无线局域网（WLAN）的特征、运营模式与应用前景

1  引言

无线局域网络（Wireless Local Area Networks； WLAN）是相当便利的数据传输系统，它利用射频（Radio Frequency； RF）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，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。

目前，WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列。我国自主创新标准WAPE及欧洲Hiper LAN/x系列等几种标准在积极发挥作用。

近代通用无线接入作为先进手段实施接入网的全部或部分功能，它已成为有线接入的有效支持、补充与延伸，是快速、灵活装备与实现普遍服务的重要途径。无线接入目前虽大部分为窄带，但中宽带与宽带（Wideband and Broadband）无线接入，包括2.5G/3G移动接入、不对称IP接入及卫星接入已成为可能。而WLAN/WPAN/WBAN技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区（Pico-cell）型无线接入手段，加上毫微微小区Femtocell以及M2M-传感网/物联网（WSN/WVSN/Internet of Things）等助力，在构筑新世纪泛在/普适全球个人通信网络及无线连接世界方面将发挥其独特的重要作用。无线接入与Internet联合运作的所谓无线Internet/移动IP，以及更进一步以全球移动通信的演进发展沿2G→2G+（2.5G，2.75G）→3G→3G+→4G这一发展脉络，将及时大量运用及嵌入3G/4G，Bluetooth，WLAN/WPAN/WBAN之类新手段，进入所谓嵌入式（Embedded）世界，实现以Pico-cell小区个人接入为中心展开的无线个人域与物体域网络（WPAN/WBAN）时代。这将成为未来全球个人通信世界中的最重要环节之一。

2 802.11x及其速率增强

IEEE在1997年为无线局域网制定了第一个标准──IEEE 802.11，其中定义了媒体存取控制层（MAC层）和物理层。物理层定义了在2.4GHz的ISM频段上工作，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以以自组织（Ad Hoc）的方式进行，也可以在基站BS（Base Station）或访问点AP（Access Point）的协调下进行。IEEE 802.11标准最初主要用于解决办公室局域网和校园网中用户的无线接入，其业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbit/s。之后，由于速率和传输距离都不能满足人们的需要，IEEE小组又相继推出了更高速率的标准802.11b和802.11a。802.11b支持较高速率达1Mbit/s，同样工作于2.4GHz ISM频段，亦称Wi-Fi（无线保真，Wireless Fedelity），可为笔记本电脑或桌面电脑提供完整的网络系统服务。802.11a为利用5GHz频段的WLAN方式，传输速率更高，可达25Mbit/s或更高，借助OFDM技术，其速率可高达54Mbit/s。它亦被称为Wi-Fi5，可适应话音、数据、图像等多媒体业务的需要。802.11x标准即由Wi-Fi联盟推进其产业化与应用工作。

为使进入广泛商用的WLAN取得更高速率、更可靠的QoS及安全性，IEEE进行了一系列补充修订，向802.1x系列标准化努力，包括OFDM，高状态M-QAM调制与FEC技术，MIMO，CR，DFM等近代先进无线设备与网络技术的运用。

3 Wi-Fi-802.11i的安全协议缺陷

IEEE802.11i是IEEE为了弥补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，其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP（CTR with CBC-MAC Protocol）。

无线网络中的安全问题从暴露到最终解决经历了相当长的时间，而各大通信芯片商显然无法接受在这期间什么都不出售，所以Wi-Fi厂商以802.11i的草案3为蓝图设计了一系列通信设备，称为支持WPA（Wi-Fi Protected Access）的设备。公众运营商级的WLAN用户主要为企业客户、经常出差的商务人员及家庭用户等，多半属高端用户，对服务质量及安全性非常关注。而IEEE 802.11x标准中原先提出的安全方案已被广泛证实存在安全漏洞。

例如，基于有线环境设计的端口访问控制协议802.1x，安全协议WEP及RC4流密码，DHCP+WEB认证中的用户名和密码系按明文HTTP1.0或弱加密HTTP1.1的MD5算法。MAC地址过滤及非法接入及目前使用较多的PPPoE认证方式也是用明文或弱加密方式传送口令，不适合于开放无线环境。且PPP报文及PPPoE封装效率较低，无后续数据加密，均对电信运营商级高可靠性要求带来较大隐患。

针对这些情况，我国依据“商用密码管理条例”制定的WLAN安全标准WAPI（无线网络鉴别保密基础结构），采用基于公共密钥密码体系的证书机制，动态密钥综合安全度高。完善的安全认证也是实施身份识别、分类计费、路由策略和流量控制等优良运营用户管理的基础。这些成果有可能打破外国企业在这一市场的绝对垄断格局，从而引起了相应外国政府和企业、组织的强烈关注与严重不安。他们采用政府高层施压、Wi-Fi联盟反对、芯片禁运等各种手段抵制与阻挠实施，使WAPI标准受阻。

