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| 無線局域網(wǎng)技術白皮書 |
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| 更新時間：2011-9-22 8:53:45 |
無線局域網(wǎng)技術白皮書 無線局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡與無線通信技術相結合的產物。它利用射頻（RF）技術，取代舊式的雙絞銅線構成局域網(wǎng)絡，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡所需的基礎設施不需再埋在地下或隱藏在墻里，也能夠隨需移動或變化。使得無線局域網(wǎng)絡能利用簡單的存取構架讓用戶透過它，達到“信息隨身化、便利走天下”的理想境界。WLAN是20世紀90年代計算機與無線通信技術相結合的產物，它使用無線信道來接入網(wǎng)絡，為通信的移動化，個人化和多媒體應用提供了潛在的手段，并成為寬帶接入的有效手段之一。 一、IEEE802.11無線局域網(wǎng)標準
1997年IEEE802.11標準的制定是無線局域網(wǎng)發(fā)展的里程碑，它是由大量的局域網(wǎng)以及計算機專家審定通過的標準。IEEE802.11標準定義了單一的MAC層和多樣的物理層，其物理層標準主要有IEEE802.11b,a和g。
1.1 IEEE802.11b
1999年9月正式通過的IEEE802.11b標準是IEEE802.11協(xié)議標準的擴展。它可以支持最高11Mbps的數(shù)據(jù)速率，運行在 2.4GHz的ISM頻段上，采用的調制技術是CCK。但是隨著用戶不斷增長的對數(shù)據(jù)速率的要求，CCK調制方式就不再是一種合適的方法了。因為對于直接序列擴頻技術來說，為了取得較高的數(shù)據(jù)速率，并達到擴頻的目的，選取的碼片的速率就要更高，這對于現(xiàn)有的碼片來說比較困難；對于接收端的RAKE接收機來說，在高速數(shù)據(jù)速率的情況下，為了達到良好的時間分集效果，要求RAKE接收機有更復雜的結構，在硬件上不易實現(xiàn)。
1.2 IEEE802.11a
IEEE802.11a工作5GHz頻段上，使用OFDM調制技術可支持54Mbps的傳輸速率。802.11a與802.11b兩個標準都存在著各自的優(yōu)缺點，802.11b的優(yōu)勢在于價格低廉,但速率較低（最高11Mbps）；而802.11a優(yōu)勢在于傳輸速率快（最高54Mbps）且受干擾少，但價格相對較高。另外，11a與11b工作在不同的頻段上,不能工作在同一AP的網(wǎng)絡里，因此11a與11b互不兼容。
1.3 IEEE802.11g
為了解決上述問題，為了進一步推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，2003年7月802.11工作組批準了802.11g標準，新的標準終于浮出水面成為人們對無線局域網(wǎng)關注的焦點。IEEE802.11工作組開始定義新的物理層標準IEEE802.11g。該草案與以前的802.11協(xié)議標準相比有以下兩個特點：其在2.4G頻段使用OFDM調制技術，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到５４Mbps；IEEE802.11g標準能夠與802.11b的WIFI系統(tǒng)互相連通，共存在同一AP的網(wǎng)絡里，保障了后向兼容性。這樣原有的WLAN系統(tǒng)可以平滑的向高速無線局域網(wǎng)過渡，延長了IEEE802.11b產品的使用壽命，降低用戶的投資。
1.4 IEEE802.11n
IEEE已經成立802.11n工作小組，以制定一項新的高速無線局域網(wǎng)標準802.11n。802.11n工作小組是由高吞吐量研究小組發(fā)展而來 的，由802.11g工作小組主席Matthew B. Shoemaker擔任主席一職。該工作在2003年9月召開首次會議。
IEEE802.11n計劃將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達 320Mbps，成為802.11b、802.11a、802.11g之后的另一場重頭戲。和以往地802.11標準不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作 模式（包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段）。這樣11n保障了與以往的802.11a b, g標準兼容。
