摆脱线缆对等无线网方案

2019-11-04 21:39:48

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供稿：网友

　　　　无线网络可以彻底摆脱线缆吗？通过SDR、认知无线电、UWB等新技术，利用WLAN中一种不常用的对等连接方式，将有望真正实现这一目标。
　　
　　　　无论是连接Wi-Fi接入点（AP）所需的线缆，连接掌上电脑和PC的串行线缆，还是每个移动设备所需的电源线，无线网络似乎绝不是不用线缆。
　　
　　　　网状架构有望改变这种现实。理想情形下，无线网状网通过对等（P2P）的无线网络把节点连接起来，每个无线设备成了路由器，可以发送彼此的流量，这样就不再需要线缆。支持这种概念的人展望将来出现由无线设备组成的无线网络，每个无线设备又基于新兴技术——软件定义无线电（SDR）。SDR可以通过软件方式，使无线点适应不同的环境和标准。由于每个无线设备都能以智能方式找到连接到相邻无线设备的最佳途径，无线网络就可以在某种程度上绕过有线网络，成为无需线缆的纯粹无线网。
　　
　　　　这种设想也许还不实际，但几种新型技术已经在无线局域网（WLAN）和蜂窝网络中找到了一席之地。将来的趋势是，无线设备不会作为哑终端，而是被赋予更强的智能。
　　
　　无线路由更复杂
　　
　　　　无线路由是无线网状网面临的严重挑战之一。虽然人们往往拿P2P架构与因特网进行比较，但完全网状的无线网络要比组成因特网核心的路由器和固定光纤复杂得多。除了可能含有数量更多的节点外，P2P架构的无线网状网还会不断变化：假如用户在不同子网之间移动，传输路径就会动态变化，距离限制和干扰不可能保证任何路径的稳定性。无线路由器可以使用与有线路由器相类似的算法，但要比因特网上的路由器时延更低、更廉价、更小巧。几家公司已经提供了无线网状网的连网系统，但没有一种是真正的P2P，因为客户机无法发送彼此的流量（见图1）。
　　　

　　　　图1　在真正的对等网络中，非凡设计的客户端设备直接相互通信，并且各自充当路由器。假如使用了普通的客户机如Wi-Fi卡或蜂窝电话，无线路由器组成的中间网络必不可少。这不仅简化了客户机，而且减少了网络开销。
　　
　　无线功率要自动调整
　　
　　　　无线网状网中比无线路由更重要的是物理层的改进。虽然利用各种媒介（包括无线电）就可以构建简单的P2P网络，但一般的网状网只能让每个节点以固定功率传送信号。而在实际应用中，为了充分利用波段的数据容量，无线电必须能够根据从QoS到频谱治理等众多因素改变功率大小。
　　
　　　　认知无线电（Cognitive Radio）技术可以解决这种智能的改变。它不像SDR那么复杂，而且已经进入了WLAN，因为各个紧密相邻的AP不能堵塞彼此的信号传输。在最新的802.11 WLAN标准中，802.11k将定义802.11网络根据每个AP传输范围的用户数量来调整覆盖区域，或者调整AP的功率来补偿失效或断线的AP。许多Wi-Fi AP已经在提供802.11k提供的部分功能。然而，它们都采用专利技术，有些还要求人工干预来扫描波段或调整功率，也不具备实时功能。
　　
　　带宽问题要解决
　　
　　　　认知无线电的支持者认为，这项技术的功能不仅仅是优化WLAN的覆盖范围，它还有助于解决有关如何治理无线电频谱的争论。因为无线电频谱和数据速率密切相关，以至许多人提到两者往往用到同一个词“带宽”，而带宽在P2P无线网状网中尤为重要。
　　
　　　　没有多少有线局域网络是真正的P2P网络，它们把大部分流量发送给服务器或因特网路由器（见图2），而服务器或路由器轻易成为整个网络的速度瓶颈。在有线网络上，有一种简单的办法可以克服这种限制,即采用数据速率较高的设备和技术。
　　

　　　　图2　无线网络中的每个节点都有同样的最大带宽，这样所有节点同样受欢迎的话，网状网工作效果最佳。在大多数实际网络中，情形并非如此：因特网的路由器将成为所有流量都要通过的瓶颈。
　　
　　　　但这种方式并不适用于WLAN，因为还没有哪种无线技术能够提供比Wi-Fi更高的数据传输速率，而纯粹的无线网络需要更快的无线技术。因此出现了新型无线技术超宽带（UWB）技术，而UWB要使用大量频谱。世界各国的电信监管部门每隔四年都会召开会议,协调电磁频谱的治理，今年会议的热门话题之一就是，需要提供WLAN更多的无执照频率，并建议各国至少在5GHz波段提供24个非重叠信道，供802.11a使用。目前，大多数新的802.11a芯片已经支持这项标准的草案，以便享用多余信道。
　　
　　SDR随无线应用而变
　　
　　　　无线网状网统一的无线系统标准听上去显然是解决之道，但不是那么简单。目前没有哪一种无线应用可以满足各种需求：Wi-Fi适合传输数据，但不适合语音；GSM蜂窝电话几乎在任何地方都能工作，但无法升级到与3G技术同样的数据速率；蓝牙提供了低功耗，但相应的是，数据速率很低。
　　
　　　　目前的一种解决方法是提供多模设备，例如多波段蜂窝电话。它其实是融三种电话于一体，但随着支持的标准数量的增加，相应部件的数量随之增加，设备的成本和重量也就随之提高。而使无线可以适应不同的环境和标准的SDR技术就非常重要。SDR蜂窝电话能够在许多不同的蜂窝标准间进行切换，还能在使用任何WLAN或无线技术的网络上进行漫游。虽然这种电话还没有出现，但蜂窝电话生产商正计划开发。诺基亚已经把一种SDR融入了新的GSM基站中，这样只需点击鼠标，即可升级到3G。
　　
　　　　其实，一种简单的SDR已经部署在某些802.11网卡和AP当中，用来支持Wi-Fi 802.11g、802.11b、802.11a三种标准的物理层。802.11g实质上是前两种标准的混合体：采用802.11a的调制和编码方案，却又工作在802.11b的频率下。因而，通过软件支持前两种标准的网卡已经含有第三种标准所需的一切功能。Atheros、Broadcom和Cisco的较新芯片利用软件即可实现切换，这样就可以集成采用各种标准的部件。但真正的SDR意味着芯片升级后，能够支持尚未确定的WLAN标准，譬如802.11i，这种数据速率非常高的标准预计2006年问世。
　　
　　　　虽然目前完全摆脱线缆的无线网络的构想还不切实际，但由此产生的新技术仍会对无线网络产生重大影响。试想，从2G升级到3G很难，因为它需要用户采用新终端，需要移动运营商采用新网络，但有了SDR，就只需要下载新软件。

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