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一、前言
WLAN开始是作为有线局域网络地延伸而存在的,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网LAN(Local Area Network)的功能,能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入,因而各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展,WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”,成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。这主要是因为WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。
WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC),涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。在WLAN迅猛发展的同时,WLAN的标准之争也成为众多厂商和运营实体非常关注的一个话题,究竟WLAN最终会采取哪种技术作为主流标准直接影响到企业今后的决策走向。在众多的标准中,人们知道最多的是IEEE(美国电子电气工程师协会)802.11系列,此外制定WLAN标准还有ETSI(欧洲电信标准化组织)提出的标准有HiperLan和HiperLan2,HomeRF工作组的两个标准是HomeRF和HomeRF2,另外还有蓝牙特别兴趣组织”BSIG(Bluetooth Special Interest Group),简称蓝牙SIG的蓝牙技术标准。本文将针对目前业界最为关心的容量,兼容性,应用前景等方面出发,对各个WLAN技术标准进行逐一分析比较。
二、IEEE的802.11标准系列
IEEE的802.11标准由很多子集构成,它详细定义了WLAN中从物理层到MAC层(媒体访问控制)的通信协议。该系列中的802.11b,802.11a和802.11g都已经崭露头角,尤其是802.11b,它的产品普及率最高,在众多的标准中处于先导地位。
1. 802.11b
IEEE802.11b(Wi-Fi)使用开放的2.4GHz频段,物理调制方式为补码键控(CCK)编码的直接序列扩频(DSS),最大数据传输速率为11Mbps,无需直线传播。其实际的传输速率在5Mbps左右,与普通的10Base-T规格有线局域网处于同一水平。使用动态速率转换,当射频情况变差时,可将数据传输速率降低为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。且当工作在2Mbps和1Mbps速率时可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.11b的使用范围在室外为300米,在办公环境中则最长为100米。使用与以太网类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。IEEE802.11b运作模式基本分为两种:点对点模式和基本结构模式,点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式,即Ad Hoc模式或者独立基本服务集(IBSS)。基本结构模式(BSS)是指仅使用一个接入点(AP)的无线网络;使用多个接入点的两个或多个BSS无线网络可以组成扩展服务集(ESS),这是无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式,是IEEE802.11b最常用的方式。
然而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多,速率问题将会成为802.11b进一步发展的主要障碍。此外802.11b在安全问题也不容忽视,目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷,不过IEEE已经出台了一个标准802.11i来专门解决WLAN中的安全问题。
2. 802.11a
IEEE802.11a工作在5GHz U-NII频带,从而避开了拥挤的2.4GHz频段,所以相对802.11b来说几乎是没有干扰。物理层速率可达54Mbps,传输层可达25Mbps。采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术;可提供25Mbps的无线ATM接口、10Mbps以太网无线帧结构接口和TDD/TDMA的空中接口,支持语音、数据、图像业务,一个扇区可接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
IEEE802.11a在使用频率的选择和数据传输速率上都优与IEEE802.11b,不过其不兼容IEEE802.11b、空中接力不好、点对点连接很不经济,不适合小型设备,另外由于技术成本过高,缺乏价格竞争力,经济规模始终无法扩大,加上5GHz并非免费频段,在部分地区面临频谱管制的问题,市场销售情况一直不理想。相比而言,业界非常看好IEEE802.11b。
3. 802.11g
802.11g是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而出台的一个标准,它是802.11b的延续,两者同样使用2.4GHz通用频段,互通性高,被看好是新一代的WLAN标准。802.11g的速率上限已经由由11Mbps提升至54Mbps,但由于2.4GHz频段干扰过多,在传输速率上低于802.11a。
