拉近我们的距离 走进无线互联世界

  当你在机场等候登机时,是否特想打开笔记本电脑收发E-mail或上网看看?
  
  当你所在的工作小组在会议室里讨论工作,需要共享某台笔记本电脑中的信息时,你是不是很想把这些信息迅速从同伴的机器中复制到你的机器里?
  
  毋容置疑,Internet的高速发展和移动办公的日益普及,人们对这类需求越来越强烈,而无线局域网的兴起正是为你送上一根无形的线,使上网和通信可随时随地。
  
  无线局域网(WLAN)利用电磁波在空气中发送和接受数据,而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbps,传输距离可远至20km以上。它是对有线联网方式的一种补充和扩展,使网上的计算机具有可移动性,能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络连通问题。
  
  WLAN物理层选择方案
  在目前的众多协议中,WLAN物理层的选择方案概括起来有5种。这五种物理层选择方案是分别基于红外线(IR)传输和基于微波传输的。
  
  基于IR的物理层具有更好的安全性和更高的数据传输速率,但是,目前存在的基于IR的产品并不多。
  
  基于微波传输的选择方案包括跳频扩频调制、直接序列扩频调制、窄带调制和正交频分复用(OFDM)。扩频和OFDM技术在克服衰落(衰落是无线传输中占主导地位的传播特性)方面提供了出众的性能。扩频技术的这种优越性是以牺牲带宽为代价的,它只能提供中等的数据传输速率。而另一方面,窄带调制则能够提供比扩频调制更高的数据传输速率,但是它会受到衰落的影响,而引起性能恶化。
  
  1、 红外(IR)传输
  红外无线局域网由于采用低于可见光的部分频谱作为传输介质,它的使用不受无线电管理部门的限制。如今使用IR传输技术的WLAN产品运行在波长为850nm的附近。IR信号可以由半导体激光器二极管产生,也可以由LED产生。
  

 

  物理层采用红外传输方案的优势在于:可以提供比其它的物理实现方案更高的数据传输能力;在这一波段发送机和接收机的硬件实现更便宜,大气所带来的信号衰减更少;红外信号要求视距传输,检测和窃听困难,对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。
  
  IR传输的缺点在于它会受到荧光的辐射波的影响,并且发射范围受限,会出现多径传播,导致信号间的干扰。
  
  2、 微波传输
  电磁频谱的微波无线部分跨越了107~1011MHz的范围。 如今大部分WLAN产品运行在ISM(Industrial,Scientific,and Medical,工业、科学和医药设备)波段(902~928MHz,2400~2483.6MHz以及5725~5850MHz)。
  
  这些波段的特性大不相同。最明显的特点在于波段的频率越高,范围越宽,则通常能够提供更多的带宽,因此具有更高潜力提供高的数据传输速率。但是,波段的频率越高,用于通信的设备的实现越具有挑战性,价格也越昂贵。在传输所能达到的范围方面,波段的频率越低,它所能到达的范围越广。
  
  目前很流行的WLAN使用RF扩频技术。扩频技术最初是为军事应用开发的。它的基本思想是将发送的信息扩展在更广的带宽上,这会使信息的拦截和人为干扰更加困难。扩频技术在克服衰落的影响方面非常成功。由于衰落具有频率选择性,扩频信号的频率范围很广,因此,衰落仅会对一小部分的信号造成影响。
  
  下面将介绍两种扩频技术FHSS和DSSS以及窄带微波技术和OFDM技术四种物理层的选择方案。
  
  ◆跳频扩频技术(FHSS,Frequency Hopping Spread Spectrum)
  使用这项技术时,信号在看似随机的一套频率信道上广播,并且在连续的时间间隔内不断地从一个频率跳到另一个频率。接收机处理相同的调频序列,同时保持着与发送机的同步,这样就可以接收到发送的数据了。由于FHSS WLAN所采用的信道方式,它们对窄带干扰具有很好的鲁棒性。
  
  ◆直接序列扩频技术(DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)
  在使用直接序列扩频调制的情况下,原始信号中每一个比特由扩频信号中的多个比特来表示。这项技术将信号在频段上扩展,扩展的宽度与扩频因子(码片速率和数据速率之间的比值被称作扩频因子,在现代的商用系统中,扩频因子通常的取值位于10-100之间)是成比例的。
  
