基于手機無線局域網(wǎng)的架構(gòu)與應(yīng)用

摘要：從手機的新雙模式結(jié)構(gòu)入手，介紹在原有無線局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，基于手機的小范圍內(nèi)的無線局域網(wǎng)絡(luò)方法原理。在不需要經(jīng)過中心交換網(wǎng)絡(luò)的情形下，實現(xiàn)內(nèi)部成員間通話與短信服務(wù)，然后通過內(nèi)部服務(wù)器架設(shè)一個無線 WEB服務(wù)器，實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的查詢與信息的發(fā)布。

隨著電子和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，人們的生活與電子、網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系更加密切。手機和移動通信網(wǎng)絡(luò)、計算機和計算機網(wǎng)絡(luò)及Internet已經(jīng)成了人們生活與工作不可或缺的一部分。在技術(shù)上，無線與高速是網(wǎng)絡(luò)的終極目標(biāo)；而從經(jīng)濟這個角度，成本以及性價比決定了一個產(chǎn)品的生命力與市場。不過人們可以相信，一個能夠讓人們認(rèn)為合理的價格，一個能滿足絕大多數(shù)應(yīng)用的高速度的無線網(wǎng)絡(luò)，必然會網(wǎng)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(shè)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(wǎng)點播DVD電影。這是我們這代人的終極目標(biāo)。

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(biāo)下，未來的通信系統(tǒng)正朝著綜合化、寬帶化、無線化方向發(fā)展。綜合化表現(xiàn)在兩個方面：一是移動通信網(wǎng)絡(luò)與計算機網(wǎng)絡(luò)的融合；另一就是同一網(wǎng)絡(luò)的多種功能，如通話、雉、數(shù)據(jù)等的綜合。我們已經(jīng)建立了企業(yè)內(nèi)部的有線電話網(wǎng)絡(luò)和有線或無線的計算機網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)在實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部通信時，由于不需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)運營商的中心交換節(jié)點，減少了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外界的接觸，一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性能。尤其有價值的一點是，內(nèi)部通信時它是完全免費的。而近年來，隨著WLAN（Wireless Local Area Wetwork）技術(shù)的日益發(fā)展與成熟，新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，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(wǎng)絡(luò)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(shè)簡單等優(yōu)勢取代傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，走進企業(yè)部門及千家萬戶。同時，我們已經(jīng)建立了不需要經(jīng)過運營商級交換中心的企業(yè)內(nèi)部的有線電話網(wǎng)絡(luò)和計算機的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，而隨著手機用戶的日益增多和無線計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，一個企業(yè)或部門組建自己的基于手機的無線局域網(wǎng)的時機已經(jīng)到來，并且成熟了。

基于手機的新的無限局域網(wǎng)絡(luò)，只需要在原有的計算機無線局域網(wǎng)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(yè)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(jié)構(gòu)與功能

為了適應(yīng)新的應(yīng)用，在傳統(tǒng)手機的結(jié)構(gòu)上加入了一個頻率可調(diào)模塊。該模塊功能是通過軟件（程序設(shè)定）或硬件（在手機面板加個銨鈕）使手機實現(xiàn)WLAN/手機模式切換，而這個切換主要是改變發(fā)射與接收頻率及功率來操作的。新的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

手機的WLAN模式下的應(yīng)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(fā)出命令，讓發(fā)射機和接收機同時調(diào)整自己的發(fā)射和接收頻率以及功率，然后工作于WLAN模式。

接收機結(jié)構(gòu)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(yīng)到的WLAN無線信號經(jīng)射頻濾波網(wǎng)絡(luò)進入接收機。這時，WLAN/手機模式轉(zhuǎn)換接口已被中央控制器將接收頻率設(shè)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(jīng)過一個信號分離開關(guān)使信號進入不同的混頻器?；祛l后，信號經(jīng)中頻濾波器、放大器、解調(diào)器，再經(jīng)語音信號處理器解調(diào)、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(fā)聲。