IEEE802.11n計劃采用MIMO與OFDM相結合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術及傳輸技術，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。IEEE802.11n標準全面改進了802.11標準，不僅涉及物理層標準，同時也采用新的高性能無線傳輸技術提升MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結構，提高網(wǎng)絡的吞吐量性能。
二、 IEEE802.11無線局域網(wǎng)的物理層關鍵技術
隨著無線局域網(wǎng)技術的應用日漸廣泛，用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。但是在室內，這個較為復雜的電磁環(huán)境中，多徑效應、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使的實現(xiàn)無線信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道中困難，WLAN需要采用合適的調制技術。
IEEE802.11無線局域網(wǎng)絡是一種能支持較高數(shù)據(jù)傳輸速率（1-54Mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結構的自主管理的計算機局域網(wǎng)絡。其關鍵技術大致有三種：DSSS、CCK技術，和 PBCC，和OFDM。每種技術皆有其特點，目前，擴頻調制技術正成為主流，而OFDM技術由于其優(yōu)越的傳輸性能成為人們關注的新焦點。
2.1 DSSS調制技術 基于DSSS的調制技術有三種。最初IEEE802.11標準制定在1Mbps數(shù)據(jù)速率下采用DBPSK。如提供2Mbps的數(shù)據(jù)速率，要采用 DQPSK，這種方法每次處理兩個比特碼元，成為雙比特。第三種是基于CCK的QPSK，是11b標準采用的基本數(shù)據(jù)調制方式。它采用了補碼序列與直序列擴頻技術，是一種單載波調制技術，通過PSK方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率分為1，2,5.5和11Mbps。CCK通過與接收端的Rake接收機配合使用，能夠在高效率的傳輸數(shù)據(jù)的同時有效的克服多徑效應。IEEE802.11b使用了CCK調制技術來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達11Mbps。但是傳輸速率不能超過11Mbps，CCK為了對抗多徑干擾，需要更復雜的均衡及調制，實現(xiàn)起來非常困難。因此，802.11工作組，為了推動無線局域網(wǎng)的發(fā)展，又引入新的調制技術。
2.2 PBCC調制技術
PBCC調制技術是由TI公司提出的，已作為802.11g的可選項被采納。PBCC也是單載波調制，但它與CCK不同，它使用了更多復雜的信號星座圖。PBCC采用8PSK，而CCK使用BPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷積碼，而CCK使用區(qū)塊碼。因此，它們的解調過程是十分不同的。 PBCC可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為11，22和33Mbps。
2.3 OFDM技術
OFDM技術是一種無線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，而OFDM技術的主要思想：就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，從而有效的抑制無線信道的時間彌散所帶來的ISI。這樣就減少了接收機內均衡的復雜度，有時甚至可以不采用均衡器，僅通過插入循環(huán)前綴的方式消除ISI的不利影響。
