无线局域网在移动通信中的应用

无线局域网在移动通信中的应用随着通信技术的发展，人们要求可以随时随地接入网络，实现各种资源和设备的共享。有线网络在很大程度上满足了人们的固定互联的需要。对于经常移动办公或者需要建立临时网络的时候，固定连接就显得复杂而低效，例如拨号线的传输速率较低，在城市内速率只能达到14.4Bps；租用专线的速率虽然可以达到较高，但是年租金一般也很昂贵；双绞线、同轴电缆、光纤则存在铺设费用高、施工周期长、移动困难、维护成本高、覆盖面积小等问题。随着各种移动设备的大量增加，如便携计算机、掌上设备等的普及，人们希望任何时候、任何地点都能快速、方便、灵活的实现互联，进行数据传输和设备共享。无线网络为我们提供了相应的解决方案。所谓无线局域网是应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系，无线局域网最本质的特点也是最大的优点就是不再使用通信电缆，从而使网络的构建和移动更加灵活。按传输波段的不同，无线局域网分为红外系统和射频系统。由于各自的传播特性，决定了射频系统为WLAN的主要技术形式。因此，WLAN又常称为RLAN。无线局域网与有线局域网比最基本的优势在于它的可移动性。随着有线局域网的使用日益普及，世界各国联入局域网的计算机数量巨大，大大提高了工作效率和生产效率，但有线局域网有其本质的缺陷：网中的设备不可移动，有些地方布线、改线不易等。人们希望在保留以线缆为传输媒体的有线局域网中主干网的安全、可靠和高速的特点时，引入无线传输媒体使通信终端在一定范围内可灵活、简便、移动地接入通信网。因此无线局域网作为有线局域网的延伸，具有很大的潜在市场。无线局域网的特点：无线局域网(简称WLAN)(WirelessLocalAreaNetworks；WLAN)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，是利用无线射频技术(RadioFrequency；RF)实现快速接入以太网的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络。WLAN可应用于一些热点地区，为用户提供宽带无线接入服务。具有部署灵活、高带宽的优势。WLAN的数据传输速率现已能达到11Mbps，传输距离可远至20km以上，使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。WLAN技术使用2.4G自由频段，无须经过无委会批准即可使用，因此各运营商都可以开展WLAN业务。由于中国移动比较中国电信在数据基础网络建设，尤其是“最后一公里”的线路资源上远远落后，因此如果按平常方式建设WLAN，中国移动要么在进度上落后中国电信，要么付出更高成本。中国移动如何发挥自身优势，快速低成本地大规模建设WLAN网络，在业务开展中抢得先机，是关系中国移动能否最终在WLAN业务中获利的关键。中国移动在无线网络方面的优势是其它任何运营商所无法比拟的。在WLAN网络覆盖的热点地区，绝大部分有中国移动的室内覆盖系统，因此中国移动挖掘原有GSM室内覆盖系统的潜力，利用室内覆盖系统实现WLAN信号覆盖，是一条快速建设低成本、广覆盖的WLAN网络的道路。无线局域网络存取技术在市场发展中，IEEE802.11X技术在性能方面逐渐表现出了优于蓝牙、HomeRF等技术的特点，逐渐成为2.4GHz无线网络应用中使用最为广泛的标准。802.11X规范了无线局域网的介质存取控制层(简称MAC)及物理层(简称PHY)。目前厂商在设计无线局域网络产品时，有多种存取设计方式，大致可分为三大类：窄带技术、扩频技术及红外技术。而扩频又分为直接序列扩频技术（简称DSSS）和跳频扩频技术(简称FHSS)。无线局域网在性能上的差异，主要取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调制方式。调制方式的选择并不完全是随意的，虽然FHSS并不强求某种特定的调制方式，但大部分既有的FHSS都是使用不同形式的GFSK调制方式，而在IEEE802.11X中规定要使用GFSK调制方式。至于DSSS则通过使用可变相位调制(如：PSK、QPSK、DQPSK)，可以得到最高的可靠性和高的数据速率。在抗噪声能力方面，采用QPSK调制方式的DSSS与采用FSK调制方式的FHSS各有其优势。FHSS系统之所以选用FSK调制方式，是因为FHSS和FSK内在架构的简单性。而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器，但可以获得更多的回馈。一般而言，DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用。FHSS则大都使用于需快速移动的场合。由于FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可能也会比较高。以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率及传输的稳定性，所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。建网描述功分器功分器功分器耦合器耦合器耦合器耦合器小天线小天线小天线小天线小天线小天线小天线泄漏电缆负载滤波合路器GSMDCSW-lan功分器小天线小天线功分器简单同轴分布式天线系统原理图利用GSM室内覆盖系统进行WLAN覆盖的原理如下：来自不同系统基站的下行信号，经过多通道滤波合路器合路，然后通过低损耗电缆、耦合器、功分器等到达终端天线进行室内覆盖，通过选用不同耦合度的耦合器以及根据每层所需要的终端天线数量确定功率分配，形成一定区域的覆盖，对于狭长形状（如地铁、隧道），也可以使用泄露电缆替代室内小天线进行覆盖。上行信号则反之。中国移动建设WLAN的原则及意义中国移动建设WLAN的原则：1）充分依托现有的移动网资源、品牌优势和庞大的客户资源，以及无线通信建设和服务经验。