盘点无线个人区域网技术及应用

2019-11-05 02:17:40

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供稿：网友

　　六种技术的比较
　　
　　无线个人区域网是当前发展最迅速的领域之一，相应的新技术也层出不穷，IEEE802.11、HiperLAN2 、蓝牙(Bluetooth)、IrDA、Home RF以及超宽带(UWB)等六种技术的主要技术指标见表1，其中IEEE802.11技术以IEEE802.11g为例。
　　

　　1.六种技术的共同点
　　
　　无线个人区域网大部分都工作在2.4GHz频段上(HiperLAN2 、UWB、IrDA不工作在2.4GHz频段上)，这些技术都具有以下优势：
　　
　　(1)支持移动联网，用户可以象使用移动电话那样灵活的移动计算设备的位置，保持持续的网络连接。
　　
　　(2)不需要使用物理线路，安装非常简便。因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置。
　　
　　(3)多层安全防护措施可以充分确保用户隐私。
　　
　　(4)改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。
　　
　　2.六种技术的不同点
　　
　　IEEE802.11只规定了开放式系统互联参考模型(OSI/RM)的物理层和MAC层，其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免(CSMA/CA：Carrier Sense Multiple access with Collision Avoidance)协议，而在物理层，802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式(FHSS：Frepuency Hopping SPRead Spectrum)以及直扩方式(DSSS：Direct Spectrum Spread Spectrum)。IEEE802.11支持较高的数据速率，但是它主要支持数据通信，为进行无线数据通信，数据设备先要安装有无线网卡。IEEE802.11标准使用的是TCP/IP协议，它适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术、HomeRF、IrDA以及超宽带(UWB)要长得多。
　　
　　HiperLAN2与其他几种技术最大不同首先是突破了当前无线LAN在频谱利用方面的限制。IEEE802.11(IEEE802.11a除外)、蓝牙(Bluetooth)、Home RF技术都在2.4GHz的频谱中工作，其缺陷是只有80MHz的频段可供使用，而且扩频通信占用了这一频段。考虑到2.4GHz频谱的限制，全世界的经营许可证治理机构在5GHz的频谱内分配了宽频段。例如在美国，5.15～5.35和5.725～5.825GHz频谱内可用频段加宽到300MHz；在欧洲，5.15～5.35和5.470～5.725GHz频谱内可用频段也加宽到300MHz；日本也在考虑类似的频谱分配。这些宽频段与更宽松的治理规则相结合，可使大量的用户实现高速通信。其次是大大提高了吞吐率，原始物理层吞吐率高达54Mbps，实际应用吞吐率最低也能保持在20Mbps左右。而且能在高吞吐率下支持QoS，对于像视频和话音一类的实时应用提供了新的途径。第三是其传输结构能够对多种类型的网络基础结构(包括以太网、IP、ATM和PPP)提供连接。而且，对每一种连接都具有安全认证和加密功能。第四是它还有一个自动频率治理功能，这是对无线LAN治理的新突破。它使得HiperLAN2推广应用时，频率治理变得简单易行。在上述技术的基础上，HiperLAN2将其高吞吐率与QoS相结合，将开辟诸如视频信号分配到家庭等多种全新的应用业务，这些都是IEEE802.11无法相比的。
　　