由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。在各個子信道中的這種正交調制和解調可以采用IFFT和FFT方法來實現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術與DSP技術的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實現(xiàn)的。FFT的引入，大大降低了OFDM的實現(xiàn)復雜性，提升了系統(tǒng)的性能。
無線數(shù)據(jù)業(yè)務一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠遠大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。因此無論從用戶高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的需求，還是從無線通信自身來考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而OFDM容易通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。
由于無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會同時處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統(tǒng)在某種程度上抵抗這種干擾。
另外，同單載波系統(tǒng)相比，OFDM還存在一些缺點，易受頻率偏差的影響，存在較高的PAR。
OFDM技術有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第4帶移動通信的核心技術。IEEE802.11a/ g標準為了支持高速數(shù)據(jù)傳輸都采用了OFDM調制技術。目前，OFDM結合時空編碼、分集、干擾（包括符號間干擾ISI和鄰道干擾ICI）抑制以及智能天線技術，最大程度的提高物理層的可靠性。如再結合自適應調制、自適應編碼以及動態(tài)子載波分配、動態(tài)比特分配算法等技術，可以使其性能進一步優(yōu)化。
2.4 MIMO OFDM技術
MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。它可以定義為發(fā)送端和接收端之間存在多個獨立信道，也就是說天線單元之間存在充分的間隔，因此消除了天線間信號的相關性，提高信號的鏈路性能增加了數(shù)據(jù)吞吐量。
MIMO技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。研究表明，在瑞利衰落信道環(huán)境下，OFDM系統(tǒng)非常適合使用 MIMO技術來提高容量。采用多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)是提高頻譜效率的有效方法。我們知道，多徑衰落是影響通信質量的主要因素，但MIMO系統(tǒng)卻能有效地利用多徑的影響來提高系統(tǒng)容量。系統(tǒng)容量是干擾受限的，不能通過增加發(fā)射功率來提高系統(tǒng)容量。而采用MIMO結構不需要增加發(fā)射功率就能獲得很高的系統(tǒng)容量。因此將MIMO技術與OFDM技術相結合是下一代無線局域網(wǎng)發(fā)展的趨勢。
在OFDM系統(tǒng)中采用多發(fā)射天線實際上就是根據(jù)需要在各個子信道上應用多發(fā)射天線技術。每個子信道都對應一個多天線子系統(tǒng)。一個多發(fā)射天線的 OFDM系統(tǒng)。目前正在開發(fā)的設備由2組IEEE802.11a收發(fā)器、發(fā)送天線和接收天線各2個（2×2）和負責運算處理過程的MIMO系統(tǒng)組成，能夠實現(xiàn)最大108Mbit/秒的傳輸速度。支持AP和客戶端之間的傳輸速度為108Mbit/秒，客戶端不支持該技術時（IEEE802.11a客戶端的情況），通信速度為54Mbit/秒。
三、IEEE802.11無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡構成
WLAN網(wǎng)絡產品的多種使用方法可以組合出適合各種情況的無線聯(lián)網(wǎng)設計，可以方便地解決許多以線纜方式難以聯(lián)網(wǎng)的用戶需求。例如，數(shù)十公里遠的兩個局域網(wǎng)相聯(lián)：其間或有河流、湖泊相隔，拉線困難且線纜安全難保障，或在城市中敷設專線要涉及審批復雜，周期很長的市政施工問題，WLAN能以比線纜低幾倍 的費用在幾天內實現(xiàn)，WLAN也可方便地實現(xiàn)不經過大的施工改建而使舊式建筑具有智能大廈的功能。
