WLAN和Bluetooth標準發展 - 無線局域網、藍牙技術及相關標準
1、 WLAN標準
1997年6月,IEEE推出了802.11標準,開創了WLAN先河;目前,WLAN領域主要是IEEE 802.11x系列與HiperLAN/x系列兩種標準。
a、 IEEE802.11x系列
802.11是1997年IEEE最初制定的一個WLAN標準。主要用于解決辦公室無線局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入,其業務范疇主要限于數據存取,速率最高只能達2Mbit/s。由于它在速率、傳輸距離、安全性、電磁兼容能力及服務質量方面均不盡人意,從而產生了其系列標準;
802.11b,將速率擴充至11Mbit/s,并可在5.5Mbit/s、2Mbit/s及1Mbit/s之間進行自動速率調整,亦提供了MAC層的訪問控制和加密機制,以提供與有線網絡相同級別的安全保護,還提供了可選擇的40位及128位的共享密鑰算法,從而成為目前802.11系列的主流產品。而802.11b+還可將速率增強至22Mbit/s;
802.11a,工作于5GHz頻段,借助OFDM技術,使最高速率提升至54Mbit/s;
802.11g,依然工作于2.4GHz頻段,與802.11b兼容,最高速率亦提升至54Mbit/s,其系列化為1、2、5、5、6、9、11、12、18、24、36、54Mbit/s。
802.11c為MAC/LLC性能增強;801.11d對應802.11b版本,解決那些不能使用2.4GHz頻段國家的使用問題;
802.11e則是一個瞄準擴展服務質量的標準,其分布式控制模式可提供穩定合理的服務質量,而集中控制模式可靈活支持多種服務質量策略;
802.11f用于改善802.11協議的切換機制,使用戶能在不同無線信道或接入設備點間可漫游;
802.11h可用于達到比802.11a更好地控制發信功率(借助/PC技術)和選擇無線信道(借助動態頻率選擇技術DFS),而與802.11e一道可適應歐洲的更嚴格的標準;
802.11i及802.1x主要著重于安全性,802.11i能支持鑒權和加密算法的多種框架協議,支持企業、公眾及家庭應用,802.1x的核心為具有可擴展認證協議EAP,可對以太網端口鑒權,擴展至無線應用;
802.11j的作用是解決802.11a與歐洲HiperLAN/2網絡的互連互通;
802.11/WNG解決IEEE802.11與歐洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN統一建成全球一致的WLAN公共接口;
802.11n已將速率增強至108/320Mbit/s;并已進一步改進其管理開銷及效率802.11/RRM與無線電資源管理有關的標準,以增強802.11的性能;
802.11/HT,以進一步增強802.11的傳輸能力,取得更高的吞吐量;
802.11Plus,擬制訂802.11WLAN與GPRS/UMTS之類多頻、多模運行標準,可有松耦合及緊耦合兩種類型。松耦合時兩種網絡分別部署,WLAN僅利用GPRS之類網絡的用戶數據庫,可通過Mobile IP(MIP)提供兩網絡間的移動性,通過RADUIS(Remote Access Dail—In User Service,遠程接入撥號用戶業務)實現AAA(Authentication Authorization Accounting,鑒權,授權和計帳),由于MIP可能導致高傳輸時延,從而不容易達到無縫隙會話切換;而緊耦合時,WLAN直接連至業務支持節點SGSN或標準化接口Gb、lu等,WLAN數據需經_LTGPRS之類核心網轉發,完全按GPRS方式進行AAA,此時,能在兩網絡間提供很強的移動性。為與藍牙在2.4GHz頻段較好共存,亦采用Ad hoc網絡拓撲結構及自適應跳頻信道分配技術
b、HiperLAN/x系列
HiperLAN是由ETSI的RESl0工作組提出的歐洲WLAN標準。工作頻段為5.12—5.30GHz及17.1—17.3GHz。早期的HiperLAN/1采用GMSK調制,最高傳輸速率為23.5Mbit/s,與當時技術上較成熟的IEEE802.11b相比,無明顯優勢;
HiperLAN/2采用OFDM作物理層手段,可將速率提高至54Mbit/s,并能有效對抗多徑干擾,以及與IEEE 802.11a共享一些相同部件,在較大范圍內取得較好的性能/價格比。其信道帶寬為22MHz,調制方式亦為OFDM--BPSK/QPSK/16/64QAM,系列化傳輸速率為6、9、12、18、27、36、54Mbit/s。
HiperLAN/2具備另一些長處,如其接入點可監視相應無線信道并自動選擇空閑信道,從而進行自動頻率分配,使系統部署簡單有效;數據通過移動終端與接入點間建立的信令鏈接進行傳輸,此面向鏈接的特征可容易實現QoS支持;與802.11協議只能由以太網作為支撐情況有不同,其協議棧具有很大靈活性,它既可作為交換式以太網的無線接入子網,也可作為3G蜂窩移動網絡的接入網,而且,這種接入對網絡層以上用戶部分來說完全透明,從而目前在固定網絡上的任何應用均可在HiperLAN/2上運行。
