经典的无线知识，不看你会后悔的

superfang · 发表于 2007-9-8 11:52:57

　　　　　　　　经典的无线知识
无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。正因为此，使得无线接入技术出现了百家争鸣的局面。在众多的无线接入标准中，无线局域网标准更成为人们关注的焦点。
　　IEEE 802.11协议族

　　目前人们耳熟能详的无线局域网产品多支持这一标准，它已经是无线局域网事实上的主要标准。

　　在无线LAN中，802.11指由IEEE提出的协议族，它们是802.11，802.11a和802.11b。IEEE802.11无线网络标准早在1997年颁布，当时规定了一些诸如介质接入控制层功能、漫游功能、自动速率选择功能、电源消耗管理功能、保密功能等;1999年无线网络国际标准的更新及完善，进一步规范了不同频点的产品及更高网络速率产品的开发和应用，除原IEEE802.11的内容之外，增加了基于SNMP(简单网络管理协议)协议的管理信息库(MIB)，以取代原OSI协议的管理信息库。另外还增加了高速网络内容。IEEE802.11分IEEE802.11a 和IEEE802.11b。

　　IEEE802.11a规定的频点为5GHz，用正交频分复用技术(OFDM)来调制数据流。OFDM技术的最大的优势是其无与伦比的多途径回声反射，因此特别适合于室内及移动环境。传输速度为:1到2Mbps。

　　IEEE802.11b工作于2.4GHz频点，采用补偿码健控CCK调制技术。当工作站之间的距离过长或干扰过大，信噪比低于某个门限值时，其传输速率可从11Mb/s自动降至5.5Mb/s，或者再降至直接序列扩频技术的2Mb/s及1Mb/s速率。但是802.11b标准的速率上限为20Mbps，它保持对802.11的向后兼容。

　　所有这些协议都以CSMA/CD为介质共享策略，如果源需要发送数据时，它必须检查传输介质是否正在被别人使用，如果介质未被别人使用，就发送数据包;反之，源主机就必须等待一段时间，等到介质空闲后才能够发送。源通过不断发出RTS(准备发送)包来检查介质的占用情况，在目的主机返回CTS(可以发送)包后，源主机就可以发送了。

　　IEEE802.11e及IEEE802.11g是下一代无线LAN标准。被称为无线LAN标准方式IEEE802.11的扩展标准。所谓IEEE802.11的扩展标准，是在现有的802.11b及802.11a的MAC层追加了QOS功能及安全功能的标准。制订标准作业由名为"802.11e"及"802.11f"的作业部门进行。追加QOS功能，可以提高传输语音数据和数据流数据的能力。另外作业部门"802.11g"也随之成立，由它来探讨扩展物理层标准IEEE802.11b，使最高数据传输速度从目前的11Mb/s提高到20Mb/s以上。使用的频带与过去相同，仍为2.4GHz频带。不过关于调制方式，还未决定是否使用一直沿用的直接扩散方式的频谱(Spectrum)扩散技术。

　　现在，我们常用的、技术成熟的是IEEE802.11b。

　　蓝牙技术 Bluetooth

　　事实上，蓝牙系统和无线个人局域网(WPAN)的概念相辅相成，它已经是无线个人局域网的一个雏形。在其1999年12月发布的蓝牙1.0版的标准中，已定义了包括使用WAP协议连接互联网的多种应用软件。它能够使蜂窝电话系统、无绳通信系统、无线局域网和互联网等现有网络增添新功能，使各类计算机、传真机、打印机设备增添无线传输和组网功能，在家庭和办公自动化、家庭娱乐、电子商务、无线公文包应用、各类数字电子设备、工业控制、智能化建筑等场合开辟了广阔的应用。随着无线个人局域网的发展，IEEE 802.15的一个工作小组正在制订速率可达20Mb/s以上的无线个人局域网标准，这一标准也是基于蓝牙规范。因此，无线个人局域网和蓝牙必然会趋于融合，由SIG参与蓝牙计划的公司和IEEE 802.15工作组协力合作，共同创造明天的无线个人局域网。

