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分类: 系统运维

2007-06-02 22:01:11

无线网络技术详解

发布时间:2006.01.20 作者:李小龙
作者单位:广州市晨旭科技发展有限公司  
地址:天河区林和中路天誉花园一期高雅阁2303室 510610 
Email:
 
  802.1x无线网络,咋听起来好像很复杂,要想知道它到底是啥,首先要了解什么是无线网络。无线网络这个名词是近几年才开始流行起来的,它涉足的领域相当的广,譬如移动通信领域,那么到底什么是无线网络呢?
无线网络概述
  无线网络技术范围广泛,包括从允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络,到优化为近距离无线连接的红外线和无线电频率技术。通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字设备 (PDAs)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如,手机用户可以使用移动电话访问电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、车站和其它公共场所的基站连接到 Internet 中。在家中,用户可以连接桌面设备以同步数据和发送文件。
一.定义标准
  为了降低成本、确保协同工作和提高无线技术的广泛应用,许多组织(例如:电气电子工程师协会 (IEEE)、Internet 工程任务组 (IETF)、无线以太网兼容性同盟 (WECA) 和国际电讯同盟 (ITU))都参与了几个主要的标准化工作。例如,IEEE 工作组正在定义信息如何从一个设备传送到另一个设备(是使用无线电波还是使用红外光波),以及怎样、何时使用传输介质通讯。在开发无线网络标准中,有些组织如 IEEE 着重于电源管理、带宽、安全性和其它具有无线网络特性的项目。
二.无线网络类型
  与有线网络一样,无线网络可根据数据发送的距离分为几种不同类型。
1.无线广域网络 (WWANs)
  WWAN 技术可使用户通过远程公共网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用无线服务提供商所维护的若干天线基站或卫星系统,这些连接可以覆盖广大的地理区域,例如许多城市或者国家(地区)。目前的 WWAN 技术为大家所知的第二代 (2G) 系统。主要的 2G 系统包括全球数字移动电话系统 (GSM)、网络数字包数据 (CDPD) 和多址代码分区访问 (CDMA)。现正努力从 2G 网络过渡,其中有些具有限制漫游功能和互不兼容的功能,到第三代 (3G) 技术将执行全球标准并提供全球漫游功能。ITU 正积极促进 3G 全球标准的发展。
2.无线城区网络 (WMANs)
  WMAN 技术使用户可以在主要城市区域的多个场所之间创建无线连接(例如,在一个城市和大学校园的办公楼之间),而不必花费高昂的费用铺设光缆、电缆和租赁线路。此外,如果有线网络的主要租赁线路不能使用时,WMANs 可以用作有线网络的备用网络。WMANs 既可以使用无线电波也可以使用红外光波来传送数据。提供给用户以高速访问 Internet 的无线访问网络带宽,其需求正日益增长。尽管现正使用各种不同技术,例如多路多点分布服务 (MMDS) 和本地多点分布服务 (LMDS),IEEE 802.16 宽频无线访问标准工作组仍在开发规范以标准化这些技术的发展。
3.无线本地网络 (WLANs)
  WLAN 技术可以使用户在本地创建无线连接(例如,在公司或校园大楼里,或在公共场所,如机场)。WLANs 可用于临时办公室或其它缆线安装受限的场所,或者用于增强现有的 LAN,使用户在不同时间在办公楼的不同地方工作。WLANs 可以两种不同方式运行。在基础 WLANs 中,无线站(具有无线电波网络卡或外置调制解调器的设备)连接无线访问点,其在无线站与现有网络中枢之间起桥梁的作用。对于对等的特殊 WLANS,在有限区域(例如会议室)内的几个用户中,如果不需要访问网络资源时,可以不使用访问点而建立临时网络。
  IEEE 在 1997 年批准了 802.11 WLANs 标准,其指定的数据传输速度为 1 至 2 兆字节每秒 (Mbps)。在正成为新的主要标准的 802.11b 中,通过 2.4 千兆赫兹 (GHz) 频段进行数据传输的最大速度为 11 Mbps。另一个更新的标准是 802.11a,它指定通过 5 GHz 频段进行数据传输的最大速度为 54 Mbps。
4.无线个人区域网络 (WPANs)
  WPAN 技术使用户为用于个人操作空间 (POS) 的设备(如 PDA、移动电话和膝上电脑)创建特殊无线通讯。POS 是个人周围的空间,10 米以内的距离。目前,两个主要的 WPAN 技术是蓝牙和红外光波。蓝牙是一种替代技术,可以在 30 英尺以内使用无线电波传送数据。蓝牙的数据传输可以穿透墙壁、口袋和公文包。蓝牙技术是由蓝牙专门利益组 (SIG) 引导发展的。该组于 1999 年发布了 1.0 版本的蓝牙规范。然而,要在近距离(一米以内)连接设备,用户也可以创建红外链接。
