无线接入技术

  无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一,不同的标准有不同的应用。正因为此,使得无线接入技术出现了百家争鸣的局面。在众多的无线接入标准中,无线局域网标准更成为人们关注的焦点。附表中列出了几种最热门的无线局域网标准的性能对比。
  802.11家族谱
  802.11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2Mbps。目前,3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。
  由于802.11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802.11b和802.11a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。
  802.11b物理层支持5.5 Mbps 和 11 Mbps两个新速率。802.11标准在扩频时是一个11位调制芯片,而802.11b标准采用一种新的调制技术CCK完成。802.11b使用动态速率漂移,可因环境变化,在11 Mbps、5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps之间切换,且在2 Mbps、1 Mbps速率时与802.11兼容。
  802.11a工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54 Mb/s,传输层可达25Mbps。采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术;可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps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802.11a。
  蓝牙新贵
  蓝牙(IEEE 802.15)是一项最新标准,对于802.11来说,它的出现不是为了竞争而是相互补充。蓝牙比802.11更具移动性,比如,802.11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。
  家庭网络的HomeRF
  HomeRF主要为家庭网络设计,是IEEE 802.11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1~2Mbps,FCC建议增加到10Mbps。
  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。
    附表:
  
    802.11 802.11b 802.11a Bluetooth HomeRF
   频率 2.4GHz 2.4GHz 5GHz 2.4GHz 2.4GHz
   带宽 1~2Mbps 可达11Mbps 可达54Mbps 1Mbps 1~2Mbps可增至11Mbps
   距离 100m功率增加可扩展 100m 5~10km 10m~100m 100m
   业务 数据 数据图像 语音数据图像 语音数据 语音数据
  无线局域网的组成
  无线局域网由无线网卡、无线接入点(AP)、计算机和有关设备组成,采用单元结构,将整个系统分成许多单元,每个单元称为一个基本服务组(BSS),BSS的组成有以下三种方式:一是集中控制方式,每个单元由一个中心站控制,网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信。尽管BSS区域较大,但其所建中心站的费用较昂贵。二是分布对等式,BSS中任意两个终端可直接通信,无需中心站转接。尽管BSS区域较小,但这种方式的结构简单,使用方便。三是集中控制式与分布对等式相结合的方式。
  一个无线局域网可由一个基本服务区(BSA)组成,一个BSA通常包含若干个单元,这些单元通过AP与某骨干网相连。骨干网可以是有线网,也可以是无线网。
  无线局域网的安全性
  ■ 无线局域网采用的无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听(Anti-Jamming)技术;
  ■ 扩频无线传输技术本身使盗听者难以捕捉到有用的数据;
  ■ 无线局域网采取完善网络隔离及网络认证措施;
  ■ 无线局域网设置有严密的用户口令及认证措施,防止非法用户入侵;
  ■ 无线局域网设置附加的第三方数据加密方案,即使信号被盗听也难以理解其中的内容。
  对于有线局域网中的诸多安全问题,在无线局域网中基本上可以避免。
  无线局域网的的劣势
  目前,无线局域网还不能完全脱离有线网络,它只是有线网络的补充,而不是替换。与有线网络相比,无线局域网有以下不足:
  一是网络产品昂贵,相对于有线网络,无线网络设备的一次性投入费用较高,增加了组网的成本。
  二是传输速率慢,虽然无线局域网的传输速度目前可达到10Mb/s左右,但相对于有线以太网可实现1Gb/s的传输速度来说,还是有相当大的差距的。
  无线局域网的的优点
