無線局域網技術特征與鐵路行業無線應用前景的研究

王 昳 上海鐵路局信息技術所

隨著網絡的飛速發展以及筆記本電腦的普及，人們對移動辦公的要求越來越高。傳統的有線局域網要受到布線的限制，如果建筑物中沒有預留的線路，布線以及調試的工程量將非常大，而且線路容易損壞，給維護和擴容等帶來不便，網絡中的各節點的搬遷和移動也非常麻煩。因此高效快捷、組網靈活的無線局域網便應運而生。

隨著無線局域網（WLAN）、第三代互聯網技術（3G）等無線互聯網技術的產生和應用，一種新型的網絡—無線網絡使人們的網上生活變得更加自如，那種拿著筆記本電腦，在智能大廈的任意位置行走，隨時隨地下載資料、打印文件等早已不是電影中的情節了。

移動計算技術的日益普及和工業標準逐步被市場所采納和接受,以及無線網絡在技術上的成熟,產品種類的不斷增加和成本的下降,無線網在全世界還將有較大的發展,它將擴展有線局域網或在某些情況下取而代之。無線通信技術相結合的產物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統有線局域網的功能，能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入。

WLAN技術使網上的計算機具有可移動性，能快速、方便地解決有線方式不易實現的網絡信道的連通問題。WLAN利用電磁波在空氣中發送和接收數據，而無需線纜介質。

1 無線局域網的概念

WLAN(Wireless Local Area Network)是利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的網絡，是計算機網絡與

2 無線局域網的技術特征

2.1 無線局域網的特點

WLAN開始是作為有線局域網絡的延伸而存在的，各團體、企事業單位廣泛地采用了WLAN技術構建辦公網絡。但隨著應用的進一步發展，WLAN正逐漸從傳統意義上的局域網技術發展成為“公共無線局域網”，成為國際互聯網INTERNET寬帶接入手段。WLAN具有易安裝、易擴展、易管理、易維護、高移動性、保密性強、抗干擾等特點。

(1)無線技術成熟,性能穩定。無線技術的利用已相當普及,而且性能穩定,帶寬高,傳輸質量較好。

(2)無線設備提供的帶寬已能滿足需要。無線設備現在已可提供11Mbps的帶寬,完全滿足用戶的網絡需要。而且無線技術發展迅速,現在的工作在ISM 5.8GHz頻段的無線設備速率已達54Mbps。

(3)投資較少,組網快,可擴展性較強,組網靈活。相對于光纖,無線設備投資很少,成本只是敷設光纖的1/4,甚至更低,而且可擴展性較強,在無線覆蓋的區域,遠端各點只需架設天線即可和中心機房相連,組網方便快捷,而且節約了預敷設光纖的大量資金。

(4)安全性好,抗災能力強。隨著無線技術的發展和應用的普及,無線網絡已具有相當的安全性。

(5)通信距離遠,覆蓋范圍大(25km),基站可以將鄉鎮覆蓋上。

(6)專網專用。利于管理維護,可入固定資產。并且移動性好,可隨網點搬遷移動。

(7)無線組網作為有線的補充,能彌補有線的不足,為最終用戶提供一個自由、移動、方便的網絡環境。

2.2 目前主流無線局域網的標準

由于WLAN是基于計算機網絡與無線通信技術，在計算機網絡結構中，邏輯鏈路控制（LLC）層及其之上的應用層對不同的物理層的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN標準主要是針對物理層和媒質訪問控制層(MAC)，涉及到所使用的無線頻率范圍、空中接口通信協議等技術規范與技術標準。

2.2.1 IEEE802.11

1990年IEEE802標準化委員會成立IEEE802.11WLAN標準工作組。IEEE802.11 （別名：Wi-Fi(WirelessFidelity)無線保真）是在1997年6月由大量的局域網以及計算機專家審定通過的標準，該標準定義物理層和媒體訪問控制(MAC)規范。物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制，定義了兩個RF傳輸方法和一個紅外線傳輸方法，RF傳輸標準是跳頻擴頻和直接序列擴頻，工作在2.4000～2.4835GHz頻段。

IEEE802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網標準，主要用于解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入，業務主要限于數據訪問，速率最高只能達到2Mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，所以IEEE802.11標準被IEEE802.11b所取代了。

2.2.2 IEEE802.11b

1999年9 月IEEE802.11b被正式批準，該標準規定WLAN工作頻段在2.4~2.4835GHz，數據傳輸速率達到11Mbps,傳輸距離控制在50~150英尺。該標準是對IEEE802.11的一個補充，采用補償編碼鍵控調制方式，采用點對點模式和基本模式兩運作模式，在數據傳輸速率方面可以根據實際情況在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率間自動切換，它改變了WLAN設計狀況，擴大了WLAN的應用領域。