2004年4月29日，国家认监委和国家标准委联合发布2004年第44号公告，声明WAPI国家标准的强制性认证实施时间后延。此前，吴仪副总理已在2004年4月22日中美商务会议上与美方会谈后表示，中国同意在6月1日最后期限到来之时，不强制实施我国自主创新制定的WAPI技术标准，并与WLAN国际标准机构密切合作。

在自主创新其他新标准之际，我国WAPI标准受阻失利的经验教训确实值得反思。但应该指出，国内参与WAPI标准化工作的单位，在重压情况下仍再接再厉，团结合作，进一步将WAPI标准完善和务实推进，并推向新的共赢合作高度值得赞扬。国外一些有识之士已经指出，中国能够在标准大战中凭借其庞大的市场和迅猛增长来获胜，全球科技和电信公司需要对中国标准方案进行评估，并在适当时候与中国企业联手共同打造技术标准。

我国政府不遗余力地支持WAPI。2005年，财政部、发改委及当时的信息产业部联合下发了“关于印发无线局域网产品政府采购实施意见的通知”，表示在政府采购中将优先考虑符合国家标准的产品。国家密码管理构也表示将开放WAPI密码算法，这大大降低了国内外企业进入WAPI市场的门槛，推进WAPI产业联盟的工作。加紧芯片制造，借助政府采购快速推进相关需求、用户应用与进一步全面增强性能与改进信价比等，这些均是明智之举。

WAPI虽受诸多不确定因素影响，但坚持开放与务实发展的基本方针是完全正确的。在西电捷通、六合万通及华大电子等企业合作基础上，应积极快速地扩大国内外合作范围，特别是与有实力有名望的国际厂商紧密合作，在政府相关部门的积极协调支持下，尽快形成有实力的产业规模，及时适应市场的实际需求。同时，西电捷通还以40余项发明专利为基础，在国内外首次推出了一种IP自适应网络系统产品AIPNTM，可使用局域网固定私有IP地址，随时随地接入局域网，可柔性延伸支持其连续业务运作，已在电力、政府机关、科研院所中实现了规模商用，并稳定安全地保障了用户关键业务的开展。2006年3月，WAPI产业联盟成立。截至2009年8月，WAPI联盟已有63家正式成员。

Wi-Fi安全性架构从1999WEP→2002WAP→2004 802.11i/WPA2逐的步改进，引进了128位高级加密标准AES，并通过预共享密钥PSK（个人模式下）和IEEE 802.1x/EP（企业模式下）提供双向鉴权，但漏洞事件在全球依然屡有发生。其构建与应用方便，扩展性好，除安全性比Wi-Fi好外，对运营商可提供更强大与方便的运营与管理能力。从用户体验而言，其“零干预、零配置”具优良的易用性，随着WLAN在手机，PDA及消费电子等领域应用的扩展，WAPI的优越性将会更进一步体现。

2009年6月，工业和信息化部发布的新政策，即凡加装WAPI功能的手机可入网检测并获进网许可，是对推动WAPI产业发展与应用的巨大支持。有“高安全、可运营、可管理”优势的WAPI已为3大运营商广泛接受并推向市场商用化，成为我国当前建设低成本宽带无线网络的战略重点之一，并列入了2009年新发布的“电子技术产品调整和振兴规划”中，成为促进产业结构调整及拉动内需的自主创新标准之一。目前，许多TD，WCDMA及cdma2000新型手机或多模智能手机中均已内置WAPI功能（如华为8230 Andriod平台手机，联想O1 3G Ophone手机等）。

2009年6月，在日本召开的IEC/ISO JCT1/SC6会议上，WAPI获得了包括美、英、法等10余个与会国家成员体的一致同意，将以单独文本形式推进其为国际标准。如标准获得通过，WAPI将成为无线计算机网络通信和无线局域网技术领域中除IEEE标准组织外惟一的ISO/IEC国家成员体直接提交的国际标准提案。WAPI框架方法（TePA，三元对等鉴别）作为迄今为止我国在IEC/ISO信息安全技术领域第一个独立项目编辑的国际提案，其技术内容已得到各国代表广泛认可，已在ISO/IEC JTC1/SC27内进入最终委员会投票阶段，预计2010年初有望成为国际标准。

4 频率规划及应用前景

4.1 频率规划

对新技术应用与产业发展而言，作为资源先行的频率规划尤为重要。在这方面，WLAN无论从全球及国家环境而言，比WiMAX情况要好。

（1）2400~2483.5GHz ISM频段

原信息产业部无线电管理局仔细研究与重新规划了2400~2483.5GHz ISM频段（83.5MHz带宽），规定其主要作为无执照业务共用，诸如短距离/微功率蓝牙、室内WLAN及无绳电话和物流无线自动数据采集识别等共存运用。对已有SS业务，规定有条件应用至2004年。

