二、无线传输介质
所谓无线网络，就是利用无线介质作为信号的传输介质。无线通信技术主要有：无线电波（Radio）、微波（Microwave）和红外线（Infrared Light）。
无线网络常见的拓扑结构有：无中心（或称对等式）拓扑和有中心拓扑。无线网络采用的网络接口选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。无线网络的最大优点是对移动计算网络的支持，这里所提的移动计算网络应具有以下功能：①小区内的站点可移动；②不同小区内站点可经过网络接入点及主干网进行通信；③站点移动时，通过越区切换协议或算法，被切换至新的小区，在新的小区中该站点仍和在以前小区时一样；④站点可通过主干网上的路由器访问公共网或被公共网访问。
（一）无线电波
无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。
电磁波谱区间常称为“无线电频率”，在10k Hz～1GHz之间。无线电频率的这个区间电磁波谱区间常称为“无线电频率”，包含广播频道，常称为短波无线电、甚高频（VHF）电视及调频无线电和超高频（UHF）无线电及电视。
无线电频率按管制带宽及非管制带宽进行划分。管制频率的用户必须从管理部门得到许可证，这些部门有权管理这段频率区域（像美国的FCC、加拿大的CDC，等等），得到批准可能很困难。但是，在有许可证的频段可以保证在一特定区域内传输清晰。这个过程的缺点是等待时间相对较长，不断上升的价格以及当设备需移到一个新地方时缺乏灵活性。
在美国FCC，将902～928MHz，2.4GHz以及5.72～5.85GHz分给无照者使用。在国际上，一般不对2.4GHz进行管制，这些不受管制的频率，由于没有什么限制这一特点而充分地被利用。对非管制频率的竞争迅速增长。900MHz范围用得最多，但是对2.4GHz的使用目前发展的最快。对5GHz的使用目前还不普及，这是因为它们传输价格太高。
对于非管制频道来讲，保证传输无错是件不可能的事。然而，通常使用非管制频道的设备，必须在规定功率下工作（美国规定为1W），以减少与其他信号的干扰。设备功率越小，有效区域就越小，多用户的干扰被限制在一个相当小的范围内。
无线电波可以通过各种传输天线产生全方位广播或调成有向发射。典型的天线包括无向塔、缠绕导线、半波偶极天线以及杆型天线。天线以及发射器决定频率和RF信号的功能。发送及接收站使用适合系统要求的频率范围（针对规定频率）。全球系统使用短波，在地平线上方传播，而当地系统使用接近视线VHF或UHF进行传播。每一范围都有其特点，影响着计算机网络。
本节将研究RF的三种传输类型。
1.低功率，单频率
单频率收发器只在一种频率下工作，而低功率设备通常用于短距离、开放式环境中。尽管低频中相对比的波长可以在一些材料中传输，但是，它们低功率的特性限制了它们只能在短距离或者无障碍通路上传输。然而，低频率以及低功率水准不能保持非常高的传输率。标准的传输率至少1Mbit/s。单频系统可以提供与铜线网络相近的传输率，但是，它们的价格以及传输距离还是有限的。
例如，现在一个实用的低功率、中频率系统能够在5.7Mbit/s下工作，但是，它只能传输25m远。
（1）频率范围。低功率、单频率系统可以在整个RF范围内运行。计算机网络一般使用更高的频率，在9GHz范围内，这是因为需要更高的传输率。
（2）价格。取决于使用的收发器以及天线情况。低功率、单频率系统的价格较其他无线媒介更便宜。
（3）安装难易程度。安装的难易程度同样取决于所使用的收发器和天线。大部分系统的预选配制天线以及其他设备易于安装。其他系统安装时需要熟练技术进行调制，单频设备在不合适的情况下会引起伪信号、传输功率不够等现象或者较低的数据传输率。
