8011無線網絡標準詳解

1、802.11無線網絡標準詳解1990年，早期的無線網絡產品WirelessLAN在美國出現(xiàn)，1997年IEEE802.11無線網絡標準頒布，對無線網絡技術的發(fā)展和無線網絡的應用起到了重要的推動作用，促進了不同廠家的無線網絡產品的互通互聯(lián)。1999年無線網絡國際標準的更新及完善，進一步規(guī)范了不同頻點的產品及更高網絡速度產品的開發(fā)和應用。一、1997年版無線網絡標準1997年版IEEE802.11無線網絡標準規(guī)定了三種物理層介質性能。其中兩種物理層介質工作在24002483.5GHz無線射頻頻段（根據(jù)各國當?shù)胤ㄒ?guī)規(guī)定），另一種光波段作為其物理層，也就是利用紅外線光波傳輸數(shù)據(jù)流。而直序列擴頻技術（D

2、SSS則可提供1Mb/S及2Mb/S工作速率，而跳頻擴頻（FHSS技術及紅外線技術的無線網絡則可提供1Mb/S傳輸速率（2Mb/S作為可選速率，未作必須要求），受包括這一因素在內的多種因素影響，多數(shù)FHSSK術廠家僅能提供1Mb/S的產品，而符合IEEE802.11無線網絡標準并使用DSSSft序列擴頻技術廠家的產品則全部可以提供2Mb/S的速率，因此DSSSK術在無線網絡產品中得到了廣泛應用。1 .介質接入控制層功能無線網絡（WLAN可以無縫連接標準的以太網絡。標準的無線網絡使用的是（CSMA/CA介質控制信息而有線網絡則使用載體監(jiān)聽訪問/沖突檢測（CSMA/CA,使用兩種不同的方法均是為了

3、避免通信信號沖突。2 .漫游功能IEEE802.11無線網絡標準允許無線網絡用戶可以在不同的無線網橋網段中使用相同的信道，或在不同的信道之間互相漫游，如Lucent的WavePOINT無線網橋每隔100ms發(fā)射一個烽火信號，烽火信號包括同步時鐘、網絡傳輸拓撲結構圖、傳輸速度指示及其他參數(shù)值，漫游用戶利用該烽火信號來衡量網絡信道信號質量，如果質量不好，該用戶會自動試圖連接到其他新的網絡接入點。3 .自動速率選擇功能IEEE802.11無線網絡標準能使移動用戶（MobileClient）設置在自動速率選擇（ARS模式下，AR砂能會根據(jù)信號的質量及與網橋接入點的距離自動為每個傳輸路徑選擇最佳的傳輸速

4、率，該功能還可以根據(jù)用戶的不同應用環(huán)境設置成不同的固定應用速率。4 .電源消耗管理功能IEEE802.11還定義了MACB的信令方式，通過電源管理軟件的控制，使得移動用戶能具有最長的電池壽命。電源管理會在無數(shù)據(jù)傳輸時使網絡處于休眠（低電源或斷電）狀態(tài)，這樣就可能會丟失數(shù)據(jù)包。為解決這一問題，IEEE802.11規(guī)定了AP接入點應具有緩沖區(qū)去儲存信息，處于休眠的移動用戶會定期醒來恢復該信息。5 .保密功能僅僅靠普通的直序列擴頻編碼調制技術不夠可靠，如使用無線寬頻掃描儀，其信息又容易被竊取。最新的WLA麻準采用了一種加載保密字節(jié)的方法，使得無線網絡具有同有線以太網相同等級的保密性。此密碼編碼技術早

5、期應用于美國軍方無線電機密通信中，無線網絡設備的另一端必須使用同樣的密碼編碼方式才可以互相通信，當無線用戶利用AP接入點連入有線網絡時還必須通過AP接入點的安全認證。該技術不但可以防止空中竊聽，而且也是無線網絡認證有效移動用戶的一種方法。1999版無線網絡標準該版本于1999年8月頒布。除原IEEE802.11的內容之外，增加了基于SNMP、議的管理信息庫（MIB）,以取代原OSI協(xié)議的管理信息庫。另外還增加了高速網絡內容：1.IEEE802.11a規(guī)定的頻點為5GHz用正交頻分復用技術（OFDM來調制數(shù)據(jù)流。OFDM技術的最大的優(yōu)勢是其無與倫比的多途徑回聲反射，因此特別適合于室內及移動環(huán)境。