（2）5725~5850MHz的5.8GHz ISM频段

对5725~5850MHz的5.8GHz ISM频段（125MHz带宽），亦有SS业务在运行。在进行多种高效率TDD无线接入技术试验基础上，进一步参考国际上相应标准及设备的实际进展，研究确定了新的频率规划要求。

（3）5GHz频段W（R）LAN（455MHz带宽）全球频率规划

WRC-2003经激烈争论后正式确定了5GHz频段（5150~5250，5250~5350，5470~5725MHz，共计455MHz）的R（W）LAN频率划分规定。这为WLAN的各类应用，特别是高速率W（R）LAN的应用创造了极有利的资源条件。

4.2 WLAN的基本特征与运营模式

（1）WLAN基本特征

●较高的传输速率及较远的连接距离

与WPAN相比，即使不涉及UWB，WLAN采用OFDM/MIMO技术后，传速率可高达54Mbit/s，甚至可以与UWB相比美。对通信距离而言，最高可大于100m。因此，在速率与距离方面，WLAN的优势明显。

●较高频谱利用效率

采用OFDM技术，借助多状态调制处理的WLAN可取得较高的频谱利用效率。若进一步结合区域覆盖能力，综合评价其容量能力与频谱利用效率则可得结果如下：

蓝牙系统为3×104bit/（s﹒m2），IEEE，802.11a系统为8.3×104bit/（s﹒m2），UWB系统潜力更高，可望高达1×106bit/（s﹒m2）。

●较适宜高速Internet连接及高质量多媒体传输

这是能以较高速率传输的必然结果。

（2）基本运营模式

WLAN的高速率与可移动性亦使其近些年来成为比蓝牙作用距离更远的宽带多媒体传送与连接亮点，其主要应用模式亦可归纳为至少下述10种：

●公众WLAN应用模式

包括在办公室、咖啡屋、酒店、火车站、机场、会议中心，乃至超级市场与购物中心等。

●固定无线接入模式

可快速实施受布线阻碍的相近两建筑物间的快速布线，实施宽带无线连接。

●建筑物内无线网络模型

学校、公司、市政管理部门等信息网络设施均可借助WLAN来实现。

●移动环境接入模式

可供乘坐各种交通工具的人们进行必须的网络信息数据的高速存取连接。

●教育应用模式

使用WLAN可实现校园建筑群网络连接、宽带互联接入、灵活的教室配置，以及移动互联服务等。

●医疗应用模式

医院多建筑物内医疗诊断信息的快速交换与查询，建立移动护理中心等。

●制造物流支持模式

对制造与仓储方面，WLAN可用于有效的库存查询控制、快速的网络重构配置，以及移动库存车辆的网络信息访问等。

●零售服务信息网络模型

用WLAN实现快速现金收款、连锁店信息查询与库存控制，以及加油站、商店、餐厅等的便利查询等。

●家庭信息网络模型

可借助WLAN方便灵活地建立家庭多终端运行的宽带世界及与外部宽带信息的及时交流。

●移动/半移动办公及电子商务与无线城市模型

随着5GHz等有效频率资源及OFDM/MIMO等新技术支撑的实现，WLAN的带宽能力得到增强。与移动手机相比，它有较好的宽带环境与优良的视频图示条件和宽带连接能力，可实施固定、移动/半移动环境中的宽带多媒体高质量运行及与宽带移动手机通信。目前，中国电信及中国移动、中国联通均看好WLAN。

尽管Wi-Fi 802.11i安全性依然暴露出一些问题，但在全球范围内2009年Wi-Fi手机出货量预计可超过1个亿，2011年约可达3个亿。2009年出货的Wi-Fi芯片中，45%的芯片组将支持802.11n，至2012年预计达60%左右，因此带宽增强能力亦在快速跟上。中国3大运营商亦看好WLAN的互补增强能力。中国移动亦在加速布控3G+WLAN网络，其中TD+WLAN/WAPI可望成为一种有效的3G+WLAN的聚合自主创新模式，在TD无线城市等方面应用。

总而言之，由于加速创新与竞争的推动，WLAN带宽能力与安全性均有较好的改进，其频率资源支持环境亦较好，基本商业模式亦较清晰。因此，WLAN的发展前景较为光明。对我国自主创新的WAPI技术应积极鼓励与支持，应加速持续创新/聚合创新与共赢合作及产业链发展与国际化，为中国及全球WLAN的发展做出新贡献。