基于手機無線局域網的架構與應用

關鍵詞：手機 無線局域網 公共網關接口 網絡架構

隨著電子和網絡技術的日益發展，人們的生活與電子、網絡的關系更加密切。手機和移動通信網絡、計算機和計算機網絡及Internet已經成了人們生活與工作不可或缺的一部分。在技術上，無線與高速是網絡的終極目標；而從經濟這個角度，成本以及性價比決定了一個產品的生命力與市場。不過人們可以相信，一個能夠讓人們認為合理的價格，一個能滿足絕大多數應用的高速度的無線網絡，必然會網羅世界的每一個角落。那個時候人們就可以不用多少錢，通過自己的隨身設備如手機、筆記本電腦與任何人打視頻電話，開視頻會議，上網點播DVD電影。這是我們這代人的終極目標。

在這個速度更快、功能更強、用線更少、使用更方便、維護更簡單的目標下，未來的通信系統正朝著綜合化、寬帶化、無線化方向發展。綜合化表現在兩個方面：一是移動通信網絡與計算機網絡的融合；另一就是同一網絡的多種功能，如通話、雉、數據等的綜合。我們已經建立了企業內部的有線電話網絡和有線或無線的計算機網絡。這種網絡在實現企業內部通信時，由于不需要經過網絡運營商的中心交換節點，減少了內部網絡與外界的接觸，一定程度上提高了網絡的安全性能。尤其有價值的一點是，內部通信時它是完全免費的。而近年來，隨著WLAN（Wireless Local Area Wetwork）技術的日益發展與成熟，新的技術和標準不斷涌現，如IEEE802.11（1Mb/s～2Mb/s）、IEEE802.11b(5.5Mb/s～11Mb/s)、IEEE802.a(10Mb/s～25Mb/s)、IEEE802.g(22Mb/s～54Mb/s)及HiperLAN2、HomeRF和Bluetooth，無線局域網絡隨著其成本的逐漸降低必將以其綜合成本低、維護方便、架設簡單等優勢取代傳統的有線網絡，走進企業部門及千家萬戶。同時，我們已經建立了不需要經過運營商級交換中心的企業內部的有線電話網絡和計算機的有線或無線網絡，而隨著手機用戶的日益增多和無線計算機網絡技術的成熟，一個企業或部門組建自己的基于手機的無線局域網的時機已經到來，并且成熟了。

基于手機的新的無限局域網絡，只需要在原有的計算機無線局域網上增加一個軟件模塊，同時給手機增加一個硬件模塊。這種一次少量投資即可長久獲利的投資方案，對于企業以及普通的家庭用戶都是可取的、有吸引力的。

圖2

1 手機的新結構與功能

為了適應新的應用，在傳統手機的結構上加入了一個頻率可調模塊。該模塊功能是通過軟件（程序設定）或硬件（在手機面板加個銨鈕）使手機實現WLAN/手機模式切換，而這個切換主要是改變發射與接收頻率及功率來操作的。新的總體結構如圖1所示。

手機的WLAN模式下的應用是大家所在注的。用戶選擇了WLAN工作模式后，中央控制器會發出命令，讓發射機和接收機同時調整自己的發射和接收頻率以及功率，然后工作于WLAN模式。

接收機結構與功能如圖2所示。圖中LAN（Low Noise Amplifier）即低噪聲放大器。

天線將感應到的WLAN無線信號經射頻濾波網絡進入接收機。這時，WLAN/手機模式轉換接口已被中央控制器將接收頻率設置為對講接收頻率，所以WLAN無線信號直接通過。但因為WLAN信號與手機信號頻率不一樣，所需的混頻器頻率也不一樣，因此將接收的WLAN無線信號經過一個信號分離開關使信號進入不同的混頻器。混頻后，信號經中頻濾波器、放大器、解調器，再經語音信號處理器解調、去交織、解密、信道解碼、PCM解碼等處理不原出模擬信號，送入受話器發聲。

WLAN/手機模式轉換接口對接收機而言是雙頻接收機。信號分離開關實質上是個與單刀雙擲開關類似的開關。它只是把WLAN無線信號送到對講混頻器，或者手機無線信號發送到手機混頻器。

發射機結構與功能如圖3所示。

送話器將模擬信號編碼處理后，經過分離開關將信號分離。然后，依據控制器命令進行信號調制，再經變換、放大后發射出去。

2 WLAN網絡的設計與程序設計

WLAN網絡有分布對等式網絡和集中式網絡。

（1）分布對等式網絡架構與應用

根據應用方式的不同可分為點對點交互和點對多點交互。點對點交互如圖4所示。

甲乙用戶在一個有限距離內，進入WLAN模式。輸入對方的手機號碼，即可不經過網絡運營商的中心交換節點，實現通話與短信等通信功能。

點對點應用場合：野外作用、火車站、飛機場、校園內部住宿的學生、家族用戶。

點對多點交互結構如圖5所示。

點對多點交互是通過手機的軟/硬件保證的。設計一個手機廣播號碼，廣播時直接輸入即可。在必要的時候，可以設置接聽密碼。

點對多點交互應用場合：工農業生產及其它需要近距離通信的場合。

擴展應用（extended application）：分布式系統在服務業的日益發展中還可以大有作為。譬如在一個陌生的地點，為了找到最近的旅館、車站、飯店等，當然可以用手機上廣域網，交一定的話費查得需要的信息。可如果給每種服務提供一個接入號碼，如001是飲食，002是住宿，003是車站，就可以進入WLAN模式，輸入接入號碼，對方會以短信或電話的方式告知該如何找到他們或者他們送貨上門。當然，電話免費，但服務不免費。

（2）集中式網絡架構與應用

當企業和他的網絡變得日益龐大的時候，為了提供更多的服務，以及在更大范圍內實現通信時，需要一個或多個中心交換節點或服務器（server）。集中式網絡中心交換節點或服務器結構模型如圖6所示。

應用層（application layer）：使用公共網關接口層提供的服務，并使用了基于標記的WML（Wireless Markup Language,無線標記語言）和簡化的基于JavaScript的腳本語言WMLScript(Wireless Markup Language Script)，無線標記語言腳本），實現簡化的無線WEB應用。同時提供了最基本的通話與短信息（SMS，Short Message Service）及數據的查詢與發布服務。

公共網關接口（CGI，Common Gateway Interface）層：把服務器上的內容進行編碼壓縮并進行協議轉換，為應用層提供編程接口。

路由交換層（router-switch layer）：當網絡變得日益龐大的時候，由手機自己在大范圍內尋址顯得過于復雜而難以實現。這時可將路由交換尋址交給服務器實現。這僅要求服務器建立一個數據庫（database）及其相關界面。

WLAN物理層：原有的WLAN設施，如交換機（switch），服務器（server）。

集中式網絡的一個應用模型如圖7所示。圖7中，SAP（Service Access Point）即服務接入點，PDA（Personal Digital Assistance）即個人數字助理。服務器由PC充當。

部門1、2的網絡結構比較單一，接入終端只畫出手機。當然，筆記本電腦和PDA同樣也可以接入，但它只有無線局域網絡。部門3的網絡比較復雜。它通過一個交換機接入手機、筆記本電腦和PDA，以及有線以太網（Ethernet）。

3 系統評價

WLAN網絡本身架構簡單，一般人員就可以維護。基于手機的WLAN網絡，也一樣架構簡單，維護方便 。同時，它內部通信完全免費，降低了企業部門的成本，而無線則提高 了企業部門的效率，間接降低了成本，增加了利潤。這種一次少量投資即可長久獲利的投資方案，對于企業以及普通的家庭用戶都是可取的，有吸引力的。