6、2.IEEE802.11b工作于2.4GHz頻點，采用補償碼鍵控CCKM制技術。當工作站之間的距離過長或干擾過大，信噪比低于某個門限值時，其傳輸速率可從11Mb/s自動降至5.5Mb/s,或者再降至直序列擴頻技術的2Mb/s及1Mb/s速率。三、無線網絡前途無量建設符合IEEE802.11標準的無線網絡，不僅可以滿足目前的需要，而且日后網絡還可以平滑升級，可以有效地保護投資。目前IEEE802.11工作小組已成立了新的研究小組，對大信息流量及多工作組同時工作、流量控制及更安全的保密編碼、安全認證等技術問題進行研究，隨著無線網絡成本的不斷下調、配套技術的不斷完善、覆蓋范圍的不斷增大，無線網絡的應

7、用將會成為未來網絡的技術主流。6 02.11協(xié)議的重要技術指標由于無線局域網傳輸介質（微波、紅外線）非“有限”的有線，客觀上存在一些全新的技術難題，為此IEEE802.11協(xié)議規(guī)定了一些至關重要的技術機制。1 0CSMA/CA、議我們知道總線型局域網在MACB的標準協(xié)議是CSMA/CD即載波偵聽多路存取/沖突檢測（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）。但由于無線產品的適配器不易檢測信道是否存在沖突，因此802.11全新定義了一種新的協(xié)議，即載波偵聽多路存取/沖突避免CSMA/CAwithCollisionAvoidance）。一方面

8、，載波偵聽查看介質是否空閑；另一方面，沖突避免通過隨機的時間等待，使信號沖突發(fā)生的概率減到最小，當介質被偵聽到空閑時，優(yōu)先發(fā)送。不僅如此，為了系統(tǒng)更加穩(wěn)固，IEEE802.11還提供了帶確認幀ACK勺CSMA/CAfe一旦遭受其他噪聲干擾，或者由于偵聽失敗時，信號沖突就有可能發(fā)生，而這種工作于MACB的ACKt時能夠提供快速的恢復能力。2 .RTS/CTS協(xié)議RTS/CTS協(xié)議即請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議，相當于一種握手協(xié)議，主要用來解決“隱藏終端”問題?！半[藏終端”（HiddenStations）是指，基站A向基站B發(fā)送信息，基站C未偵測到A也向B發(fā)送，故A和C同時將信號發(fā)送至B,引起信號沖突，

9、最終導致發(fā)送至B的信號都丟失了?！半[藏終端”多發(fā)生在大型單元中（一般在室外環(huán)境），這將帶來效率損失，并且需要錯誤恢復機制。當需要傳送大容量文件時，尤其需要杜絕“隱藏終端”現(xiàn)象的發(fā)生。WaveLAN802.11提供了如下解決方案。在參數(shù)配置中，若使用RTS/CTSft、議，同時設置傳送上限字節(jié)數(shù)一一一旦待傳送的數(shù)據(jù)大于此上限值時，即啟動RTS/CTSB手協(xié)議：首先，A向B發(fā)送RTSW號，表明A要向B發(fā)送若干數(shù)據(jù)，B收到RTS后，向所有基站發(fā)出CTS信號，表明已準備就緒，A可以發(fā)送，其余基站暫時“按兵不動”，然后，A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，最后，B接收完數(shù)據(jù)后，即向所有基站廣播ACKft認幀，這樣，所有基站

10、又重新可以平等偵聽、競爭信道了。3 .信道重整當傳送幀受到嚴重干擾時，必定要重傳。因此若一個信包越大時，所需重傳的耗費（時間、控制信號、恢復機制）也就越大；這時，若減小幀尺寸一一把大信息包分割為若干小信包，即使重傳，也只是重傳一個小信包，耗費相對小得多。這樣就能大大提高WirelessLAN產品在噪聲干擾地區(qū)的抗干擾能力。當然,作為一個可選項，用戶若在一個“干凈”地區(qū)，也可以關閉這項功能。4 .多信道漫游人類是無限追求自由的，隨著移動計算設備的日益普及，我們希望出現(xiàn)一種真正無所羈絆的網絡接入設備。WaveLAN802.1僦是這樣的一種設備。傳輸頻帶是在接入設備AP（AccessPoint）上設

