無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的特征、運(yùn)營(yíng)模式與應(yīng)用前景

1 引言

無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Networks； WLAN）是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)讓用戶透過(guò)它，達(dá)到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。

目前，WLAN領(lǐng)域主要是IEEE 802.11x系列。我國(guó)自主創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)WAPE及歐洲Hiper LAN/x系列等幾種標(biāo)準(zhǔn)在積極發(fā)揮作用。

近代通用無(wú)線接入作為先進(jìn)手段實(shí)施接入網(wǎng)的全部或部分功能，它已成為有線接入的有效支持、補(bǔ)充與延伸，是快速、靈活裝備與實(shí)現(xiàn)普遍服務(wù)的重要途徑。無(wú)線接入目前雖大部分為窄帶，但中寬帶與寬帶（Wideband and Broadband）無(wú)線接入，包括2.5G/3G移動(dòng)接入、不對(duì)稱IP接入及衛(wèi)星接入已成為可能。而WLAN/WPAN/WBAN技術(shù)可視為一種最接近用戶的短距離、微功率、微微小區(qū)（Pico-cell）型無(wú)線接入手段，加上毫微微小區(qū)Femtocell以及M2M-傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)（WSN/WVSN/Internet of Things）等助力，在構(gòu)筑新世紀(jì)泛在/普適全球個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線連接世界方面將發(fā)揮其獨(dú)特的重要作用。無(wú)線接入與Internet聯(lián)合運(yùn)作的所謂無(wú)線Internet/移動(dòng)IP，以及更進(jìn)一步以全球移動(dòng)通信的演進(jìn)發(fā)展沿2G→2G+（2.5G，2.75G）→3G→3G+→4G這一發(fā)展脈絡(luò)，將及時(shí)大量運(yùn)用及嵌入3G/4G，Bluetooth，WLAN/WPAN/WBAN之類新手段，進(jìn)入所謂嵌入式（Embedded）世界，實(shí)現(xiàn)以Pico-cell小區(qū)個(gè)人接入為中心展開(kāi)的無(wú)線個(gè)人域與物體域網(wǎng)絡(luò)（WPAN/WBAN）時(shí)代。這將成為未來(lái)全球個(gè)人通信世界中的最重要環(huán)節(jié)之一。

2 802.11x及其速率增強(qiáng)

IEEE在1997年為無(wú)線局域網(wǎng)制定了第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)──IEEE 802.11，其中定義了媒體存取控制層（MAC層）和物理層。物理層定義了在2.4GHz的ISM頻段上工作，總數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以以自組織（Ad Hoc）的方式進(jìn)行，也可以在基站BS（Base Station）或訪問(wèn)點(diǎn)AP（Access Point）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)最初主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶的無(wú)線接入，其業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2Mbit/s。之后，由于速率和傳輸距離都不能滿足人們的需要，IEEE小組又相繼推出了更高速率的標(biāo)準(zhǔn)802.11b和802.11a。802.11b支持較高速率達(dá)1Mbit/s，同樣工作于2.4GHz ISM頻段，亦稱Wi-Fi（無(wú)線保真，Wireless Fedelity），可為筆記本電腦或桌面電腦提供完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)。802.11a為利用5GHz頻段的WLAN方式，傳輸速率更高，可達(dá)25Mbit/s或更高，借助OFDM技術(shù)，其速率可高達(dá)54Mbit/s。它亦被稱為Wi-Fi5，可適應(yīng)話音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務(wù)的需要。802.11x標(biāo)準(zhǔn)即由Wi-Fi聯(lián)盟推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用工作。

為使進(jìn)入廣泛商用的WLAN取得更高速率、更可靠的QoS及安全性，IEEE進(jìn)行了一系列補(bǔ)充修訂，向802.1x系列標(biāo)準(zhǔn)化努力，包括OFDM，高狀態(tài)M-QAM調(diào)制與FEC技術(shù)，MIMO，CR，DFM等近代先進(jìn)無(wú)線設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用。

