.2版本的蓝牙产品，本身基本是可以支持Stereo音效的传输要求，但只能够作（单工）方式工作，加上音带频率响应不太足够，并未算是最好之Stereo传输工具。

版本2.0是1.2的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，可以有（双工）的工作方式。

即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，2.0版本当然也支持Stereo运作。

蓝牙2.1技术解读

目前应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。

虽然Bluetooth2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。

为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG组织（SpecialInterestGroup）推出了Bluetooth2.1+EDR版本的蓝牙技术。

1.改善装置配对流程：

由于有许多使用者在进行硬件之间的蓝牙配对时，会遭遇到许多问题，不管是单次配对，或者是永久配对，在配对的过程与必要操作过于繁杂，以往在连接过程中，需要利用个人识别码来确保连接的安全性，而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接，举例来说，只要在手机选项中选择连接特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连结。

而短距离的配对方面，也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（NearFieldCoMMunication）机制。

NFC是短距离的无线RFID技术，在针对1~2公尺的短距离联机应用上，以电磁波为基础，取代传统无线电传输。

由于NFC机制掌控了配对的起始侦测，当范围内的2台装置要进行配对传输时，只要简单的在手机屏幕上点选是否接受联机即可。

不过要应用NFC功能，系统必须要内建NFC芯片或者是具备相关硬件功能。

2.更佳的省电效果：

蓝牙2.1版加入了SniffSubrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。

一般来说，当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之后，蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态，当然，也因为这样，蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态，即使手机的其它组件都已经进入休眠模式。

为了改善了这样这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低，也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。

根据官方的报告，采用此技术之后，蓝牙装置在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。

蓝牙3.0技术规范

2009年4月21日，蓝牙技术联盟（BluetoothSIG）正式颁布了新一代标准规范"BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed"（蓝牙核心规范3.0版高速），蓝牙3.0的核心是"GenericAlternateMAC/PHY"（AMP），这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。

最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应用。

作为新版规范，蓝牙3.0的传输速度自然会更高，而秘密就在802.11无线协议上。

通过集成"802.11PAL"（协议适应层），蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps（即可在需要的时候调用802.11WI-FI用于实现高速数据传输）。

，是蓝牙2.0的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。

功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量，但由于引入了增强电源控制（EPC）机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低，蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决。

事实上，蓝牙联盟也正在着手制定新规范的低功耗版本。

此外，新的规范还具备通用测试方法（GTM）和单向广播无连接数据（UCD）两项技术，并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度。

据称，配备了蓝牙2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0。

联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝牙3.0解决方案。

蓝牙4.0技术规范

蓝牙技术联盟（SIG）周二（2010年4月20日）表示，蓝牙4.0技术规范已经基本成型，预计于今年第二季度发布。

蓝牙4.0包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。

蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。

拥有低成本，跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色

此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。

3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米（约32英尺），而蓝牙4.0的有效传输距离可达到100米（约328英尺）。

蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术，它将三种规格合而为一，分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术，这三个规格可以组合或者单独使用。

SIG首席技术总监（CTO）葛立表示，全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术，是一个“三融技术”，首先蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势，同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙的特点，尤以低耗能技术为核心，大大拓展了蓝牙技术的市场潜力。

低耗能蓝牙技术将为以纽扣电池供