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誰都不容易 全面解析802.11無線技術

來源:互聯網  2008-05-31 06:10:52  評論

802.11無線網絡標准詳解

1990年,早期的無線網絡産品Wireless LAN在美國出現,1997年IEEE802.11無線網絡標准頒布,對無線網絡技術的發展和無線網絡的應用起到了重要的推動作用,促進了不同廠家的無線網絡産品的互通互聯。1999年無線網絡國際標准的更新及完善,進一步規範了不同頻點的産品及更高網絡速度産品的開發和應用。

一、1997年版無線網絡標准

1997年版IEEE802.11無線網絡標准規定了三種物理層介質性能。其中兩種物理層介質工作在2400——2483.5 GHz無線射頻頻段(根據各國當地法規規定),另一種光波段作爲其物理層,也就是利用紅外線光波傳輸數據流。而直序列擴頻技術(DSSS)則可提供1Mb/S及2Mb/S工作速率,而跳頻擴頻(FHSS)技術及紅外線技術的無線網絡則可提供1Mb/S傳輸速率(2Mb/S作爲可選速率,未作必須要求),受包括這一因素在內的多種因素影響,多數FHSS技術廠家僅能提供1Mb/S的産品,而符合IEEE802.11無線網絡標准並使用DSSS直序列擴頻技術廠家的産品則全部可以提供2Mb/S的速率,因此DSSS技術在無線網絡産品中得到了廣泛應用。

1.介質接入控制層功能

無線網絡(WLAN)可以無縫連接標准的以太網絡。標准的無線網絡使用的是(CSMA/CA)介質控制信息而有線網絡則使用載體監聽訪問/沖突檢測(CSMA/CA),使用兩種不同的方法均是爲了避免通信信號沖突。

2.漫遊功能

IEEE802.11無線網絡標准答應無線網絡用戶可以在不同的無線網橋網段中使用相同的信道,或在不同的信道之間互相漫遊,如LUCent的WavePOINT II無線網橋每隔100 ms發射一個烽火信號,烽火信號包括同步時鍾、網絡傳輸拓撲結構圖、傳輸速度指示及其他參數值,漫遊用戶利用該烽火信號來衡量網絡信道信號質量,假如質量不好,該用戶會自動試圖連接到其他新的網絡接入點。

3.自動速率選擇功能

IEEE802.11無線網絡標准能使移動用戶(Mobile Client)設置在自動速率選擇(ARS)模式下,ARS功能會根據信號的質量及與網橋接入點的距離自動爲每個傳輸路徑選擇最佳的傳輸速率,該功能還可以根據用戶的不同應用環境設置成不同的固定應用速率。

4.電源消耗治理功能

IEEE802.11還定義了MAC層的信令方式,通過電源治理軟件的控制,使得移動用戶能具有最長的電池壽命。電源治理會在無數據傳輸時使網絡處于休眠(低電源或斷電)狀態,這樣就可能會丟失數據包。爲解決這一問題,IEEE802.11規定了AP接入點應具有緩沖區去儲存信息,處于休眠的移動用戶會定期醒來恢複該信息。

5.保密功能

僅僅靠普通的直序列擴頻編碼調制技術不夠可靠,如使用無線寬頻掃描儀,其信息又輕易被竊取。最新的WLAN標准采用了一種加載保密字節的方法,使得無線網絡具有同有線以太網相同等級的保密性。此密碼編碼技術早期應用于美國軍方無線電機密通信中,無線網絡設備的另一端必須使用同樣的密碼編碼方式才可以互相通信,當無線用戶利用AP接入點連入有線網絡時還必須通過AP接入點的安全認證。該技術不但可以防止空中竊聽,而且也是無線網絡認證有效移動用戶的一種方法。

二、1999版無線網絡標准

該版本于1999年8月頒布。除原IEEE802.11的內容之外,增加了基于SNMP協議的治理信息庫(MIB),以取代原OSI協議的治理信息庫。另外還增加了高速網絡內容:

1.IEEE802.11a

規定的頻點爲5GHz,用正交頻分複用技術(OFDM)來調制數據流。OFDM技術的最大的優勢是其無與倫比的多途徑回聲反射,因此非凡適合于室內及移動環境。

2.IEEE802.11b

工作于2.4GHz頻點,采用補償碼鍵控CCK調制技術。當工作站之間的距離過長或幹擾過大,信噪比低于某個門限值時,其傳輸速率可從11Mb/s自動降至5.5Mb/s,或者再降至直序列擴頻技術的2Mb/s及1Mb/s速率。

三、無線網絡 前途無量

建設符合IEEE802.11標准的無線網絡,不僅可以滿足目前的需要,而且日後網絡還可以平滑升級,可以有效地保護投資。目前IEEE802.11工作小組已成立了新的研究小組,對大信息流量及多工作組同時工作、流量控制及更安全的保密編碼、安全認證等技術問題進行研究,隨著無線網絡成本的不斷下調、配套技術的不斷完善、覆蓋範圍的不斷增大,無線網絡的應用將會成爲未來網絡的技術主流。

802.11協議的重要技術指標

由于無線局域網傳輸介質(微波、紅外線)非「有限」的有線,客觀上存在一些全新的技術難題,爲此IEEE802.11協議規定了一些至關重要的技術機制。

1。CSMA/CA協議

我們知道總線型局域網在MAC層的標准協議是CSMA/CD,即載波偵聽多路存取/沖突檢測(Carrier Sense Multiple access with Collision Detection)。但由于無線産品的適配器不易檢測信道是否存在沖突,因此802.11全新定義了一種新的協議,即載波偵聽多路存取/沖突避免CSMA/CA(with Collision Avoidance)。一方面,載波偵聽——查看介質是否空閑;另一方面,沖突避免——通過隨機的時間等待,使信號沖突發生的概率減到最小,當介質被偵聽到空閑時,優先發送。不僅如此,爲了系統更加穩固,IEEE802.11還提供了帶確認幀ACK的CSMA/CA.在一旦遭受其他噪聲幹擾,或者由于偵聽失敗時,信號沖突就有可能發生,而這種工作于MAC層的ACK此時能夠提供快速的恢複能力。