3 Wi-Fi-802.11i的安全協(xié)議缺陷

IEEE802.11i是IEEE為了彌補(bǔ)802.11脆弱的安全加密功能（WEP，Wired Equivalent Privacy）而制定的修正案，于2004年7月完成，其中定義了基于AES的全新加密協(xié)議CCMP（CTR with CBC-MAC Protocol）。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的安全問(wèn)題從暴露到最終解決經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而各大通信芯片商顯然無(wú)法接受在這期間什么都不出售，所以Wi-Fi廠商以802.11i的草案3為藍(lán)圖設(shè)計(jì)了一系列通信設(shè)備，稱為支持WPA（Wi-Fi Protected Access）的設(shè)備。公眾運(yùn)營(yíng)商級(jí)的WLAN用戶主要為企業(yè)客戶、經(jīng)常出差的商務(wù)人員及家庭用戶等，多半屬高端用戶，對(duì)服務(wù)質(zhì)量及安全性非常關(guān)注。而IEEE 802.11x標(biāo)準(zhǔn)中原先提出的安全方案已被廣泛證實(shí)存在安全漏洞。

例如，基于有線環(huán)境設(shè)計(jì)的端口訪問(wèn)控制協(xié)議802.1x，安全協(xié)議WEP及RC4流密碼，DHCP+WEB認(rèn)證中的用戶名和密碼系按明文HTTP1.0或弱加密HTTP1.1的MD5算法。MAC地址過(guò)濾及非法接入及目前使用較多的PPPoE認(rèn)證方式也是用明文或弱加密方式傳送口令，不適合于開(kāi)放無(wú)線環(huán)境。且PPP報(bào)文及PPPoE封裝效率較低，無(wú)后續(xù)數(shù)據(jù)加密，均對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商級(jí)高可靠性要求帶來(lái)較大隱患。

針對(duì)這些情況，我國(guó)依據(jù)“商用密碼管理?xiàng)l例”制定的WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)WAPI（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鑒別保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)），采用基于公共密鑰密碼體系的證書(shū)機(jī)制，動(dòng)態(tài)密鑰綜合安全度高。完善的安全認(rèn)證也是實(shí)施身份識(shí)別、分類計(jì)費(fèi)、路由策略和流量控制等優(yōu)良運(yùn)營(yíng)用戶管理的基礎(chǔ)。這些成果有可能打破外國(guó)企業(yè)在這一市場(chǎng)的絕對(duì)壟斷格局，從而引起了相應(yīng)外國(guó)政府和企業(yè)、組織的強(qiáng)烈關(guān)注與嚴(yán)重不安。他們采用政府高層施壓、Wi-Fi聯(lián)盟反對(duì)、芯片禁運(yùn)等各種手段抵制與阻撓實(shí)施，使WAPI標(biāo)準(zhǔn)受阻。

2004年4月29日，國(guó)家認(rèn)監(jiān)委和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合發(fā)布2004年第44號(hào)公告，聲明WAPI國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性認(rèn)證實(shí)施時(shí)間后延。此前，吳儀副***已在2004年4月22日中美商務(wù)會(huì)議上與美方會(huì)談后表示，中國(guó)同意在6月1日最后期限到來(lái)之時(shí)，不強(qiáng)制實(shí)施我國(guó)自主創(chuàng)新制定的WAPI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并與WLAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)密切合作。

