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無線局域網技術標準的幾種比較

2019-11-05 02:36:25
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供稿:網友

  一、前言
  WLAN開始是作為有線局域網絡地延伸而存在的,它以無線多址信道作為傳輸媒介,提供傳統有線局域網LAN(Local Area Network)的功能,能夠使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的寬帶網絡接入,因而各團體、企事業單位廣泛地采用了WLAN技術來構建其辦公網絡。但隨著應用的進一步發展,WLAN正逐漸從傳統意義上的局域網技術發展成為“公共無線局域網”,成為國際互聯網INTERNET寬帶接入手段。這主要是因為WLAN具有易安裝、易擴展、易治理、易維護、高移動性、保密性強、抗干擾等特點。
  
  WLAN標準主要是針對物理層和媒質訪問控制層(MAC),涉及到所使用的無線頻率范圍、空中接口通信協議等技術規范與技術標準。在WLAN迅猛發展的同時,WLAN的標準之爭也成為眾多廠商和運營實體非常關注的一個話題,究竟WLAN最終會采取哪種技術作為主流標準直接影響到企業今后的決策走向。在眾多的標準中,人們知道最多的是IEEE(美國電子電氣工程師協會)802.11系列,此外制定WLAN標準還有ETSI(歐洲電信標準化組織)提出的標準有HiperLan和HiperLan2,HomeRF工作組的兩個標準是HomeRF和HomeRF2,另外還有藍牙非凡愛好組織”BSIG(Bluetooth Special Interest Group),簡稱藍牙SIG的藍牙技術標準。本文將針對目前業界最為關心的容量,兼容性,應用前景等方面出發,對各個WLAN技術標準進行逐一分析比較。
  
  二、IEEE的802.11標準系列
  IEEE的802.11標準由很多子集構成,它具體定義了WLAN中從物理層到MAC層(媒體訪問控制)的通信協議。該系列中的802.11b,802.11a和802.11g都已經嶄露頭角,尤其是802.11b,它的產品普及率最高,在眾多的標準中處于先導地位。
  
  1. 802.11b
  
  IEEE802.11b(Wi-Fi)使用開放的2.4GHz頻段,物理調制方式為補碼鍵控(CCK)編碼的直接序列擴頻(DSS),最大數據傳輸速率為11Mbps,無需直線傳播。其實際的傳輸速率在5Mbps左右,與普通的10Base-T規格有線局域網處于同一水平。使用動態速率轉換,當射頻情況變差時,可將數據傳輸速率降低為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。且當工作在2Mbps和1Mbps速率時可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.11b的使用范圍在室外為300米,在辦公環境中則最長為100米。使用與以太網類似的連接協議和數據包確認,來提供可靠的數據傳送和網絡帶寬的有效使用。IEEE802.11b運作模式基本分為兩種:點對點模式和基本結構模式,點對點模式是指無線網卡和無線網卡之間的通信方式,即Ad Hoc模式或者獨立基本服務集(IBSS)。基本結構模式(BSS)是指僅使用一個接入點(AP)的無線網絡;使用多個接入點的兩個或多個BSS無線網絡可以組成擴展服務集(ESS),這是無線網絡規模擴充或無線和有線網絡并存時的通信方式,是IEEE802.11b最常用的方式。
  
  然而隨著網絡應用中視頻、語音等要害數據傳輸需求越來越多,速率問題將會成為802.11b進一步發展的主要障礙。此外802.11b在安全問題也不容忽視,目前主要通過WEP加密協議來彌補這一缺陷,不過IEEE已經出臺了一個標準802.11i來專門解決WLAN中的安全問題。
  
  2. 802.11a
  
  IEEE802.11a工作在5GHz U-NII頻帶,從而避開了擁擠的2.4GHz頻段,所以相對802.11b來說幾乎是沒有干擾。物理層速率可達54Mbps,傳輸層可達25Mbps。采用正交頻分復用(OFDM)的獨特擴頻技術;可提供25Mbps的無線ATM接口、10Mbps以太網無線幀結構接口和TDD/TDMA的空中接口,支持語音、數據、圖像業務,一個扇區可接入多個用戶,每個用戶可帶多個用戶終端。
  
  IEEE802.11a在使用頻率的選擇和數據傳輸速率上都優與IEEE802.11b,不過其不兼容IEEE802.11b、空中接力不好、點對點連接很不經濟,不適合小型設備,另外由于技術成本過高,缺乏價格競爭力,經濟規模始終無法擴大,加上5GHz并非免費頻段,在部分地區面臨頻譜管制的問題,市場銷售情況一直不理想。相比而言,業界非常看好IEEE802.11b。
  
  3. 802.11g
  
  802.11g是IEEE為了解決802.11a與802.11b的互通而出臺的一個標準,它是802.11b的延續,兩者同樣使用2.4GHz通用頻段,互通性高,被看好是新一代的WLAN標準。802.11g的速率上限已經由由11Mbps提升至54Mbps,但由于2.4GHz頻段干擾過多,在傳輸速率上低于802.11a。
  
  與802.11a和802.11b同時兼容是802.11g的一大亮點,它同時支持802.11b的CCK和802.11a的OFDM,802.11g還支持PBCC(Packet Binary Convolutional Coding,分組二進制卷積碼)技術。802.11g中規定的調制方式有2種,一為原Intersil公司提案采用的CCK-OFDM,另一為TI公司提案采用的PBCC-22(也稱CCK-PBCC)調制方式,其中采用PBCC-22方式的TI提案保持了對IEEE802.11b的完全兼容,并使最高傳輸速率達到了22Mbps,目前已經有不少符合該標準的產品。而CCK-OFDM則作為802.11g的強制54Mbps模式,同時支持兩種模式的802.11g產品便可以在與802.11b網絡兼容的情況下,最高提供與802.11a標準相同的54Mbps連接速率。
  