11、置的，而基站不須設置固定頻帶，并且基站具有自動識別功能，基站動態(tài)調頻到AP設定的頻帶，這個過程稱之為掃描（Scan）。IEEE802.11定義了兩種模式：被動掃描和主動掃描。被動掃描是指，基站偵聽AP發(fā)出的指示信號，并切換到給定的頻帶；主動掃描是指，基站提出一個探視請求，接入點AP回送一個包含頻帶信息的響應，基站就切換到給定的頻帶。WaveLAN802.1俅用的是主動掃描，并且能結合天線接收靈敏度，以信號最佳的信道確定為當前傳輸信道。這樣，當原來位于接入點AP（A）覆蓋范圍內的基站漫游到接入點AP（B）時，基站能自適應，重新以AP（B）為當前接入點。5 .可靠的安全性能WaveLAN身的發(fā)射功

12、率很小，小于35mV而且還被擴展到22MH恭寬。一方面，平均能量很低（15dBm,另一方面，不存在頻率單一的載波，因此很難被掃描跟蹤，這也是次項技術一直用于軍事上的原因。這些是物理上的安全機制，在軟件上，還采用了域名控制、訪問權限控制和協(xié)議過濾等多重安全機制；并且在有線同等保密（WEP方面，對于特殊用戶，可選以下附件：基于RC4加密（1988RS陽算法則）和密碼（40位加密鑰匙）。新一代Wi-Fi標準由Airgo、Bermai、Broadcom（博科通訊）、Conexant（科勝訊）、STMicroelectronics（意法半導體）及TexasInstruments（德州儀器）等業(yè)界大廠組成

13、的WWiS聯(lián)盟日前宣布將把一份完整的共同建議案提交給IEEE802.11TaskGroupN（TGr）,其目標是發(fā)展新一代Wi-Fi標準，并使它擁有100Mbps以上的持續(xù)數(shù)據(jù)產出能力，MIMO-OFDM是這種新技術的基礎。IEEE802.11n將成為無線網絡市場上特別重要的標準，因為它會運用和擴大這些功能，使其支持目前正在享受Wi-Fi連接技術優(yōu)點的眾多使用者。WWiSE弋表全球頻譜效率，它是提交給TaskGroupN所有建議案的重要元素，就這方面而言，WWiSEt議案的發(fā)展是以全球布署能力和向后兼容于所有其它Wi-Fi標準為主要的宗旨和強制要求，其它考量還包括數(shù)據(jù)速率必須符合重要區(qū)域市場的

14、全球電信法規(guī)要求，例如日本。這個建議案還包含由WWiS商提供的免權利金授權選項，主要目標是協(xié)助推動802.11n技術在世界各地的布署應用。WWiSEt議案是以目前獲得全球采用的20MHZ1道格式為基礎，世界各地已有超過數(shù)千萬部Wi-Fi裝置正在使用此格式，這種方法不但確?，F(xiàn)有Wi-Fi產品獲得支持，還可以改善Wi-Fi網絡在指定頻帶內的工作效能。除此之外，聯(lián)盟廠商也代表了組成Wi-Fi市場的半導體供應和消費領域重要交集，這將在發(fā)展廠商和最終產品制造商之間建立起堅強的合作關系。就技術層面而言，WWiSEt議案標示著802.11實作功能的重大進步，主要特點包括： 強制使用已經核準、現(xiàn)已存在且全球適

