无线局域网
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无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
它利用射频(RF)技术,取代旧式的双绞铜线构成局域网络,提供传统有线局域网的所有功能,网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里,也能够随需移动或变化。
一、无线局域网规格标准为了让无线局域网技术能够被广为使用,这些技术必须要建立一种业界标准,以确保各厂商生产的设备都能具有相容性与稳定性。
这些标准是由美国IEEE(电机电子工程师协会,The Institute of Electrical and Electronics Engineers)所制定的,最早的规格是传输速度为2Mbps的IEEE 802.11,于1997年6月所提出,接着在1999年9月又提出了传输速度为54Mbps的IEEE 802.11a和传输速度为11Mbps的IEEE 802.11b,以下分别介绍无线局域网的主要规格标准。
IEEE802.11无线局域网标准1997年IEEE802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑,它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。
IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层,其物理层标准主要有IEEE802.11a,b 和g。
1.1 IEEE802.11b1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。
它可以支持最高11Mbps的数据速率,运行在2.4GHz的ISM频段上,采用的调制技术是CCK(直接序列扩频技术)。
传输距离可远到100公尺甚至更远,是目前市面上最多无线网路产品使用的标准。
Wi-Fi:Wireless-Fidelity的缩写,无线相容性认证IEEE(电气和电子工程师协会)为了推广无线网络的普及,特地对兼容802.11b 标准的网络设备进行验证,而符合该标准的设备就被打上了Wi-Fi的铭记,其它比如符合802.11a和802.11g 标准的设备,严格上说,不应该被称为Wi-Fi 。
1.2 IEEE802.11aIEEE802.11a工作5GHz频段上,使用OFDM(跳频扩频技术)调制技术可支持54Mbps的传输速率。
802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点,802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps);而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少,但价格相对较高。
另外,11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里,因此11a与11b互不兼容。
未来到底那一个规格会在如此激烈竞争的市场中出线成为主流,则有赖使用者本身的需求而定。
以802.11a 具备更高频宽的特性,适用于处理大量资料,如影音资讯的传递,或使用人数扩增的公众无线传输服务等当然是最主要的选择,但是对于一般上网使用者,采用802.11b系统即具备足够的速度,再加上其大众化的价格更是吸引人,消费者可依自身的需求与预算来决定应该购买何种商品。
1.3 IEEE802.11g为了解决上述问题,为了进一步推动无线局域网的发展,2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准,新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。
IEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准IEEE802.11g。
该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:其在2.4G频段使用OFDM调制技术,使数据传输速率提高到20Mbps以上;IEEE802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通,共存在同一AP的网络里,保障了后向兼容性。
这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡,延长了IEEE802.11b产品的使用寿命,降低用户的投资。
1.4 IEEE802.11nIEEE已经成立802.11n工作小组,以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。
802.11n工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的,由802.11g工作小组主席Matthew B. Shoemaker担任主席一职。
该工作小组计划在2003年9月召开首次会议。
IEEE802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上,最高速率可达320Mbps,成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。