2.RTS/CTS協議

RTS/CTS協議即請求發送/答應發送協議,相當于一種握手協議,主要用來解決「隱藏終端」問題。「隱藏終端」(Hidden Stations)是指,基站A向基站B發送信息,基站C未偵測到A也向B發送,故A和C同時將信號發送至B,引起信號沖突,最終導致發送至B的信號都丟失了。「隱藏終端」多發生在大型單元中(一般在室外環境),這將帶來效率損失,並且需要錯誤恢複機制。當需要傳送大容量文件時,尤其需要杜絕「隱藏終端」現象的發生。WaveLAN802.11提供了如下解決方案。在參數配置中,若使用RTS/CTS協議,同時設置傳送上限字節數——一旦待傳送的數據大于此上限值時,即啓動RTS/CTS握手協議:首先,A向B發送RTS信號,表明A要向B發送若幹數據,B收到RTS後,向所有基站發出CTS信號,表明已預備就緒,A可以發送,其余基站暫時「按兵不動」,然後,A向B發送數據,最後,B接收完數據後,即向所有基站廣播ACK確認幀,這樣,所有基站又重新可以平等偵聽、競爭信道了。

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3.信道重整

當傳送幀受到嚴重幹擾時,必定要重傳。因此若一個信包越大時,所需重傳的耗費(時間、控制信號、恢複機制)也就越大;這時,若減小幀尺寸——把大信息包分割爲若幹小信包,即使重傳,也只是重傳一個小信包,耗費相對小得多。這樣就能大大提高WirelessLAN産品在噪聲幹擾地區的抗幹擾能力。當然,作爲一個可選項,用戶若在一個「幹淨」地區,也可以關閉這項功能。

4.多信道漫遊

人類是無限追求自由的,隨著移動計算設備的日益普及,我們希望出現一種真正無所羁絆的網絡接入設備。WaveLAN802.11就是這樣的一種設備。傳輸頻帶是在接入設備AP(Access Point)上設置的,而基站不須設置固定頻帶,並且基站具有自動識別功能,基站動態調頻到AP設定的頻帶,這個過程稱之爲掃描(Scan)。IEEE802.11定義了兩種模式:被動掃描和主動掃描。被動掃描是指,基站偵聽AP發出的指示信號,並切換到給定的頻帶;主動掃描是指,基站提出一個探視請求,接入點AP回送一個包含頻帶信息的響應,基站就切換到給定的頻帶。WaveLAN802.11采用的是主動掃描,並且能結合天線接收靈敏度,以信號最佳的信道確定爲當前傳輸信道。這樣,當原來位于接入點AP(A)覆蓋範圍內的基站漫遊到接入點AP(B)時,基站能自適應,重新以AP(B)爲當前接入點。

5.可靠的安全性能

WaveLAN本身的發射功率很小,小于35mV,而且還被擴展到22MHz帶寬。一方面,平均能量很低(15dBm),另一方面,不存在頻率單一的載波,因此很難被掃描跟蹤,這也是次項技術一直用于軍事上的原因。這些是物理上的安全機制,在軟件上,還采用了域名控制、訪問權限控制和協議過濾等多重安全機制;並且在有線同等保密(WEP)方面,對于非凡用戶,可選以下附件:基于RC4加密(1988RSA運算法則)和密碼(40位加密鑰匙)。

新一代Wi-Fi標准

由Airgo、Bermai、Broadcom (博科通訊)、Conexant (科勝訊)、STMicroelectronics (意法半導體)及Texas Instruments (德州儀器)等業界大廠組成的WWiSE聯盟日前公布將把一份完整的共同建議案提交給IEEE 802.11 Task Group N (TGn),其目標是發展新一代Wi-Fi標准,並使它擁有100 Mbps以上的持續數據産出能力,MIMO-OFDM將是這種新技術的基礎。IEEE 802.11n將成爲無線網絡市場上非凡重要的標准,因爲它會運用和擴大這些功能,使其支持目前正在享受Wi-Fi連接技術優點的衆多使用者。

WWiSE代表全球頻譜效率,它是提交給Task Group N所有建議案的重要元素,就這方面而言,WWiSE建議案的發展是以全球布署能力和向後兼容于所有其它Wi-Fi標准爲主要的宗旨和強制要求,其它考量還包括數據速率必須符合重要區域市場的全球電信法規要求,例如日本。這個建議案還包含由WWiSE廠商提供的免權利金授權選項,主要目標是協助推動802.11n技術在世界各地的布署應用。

WWiSE建議案是以目前獲得全球采用的20 MHz通道格式爲基礎,世界各地已有超過數千萬部Wi-Fi裝置正在使用此格式,這種方法不但確保現有Wi-Fi産品獲得支持,還可以改善Wi-Fi網絡在指定頻帶內的工作效能。除此之外,聯盟廠商也代表了組成Wi-Fi市場的半導體供給和消費領域重要交集,這將在發展廠商和最終産品制造商之間建立起堅強的合作關系。

就技術層面而言,WWiSE建議案標示著802.11實作功能的重大進步,主要特點包括:

