无线局域网技术特征与铁路行业无线应用前景的研究

王 昳 上海铁路局信息技术所

随着网络的飞速发展以及笔记本电脑的普及，人们对移动办公的要求越来越高。传统的有线局域网要受到布线的限制，如果建筑物中没有预留的线路，布线以及调试的工程量将非常大，而且线路容易损坏，给维护和扩容等带来不便，网络中的各节点的搬迁和移动也非常麻烦。因此高效快捷、组网灵活的无线局域网便应运而生。

随着无线局域网（WLAN）、第三代互联网技术（3G）等无线互联网技术的产生和应用，一种新型的网络—无线网络使人们的网上生活变得更加自如，那种拿着笔记本电脑，在智能大厦的任意位置行走，随时随地下载资料、打印文件等早已不是电影中的情节了。

移动计算技术的日益普及和工业标准逐步被市场所采纳和接受,以及无线网络在技术上的成熟,产品种类的不断增加和成本的下降,无线网在全世界还将有较大的发展,它将扩展有线局域网或在某些情况下取而代之。无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

WLAN技术使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。

1 无线局域网的概念

WLAN(Wireless Local Area Network)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与

2 无线局域网的技术特征

2.1 无线局域网的特点

WLAN开始是作为有线局域网络的延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术构建办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。

(1)无线技术成熟,性能稳定。无线技术的利用已相当普及,而且性能稳定,带宽高,传输质量较好。

(2)无线设备提供的带宽已能满足需要。无线设备现在已可提供11Mbps的带宽,完全满足用户的网络需要。而且无线技术发展迅速,现在的工作在ISM 5.8GHz频段的无线设备速率已达54Mbps。

(3)投资较少,组网快,可扩展性较强,组网灵活。相对于光纤,无线设备投资很少,成本只是敷设光纤的1/4,甚至更低,而且可扩展性较强,在无线覆盖的区域,远端各点只需架设天线即可和中心机房相连,组网方便快捷,而且节约了预敷设光纤的大量资金。

(4)安全性好,抗灾能力强。随着无线技术的发展和应用的普及,无线网络已具有相当的安全性。

(5)通信距离远,覆盖范围大(25km),基站可以将乡镇覆盖上。

(6)专网专用。利于管理维护,可入固定资产。并且移动性好,可随网点搬迁移动。

(7)无线组网作为有线的补充,能弥补有线的不足,为最终用户提供一个自由、移动、方便的网络环境。

2.2 目前主流无线局域网的标准

由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（LLC）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。

2.2.1 IEEE802.11

1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。IEEE802.11 （别名：Wi-Fi(WirelessFidelity)无线保真）是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.4000～2.4835GHz频段。

IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于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，业务主要限于数据访问，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，所以IEEE802.11标准被IEEE802.11b所取代了。

2.2.2 IEEE802.11b

1999年9 月IEEE802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4~2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50~150英尺。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。

IEEE802.11b已成为当前主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于许多WLAN的新标准的出现，IEEE802.11a和IEEE802.11g更是倍受业界关注。

2.2.3 IEEE802.11a

1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15~8.825GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo),传输距离控制在10~100(m)。该标准也是IEEE 802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术和QFSK调制方式，可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

IEEE802.11a标准是 IEEE802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准。然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的，工作于5.15~8.825GHz频带需要执照的。一些公司仍没有表示对802.11a标准的支持，一些公司更看好最新混合标准IEEE802.11g。

2.2.4 IEEE802.11g

目前,IEEE推出最新版本IEEE802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，做到与802.11a和802.11b兼容。

虽然802.11a较适用于企业，但WLAN运营商为了兼顾现有802.11b设备投资，选用802.11g的可能性极大。

2.2.5 IEEE802.11i

IEEE802.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对WLANMAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容："Wi-Fi保护访问"(Wi-Fi Protected Access：WPA) 技术和"强健安全网络"(RSN)。Wi-Fi联盟计划采用 802.11i标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。

IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中的是相当重要的，数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。

2.2.6 IEEE802.11e/f/h

IEEE802.11e标准对WLANMAC层协议提出改进，以支持多媒体传输以及所有WLAN无线广播接口的服务质量保证QOS机制。

IEEE802.11f定义访问节点之间的通讯，支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）。

IEEE802.11h用于802.11a的频谱管理技术。

2.3 无线局域网的结构

2.3.1 室外网络

无线局域网在室外主要有以下几种结构：点对点型、点对多点型、多点对点型和混合型。

(1)点对点型。该类型常用于固定的要联网的两个位置之间，是无线联网的常用方式，使用这种联网方式建成的网络，优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。

(2)点对多点型。该类型常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。其最大优点是组建网络成本低、维护简单，而且由于中心使用了全向天线，设备调试相对容易。但该种网络的缺点也是因为使用了全向天线，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证。

(3)混合型。这种类型适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或山脉阻挡的点。在组建这种网络时，综合使用上述几种类型的网络方式，对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。

2.3.2 室内网络

无线局域网的室内应用有以下两类情况：

(1)独立的无线局域网。这是指整个网络都使用无线通信的情形。在这种方式下可以使用AP，也可以不使用AP。在不使用AP时，各个用户之间通过无线直接互联。但缺点是各用户之间的通信距离较近，且当用户数量较多时，性能较差。