15、用的20MHZWi-Fi通道寬度，確保它在任何電信法規(guī)要求下都能立即使用和布署。 更強的MIMO-OFD破術，它是在2X2組態(tài)配置和一個20MHz®道的最低要求下達到135Mbps最大數(shù)據(jù)速率、進而降低實作成本的關鍵。這種技術還能大幅改善簡單的天線延伸或信道匯整技術。 利用4X4MIMO架構和40MHz通道寬度（只要主管單位允許）實現(xiàn)的540Mbps最高數(shù)據(jù)速率，它能替未來的裝置和應用提供持續(xù)發(fā)展的藍圖。 強制模式提供與5GH/口2.4GHZI帶內現(xiàn)有Wi-Fi裝置的向后兼容性與互用性，確保已安裝的設備仍能獲得強大支持。 先進的FEC編碼功能幫助實現(xiàn)最大覆蓋率和聯(lián)機距離，它適用于所有

16、的MIMOfi態(tài)和通道帶寬。新無線標準802.11n802.11n來龍去脈在當今各種無線局域網技術交織的戰(zhàn)國時代，WLAN藍牙、HomeRFUWB等競相綻放，但IEEE802.11系列的WLAN1應用最廣?O勺。自從1997年IEEE802.11標準實施以來，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等標準制定或者醞釀，但是WLANR然面對著“四不一沒有”的問題，即帶寬不足、漫游不方便、網管不強大、系統(tǒng)不安全和沒有殺手級的應用等。就像當今VoIP應用中一個全新的領域VoWLA那樣，雖被業(yè)內人士看作是WLA

17、NR有希望的殺手級應用，卻因為這四個“不”，很難進步發(fā)展。為了實現(xiàn)高帶寬、高質量的WLAN艮務，使無線局域網達到以太網的性能水平，802.11n應運而生。500Mbps的美妙前景在傳輸速率方面，802.11n可以將WLANJ傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps甚至高達500Mbps這得益于將MIMO多入多出）與OFDM正交頻分復用）技術相結合而應用的MIMOOFDM術，這個技術不但提高了無線傳輸質量，也使傳輸速率得到極大提升。應用前景：802.11n將使WLAI#輸速率達到目前傳輸速率的10倍，而且可以支持高質量的語音、視頻傳輸，這意味著人們可以在

18、寫字樓中用Wi-Fi手機來撥打IP電話和可視電話。在覆蓋范圍方面，802.11n采用智能天線技術，通過多組獨立天線組成的天線陣列，可以動態(tài)調整波束，保證讓WLANB戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其它信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到好幾平方公里，使WLA夠動性極大提高。應用前景：這使得使用筆記本電腦和PDA可以在更大的范圍內移動，可以讓WLA此號覆蓋到寫字樓、酒店和家庭的任何一個角落，讓我們真正體驗移動辦公和移動生活帶來的便捷和快樂。在兼容性方面，802.11n采用了一種軟件無線電技術，它是一個完全可編程的硬件平臺，使得不同系統(tǒng)的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現(xiàn)互通和兼容，這使得W

19、LAN勺兼容性得到極大改善。這意味著WLA幅不但能實現(xiàn)802.11n向前后兼容，而且可以實現(xiàn)WLANf無線廣域網絡的結合，比如3G.兩個陣營在爭標準讓人遺憾的是，802.11n現(xiàn)在處于一種“標準滯后、產品早產”的尷尬境地。802.11n標準還沒有得到IEEE的正式批準，但采用MIMOOFDM術的廠商已經很多，包括Airgo、Bermai、Broadcom以及杰爾系統(tǒng)、Atheros、思科、Intel等等，產品包括無線網卡、無線路由器等，而且已經大量在PC筆記本電腦中應用。主導802.11n標準的技術陣營有兩個，即WWiSEWorldWideSpectrumEfficiency）聯(lián)盟和TGnSy

20、nc聯(lián)盟。這兩個陣營都希望在下一代無線局域網標準之爭中處于優(yōu)先地位，不過兩大陣營的技術構架已經越來越相似，例如都是采用MIMOOFD或術，而且在8月2日有消息稱，他們已經決定不計前嫌，共同向美國電氣電子工程師學會（IEEE）遞交了802.11n的無線技術版本。在這激烈的競爭中，我們卻看不到中國的身影，讓我們不得不感到有些遺憾。這也是我們沒有核心技術的后果。標準之爭最終還是利益之爭，中國企業(yè)很難在WLA隈心技術方面取得巨大效益，這是很值得人們深思的。802.11n具體技術解析以前的無線傳輸技術，發(fā)展瓶頸就在覆蓋范圍和傳輸速率上。如果覆蓋范圍廣，那傳輸?shù)乃俣瓤隙〞兟?；如果傳輸速度上去了，那么覆蓋