  无线局域网的网络速度与以太网相当。一个AP最多可支持100多个用户的接入,最大传输范围可达到几十公里,具有以下几大特点。
  (1)具有高移动性,通信范围不受环境条件的限制,拓宽了网络的传输范围。在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆(粗缆)时被限制在500m,即使采用单模光纤也只能达到3000m,而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50km。
  (2)抗干扰性强。我们知道微波信号传输质量低,往往是因为在发送信号的中心频点附近有能量较强的同频噪声干扰,导致信号失真。无线局域网使用的无线扩频设备直扩技术产生的11位随机码元能将源信号在中心频点向上下各展宽11MHz,使源信号独占22MHz的带宽,且信号平均能量降低。在实际传输中,接收端接收到的是混合信号,即混合了(高能量低频宽的)噪声。混合信号经过同步随机码元解调,在中心频点处重新解析出高能的源信号,依据同样算法,混合的噪声反而被解调为平均能量很低可忽略不计的背景噪声。
  (3)安全性能强,无线扩频通信本身就起源于军事上的防窃听(Anti-Jamming)技术;扩频无线传输技术本身使盗听者难以捕捉到有用的数据;无线局域网采取网络隔离及网络认证措施;无线局域网设置有严密的用户口令及认证措施,防止非法用户入侵;无线局域网设置附加的第三方数据加密方案,即使信号被盗听也难以理解其中的内容。对于有线局域网中的诸多安全问题,在无线局域网中基本上可以避免。
  (4)扩展能力强,在已有无线网络的基础上,只需通过增加AP(无线接入点)及相应的软件设置即可对现有网络进行有效扩展。无线网络的易扩展性是有线网络所不能比拟的。
  (5)建网容易,管理方便。相对于有线网络,无线局域网的组建、配置和维护较为容易,一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。
  (6)组网速度快、工程周期短。无线扩频通信可以迅速(数十分钟内)组建起通信链路,实现临时、应急、抗灾通信的目的,而有线通信则需要较长的时间。
  (7)开发运营成本低。无线局域网在人们的印象中是价格昂贵的,但实际上,在购买时不能只考虑设备的价格,因为无线局域网可以在其它方面降低成本。有线通信的开通必须架设电缆,或挖掘电缆沟或架设架空明线;而架设无线链路则无需架线挖沟,线路开通速度快。将所有成本和工程周期统筹考虑,无线扩频的投资是相当节省的。使用无线局域网不仅可以减少对布线的需求和与布线相关的一些开支,还可以为用户提供灵活性更高、移动性更强的信息获取方法。
  (8)受自然环境、地形及灾害影响小。有线通信除电信部门外,其它单位的通信系统没有在城区挖沟铺设电缆的权力;而无线通信方式则可根据客户需求灵活定制专网。有线通信受地势影响,不能任意铺设;而无线通信覆盖范围大,几乎不受地理环境限制。
  无线局域网的关键技术
  无线联网技术是基于IEEE802.11标准(用于无线网络的国际标准),该标准主要对网络的物理层和访问层(MAC)进行规定,其中MAC层是重点。在MAC层以下,802.11规定了三种发送及接收技术:扩频(Spread Spectrum)技术、红外(Infared)技术、窄带(Narrow Band)技术。而扩频又分为直序(Direct Sequence,DS)扩频和跳频(Frequeny Hopping,FH)扩频两种。
  实现无线局域网的关键技术主要有三种:红外线、跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)。
  红外线局域网采用小于1μm波长的红外线作为传输媒体,有较强的方向性,受太阳光的干扰大。红外线支持1~2Mb/s数据速率,适于近距离通信。
  DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信,支持1~2Mb/s数据速率,在发送和接收端都以窄带方式进行,而传输过程中则以宽带方式通信。
  FHSS局域网支持1Mb/s数据速率,共22组跳频图案,包括79个信道,输出的同步载波经调解后,可获得发送端送来的信息。
  DSSS和FHSS无线局域网都使用无线电波作为媒体,覆盖范围大,发射功率较自然背景的噪声低,基本避免了信号的偷听和窃取,使通信非常安全。同时,无线局域网中的电波不会对人体健康造成伤害,具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。
  我们知道,扩频技术利用的是开放的2.4GHz频段,由于这是个公用频段,因此十分拥挤,微波噪声最大,采取何种发送和接收方法,会直接影响到微波传输的质量和速率。直序扩频技术同时使用整个频段,信号被扩展多次而无损耗;而跳频扩频技术是连续间断跳跃使用多个频点。当跳到某个频点时,判断是否有干扰,若无,则传输信号;若有则依据算法跳至下一频段继续判断。正是由于利用了跳频技术,使得跳频的范围很宽,但是信息在每个频率上停留的时间很短(仅为1/1000秒左右),不仅使得数据的抗干扰能力大大提高,而且传输更加稳定,提高了数据的安全性,这就是无线网络传输的关键。当然,IEEE802.11中还规定了其他一些重要内容,例如CSMA/CA协议、RTS/CTS协议、信包重整、多信道漫