基于WLAN和WiMAX的全方位寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)解析
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WLAN即無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，結合了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢，以無(wú)線(xiàn)信道為傳輸介質(zhì)，實(shí)現在短距離內的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信。 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的基礎還是傳統的有線(xiàn)局域網(wǎng)，它只是在有線(xiàn)局域網(wǎng)的基礎上通過(guò)無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(AP)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡等設備使無(wú)線(xiàn)通信得以實(shí)現。
WLAN具有易安裝、易擴展、易維護、可移動(dòng)性、速率高、使用開(kāi)放頻段等諸多特點(diǎn)，無(wú)論企業(yè)、個(gè)人，還是運營(yíng)商都已經(jīng)認同了WLAN在無(wú)線(xiàn)數據傳輸方面的優(yōu)勢。WLAN可與目前廣泛應用的以太網(wǎng)無(wú)縫地結合，使用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)、進(jìn)行在線(xiàn)交易、遠程辦公等各種應用。隨著(zhù)應用領(lǐng)域的不斷擴展，各種業(yè)務(wù)應用對WLAN提出了更高的要求，比如速率、安全、QoS、漫游等方面。此外，除了數據傳輸以外，WLAN還有望在無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音方面有所突破。下面簡(jiǎn)單介紹一下目前WLAN的發(fā)展熱點(diǎn)領(lǐng)域。
1.速率
帶寬是一切業(yè)務(wù)的基礎。目前廣泛使用的WLAN設備是基于802.11b標準的，最高無(wú)線(xiàn)速率可達到11Mbps。實(shí)際上，由于WLAN標準的無(wú)線(xiàn)幀頭開(kāi)銷(xiāo)、接入控制等，用戶(hù)真正獲得的速率只能達到最高速率的一半左右。802.11a和802.11g 設備的無(wú)線(xiàn)接口速度在54Mbps，實(shí)際吞吐量最大也只有30Mbps左右。目前IEEE 802.11n工作組正在制定更高速率的WLAN標準，可將速率增強至108/320Mbps;并進(jìn)一步改進(jìn)其管理開(kāi)銷(xiāo)及效率，以增強WLAN的性能。
2.安全
WLAN通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號傳輸來(lái)實(shí)現數據通信，與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的最大區別就是任何無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、接入點(diǎn)都可以收到無(wú)線(xiàn)信號，因此對WLAN網(wǎng)絡(luò )的安全性一直是WLAN討論的熱點(diǎn)。除了廣泛應用的SSID、ACL和WEP外，為了提高WLAN網(wǎng)絡(luò )的安全，最近IEEE通過(guò)的802.11i標準將對WLAN網(wǎng)絡(luò )的安全性產(chǎn)生深遠的影響。
IEEE802.11i標準結合802.1x中的用戶(hù)端口身份驗證和設備驗證，對WLAN的MAC層進(jìn)行修改和規范，定義了嚴格的加密格式和鑒權機制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i標準主要包括兩項內容：Wi-Fi保護訪(fǎng)問(wèn)WPA(Wi-FiProtected Access)技術(shù)和強健安全網(wǎng)絡(luò )RSN技術(shù)。WPA技術(shù)采用臨時(shí)密鑰完整性協(xié)議TKIP(Temporary Key Integrity Protocol)及運算法則，以提高WEP的安全性。TKIP像WEP一樣也是基于RC4加密，但創(chuàng )建密鑰的方法有所不同，它能提供快速更新密鑰的功能，解決了WEP脆弱性的缺憾。RSN以802.1x協(xié)議和可擴展身份驗證協(xié)議EAP為依據，采用高級加密標準AES，在接入點(diǎn)和移動(dòng)設備之間使用動(dòng)態(tài)身份驗證和加密運算法則，以實(shí)施更強大的加密和信息完整性檢查。