WLAN的設備主要包括：無線網(wǎng)卡、無線訪問接入點、無線集線器和無線網(wǎng)橋，幾乎所有的無線網(wǎng)絡產品中都自帶無線發(fā)射/接收功能，且通常是一機多用。WLAN的網(wǎng)絡結構主要有兩種類型：無中心網(wǎng)絡和有中心網(wǎng)絡。
3.1 無中心網(wǎng)絡
無中心網(wǎng)絡(無AP網(wǎng)絡)也稱對等網(wǎng)絡或Ad-hoc網(wǎng)絡，它覆蓋的服務區(qū)稱IBSS。對等網(wǎng)絡用于一臺無線工作站（STA, Station）和另一臺或多臺其他無線工作站的直接通訊，該網(wǎng)絡無法接入有線網(wǎng)絡中，只能獨立使用。這是最簡單的無線局域網(wǎng)結構。一個對等網(wǎng)絡由一組有無線網(wǎng)卡的計算機組成。這些計算機要有相同的ESSID和密碼以及頻段。
對等網(wǎng)絡組網(wǎng)靈活，任何時間，只要兩個或更多的無線接口互相都在彼此的信號覆蓋范圍之內，它們就可以建立一個獨立的網(wǎng)絡。這些根據(jù)要求建立起來的典型網(wǎng)絡在管理和預先調協(xié)方面沒有任何要求。
對等網(wǎng)絡中的一個節(jié)點必需能同時"看"到網(wǎng)絡中的其他節(jié)點，否則就認為網(wǎng)絡中斷，因此對等網(wǎng)絡只能用于少數(shù)用戶的組網(wǎng)環(huán)境，比如4至8個用戶，并且他們離得足夠近。
3.2 有中心網(wǎng)絡
有中心網(wǎng)絡也稱結構化網(wǎng)絡。它由無線AP、無線工作站（STA）以及DSS構成，覆蓋的區(qū)域分BSS和ESS。無線訪問點也稱無線AP或無線 Hub，用于在無線STA和有線網(wǎng)絡之間接收、緩存和轉發(fā)數(shù)據(jù)。無線AP通常能夠覆蓋幾十個用戶，覆蓋半徑達上百米。
BSS由一個無線訪問點以及與其關聯(lián)（associate）的無線工作站構成，在任何時候，任何無線工作站都與該無線訪問點關聯(lián)。換句話說，一個無線訪問點所覆蓋的微蜂窩區(qū)域就是基本服務區(qū)。無線工作站與無線訪問點關聯(lián)采用AP的BSSID，在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。
擴展服務區(qū)ESS是指由多個AP以及連接它們的分布式系統(tǒng)組成的結構化網(wǎng)絡，所有AP必需共享同一個ESSID，也可以說擴展服務區(qū)ESS中包含多個BSS。分布式系統(tǒng)在IEEE802.11標準中并沒有定義，但是目前大都是指以太網(wǎng)。擴展服務區(qū)只包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡結構不包含網(wǎng)絡層及其以上各層。因此，對于高層協(xié)議比如IP來說，一個ESS就是一個IP子網(wǎng)。
四、 IEEE802.11無線局域網(wǎng)的操作
WLAN網(wǎng)絡的操作可分為兩個主要工作過程：工作站加入一個BSS，工作站從一個BSS移動到另一個BSS，實現(xiàn)小區(qū)間的漫游。一個站點訪問現(xiàn)存的 BSS需要幾個階段。首先，工作站開機加電開始運行，過后進入睡眠模式或者進入BSS小區(qū)。站點始終需要獲得同步信號，該信號一般來自AP接入點。站點則通過主動和被動掃頻來獲得同步
主動掃頻是指STA啟動或關聯(lián)成功后掃描所有頻道；一次掃描中，STA采用一組頻道作為掃描范圍，如果發(fā)現(xiàn)某個頻道空閑，就廣播帶有ESSID的探測信號；AP根據(jù)該信號做響應。被動掃頻是指AP每100毫秒向外傳送燈塔信號，包括用于STA同步的時間戳，支持速率以及其它信息，STA接收到燈塔信號后啟動關聯(lián)過程。
WLAN為防止非法用戶接入，在站點定位了接入點，并取得了同步信息之后，就開始交換驗證信息。驗證業(yè)務提供了控制無線局域網(wǎng)接入的能力，這一過程被所有終端用戶作為用來建立合法介入的身份標志
站點經過驗證后，關聯(lián)（Associate）就開始了。關聯(lián)用于建立無線訪問點和無線工作站之間的映射關系，實際上是把無線變成有線網(wǎng)的連線。分布式系統(tǒng)將該映射關系分發(fā)給擴展服務區(qū)中的所有AP。一個無線工作站同時只能與一個AP關聯(lián)。在關聯(lián)過程中，無線工作站與AP之間要根據(jù)信號的強弱協(xié)商速率，速率變化包括：11Mbps, 5.5Mbps, 2Mbps和1Mbps（以802.11b為例）。