● 強制使用已經核准、現已存在且全球適用的20MHz Wi-Fi通道寬度,確保它在任何電信法規要求下都能立即使用和布署。

● 更強的MIMO-OFDM技術,它是在2×2組態配置和一個20 MHz通道的最低要求下達到135 Mbps最大數據速率、進而降低實作成本的要害。這種技術還能大幅改善簡單的天線延伸或信道彙整技術。

● 利用4×4 MIMO架構和40 MHz通道寬度(只要主管單位答應)實現的540 Mbps最高數據速率,它能替未來的裝置和應用提供持續發展的藍圖。

● 強制模式提供與5 GHz和2.4 GHz頻帶內現有Wi-Fi裝置的向後兼容性與互用性,確保已安裝的設備仍能獲得強大支持。

● 先進的FEC編碼功能幫助實現最大覆蓋率和聯機距離,它適用于所有的MIMO組態和通道帶寬。

新無線標准802.11n

802.11n來龍去脈

在當今各種無線局域網技術交織的戰國時代,WLAN、藍牙、HomeRF、UWB等競相綻放,但IEEE802.11系列的WLAN是應用最廣泛的。自從1997年IEEE802.11標准實施以來,先後有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等標准制定或者醞釀,但是WLAN依然面對著「四不一沒有」的問題,即帶寬不足、漫遊不方便、網管不強大、系統不安全和沒有殺手級的應用等。就像當今VoIP應用中一個全新的領域VoWLAN那樣,雖被業內人士看作是WLAN最有希望的殺手級應用,卻因爲這四個「不」,很難進一步發展。

爲了實現高帶寬、高質量的WLAN服務,使無線局域網達到以太網的性能水平,802.11n應運而生。

500Mbps的美妙前景

在傳輸速率方面,802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps,甚至高達500Mbps.這得益于將MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分複用)技術相結合而應用的MIMO OFDM技術,這個技術不但提高了無線傳輸質量,也使傳輸速率得到極大提升。

應用前景:802.11n將使WLAN傳輸速率達到目前傳輸速率的10倍,而且可以支持高質量的語音、視頻傳輸,這意味著人們可以在寫字樓中用Wi-Fi手機來撥打IP電話和可視電話。

在覆蓋範圍方面,802.11n采用智能天線技術,通過多組獨立天線組成的天線陣列,可以動態調整波束,保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號,並可以減少其它信號的幹擾。因此其覆蓋範圍可以擴大到好幾平方公裏,使WLAN移動性極大提高。

應用前景:這使得使用筆記本電腦和PDA可以在更大的範圍內移動,可以讓WLAN信號覆蓋到寫字樓、酒店和家庭的任何一個角落,讓我們真正體驗移動辦公和移動生活帶來的便捷和快樂。

在兼容性方面,802.11n采用了一種軟件無線電技術,它是一個完全可編程的硬件平台,使得不同系統的基站和終端都可以通過這一平台的不同軟件實現互通和兼容,這使得WLAN的兼容性得到極大改善。這意味著WLAN將不但能實現802.11n向前後兼容,而且可以實現WLAN與無線廣域網絡的結合,比如3G.

兩個陣營在爭標准

讓人遺憾的是,802.11n現在處于一種「標准滯後、産品早産」的尴尬境地。802.11n標准還沒有得到IEEE的正式批准,但采用MIMO OFDM技術的廠商已經很多,包括Airgo、Bermai、Broadcom以及傑爾系統、Atheros、思科、Intel等等,産品包括無線網卡、無線路由器等,而且已經大量在PC、筆記本電腦中應用。

主導802.11n標准的技術陣營有兩個,即WWiSE(World Wide Spectrum Efficiency)聯盟和TGn Sync聯盟。這兩個陣營都希望在下一代無線局域網標准之爭中處于優先地位,不過兩大陣營的技術構架已經越來越相似,例如都是采用MIMO OFDM技術,而且在8月2日有消息稱,他們已經決定不計前嫌,共同向美國電氣電子工程師學會(IEEE)遞交了802.11n的無線技術版本。

在這激烈的競爭中,我們卻看不到中國的身影,讓我們不得不感到有些遺憾。這也是我們沒有核心技術的後果。標准之爭最終還是利益之爭,中國企業很難在WLAN核心技術方面取得巨大效益,這是很值得人們深思的。

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802.11n具體技術解析

以前的無線傳輸技術,發展瓶頸就在覆蓋範圍和傳輸速率上。假如覆蓋範圍廣,那傳輸的速度肯定會變慢;假如傳輸速度上去了,那麽覆蓋範圍肯定要縮小。那麽802.11n到底是如何去解決這些問題、如何去突破這個制約無線技術的瓶頸的呢?它包含了哪些具體的新技術呢?我們在這裏將一一的去分析。

OFDM技術

OFDM技術是MCM(Multi-Carrier Modulation,多載波調制)的一種。其核心是將信道分成許多正交子信道,在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸,這樣減少了子信道之間的相互幹擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬,因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的,大大消除了符號間幹擾,如圖1所示。另外,由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交,于是它們的頻譜是相互重疊的,這樣不但減小了子載波間的相互幹擾,同時又提高了頻譜利用率。


誰都不容易 全面解析802.11無線技術

還有,OFDM技術通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率,很好地解決了無線數據業務的非對稱性傳輸問題。同時,OFDM系統還在某種程度上抑制了由于窄帶幹擾帶來的影響。

盡管同單載波系統相比,OFDM還存在一些缺點,例如易受頻率偏差的影響,存在較高的峰值平均功率比(PAR),但通過結合時空編碼、分集、幹擾(包括符號間幹擾ISI和鄰道幹擾ICI)抑制以及智能天線技術,可以最大程度地提高物理層的可靠性。如再結合自適應調制、自適應編碼以及動態子載波分配、動態比特分配算法等技術,可以使其性能進一步優化。

