智能无线应用无限——解读无线网状网技术

  技术特点
  无线网状网是基于IP协议的通信技术,它支持多点对多点的网状结构,主要由移动互联交换控制中心、智能接入点、无线路由器、PCMCIA 无线终端网卡四部分组成,整个网络以移动互联交换控制中心为中心建立。
  
  移动互联交换控制中心通过网线与智能接入点直接相连,在智能接入点的周围相应位置安装若干个无线路由器,以扩展通信范围。
  
  网络中持有笔记本电脑或掌上电脑等移动终端设备可以通过PCMCIA 的无线网卡以即插即用的方式接入网络,从而确保所有用户都可以随时随地快速接入无线宽带网络。
  
  无线网状网的核心是移动跳接式路由技术(Mobile Ad Hoc),这是它能实现移动宽带的根本。在一些厂家的产品中还采用了QDMA (Quad Division Multiple Access,是频分多址、时分多址、码分多址、带有避免冲突的载波侦听多路存取协议的结合技术)专利技术,提高了它的频谱利用率和抗干扰特性。
  
  通常情况下,无线网状网中具有全方向天线的无线路由器最大直线通信半径为5公里,因此它可用于大范围的无线通信,并可组建城域网。
  
  另外,无线网状网可以通过相应的网关与Internet、Wi-Fi局域网、公共电话网等网络联接。
  
  在一般情况下,无线网状网的最大数据传输速率为6Mbps,在时速为200公里的车辆上面,仍可保持1-1.5Mbps的带宽,完全能够满足实时视频传输的要求。
  
  无线网状网是多点跳接系统。与此相对的有星型等联接方式。
  
  星型联接是指传统的无线网络中的每个终端都必须直接和接入点保持无线链接,这样终端与接入点之间的距离将直接影响数据传输速率。终端离接入点越远,数据传输速率越低。
  
  而无线网状网在相距较远的节点间通信时,数据包将通过多个节点的转发,逐步传递到目的节点。如果一个终端距离接入点较远时,信号将通过距离较近的另外一个终端将信号转发给接入点。这样,无线链路长度将被缩短,对天线的传输距离和性能要求以及所需发射功率也将降低,从而减少了信号间干扰。
  
  安全性能
  无线网状网最早起源于军方技术,战场上的移动网络需要很高的数据速率、很低的被检出概率和防止人为干扰的能力。所以,它也采取了很多措施来保障网络的安全。
  
  无线网状网采用了直序扩频技术。直序扩频是在发送端直接用具有高码率的扩频编码去扩展信号的频谱,而在接收端用相同的扩频编码进行解扩,使扩频信号还原为原始信号。
  
  它的优点是:因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。这样,信号将淹没在噪声之中,对方难于发现信号的存在,加之对方不知道扩频编码,就更难提取有用信号。因此,扩频使信号的隐蔽性和抗干扰性增强。
  
  无线网状网还采用了隧道封包的加密技术,即在发送端将所发的数据包外层再进行一次封包,只有相应的接收端才能将数据包的外层封包去掉,得到里面的数据。这样,在发送端和接收端之间犹如形成了一条安全的通信隧道。
  
  还有,无线网状网中所有设备的硬件地址都是在网络系统中注册的,只有这些注册的网络设备在经过系统认证后,才能接入无线网络与其他网络设备进行通信,从而保障了安全性。
  
  由于无线网状网不需要建立大型基站及发射塔,并且具有自愈和自组网的功能,因此消除了因个别通信设备,如基站或发射塔的故障(即单点故障)而导致整个系统通信受阻的隐患。
  
  抗干扰措施
  无线网状网的工作频率可以根据用户的需求定制,在全球范围内正式投入商用的主要是在2.4GHz开放频段,还有4.9GHz、900MHz、400MHz等专用频段。
  
  无线网状网采用的是直序扩频技术,其技术本身具有很强的抗干扰特性。
  
  以2.4GHz频段为例,无线网状网工作在ISM2.4000GHz-2.4583GHz频段,在这个频段上广泛应用的还有802.11b/g无线局域网。
  
  当两种无线通信信号在同一时刻、同一频段传输时,会发生冲突,产生干扰。导致干扰的三个主要因素是:信号传输交叠的频率;信号传输交叠的时间点;有用信号和无用信号的功率强度。
  
  以上各种类型的干扰都会导致数据包冲突,最终造成丢包,当数据包丢失发生时,系统就会自动重发,直至传输成功,这势必会造成网络的延迟,影响网络的性能和传输效率。
  
  采用QDMA技术的无线网状网产品,使用了4个分离的、不重叠的信道,其中3个是数据信道,1个是控制信道。智能实时监测数据信道和控制信道的功能使QDMA可以智能地选定3个数据信道中任何一个最理想的信道传输数据。而802.11b/g只能在2.4GHz频段内的一个特定的信道传输数据。因此,当实时监测发现干扰时,QDMA能自动地屏蔽掉发生冲突的信道,选用其他无干扰的信道,有效地避免了干扰的发生。
  
  同时,QDMA也允许手动控制屏蔽受干扰的信道。所以,无线网状网的QDMA专利技术是控制冲突,抗干扰的最有效的措施。由于Wi-Fi只能工作在某一特定的信道内,无法有效地控制干扰的发生,抗干扰能力要远远低于无线网状网,实际测试也充分证实了这一结论。同理,无线网状网QDMA的智能监测、多信道、自动选择理想信道、自动屏蔽冲突信道功能也能有效地避免在公开频段上与其他通信网络发生干扰。
  
  网络性能
  无线网状网中的每台设备都可直接通信,或者通过网络的转发而连接到其他设备。这种网络免去了昂贵的蜂窝塔的需求,同时也免除了由于通信链路集中而造成的传输瓶颈。因此,网络的传输速率和频率利用率都非常高。
  
  无线网状网可以自行建网,这意味着系统中任何一个通信设备在打开电源后,将自动搜寻、发现和加入现有的网络,各通信设备间的路由和链接将随之自动形成。并且,该网络系统可以在任何地点,不依靠任何其他的移动和固定通信网络设备,迅速的被建立。例如可以在建筑物内、隧道中、以及偏远地区建立该网络系统。
  
  由于无线网状网有着良好的移动性能,移动的节点要求网络的拓扑结构是动态的,网络必须不断地扫描链路和建立通信路径。在自组网络内部,每个节点都作为路由器,并为其他节点转发信息包。
  
  由于无线网状网中的每个终端都能通过相邻终端或其他网络设备的路由和转发,而与距离较远的其他终端或者网络接入点进行通信。
  
  因此,在某些用户密集的地区当接入点负载过重的时候,网络系统会利用路由和转发的功能自动地将一部分用户的通信链接转移到其他的接入点上,从而平衡了整个网络的负载,进而使网络性能得以保障。由于大量的通话要求,使某个基站负载过重而造成网络的堵塞,在目前的公共移动电话网络上经常发生。但对于无线网状网,即使发生这样的情况时,该网络通信系统也依然能正常工作。
  
  无线网状网具备独立于卫星定位系统GPS的定位功能。网络中的无线路由器和智能接入点等固定设备可被作为定位的固定参考点。这些固定参考点将通过测量无线终端反馈回来的无线电信号可计算出终端的位置,再通过三个以上的固定参考点的测量结果对其位置进行修正,从而最终得出终端的准确位置。该定位系统的误差在时速200公里的情况下1秒钟之内不超过10米。