　　蓝牙技术从应用的角度来讲，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，实现全方位的数据传输。早在蓝牙标准制定的前一年，IEEE的有关工作组就已经开始无线个人局域网的准备工作。起初，IEEE执行委员会认为，由于这是局域网内部的无线通信技术，所以就将此任务交给了对无线局域网有着突出贡献的"802.11工作组"，当时主要的工作就是实现无线局域网和无线个人局域网的无缝隙连接。经过一年的努力工作，小组成员的结论是，现有的IEEE 802.11中有关支持三种物理媒介层的MAC(Medium Access Control，媒介访问控制)中规定的基础结构，并不适用于无线个人局域网。

　　802.15工作组于1999年秋天开始起草一项以蓝牙1.0版本为基础的标准，2000年11月提交到IEEE标准委员会讨论。之所以如此迅速，主要是IEEE 802.11工作组在制定无线局域网标准时过于滞后于市场，继而造成了无线局域网标准重蹈"ATM(Asynchronous Transfer Mode、异步传输模式)"的覆辙。虽然IEEE 802.11是国际公认的技术标准，但市场份额并不大，因此蓝牙才决定使用无线局域网使用的2.4GHz波段(由于频率的冲突，很可能造成现有无线局域网性能的下降)。蓝牙的支持者甚至大胆地预测，随着蓝牙技术的不断发展，采用IEEE 802.11标准的无线局域网将不复存在，从而双方的频段之争将迎刃而解。

　　如果设备是属于那种活动范围比较广、要求能和多种设备迅速互联，如，笔记本电脑、数字无绳电话、个人数字助理、手机等，采用蓝牙或无线个人局域网是十分理想的。

　　IrDA

　　红外线数据标准协会IrDA(Infrared Data Association)成立于1993年，是非营利性组织，致力于建立无线传播连接的国际标准，目前在全球拥有160个会员，参与的厂商包括计算机及通信硬件、软件及电信公司等。简单地讲，IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它在技术上的主要优点有:

　　1、无需专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的。

　　2、具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。惠普(HP)公司目前已推出结合模块应用的约从2.5×8.0×2.9(mm)到5.3×13.0×3.8(mm)的专用器件，与同类技术相比，耗电量也是最低的。

　　3、传输速率在适合于家庭和办公室使用的微微网(Piconet)中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mb/s。

　　除了在技术上有自己的技术特点外，IrDA的市场优势也是十分明显的。目前，全世界有5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然每年以50%的速度增长。有95%的笔记本电脑安装了IrDA接口。在成本上，红外线LED及接收器等组件远较一般RF组件来得便宜，IrDA端口的成本在5美元以内，如果对速度要求不高，甚至可以低到1.5美元以内，相当于日前蓝牙产品的十分之一。

　　面对其他技术的挑战，IrDA并没有停滞不前。除了传输速率由原来的FIR(Fast Infrared)的4Mb/s提高到最新VFIR的16Mb/s标准;接收角度也由传统的30度扩展到120度。这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有IrDA接口的键盘、鼠标，就有了基本的技术保障。同时，由于Internet的迅猛发展和图形文件逐渐增多，IrDA的高速率传输优势在扫描仪和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。

　　对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，IrDA技术是首选。

　　HomeRF

　　HomeRF把共享无线连接协议(SWAP)作为未来家庭内联网的几项技术指标，使用IEEE802.11无线以太网作为数据传输标准，通信频段也是2.4GHz，HomeRF工作组像当初人们构造ATM一样，提出了一整套应用于家庭联网的完整体系，包括外围设备和家庭主机之间的连接、外围设备之间的连接、主机和HomeRF中央控制的连接、接入网、PSIN等。2000年8月31日，美国联邦通信委员会批准了Intel、Microsoft、Motorola和Proxim等HomeRF组织成员的要求，允许HomeRF的传输速率在原来的2Mb/s的基础上提高四倍，达到8M～11Mb/s传送速率;而且和蓝牙一样，HomeRF可以实现多个(最多5个)设备之间的互联。但FCC的这一决定，招致了来自包括内部成员和蓝牙组织成员的反对，主要理由是频率冲突、功耗较大。同时，HomeRF工作组的一些成员提出，将原来的发射带宽由1MHz提高到5MHz，这样速率能够提高得更多，但反对者认为，信息本来在狭窄的信号通道里跳动，现在如果将狭窄的通道加宽，就会像一辆卡车在几条车道上横冲直撞，从而造成SWAP设备之间的互相干扰。因此，很多业界人士对这一技术并不表示乐观。