在自主創(chuàng)新其他新標(biāo)準(zhǔn)之際，我國(guó)WAPI標(biāo)準(zhǔn)受阻失利的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)確實(shí)值得反思。但應(yīng)該指出，國(guó)內(nèi)參與WAPI標(biāo)準(zhǔn)化工作的單位，在重壓情況下仍再接再厲，團(tuán)結(jié)合作，進(jìn)一步將WAPI標(biāo)準(zhǔn)完善和務(wù)實(shí)推進(jìn)，并推向新的共贏合作高度值得贊揚(yáng)。國(guó)外一些有識(shí)之士已經(jīng)指出，中國(guó)能夠在標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)中憑借其龐大的市場(chǎng)和迅猛增長(zhǎng)來(lái)獲勝，全球科技和電信公司需要對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方案進(jìn)行評(píng)估，并在適當(dāng)時(shí)候與中國(guó)企業(yè)聯(lián)手共同打造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)政府不遺余力地支持WAPI。2005年，財(cái)政部、發(fā)改委及當(dāng)時(shí)的信息產(chǎn)業(yè)部聯(lián)合下發(fā)了“關(guān)于印發(fā)無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品政府采購(gòu)實(shí)施意見(jiàn)的通知”，表示在政府采購(gòu)中將優(yōu)先考慮符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。國(guó)家密碼管理構(gòu)也表示將開(kāi)放WAPI密碼算法，這大大降低了國(guó)內(nèi)外企業(yè)進(jìn)入WAPI市場(chǎng)的門(mén)檻，推進(jìn)WAPI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的工作。加緊芯片制造，借助政府采購(gòu)快速推進(jìn)相關(guān)需求、用戶應(yīng)用與進(jìn)一步全面增強(qiáng)性能與改進(jìn)信價(jià)比等，這些均是明智之舉。

WAPI雖受諸多不確定因素影響，但堅(jiān)持開(kāi)放與務(wù)實(shí)發(fā)展的基本方針是完全正確的。在西電捷通、六合萬(wàn)通及華大電子等企業(yè)合作基礎(chǔ)上，應(yīng)積極快速地?cái)U(kuò)大國(guó)內(nèi)外合作范圍，特別是與有實(shí)力有名望的國(guó)際廠商緊密合作，在政府相關(guān)部門(mén)的積極協(xié)調(diào)支持下，盡快形成有實(shí)力的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，及時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需求。同時(shí)，西電捷通還以40余項(xiàng)發(fā)明專利為基礎(chǔ)，在國(guó)內(nèi)外首次推出了一種IP自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品AIPNTM，可使用局域網(wǎng)固定私有IP地址，隨時(shí)隨地接入局域網(wǎng)，可柔性延伸支持其連續(xù)業(yè)務(wù)運(yùn)作，已在電力、政府機(jī)關(guān)、科研院所中實(shí)現(xiàn)了規(guī)模商用，并穩(wěn)定安全地保障了用戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)的開(kāi)展。2006年3月，WAPI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。截至2009年8月，WAPI聯(lián)盟已有63家正式成員。

Wi-Fi安全性架構(gòu)從1999WEP→2002WAP→2004 802.11i/WPA2逐的步改進(jìn)，引進(jìn)了128位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES，并通過(guò)預(yù)共享密鑰PSK（個(gè)人模式下）和IEEE 802.1x/EP（企業(yè)模式下）提供雙向鑒權(quán)，但漏洞事件在全球依然屢有發(fā)生。其構(gòu)建與應(yīng)用方便，擴(kuò)展性好，除安全性比Wi-Fi好外，對(duì)運(yùn)營(yíng)商可提供更強(qiáng)大與方便的運(yùn)營(yíng)與管理能力。從用戶體驗(yàn)而言，其“零干預(yù)、零配置”具優(yōu)良的易用性，隨著WLAN在手機(jī)，PDA及消費(fèi)電子等領(lǐng)域應(yīng)用的擴(kuò)展，WAPI的優(yōu)越性將會(huì)更進(jìn)一步體現(xiàn)。

2009年6月，工業(yè)和信息化部發(fā)布的新政策，即凡加裝WAPI功能的手機(jī)可入網(wǎng)檢測(cè)并獲進(jìn)網(wǎng)許可，是對(duì)推動(dòng)WAPI產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用的巨大支持。有“高安全、可運(yùn)營(yíng)、可管理”優(yōu)勢(shì)的WAPI已為3大運(yùn)營(yíng)商廣泛接受并推向市場(chǎng)商用化，成為我國(guó)當(dāng)前建設(shè)低成本寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一，并列入了2009年新發(fā)布的“電子技術(shù)產(chǎn)品調(diào)整和振興規(guī)劃”中，成為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及拉動(dòng)內(nèi)需的自主創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)之一。目前，許多TD，WCDMA及cdma2000新型手機(jī)或多模智能手機(jī)中均已內(nèi)置WAPI功能（如華為8230 Andriod平臺(tái)手機(jī)，聯(lián)想O1 3G Ophone手機(jī)等）。

