無線網絡接入技術比較

2019-11-05 02:19:57

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　　線接入技術區別于有線接入的特點之一是標準不統一，不同的標準有不同的應用。正因為此，使得無線接入技術出現了百家爭鳴的局面。在眾多的無線接入標準中，無線局域網標準更成為人們關注的焦點。
　　
　　　　IEEE 802.11協議族
　　
　　　　目前人們耳熟能詳的無線局域網產品多支持這一標準，它已經是無線局域網事實上的主要標準。
　　
　　　　在無線LAN中，802.11指由IEEE提出的協議族，它們是802.11，802.11a和802.11b。IEEE802.11無線網絡標準早在1997年頒布，當時規定了一些諸如介質接入控制層功能、漫游功能、自動速率選擇功能、電源消耗治理功能、保密功能等；1999年無線網絡國際標準的更新及完善，進一步規范了不同頻點的產品及更高網絡速率產品的開發和應用，除原IEEE802.11的內容之外，增加了基于SNMP（簡單網絡治理協議）協議的治理信息庫（MIB），以取代原OSI協議的治理信息庫。另外還增加了高速網絡內容。IEEE802.11分IEEE802.11a 和IEEE802.11b。
　　
　　　　IEEE802.11a規定的頻點為5GHz，用正交頻分復用技術（OFDM）來調制數據流。OFDM技術的最大的優勢是其無與倫比的多途徑回聲反射，因此非凡適合于室內及移動環境。傳輸速度為：1到2Mbps。
　　
　　　　IEEE802.11b工作于2.4GHz頻點，采用補償碼健控CCK調制技術。當工作站之間的距離過長或干擾過大，信噪比低于某個門限值時，其傳輸速率可從11Mb/s自動降至5.5Mb/s，或者再降至直接序列擴頻技術的2Mb/s及1Mb/s速率。但是802.11b標準的速率上限為20Mbps，它保持對802.11的向后兼容。
　　
　　　　所有這些協議都以CSMA/CD為介質共享策略，假如源需要發送數據時，它必須檢查傳輸介質是否正在被別人使用，假如介質未被別人使用，就發送數據包；反之，源主機就必須等待一段時間，等到介質空閑后才能夠發送。源通過不斷發出RTS（預備發送）包來檢查介質的占用情況，在目的主機返回CTS（可以發送）包后，源主機就可以發送了。
　　
　　　　IEEE802.11e及IEEE802.11g是下一代無線LAN標準。被稱為無線LAN標準方式IEEE802.11的擴展標準。所謂IEEE802.11的擴展標準，是在現有的802.11b及802.11a的MAC層追加了QOS功能及安全功能的標準。制訂標準作業由名為"802.11e"及"802.11f"的作業部門進行。追加QOS功能，可以提高傳輸語音數據和數據流數據的能力。另外作業部門"802.11g"也隨之成立，由它來探討擴展物理層標準IEEE802.11b，使最高數據傳輸速度從目前的11Mb/s提高到20Mb/s以上。使用的頻帶與過去相同，仍為2.4GHz頻帶。不過關于調制方式，還未決定是否使用一直沿用的直接擴散方式的頻譜（Spectrum）擴散技術。
　　
　　　　現在，我們常用的、技術成熟的是IEEE802.11b。
　　
　　
　　藍牙技術 Bluetooth
　　
　　　　事實上，藍牙系統和無線個人局域網（WPAN）的概念相輔相成，它已經是無線個人局域網的一個雛形。在其1999年12月發布的藍牙1.0版的標準中，已定義了包括使用WAP協議連接互聯網的多種應用軟件。它能夠使蜂窩電話系統、無繩通信系統、無線局域網和互聯網等現有網絡增添新功能，使各類計算機、傳真機、打印機設備增添無線傳輸和組網功能，在家庭和辦公自動化、家庭娛樂、電子商務、無線公文包應用、各類數字電子設備、工業控制、智能化建筑等場合開辟了廣闊的應用。隨著無線個人局域網的發展，IEEE 802.15的一個工作小組正在制訂速率可達20Mb／s以上的無線個人局域網標準，這一標準也是基于藍牙規范。因此，無線個人局域網和藍牙必然會趨于融合，由SIG參與藍牙計劃的公司和IEEE 802.15工作組協力合作，共同創造明天的無線個人局域網。
　　