　　蓝牙对于IEEE802.11来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。蓝牙比IEEE802.11更具移动性，比如，IEEE802.11限制在办公室和校园内，蓝牙能把一个设备连接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。蓝牙技术适用于一种松散型的网络，可以让设备为一个单独的数据事物建立一个连接。但是，这同样也是它的一个缺点，因为数据安全性很难保障。蓝牙技术中的跳频更快，在接收或发送一个分组数据后，即跳至另一频点，因而更加稳定，同时它还具有低功耗、低成本和灵活安全等特点。另外，蓝牙所采用的前向纠错技术更是限制了较长距离链路的无序噪声影响，而经优化的编码方式可使蓝牙技术应用于各种恶劣的无线环境。蓝牙协议是一个完整的综合协议，其应用模式主要是将协议固化在芯片中，并内置于笔记本电脑及其他需要连线的智能化设备中，当然也可以把无线模块直接合成到蜂窝手机或其他设备之中，其控制则利用设备本身的芯片，应用方式相当便捷。再者，由于蓝牙技术独立于操作系统，所以，在各种操作系统中均有良好的兼容性。蓝牙技术对各个商业操作系统中的嵌入式支持正在发展之中。蓝牙被设计成成本低、低功耗、短距离、低带宽的应用。
　　
　　HomeRF是专门为家庭用户设计的，它利用跳频扩谱方式，通过家庭中的一台主机在移动数据和语音设备之间实现通信，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过载波监听多重访问/冲突避免协议提供数据通信服务。同时，HomeRF提供了与TCP/IP良好的集成，支持广播、多播和48位IP地址。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个唯一识别代码。也就是说，它比蓝牙技术更安全。HomeRF与蓝牙技术的主要区别在于，HomeRF的SWAP协议是侧重于PC及其外设的无线局域网，主要针对低成本的家庭话音与数据无线连接，速率和蓝牙产品一样。它的主要用途是在诸如PC、无绳电话、宽带电缆或DSL调制解调器等设备之间提供数据、语音网络。而蓝牙技术是一种在不同设备间实现无线连接的技术，它可实现多种移动设备之间的短距离无线连接以及利用网桥设备将各种具有Internet功能的有线、无线网络无线接入Internet。此外，各种无线技术产品必须能协同工作，这是实际应用的需要。HomeRF技术产品与蓝牙技术产品工作频谱相同，但却不会相互干扰。实际应用中，在某种环境或情况下，这两种技术可能相互交叠。例如，假如将具有蓝牙功能的手持式PDA带回家，则在PDA和家庭PC之间就有可能进行同步寻址。所以，蓝牙产品和HomeRF产品之间要能协同工作。而且，在同一设备中应该可以同时实现HomeRF和蓝牙技术功能。
　　
　　IrDA是一种利用红外线进行通信的点对点通信的技术。相对于其它技术，使用IrDA技术的无线设备的功率低，而且体积也小，但用途也极其有限。
　　
　　UWB大概是唯一声称要达到与有线连接相同性能的无线技术，这应该接近了一定条件下无线连接可以实现的终端目标。类似的能够体现这种终极性的例子是高清楚度电视，它的目标是让电视再现的图像与肉眼直观实物的效果相同，这也是一个终极目标。这种终极性意味着它是真正的、一步至位的技术，将长久地使用下去而无需不断地升级。从表1可以看到UWB技术的优势较为明显，主要的不足是发射功率过小限制了其传输的距离。也就是说，对于10米以内的距离，UWB可以发挥出高达数百Mbit/s的传输性能，对于远距离应用IEEE802.11或HomeRF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和IEEE802.11以及HomeRF不会进行直接竞争，因为UWB更多的是应用于10米左右距离的室内。在家庭无线网络，UWB良好的多媒体应用恰好弥补了它们的不足，三者更是可以相得益彰，共同发展。事实上，把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合，尽管蓝牙技术有廉价和能耗低的优点，但其速度却远不及UWB技术，只能达到500kbit/s～1Mbit/s，另外蓝牙技术的协议也较为复杂。
　　
　　总的来讲，IEEE802.11比较适于办公室中的企业无线网络，HiperLAN2适于高速率、多业务、多种网络结构的无线网络，HomeRF可应用于家庭中的移动数据和语音设备与主机之间的通信，而蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合，IrDA用于2台(非多台)设备之间的视距连接，UWB更多的是应用于10米左右距离的室内。目前这些技术还处于并存状态，但是有可能引起干扰等问题，从长远看，随着产品与市场的不断发展，它们将最终走向融合。

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