無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)比較
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IEEE 802.11協(xié)議族
目前人們耳熟能詳?shù)臒o線局域網(wǎng)產(chǎn)品多支持這一標(biāo)準(zhǔn)，它已經(jīng)是無線局域網(wǎng)事實(shí)上的主要標(biāo)準(zhǔn)。
在無線LAN中，802.11指由IEEE提出的協(xié)議族，它們是802.11，802.11a和802.11b。IEEE802.11無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)早在1997年頒布，當(dāng)時(shí)規(guī)定了一些諸如介質(zhì)接入控制層功能、漫游功能、自動(dòng)速率選擇功能、電源消耗管理功能、保密功能等;1999年無線網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)的更新及完善，進(jìn)一步規(guī)范了不同頻點(diǎn)的產(chǎn)品及更高網(wǎng)絡(luò)速率產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，除原IEEE802.11的內(nèi)容之外，增加了基于SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)協(xié)議的管理信息庫(MIB)，以取代原OSI協(xié)議的管理信息庫。另外還增加了高速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。IEEE802.11分IEEE802.11a 和IEEE802.11b。
IEEE802.11a規(guī)定的頻點(diǎn)為5GHz，用正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)來調(diào)制數(shù)據(jù)流。OFDM技術(shù)的最大的優(yōu)勢是其無與倫比的多途徑回聲反射，因此特別適合于室內(nèi)及移動(dòng)環(huán)境。傳輸速度為:1到2Mbps。
IEEE802.11b工作于2.4GHz頻點(diǎn)，采用補(bǔ)償碼健控CCK調(diào)制技術(shù)。當(dāng)工作站之間的距離過長或干擾過大，信噪比低于某個(gè)門限值時(shí)，其傳輸速率可從11Mb/s自動(dòng)降至5.5Mb/s，或者再降至直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的2Mb/s及1Mb/s速率。但是802.11b標(biāo)準(zhǔn)的速率上限為20Mbps，它保持對802.11的向后兼容。
所有這些協(xié)議都以CSMA/CD為介質(zhì)共享策略，如果源需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它必須檢查傳輸介質(zhì)是否正在被別人使用，如果介質(zhì)未被別人使用，就發(fā)送數(shù)據(jù)包;反之，源主機(jī)就必須等待一段時(shí)間，等到介質(zhì)空閑后才能夠發(fā)送。源通過不斷發(fā)出RTS(準(zhǔn)備發(fā)送)包來檢查介質(zhì)的占用情況，在目的主機(jī)返回CTS(可以發(fā)送)包后，源主機(jī)就可以發(fā)送了。
IEEE802.11e及IEEE802.11g是下一代無線LAN標(biāo)準(zhǔn)。被稱為無線LAN標(biāo)準(zhǔn)方式IEEE802.11的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)。所謂IEEE802.11的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，是在現(xiàn)有的802.11b及802.11a的MAC層追加了QOS功能及安全功能的標(biāo)準(zhǔn)。制訂標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)由名為802.11e及802.11f的作業(yè)部門進(jìn)行。追加QOS功能，可以提高傳輸語音數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)的能力。另外作業(yè)部門802.11g也隨之成立，由它來探討擴(kuò)展物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b，使最高數(shù)據(jù)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(guān)于調(diào)制方式，還未決定是否使用一直沿用的直接擴(kuò)散方式的頻譜(Spectrum)擴(kuò)散技術(shù)。
現(xiàn)在，我們常用的、技術(shù)成熟的是IEEE802.11b。
藍(lán)牙技術(shù) Bluetooth
