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无线局域网标准面面观

目前,WLAN技术已经日渐成熟,应用日趋广泛。据预测,中国无线产品市场的总市值将从2001年的5亿元人民币增长到2005年的50亿元人民币,国内无线局域网市场将有十分广阔的发展空间。 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。本文主要介绍在众多标准中,人们知道得最多的IEEE(美国电子电气工程师协会)802.11系列以及由ETSI(欧洲电信标准化组织)提出的HiperLAN和HiperLAN2、由HomeRF工作组提出的HomeRF和HomeRF2标准。

  IEEE802.11系列

  1990年,IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网(WLAN)标准工作组。IEEE802.11无线局域网标准工作组的任务为研究1Mbit/s和2Mbit/s数据速率、工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准,并于1997年6月公布了该标准,它是第一代无线局域网标准之一。该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范,允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。802.11标准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制。在物理层中,定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法,RF传输方法采用扩频调制技术来满足绝大多数国家工作规范。在该标准中RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频,工作在2.4000GHz~2.4835GHz频段。直接序列扩频采用BPSK和DQPSK调制技术,支持1Mbit/s和2Mbit/s数据传输速率。跳频扩频采用2~4电平GFSK调制技术,支持1Mbit/s数据传输速率,共有22组跳频图案,包括79个信道。红外线传输方法工作在850nm~950nm段,峰值功率为2W,支持的数据传输速率为1Mbit/s和2Mbit/s。

  802.11是IEEE最初制订的一个WLAN标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据访问,速率最高只能达到2Mbit/s。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要,所以802.11标准很快被802.11b所取代。1999年9月,802.11b被正式批准。该标准规定WLAN工作频段为2.4GHz~2.4835GHz,数据传输速率达到11Mbit/s,传输距离控制在50~150英尺。该标准是对802.11的一个补充,采用补偿编码键控调制方式,采用点对点模式和基本模式两种运作模式,在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s的不同速率间自动切换,它改变了WLAN的设计状况,扩大了WLAN的应用领域。

  802.11b已成为当前主流的WLAN标准,被多数厂商所采用,所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。然而随着网络应用中视频、语音等关键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使用的是ISM2.4GHz波段,而家用微波炉、蓝牙芯片和无绳电话(在北美)也都使用这个波段,所以相对802.11a而言,802.11b还面临着更多的干扰源。此外802.11b存在的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,IEEE也正在开发另外一个标准802.11i来专门解决WLAN中的安全问题。

  1999年802.11a标准制订完成,该标准规定WLAN工作频段为5.15GHz~5.825GHz,数据传输速率达到54Mbit/s或72Mbit/s,传输距离控制在10~100m。该标准也是802.11的一个补充,扩充了标准的物理层,采用正交频分复用的独特扩频技术和QPSK调制方式,可提供25Mbit/s的无线ATM接口和10Mbit/s的以太网无线帧结构接口,支持多种业务如话音、数据和图像等,一个扇区可以接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。

  虽然802.11a在技术上和出台时间上都占有优势,但由于技术成本过高,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。除了成本问题,802.11a最大的缺陷就是无法与802.11b兼容,使它在市场上的扩展大受限制,802.11g的出现也给它带来极大的压力。

  2003年6月12日,IEEE正式推出802.11g标准,7月28日,通过Wi-Fi认证的802.11g产品上市。该标准提出拥有802.11a的传输速率,安全性较802.11b好,采用两种调制方式:802.11a中采用的OFDM与802.11b中采用的CCK,做到了与802.11a和802.11b的兼容。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产品可以平稳地向高数据速率升级,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一出现就得到众多厂商的支持。

  802.11i标准结合802.1x中的用户端口身份验证和设备验证,对WLAN的MAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制,改善WLAN的安全性。据Wi-Fi联盟预测,该标准将于2004年6月核准推出,相应的产品也将于该年第三季度上市。

  HiperLAN系列

  HiperLAN是欧盟在1992年提出的一个WLAN标准。2000年,HiperLAN2标准制订完成。HiperLAN2部分建立在GSM基础上,使用频段为5GHz。在物理层上HiperLAN2和802.11a几乎完全相同:采用OFDM技术,最大数据传输速率为54Mbit/s。HiperLAN2标准详细定义了WLAN的检测功能和转换信令,用以支持许多无线网络,并支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等。它和802.11a最大的不同是HiperLAN2不是建立在以太网基础上的,而是采用TDMA结构,形成一个面向连接的网络。HiperLAN2的面向连接的特性使它很容易满足QoS要求,可以为每个连接分配一个指定的QoS,确定这个连接在带宽、延迟、拥塞、比特错误率等方面的要求。这种QoS支持与高传输速率一起保证了不同的数据序列(如视频、话音和数据等)可以同时进行高速传输。

  HiperLAN对应802.11b,HiperLAN2与802.11a具有相同的物理层,它们可以采用相同的部件。另外,HiperLAN2强调与3G的整合。HiperLAN2标准也是目前较完善的WLAN协议,支持HiperLAN2标准的厂商主要集中在欧洲地区。

  HomeRF系列

  HomeRF工作组是由美国家用射频委员会领导、于1997年成立的,其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。它于2001年8月推出HomeRF2标准,该标准集成了语音和数据传送技术,工作频段为10GHz,数据传输速率达到100Mbit/s,在WLAN的安全性方面主要考虑访问控制和加密技术。

  HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进:当进行数据通信时,采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议;当进行语音通信时,则采用数字增强型无绳通信标准。但是,该标准与802.11b不兼容,并占据了与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段,所以在应用范围上会有很大的局限性,更多的是在家庭网络中使用。



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