杜品圣（1951-）
博士，（菲尼克斯亚太电气（南京）有限公司，江苏  南京  211100），现任菲尼克斯亚太电气（南京）有限公司研发技术总监，中国自动化学会专家咨询委员会委员。

3.1   前言

    在工业环境中，用户经常遇到在某些恶劣条件下设备装置只能通过铜缆连接或者根本无法连接的情况。这种情况多发生在需要向移动、旋转或者运动中的装置传输数据的应用中。使用机械的方法是很难满足在数据传输质量方面的高要求的，这是因为有持续的机械损耗和相应的电缆磨损。

    无线技术是一种基于电磁波的传播和接收的技术。这些电磁波不受任何磨损的影响，但是根据它们的频率在传播，在散射和反射方面有不同的反应。电磁波的传播是三维的，并且以不同的波长传播。

    表1 波长和频带：

    在临时安装以及所有需要频繁改变和修改的应用中，在对一些距离非常远或者很难布线的应用中，无线技术都具有一定的优势。无线技术的主要优点如下：

    传输介质不受机械磨损的影响；

    设备可以自由移动；

    宽广的无线电网络允许设备间脱离区域限制从而灵活连接；

    适合长距离或者复杂区域的应用，例如街道或者地铁；

    新的或者临时设备间可以自由连接。

    在2.4GHz或者5GHz ISM 带宽范围内，无线技术在全球可以被免费使用而不需要认证。这个优点同样也是一个缺点，因为设备，不论是本地的还是第三方的设备，都可以在同一时间使用这个传输介质（空气）。所有的设备都必须去分享可使用的带宽。当几个无线技术同时进行时，无线系统之间可能会产生干涉和冲突。下面的方法可以用来实现不同的无线技术的共存：

    自适应跳频：检测出被其它无线技术使用的信道而不将其用于本地传输。

    减小传输功率：传输功率下调到可以保持通信的水平。 

    无线电场规划：选择合适的天线，例如，平顶天线或者定向天线，可以限制所需区域的无线电场。

    使用专门的信道：通过对无线电场的仔细规划来选择使用的信道，以保证不会有区域或信道间的重叠。

    随着无线技术的快速发展，无线技术在工业控制领域得到了广泛应用，它已经成为一种核心技术，并将改变工业自动化的格局。目前工业领域使用比较多的无线技术主要有无线局域网（IEEE 802.11）、蓝牙（Bluetooth）、Trusted Wireless、ZigBee等。

    无线技术，特别是无线局域网，在传送数据和自动系统的配置方面可以提高灵活性和独立性，以及减少工业通信的各个领域中的安装成本。

3.2   无线局域网概述

    无线局域网（WLAN），英文名为Wireless Local Area Network，顾名思义就是采用了无线传输介质的计算机局域网。无线局域网技术包括了IEEE802.11标准和蓝牙等技术。后面章节将对IEEE802.11标准进行详细叙述。

    无线局域网由无线网卡、无线接入点（AP）、天线、计算机和有关设备组成。接入点（AP）的作用相当于局域网集线器。它在无线局域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接入点通常是通过标准以太网线连接到有线网络上，并通过天线与无线设备进行通信。在有多个接入点时，用户可以在接入点之间漫游切换。接入点的有效范围是20-500m。根据技术、配置和使用情况，一个接入点可以多个用户，通过添加更多的接入点，可以比较轻松地扩充无线局域网，从而减少网络拥塞并扩大网络的覆盖范围。 

    无线局域网的配置方式通常采用对等模式或基础结构模式。

    （1）对等模式（Ad-hoc）。这种应用包含多个无线终端和一个服务器，均配有无线网卡，但不连接到接入点和有线网络，而是通过无线网卡进行相互通信。它主要用来在没有基础设施的地方快速而轻松地建无线局域网。 

    （2）基础结构模式（Infrastructure）。该模式是目前最常见的一种架构，这种架构包含一个接入点和多个无线终端，接入点通过电缆连线与有线网络连接，通过无线电波与无线终端连接，可以实现无线终端之间的通信，以及无线终端与有线网络之间的通信。通过对这种模式进行复制，可以实现多个接入点相互连接的更大的无线网络。