2009年6月，在日本召開(kāi)的IEC/ISO JCT1/SC6會(huì)議上，WAPI獲得了包括美、英、法等10余個(gè)與會(huì)國(guó)家成員體的一致同意，將以單獨(dú)文本形式推進(jìn)其為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。如標(biāo)準(zhǔn)獲得通過(guò)，WAPI將成為無(wú)線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中除IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織外惟一的ISO/IEC國(guó)家成員體直接提交的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案。WAPI框架方法（TePA，三元對(duì)等鑒別）作為迄今為止我國(guó)在IEC/ISO信息安全技術(shù)領(lǐng)域第一個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目編輯的國(guó)際提案，其技術(shù)內(nèi)容已得到各國(guó)代表廣泛認(rèn)可，已在ISO/IEC JTC1/SC27內(nèi)進(jìn)入最終委員會(huì)投票階段，預(yù)計(jì)2010年初有望成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

4 頻率規(guī)劃及應(yīng)用前景

4.1 頻率規(guī)劃

對(duì)新技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，作為資源先行的頻率規(guī)劃尤為重要。在這方面，WLAN無(wú)論從全球及國(guó)家環(huán)境而言，比WiMAX情況要好。

（1）2400~2483.5GHz ISM頻段

原信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局仔細(xì)研究與重新規(guī)劃了2400~2483.5GHz ISM頻段（83.5MHz帶寬），規(guī)定其主要作為無(wú)執(zhí)照業(yè)務(wù)共用，諸如短距離/微功率藍(lán)牙、室內(nèi)WLAN及無(wú)繩電話和物流無(wú)線自動(dòng)數(shù)據(jù)采集識(shí)別等共存運(yùn)用。對(duì)已有SS業(yè)務(wù)，規(guī)定有條件應(yīng)用至2004年。

（2）5725~5850MHz的5.8GHz ISM頻段

對(duì)5725~5850MHz的5.8GHz ISM頻段（125MHz帶寬），亦有SS業(yè)務(wù)在運(yùn)行。在進(jìn)行多種高效率TDD無(wú)線接入技術(shù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步參考國(guó)際上相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備的實(shí)際進(jìn)展，研究確定了新的頻率規(guī)劃要求。

（3）5GHz頻段W（R）LAN（455MHz帶寬）全球頻率規(guī)劃

WRC-2003經(jīng)激烈爭(zhēng)論后正式確定了5GHz頻段（5150~5250，5250~5350，5470~5725MHz，共計(jì)455MHz）的R（W）LAN頻率劃分規(guī)定。這為WLAN的各類應(yīng)用，特別是高速率W（R）LAN的應(yīng)用創(chuàng)造了極有利的資源條件。

4.2 WLAN的基本特征與運(yùn)營(yíng)模式

（1）WLAN基本特征

●較高的傳輸速率及較遠(yuǎn)的連接距離

與WPAN相比，即使不涉及UWB，WLAN采用OFDM/MIMO技術(shù)后，傳速率可高達(dá)54Mbit/s，甚至可以與UWB相比美。對(duì)通信距離而言，最高可大于100m。因此，在速率與距離方面，WLAN的優(yōu)勢(shì)明顯。

●較高頻譜利用效率

采用OFDM技術(shù)，借助多狀態(tài)調(diào)制處理的WLAN可取得較高的頻譜利用效率。若進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域覆蓋能力，綜合評(píng)價(jià)其容量能力與頻譜利用效率則可得結(jié)果如下：

藍(lán)牙系統(tǒng)為3×104bit/（s﹒m2），IEEE，802.11a系統(tǒng)為8.3×104bit/（s﹒m2），UWB系統(tǒng)潛力更高，可望高達(dá)1×106bit/（s﹒m2）。

●較適宜高速Internet連接及高質(zhì)量多媒體傳輸

這是能以較高速率傳輸?shù)谋厝唤Y(jié)果。

（2）基本運(yùn)營(yíng)模式

WLAN的高速率與可移動(dòng)性亦使其近些年來(lái)成為比藍(lán)牙作用距離更遠(yuǎn)的寬帶多媒體傳送與連接亮點(diǎn)，其主要應(yīng)用模式亦可歸納為至少下述10種：