IEEE802.11b已成為當前主流的WLAN標準，被多數廠商所采用，所推出的產品廣泛應用于辦公室、家庭、賓館、車站、機場等眾多場合，但是由于許多WLAN的新標準的出現，IEEE802.11a和IEEE802.11g更是倍受業界關注。

2.2.3 IEEE802.11a

1999年，IEEE802.11a標準制定完成，該標準規定WLAN工作頻段在5.15~8.825GHz，數據傳輸速率達到54Mbps/72Mbps(Turbo),傳輸距離控制在10~100(m)。該標準也是IEEE 802.11的一個補充，擴充了標準的物理層，采用正交頻分復用（OFDM）的獨特擴頻技術和QFSK調制方式，可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口，支持多種業務如話音、數據和圖像等，一個扇區可以接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。

IEEE802.11a標準是 IEEE802.11b的后續標準，其設計初衷是取代802.11b標準。然而，工作于2.4GHz頻帶是不需要執照的，該頻段屬于工業、教育、醫療等專用頻段，是公開的，工作于5.15~8.825GHz頻帶需要執照的。一些公司仍沒有表示對802.11a標準的支持，一些公司更看好最新混合標準IEEE802.11g。

2.2.4 IEEE802.11g

目前,IEEE推出最新版本IEEE802.11g認證標準,該標準提出擁有IEEE802.11a的傳輸速率，安全性較IEEE802.11b好，采用2種調制方式，含802.11a中采用的OFDM與IEEE802.11b中采用的CCK，做到與802.11a和802.11b兼容。

雖然802.11a較適用于企業，但WLAN運營商為了兼顧現有802.11b設備投資，選用802.11g的可能性極大。

2.2.5 IEEE802.11i

IEEE802.11i標準是結合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗證和設備驗證，對WLANMAC層進行修改與整合,定義了嚴格的加密格式和鑒權機制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修訂標準主要包括兩項內容："Wi-Fi保護訪問"(Wi-Fi Protected Access：WPA) 技術和"強健安全網絡"(RSN)。Wi-Fi聯盟計劃采用 802.11i標準作為WPA的第二個版本，并于2004年初開始實行。

IEEE802.11i標準在WLAN網絡建設中的是相當重要的，數據的安全性是WLAN設備制造商和WLAN網絡運營商應該首先考慮的頭等工作。

2.2.6 IEEE802.11e/f/h

IEEE802.11e標準對WLANMAC層協議提出改進，以支持多媒體傳輸以及所有WLAN無線廣播接口的服務質量保證QOS機制。

IEEE802.11f定義訪問節點之間的通訊，支持IEEE802.11的接入點互操作協議（IAPP）。

IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術。

2.3 無線局域網的結構

2.3.1 室外網絡

無線局域網在室外主要有以下幾種結構：點對點型、點對多點型、多點對點型和混合型。

(1)點對點型。該類型常用于固定的要聯網的兩個位置之間，是無線聯網的常用方式，使用這種聯網方式建成的網絡，優點是傳輸距離遠，傳輸速率高，受外界環境影響較小。

(2)點對多點型。該類型常用于有一個中心點，多個遠端點的情況下。其最大優點是組建網絡成本低、維護簡單，而且由于中心使用了全向天線，設備調試相對容易。但該種網絡的缺點也是因為使用了全向天線，波束的全向擴散使得功率大大衰減，網絡傳輸速率低，對于較遠距離的遠端點，網絡的可靠性不能得到保證。

(3)混合型。這種類型適用于所建網絡中有遠距離的點、近距離的點，還有建筑物或山脈阻擋的點。在組建這種網絡時，綜合使用上述幾種類型的網絡方式，對于遠距離的點使用點對點方式，近距離的多個點采用點對多點方式，有阻擋的點采用中繼方式。

2.3.2 室內網絡

無線局域網的室內應用有以下兩類情況：

(1)獨立的無線局域網。這是指整個網絡都使用無線通信的情形。在這種方式下可以使用AP，也可以不使用AP。在不使用AP時，各個用戶之間通過無線直接互聯。但缺點是各用戶之間的通信距離較近，且當用戶數量較多時，性能較差。

(2)非獨立的無線局域網。在大多數情況下，無線通信是作為有線通信的一種補充和擴展。我們把這種情況稱為非獨立的無線局域網。在這種配置下，多個AP通過線纜連接在有線網絡上，以使無線用戶即能夠訪問網絡的各個部分。

2.4 無線局域網的安全技術

無線局域網采用公共的電磁波作為載體,而電磁波能夠穿越天花板、玻璃、樓層、磚、墻等物體,因此在一個無線局域網接入點的服務區域中,任何一個無線客戶端都可以接收此接入點的電磁波信號。這樣,非授權的客戶端也能接收到數據信號。也就是說,由于采用電磁波來傳輸信號,非授權用戶在無線局域網(相對于有線局域網)中竊聽或干擾信息就容易得多。所以為了阻止這些非授權用戶訪問無線局域網絡,從無線局域網應用的第一天開始便引入了相應的安全機制。