　　　　藍牙技術從應用的角度來講，與日前廣泛應用于微波通信中的一點多址技術十分相似，因此，它很輕易穿透障礙物，實現全方位的數據傳輸。早在藍牙標準制定的前一年，IEEE的有關工作組就已經開始無線個人局域網的預備工作。起初，IEEE執行委員會認為，由于這是局域網內部的無線通信技術，所以就將此任務交給了對無線局域網有著突出貢獻的"802.11工作組"，當時主要的工作就是實現無線局域網和無線個人局域網的無縫隙連接。經過一年的努力工作，小組成員的結論是，現有的IEEE 802.11中有關支持三種物理媒介層的MAC（Medium access Control，媒介訪問控制）中規定的基礎結構，并不適用于無線個人局域網。
　　
　　　　802.15工作組于1999年秋天開始起草一項以藍牙1.0版本為基礎的標準，2000年11月提交到IEEE標準委員會討論。之所以如此迅速，主要是IEEE 802.11工作組在制定無線局域網標準時過于滯后于市場，繼而造成了無線局域網標準重蹈"ATM（Asynchronous Transfer Mode、異步傳輸模式）"的覆轍。雖然IEEE 802.11是國際公認的技術標準，但市場份額并不大，因此藍牙才決定使用無線局域網使用的2.4GHz波段（由于頻率的沖突，很可能造成現有無線局域網性能的下降）。藍牙的支持者甚至大膽地猜測，隨著藍牙技術的不斷發展，采用IEEE 802.11標準的無線局域網將不復存在，從而雙方的頻段之爭將迎刃而解。
　　
　　　　假如設備是屬于那種活動范圍比較廣、要求能和多種設備迅速互聯，如，筆記本電腦、數字無繩電話、個人數字助理、手機等，采用藍牙或無線個人局域網是十分理想的。
　　
　　 IrDA
　　
　　　　紅外線數據標準協會IrDA（Infrared Data Association）成立于1993年，是非營利性組織，致力于建立無線傳播連接的國際標準，目前在全球擁有160個會員，參與的廠商包括計算機及通信硬件、軟件及電信公司等。簡單地講，IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術，其相應的軟件和硬件技術都已比較成熟。它在技術上的主要優點有：
　　
　　　　1、無需專門申請特定頻率的使用執照，這一點，在當前頻率資源匱乏，頻道使用費用增加的背景下是非常重要的。
　　
　　　　2、具有移動通信設備所必需的體積小、功率低的特點?；萜眨℉P）公司目前已推出結合模塊應用的約從2.5×8.0×2.9（mm）到5.3×13.0×3.8（mm）的專用器件，與同類技術相比，耗電量也是最低的。
　　
　　　　3、傳輸速率在適合于家庭和辦公室使用的微微網（Piconet）中是最高的，由于采用點到點的連接，數據傳輸所受到的干擾較少，速率可達16Mb／s。
　　
　　　　除了在技術上有自己的技術特點外，IrDA的市場優勢也是十分明顯的。目前，全世界有5000萬臺設備采用IrDA技術，并且仍然每年以50％的速度增長。有95％的筆記本電腦安裝了IrDA接口。在成本上，紅外線LED及接收器等組件遠較一般RF組件來得便宜，IrDA端口的成本在5美元以內，假如對速度要求不高，甚至可以低到1.5美元以內，相當于日前藍牙產品的十分之一。
　　
　　　　面對其他技術的挑戰，IrDA并沒有停滯不前。除了傳輸速率由原來的FIR（Fast Infrared）的4Mb／s提高到最新VFIR的16Mb／s標準；接收角度也由傳統的30度擴展到120度。這樣，在臺式電腦上采用低功耗、小體積、移動余度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠標，就有了基本的技術保障。同時，由于Internet的迅猛發展和圖形文件逐漸增多，IrDA的高速率傳輸優勢在掃描儀和數碼相機等圖形處理設備中更可大顯身手。
　　
　　對于要求傳輸速率高、使用次數少、移動范圍小、價格比較低的設備，如打印機、掃描儀、數碼像機等，IrDA技術是首選。
　　
　　　　HomeRF
　　
