智能無線應用無限——解讀無線網狀網技術

2019-11-05 02:43:03

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供稿：網友

　　技術特點
　　無線網狀網是基于ip協(xié)議的通信技術，它支持多點對多點的網狀結構，主要由移動互聯交換控制中心、智能接入點、無線路由器、PCMCIA 無線終端網卡四部分組成，整個網絡以移動互聯交換控制中心為中心建立。
　　
　　移動互聯交換控制中心通過網線與智能接入點直接相連，在智能接入點的四周相應位置安裝若干個無線路由器，以擴展通信范圍。
　　
　　網絡中持有筆記本電腦或掌上電腦等移動終端設備可以通過PCMCIA 的無線網卡以即插即用的方式接入網絡，從而確保所有用戶都可以隨時隨地快速接入無線寬帶網絡。
　　
　　無線網狀網的核心是移動跳接式路由技術(Mobile Ad Hoc)，這是它能實現移動寬帶的根本。在一些廠家的產品中還采用了QDMA (Quad Division Multiple access，是頻分多址、時分多址、碼分多址、帶有避免沖突的載波偵聽多路存取協(xié)議的結合技術)專利技術，提高了它的頻譜利用率和抗干擾特性。
　　
　　通常情況下，無線網狀網中具有全方向天線的無線路由器最大直線通信半徑為5公里，因此它可用于大范圍的無線通信，并可組建城域網。
　　
　　另外，無線網狀網可以通過相應的網關與Internet、Wi-Fi局域網、公共電話網等網絡聯接。
　　
　　在一般情況下，無線網狀網的最大數據傳輸速率為6Mbps，在時速為200公里的車輛上面，仍可保持1-1.5Mbps的帶寬，完全能夠滿足實時視頻傳輸的要求。
　　
　　無線網狀網是多點跳接系統(tǒng)。與此相對的有星型等聯接方式。
　　
　　星型聯接是指傳統(tǒng)的無線網絡中的每個終端都必須直接和接入點保持無線鏈接，這樣終端與接入點之間的距離將直接影響數據傳輸速率。終端離接入點越遠，數據傳輸速率越低。
　　
　　而無線網狀網在相距較遠的節(jié)點間通信時，數據包將通過多個節(jié)點的轉發(fā)，逐步傳遞到目的節(jié)點。假如一個終端距離接入點較遠時，信號將通過距離較近的另外一個終端將信號轉發(fā)給接入點。這樣，無線鏈路長度將被縮短，對天線的傳輸距離和性能要求以及所需發(fā)射功率也將降低，從而減少了信號間干擾。
　　
　　安全性能
　　無線網狀網最早起源于軍方技術，戰(zhàn)場上的移動網絡需要很高的數據速率、很低的被檢出概率和防止人為干擾的能力。所以，它也采取了很多措施來保障網絡的安全。
　　
　　無線網狀網采用了直序擴頻技術。直序擴頻是在發(fā)送端直接用具有高碼率的擴頻編碼去擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻編碼進行解擴，使擴頻信號還原為原始信號。
　　
　　它的優(yōu)點是：因信號在很寬的頻帶上被擴展，則單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低。這樣，信號將沉沒在噪聲之中，對方難于發(fā)現信號的存在，加之對方不知道擴頻編碼，就更難提取有用信號。因此，擴頻使信號的隱蔽性和抗干擾性增強。
　　
　　無線網狀網還采用了隧道封包的加密技術，即在發(fā)送端將所發(fā)的數據包外層再進行一次封包，只有相應的接收端才能將數據包的外層封包去掉，得到里面的數據。這樣，在發(fā)送端和接收端之間如同形成了一條安全的通信隧道。
　　
　　還有，無線網狀網中所有設備的硬件地址都是在網絡系統(tǒng)中注冊的，只有這些注冊的網絡設備在經過系統(tǒng)認證后，才能接入無線網絡與其他網絡設備進行通信，從而保障了安全性。
　　
　　由于無線網狀網不需要建立大型基站及發(fā)射塔，并且具有自愈和自組網的功能，因此消除了因個別通信設備，如基站或發(fā)射塔的故障(即單點故障)而導致整個系統(tǒng)通信受阻的隱患。
　　
　　抗干擾措施