工作站從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū)需要重新關聯(lián)。重關聯(lián)（Reassociate）是指當無線工作站從一個擴展服務區(qū)中的一個基本服務區(qū)移動到另外一個基本服務區(qū)時，與新的AP關聯(lián)的整個過程。重關聯(lián)總是由移動無線工作站發(fā)起。
IEEE802.11無線局域網(wǎng)的每個站點都與一個特定的接入點相關。如果站點從一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)，這就是處在漫游（Roaming）過程中。漫游指無線工作站在一組無線訪問點之間移動，并提供對于用戶透明的無縫連接，包括基本漫游和擴展漫游�；韭问侵笩o線STA的移動僅局限在一個擴展服務區(qū)內部。擴展漫游指無線SAT從一個擴展服務區(qū)中的一個BSS移動到另一個擴展服務區(qū)的一個BSS，802.11并不保證這種漫游的上層連接。近年來,無線局域網(wǎng)技術發(fā)展迅速，但無線局域網(wǎng)的性能與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比還有一定距離，因此如何提高和優(yōu)化網(wǎng)絡性能顯得十分重要。
五、無線局域網(wǎng)的優(yōu)化方式：移動IP, IEEE802.11e 與雙頻多模WLAN
近年來,無線局域網(wǎng)技術發(fā)展迅速，但無線局域網(wǎng)的性能與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比還有一定距離，因此如何提高和優(yōu)化網(wǎng)絡性能顯得十分重要。
5.1網(wǎng)絡層的優(yōu)化：移動IP
移動IP概述
由于Internet使用域名來轉換成IP地址，一個發(fā)給一個地址的分組總是路由到同一個地方，因此，IP地址是與一個物理網(wǎng)絡的位置相對應，傳統(tǒng) 的IP鏈接方式不能經受任何地址的變化。移動IP的引入解決了WLAN跨IP子網(wǎng)漫游的問題，是網(wǎng)絡層的優(yōu)化方案�？梢园岩苿覫P歸結為一句話：如果用戶可以憑一個IP地址進行不間斷跨網(wǎng)漫游，就是移動IP（RFC2002）。如前文所述，802.11無線局域網(wǎng)只規(guī)定了MAC層和物理層。為了保證移動站在擴展服務區(qū)之間的漫游，需要在其MAC層之上引入Mobile IP技術。
移動IP的無線局域網(wǎng)
移動主機（MN）在外地通過外地代理（FA）向位于家鄉(xiāng)的家鄉(xiāng)代理（HA）注冊,從而使HA得知MN當前的位置，從而實現(xiàn)了移動性。有了移動IP， 主機就可以跨越IP子網(wǎng)實現(xiàn)漫游。如圖１所示，ＩＰ子網(wǎng)的網(wǎng)關路由器旁連接一個FA，F(xiàn)A負責其下無線網(wǎng)段用戶的注冊認證。FA不斷地向本地子網(wǎng)發(fā)送代理通告，當移動終端進入子網(wǎng)Ａ時，接收到ＦＡ的代理廣播，獲得當?shù)谾A的信息，通過當?shù)谾A向HA注冊,經過認證后可以被授權接入，訪問Internet。 終端在本子網(wǎng)內部移動時，不斷監(jiān)測AP和FA的信號質量，通過一定的算法得出當前所有FA的優(yōu)先級，再根據(jù)指定的切換策略適時發(fā)起切換。如果只是在同一網(wǎng)段的AP間切換，因所處IP子網(wǎng)未變，不需要重新注冊，AP的功能可以支持這種二層的漫游。當終端在跨網(wǎng)段的AP間切換時，所處IP子網(wǎng)發(fā)生改變,此時必須通過新的FA向HA重新注冊，告知當前位置,以后的數(shù)據(jù)就會被ＨＡ轉發(fā)至新的位置。移動IP技術大大擴展了WLAN接入方案的覆蓋范圍,提供大范圍的移動能力，使用戶在移動中時刻保持Internet連接。
圖1.7 無線局域網(wǎng)移動IP的網(wǎng)絡結構 WLAN實現(xiàn)移動IP的問題
為實現(xiàn)移動IP，無線局域網(wǎng)要解決一些技術問題：
IP地址分配：用戶將獲得唯一的IP地址，如同使用移動電話時有一個唯一號碼。
應用透明性：無論上層應用采用何種上層協(xié)議都感覺不到移動的影響，這要求無縫移動性在IP層實現(xiàn)。