MIMO技術

多入多出(MIMO)技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破。MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率。

在室內,電磁環境較爲複雜,多徑效應、頻率選擇性衰落和其他幹擾源的存在使得實現無線信道的高速數據傳輸比有線信道困難,多徑效應會引起衰落,因而被視爲有害因素。然而研究結果表明,對于MIMO系統來說,多徑效應可以作爲一個有利因素加以利用。MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的,如圖2所示。傳輸信息流S(k)經過空時編碼形成N個信息子流Ci(k),i=1,……,N。這N個子流由N個天線發射出去,經空間信道後由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開並解碼這些數據子流,從而實現最佳的處理。

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非凡是,這N個子流同時發送到信道,各發射信號占用同一頻帶,因而並未增加帶寬。若各發射、接收天線間的通道響應獨立,則MIMO系統可以創造多個並行空間信道。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視爲一個整體進行優化,從而可實現高的通信容量和頻譜利用率,這是一種近于最優的空域時域聯合的分集和幹擾對消處理。

MIMO OFDM技術

MIMO OFDM技術是通過在OFDM傳輸系統中采用陣列天線實現空間分集,提高了信號質量,是聯合OFDM和MIMO而得到的一種新技術。它利用了時間、頻率和空間三種分集技術,使無線系統對噪聲、幹擾、多徑的容限大大增加,系統原理如圖3所示。MIMO OFDM主要包括以下要害設計: 發送分集、空間複用、接收分集、幹擾消除、軟譯碼、信道估計、同步、自適應調制和編碼等技術,其中的技術細節在此不再冗述。

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MAC層優化技術

從網絡邏輯結構上來看,802.11只定義了物理層及介質訪問控制(MAC)子層。MAC層提供對共享無線介質的競爭使用和無競爭使用,具有無線介質訪問、網絡連接、數據驗證和保密等功能。802.11n標准小組爲了提升整個網絡的吞吐量,對MAC層協議也進行了優化,改變數據幀結構,增加了淨負載所占的比重,減少治理檢錯所占的字節數,大大提升了網絡的吞吐量。

智能天線技術

智能天線是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統,該陣列的輸出與收發信機的多個輸入相結合,可提供一個綜合的時空信號。與單個天線不同的是,天線陣列系統能夠動態地調整波束的方向,以使每個用戶都獲得最大的主瓣,並減小了旁瓣幹擾。這樣不僅改善了SINR(Signal-to-Interference and Noise Ratio,信號幹擾和噪聲比),還提高了系統的容量,擴大了小區的最大覆蓋範圍,減小了移動台的發射功率。智能天線的基本結構如圖4所示。

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智能天線技術保障了能夠以不低于108Mbps的傳輸速率進行通信,同時可以作爲蜂窩移動通信的寬帶接入部分,與無線廣域網更緊密地結合。一方面,802.11n可以爲用戶提供高數據率的通信服務(比如視頻點播VOD、在線觀看HDTV);另一方面,無線廣域網爲用戶提供了更好的移動性。

軟件無線電技術解決移動難題

目前無線局域網多種標准並存,不同標准采用不同的工作頻段、不同的調制方式,造成系統間難以互通,移動性差,而軟件無線電是一種最有希望解決這些問題的技術。

軟件無線電是指研制出一個完全可編程的硬件平台,所有的應用都通過在該平台上的軟件編程實現。換言之,不同系統的基站和移動終端都可以由建立在相同硬件基礎上的不同軟件實現。該技術將能保證各種移動台、各種移動通信設備之間的無縫集成,並大大降低了建設成本。

基于軟件無線電的移動通信具有以下特點:

(1)在同一硬件平台上兼容不同的系統;

(2)具有自動漫遊能力,能在不同系統之間進行智能切換;

(3)可以下載公用軟件並進行自身的升級;

(4)支持語音、數據、圖像和傳真等多種業務,並能根據業務流量,信道質量等情況,自動選擇合適的傳輸信道;

(5)自動選擇通信模式,采用合適的通信協議和信號格式實現遠端通信。

軟件無線電在802.11n中的應用,將根本改變其網絡結構,實現無線局域網與無線廣域網融合並能容納各種標准、協議,提供更爲開放的接口,最終大大增加網絡的靈活性。

作爲一個新標准,與以前的802.11協議相比,IEEE802.11n無線局域網有兩方面的優勢。一是短期的優勢,有較高的傳輸速率,數據傳輸速率達100Mbps以上,使無線局域網平滑地和有線網絡結合,全面提升了網絡吞吐量;二是長期的優勢,今後無線局域網的産品可以使用雙頻方式,即在2.4GHz和5.8GHz兩個頻段,基于MIMO+OFDM調制技術,提高數據傳輸速率。同時,802.11n的傳輸距離更遠,輕易與無線廣域網融合。

編輯觀點

802.11n肯定能夠給WLAN帶來真正的殺手級應用,想想在辦公室我們可以不再使用手機、不再使用桌面電話,而是使用Wi-Fi手機,也可以使筆記本電腦不必中斷網絡連接而在各個辦公室、會議室中移動辦公。在家庭中,我們可以享受到各種寬帶的無線應用,從IPTV到可視電話都可以通過WLAN實現,更重要的是各種智能家電都可以通過WLAN實現連接,與通信系統相連可以實現更加智能的控制。