  尽管DSSS技术看起来有点浪费带宽,但是它具有极其强大的能力将信号从窄带干扰和噪声中抽取出来,这就可减少重传,从而提高了吞吐量。
  
  ◆窄带微波技术
  扩展频谱的另一种方案是窄带调制。直到最近,所有的窄带WLAN产品只能使用无线频谱中授予许可的部分。但是,如今的产品既可以使用频谱新释放的部分,也可以使用ISM波段而不需要执行频谱的扩展。窄带WLAN更容易受到衰落的影响。但是,在授予了许可的波段中运行WLAN的情况下,干扰并不是很常见。
  
  ◆正交频分复用(OFDM)物理层
  OFDM是多载波传输的一种形式,它将可用频谱分成了许多载波,每个载波都使用PSK调制技术以较低速率的数据流调制。OFDM与FDMA相比,OFDM的信道间隔更近,获得了更高的频谱利用率。这是通过将所有的载波与其它的载波相互正交(载波正交是为了避免紧密相邻的两个载波之间的干扰)实现的。因此OFDM可以有效地克服符号间干扰。
  
  WLAN MAC层的选择方案
  
  MAC协议大致可以分成三种:固定分配协议(例如TDMA、FDMA),随机接入协议(例如ALOHA、CSMA/CD、CSMA/CA)和需求分配协议(例如轮询、令牌环、PRMA)。在WLAN的两种主要标准—IEEE 802.11和HIPERLAN中均采用了CSMA/CA机制,这会减少发生冲突的概率。
  
  HIPERLAN 标准致力于定义一种与传统的有线局域网具有相同性能的WLAN技术,并且能够支持同步业务。与IEEE 802.11标准不同,HIPERLAN 委员会不是由现存的技术和规范驱动的。他们首先设置了一套需求,委员会的成员们为了满足这些需求而开始着手工作。这个标准覆盖了OSI模型的物理层和MAC层。
  
  HIPERLAN项目定义了如表1所示的系统体系结构。它将媒体接入控制(MAC)子层的功能分成了两个子部分,也就是信道接入和控制(CAC)子层和MAC子层。
  
  CAC层定义了指定的信道接入是如何根据信道忙闲状态来发起请求的,以及在竞争的情况下,这项请求将会被设置成为一种什么样的优先等级。
  
  HIPERLAN MAC子层定义了不同的协议,这些协议能够提供HIPERLAN的功率恒定、查寻、安全性、多跳路由以及向上层协议提供数据传输业务等能力。路由机制支持HIPERLAN节点相互间转发站点的帮助下向节点以外的站点转发数据包的能力。查找功能使多个HIPERLAN网络的并行得以实现。此外该标准还支持优先权、功率节约和加密。
  
  IEEE 802.11标准覆盖了OSI模型的物理层和MAC层。它定义了单个MAC子层,与所有上述的802.11物理层联合使用。MAC协议使用一种被称作基于分布方式的无线介质访问控制的CSMA/CD协议,它与IEEE 802.3以太网LAN线路标准非常相似。这种基于分布方式的无线介质访问控制也指分布式协调功能(DCF)协议;它仅提供尽最大努力的服务。802.11工作组还通过利用免除争用的机制可以有选择性的支持对时间受限业务。这项业务也就是点式协调功能(PCF)。并且只有802.11基础结构网络提供这种业务。
  

  802.11工作组定义了如表2所示的系统体系结构。在普通的异步传输流量的条件下,DCF运行在物理层之上,当出现业务竞争的情况下,DCF会采取相应的措施来实现优先权的控制。PCF建在DCF之上,使用DCF提供的业务发送无竞争的业务流。IEEE 802.11 MAC子层还提供鉴权和授予私有权、加密以及功率节约的机制。
  
  目前这两种WLAN MAC标准—IEEE 802.11和HIPERLAN,均采用了基于竞争机制的类似于CSMA机制的算法来实现到无线信道的接入。802.11 MAC子层,当与802.11b和802.11a物理层扩展联合使用的时候,分别能够达到11Mbit/s和54Mbit/s的数据传输速率。
  
  HIPERLAN能够提供24Mbit/s的数据传输速率,但是它们具有与802.11不兼容的劣势以及缺乏已经实用的产品基础。802.11 MAC包含克服隐式终端问题的机制,而HIPERLAN标准中则没有这种技术。后者包含有支持多跳网络的机制,这极大的提高了网络的可运营区域范围,但是以减少单跳情形下整体性能为代价的。
  
  两种标准都试图支持时间受限的业务,802.11通过采用可选的免除竞争的机制来处理这种业务。HIPERLAN则通过采用集成优先权的机制来设法支持时间受限的业务,但是不能支持QoS,这是由于HIPERLAN缺乏为某个站点分配指定数量的带宽的机制。802.11通过轮询程序向站点分配带宽来提供支持QoS的应用,但是后者在标准中并没有定义。