　　不过，HomeRF技术对于小型公司或者类似别墅的家庭是再方便不过的了，因为这两种环境的活动半径都比Bluetooth和W规定的活动范围大，同时，一般又小于无线局域网的半径。但这也并非是说HomeRF的地位是高枕无忧的。因为，一项技术如果想要成为国际认可的标准，其独特性是必不可少的。HomeRF在传输距离方面的优势，很有可能被蓝牙所击败。

　　宽带无线标准IEEE 802.16

　　最近几年来，无线网络技术作为一种用户接入技术已经成为传统的铜线本地环路技术的一种替代技术，并且越来越受到人们的重视。人们对无线网络技术的兴趣主要集中在无线本地环路WLL(Wireless Local Loop)或者固定无线接入方面。为了给本地无线环路WLL提供一个标准，IEEE 802委员会于1999年成立了802.16工作组来专门开发宽带无线标准。

　　IEEE 802.16负责对无线本地环路的无线接口及其相关功能制定标准，它由三个小工作组组成，每个小工作组分别负责不同的方面:IEEE 802.16.1负责制定频率为10G到60G赫兹的无线接口标准;IEEE 802.16.2负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准;IEEE 802.16.3负责制定频率范围在2G到10G赫兹之间获得频率使用许可的应用的无线接口标准。我们可以看到，802.16.1所负责的频率是非常高的，而它的工作也是在这三个组中走在最前沿的。由于其所定位的带宽很特殊，在将来802.16.1 最有可能会引起工业界的兴趣。

　　802.16无线服务的作用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路径，这个核心网络可以是公用电话网络也可以是因特网。IEEE 802.16标准所关心的是用户的收发机同基站收发机之间的无线接口。其中的协议专门对在网络中传输大数据块时的无线传输地址问题做了规定，协议标准是按照三层结构体系组织的。

　　三层结构中的最底层是物理层，该层的协议主要是关于频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射机同接收机之间的同步、数据传输率和时分复用结构等方面的。对于从用户到基站的通信，标准使用的是按需分配多路寻址-时分多址DAMA-TDMA技术。按需分配多路寻址DAMA技术是一种根据多个站点之间的容量需要的不同而动态地分配信道容量的技术。时分多址TDMA是一种时分技术，它将一个信道分成一系列的帧，每个帧都包含很多的小时间单位，称为时隙。时分多路技术可以根据每个站点的需要为其在每个帧中分配一定数量的时隙来组成每个站点的逻辑信道。通过DAMA-TDMA技术，每个信道的时隙分配可以动态地改变。

　　在物理层之上是数据链路层，在该层上IEEE 802.16规定的主要是为用户提供服务所需的各种功能。这些功能都包括在介质访问控制MAC层中，主要负责将数据组成帧格式来传输和对用户如何接入到共享的无线介质中进行控制。MAC协议对基站或用户在什么时候采用何种方式来初始化信道做了规定。因为MAC层之上的一些层如ATM需要提供服务质量服务QoS，所以MAC协议必须能够分配无线信道容量。位于多个TDMA帧中的一系列时隙为用户组成一个逻辑上的信道，而MAC帧则通过这个逻辑信道来传输。IEEE 802.16.1规定每个单独信道的数据传输率范围是从2M比特/秒到155M比特/秒。

　　在MAC层之上是一个会聚层，该层根据提供服务的不同提供不同的功能。对于IEEE 802.16.1来说，能提供的服务包括数字音频/视频广播、数字电话、异步传输模式ATM、因特网接入、电话网络中无线中继和帧中继。