无线局域网技术标准的几种比较

2019-11-05 02:36:25

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供稿：网友

　　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、易治理、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，另外还有蓝牙非凡爱好组织”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，它具体定义了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、语音等要害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Hiperaccess。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可以很轻易地实现QoS支持；HiperLAN2自动进行频率分配，接入点监听四周的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，只答应合法用户接入网络；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，它很轻易穿透障碍物，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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