无线局域网技术、蓝牙技术及相关标准

WLAN和Bluetooth简介

无线局域网（WLAN）顾名思义是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段，可提供传统有线局域网的所有功能，它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它为通用无线接入的一个子集，它支持较高传输速率(2--54Mbit／s，甚至更高)，利用射频无线电或红外线，借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)、GMSK、OFDM等技术，甚至将来的超宽带传输技术UWBT，实现固定、半移动及移动的网络终端对INTERNET网络进行较远距离的高速连接访问。因此，原则上它的目前速率尚较低，主要适用于手机、掌上电脑等小巧移动终端。1997年6月，IEEE推出了802.11标准，开创了WLAN先河；目前，WLAN领域主要是IEEE802.11x系列与HiperLAN／x系列两种标准。

蓝牙技术想法是产生于1994年Ericsson推出了解决无线连线问题的技术开发计划，产生了推进无线连线与个人接入的想法。1997年Ericsson、IBM、INTEL，NOKIA及TOSHIBA这5个世界著名的无线设备及计算机、半导体设备制造公司商议建立一种全球化的无线通信个人接入与无线连线新手段，后定名为“蓝牙”(Bluetooth)。1998年5月正式发起成立了“蓝牙特别兴趣组织”BSIG(Blueteooth　Special　Interest　Group)，简称蓝牙SIG。1999年11月美国4家著名公司Motorola、Lucent、Microsoft及3Com加盟BSIG，成为BSIG的9个发起成员，使蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持，并显示出更明朗的前景。现今，BSIG的参加成员已大于2500个，其发展势头令人触目。目前蓝牙信道带宽为1MHz，异步非对称连接最高数据速率723．2kbit／s；连接距离多半为10m左右，甚至为个人饰物，亦可属物体域网(WBAN)范畴。蓝牙速率亦拟进一步增强，新的蓝牙标准2．0版拟支持高达10Mbit／s以上速率(4、8及12Mbit／s—20Mbit／s)，估计在2004年以后推出，这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。

WLAN与Bluetooth技术特征

蓝牙系统的基本特征

蓝牙系统结构的基本特征可从下述诸方面获得理解：(1)网络拓扑；(2)交换模式；(3)节能模式；(4)抗干扰性能；(5)鉴权、加密；(6)话音编码；(7)软件结构。

蓝牙的软件体系是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑；适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中。蓝牙协议体系中设计协议和协议栈的主要原则为尽可能利用现有各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术融合及各种应用之间的互通性，充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统和蓝牙技术规范的开放性，便于普遍开发新的应用。

蓝牙软件结构标准包括Core(核心)和Profile(应用协议栈)两大部分。Core为蓝牙协议核心，主要定义蓝牙的技术细节，Profile定义相应的实现协议栈，这样即可为全球兼容性奠定基础。

蓝牙标准主要定义的是底层协议，也定义了一些高层协议和相关接口。具体协议分为4层：核心协议（蓝牙连接管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议L2CAP、服务检测协议SDP）、蓝牙电缆替代协议RFCOMM、电话传送控制协议TCB　BIN／AT、与Internet应用相关的一些高层协议（PPP、UDP／TCP／IP、OBEX／vCard／vCal、IrMC、E—mail、WAP和WAE等）。

对蓝牙系统结构基本系统参数及指标要求可归纳如下：

工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz；

双工方式：TDD；

业务类别：同时支持电路交换及分组交换业务；

数据标称速率：1Mbit／s；

异步信道速率：非对称连接723.2kbit／s／57.6kbit／s；

对称连接：433.9kbit／s(全双工模式)；

同步信道速率：64kbit／s(3个全双工信道)；

信道间隔：1MHz；

信道数：79；

发射功率及覆盖：0dBm(1mW)，1—10m覆盖，20dBm(100mW)，扩展至1O0m覆盖；

跳频频点数：79个频点／MHz(2408+k(MHz)，k=0，1，2……78)；

跳频速率：1600次／s；

工作模式：Active／Sniff／Hold／Park；

数据连接方式：面向连接业务SCO(话音，电路交换、预留时隙)、无连接业务ACL(分组数据、分组交换、轮询)；

纠错方式：1／3FEC(3bit重复码)，2/3FEC(截短Hamming码)，CRC—16，ARQ；

鉴权：反应逻辑算术方式；

密钥：以8bits为单位增减，最长128bits；

安全机制：链路级，认证基于共享链路密钥询问／响应机制，认证和加密密钥生成基于SAFER+算法；

话音编码方式：CVSD或对数PCM；

网络拓扑结构：Ad　hoc(无中心自组织)结构，Piconet及Scatternet；

?WLAN的基本特征

(1)较高传输速率及较远连接距离。

WLAN的采用OFDM技术后的最高传速率可高达54Mbit／s，远高于目前蓝牙的最高标称数据速率1Mbit／s；并且，IEEE　802.11b WLAN系统终端用户共享11Mbit／s速率，而蓝牙最高通信速率仅为723.2kbit／s。在通信距离方面，虽然WLAN速率越高距离越短，但一般来说室内连接距离可大于100m，室外可达数百米或者更远。因此，速率与距离方面，WLAN的优势是明显的。