  802.11g的兼容性和高數據速率彌補了802.11a和802.11b各自的缺陷,一方面使得802.11b產品可以平穩向高數據速率升級,滿足日益增加的帶寬需求,另一方面使得802.11a實現與802.11b的互通,克服了802.11a一直難以進入市場主流的尷尬,因此802.11g一出現就獲得眾多廠商的支持。IEEE標準委員會已經通過了802.11g標準,WLAN市場勢將再掀波瀾。
  
  三、HomeRF
  HomeRF無線標準是由HomeRF工作組開發的,旨在家庭范圍內,使計算機與其他電子設備之間實現無線通信的開放性工業標準。
  
  HomeRF是IEEE802.11與DECT的結合,使用這種技術能降低語音數據成本。與前幾種技術一樣,使用開放的2.4GHz頻段。采用跳頻擴頻(FHSS)技術,跳頻速率為50跳/秒, 共有75個帶寬為1MHz的跳頻信道,室內覆蓋范圍為45米。調制方式為恒定包絡的FSK調制,分為2FSK與4FSK兩種,采用調頻調制可以有效地抑制無線環境下的干擾和衰落。2FSK方式下,最大數據的傳輸速率為1Mbps;4FSK方式下,速率可達2Mbps。在新的HomeRF 2.x標準中,采用了WBFH(Wide Band Frequency Hopping,寬帶調頻)技術來增加跳頻帶寬,由原來的1MHz跳頻信道增加到3MHz、5MHz,跳頻的速率也增加到75跳/秒,數據峰值達到10Mbps。
  
  以下為HomeRF 標準的主要特點:
  
  HomeRF提供了流媒體(Stream Media)真正意義上的支持。由于流媒體規定了高級別的優先權并采用了帶有優先權的重發機制,這樣就確保了實時播放流媒體所需的帶寬、低干擾、低誤碼。
  
  HomeRF把共享無線接入協議(SWAP)作為未來家庭聯網的技術指標,基于該協議的網絡是對等網,因此該協議主要針對家庭無線局域網。其數據通信采用簡化的IEEE802.11協議標準,沿用類似于以太網技術中的沖突檢測的載波偵聽多址技術(CSMA/CD)—CSMA/CA,沖突避免的載波偵聽多址技術。語音通信采用DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)標準,使用TDMA時分多址技術。
  
  不過由于HomeRF技術標準沒有公開,僅獲得了數十家公司的支持,并且在抗干擾能力等方面與其它技術標準相比也存在不少欠缺,這些先天不足決定了HomeRF標準應用和發展前景有限,又加上這一標準推出后,市場營銷策略失當、后續研發與技術升級進展遲緩,因此,2000年之后,HomeRF技術開始走上了下坡路,2001年HomeRF的普及率降至30%,市場優勢逐漸喪失。與此同時,作為HomeRF技術勁敵的Wi-Fi技術不僅在商用與家庭無線聯網市場雙管齊下,而且無論在技術標準升級演化、普及程度和產品價格方面,Wi-Fi都開始領先于HomeRF,尤其是芯片制造巨頭英特爾公司決定在其面向家庭無線網絡市場的AnyPoint產品系列中增加對802.11b標準的支持后,HomeRF的失敗幾乎已成定局。
  
  四、HiperLAN2
  除了IEEE,歐洲電信標準協會(ETSI)也在針對歐洲市場,制訂名為“HiperLAN”的無線接入標準。所制訂的標準有4個:HiperLAN1、HiperLAN2、HiperLink和Hiperaccess。其中HiperLink用于室內無線主干系統,HiperAccess用于室外對有線通信設施提供固定接入,HiperLAN1和HiperLAN2則用于無線局域網接入。
  
  HiperLAN主要是為集團消費者,公共和家庭環境提供無線接入到因特網和實時視頻服務。HiperLAN1采用了已在GSM蜂窩網和蜂窩數字分組數據(CDPD)中廣泛使用的高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調制技術,支持最大23.5Mbit/s的速率。HiperLAN2則與802.11a相似,同樣工作在5G頻帶,同樣在物理層采用正交頻分復用(OFDM)調制方法,同樣支持高達54Mbit/s的傳輸速率。不過,它還具備其它方面的一些優點。在HiperLAN2中,數據通過移動終端和接入點之間事先建立的信令鏈接來進行傳輸,面向鏈接的特點使得HiperLAN2可以很輕易地實現QoS支持;HiperLAN2自動進行頻率分配,接入點監聽四周的HiperLAN2無線信道并自動選擇空閑信道,這消除了對頻率規劃的需求,使系統部署變得相對簡便;為了加強無線接入的安全性,HiperLAN2網絡支持鑒權和加密,只答應合法用戶接入網絡;HiperLAN2的協議棧具有很大的靈活性,可以適應多種固定網絡類型——它既可以作為交換式以太網的無線接入子網,也可以作為第三代蜂窩網絡的接入網,并且這種接入對于網絡層以上的用戶部分來說是完全透明的,當前在固定網絡上的任何應用都可以在HiperLAN2網上運行。相比之下,IEEE802.11的一系列協議都只能由以太網作為支撐,不如HiperLAN2靈活。
  
  五、藍牙
  “藍牙”的英文名稱為“Bluetooth”,是一種開放性短距離無線通信技術標準。它是面向移動設備間的小范圍連接,其本質可以說它是一種代替線纜的技術。從應用的角度來講,它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,實現全方位的語音與數據傳輸。藍牙技術與無線局域網WLAN、


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