  为了标准化 WPAN 技术的发展,IEEE 已成立了 802.15 工作组。该工作组正在发展基于 1.0 版本蓝牙规范的 WPAN 标准。该标准草案的主要目标为低复杂性、低能耗、交互性强以及与 802.11 网络兼容。
无线上网卡的传输协议
  无线上网卡传输协议,网络协议,网络中传递、管理信息的一些比标准。它是计算机与计算机之间相互交流所必须遵循的规矩。常见的协议有:TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。在局域网中用得的比较多的是IPX/SPX。
IEEE 802.11x系列与HiperLAN/x系列标准
  1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN先河;目前,WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列与HiperLAN/x系列两种标准。   
a、 IEEE802.11x系列   
  802.11是1997年IEEE最初制定的一个WLAN标准。主要用于解决办公室无线局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,其业务范畴主要限于数据存取,速率最高只能达2Mbit/s。由于它在速率、传输距离、安全性、电磁兼容能力及服务质量方面均不尽人意,从而产生了其系列标准;   
  802.11b,将速率扩充至11Mbit/s,并可在5.5Mbit/s、2Mbit/s及1Mbit/s之间进行自动速率调整,亦提供了MAC层的访问控制和加密机制,以提供与有线网络相同级别的安全保护,还提供了可选择的40位及128位的共享密钥算法,从而成为目前802.11系列的主流产品。而802.11b+还可将速率增强至22Mbit/s;   
  802.11a,工作于5GHz频段,借助OFDM技术,使最高速率提升至54Mbit/s;   
  802.11g,依然工作于2.4GHz频段,与802.11b兼容,最高速率亦提升至54Mbit/s,其系列化为1、2、5、5、6、9、11、12、18、24、36、54Mbit/s。   
  802.11c为MAC/LLC性能增强;801.11d对应802.11b版本,解决那些不能使用2.4GHz频段国家的使用问题;   
  802.11e则是一个瞄准扩展服务质量的标准,其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量,而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略;   
  802.11f用于改善802.11协议的切换机制,使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游;   
  802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率(借助/PC技术)和选择无线信道(借助动态频率选择技术DFS),而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准;   
  802.11i及802.1x主要着重于安全性,802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议,支持企业、公众及家庭应用,802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP,可对以太网端口鉴权,扩展至无线应用;   
  802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN/2网络的互连互通;   
  802.11/WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口;   
  802.11n已将速率增强至108/320Mbit/s;并已进一步改进其管理开销及效率802.11/RRM与无线电资源管理有关的标准,以增强802.11的性能;   
  802.11/HT,以进一步增强802.11的传输能力,取得更高的吞吐量;   
  802.11Plus,拟制订802.11WLAN与GPRS/UMTS之类多频、多模运行标准,可有松耦合及紧耦合两种类型。松耦合时两种网络分别部署,WLAN仅利用GPRS之类网络的用户数据库,可通过Mobile IP(MIP)提供两网络间的移动性,通过RADUIS(Remote  Access Dail—In User Service,远程接入拨号用户业务)实现AAA(Authentication  Authorization Accounting,鉴权,授权和计帐),由于MIP可能导致高传输时延,从而不容易达到无缝隙会话切换;而紧耦合时, WLAN直接连至业务支持节点SGSN或标准化接口Gb、lu等,WLAN数据需经_LTGPRS之类核心网转发,完全按GPRS方式进行AAA,此时,能在两网络间提供很强的移动性。为与蓝牙在2.4GHz频段较好共存,亦采用Ad hoc网络拓扑结构及自适应跳频信道分配技术   