　　　　HomeRF把共享無線連接協議（SWAP）作為未來家庭內聯網的幾項技術指標，使用IEEE802.11無線以太網作為數據傳輸標準，通信頻段也是2.4GHz，HomeRF工作組像當初人們構造ATM一樣，提出了一整套應用于家庭聯網的完整體系，包括外圍設備和家庭主機之間的連接、外圍設備之間的連接、主機和HomeRF中心控制的連接、接入網、PSIN等。2000年8月31日，美國聯邦通信委員會批準了Intel、Microsoft、Motorola和PRoxim等HomeRF組織成員的要求，答應HomeRF的傳輸速率在原來的2Mb／s的基礎上提高四倍，達到8M～11Mb／s傳送速率；而且和藍牙一樣，HomeRF可以實現多個（最多5個）設備之間的互聯。但FCC的這一決定，招致了來自包括內部成員和藍牙組織成員的反對，主要理由是頻率沖突、功耗較大。同時，HomeRF工作組的一些成員提出，將原來的發射帶寬由1MHz提高到5MHz，這樣速率能夠提高得更多，但反對者認為，信息本來在狹窄的信號通道里跳動，現在假如將狹窄的通道加寬，就會像一輛卡車在幾條車道上橫沖直撞，從而造成SWAP設備之間的互相干擾。因此，很多業界人士對這一技術并不表示樂觀。
　　
　　　　不過，HomeRF技術對于小型公司或者類似別墅的家庭是再方便不過的了，因為這兩種環境的活動半徑都比Bluetooth和W規定的活動范圍大，同時，一般又小于無線局域網的半徑。但這也并非是說HomeRF的地位是高枕無憂的。因為，一項技術假如想要成為國際認可的標準，其獨特性是必不可少的。HomeRF在傳輸距離方面的優勢，很有可能被藍牙所擊敗。
　　
　　寬帶無線標準IEEE 802.16
　　
　　　　最近幾年來，無線網絡技術作為一種用戶接入技術已經成為傳統的銅線本地環路技術的一種替代技術，并且越來越受到人們的重視。人們對無線網絡技術的愛好主要集中在無線本地環路WLL（Wireless Local Loop）或者固定無線接入方面。為了給本地無線環路WLL提供一個標準，IEEE 802委員會于1999年成立了802.16工作組來專門開發寬帶無線標準。
　　
　　　　IEEE 802.16負責對無線本地環路的無線接口及其相關功能制定標準，它由三個小工作組組成，每個小工作組分別負責不同的方面：IEEE 802.16.1負責制定頻率為10G到60G赫茲的無線接口標準；IEEE 802.16.2負責制定寬帶無線接入系統共存方面的標準；IEEE 802.16.3負責制定頻率范圍在2G到10G赫茲之間獲得頻率使用許可的應用的無線接口標準。我們可以看到，802.16.1所負責的頻率是非常高的，而它的工作也是在這三個組中走在最前沿的。由于其所定位的帶寬很非凡，在將來802.16.1 最有可能會引起工業界的愛好。
　　
　　　　802.16無線服務的作用就是在用戶站點同核心網絡之間建立起一個通信路徑，這個核心網絡可以是公用電話網絡也可以是因特網。IEEE 802.16標準所關心的是用戶的收發機同基站收發機之間的無線接口。其中的協議專門對在網絡中傳輸大數據塊時的無線傳輸地址問題做了規定，協議標準是按照三層結構體系組織的。
　　
　　　　三層結構中的最底層是物理層，該層的協議主要是關于頻率帶寬、調制模式、糾錯技術以及發射機同接收機之間的同步、數據傳輸率和時分復用結構等方面的。對于從用戶到基站的通信，標準使用的是按需分配多路尋址－時分多址DAMA-TDMA技術。按需分配多路尋址DAMA技術是一種根據多個站點之間的容量需要的不同而動態地分配信道容量的技術。時分多址TDMA是一種時分技術，它將一個信道分成一系列的幀，每個幀都包含很多的小時間單位，稱為時隙。時分多路技術可以根據每個站點的需要為其在每個幀中分配一定數量的時隙來組成每個站點的邏輯信道。通過DAMA－TDMA技術，每個信道的時隙分配可以動態地改變。
　　
　　　　在物理層之上是數據鏈路層，在該層上IEEE 802.16規定的主要是為用戶提供服務所需的各種功能。這些功能都包括在介質訪問控制MAC層中，主要負責將數據組成幀格式來傳輸和對用戶如何接入到共享的無線介質中進行控制。MAC協議對基站或用戶在什么時候采用何種方式來初始化信道做了規定。因為MAC層之上的一些層如ATM需要提供服務質量服務QoS，所以MAC協議必須能夠分配無線信道容量。位于多個TDMA幀中的一系列時隙為用戶組成一個邏輯上的信道，而MAC幀則通過這個邏輯信道來傳輸。IEEE 802.16.1規定每個單獨信道的數據傳輸率范圍是從2M比特/秒到155M比特/秒。
　　
　　　　在MAC層之上是一個會聚層，該層根據提供服務的不同提供不同的功能。對于IEEE 802.16.1來說，能提供的服務包括數字音頻/視頻廣播、數字電話、異步傳輸模式ATM、因特網接入、電話網絡中無線中繼和幀中繼。

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