事實(shí)上，藍(lán)牙系統(tǒng)和無線個(gè)人局域網(wǎng)(WPAN)的概念相輔相成，它已經(jīng)是無線個(gè)人局域網(wǎng)的一個(gè)雛形。在其1999年12月發(fā)布的藍(lán)牙1.0版的標(biāo)準(zhǔn)中，已定義了包括使用WAP協(xié)議連接互聯(lián)網(wǎng)的多種應(yīng)用軟件。它能夠使蜂窩電話系統(tǒng)、無繩通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增添新功能，使各類計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)設(shè)備增添無線傳輸和組網(wǎng)功能，在家庭和辦公自動(dòng)化、家庭娛樂、電子商務(wù)、無線公文包應(yīng)用、各類數(shù)字電子設(shè)備、工業(yè)控制、智能化建筑等場合開辟了廣闊的應(yīng)用。隨著無線個(gè)人局域網(wǎng)的發(fā)展，IEEE 802.15的一個(gè)工作小組正在制訂速率可達(dá)20Mb/s以上的無線個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)也是基于藍(lán)牙規(guī)范。因此，無線個(gè)人局域網(wǎng)和藍(lán)牙必然會趨于融合，由SIG參與藍(lán)牙計(jì)劃的公司和IEEE 802.15工作組協(xié)力合作，共同創(chuàng)造明天的無線個(gè)人局域網(wǎng)。
藍(lán)牙技術(shù)從應(yīng)用的角度來講，與日前廣泛應(yīng)用于微波通信中的一點(diǎn)多址技術(shù)十分相似，因此，它很容易穿透障礙物，實(shí)現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)傳輸。早在藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)制定的前一年，IEEE的有關(guān)工作組就已經(jīng)開始無線個(gè)人局域網(wǎng)的準(zhǔn)備工作。起初，IEEE執(zhí)行委員會認(rèn)為，由于這是局域網(wǎng)內(nèi)部的無線通信技術(shù)，所以就將此任務(wù)交給了對無線局域網(wǎng)有著突出貢獻(xiàn)的802.11工作組，當(dāng)時(shí)主要的工作就是實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)和無線個(gè)人局域網(wǎng)的無縫隙連接。經(jīng)過一年的努力工作，小組成員的結(jié)論是，現(xiàn)有的IEEE 802.11中有關(guān)支持三種物理媒介層的MAC(Medium Access Control，媒介訪問控制)中規(guī)定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并不適用于無線個(gè)人局域網(wǎng)。
802.15工作組于1999年秋天開始起草一項(xiàng)以藍(lán)牙1.0版本為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，2000年11月提交到IEEE標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)過于滯后于市場，繼而造成了無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但市場份額并不大，因此藍(lán)牙才決定使用無線局域網(wǎng)使用的2.4GHz波段(由于頻率的沖突，很可能造成現(xiàn)有無線局域網(wǎng)性能的下降)。藍(lán)牙的支持者甚至大膽地預(yù)測，隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷發(fā)展，采用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)將不復(fù)存在，從而雙方的頻段之爭將迎刃而解。
如果設(shè)備是屬于那種活動(dòng)范圍比較廣、要求能和多種設(shè)備迅速互聯(lián)，如，筆記本電腦、數(shù)字無繩電話、個(gè)人數(shù)字助理、手機(jī)等，采用藍(lán)牙或無線個(gè)人局域網(wǎng)是十分理想的。
IrDA
紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)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(biāo)準(zhǔn)，目前在全球擁有160個(gè)會員，參與的廠商包括計(jì)算機(jī)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(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)都已比較成熟。它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)有:
1、 無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，這一點(diǎn)，在當(dāng)前頻率資源匱乏，頻道使用費(fèi)用增加的背景下是非常重要的。