●公眾WLAN應(yīng)用模式

包括在辦公室、咖啡屋、酒店、火車站、機(jī)場(chǎng)、會(huì)議中心，乃至超級(jí)市場(chǎng)與購(gòu)物中心等。

●固定無(wú)線接入模式

可快速實(shí)施受布線阻礙的相近兩建筑物間的快速布線，實(shí)施寬帶無(wú)線連接。

●建筑物內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型

學(xué)校、公司、市政管理部門(mén)等信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施均可借助WLAN來(lái)實(shí)現(xiàn)。

●移動(dòng)環(huán)境接入模式

可供乘坐各種交通工具的人們進(jìn)行必須的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的高速存取連接。

●教育應(yīng)用模式

使用WLAN可實(shí)現(xiàn)校園建筑群網(wǎng)絡(luò)連接、寬帶互聯(lián)接入、靈活的教室配置，以及移動(dòng)互聯(lián)服務(wù)等。

●醫(yī)療應(yīng)用模式

醫(yī)院多建筑物內(nèi)醫(yī)療診斷信息的快速交換與查詢，建立移動(dòng)護(hù)理中心等。

●制造物流支持模式

對(duì)制造與倉(cāng)儲(chǔ)方面，WLAN可用于有效的庫(kù)存查詢控制、快速的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)配置，以及移動(dòng)庫(kù)存車輛的網(wǎng)絡(luò)信息訪問(wèn)等。

●零售服務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)模型

用WLAN實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)金收款、連鎖店信息查詢與庫(kù)存控制，以及加油站、商店、餐廳等的便利查詢等。

●家庭信息網(wǎng)絡(luò)模型

可借助WLAN方便靈活地建立家庭多終端運(yùn)行的寬帶世界及與外部寬帶信息的及時(shí)交流。

●移動(dòng)/半移動(dòng)辦公及電子商務(wù)與無(wú)線城市模型

隨著5GHz等有效頻率資源及OFDM/MIMO等新技術(shù)支撐的實(shí)現(xiàn)，WLAN的帶寬能力得到增強(qiáng)。與移動(dòng)手機(jī)相比，它有較好的寬帶環(huán)境與優(yōu)良的視頻圖示條件和寬帶連接能力，可實(shí)施固定、移動(dòng)/半移動(dòng)環(huán)境中的寬帶多媒體高質(zhì)量運(yùn)行及與寬帶移動(dòng)手機(jī)通信。目前，中國(guó)電信及中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通均看好WLAN。

盡管Wi-Fi 802.11i安全性依然暴露出一些問(wèn)題，但在全球范圍內(nèi)2009年Wi-Fi手機(jī)出貨量預(yù)計(jì)可超過(guò)1個(gè)億，2011年約可達(dá)3個(gè)億。2009年出貨的Wi-Fi芯片中，45%的芯片組將支持802.11n，至2012年預(yù)計(jì)達(dá)60%左右，因此帶寬增強(qiáng)能力亦在快速跟上。中國(guó)3大運(yùn)營(yíng)商亦看好WLAN的互補(bǔ)增強(qiáng)能力。中國(guó)移動(dòng)亦在加速布控3G+WLAN網(wǎng)絡(luò)，其中TD+WLAN/WAPI可望成為一種有效的3G+WLAN的聚合自主創(chuàng)新模式，在TD無(wú)線城市等方面應(yīng)用。

總而言之，由于加速創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)的推動(dòng)，WLAN帶寬能力與安全性均有較好的改進(jìn)，其頻率資源支持環(huán)境亦較好，基本商業(yè)模式亦較清晰。因此，WLAN的發(fā)展前景較為光明。對(duì)我國(guó)自主創(chuàng)新的WAPI技術(shù)應(yīng)積極鼓勵(lì)與支持，應(yīng)加速持續(xù)創(chuàng)新/聚合創(chuàng)新與共贏合作及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與國(guó)際化，為中國(guó)及全球WLAN的發(fā)展做出新貢獻(xiàn)。