与802.11a和802.11b同时兼容是802.11g的一大亮点,它同时支持802.11b的CCK和802.11a的OFDM,802.11g还支持PBCC(Packet Binary Convolutional Coding,分组二进制卷积码)技术。802.11g中规定的调制方式有2种,一为原Intersil公司提案采用的CCK-OFDM,另一为TI公司提案采用的PBCC-22(也称CCK-PBCC)调制方式,其中采用PBCC-22方式的TI提案保持了对IEEE802.11b的完全兼容,并使最高传输速率达到了22Mbps,目前已经有不少符合该标准的产品。而CCK-OFDM则作为802.11g的强制54Mbps模式,同时支持两种模式的802.11g产品便可以在与802.11b网络兼容的情况下,最高提供与802.11a标准相同的54Mbps连接速率。
802.11g的兼容性和高数据速率弥补了802.11a和802.11b各自的缺陷,一方面使得802.11b产品可以平稳向高数据速率升级,满足日益增加的带宽需求,另一方面使得802.11a实现与802.11b的互通,克服了802.11a一直难以进入市场主流的尴尬,因此802.11g一出现就获得众多厂商的支持。IEEE标准委员会已经通过了802.11g标准,WLAN市场势将再掀波澜。
三、HomeRF
HomeRF无线标准是由HomeRF工作组开发的,旨在家庭范围内,使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。
HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合,使用这种技术能降低语音数据成本。与前几种技术一样,使用开放的2.4GHz频段。采用跳频扩频(FHSS)技术,跳频速率为50跳/秒, 共有75个带宽为1MHz的跳频信道,室内覆盖范围为45米。调制方式为恒定包络的FSK调制,分为2FSK与4FSK两种,采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。2FSK方式下,最大数据的传输速率为1Mbps;4FSK方式下,速率可达2Mbps。在新的HomeRF 2.x标准中,采用了WBFH(Wide Band Frequency Hopping,宽带调频)技术来增加跳频带宽,由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz、5MHz,跳频的速率也增加到75跳/秒,数据峰值达到10Mbps。
以下为HomeRF 标准的主要特点:
HomeRF提供了流媒体(Stream Media)真正意义上的支持。由于流媒体规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制,这样就确保了实时播放流媒体所需的带宽、低干扰、低误码。
HomeRF把共享无线接入协议(SWAP)作为未来家庭联网的技术指标,基于该协议的网络是对等网,因此该协议主要针对家庭无线局域网。其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准,沿用类似于以太网技术中的冲突检测的载波侦听多址技术(CSMA/CD)—CSMA/CA,冲突避免的载波侦听多址技术。语音通信采用DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)标准,使用TDMA时分多址技术。
不过由于HomeRF技术标准没有公开,仅获得了数十家公司的支持,并且在抗干扰能力等方面与其它技术标准相比也存在不少欠缺,这些先天不足决定了HomeRF标准应用和发展前景有限,又加上这一标准推出后,市场营销策略失当、后续研发与技术升级进展迟缓,因此,2000年之后,HomeRF技术开始走上了下坡路,2001年HomeRF的普及率降至30%,市场优势逐渐丧失。与此同时,作为HomeRF技术劲敌的Wi-Fi技术不仅在商用与家庭无线联网市场双管齐下,而且无论在技术标准升级演化、普及程度和产品价格方面,Wi-Fi都开始领先于HomeRF,尤其是芯片制造巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对802.11b标准的支持后,HomeRF的失败几乎已成定局。
四、HiperLAN2
除了IEEE,欧洲电信标准协会(ETSI)也在针对欧洲市场,制订名为“HiperLAN”的无线接入标准。所制订的标准有4个:HiperLAN1、HiperLAN2、HiperLink和HiperAccess。其中HiperLink用于室内无线主干系统,HiperAccess用于室外对有线通信设施提供固定接入,HiperLAN1和HiperLAN2则用于无线局域网接入。
HiperLAN主要是为集团消费者,公共和家庭环境提供无线接入到因特网和实时视频服务。HiperLAN1采用了已在GSM蜂窝网和蜂窝数字分组数据(CDPD)中广泛使用的高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制技术,支持最大23.5Mbit/s的速率。HiperLAN2则与802.11a相似,同样工作在5G频带,同样在物理层采用正交频分复用(OFDM)调制方法,同样支持高达54Mbit/s的传输速率。不过,它还具备其它方面的一些优点。在HiperLAN2中,数据通过移动终端和接入点之间事先建立的信令链接来进行传输,面向链接的特点使得HiperLAN2可以很容易地实现QoS支持;HiperLAN2自动进行频率分配,接入点监听周围的HiperLAN2无线信道并自动选择空闲信道,这消除了对频率规划的需求,使系统部署变得相对简便;为了加强无线接入的安全性,HiperLAN2网络支持鉴权和加密,只允许合法用户接入网络;HiperLAN2的协议栈具有很大的灵活性,可以适应多种固定网络类型——它既可以作为交换式以太网的无线接入子网,也可以作为第三代蜂窝网络的接入网,并且这种接入对于网络层以上的用户部分来说是完全透明的,当前在固定网络上的任何应用都可以在HiperLAN2网上运行。相比之下,IEEE802.11的一系列协议都只能由以太网作为支撑,不如HiperLAN2灵活。
五、蓝牙
“蓝牙”的英文名称为“Bluetooth”,是一种开放性短距离无线通信技术标准。它是面向移动设备间的小范围连接,其本质可以说它是一种代替线缆的技术。从应用的角度来讲,它与日前广泛应用于微波通信中的一点多址技术十分相似;因此,它很容易穿透障碍物,实现全方位的语音与数据传输。蓝牙技术与无线局域网WLAN、
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