（4）容量。传输率至少为1Mbit/s，接近10Mbit/s。
（5）衰减。所有RF范围中的衰减，取决于频率以及信号功率（频率及功率越高，信号衰减增长速度越慢）。由于低功率、单频率设备一般在非常低功率的环境下运行，它们通常遇到的衰减相当大。
（6）抗电磁干扰性。单频信号抗电磁干扰能力非常小，特别是受低带宽民用电器设备（如车房开门器）以及电动马达影响更大。当信号功率高到传输超出外墙范围时，它也极易被窃听。大部分低功率LAN设备的信号强度不到1W。它们产生的微弱波一般都不能穿过固体或者只能传输几十米距离，窃听可发生在其附近区域内。
表1-1说明了低功率、单频率RF的利与弊。
表1-1 低功率、单频率RF的利与弊
2.大功率、单频率无线电
大功率设备与低功率设备非常相似，其主要差别是大功率使用在长距离户外环境。频率决定了它们可以在无障碍条件下视线通路上运行或者被地球的大气层弹回。由于信号通道的灵活性使得大功率、单频率系统成为理想的移动式传输手段。大功率、单频率系统提供的数据传输率与它的低功率伙伴相似，但是，它的传输距离要远得多，价格也高得多。
（1）频率范围。频率范围大功率、单频率系统可以在整个RF范围内运行。计算机网络一般采用高频率区域，这是因为它们提供更高的数据传输率。
（2）价格。虽然无线电收发装置不太昂贵，但是昂贵的天线塔、收发器或者高能输出发射器使得大功率、单频率系统相当昂贵。
（3）安装难易程度。大功率系统安装比较复杂，它通常要涉及危险的高电压以及熟练技术人员的精确调制。单频率装置的不正确操作会引起伪信号、信号功率丢失或者低数据传输率现象。而不正确地对大功率系统的调制产生的影响比低功率系统大得多，从而破坏性也大得多。
（4）容量。传输率至少为1Mbit/s，接近10Mbit/s。
（5）衰减。大功率对信号的支持以及限制衰减能力要比低功率设备好得多。由于这些设备在非常高的功率下运行，衰减现象相对低很多。
（6）抗电磁干扰性。单频率信号对电磁波的干扰抵抗性非常弱。大功率信号也像低功率信号一样对窃听现象没什么办法。但是，由于大功率信号跨越距离要比小功率信号大得多，所以它的信号更容易被截获。
表1-2说明了大功率、单频率RF的利与弊。
表1-2 大功率、单频率RF的利与弊
3.扩展波段无线电
尽管扩展波段也像其他RF传输一样依赖于频率，但它同时采用多种频率的方式。以下是两种通用的扩展波段调制方案：直接顺序调制和频率跳跃。
最常用的直接顺序调制是将编码数据分成小片，发散到无线电的一组频率中。除了所需要的数据，片中还包含伪信号。接收器知道哪一些频率是有效的，并且通过收集有效信号进行辨认（去掉伪信号），这些有效信号再被利用重新组成数据。由于在任何一段频率中可以利用多个频率集，所以，直接顺序信号可以与其他信号同时存在。不需要的信号被忽略掉，或者被看成伪信号或噪音。
虽然直接顺序信号可以像其他RF一样容易被截获，侦听不是很有效的，这是因为决定监视哪一些频率、获取所得有效数据以及解释信号非常困难。目前的900MHz直接顺序系统提供的传输率为2～6Mbit/s。
跳频迅速地在预先决定的频率之间进行转换。无论是发送方还是接收方都必须遵守同一方式，保持复杂的时间间隔。由于波段中所有频率可以被用来传输数据，所以，在多波段之间的同时跳跃可以使用附加带宽。
（1）频率范围。扩展波段系统可以利用整个RF区域，但是它通常在非许可区域运行。在美国，902～928MHz波段使用最为广泛。但是，设备生产厂家正在移至2.4GHz区域，以适应管理规定以及增大传输率。
（2）价格。取决于所用的收发设备以及天线。与其他天线媒介比较，扩展波段系统的价格较为合理。
（3）安装难易程度。大部分扩展波段系统买来时是预先已配置好的设备和天线。安装难易程度取决于设备的复杂性。