和以往地802.11标准不同,802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段)。
这样11n保障了与以往的802.11a b, g标准兼容。
IEEE802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合,使传输速率成倍提高。
另外,天线技术及传输技术,使得无线局域网的传输距离大大增加,可以达到几公里(并且能够保障100Mbps的传输速率)。
IEEE802.11n 标准全面改进了802.11标准,不仅涉及物理层标准,同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能,优化数据帧结构,提高网络的吞吐量性能。
2、HyperLAN规格相较于美规的802.11a,发展较晚的欧规HyperLAN是由欧洲的欧洲通讯标准协会ETSI(The European Telecommunications Standards Institute)在BRAN(Broadband Radio Access Networks)所制定的,在欧洲设置455MHz的频宽使用。
该系列包含4个标准:HiperLAN1、Hiper LAN2、HiperLink和HiperAccess。
HiperLAN1、HiperLAN2用于高速WLAN接入;HiperLink用于室内无线主干系统;HiperAccess则用于室外对有线通信设施提供固定接入。
HyperLAN的技术是采用在5GHz上传输,并可用不同速度进行,最快可达到54Mbps,由于其是采用OFDM技术,所以不仅可以在室外传送,就连在室内有许多阻碍物亦可用多重路径的方式来传送,通常室内覆盖半径可达30公尺,户外可达到150公尺。
3、蓝牙(Bluetooth)技术蓝牙是种可在短距离之下,以低功率及低成本传送资料的无线传输介面标准,并确保不同厂商所制造的装置能彼此相互沟通使用,同时此传输介面必须能兼具语音及数据通讯能力。
相信大多数的人都不知道,其实蓝牙这个名词的由来是源自欧洲中世纪一位名叫Harald Bluetooth丹麦国王的名字,丹麦国王为何会和无线传输技术牵扯上关系呢?原因是这位名为Harald Bluetooth的丹麦国王一生致力于协调丹麦与挪威之间的纷争,最后统一瑞典、芬兰、丹麦,并在北欧历史上留下不灭的英名。
易利信行销人员认为他们在统一消费性电子商品世界所做的贡献可以媲美Harald Bluetooth 国王的功绩,所以就将易利信新一代的无线传输技术命名为「蓝牙」,希望能够透过蓝牙的技术,将每家业者所生产的设备都用统一的标准将各项配备相互连结。
蓝牙科技使用2.4 GHz之高频传输,该频段在世界各国都属于共通的频谱,没有干扰的问题,因此全球通用。
此外,运用蓝牙技术的传输器,可以与一般WAN或Internet做数据资料、语音的接取、沟通,且各项终端产品也可透过蓝牙技术彼此沟通联结。
4、HomeRF是IEEE802.11与DECT(数字无绳电话)的结合,原为家庭网络设计,旨在降低语音数据成本。
HomeRF工作在2.4GHz频段,它采用数字跳频扩频技术,速率为50跳/秒,并有75个带宽为1MHz 跳频信道。
调制方式为2FSK与4FSK。
数据的传输速率在2FSK方式下为1Mbps,在4FSK方式下为2Mbps。
在新版HomeRF2.x中,采用了WBFH(widebandfrequen cyhopping)技术把跳频带宽增加到了3MHz 和5MHz,跳频速率也增加到75跳/秒,数据传输速率达到了10Mbps。
尽管如此,在速率更快、技术更先进的802.11和HiperLAN的夹攻下,HomeRF已不被看好。
5、红外局域网系统采用波长小于1微米的红外线作为传输媒体,该频谱在电磁光谱里仅次于可见光,不受无线电管理部门的限制。
红外信号要求视距传输,方向性强,对邻近区域的类似系统也不会产生干扰,并且窃听困难。
实际应用中由于红外线具有很高的背景噪声,受日光、环境照明影响较大,一般要求的发射功率较高。
尽管如此,红外无线LAN仍是目前“100Mbps以上、性能价格比高的网络”唯一可行的选择,主要用于设备的点对点通信。
二、无线局域网调制技术:1、扩频技术Spread Spectrum,扩频技术主要分为“跳频技术”及“直接序列”两种方式。
这两种技术最初是第二次世界大战中军队所使用的技术,其目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的稳定性及保密性。
对于一个非特定的接收器,Spread Spectrum所产生的跳动讯号对它而言,只算是脉冲噪声。
因此对整体而言是一种较具安全性的通讯技术。
直接序列扩频技术(Direct Sequence Spread Spectrum)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。
跳频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum)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。
WLAN的FHSS与DSSS相比,更不易受到干扰。
这是因为FHSS的传输将在很宽的频带范围上来传送非常短的脉冲信号,干扰影响很小。
网络容量(带宽)方面。
DSSS WLAN的传输速度远远高于FHSS。
FHSS发送的脉冲一般是1MHz(最高3MHz),而DSSS则是22MHz。
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。
DSSS与FHSS各有利弊。