3.QoS
因為目前WLAN沿襲了以太網(wǎng)的共享機制，所以對于不同類(lèi)型業(yè)務(wù)的幾乎不做任何區分。這樣，對于VoIP、視頻這些對時(shí)延、帶寬和丟包率等屬性要求較高的應用來(lái)說(shuō)，無(wú)法提供必要的保證。因此IEEE特別成立802.11e任務(wù)組，細化802.11的MAC層，以改善QoS。定義了兩種方案：增強型分布式信道訪(fǎng)問(wèn)(EDCA)和混合協(xié)調功能(HCF)。EDCA是傳統有線(xiàn)局域網(wǎng)的排隊機制的擴展，為數據包被加上標記并利用區分優(yōu)先次序的信道訪(fǎng)問(wèn)功能傳輸。支持8類(lèi)通信優(yōu)先分級，能直接實(shí)現與RSVP優(yōu)先級協(xié)議間的映射。HCF是一種查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)機制，在使用時(shí)不同的傳輸流被分配給專(zhuān)用的通信時(shí)隙。這兩種機制結合起來(lái)可保持網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)用戶(hù)之間的QoS控制。
4.漫游 針對無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)用戶(hù)在接入點(diǎn)之間的漫游問(wèn)題，IEEE工作組制定了802.11f協(xié)議，詳細闡述了接入點(diǎn)內部協(xié)議IAPP(Inter-AccessPoint Protocol)，IAPP協(xié)議旨在向用戶(hù)提供AP間的移動(dòng)功能，以滿(mǎn)足用戶(hù)對移動(dòng)性的需求。它的主要功能是便于擴展服務(wù)集ESS的創(chuàng )建和維護，支持802.11移動(dòng)終端在A(yíng)P間的移動(dòng)，保證每個(gè)移動(dòng)終端在確定時(shí)刻與AP間只有一個(gè)連接關(guān)系。 5.語(yǔ)音應用 VoIP目前已經(jīng)得到了大眾的普遍接受，同時(shí)人們可通過(guò)WLAN可方便地接入網(wǎng)絡(luò )，這兩種優(yōu)勢技術(shù)結合起來(lái)就出現了VoWLAN應用。目前已經(jīng)有Wi-Fi手機面世，但限于WLAN的覆蓋范圍，主要還是在企業(yè)內部使用，未來(lái)有可能在數字家庭領(lǐng)域有所應用。還有一些設備廠(chǎng)商，正在開(kāi)發(fā)WLAN+GSM或CDMA雙模手機，使得WLAN語(yǔ)音應用與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )有機結合起來(lái)。
WLAN技術(shù)的發(fā)展是與應用需求息息相關(guān)的，用戶(hù)對移動(dòng)的廣泛性和速率的高帶寬的要求都在不斷地提高，標準組織和設備廠(chǎng)商、運營(yíng)商正在積極開(kāi)發(fā)相關(guān)的標準和產(chǎn)品、服務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。一方面，應用新的標準和技術(shù)解決目前存在的技術(shù)難題和設備缺陷;另一方面，通過(guò)與其他技術(shù)的融合實(shí)現技術(shù)優(yōu)勢互補，達到各種技術(shù)共同發(fā)展。
WiMAX：無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的新銳 1.標準情況 當前所稱(chēng)的WiMAX標準通常是指2004年6月IEEE通過(guò)的IEEE802.16d標準，是涵蓋IEEE802.16和IEEE802.16a 的完全版本，包括所有LOS和NLOS頻段(2-66GHz)以及2-11GHz的系統實(shí)現框架(Profiles)。也可以將WiMAX技術(shù)廣義地理解為當前WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)論壇所推廣的IEEE 802.16系列標準。 2.WiMAX的優(yōu)勢 WiMAX的優(yōu)勢主要表現在這一技術(shù)集成了Wi-Fi無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的移動(dòng)性與靈活性、以及DSL與CableModem等基于線(xiàn)纜的傳統寬帶接入技術(shù)的高帶寬特性和相對理想的QoS服務(wù)質(zhì)量。這其中最突出的表現是其較 理想 的非視距傳輸特性、靈活的部署與配置伸縮性、優(yōu)秀的QoS服務(wù)質(zhì)量和強大的安全性。 