802.11n像迷霧中的燈塔,已經離我們越來越近了。

802.11無線網絡標准詳解 1990年,早期的無線網絡産品Wireless LAN在美國出現,1997年IEEE802.11無線網絡標准頒布,對無線網絡技術的發展和無線網絡的應用起到了重要的推動作用,促進了不同廠家的無線網絡産品的互通互聯。1999年無線網絡國際標准的更新及完善,進一步規範了不同頻點的産品及更高網絡速度産品的開發和應用。 一、1997年版無線網絡標准 1997年版IEEE802.11無線網絡標准規定了三種物理層介質性能。其中兩種物理層介質工作在2400——2483.5 GHz無線射頻頻段(根據各國當地法規規定),另一種光波段作爲其物理層,也就是利用紅外線光波傳輸數據流。而直序列擴頻技術(DSSS)則可提供1Mb/S及2Mb/S工作速率,而跳頻擴頻(FHSS)技術及紅外線技術的無線網絡則可提供1Mb/S傳輸速率(2Mb/S作爲可選速率,未作必須要求),受包括這一因素在內的多種因素影響,多數FHSS技術廠家僅能提供1Mb/S的産品,而符合IEEE802.11無線網絡標准並使用DSSS直序列擴頻技術廠家的産品則全部可以提供2Mb/S的速率,因此DSSS技術在無線網絡産品中得到了廣泛應用。 1.介質接入控制層功能 無線網絡(WLAN)可以無縫連接標准的以太網絡。標准的無線網絡使用的是(CSMA/CA)介質控制信息而有線網絡則使用載體監聽訪問/沖突檢測(CSMA/CA),使用兩種不同的方法均是爲了避免通信信號沖突。 2.漫遊功能 IEEE802.11無線網絡標准答應無線網絡用戶可以在不同的無線網橋網段中使用相同的信道,或在不同的信道之間互相漫遊,如LUCent的WavePOINT II無線網橋每隔100 ms發射一個烽火信號,烽火信號包括同步時鍾、網絡傳輸拓撲結構圖、傳輸速度指示及其他參數值,漫遊用戶利用該烽火信號來衡量網絡信道信號質量,假如質量不好,該用戶會自動試圖連接到其他新的網絡接入點。 3.自動速率選擇功能 IEEE802.11無線網絡標准能使移動用戶(Mobile Client)設置在自動速率選擇(ARS)模式下,ARS功能會根據信號的質量及與網橋接入點的距離自動爲每個傳輸路徑選擇最佳的傳輸速率,該功能還可以根據用戶的不同應用環境設置成不同的固定應用速率。 4.電源消耗治理功能 IEEE802.11還定義了MAC層的信令方式,通過電源治理軟件的控制,使得移動用戶能具有最長的電池壽命。電源治理會在無數據傳輸時使網絡處于休眠(低電源或斷電)狀態,這樣就可能會丟失數據包。爲解決這一問題,IEEE802.11規定了AP接入點應具有緩沖區去儲存信息,處于休眠的移動用戶會定期醒來恢複該信息。 5.保密功能 僅僅靠普通的直序列擴頻編碼調制技術不夠可靠,如使用無線寬頻掃描儀,其信息又輕易被竊取。最新的WLAN標准采用了一種加載保密字節的方法,使得無線網絡具有同有線以太網相同等級的保密性。此密碼編碼技術早期應用于美國軍方無線電機密通信中,無線網絡設備的另一端必須使用同樣的密碼編碼方式才可以互相通信,當無線用戶利用AP接入點連入有線網絡時還必須通過AP接入點的安全認證。該技術不但可以防止空中竊聽,而且也是無線網絡認證有效移動用戶的一種方法。 二、1999版無線網絡標准 該版本于1999年8月頒布。除原IEEE802.11的內容之外,增加了基于SNMP協議的治理信息庫(MIB),以取代原OSI協議的治理信息庫。另外還增加了高速網絡內容: 1.IEEE802.11a 規定的頻點爲5GHz,用正交頻分複用技術(OFDM)來調制數據流。OFDM技術的最大的優勢是其無與倫比的多途徑回聲反射,因此非凡適合于室內及移動環境。 2.IEEE802.11b 工作于2.4GHz頻點,采用補償碼鍵控CCK調制技術。當工作站之間的距離過長或幹擾過大,信噪比低于某個門限值時,其傳輸速率可從11Mb/s自動降至5.5Mb/s,或者再降至直序列擴頻技術的2Mb/s及1Mb/s速率。 三、無線網絡 前途無量 建設符合IEEE802.11標准的無線網絡,不僅可以滿足目前的需要,而且日後網絡還可以平滑升級,可以有效地保護投資。目前IEEE802.11工作小組已成立了新的研究小組,對大信息流量及多工作組同時工作、流量控制及更安全的保密編碼、安全認證等技術問題進行研究,隨著無線網絡成本的不斷下調、配套技術的不斷完善、覆蓋範圍的不斷增大,無線網絡的應用將會成爲未來網絡的技術主流。 802.11協議的重要技術指標 由于無線局域網傳輸介質(微波、紅外線)非「有限」的有線,客觀上存在一些全新的技術難題,爲此IEEE802.11協議規定了一些至關重要的技術機制。 1。CSMA/CA協議 我們知道總線型局域網在MAC層的標准協議是CSMA/CD,即載波偵聽多路存取/沖突檢測(Carrier Sense Multiple access with Collision Detection)。但由于無線産品的適配器不易檢測信道是否存在沖突,因此802.11全新定義了一種新的協議,即載波偵聽多路存取/沖突避免CSMA/CA(with Collision Avoidance)。一方面,載波偵聽——查看介質是否空閑;另一方面,沖突避免——通過隨機的時間等待,使信號沖突發生的概率減到最小,當介質被偵聽到空閑時,優先發送。不僅如此,爲了系統更加穩固,IEEE802.11還提供了帶確認幀ACK的CSMA/CA.在一旦遭受其他噪聲幹擾,或者由于偵聽失敗時,信號沖突就有可能發生,而這種工作于MAC層的ACK此時能夠提供快速的恢複能力。 2.RTS/CTS協議 RTS/CTS協議即請求發送/答應發送協議,相當于一種握手協議,主要用來解決「隱藏終端」問題。「隱藏終端」(Hidden Stations)是指,基站A向基站B發送信息,基站C未偵測到A也向B發送,故A和C同時將信號發送至B,引起信號沖突,最終導致發送至B的信號都丟失了。