無線局域網技術、藍牙技術及相關標準

2019-11-05 02:36:19

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　　WLAN和Bluetooth簡介
　　無線局域網（WLAN）顧名思義是一種借助無線技術取代以往有線布線方式構成局域網的新手段，可提供傳統有線局域網的所有功能，它是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它為通用無線接入的一個子集，它支持較高傳輸速率(2--54Mbit／s，甚至更高)，利用射頻無線電或紅外線，借助直接序列擴頻(DSSS)或跳頻擴頻(FHSS)、GMSK、OFDM等技術，甚至將來的超寬帶傳輸技術UWBT，實現固定、半移動及移動的網絡終端對INTERNET網絡進行較遠距離的高速連接訪問。因此，原則上它的目前速率尚較低，主要適用于手機、掌上電腦等小巧移動終端。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IEEE802.11x系列與HiperLAN／x系列兩種標準。
　　
　　藍牙技術想法是產生于1994年EriCSSon推出了解決無線連線問題的技術開發計劃，產生了推進無線連線與個人接入的想法。1997年Ericsson、IBM、INTEL，NOKIA及TOSHIBA這5個世界聞名的無線設備及計算機、半導體設備制造公司商議建立一種全球化的無線通信個人接入與無線連線新手段，后定名為“藍牙”(Bluetooth)。1998年5月正式發起成立了“藍牙非凡愛好組織”BSIG(Blueteooth　Special　Interest　Group)，簡稱藍牙SIG。1999年11月美國4家聞名公司Motorola、LUCent、Microsoft及3Com加盟BSIG，成為BSIG的9個發起成員，使藍牙技術的發展獲得了更強有力的支持，并顯示出更明朗的前景。現今，BSIG的參加成員已大于2500個，其發展勢頭令人觸目。目前藍牙信道帶寬為1MHz，異步非對稱連接最高數據速率723．2kbit／s；連接距離多半為10m左右，甚至為個人飾物，亦可屬物體域網(WBAN)范疇。藍牙速率亦擬進一步增強，新的藍牙標準2．0版擬支持高達10Mbit／s以上速率(4、8及12Mbit／s—20Mbit／s)，估計在2004年以后推出，這是適應未來愈來愈多寬帶多媒體業務需求的必然演進趨勢。
　　
　　WLAN與Bluetooth技術特征
　　•藍牙系統的基本特征
　　
　　藍牙系統結構的基本特征可從下述諸方面獲得理解：(1)網絡拓撲；(2)交換模式；(3)節能模式；(4)抗干擾性能；(5)鑒權、加密；(6)話音編碼；(7)軟件結構。
　　
　　藍牙的軟件體系是一個獨立的操作系統，不與任何操作系統捆綁；適用于幾種不同商用操作系統的藍牙規范正在完善中。藍牙協議體系中設計協議和協議棧的主要原則為盡可能利用現有各種高層協議，保證現有協議與藍牙技術融合及各種應用之間的互通性，充分利用兼容藍牙技術規范的軟硬件系統和藍牙技術規范的開放性，便于普遍開發新的應用。
　　
　　藍牙軟件結構標準包括Core(核心)和PRofile(應用協議棧)兩大部分。Core為藍牙協議核心，主要定義藍牙的技術細節，Profile定義相應的實現協議棧，這樣即可為全球兼容性奠定基礎。
　　
　　藍牙標準主要定義的是底層協議，也定義了一些高層協議和相關接口。具體協議分為4層：核心協議（藍牙連接治理協議LMP、藍牙邏輯鏈路控制與適配協議L2CAP、服務檢測協議SDP）、藍牙電纜替代協議RFCOMM、電話傳送控制協議TCB　BIN／AT、與Internet應用相關的一些高層協議（PPP、UDP／TCP／IP、OBEX／vCard／vCal、IrMC、E—mail、WAP和WAE等）。
　　
　　對藍牙系統結構基本系統參數及指標要求可歸納如下：
　　
　　工作頻段：ISM頻段2.402GHz—2.480GHz；
　　
　　雙工方式：TDD；
　　
　　業務類別：同時支持電路交換及分組交換業務；
　　
　　數據標稱速率：1Mbit／s；
　　
　　異步信道速率：非對稱連接723.2kbit／s／57.6kbit／s；
　　
　　對稱連接：433.9kbit／s(全雙工模式)；
　　
　　同步信道速率：64kbit／s(3個全雙工信道)；
　　
　　信道間隔：1MHz；
　　
　　信道數：79；
　　
　　發射功率及覆蓋：0dBm(1mW)，1—10m覆蓋，20dBm(100mW)，擴展至1O0m覆蓋；
　　
　　跳頻頻點數：79個頻點／MHz(2408+k(MHz)，k=0，1，2……78)；
　　
　　跳頻速率：1600次／s；
　　
　　工作模式：Active／Sniff／Hold／Park；
　　
　　數據連接方式：面向連接業務SCO(話音，電路交換、預留時隙)、無連接業務ACL(分組數據、分組交換、輪詢)；
　　
　　糾錯方式：1／3FEC(3bit重復碼)，2/3FEC(截短Hamming碼)，CRC—16，ARQ；
　　
　　鑒權：反應邏輯算術方式；
　　
　　密鑰：以8bits為單位增減，最長128bits；
　　
　　安全機制：鏈路級，認證基于共享鏈路密鑰詢問／響應機制，認證和加密密鑰生成基于SAFER+算法；
　　
　　話音編碼方式：CVSD或對數PCM；
　　
　　網絡拓撲結構：Ad　hoc(無中心自組織)結構，Piconet及Scatternet；
　　
　　•WLAN的基本特征
　　
　　(1)較高傳輸速率及較遠連接距離。
　　
　　WLAN的采用OFDM技術后的最高傳速率可高達54Mbit／s，遠高于目前藍牙的最高標稱數據速率1Mbit／s；并且，IEEE　802.11b WLAN系統終端用戶共享11Mbit／s速率，而藍牙最高通信速率僅為723.2kbit／s。在通信距離方面，雖然WLAN速率越高距離越短，但一般來說室內連接距離可大于100m，室外可達數百米或者更遠。因此，速率與距離方面，WLAN的優勢是明顯的。
　　
　　(2)較高頻譜利用效率
　　
　　輕易理解，采用OFDM技術借助多狀態調制處理的WLAN可取得較高的頻譜利用效率，若進一步結合區域覆蓋能力綜合評價其容量能力與頻譜利用效率則可有下述結果：藍牙系統為30000bit／(s.qm2)，IEEE802.11a系統83000bit／(s.qm2).
　　
　　(3)較適宜高速INTERNET連接及高質量多媒體傳輸
　　
　　這是能以較高速率傳輸的必然結果。
　　
　　WLAN和Bluetooth標準發展
　　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；并已進一步改進其治理開銷及效率802.11／RRM與無線電資源治理有關的標準，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，從而不輕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具備另一些優點，如

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