基礎設施：為保證服務品質不受影響，用戶在漫游時，帶寬和服務質量要有保證。
協(xié)議軟件：包括網(wǎng)絡側和用戶側的軟件，客戶端軟件須向服務器端軟件報告自己的信息，網(wǎng)絡側軟件則負責解析用戶的實際位置，鑒定用戶身份、分配權限，并提供預定的業(yè)務。
5.2 MAC層優(yōu)化：IEEE802.11e協(xié)議
概述
隨著用戶的增多，有線網(wǎng)絡中提出的業(yè)務要求，如視頻、語音等實時業(yè)務在WLAN中也將得到滿足。這些實時業(yè)務要求WLAN的MAC層能夠提供可靠的分組傳輸，傳輸時延低且抖動小。為此，IEEE 802.11工作組的媒體訪問控制(MAC—Medium Access Control)改進任務組(即E任務組)著手對目前802.11 MAC協(xié)議進行改進，使其可以支持具有QoS(Quality of Service)要求的應用。
IEEE802.11MAC協(xié)議
普通的802.11無線局域網(wǎng)MAC層有兩種通訊方式，一種叫分布式協(xié)同式（DCF），另一種叫點協(xié)同式。
分布式協(xié)同（DCF）基于具有沖突檢測的載波偵聽多路存取方法(CSMA/CA)，無線設備發(fā)送數(shù)據(jù)前，先探測一下線路的忙閑狀態(tài)，如果空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)，并同時檢測有無數(shù)據(jù)碰撞發(fā)生。使用這一方法存取這些信息。能協(xié)調多個用戶對共享鏈路的訪問，避免出現(xiàn)因爭搶線路而誰也無法通信的情況。它對所有用戶都一視同仁，在共享通訊介質時沒有任何優(yōu)先級的規(guī)定。
點協(xié)同方式（PCF）是指無線接入點設備周期性地發(fā)出信號測試幀，通過該測試幀與各無線設備就網(wǎng)絡識別、網(wǎng)絡管理參數(shù)等進行交互。測試幀之間的時間段被分成競爭時間段和無競爭時間段，無線設備可以在無競爭時間段發(fā)送數(shù)據(jù)。由于這種通訊方式無法預先估計傳輸時間，因此，與分布式協(xié)同相比，目前用得還比較少。
IEEE802.11e的EDCF機制
無論是分布式協(xié)同還是點協(xié)同，它們都沒有對數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)類型進行區(qū)分。因此，IEEE對分布式協(xié)同和點協(xié)同在QoS的支持功能方面進行增補，通過設置優(yōu)先級，既保證大帶寬應用的通訊質量，又能夠向下兼容普通802.11設備。
對分布式協(xié)同（DCF）的修訂標準稱為增強型分布式協(xié)同（EDCF）。增強型分布式協(xié)同（EDCF）把流量按設備的不同分成8類，也就是8個優(yōu)先級。當線路空閑時，無線設備在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須等待一個約定的時間，這個時間稱為“給定幀間時隙”(AIFS)，其長短由其流量的優(yōu)先級決定：優(yōu)先級越高， 這個時間就越短。不難看出，優(yōu)先級高的流量的傳輸延遲比優(yōu)先級低的流量小得多。為了避免沖突，在8個優(yōu)先級之外還有一個額外的控制參數(shù)，稱為競爭窗口，實際上也是一個時間段，其長短由一個不斷遞減的隨機數(shù)決定。哪個設備的競爭窗口第一個減到零，哪個設備就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，其它設備只好等待下一個線路空閑時段，但決定競爭窗口大小的隨機數(shù)接著從上次的剩余值減起。
對點協(xié)同的改良稱為混和協(xié)同(HCF)，混和查詢控制器在競爭時段探測線路情況，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時刻，并爭取最大的數(shù)據(jù)傳輸時間。
5.3物理層優(yōu)化：雙頻多模無線局域網(wǎng)
雙頻多模WLAN的引入
IEEE802.11工作組先后推出了802.11a、802.11b，和802.11g物理層標準。豐富多樣的標準提升了無線局域網(wǎng)的性能，同時帶來了新的問題。如前文所述802.11a和802.11b分別工作在不同頻段（802.11a工作在5GHz，而802.11b工作在2.4GHz）， 采用不同調制方式（802.11a采用OFDM，而802.11b采用CCK方式）。一個采用802.11b標準設備工作站進入一個802.11a標準的小區(qū)中（其AP節(jié)點采用802.11a的標準設備），無法與AP節(jié)點進行聯(lián)系。因此，其必須更換為同比標準的網(wǎng)絡設備，才能正常工作。這就是由不同物理層 標準，引起的網(wǎng)絡兼容性問題。