2）充分利用GSM/GPRS网络现有的、成熟的用户鉴权机制、用户管理机制、漫游机制、计费机制以及移动业务能力，积极推进鉴权、计费与GSM/GPRS统一，形成中国移动通信的差异化竞争优势。3）中国移动在WLAN引入初期，网络应采用基于SIM卡的认证组网方案。4）客户端软件应能根据网络情况自动选择WLAN、GPRS、GSMCSD网络，实现上网功能，并集成GPRS压缩功能，使用界面简单、直观，同时保证客户端软件和终端的独立性。5）基于WLAN接入方式的的数据业务可以和现有的数据业务结合，如短消息服务、移动电子邮件、移动个人理财、娱乐天地、位置服务、游戏等，利用业务控制手段如门户网站来引导用户对增值业务的使用。根据无线信道质量情况的好坏，可以在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps速率间进行自适应调整。当无线信道质量好时，采用高速的调制方式；反之，采用低速的调制方式。中国移动建设WLAN的意义：1）开展WLAN业务，不仅仅是GPRS的补充和CMNet的延伸，还是面向移动商务人士提供高速无线数据业务的主要手段。通过WLAN的热点覆盖，为高端用户提供更优质的差异化服务，提高用户ARPU值，提升中国移动通信的品牌价值。2）通过WLAN的热点覆盖，结合GSM/GPRS广域覆盖，既可以让用户在广域范围内享受GSM/GPRS提供的无线数据业务，又可以在热点地区选择使用WLAN享受宽带无线数据服务。3）通过WLAN的热点覆盖，可以弥补GPRS在热点地区提供高速数据业务能力的不足，向用户提供高速无线接入能力，加强中国移动通信在移动数据业务方面的竞争优势。4）通过WLAN的热点覆盖，启动笔记本电脑/PDA用户对中国移动通信无线数据业务的使用，切入宽带无线数据市场，提前培育3G业务市场，积累3G商业运营经验。5）通过WLAN的热点覆盖，增加CMNet业务流量，促进城域网建设，利用和整合其他网络资源，降低建设成本。中国移动WLAN系统介绍WLAN结构WLAN终端设备可以是任何支持IEEE802.11x协议的设备，同时要求和接入网络设备兼容。目前WLAN终端设备主要支持IEEE802.11b协议。同时WLAN终端设备需要安装相应的认证客户端软件，支持SIM认证方式或者用户/口令认证方式。WLAN系统结构见图1。图1WLAN系统结构图中AP是WLAN业务网络的小型无线基站设备，完成802.11b标准的无线接入。AP也是一种网络桥接器，是连接有线网络与无线局域网络的桥梁，任何WLAN终端设备均可通过相应的AP接入外部的网络资源。在数据通讯方面，AP负责完成它与WLAN终端设备之间数据包的加密和解密。当用户在AP无缝覆盖区域移动时，WLAN终端设备可以在不同的AP之间切换，保证数据通讯不中断。在安全控制方面，AP可以通过网络标志来控制用户接入；同时当采用基于802.1x的用户认证机制时，AP能够和后台认证服务器协同工作，来完成对WLAN用户的认证。当采用基于WEB方式的用户认证时，AC作为安全控制点和后台的RADIUS用户认证服务器相连，完成对WLAN用户的认证。当采用基于SIM方式的用户认证时，AC作为安全控制点和后台的认证服务器（AS）相连，完成对WLAN用户的认证。在计费中，AC作为集中式的计费数据采集前端，采集用户数据通讯的时长、流量等计费数据信息，并将其发送到相应的认证服务器产生话单。同时，在业务控制中，通过AC设立门户网站，提供业务控制功能。当对WLAN用户采用采用基于SIM卡的认证方式时，AS接受来自AC的用户认证服务请求，对WLAN用户进行认证，并将认证结果通知AC。对于SIM卡用户，AS还接收计费信息采集点发送的计费数据采集信息，经过预处理后产生话单（计费数据记录，即CDR），并将话单通过计费数据接口发送给BOSS计费子系统。4．2中国移动WLAN的用户认证依据目前中国移动计划建设的网络结构，采用AP/AC/AS的方式并基于802.1x的SIM认证方式的协议栈模型设计如图2：图2协议栈模型设计在AP/AC/AS组网方式中采用的EAP-SIM认证方式下，一个较完整的认证流程如下:（1）在WLAN用户的无线网卡和所接入的AP之间建立好物理连接之后，Client向AP设备发送EAPoL-Start报文，开始802.1x接入流程；（2）AP向客户端发送EAP-Request/Identity报文，要求客户端回应IMSI；（3）Client回应EAP-Response/Identity给AP的请求，其中包括用户的网络标识。用户ID通过读取SIM卡获得，可使用内置读卡器或外置读卡器。它通常的格式是1IMSI@realm，其中IMSI与GSM网的一致），realm是运营商的域名（如“cmcc.com”）；（4）AP以EAPOverRADIUS的报文格式将EAP-Response/Identity发送给认证服务器AS,并且带相关的RADIUS的属性；（5）AS根据配置确定使用EAP-SIM认证，向AP发送RADIUS-Access-Challenge报文，内含AS发送给客户端的EAP-Request/SIM/Start的报文，表示希望开始进行EAP-SIM的认证；（6）AP设备将EAP-Request/SIM/Start发送给认证客户端；（7）Client收到EAP-Request/SIM/Start报文后，产生一个128bit随机数，在EAP-Response/SIM/Start回应中把它发送给AP设备；（8）AP以EAPOverRADIUS的报文格式将EAP-Response/SIM/Start发送给认证服务器AS,并且带上相关的RADIUS的属性；（9）AS设备通过七号信令与HLR交换信息；（10）AS依据配置取N为2或者3，将N组RAND串起来后生成一个N*RAND，并且依据规定的算法生成四个密钥K_sres，K_int,K_ency,Master_Key，并且利用K_int根据规定的算法生成AT_MAC，同时根据K_sres生成MAC_SRES；（11）AS向AP设备发送RADIUS-Access-Challenge报文，里面含有EAP-Request/SIM/Challenge报文；（12）AP将EAP-Reques