WiMAX基于動(dòng)態(tài)適應性信號調制模式，因而使這一技術(shù)不僅具備遠距離信號傳輸能力和穿越樹(shù)木和建筑物等障礙物的非視距傳輸能力，而且具有較強的信號反射容錯能力。同時(shí)，這種調制模式還能夠使服務(wù)商基站根據信號強弱調整帶寬，以確保與用戶(hù)的正常連接 WiMAX還提供了包括靈活的信道規劃在內的部署與配置伸縮性，使運營(yíng)商能夠根據所擁有的許可，或無(wú)需許可 頻段資源靈活規劃信道帶寬，并根據用戶(hù)群體狀況不斷升級擴展網(wǎng)絡(luò )。如對擁有20MHz頻譜的運營(yíng)商而言，既可以將其劃分為2個(gè)10MHz信道、也可以將其劃分為4個(gè)5MHz信道。 WiMAX還提供了可滿(mǎn)足語(yǔ)音和低延遲視頻服務(wù)應用的QoS服務(wù)質(zhì)量支持，并且能夠使運營(yíng)商基于同一基站同時(shí)支持采用E1類(lèi)型連接的企業(yè)用戶(hù)和采用DSL等類(lèi)型連接的家庭消費用戶(hù)。對于城郊與農村等偏遠地區而言，可提供對語(yǔ)音通信的支持。
另外，為了保護用戶(hù)信息安全、尤其是為滿(mǎn)足企業(yè)用戶(hù)對商業(yè)應用數據安全的需求，WiMAX技術(shù)還提供了隱私與加密保護，可通過(guò)身份認證與數據加密等途徑，保障數據傳輸安全。
3.應用 作為一種面向最后一公里接入領(lǐng)域的無(wú)線(xiàn)LAN技術(shù)，WiMAX可以廣泛應用于多個(gè)寬帶相關(guān)領(lǐng)域。尤其是在城郊和農村等DSL與CableModem服務(wù)有效覆蓋范圍以外、或不便于部署傳統寬帶接入技術(shù)的區域。在這種情況下，WiMAX將成為具有優(yōu)勢的寬帶接入選擇，并有望推動(dòng)802.11無(wú)線(xiàn)熱點(diǎn)與家庭或小型辦公領(lǐng)域無(wú)線(xiàn)LAN的部署。 WiMAX論壇下的CPWG(ContributiontoServiceProvider Working Group)工作組在2004年12月的WiMAX網(wǎng)絡(luò )規范要求中對WiMAX網(wǎng)絡(luò )所支持的應用做了規定，分為三種應用，分別是：普通IP應用，高級IP應用和非IP應用。 (1)普通IP應用 應該支持非實(shí)時(shí)IP應用，比如FTP，e-mail，Web瀏覽，遠程訪(fǎng)問(wèn)VPN等。普通服務(wù)的特點(diǎn)是盡力而為服務(wù)，即對這些服務(wù)沒(méi)有確定的QoS保證。 (2)高級IP應用 支持所有準實(shí)時(shí)應用，比如音頻/視頻(A/V)流，VoIP，多媒體IP會(huì )議，IMS(IP多媒體子系統)應用，MBS(組播和廣播服務(wù))，PTT(Push-to-Talk)，定位和在場(chǎng)觸發(fā)IP應用，可管理的VPN服務(wù)(基于客戶(hù)端的或網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商提供的)，以及游戲?？晒芾淼腎P服務(wù)提供特定的SLA(ServiceLevelAgreements)，包括QoS。并支持不同的計費策略。 (3)非IP服務(wù)
兼容支持目前已有的SMS(ShortMessageService)和MMS(MultimediaMessage Service)服務(wù)。
4.發(fā)展動(dòng)態(tài) WiMAX論壇是一個(gè)非盈利性的組織。成員包括：寬帶無(wú)線(xiàn)接入設備生產(chǎn)商、部件供應商(芯片、射頻、天線(xiàn)、軟件和測試服務(wù)等)以及服務(wù)提供商(運營(yíng)商、無(wú)線(xiàn)ISP)。截止到2005年2月，其成員已經(jīng)超過(guò)了200個(gè)。WiMAX組織的目標是通過(guò)確保寬帶無(wú)線(xiàn)接入設備之間的兼容和互操作性，促進(jìn)基于IEEE802.16標準的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )的大規模部署。WiMAX與IEEE802.16的關(guān)系類(lèi)似于Wi-Fi和IEEE 802.11，在全球范圍內為通過(guò)測試的設備提供“WiMAX-Certified”認證標簽。 WiMAX論壇設置了TWG(TechnicalWorkingGroup)和CWG(CertificationWorking Group)工作組。 TWG的任務(wù)主要是：根據GlobalStandard制定一致性和互操作性規范、為未來(lái)的服務(wù)和互操作性開(kāi)發(fā)應用層和網(wǎng)絡(luò )架構規范。
CWG的任務(wù)主要是：管理一致性、互操作行和認證的進(jìn)程、負責實(shí)驗室協(xié)調和測試進(jìn)程的質(zhì)量。
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