　　無線網狀網的工作頻率可以根據用戶的需求定制，在全球范圍內正式投入商用的主要是在2.4GHz開放頻段，還有4.9GHz、900MHz、400MHz等專用頻段。
　　
　　無線網狀網采用的是直序擴頻技術，其技術本身具有很強的抗干擾特性。
　　
　　以2.4GHz頻段為例，無線網狀網工作在ISM2.4000GHz-2.4583GHz頻段，在這個頻段上廣泛應用的還有802.11b/g無線局域網。
　　
　　當兩種無線通信信號在同一時刻、同一頻段傳輸時，會發(fā)生沖突，產生干擾。導致干擾的三個主要因素是：信號傳輸交疊的頻率;信號傳輸交疊的時間點;有用信號和無用信號的功率強度。
　　
　　以上各種類型的干擾都會導致數據包沖突，最終造成丟包，當數據包丟失發(fā)生時，系統(tǒng)就會自動重發(fā)，直至傳輸成功，這勢必會造成網絡的延遲，影響網絡的性能和傳輸效率。
　　
　　采用QDMA技術的無線網狀網產品，使用了4個分離的、不重疊的信道，其中3個是數據信道，1個是控制信道。智能實時監(jiān)測數據信道和控制信道的功能使QDMA可以智能地選定3個數據信道中任何一個最理想的信道傳輸數據。而802.11b/g只能在2.4GHz頻段內的一個特定的信道傳輸數據。因此，當實時監(jiān)測發(fā)現干擾時，QDMA能自動地屏蔽掉發(fā)生沖突的信道，選用其他無干擾的信道，有效地避免了干擾的發(fā)生。
　　
　　同時，QDMA也答應手動控制屏蔽受干擾的信道。所以，無線網狀網的QDMA專利技術是控制沖突，抗干擾的最有效的措施。由于Wi-Fi只能工作在某一特定的信道內，無法有效地控制干擾的發(fā)生，抗干擾能力要遠遠低于無線網狀網，實際測試也充分證實了這一結論。同理，無線網狀網QDMA的智能監(jiān)測、多信道、自動選擇理想信道、自動屏蔽沖突信道功能也能有效地避免在公開頻段上與其他通信網絡發(fā)生干擾。
　　
　　網絡性能
　　無線網狀網中的每臺設備都可直接通信，或者通過網絡的轉發(fā)而連接到其他設備。這種網絡免去了昂貴的蜂窩塔的需求，同時也免除了由于通信鏈路集中而造成的傳輸瓶頸。因此，網絡的傳輸速率和頻率利用率都非常高。
　　
　　無線網狀網可以自行建網，這意味著系統(tǒng)中任何一個通信設備在打開電源后，將自動搜尋、發(fā)現和加入現有的網絡，各通信設備間的路由和鏈接將隨之自動形成。并且，該網絡系統(tǒng)可以在任何地點，不依靠任何其他的移動和固定通信網絡設備，迅速的被建立。例如可以在建筑物內、隧道中、以及偏遠地區(qū)建立該網絡系統(tǒng)。
　　
　　由于無線網狀網有著良好的移動性能，移動的節(jié)點要求網絡的拓撲結構是動態(tài)的，網絡必須不斷地掃描鏈路和建立通信路徑。在自組網絡內部，每個節(jié)點都作為路由器，并為其他節(jié)點轉發(fā)信息包。
　　
　　由于無線網狀網中的每個終端都能通過相鄰終端或其他網絡設備的路由和轉發(fā),而與距離較遠的其他終端或者網絡接入點進行通信。
　　
　　因此，在某些用戶密集的地區(qū)當接入點負載過重的時候，網絡系統(tǒng)會利用路由和轉發(fā)的功能自動地將一部分用戶的通信鏈接轉移到其他的接入點上，從而平衡了整個網絡的負載，進而使網絡性能得以保障。由于大量的通話要求，使某個基站負載過重而造成網絡的堵塞，在目前的公共移動電話網絡上經常發(fā)生。但對于無線網狀網，即使發(fā)生這樣的情況時，該網絡通信系統(tǒng)也依然能正常工作。
　　
　　無線網狀網具備獨立于衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS的定位功能。網絡中的無線路由器和智能接入點等固定設備可被作為定位的固定參考點。這些固定參考點將通過測量無線終端反饋回來的無線電信號可計算出終端的位置，再通過三個以上的固定參考點的測量結果對其位置進行修正，從而最終得出終端的準確位置。該定位系統(tǒng)的誤差在時速200公里的情況下1秒鐘之內不超過10米。

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