（4）容量。标准的传输率为2～6Mbit/s。然而，采用高频率以及更高的区域，将使传输率迅速提高。
（5）衰减。所有RF区域的衰减都受频率以及信号功率的影响（频率越高，功率越大，信号衰减增长得越慢）。由于这些设备一般功率都特别小，所以，它们的衰减比较快。
（6）抗电磁干扰性。像所有RF无线电波一样，扩展波段使用的EM波没有抗EMI干扰性的能力。然而，由于信号采用多种频率，所以，对一种频率的干扰噪音不会破坏整个信号。同样，扩展波段对窃听有抵制效果，潜在的窃听者的设备必须知道访问哪些频率，顺序是保密的，并且可以引入无用信号来迷惑窃听者，达到增加安全的目的。
（二）微波
微波通信主要采用扩频通信的原理。微波扩频通信技术特点：利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个载频上进行调制以便传输。我国微波通信常用的微波频段及其代号为L、S、C、X诸频段。数字微波系统按接入方式分为点对点、点对多点两种。点对点方式是指连接的双方用一对微波扩频传输设备相连；点对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干分布接入点，若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心点提供的总信道带宽。微波通信技术的特点：无需申请，带宽较高，建设周期短；一次性投资，建设简便，组网灵活，易于管理；抗噪声和干扰能力强，极强的抗窄带瞄准式干扰能力；信息传输可靠性高；保密性强；多址复用；设备使用寿命较长；能与传统的调制方式共用频段。
微波数据通信系统有两种形式：地面（基于地球表面）系统和卫星系统。从功能上看，它们使用的频率也比较相似。
1.地面微波
地面微波一般采用定向式抛物面形天线，这要求与其他地点之间的通路没有障碍或视线能及。地面微波信号一般在低频率范围，它由收发装置产生。由于微波连接不需要电缆，所以，比起基于电缆的方式它更加容易通过荒凉的地段。微波连接经常用于连接两个分开的建筑，而电缆方式在这种情况下安装既麻烦投资又昂贵。然而，地面微波设备经常采用受控的频率，所以监察组织或者政府部门要其交纳一定费用，使用时间也要受到限制。
在建筑物中有时也采用小规模的地面微波方式，这些微波信号一般使用小型发送装置与中心位置的集线器（它是一个简单的连接设备进行通信）。多个集线器相互连接到一起便组成了一个完整的网络。这种类型的微波网络支持移动式环境，这是因为发送装置不管集线器在什么位置，都是可以运行的。
（1）频率范围。地面微波系统通常的运行频率为低频率区域（一般在4～28GHz）。
（2）价格。设备价格主要决定于操作信号的强度以及频率。几百米范围内的短距离系统相对来讲便宜些；超出1km的长距离系统却相对昂贵。地面微波系统可以从专营这项服务的提供者那里租用，这样便可以减少初始安装时的固定费用。在使用短距离微波系统时，采用小型、便宜的天线进行高频传输也可以减少费用。
（3）安装难易程度。这种类型的系统安装比较困难，它需要非常准确的调试工作，通过各种试验来保证系统达到正常定位。当一个机构两站之间没有明显关系时，要访问另一个发收装置就非常困难。这时，就必须进行一些通行权以及其他安置工作。另外，地面微波一般在受控频率上运行，安装就需要高昂的价格。同时，也需要有申请执照的时间。
（4）容量。容量极大值取决于频率，单频方式下数据传输率一般在小于1～10Mbit/s范围内。
（5）衰减。衰减程度随信号频率以及天线尺寸的变化而变化。对于高频微波系统，在长距离范围中衰减会因为雨天或雾天而增大；在短距离范围中衰减无明显变化。