2、 具有移動(dòng)通信設(shè)備所必需的體積小、功率低的特點(diǎn)?；萜?HP)公司目前已推出結(jié)合模塊應(yīng)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(shù)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(wǎng)(Piconet)中是最高的，由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較少，速率可達(dá)16Mb/s。
除了在技術(shù)上有自己的技術(shù)特點(diǎn)外，IrDA的市場優(yōu)勢也是十分明顯的。目前，全世界有5000萬臺設(shè)備采用IrDA技術(shù)，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(yuǎn)較一般RF組件來得便宜，IrDA端口的成本在5美元以內(nèi)，如果對速度要求不高，甚至可以低到1.5美元以內(nèi)，相當(dāng)于日前藍(lán)牙產(chǎn)品的十分之一。
面對其他技術(shù)的挑戰(zhàn)，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(biāo)準(zhǔn);接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴(kuò)展到120度。這樣，在臺式電腦上采用低功耗、小體積、移動(dòng)余度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠標(biāo)，就有了基本的技術(shù)保障。同時(shí)，由于Internet的迅猛發(fā)展和圖形文件逐漸增多，IrDA的高速率傳輸優(yōu)勢在掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等圖形處理設(shè)備中更可大顯身手。
對于要求傳輸速率高、使用次數(shù)少、移動(dòng)范圍小、價(jià)格比較低的設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼像機(jī)等，IrDA技術(shù)是首選。
HomeRF
HomeRF把共享無線連接協(xié)議(SWAP)作為未來家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，使用IEEE802.11無線以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，通信頻段也是2.4GHz，HomeRF工作組像當(dāng)初人們構(gòu)造ATM一樣，提出了一整套應(yīng)用于家庭聯(lián)網(wǎng)的完整體系，包括外圍設(shè)備和家庭主機(jī)之間的連接、外圍設(shè)備之間的連接、主機(jī)和HomeRF中央控制的連接、接入網(wǎng)、PSIN等。2000年8月31日，美國聯(lián)邦通信委員會批準(zhǔn)了Intel、Microsoft、Motorola和Proxim等HomeRF組織成員的要求，允許HomeRF的傳輸速率在原來的2Mb/s的基礎(chǔ)上提高四倍，達(dá)到8M～11Mb/s傳送速率;而且和藍(lán)牙一樣，HomeRF可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)(最多5個(gè))設(shè)備之間的互聯(lián)。但FCC的這一決定，招致了來自包括內(nèi)部成員和藍(lán)牙組織成員的反對，主要理由是頻率沖突、功耗較大。同時(shí)，HomeRF工作組的一些成員提出，將原來的發(fā)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(rèn)為，信息本來在狹窄的信號通道里跳動(dòng)，現(xiàn)在如果將狹窄的通道加寬，就會像一輛卡車在幾條車道上橫沖直撞，從而造成SWAP設(shè)備之間的互相干擾。因此，很多業(yè)界人士對這一技術(shù)并不表示樂觀。
不過，HomeRF技術(shù)對于小型公司或者類似別墅的家庭是再方便不過的了，因?yàn)檫@兩種環(huán)境的活動(dòng)半徑都比Bluetooth和W規(guī)定的活動(dòng)范圍大，同時(shí)，一般又小于無線局域網(wǎng)的半徑。但這也并非是說HomeRF的地位是高枕無憂的。因?yàn)椋豁?xiàng)技術(shù)如果想要成為國際認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，其獨(dú)特性是必不可少的。HomeRF在傳輸距離方面的優(yōu)勢，很有可能被藍(lán)牙所擊敗。
寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.16