圖1.8 雙頻多模無線局域網(wǎng)結構示意圖 為了解決上述問題，使不同標準的網(wǎng)絡設備可以更為自由的移動，出現(xiàn)了一種無線局域網(wǎng)的優(yōu)化方式：“雙頻多�！钡墓ぷ鞣绞�。如同有線網(wǎng)的發(fā)展進程，現(xiàn)在有線網(wǎng)絡主要工作在多模方式下，例如10Mbps/100Mbps/1000Mbps混合的局域網(wǎng)加速了有線網(wǎng)絡的發(fā)展，成為有線局域網(wǎng)的主要工作方式。WLAN也開始走向“多模”發(fā)展趨勢。
雙頻多模WLAN簡述
所謂“雙頻”產品，是指可工作在2.4GHz和5GHz的自適應產品。也就是說，可支持802.11a與802.11b兩個標準的產品。由于 802.11b和802.11a兩種標準的設備互不兼容，用戶在接入支持802.11a和802.11b的公共無線接入網(wǎng)絡時，必須隨著地點而更換無線網(wǎng)卡，這給用戶帶來很大的不便。而采用支持802.11a/b雙頻自適應的無線局域網(wǎng)產品就可以很好的解決這一問題。雙頻產品可以自動辨認802.11a和 802.11b信號并支持漫游連接，使用戶在任何一種網(wǎng)絡環(huán)境下都能保持連接狀態(tài)。54Mbps的802.11a標準和11Mbps802.11b標準各有優(yōu)劣，但從用戶的角度出發(fā)，這種雙頻自適應無線網(wǎng)絡產品，無疑是一種將兩種無線網(wǎng)絡標準有機融合的解決方案,其需要的投資也很大。
隨著802.11g標準的誕生，雙頻產品隨后也將該標準融入其中，成為全方位的無線網(wǎng)絡解決方案。而這種可與三個標準互聯(lián)的產品叫做“雙頻三�！碑a 品，也稱雙頻多模（Dual Band and Multimode WLAN）�！半p頻三�！鳖櫭剂x，就是運行在兩個頻段，支持三種模式（標準）的產品。即同時支持802.11a/b/g三個標準自適應的無線產品，通過該產品，可實現(xiàn)目前大多無線局域網(wǎng)標準的互聯(lián)與兼容�？墒褂脩繇槙车馗咚俾斡�802.11a、b、g標準的無線網(wǎng)絡中。
圖1.9 雙頻多模WLAN接收發(fā)送端組成框圖 雙頻多模WLAN的應用
隨著802.11標準b, a和g不斷融合，雙頻多模無線局域網(wǎng)越來越顯示出其優(yōu)越性。首先，如前文所述b, a和g標準有其各自的優(yōu)勢和特點以及適合它們的工作環(huán)境。雙頻多模方式根據(jù)不同的環(huán)境，使用不同的標準，最大程度的發(fā)揮802.11標準的各自優(yōu)勢和特 點。其次，在熱點地區(qū)如車站，飛機場，倉庫，超市等，無線局域網(wǎng)的密度大，小區(qū)間的切換頻繁。雙頻多模的工作方式也是解決小區(qū)間無縫切換的問題的好的思路。
六、 無線局域網(wǎng)行業(yè)應用現(xiàn)狀
無線局域網(wǎng)的應用范圍非常廣泛，如果其應用劃分為室內和室外的話，室內應用包括大型辦公室、車間、智能倉庫、臨時辦公室、會議室、證券市場；室外應用包括城市建筑群間通信、學校校園網(wǎng)絡、工礦企業(yè)廠區(qū)自動化控制與管理網(wǎng)絡、銀行金融證券城區(qū)網(wǎng)、礦山、水利、油田、港口、碼頭、江河湖壩區(qū)、野外勘測實 驗、軍事流動網(wǎng)、公安流動網(wǎng)等。
6.1石油工業(yè)
油礦的地形起伏不平，敷設電纜后不易傳導，而且電纜穿過煉油廠可能是潛在的危險。無線網(wǎng)連接可提供從鉆井臺到壓縮機房的數(shù)據(jù)鏈路以便顯示和輸入由鉆井獲取的重要數(shù)據(jù)。海上鉆井平臺由于寬大的水域阻隔，數(shù)據(jù)和資料的傳輸比較困難。敷設光纜費用又很高，施工難度很大。使用無線網(wǎng)技術，費用不及敷設光纜的 十分之一，效率高，質量好。
6.2運輸行業(yè)
鐵路運輸貨場和碼頭貨場，由于大型吊車，運輸?shù)缆泛拓浳锿ǖ啦荒芊笤O電纜，使用步話機報告貨位和貨號極易產生差錯，無線計算機網(wǎng)絡可以把貨物情況和資料直接傳輸?shù)接嬎銠C中進行處理，大大提高了工作效率和服務質量，避免了不必要的差錯。
6.3醫(yī)療行業(yè)