(2)较高频谱利用效率

容易理解，采用OFDM技术借助多状态调制处理的WLAN可取得较高的频谱利用效率，若进一步结合区域覆盖能力综合评价其容量能力与频谱利用效率则可有下述结果：蓝牙系统为30000bit／(s.qm2)，IEEE802.11a系统83000bit／(s.qm2).

(3)较适宜高速INTERNET连接及高质量多媒体传输

这是能以较高速率传输的必然结果。

WLAN和Bluetooth标准发展

1、 WLAN标准

1997年6月，IEEE推出了802.11标准，开创了WLAN先河；目前，WLAN领域主要是IEEE　802.11x系列与HiperLAN／x系列两种标准。

a、 IEEE802.11x系列

802.11是1997年IEEE最初制定的一个WLAN标准。主要用于解决办公室无线局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，其业务范畴主要限于数据存取，速率最高只能达2Mbit／s。由于它在速率、传输距离、安全性、电磁兼容能力及服务质量方面均不尽人意，从而产生了其系列标准；

802.11b，将速率扩充至11Mbit／s，并可在5.5Mbit／s、2Mbit／s及1Mbit／s之间进行自动速率调整，亦提供了MAC层的访问控制和加密机制，以提供与有线网络相同级别的安全保护，还提供了可选择的40位及128位的共享密钥算法，从而成为目前802.11系列的主流产品。而802.11b+还可将速率增强至22Mbit／s；

802.11a，工作于5GHz频段，借助OFDM技术，使最高速率提升至54Mbit／s；

802.11g，依然工作于2.4GHz频段，与802.11b兼容，最高速率亦提升至54Mbit／s，其系列化为1、2、5、5、6、9、11、12、18、24、36、54Mbit／s。

802.11c为MAC／LLC性能增强；801.11d对应802.11b版本，解决那些不能使用2.4GHz频段国家的使用问题；

802.11e则是一个瞄准扩展服务质量的标准，其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略；

802.11f用于改善802.11协议的切换机制，使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游；

802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率(借助／PC技术)和选择无线信道（借助动态频率选择技术DFS），而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准；

802.11i及802.1x主要着重于安全性，802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议，支持企业、公众及家庭应用，802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP，可对以太网端口鉴权，扩展至无线应用；

802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN／2网络的互连互通；

802.11／WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口；

802.11n已将速率增强至108／320Mbit／s；并已进一步改进其管理开销及效率802.11／RRM与无线电资源管理有关的标准，以增强802.11的性能；

802.11／HT，以进一步增强802.11的传输能力，取得更高的吞吐量；

802.11Plus，拟制订802.11WLAN与GPRS／UMTS之类多频、多模运行标准，可有松耦合及紧耦合两种类型。松耦合时两种网络分别部署，WLAN仅利用GPRS之类网络的用户数据库，可通过Mobile　IP(MIP)提供两网络间的移动性，通过RADUIS(Remote　Access　Dail—In　User　Service，远程接入拨号用户业务)实现AAA(Authentication　Authorization　Accounting，鉴权，授权和计帐)，由于MIP可能导致高传输时延，从而不容易达到无缝隙会话切换；而紧耦合时，WLAN直接连至业务支持节点SGSN或标准化接口Gb、lu等，WLAN数据需经_LTGPRS之类核心网转发，完全按GPRS方式进行AAA，此时，能在两网络间提供很强的移动性。为与蓝牙在2.4GHz频段较好共存，亦采用Ad　hoc网络拓扑结构及自适应跳频信道分配技术

b、HiperLAN／x系列

HiperLAN是由ETSI的RESl0工作组提出的欧洲WLAN标准。工作频段为5.12—5.30GHz及17.1—17.3GHz。早期的HiperLAN／1采用GMSK调制，最高传输速率为23.5Mbit／s，与当时技术上较成熟的IEEE802.11b相比，无明显优势；

HiperLAN／2采用OFDM作物理层手段，可将速率提高至54Mbit／s，并能有效对抗多径干扰，以及与IEEE　802.11a共享一些相同部件，在较大范围内取得较好的性能／价格比。其信道带宽为22MHz，调制方式亦为OFDM--BPSK／QPSK／16／64QAM，系列化传输速率为6、9、12、18、27、36、54Mbit／s。