實際上,無線局域網比大多數有線局域網的安全性更高。無線局域網技術早在第二次世界大戰期間便出現了,它源自于軍方應用。一直以來,安全性問題在無線局域網設備開發及解決方案設計時,都得到了充分的重視。

目前,無線局域網絡產品主要采用的是IEEE(美國電氣和電子工程師協會)802.11b國際標準,大多應用DSSS(Direct Sequence SpreadSpectrum,直接序列擴頻)通信技術進行數據傳輸,該技術能有效防止數據在無線傳輸過程中丟失、干擾、信息阻塞及破壞等問題。802.11標準主要應用三項安全技術來保障無線局域網數據傳輸的安全。

2.4.1 SSID(Service Set Identifier)技術

該技術可以將一個無線局域網分為幾個需要不同身份驗證的子網絡,每一個子網絡都需要獨立的身份驗證,只有通過身份驗證的用戶才可以進入相應的子網絡,防止未被授權的用戶進入本網絡。

2.4.2 MAC(MediaAccess Control)技術

應用這項技術,可在無線局域網的每一個接入點下設置一個許可接入的用戶的MAC地址清單,MAC地址不在清單中的用戶,接入點將拒絕其接入請求。

2.4.3 WEP(Wired Equiva2lent Privacy)加密技術

因為無線局域網絡是通過電波進行數據傳輸的,存在電波泄露導致數據被截聽的風險。WEP安全技術源自于名為RC4的RSA數據加密技術,以滿足用戶更高層次的網絡安全需求。

3 無線局域網在鐵路行業的應用前景

隨著中國邁入鐵路高速時代，鐵路行業也已開始飛速發展。因此利用信息技術手段提升鐵路行業整體服務質量、工作效率和運營安全就起著舉足輕重的作用。無線局域網憑借其自身的許多技術優勢在鐵路行業的應用范圍將非常廣泛。

3.1 移動辦公環境

在辦公環境中使用無線網絡系統，可以使辦公用的計算機具有移動能力，在網絡范圍內可實現計算機漫游。各種業務人員、部門負責人、工程技術專家和管理人員，只要有可移動計算機或筆記本電腦，無論是在辦公室、會議室、洽談室，甚至在宿舍都可通過無線網絡隨時登錄企業辦公網查閱資料、獲取信息。通過內部無線聯網的建立，可以擺脫傳統有線網絡的束縛。

3.2 鐵路車站內部無線網絡系統

車站部門眾多、站區分散，現場環境比較復雜，有些環境有時難于鋪設有線網絡。通過建立無線網絡系統，不僅可以實現鐵路各重點區域的遠程無線聯網，完成業務數據的實時傳輸與交互，而且可以實現對全部重點區域現場，如道口、貨場、車站和鐵路沿線環境的實時視頻監控，便于及時發現安全隱患，保障生產安全。基于車站無線局域網技術的運用使得在軟席候車室及城際列車中架設網絡環境成為可能，這將大大提高鐵路行業的服務水平和核心競爭力。

3.3 鐵路貨場數據無線傳輸系統

貨場工作人員每日需要錄入貨物流通、庫存等信息。通過設置采用無線AP對整個貨場地區進行無線覆蓋以后，我們的工作人員就可以利用支持IEEE802.11b/g傳輸標準的條形碼掃描儀錄入貨物信息，可以通過無線網絡實時傳輸到調度信息中心進行處理，大大提高了工作效率和服務質量，避免了不必要的差錯。

3.4 鐵路電力遠動控制系統無線網絡的應用

隨著鐵路電氣化的不斷推進，為進一步提高列車運行速度、降低運輸成本、改善運輸組織，提升鐵路大通道的運輸能力，目前實現電氣化的線路上的供電已經普遍使用了電力遠動控制系統。鐵路電力遠動系統由遠動控制主站、遠動終端和通信通道三部分組成，是近年來在國內全面推廣的鐵路電力新技術。該系統在某些不適合鋪設傳統有線通信通道的供電線路區段內設置了無線網路，控制主站通過無線網絡對遠動終端進行相應的控制，同時遠動終端也通過無線網絡實時將遙測、遙信、遙調、遙控等數據傳回控制主站。

4 結束語

無線局域網有許多優勢，在諸多領域得到廣泛的應用。巨大的市場潛力是它技術創新與發展的源動力，提供更強的QoS功能和更快的速度仍是它發展的方向。

近年來,隨著適用于無線局域網的產品價格的逐漸下降,相應軟件也逐漸成熟。此外,無線局域網已能夠通過與廣域網相結合的形式提供移動互聯網的多媒體業務。相信在未來,無線局域網將以它的高速傳輸能力和靈活性發揮更加重要的作用，必將進一步改變我們的工作和生活方式。