現(xiàn)在很多醫(yī)院都有了計算機管理系統(tǒng)、大量的計算機病人監(jiān)護設備、計算機控制的醫(yī)療裝置和藥品等庫存計算機管理系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡可以使醫(yī)療專家和管理者在醫(yī)院內的任何地方使用移動和手持計算機設備方便地利用無線網(wǎng)，醫(yī)生和護士在設置計算機專線的病房、診室或急救中進行匯診、查房、手術時可以不必帶著沉重的病歷，而使用筆記本電腦實時記錄醫(yī)囑，并傳遞處置意見，查詢病人病歷和檢索藥品，還可以訪問中央專家系統(tǒng)以幫助診斷或預測藥物的相互作用和反應。
6.4制造行業(yè)
制造工廠往往不能敷設連到計算機的電纜，在加固混凝土的地板下面也無法敷設計算機電纜，空中起重機使人很難在空中布線，零備件及貨物運輸通道使得也不便在地面布線。這種情況使用數(shù)字化制造設備、數(shù)字采集裝置、機器人設備時應用無線網(wǎng)絡是很合適的。工程師和技術人員在進行檢修，更改產品設計，討論工程方案以及其他技術處理時，可以利用無線網(wǎng)在工廠車間或廠區(qū)的任何地方查閱技術檔案、工程工藝和過程圖，發(fā)出技術指令，請求技術求援，甚至和廠外專家討論問題。
6.5零售業(yè)
倉庫零備件和貨物的發(fā)送和貯存注冊可以使用無線鏈路直接為條形碼閱覽器、筆記本電腦和中央處理計算機進行連接，進行清查貨物，更新存儲記錄和出據(jù)清單。流動的工作人員直接使用手持設備就可以進行庫存管理和數(shù)據(jù)采集加工。
6.6 金融服務行業(yè)
銀行和證券、期貨交易業(yè)務都需要無線網(wǎng)絡的支持，把一個城市的銀行與其分布在城市各處的下屬機構相連。即使已經有了有線計算機網(wǎng)，為了避免由于線路等出現(xiàn)的故障，仍可使用無線計算機網(wǎng)做備份。在證券和期貨交易業(yè)務中，價格以"買"和"賣"的信息變化極為迅速、頻繁，利用手持通信器輸入信息，通過無線網(wǎng)絡迅速傳遞到計算機、報價服務系統(tǒng)和交易大廳的顯示屏，管理員、經紀人和交易者可以迅速利用信息進行管理和手持通信器進行交易。避免了用手勢、送話器和人工錄入及報價而產生的不準確和時間延誤而造成的損失。
6.7飲食、交通旅游服務行業(yè)
很多餐廳的服務員已經使用步話機或尋呼技術把餐廳中顧客需要的菜通知廚房，廚房也用同樣的辦法通知餐廳，顧客所需要的菜已經準備好了，這實際只是整個過程中的一部分。無線網(wǎng)絡可以進一步做到，由餐廳中走來走去的點菜服務員通過手持終端機把顧客的需求送入計算機，把菜單立即打印給廚房并且把做好的菜立即通知給服務員，當然也可以在手持終端機屏幕顯示的菜單上直接點菜，結賬時可通過同一個系統(tǒng)及時打印結賬單。旅館采用無線網(wǎng)，可以做到隨時隨地為顧客進行及時周到的服務。登記和記賬系統(tǒng)一經建立，顧客無論在區(qū)域范圍內的任何地點進行任何活動，比如在酒吧、健身房、娛樂廳或餐廳等都可以通過服務員的手持通信終端來更新記賬系統(tǒng)，而不必等待復雜的核算系統(tǒng)結果。
6.8比賽競技場
無線網(wǎng)可以用來完成比賽場館進行的各種競賽記分的處理、統(tǒng)計、發(fā)送和記錄存儲工作。也適合于一些文藝及其他競賽的比賽記分系統(tǒng)，特別是在那些多用途并進行多種比賽的場合。
6.9移動辦公環(huán)境
在辦公環(huán)境中使用無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以使辦公用的計算機具有移動能力，在網(wǎng)絡范圍內可實現(xiàn)計算機漫游。各種業(yè)務人員、部門負責人、工程技術專家和管理人員，只要有可移動計算機或筆記本電腦，無論是在辦公室、會議室、洽談室，甚至在宿舍都可通過無線網(wǎng)絡隨時查閱資料、獲取信息。
目前，越來越多的無線局域網(wǎng)產品投放市場，價格越來越低、覆蓋范圍也不斷增大，而依據(jù)規(guī)范開發(fā)網(wǎng)絡底層到應用層接口的中間件廠家也將有更多的應用產品投放市場。無線局域網(wǎng)已作為一種寬帶網(wǎng)絡解決方案得到了應用，可以預見，隨著網(wǎng)上多媒體技術的日益應用發(fā)展，傳輸速率更高的無線網(wǎng)絡設備將會涌現(xiàn)。所以，對無線局域網(wǎng)設備和服務的投資前景將會非常樂觀。總之，在無線局域網(wǎng)用戶和運營商的雙重推動下，未來兩年內，WLAN網(wǎng)絡的應用將會成為未來網(wǎng)絡的技術主流之一。 |