  b、HiperLAN/x系列
  HiperLAN是由ETSI的RESl0工作组提出的欧洲WLAN标准。工作频段为5.12—5.30GHz及17.1—17.3GHz。早期的 HiperLAN/1采用GMSK调制,最高传输速率为23.5Mbit/s,与当时技术上较成熟的IEEE802.11b相比,无明显优势;   
  HiperLAN/2采用OFDM作物理层手段,可将速率提高至54Mbit/s,并能有效对抗多径干扰,以及与IEEE 802.11a共享一些相同部件,在较大范围内取得较好的性能/价格比。其信道带宽为22MHz,调制方式亦为OFDM--BPSK/QPSK/16/64QAM,系列化传输速率为 6、9、12、18、27、36、54Mbit/s。   
  HiperLAN/2具备另一些长处,如其接入点可监视相应无线信道并自动选择空闲信道,从而进行自动频率分配,使系统部署简单有效;数据通过移动终端与接入点间建立的信令链接进行传输,此面向链接的特征可容易实现QoS 支持;与802.11协议只能由以太网作为支撑情况有不同,其协议栈具有很大灵活性,它既可作为交换式以太网的无线接入子网,也可作为3G蜂窝移动网络的接入网,而且,这种接入对网络层以上用户部分来说完全透明,从而目前在固定网络上的任何应用均可在HiperLAN/2上运行。
Bluetooth技术标准—IEEE 802.15x及16x系列
  蓝牙技术与无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN一道,以蓝牙规范1.1版为基础已纳入IEEE802.X.Y系列中,成为 WPAN系列标准IEEE802.15x之一,即802.15.1标准。802.15x系列标准将以蓝牙速率为基础,向低速率、高速率、更高速率全面迈进。   
  IEEE802.15.1即相当蓝牙技术标准。   
  802.15.2解决WPAN与WLAN之间的共存标准。   
  802.15.3标准作为高速WPAN接入,利用编码调制技术,可实现高达55Mbit/s的高速传输,功耗及成本可较低,复杂性亦可比OFDM时低,可实现控制QoS的高质量声音、视象多媒体传输。工作于2.4GHzlSM频段,Ad hoc网络结构,可由五种调制方式实现11—55Mbit/s速率传输:22Mbit/s时用编码OQPSK,用2维8状态(2D--8S)TCM QPSK及16/32/64QAM可实现们,33、44及 55Mbit/s的高速传输,以满足蓝牙速率能力不足的图象和视频多媒体应用需求。   
  802.15.4标准针对诸如智能证卡,传感器、节能,安保。家庭自动化等低速率WPAN需要,目标是比蓝牙更简单。低功耗、价廉、方便灵活的低速率连接。IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层及MAC层的协议,其余协议主要参照现有标准,高层应用、测试及市场推广等方面工作将由ZigBee联盟负责,由此实施802.15.4的应用技术常称为ZigBee。ZigBee联盟成立于2002年8月,由英国Inversys公司,日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司及荷兰菲力浦半导体公司组成,至今已吸引了上百家芯片公司。无线设备公司和开发商加盟。ZigBee为此技术的商业化品牌命名,如上已提及,为象征蜂群(Bee)跳ZigBee (“之”字形)舞蹈方式来分享新发现的食物源的位置、距离、方向等信息,表达此繁荣的生存,发展的新通信方式。而且,802.15.4还吸引了其它标准化组织注意,如IEEEl451工作组正在考虑以此为基础实现传感器网络(Sensor Network)。   
  IEEE802.15.3a 目标是提供更高速率物理层增强,UWB即为一种可能的技术途径。UWBG(Ultra WideBand Group)工业集团于1998年成立,至 2002年2月其成员包括厂商及大学在内已超过540个,一些公司亦提议将UWB技术纳入IEEE802.15.3s标准。
一个新的无线标准WiMedia
  802.15.3(WiMedia),这是无线标准是为多媒体的无线流数据传送而设计,一个高速的、低成本的、低耗电的无线个人区域网络(WPAN),概念和Bluetooth标准类似,但是速率和距离却是远远超出。802.15.3的数据传送速率将和距离有关,如果设备离开AP 50米左右那么可以有高达55Mbps的连接速度,当这个距离达到近百米(也是这个标准的最长距离)传送速率自动降到22Mbps。 802.15.3是一个比Bluetooth更适合的WPAN,它的设计目标正是针对了各种移动设备的需求,但目前不清楚未来802.15.3的产品使用细节,希望不是像Bluetooth的设置那么麻烦,802.15.3的出现也会使得根据Bluetooth 1.1的标准而建立的802.15.1变得没有意义,关于IEEE接收Bluetooth标准作为802.15.1的故事可以参考这里。最后想提醒你看一看过去UGLEE贴的关于802.16的技术,同样是很有意思的对比。 
近距离无线通信规格“NFC”成为国际标准规格