最近幾年來，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為一種用戶接入技術(shù)已經(jīng)成為傳統(tǒng)的銅線本地環(huán)路技術(shù)的一種替代技術(shù)，并且越來越受到人們的重視。人們對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興趣主要集中在無線本地環(huán)路WLL(Wireless Local Loop)或者固定無線接入方面。為了給本地?zé)o線環(huán)路WLL提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802委員會于1999年成立了802.16工作組來專門開發(fā)寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)。
IEEE 802.16負(fù)責(zé)對無線本地環(huán)路的無線接口及其相關(guān)功能制定標(biāo)準(zhǔn)，它由三個(gè)小工作組組成，每個(gè)小工作組分別負(fù)責(zé)不同的方面:IEEE 802.16.1負(fù)責(zé)制定頻率為10G到60G赫茲的無線接口標(biāo)準(zhǔn);IEEE 802.16.2負(fù)責(zé)制定寬帶無線接入系統(tǒng)共存方面的標(biāo)準(zhǔn);IEEE 802.16.3負(fù)責(zé)制定頻率范圍在2G到10G赫茲之間獲得頻率使用許可的應(yīng)用的無線接口標(biāo)準(zhǔn)。我們可以看到，802.16.1所負(fù)責(zé)的頻率是非常高的，而它的工作也是在這三個(gè)組中走在最前沿的。由于其所定位的帶寬很特殊，在將來802.16.1 最有可能會引起工業(yè)界的興趣。
802.16無線服務(wù)的作用就是在用戶站點(diǎn)同核心網(wǎng)絡(luò)之間建立起一個(gè)通信路徑，這個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)可以是公用電話網(wǎng)絡(luò)也可以是因特網(wǎng)。IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)所關(guān)心的是用戶的收發(fā)機(jī)同基站收發(fā)機(jī)之間的無線接口。其中的協(xié)議專門對在網(wǎng)絡(luò)中傳輸大數(shù)據(jù)塊時(shí)的無線傳輸?shù)刂穯栴}做了規(guī)定，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是按照三層結(jié)構(gòu)體系組織的。
三層結(jié)構(gòu)中的最底層是物理層，該層的協(xié)議主要是關(guān)于頻率帶寬、調(diào)制模式、糾錯(cuò)技術(shù)以及發(fā)射機(jī)同接收機(jī)之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸率和時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)等方面的。對于從用戶到基站的通信，標(biāo)準(zhǔn)使用的是按需分配多路尋址-時(shí)分多址DAMA-TDMA技術(shù)。按需分配多路尋址DAMA技術(shù)是一種根據(jù)多個(gè)站點(diǎn)之間的容量需要的不同而動(dòng)態(tài)地分配信道容量的技術(shù)。時(shí)分多址TDMA是一種時(shí)分技術(shù)，它將一個(gè)信道分成一系列的幀，每個(gè)幀都包含很多的小時(shí)間單位，稱為時(shí)隙。時(shí)分多路技術(shù)可以根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)的需要為其在每個(gè)幀中分配一定數(shù)量的時(shí)隙來組成每個(gè)站點(diǎn)的邏輯信道。通過DAMA-TDMA技術(shù)，每個(gè)信道的時(shí)隙分配可以動(dòng)態(tài)地改變。
在物理層之上是數(shù)據(jù)鏈路層，在該層上IEEE 802.16規(guī)定的主要是為用戶提供服務(wù)所需的各種功能。這些功能都包括在介質(zhì)訪問控制MAC層中，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組成幀格式來傳輸和對用戶如何接入到共享的無線介質(zhì)中進(jìn)行控制。MAC協(xié)議對基站或用戶在什么時(shí)候采用何種方式來初始化信道做了規(guī)定。因?yàn)镸AC層之上的一些層如ATM需要提供服務(wù)質(zhì)量服務(wù)QoS，所以MAC協(xié)議必須能夠分配無線信道容量。位于多個(gè)TDMA幀中的一系列時(shí)隙為用戶組成一個(gè)邏輯上的信道，而MAC幀則通過這個(gè)邏輯信道來傳輸。IEEE 802.16.1規(guī)定每個(gè)單獨(dú)信道的數(shù)據(jù)傳輸率范圍是從2M比特/秒到155M比特/秒。
在MAC層之上是一個(gè)會聚層，該層根據(jù)提供服務(wù)的不同提供不同的功能。對于IEEE 802.16.1來說，能提供的服務(wù)包括數(shù)字音頻/視頻廣播、數(shù)字電話、異步傳輸模式ATM、因特網(wǎng)接入、電話網(wǎng)絡(luò)中無線中繼和幀中繼。
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