「隱藏終端」多發生在大型單元中(一般在室外環境),這將帶來效率損失,並且需要錯誤恢複機制。當需要傳送大容量文件時,尤其需要杜絕「隱藏終端」現象的發生。WaveLAN802.11提供了如下解決方案。在參數配置中,若使用RTS/CTS協議,同時設置傳送上限字節數——一旦待傳送的數據大于此上限值時,即啓動RTS/CTS握手協議:首先,A向B發送RTS信號,表明A要向B發送若幹數據,B收到RTS後,向所有基站發出CTS信號,表明已預備就緒,A可以發送,其余基站暫時「按兵不動」,然後,A向B發送數據,最後,B接收完數據後,即向所有基站廣播ACK確認幀,這樣,所有基站又重新可以平等偵聽、競爭信道了。 更多的請看:http://www.QQread.com/windows/2003/index.Html 3.信道重整 當傳送幀受到嚴重幹擾時,必定要重傳。因此若一個信包越大時,所需重傳的耗費(時間、控制信號、恢複機制)也就越大;這時,若減小幀尺寸——把大信息包分割爲若幹小信包,即使重傳,也只是重傳一個小信包,耗費相對小得多。這樣就能大大提高WirelessLAN産品在噪聲幹擾地區的抗幹擾能力。當然,作爲一個可選項,用戶若在一個「幹淨」地區,也可以關閉這項功能。 4.多信道漫遊 人類是無限追求自由的,隨著移動計算設備的日益普及,我們希望出現一種真正無所羁絆的網絡接入設備。WaveLAN802.11就是這樣的一種設備。傳輸頻帶是在接入設備AP(Access Point)上設置的,而基站不須設置固定頻帶,並且基站具有自動識別功能,基站動態調頻到AP設定的頻帶,這個過程稱之爲掃描(Scan)。IEEE802.11定義了兩種模式:被動掃描和主動掃描。被動掃描是指,基站偵聽AP發出的指示信號,並切換到給定的頻帶;主動掃描是指,基站提出一個探視請求,接入點AP回送一個包含頻帶信息的響應,基站就切換到給定的頻帶。WaveLAN802.11采用的是主動掃描,並且能結合天線接收靈敏度,以信號最佳的信道確定爲當前傳輸信道。這樣,當原來位于接入點AP(A)覆蓋範圍內的基站漫遊到接入點AP(B)時,基站能自適應,重新以AP(B)爲當前接入點。 5.可靠的安全性能 WaveLAN本身的發射功率很小,小于35mV,而且還被擴展到22MHz帶寬。一方面,平均能量很低(15dBm),另一方面,不存在頻率單一的載波,因此很難被掃描跟蹤,這也是次項技術一直用于軍事上的原因。這些是物理上的安全機制,在軟件上,還采用了域名控制、訪問權限控制和協議過濾等多重安全機制;並且在有線同等保密(WEP)方面,對于非凡用戶,可選以下附件:基于RC4加密(1988RSA運算法則)和密碼(40位加密鑰匙)。 新一代Wi-Fi標准 由Airgo、Bermai、Broadcom (博科通訊)、Conexant (科勝訊)、STMicroelectronics (意法半導體)及Texas Instruments (德州儀器)等業界大廠組成的WWiSE聯盟日前公布將把一份完整的共同建議案提交給IEEE 802.11 Task Group N (TGn),其目標是發展新一代Wi-Fi標准,並使它擁有100 Mbps以上的持續數據産出能力,MIMO-OFDM將是這種新技術的基礎。IEEE 802.11n將成爲無線網絡市場上非凡重要的標准,因爲它會運用和擴大這些功能,使其支持目前正在享受Wi-Fi連接技術優點的衆多使用者。 WWiSE代表全球頻譜效率,它是提交給Task Group N所有建議案的重要元素,就這方面而言,WWiSE建議案的發展是以全球布署能力和向後兼容于所有其它Wi-Fi標准爲主要的宗旨和強制要求,其它考量還包括數據速率必須符合重要區域市場的全球電信法規要求,例如日本。這個建議案還包含由WWiSE廠商提供的免權利金授權選項,主要目標是協助推動802.11n技術在世界各地的布署應用。 WWiSE建議案是以目前獲得全球采用的20 MHz通道格式爲基礎,世界各地已有超過數千萬部Wi-Fi裝置正在使用此格式,這種方法不但確保現有Wi-Fi産品獲得支持,還可以改善Wi-Fi網絡在指定頻帶內的工作效能。除此之外,聯盟廠商也代表了組成Wi-Fi市場的半導體供給和消費領域重要交集,這將在發展廠商和最終産品制造商之間建立起堅強的合作關系。 就技術層面而言,WWiSE建議案標示著802.11實作功能的重大進步,主要特點包括: ● 強制使用已經核准、現已存在且全球適用的20MHz Wi-Fi通道寬度,確保它在任何電信法規要求下都能立即使用和布署。 ● 更強的MIMO-OFDM技術,它是在2×2組態配置和一個20 MHz通道的最低要求下達到135 Mbps最大數據速率、進而降低實作成本的要害。這種技術還能大幅改善簡單的天線延伸或信道彙整技術。 ● 利用4×4 MIMO架構和40 MHz通道寬度(只要主管單位答應)實現的540 Mbps最高數據速率,它能替未來的裝置和應用提供持續發展的藍圖。 ● 強制模式提供與5 GHz和2.4 GHz頻帶內現有Wi-Fi裝置的向後兼容性與互用性,確保已安裝的設備仍能獲得強大支持。 ● 先進的FEC編碼功能幫助實現最大覆蓋率和聯機距離,它適用于所有的MIMO組態和通道帶寬。 新無線標准802.11n 802.11n來龍去脈 在當今各種無線局域網技術交織的戰國時代,WLAN、藍牙、HomeRF、UWB等競相綻放,但IEEE802.11系列的WLAN是應用最廣泛的。自從1997年IEEE802.11標准實施以來,先後有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等標准制定或者醞釀,但是WLAN依然面對著「四不一沒有」的問題,即帶寬不足、漫遊不方便、網管不強大、系統不安全和沒有殺手級的應用等。就像當今VoIP應用中一個全新的領域VoWLAN那樣,雖被業內人士看作是WLAN最有希望的殺手級應用,卻因爲這四個「不」,很難進一步發展。 