基于手机无线局域网的架构与应用

摘要：从手机的新双模式结构入手，介绍在原有无线局域网络架构下，基于手机的小范围内的无线局域网络方法原理。在不需要经过中心交换网络的情形下，实现内部成员间通话与短信服务，然后通过内部服务器架设一个无线 WEB服务器，实现内部数据的查询与信息的发布。

随着电子和网络技术的日益发展，人们的生活与电子、网络的关系更加密切。手机和移动通信网络、计算机和计算机网络及Internet已经成了人们生活与工作不可或缺的一部分。在技术上，无线与高速是网络的终极目标；而从经济这个角度，成本以及性价比决定了一个产品的生命力与市场。不过人们可以相信，一个能够让人们认为合理的价格，一个能满足绝大多数应用的高速度的无线网络，必然会网罗世界的每一个角落。那个时候人们就可以不用多少钱，通过自己的随身设备如手机、笔记本电脑与任何人打视频电话，开视频会议，上网点播DVD电影。这是我们这代人的终极目标。

在这个速度更快、功能更强、用线更少、使用更方便、维护更简单的目标下，未来的通信系统正朝着综合化、宽带化、无线化方向发展。综合化表现在两个方面：一是移动通信网络与计算机网络的融合；另一就是同一网络的多种功能，如通话、雉、数据等的综合。我们已经建立了企业内部的有线电话网络和有线或无线的计算机网络。这种网络在实现企业内部通信时，由于不需要经过网络运营商的中心交换节点，减少了内部网络与外界的接触，一定程度上提高了网络的安全性能。尤其有价值的一点是，内部通信时它是完全免费的。而近年来，随着WLAN（Wireless Local Area Wetwork）技术的日益发展与成熟，新的技术和标准不断涌现，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，无线局域网络随着其成本的逐渐降低必将以其综合成本低、维护方便、架设简单等优势取代传统的有线网络，走进企业部门及千家万户。同时，我们已经建立了不需要经过运营商级交换中心的企业内部的有线电话网络和计算机的有线或无线网络，而随着手机用户的日益增多和无线计算机网络技术的成熟，一个企业或部门组建自己的基于手机的无线局域网的时机已经到来，并且成熟了。

基于手机的新的无限局域网络，只需要在原有的计算机无线局域网上增加一个软件模块，同时给手机增加一个硬件模块。这种一次少量投资即可长久获利的投资方案，对于企业以及普通的家庭用户都是可取的、有吸引力的。

图2

1 手机的新结构与功能

为了适应新的应用，在传统手机的结构上加入了一个频率可调模块。该模块功能是通过软件（程序设定）或硬件（在手机面板加个铵钮）使手机实现WLAN/手机模式切换，而这个切换主要是改变发射与接收频率及功率来操作的。新的总体结构如图1所示。

手机的WLAN模式下的应用是大家所在注的。用户选择了WLAN工作模式后，中央控制器会发出命令，让发射机和接收机同时调整自己的发射和接收频率以及功率，然后工作于WLAN模式。

接收机结构与功能如图2所示。图中LAN（Low Noise Amplifier）即低噪声放大器。

    天线将感应到的WLAN无线信号经射频滤波网络进入接收机。这时，WLAN/手机模式转换接口已被中央控制器将接收频率设置为对讲接收频率，所以WLAN无线信号直接通过。但因为WLAN信号与手机信号频率不一样，所需的混频器频率也不一样，因此将接收的WLAN无线信号经过一个信号分离开关使信号进入不同的混频器。混频后，信号经中频滤波器、放大器、解调器，再经语音信号处理器解调、去交织、解密、信道解码、PCM解码等处理不原出模拟信号，送入受话器发声。

WLAN/手机模式转换接口对接收机而言是双频接收机。信号分离开关实质上是个与单刀双掷开关类似的开关。它只是把WLAN无线信号送到对讲混频器，或者手机无线信号发送到手机混频器。

发射机结构与功能如图3所示。

送话器将模拟信号编码处理后，经过分离开关将信号分离。然后，依据控制器命令进行信号调制，再经变换、放大后发射出去。

2 WLAN网络的设计与程序设计

WLAN网络有分布对等式网络和集中式网络。

（1）分布对等式网络架构与应用

根据应用方式的不同可分为点对点交互和点对多点交互。点对点交互如图4所示。

甲乙用户在一个有限距离内，进入WLAN模式。输入对方的手机号码，即可不经过网络运营商的中心交换节点，实现通话与短信等通信功能。

点对点应用场合：野外作用、火车站、飞机场、校园内部住宿的学生、家族用户。

点对多点交互结构如图5所示。

点对多点交互是通过手机的软/硬件保证的。设计一个手机广播号码，广播时直接输入即可。在必要的时候，可以设置接听密码。

点对多点交互应用场合：工农业生产及其它需要近距离通信的场合。

扩展应用（extended application）：分布式系统在服务业的日益发展中还可以大有作为。譬如在一个陌生的地点，为了找到最近的旅馆、车站、饭店等，当然可以用手机上广域网，交一定的话费查得需要的信息。可如果给每种服务提供一个接入号码，如001是饮食，002是住宿，003是车站，就可以进入WLAN模式，输入接入号码，对方会以短信或电话的方式告知该如何找到他们或者他们送货上门。当然，电话免费，但服务不免费。

（2）集中式网络架构与应用

当企业和他的网络变得日益庞大的时候，为了提供更多的服务，以及在更大范围内实现通信时，需要一个或多个中心交换节点或服务器（server）。集中式网络中心交换节点或服务器结构模型如图6所示。

    应用层（application layer）：使用公共网关接口层提供的服务，并使用了基于标记的WML（Wireless Markup Language,无线标记语言）和简化的基于javascript的脚本语言WMLScript(Wireless Markup Language Script)，无线标记语言脚本），实现简化的无线WEB应用。同时提供了最基本的通话与短信息（SMS，Short Message Service）及数据的查询与发布服务。

公共网关接口（CGI，Common Gateway Interface）层：把服务器上的内容进行编码压缩并进行协议转换，为应用层提供编程接口。

路由交换层（router-switch layer）：当网络变得日益庞大的时候，由手机自己在大范围内寻址显得过于复杂而难以实现。这时可将路由交换寻址交给服务器实现。这仅要求服务器建立一个数据库（database）及其相关界面。

WLAN物理层：原有的WLAN设施，如交换机（switch），服务器（server）。

集中式网络的一个应用模型如图7所示。图7中，SAP（Service Access Point）即服务接入点，PDA（Personal Digital Assistance）即个人数字助理。服务器由PC充当。

    部门1、2的网络结构比较单一，接入终端只画出手机。当然，笔记本电脑和PDA同样也可以接入，但它只有无线局域网络。部门3的网络比较复杂。它通过一个交换机接入手机、笔记本电脑和PDA，以及有线以太网（Ethernet）。

3 系统评价

WLAN网络本身架构简单，一般人员就可以维护。基于手机的WLAN网络，也一样架构简单，维护方便 。同时，它内部通信完全免费，降低了企业部门的成本，而无线则提高 了企业部门的效率，间接降低了成本，增加了利润。这种一次少量投资即可长久获利的投资方案，对于企业以及普通的家庭用户都是可取的，有吸引力的。