WLAN/手機模式轉(zhuǎn)換接口對接收機而言是雙頻接收機。信號分離開關(guān)實質(zhì)上是個與單刀雙擲開關(guān)類似的開關(guān)。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(fā)送到手機混頻器。

發(fā)射機結(jié)構(gòu)與功能如圖3所示。

送話器將模擬信號編碼處理后，經(jīng)過分離開關(guān)將信號分離。然后，依據(jù)控制器命令進行信號調(diào)制，再經(jīng)變換、放大后發(fā)射出去。

2 WLAN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與程序設(shè)計

WLAN網(wǎng)絡(luò)有分布對等式網(wǎng)絡(luò)和集中式網(wǎng)絡(luò)。

（1）分布對等式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與應(yīng)用

根據(jù)應(yīng)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(nèi)，進入WLAN模式。輸入對方的手機號碼，即可不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)運營商的中心交換節(jié)點，實現(xiàn)通話與短信等通信功能。

點對點應(yīng)用場合：野外作用、火車站、飛機場、校園內(nèi)部住宿的學(xué)生、家族用戶。

點對多點交互結(jié)構(gòu)如圖5所示。

點對多點交互是通過手機的軟/硬件保證的。設(shè)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(shè)置接聽密碼。

點對多點交互應(yīng)用場合：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其它需要近距離通信的場合。

擴展應(yīng)用（extended application）：分布式系統(tǒng)在服務(wù)業(yè)的日益發(fā)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(dāng)然可以用手機上廣域網(wǎng)，交一定的話費查得需要的信息。可如果給每種服務(wù)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(dāng)然，電話免費，但服務(wù)不免費。

（2）集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與應(yīng)用

當(dāng)企業(yè)和他的網(wǎng)絡(luò)變得日益龐大的時候，為了提供更多的服務(wù)，以及在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)通信時，需要一個或多個中心交換節(jié)點或服務(wù)器（server）。集中式網(wǎng)絡(luò)中心交換節(jié)點或服務(wù)器結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。

    應(yīng)用層（application layer）：使用公共網(wǎng)關(guān)接口層提供的服務(wù)，并使用了基于標(biāo)記的WML（Wireless Markup Language,無線標(biāo)記語言）和簡化的基于javascript的腳本語言WMLScript(Wireless Markup Language Script)，無線標(biāo)記語言腳本），實現(xiàn)簡化的無線WEB應(yīng)用。同時提供了最基本的通話與短信息（SMS，Short Message Service）及數(shù)據(jù)的查詢與發(fā)布服務(wù)。

公共網(wǎng)關(guān)接口（CGI，Common Gateway Interface）層：把服務(wù)器上的內(nèi)容進行編碼壓縮并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，為應(yīng)用層提供編程接口。

路由交換層（router-switch layer）：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變得日益龐大的時候，由手機自己在大范圍內(nèi)尋址顯得過于復(fù)雜而難以實現(xiàn)。這時可將路由交換尋址交給服務(wù)器實現(xiàn)。這僅要求服務(wù)器建立一個數(shù)據(jù)庫（database）及其相關(guān)界面。

WLAN物理層：原有的WLAN設(shè)施，如交換機（switch），服務(wù)器（server）。

集中式網(wǎng)絡(luò)的一個應(yīng)用模型如圖7所示。圖7中，SAP（Service Access Point）即服務(wù)接入點，PDA（Personal Digital Assistance）即個人數(shù)字助理。服務(wù)器由PC充當(dāng)。

    部門1、2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較單一，接入終端只畫出手機。當(dāng)然，筆記本電腦和PDA同樣也可以接入，但它只有無線局域網(wǎng)絡(luò)。部門3的網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)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(wǎng)（Ethernet）。

3 系統(tǒng)評價

WLAN網(wǎng)絡(luò)本身架構(gòu)簡單，一般人員就可以維護。基于手機的WLAN網(wǎng)絡(luò)，也一樣架構(gòu)簡單，維護方便 。同時，它內(nèi)部通信完全免費，降低了企業(yè)部門的成本，而無線則提高 了企業(yè)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(yè)以及普通的家庭用戶都是可取的，有吸引力的。