(2)非独立的无线局域网。在大多数情况下，无线通信是作为有线通信的一种补充和扩展。我们把这种情况称为非独立的无线局域网。在这种配置下，多个AP通过线缆连接在有线网络上，以使无线用户即能够访问网络的各个部分。

2.4 无线局域网的安全技术

无线局域网采用公共的电磁波作为载体,而电磁波能够穿越天花板、玻璃、楼层、砖、墙等物体,因此在一个无线局域网接入点的服务区域中,任何一个无线客户端都可以接收此接入点的电磁波信号。这样,非授权的客户端也能接收到数据信号。也就是说,由于采用电磁波来传输信号,非授权用户在无线局域网(相对于有线局域网)中窃听或干扰信息就容易得多。所以为了阻止这些非授权用户访问无线局域网络,从无线局域网应用的第一天开始便引入了相应的安全机制。

实际上,无线局域网比大多数有线局域网的安全性更高。无线局域网技术早在第二次世界大战期间便出现了,它源自于军方应用。一直以来,安全性问题在无线局域网设备开发及解决方案设计时,都得到了充分的重视。

目前,无线局域网络产品主要采用的是IEEE(美国电气和电子工程师协会)802.11b国际标准,大多应用DSSS(Direct Sequence SpreadSpectrum,直接序列扩频)通信技术进行数据传输,该技术能有效防止数据在无线传输过程中丢失、干扰、信息阻塞及破坏等问题。802.11标准主要应用三项安全技术来保障无线局域网数据传输的安全。

2.4.1 SSID(Service Set Identifier)技术

该技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络,每一个子网络都需要独立的身份验证,只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络,防止未被授权的用户进入本网络。

2.4.2 MAC(MediaAccess Control)技术

应用这项技术,可在无线局域网的每一个接入点下设置一个许可接入的用户的MAC地址清单,MAC地址不在清单中的用户,接入点将拒绝其接入请求。

2.4.3 WEP(Wired Equiva2lent Privacy)加密技术

因为无线局域网络是通过电波进行数据传输的,存在电波泄露导致数据被截听的风险。WEP安全技术源自于名为RC4的RSA数据加密技术,以满足用户更高层次的网络安全需求。

3 无线局域网在铁路行业的应用前景

随着中国迈入铁路高速时代，铁路行业也已开始飞速发展。因此利用信息技术手段提升铁路行业整体服务质量、工作效率和运营安全就起着举足轻重的作用。无线局域网凭借其自身的许多技术优势在铁路行业的应用范围将非常广泛。

3.1 移动办公环境

在办公环境中使用无线网络系统，可以使办公用的计算机具有移动能力，在网络范围内可实现计算机漫游。各种业务人员、部门负责人、工程技术专家和管理人员，只要有可移动计算机或笔记本电脑，无论是在办公室、会议室、洽谈室，甚至在宿舍都可通过无线网络随时登录企业办公网查阅资料、获取信息。通过内部无线联网的建立，可以摆脱传统有线网络的束缚。

3.2 铁路车站内部无线网络系统

车站部门众多、站区分散，现场环境比较复杂，有些环境有时难于铺设有线网络。通过建立无线网络系统，不仅可以实现铁路各重点区域的远程无线联网，完成业务数据的实时传输与交互，而且可以实现对全部重点区域现场，如道口、货场、车站和铁路沿线环境的实时视频监控，便于及时发现安全隐患，保障生产安全。基于车站无线局域网技术的运用使得在软席候车室及城际列车中架设网络环境成为可能，这将大大提高铁路行业的服务水平和核心竞争力。

3.3 铁路货场数据无线传输系统

货场工作人员每日需要录入货物流通、库存等信息。通过设置采用无线AP对整个货场地区进行无线覆盖以后，我们的工作人员就可以利用支持IEEE802.11b/g传输标准的条形码扫描仪录入货物信息，可以通过无线网络实时传输到调度信息中心进行处理，大大提高了工作效率和服务质量，避免了不必要的差错。

3.4 铁路电力远动控制系统无线网络的应用

随着铁路电气化的不断推进，为进一步提高列车运行速度、降低运输成本、改善运输组织，提升铁路大通道的运输能力，目前实现电气化的线路上的供电已经普遍使用了电力远动控制系统。铁路电力远动系统由远动控制主站、远动终端和通信通道三部分组成，是近年来在国内全面推广的铁路电力新技术。该系统在某些不适合铺设传统有线通信通道的供电线路区段内设置了无线网路，控制主站通过无线网络对远动终端进行相应的控制，同时远动终端也通过无线网络实时将遥测、遥信、遥调、遥控等数据传回控制主站。

4 结束语

无线局域网有许多优势，在诸多领域得到广泛的应用。巨大的市场潜力是它技术创新与发展的源动力，提供更强的QoS功能和更快的速度仍是它发展的方向。

近年来,随着适用于无线局域网的产品价格的逐渐下降,相应软件也逐渐成熟。此外,无线局域网已能够通过与广域网相结合的形式提供移动互联网的多媒体业务。相信在未来,无线局域网将以它的高速传输能力和灵活性发挥更加重要的作用，必将进一步改变我们的工作和生活方式。