（6）抗电磁干扰性。微波对外界干扰、拥挤以及窃听反应比较灵敏（可以通过加密信号方法来减少窃听危险）。除了应对EMI的考虑，微波系统对来自大气环境的干扰也非常灵敏。
2.卫星微波
与地面微波相似，卫星微波系统也使用低频率范围的微波。然而，它们通过地球上的定向抛物面天线向地球同步卫星发送直线波束。一个基本的卫星网络安装包括一个网络连接设备或一个天线控制器。通过一根电缆，它与0.75～2.4m的抛物面天线连到一起。地面天线将发射机产生的信号反射到离地面35.4～482.8km高同步轨道上的卫星上，这些信号又被再聚焦到主地面站（MES）或集线器上。最后，信号被MES或者其他网络天线接收到，它们再通过对应的网络连接设备送至所需要的网络点。可以建立单个点到点系统或者多个传输器到接收器系统。
卫星微波传输跨越陆地或海洋，所需要的时间及费用与只传输几公里没有什么差别，由于信号传输距离相当远，所以，卫星传输有一段时间上的延迟（称为传播延迟）。这段延迟小到500ms，大到5s以上。但是，无论怎样，卫星微波能使我们将信号送至最遥远的以及未开发的地区。
（1）频率范围。卫星连接通常使用的频率为低频率，一般在11～14GHz之间。
（2）价格。设备价格昂贵。卫星系统完全建立在现代空间技术上，这便大大增加了安装费用。然而，你可以从AT&T、Hughes网络系统或科学Atlanla那里购买到卫星服务，它们为不同客户提供固定的卫星服务价格。尽管涉及微波传输的硬件价格相当昂贵，但是，当需要长距离通信时，它的安装费用要比电缆媒介便宜得多。
（3）安装难易程度。卫星安装由于涉及空间技术，变得十分困难。明显地，地面站的安装要简单得多。地面系统的点到点传输方式需要准确地定位，当涉及广播传输时，工作人员又需要到处走动进行工作。
（4）容量。最大的容量几乎完全取决于所采用的频率段（通常小于45Mbit/s）。对于单频数据传输，速率一般在1～10Mbit/s范围内。
（5）衰减。衰减与信号频率以及天线尺寸有关，高频微波会由于雨天或大雾使得衰减加速。
（6）抗电磁干扰性。微波链接对外部干扰、挤塞以及窃听现象反应灵敏（对信号进行加密可以减少被窃听的危险）。除了对EMI，微波系统对来自大气环境的干扰反应也相当脆弱。
（三）红外通信
红外传输是指利用红外线作为传输手段的信号传输。红外通信系统中红外线的传输方式主要有两种：一是点对点方式；二是广播。使用点对点红外介质的优点是可以减少衰减，使偷听更困难。实施时，注意保证发射器和接收器处于同一直线；而红外广播系统向一个广大的区域传送信号，并且允许多个接收器同时接收信号，红外广播系统的速度一般被限制在1Mbit/s以下。红外通信的主要特点：总体价格低，高带宽，安装简单，高可靠性，轻便。红外通信主要应用于掌上计算机、笔记本计算机、个人数字处理设备和桌面计算机之间的文件交换；计算机装置之间传送数据、控制电视、盒式录像机和其他设备。
在实际应用中可以综合考虑各种情况，作出适应于实际的选择。超出无线电使用的频率范围的微波也能用于传输各种数据信号。虽然微波说到底也是无线电波的一种，但是由于它们的工作性质完全不同，所以在此将其列入专门的一类。无线电波是向各个方向传播的，而微波则是集中于某个方向，这样可以有效地防止他人窃取信号，并且微波还能用RF传送承载更多的信息，但是它不能透过金属结构，它在传输时一般需要在发送端与接收端之间无障碍存在。微波对环境与天气的影响相对不是十分敏感，而且其保密性要比无线电波高得多。红外线传输其实对于我们并不陌生，各种电器使用的遥控器基本上是使用红外线进行传输的。红外线一般局限在很小的区域内，并且经常要求发送器直接指向接收器，红外线硬件与其他设备相对比较便宜，且不需要天线。另外，大家一般能在许多新型主板上看到内置的红外线收发器，所以在这样的情况下使用红外线进行通信也是一种有效的选择。前面提到的光纤就是通过光纤将光用于通信中的一种手段。和微波传输一样，激光发出的光束走的是直线，在发送方与接收方之间不能有障碍物，而且光束并不能穿过植物、雨、雪、雾等。所以激光传送的局限性很大。
