技术前沿:WLAN(无线局域网)发展与应用

2010-03-05 17:07:15来源: 电信网技术

  1 引言

  无线局域网WLAN,顾名思义是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段,可提供传统有线局域网的所有功能。它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,系统用无线接入的一个子集,但原则上与蓝牙有类似性,覆盖无线个人域网(WPAN)范畴。与蓝牙相比,它能支持较高传输速率(2~54Mbit/s,甚至更高),利用射频无线电或红外线,借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS),GMSK,OFDM等技术,甚至可达到与UWB超宽带技术相比拟的传输速率600Mbit/s~1Gbit/s左右,实现固定、半移动网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。因此,原则上它与速率较低的蓝牙技术有不同市场定位,相互支持补充,构成一种完整有效的WLAN/WPAN/WBAN无线接入。1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN标准的先河。我国自主创新的WAPE/TEPA技术对确保WLAN安全性作出了重要贡献。早期加入WLAN领域的一些标准有IEEE1/b/a/g(最高速率54Mbit/s,工作于2.4GHz IMS频段及5GHz频段)。HiperLAN是由ETSI的RES10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,最高速率54Mbit/s。在5GHz频段运行的WLAN在不同国家与地区有不同的叫法。例如,在欧共体称为HiperLAN,在澳大利亚称为RLAN(Radio LAN),在加拿大称为LELAN(License-exempt Wireless LAN)。彼此虽有一定类似性,但亦有不同做法与管理要求。HiSWANx是日本ARAB的多媒体移动接入通信的WLAN系列标准,HiSWANa工作于5GHz频段,HiSWANb工作于25/27GHz频段,数据传输速率为6~54Mbit/s。宽带家用射频Wideband Home RF主要为家庭网络设计,是IEEE 802.11与数字无绳DECT标准的结合体,工作在2.4GHz频段,能同步支持多路高质量语音信道,可支持系列速率1Mbit/s,2Mbit/s,5Mbit/s和10Mbit/s。典型的数字无绳,如DECT及PHS等亦曾加入WLAN的有效竞争行列。红外线数据接入IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的手段,其软硬件技术均已较成熟,传输速率可高达16Mbit/s。其主要优点为体积小、成本低、功率小、适应移动需求,早期约有95%的手提电脑上安装了IrDA接口,但连接设备间不能有遮档物,多个设备间如欲连接,需调整其位置及角度,比较复杂,其核心部件红外线LED也不甚耐用。

  目前,WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列。我国自主创新标准WAPE及欧洲Hiper LAN/x系列等几种标准在积极发挥作用。

  近代通用无线接入作为先进手段实施接入网的全部或部分功能,它已成为有线接入的有效支持、补充与延伸,是快速、灵活装备与实现普遍服务的重要途径。无线接入目前虽大部分为窄带,但中宽带与宽带(Wideband and Broadband)无线接入,包括2.5G/3G移动接入、不对称IP接入及卫星接入已成为可能。而WLAN/WPAN/WBAN技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区(Pico-cell)型无线接入手段,加上毫微微小区Femtocell以及M2M-传感网/物联网(WSN/WVSN/Internet of Things)等助力,在构筑新世纪泛在/普适全球个人通信网络及无线连接世界方面将发挥其独特的重要作用。很明显,由于通用无线接入可综合包括宏大区、大区、小区、微小区、微微小区、毫微微小区、高速移动、全移动、半移动(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多种接入覆盖模式,可有效覆盖三维物理空间的任一角落及有效地在任何时候以各种适当手段连接至任何个人用户,它对未来全球个人通信的实际连接覆盖的普遍化与重要性显而易见。无线接入与Internet联合运作的所谓无线Internet/移动IP,以及更进一步以全球移动通信的演进发展沿2G→2G+(2.5G,2.75G)→3G→3G+→4G这一发展脉络,将及时大量运用及嵌入3G/4G,Bluetooth,WLAN/WPAN/WBAN之类新手段,进入所谓嵌入式(Embedded)世界,实现以Pico-cell小区个人接入为中心展开的无线个人域与物体域网络(WPAN/WBAN)时代。这将成为未来全球个人通信世界中的最重要环节之一。

  2 802.11x及其速率增强

  第二次世界大战后,无线通讯因在军事上应用的成功而受到重视,但缺乏广泛的通讯标准。于是,IEEE在1997年为无线局域网制定了第一个标准──IEEE 802.11,其中定义了媒体存取控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了在2.4GHz的ISM频段上工作,总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以以自组织(Ad Hoc)的方式进行,也可以在基站BS(Base Station)或访问点AP(Access Point)的协调下进行。为了在不同的通讯环境下取得良好的通讯质量,采用了CSMA/CA(Carrier Sense Multi Access/Ollision Avoidance)多址连接方式。IEEE 802.11标准最初主要用于解决办公室局域网和校园网中用户的无线接入,其业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mbit/s。之后,由于速率和传输距离都不能满足人们的需要,IEEE小组又相继推出了更高速率的标准802.11b和802.11a。802.11b支持较高速率达1Mbit/s,同样工作于2.4GHz ISM频段,亦称Wi-Fi(无线保真,Wireless Fedelity),可为笔记本电脑或桌面电脑提供完整的网络系统服务。802.11a为利用5GHz频段的WLAN方式,传输速率更高,可达25Mbit/s或更高,借助OFDM技术,其速率可高达54Mbit/s。它亦被称为Wi-Fi5,可适应话音、数据、图像等多媒体业务的需要。802.11x标准即由Wi-Fi联盟推进其产业化与应用工作。

  为使进入广泛商用的WLAN取得更高速率、更可靠的QoS及安全性,IEEE进行了一系列补充修订,向802.1x系列标准化努力,包括OFDM,高状态M-QAM调制与FEC技术,MIMO,CR,DFM等近代先进无线设备与网络技术的运用。

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关键字:WLAN  无线局域网

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0305/article_513.html
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