21、范圍肯定要縮小。那么802.11n到底是如何去解決這些問題、如何去突破這個制約無線技術的瓶頸的呢？它包含了哪些具體的新技術呢？我們在這里將一一的去分析。OFD眼術OFD眼術是MCMMulti-CarrierModulation,多載波調制）的一種。其核心是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號問干擾，如圖1所示。另外，由于在OFDMS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

22、率。$isit死川?；»i53c5心臼即LowtbwidEMCppeiIbndE依還有，OFD眼術通過使用不同數(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，很好地解決了無線數(shù)據(jù)業(yè)務的非對稱性傳輸問題。同時，OFD陳統(tǒng)還在某種程度上抑制了由于窄帶干擾帶來的影響。盡管同單載波系統(tǒng)相比，OFDME存在一些缺點，例如易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比（PAR，但通過結合時空編碼、分集、干擾（包括符號問干擾ISI和鄰道干擾ICI）抑制以及智能天線技術，可以最大程度地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

23、。MIMCg術多入多出（MIMO技術是無線通信領域智能天線技術的重大突破。MIMOJ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。在室內，電磁環(huán)境較為復雜，多徑效應、頻率選擇性衰落和其他干擾源的存在使得實現(xiàn)無線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道困難，多徑效應會引起衰落，因而被視為有害因素。然而研究結果表明，對于MIMOS統(tǒng)來說，多徑效應可以作為一個有利因素加以利用。MIMOS統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道。MIMO勺多入多出是針對多徑無線信道來說的，如圖2所示。傳輸信息流S（k）經過空時編碼形成N個信息子流Ci（k）,i=1,N。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經

24、空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。發(fā)射特別是，這N個子流同時發(fā)送到信道,各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射、接收天線間的通道響應獨立，則MIMO（統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。MIMO等多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而可實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率，這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理。MIMOOFDM術MIMOOFDM術是通過在OFD聯(lián)輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質量，是聯(lián)合OFDM口MIMOS得到的一種新技術。它利用了時間、頻率和空間三種分集技術，使無

25、線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加，系統(tǒng)原理如圖3所示。MIMOOFDME要包括以下關鍵設計：發(fā)送分集、空間復用、接收分集、干擾消除、軟譯碼、信道估計、同步、自適應調制和編碼等技術，其中的技術細節(jié)在此不再冗述。OFDMMAC®優(yōu)化技術從網絡邏輯結構上來看，802.11只定義了物理層及介質訪問控制（MAC子層。MAC®提供對共享無線介質的競爭使用和無競爭使用，具有無線介質訪問、網絡連接、數(shù)據(jù)驗證和保密等功能。802.11n標準小組為了提升整個網絡的吞吐量，對MACS協(xié)議也進行了優(yōu)化，改變數(shù)據(jù)幀結構，增加了凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)，大大提升了網絡的吞吐量。

26、智能天線技術智能天線是一個由多組獨立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，該陣列的輸出與收發(fā)信機的多個輸入相結合，可提供一個綜合的時空信號。與單個天線不同的是，大線陣列系統(tǒng)能夠動態(tài)地調整波束的方向，以使每個用戶都獲得最大的主瓣，并減小了旁瓣干擾。這樣不僅改善了SINR（Signal-to-InterferenceandNoiseRatio，信號干擾和噪聲比），還提高了系統(tǒng)的容量，擴大了小區(qū)的最大覆蓋范圍，減小了移動臺的發(fā)射功率。智能天線的基本結構如圖4所示。口智能天線技術保障了能夠以不低于108Mbps的傳輸速率進行通信，同時可以作為蜂窩移動通信的寬帶接入部分，與無線廣域網更緊密地結合。一方面，802.11n可以為用戶提供高數(shù)據(jù)率的通信服務(比如視頻點播VOD在線觀看HDTV；另一方面，無線廣域網為用戶提供了更好的移動性。軟件無線電技術