  由索尼和荷兰的皇家飞利普电子公司共同开发的近距离无线通信规格“Near Field Communication(NFC)” 被批准为国际标准规格ISO/IEC IS 18092。ISO/IEC IS 18092中包含了非接触式IC卡技术“FeliCa”和“Mifare”通信方式,并与两者通信兼容。
  索尼和飞利普于2002 年秋就开发无线通信规格“NFC”达成协议并向信息通信系统的标准化机构ECMA International提出草案。然后经过开放制订规格流程后,于2002年12月份用“ECMA-340”的名称注册,并由ECMA向 ISO/IEC JTC1提出该规格提案,再经各国审议和投票最后批准成为国际标准规格。
  此次获得批准的“NFCIP-1” 由物理层和数据链接层组成,属于利用13.56MHz电波的近距离无线通信规格。当两台配备NFC芯片的设备接近可认定对方的距离(10cm左右)后,彼此进行认证后便可以交流信息。可通过类似日常生活中的直觉操作认定设备并且自动进行设置和交流信息,这与用电缆将认证设备连接到电脑等并用图标找到设备的方法和像蓝牙或无线LAN那样以无线方式在大范围内选择设备后进行通信的方法不同。数据传输速度可以选择106Kbit/秒、212Kbit/秒或者 424Kbit/秒。另外在连接NFC后可切换其他高速通信方式。
无线上网卡设备类型
  
  无线上网卡设备类型是指无线上网卡按网络制式分为GPRS、CDMA、CDPD上网卡等。
无线上网卡网络类型
  网络类型是指无线广域通信网络的网络制式,它包括CDMA(中国联通运营的网络)、GPRS(基于GSM系统的无线传输方式)、CDPD(移动上网的新技术)等类型。 
无线上网卡传输速率
  无线无线上网卡的传输速度是指它在某种网络制式下的数据发送和接收的能力。
常见的三种无线网络接入技术比较
1、IEEE802.11家族
  IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准,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,业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mb/s。目前,3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。
  由于IEEE802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要,因此,IEEE小组又相继推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。
  IEEE802.11b物理层支持5.5Mb/s和11Mb/s两个新速率,IEEE802.11标准在扩频时是一个11位调制芯片,而 IEEE802.11b标准采用一种新的调制技术CCK完成。IEEE802.11b使用动态速率漂移,可因环境变化,在11Mb/s、5.5Mb/s、 2Mb/s、1Mb/s之间切换,且在2Mb/s、1Mb/s速率时与IEEE802.11兼容。
  IEEE802.11a工作在 5GHz U-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层达25Mb/s。采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术;可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口,以及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。但是,芯片没有进入市场、设备昂贵、空中接力不好、点对点连接很不经济、不适合小型设备。值得庆幸的是,Radiata的低成本COMS无线引擎芯片装置可支持IEEE802.11a。
2、蓝牙新贵
  蓝牙(IEEE802.15)是一项最新标准,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。此外,蓝牙成本低、体积小,可用于更多的设备。但是,蓝牙主要是点对点的短距离无线发送技术,本质上要么是RF要么是红外线。而且,蓝牙被设计成低功耗、短距离、低带宽的应用,严格来讲,不算是真正的局域网技术。
3、家庭网络的HomeRF
  HomeRF主要为家庭网络设计,是IEEE802.11与DECT的结合,旨在降低语音数据成本。HomeRF也采用了扩频技术,工作在2.4GHz 频带,能同步支持4条高质量语音信道。但目前HomeRF的传输速率只有1~2Mb/s。FCC建议增加到10Mb/s。
  通过比较分析可以看出,各种标准都是根据不同的使用场合,不同的用户需求而制定的。有的是为了增加带宽和传输距离,有的则是考虑移动性和经济性,局部最优不等于全局最优。因此,用户应视实际需求选择适合自己的标准。
 
无线上网卡接口类型
  接口类型,无线上网卡的接口类型主要分为PCMCIA接口(笔记本等用设备),USB接口(主要用于台式机、笔记本),CF接口(主要用于PDA等设备里面)。
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