爲了實現高帶寬、高質量的WLAN服務,使無線局域網達到以太網的性能水平,802.11n應運而生。 500Mbps的美妙前景 在傳輸速率方面,802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps,甚至高達500Mbps.這得益于將MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分複用)技術相結合而應用的MIMO OFDM技術,這個技術不但提高了無線傳輸質量,也使傳輸速率得到極大提升。 應用前景:802.11n將使WLAN傳輸速率達到目前傳輸速率的10倍,而且可以支持高質量的語音、視頻傳輸,這意味著人們可以在寫字樓中用Wi-Fi手機來撥打IP電話和可視電話。 在覆蓋範圍方面,802.11n采用智能天線技術,通過多組獨立天線組成的天線陣列,可以動態調整波束,保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號,並可以減少其它信號的幹擾。因此其覆蓋範圍可以擴大到好幾平方公裏,使WLAN移動性極大提高。 應用前景:這使得使用筆記本電腦和PDA可以在更大的範圍內移動,可以讓WLAN信號覆蓋到寫字樓、酒店和家庭的任何一個角落,讓我們真正體驗移動辦公和移動生活帶來的便捷和快樂。 在兼容性方面,802.11n采用了一種軟件無線電技術,它是一個完全可編程的硬件平台,使得不同系統的基站和終端都可以通過這一平台的不同軟件實現互通和兼容,這使得WLAN的兼容性得到極大改善。這意味著WLAN將不但能實現802.11n向前後兼容,而且可以實現WLAN與無線廣域網絡的結合,比如3G. 兩個陣營在爭標准 讓人遺憾的是,802.11n現在處于一種「標准滯後、産品早産」的尴尬境地。802.11n標准還沒有得到IEEE的正式批准,但采用MIMO OFDM技術的廠商已經很多,包括Airgo、Bermai、Broadcom以及傑爾系統、Atheros、思科、Intel等等,産品包括無線網卡、無線路由器等,而且已經大量在PC、筆記本電腦中應用。 主導802.11n標准的技術陣營有兩個,即WWiSE(World Wide Spectrum Efficiency)聯盟和TGn Sync聯盟。這兩個陣營都希望在下一代無線局域網標准之爭中處于優先地位,不過兩大陣營的技術構架已經越來越相似,例如都是采用MIMO OFDM技術,而且在8月2日有消息稱,他們已經決定不計前嫌,共同向美國電氣電子工程師學會(IEEE)遞交了802.11n的無線技術版本。 在這激烈的競爭中,我們卻看不到中國的身影,讓我們不得不感到有些遺憾。這也是我們沒有核心技術的後果。標准之爭最終還是利益之爭,中國企業很難在WLAN核心技術方面取得巨大效益,這是很值得人們深思的。 更多的請看:http://www.qqread.com/windows/2003/index.html 802.11n具體技術解析   以前的無線傳輸技術,發展瓶頸就在覆蓋範圍和傳輸速率上。假如覆蓋範圍廣,那傳輸的速度肯定會變慢;假如傳輸速度上去了,那麽覆蓋範圍肯定要縮小。那麽802.11n到底是如何去解決這些問題、如何去突破這個制約無線技術的瓶頸的呢?它包含了哪些具體的新技術呢?我們在這裏將一一的去分析。   OFDM技術   OFDM技術是MCM(Multi-Carrier Modulation,多載波調制)的一種。其核心是將信道分成許多正交子信道,在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸,這樣減少了子信道之間的相互幹擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬,因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的,大大消除了符號間幹擾,如圖1所示。另外,由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交,于是它們的頻譜是相互重疊的,這樣不但減小了子載波間的相互幹擾,同時又提高了頻譜利用率。      [url=/bbs/detail_1747716.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323549704833.bmp[/img][/url]   還有,OFDM技術通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率,很好地解決了無線數據業務的非對稱性傳輸問題。同時,OFDM系統還在某種程度上抑制了由于窄帶幹擾帶來的影響。      盡管同單載波系統相比,OFDM還存在一些缺點,例如易受頻率偏差的影響,存在較高的峰值平均功率比(PAR),但通過結合時空編碼、分集、幹擾(包括符號間幹擾ISI和鄰道幹擾ICI)抑制以及智能天線技術,可以最大程度地提高物理層的可靠性。如再結合自適應調制、自適應編碼以及動態子載波分配、動態比特分配算法等技術,可以使其性能進一步優化。      MIMO技術   多入多出(MIMO)技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破。MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率。      在室內,電磁環境較爲複雜,多徑效應、頻率選擇性衰落和其他幹擾源的存在使得實現無線信道的高速數據傳輸比有線信道困難,多徑效應會引起衰落,因而被視爲有害因素。然而研究結果表明,對于MIMO系統來說,多徑效應可以作爲一個有利因素加以利用。MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的,如圖2所示。傳輸信息流S(k)經過空時編碼形成N個信息子流Ci(k),i=1,……,N。這N個子流由N個天線發射出去,經空間信道後由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開並解碼這些數據子流,從而實現最佳的處理。     [url=/bbs/detail_1747716.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323549705352.bmp[/img][/url]   非凡是,這N個子流同時發送到信道,各發射信號占用同一頻帶,因而並未增加帶寬。若各發射、接收天線間的通道響應獨立,則MIMO系統可以創造多個並行空間信道。MIMO將多徑無線信道與發射、接收視爲一個整體進行優化,從而可實現高的通信容量和頻譜利用率,這是一種近于最優的空域時域聯合的分集和幹擾對消處理。      MIMO OFDM技術   MIMO OFDM技術是通過在OFDM傳輸系統中采用陣列天線實現空間分集,提高了信號質量,是聯合OFDM和MIMO而得到的一種新技術。它利用了時間、頻率和空間三種分集技術,使無線系統對噪聲、幹擾、多徑的容限大大增加,系統原理如圖3所示。MIMO OFDM主要包括以下要害設計: 發送分集、空間複用、接收分集、幹擾消除、軟譯碼、信道估計、同步、自適應調制和編碼等技術,其中的技術細節在此不再冗述。     [url=/bbs/detail_1747716.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323549705948.bmp[/img][/url]   MAC層優化技術   從網絡邏輯結構上來看,802.11只定義了物理層及介質訪問控制(MAC)子層。MAC層提供對共享無線介質的競爭使用和無競爭使用,具有無線介質訪問、網絡連接、數據驗證和保密等功能。802.11n標准小組爲了提升整個網絡的吞吐量,對MAC層協議也進行了優化,改變數據幀結構,增加了淨負載所占的比重,減少治理檢錯所占的字節數,大大提升了網絡的吞吐量。      智能天線技術   智能天線是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統,該陣列的輸出與收發信機的多個輸入相結合,可提供一個綜合的時空信號。與單個天線不同的是,天線陣列系統能夠動態地調整波束的方向,以使每個用戶都獲得最大的主瓣,並減小了旁瓣幹擾。這樣不僅改善了SINR(Signal-to-Interference and Noise Ratio,信號幹擾和噪聲比),還提高了系統的容量,擴大了小區的最大覆蓋範圍,減小了移動台的發射功率。智能天線的基本結構如圖4所示。    [url=/bbs/detail_1747716.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323549706564.bmp[/img][/url]   智能天線技術保障了能夠以不低于108Mbps的傳輸速率進行通信,同時可以作爲蜂窩移動通信的寬帶接入部分,與無線廣域網更緊密地結合。一方面,802.11n可以爲用戶提供高數據率的通信服務(比如視頻點播VOD、在線觀看HDTV);另一方面,無線廣域網爲用戶提供了更好的移動性。      軟件無線電技術解決移動難題   目前無線局域網多種標准並存,不同標准采用不同的工作頻段、不同的調制方式,造成系統間難以互通,移動性差,而軟件無線電是一種最有希望解決這些問題的技術。      軟件無線電是指研制出一個完全可編程的硬件平台,所有的應用都通過在該平台上的軟件編程實現。換言之,不同系統的基站和移動終端都可以由建立在相同硬件基礎上的不同軟件實現。該技術將能保證各種移動台、各種移動通信設備之間的無縫集成,並大大降低了建設成本。      基于軟件無線電的移動通信具有以下特點:      (1)在同一硬件平台上兼容不同的系統;      (2)具有自動漫遊能力,能在不同系統之間進行智能切換;      (3)可以下載公用軟件並進行自身的升級;      (4)支持語音、數據、圖像和傳真等多種業務,並能根據業務流量,信道質量等情況,自動選擇合適的傳輸信道;      (5)自動選擇通信模式,采用合適的通信協議和信號格式實現遠端通信。      軟件無線電在802.11n中的應用,將根本改變其網絡結構,實現無線局域網與無線廣域網融合並能容納各種標准、協議,提供更爲開放的接口,最終大大增加網絡的靈活性。      作爲一個新標准,與以前的802.11協議相比,IEEE802.11n無線局域網有兩方面的優勢。一是短期的優勢,有較高的傳輸速率,數據傳輸速率達100Mbps以上,使無線局域網平滑地和有線網絡結合,全面提升了網絡吞吐量;二是長期的優勢,今後無線局域網的産品可以使用雙頻方式,即在2.4GHz和5.8GHz兩個頻段,基于MIMO+OFDM調制技術,提高數據傳輸速率。同時,802.11n的傳輸距離更遠,輕易與無線廣域網融合。      編輯觀點   802.11n肯定能夠給WLAN帶來真正的殺手級應用,想想在辦公室我們可以不再使用手機、不再使用桌面電話,而是使用Wi-Fi手機,也可以使筆記本電腦不必中斷網絡連接而在各個辦公室、會議室中移動辦公。在家庭中,我們可以享受到各種寬帶的無線應用,從IPTV到可視電話都可以通過WLAN實現,更重要的是各種智能家電都可以通過WLAN實現連接,與通信系統相連可以實現更加智能的控制。   802.11n像迷霧中的燈塔,已經離我們越來越近了。
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