2、Bluetooth技術標準——IEEE 802.15x及16x系列
藍牙技術與無線局域網WLAN、無線城域網WMAN、無線廣域網WWAN一道,以藍牙規范1.1版為基礎已納入IEEE802.X.Y系列中,成為WPAN系列標準IEEE802.15x之一,即802.15.1標準。802.15x系列標準將以藍牙速率為基礎,向低速率、高速率、更高速率全面邁進。
IEEE802.15.1即相當藍牙技術標準。
802.15.2解決WPAN與WLAN之間的共存標準。
802.15.3標準作為高速WPAN接入,利用編碼調制技術,可實現高達55Mbit/s的高速傳輸,功耗及成本可較低,復雜性亦可比OFDM時低,可實現控制QoS的高質量聲音、視象多媒體傳輸。工作于2.4GHzlSM頻段,Ad hoc網絡結構,可由五種調制方式實現11—55Mbit/s速率傳輸:22Mbit/s時用編碼OQPSK,用2維8狀態(2D--8S)TCM QPSK及16/32/64QAM可實現們,33、44及55Mbit/s的高速傳輸,以滿足藍牙速率能力不足的圖象和視頻多媒體應用需求。
802.15.4標準針對諸如智能證卡,傳感器、節能,安保。家庭自動化等低速率WPAN需要,目標是比藍牙更簡單。低功耗、價廉、方便靈活的低速率連接。IEEE802.15.4工作組主要負責制定物理層及MAC層的協議,其余協議主要參照現有標準,高層應用、測試及市場推廣等方面工作將由ZigBee聯盟負責,由此實施802.15.4的應用技術常稱為ZigBee。ZigBee聯盟成立于2002年8月,由英國Inversys公司,日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司及荷蘭菲力浦半導體公司組成,至今已吸引了上百家芯片公司。無線設備公司和開發商加盟。ZigBee為此技術的商業化品牌命名,如上已提及,為象征蜂群(Bee)跳ZigBee(“之”字形)舞蹈方式來分享新發現的食物源的位置、距離、方向等信息,表達此繁榮的生存,發展的新通信方式。而且,802.15.4還吸引了其它標準化組織注意,如IEEEl451工作組正在考慮以此為基礎實現傳感器網絡(Sensor Network)。
IEEE802.15.3a目標是提供更高速率物理層增強,UWB即為一種可能的技術途徑。UWBG(Ultra WideBand Group)工業集團于1998年成立,至2002年2月其成員包括廠商及大學在內已超過540個,一些公司亦提議將UWB技術納入IEEE802.15.3s標準。
WLAN與Bluetooth的互補關系以及戰略意義
以Bluetooth技術為基礎的WBAN、WPAN和WLAN構成了完整的無線接入體系。一般認為WBAN連接距離最短,為圍繞人體、(物流等)物件或附屬其上,WPAN連接距離大多在10m左右以內,最高達100m左右;而無線局域網WLAN連接距離很多為數千米至一百多米,包括采用智能天線在內EIRP增強后或中繼室外運行時,其連接距離可增達數公里或更遠。由于其技術指標和市場定位不同,使得它們相互支持與補充,構成一種完整有效的WLAN/WPAN/WBAN無線接入。
近代,通用無線接入作為先進手段實施接入網的全部或部分功能,它已成為有線接入的有效支持、補充與延伸;是快速、靈活裝備與實現普遍服務的重要途徑。無線接入目前雖然大部分為窄帶,但中寬帶與寬帶(Wideband and Broadband)無線接入,包括2.5G/3G移動接入、不對稱IP接入及衛星接入已成為可能,而藍牙及WLAN/WPAN/WBAN技術可視為一種最接近用戶的短距離、微功率、微微小區(Pico--cell)型無線接入手段,在構筑新世紀全球個人通信網絡及無線連接世界方面將發揮其獨特重要的作用。很明顯,由于通用無線接入可綜合包括宏大區、大區、小區、微小區、微微小區、移動、半移動(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多種接入覆蓋模式,可有效覆蓋三維物理空間的任何一角落及有效地在任何時候連接至任何個人用戶,它對未來全球個人通信的實際連接覆蓋的普遍化與重要性顯而易見,而且無線接入與Internet聯合運作的所謂無線Internet/移動IP,以及更進一步以全球移動通信演進發展沿1G→2G→2G+(2.5G,2.75G)→3G→3G+→4G這一發展脈絡中,將及時大量運用及嵌入Bluetooth、WLAN/WPAN/WBAN之類新手段,進入所謂嵌入式(Embedded)世界,實現以Pico--cell小區個人接入為中心展開的無線個人域網絡(WPAN/WBAN)時代,這將成為未來全球個人通信世界中的最重要環節之一。因此,Bluetooth、WLAN/WPAN/WBAN技術的戰略意義將不言而喻。
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