另一种无线传播媒介建立在红外线基础上。红外连接采用发光二极管（LED）、激光二极管（LLD）或者光电二极管（就像音像遥控器或光纤收发器）来进行站与站之间的数据交换。这些设备发出的光非常纯净，一般只包含电磁波或小范围EM频谱中的光子。传输信息可以直接或经过墙面、天花板反射后被接收装置收到（每次反射信号强度大约要衰减一半）。然而，红外信号没有能力穿透墙壁和一些其他固体，也容易被强光源盖住，红外线最有用的地方是在一个空旷的小房间里。
红外波的高频特性可以支持高速度的数据传输。但是，目前红外技术发展比较缓慢，将来红外使用会像无线电频率一样，变得越来越拥挤。红外线传输按技术分类包含一系列产品，这些产品又可分为两大类：点到点式和广播式。
1.点到点红外线系统
由于红外波具有便宜及易分离的性质，一束纯光线可以被集中起来射向一个指定的目标，这种方法减少了衰减，同时也减少了被窃听的可能性。典型的点到点红外计算机设备与大多数电子产品非常相似。如果你使用过遥控器，你便熟悉这种技术。
（1）频率范围。红外传输器一般使用光频的最低区域，大约是100GHz～1000THz。
（2）价格。红外装置的价格与所需要的光过滤媒介的类型有关。高质量以及大功率激光可能非常昂贵。然而，一般用作数据传输的装置是大批量生产的消费电子产品，价格相当便宜。
（3）安装难易程度。精确的点到点系统需要准确地安装、维护，以保证正确的定位。对于大功率激光设备一定要小心，因为它可能会燃烧或损害你的眼睛。事实上，在外科手术中，激光作为一种精确切割仪器被利用。
（4）容量。红外数据协会（IRDA）正在试验标准化低端、115kbit/s点到点传输过程。但目前专用系统所具有的容量大约为100Mbit/s～2.5Gbit/s（传输距离为2000km以下）。
（5）衰减。红外信号的衰减取决于发射光的强度、纯度以及大气环境和通路上半透明物体的状况。红外数据传递的有效区域为几米到很多公里不等。
（6）抗电磁干扰性。所有红外传输在强光条件下都很脆弱。强聚焦后传输对被窃听有相当的抵制作用，这是因为任何对信号的破坏都可以被发现。
2.广播式红外线系统
红外线系统内另一种方式是广播式红外线系统，把集中的光束以广播或扩散向四周散发。这种方法通常也用于遥控和其他一些消费设备上。使用这种技术很容易连接收发装备、接收设备，也更加容易灵活地来回移动。另外，在这种方式下，一个收发设备可以与多个其他设备进行通信，这也就意味着在有效地域内很容易截获传输信号。
（1）频率范围。红外线传输一般在光频的虽低区域，大约为100GHz～1000THz。
（2）价格。红外线设备的价格取决于所需要的光滤波物质的类型。高质量、大功率激光可能非常昂贵。然而，一般用作数据传输的装置，那些大批量生产的一般消费电子产品价格相当便宜。
（3）安装难易程度。对于通路清晰、高强度信号所对应的广播式红外线收发装置比较容易安装，设备的重新设置也比较简单，这是因为在这种环境下允许设备在信号的有效区域中移动。
（4）容量。典型的广播式红外线装置提供的数据容量不到1Mbit/s，但是，将来的容量有可能会大大增加。
（5）衰减。与点到点方式相同，广播式红外线的衰减也受光线强度、纯度以及大气环境的影响。然而，半透明障碍物的影响效果要小得多，这是因为设备容易移动。低功率广播信号一般限制在10m范围内。
（6）抗电磁干扰性。所有红外线传输在强光条件下都很脆弱。广播式信号对窃听现象也没有什么办法，这是因为在衰减范围内信号可以在任何位置被截获。