IEEE802.11 标准

image.png

一、IEEE802.11 b标准

IEEE802.11b标准在2.4GHz频段定义了一个新的物理层,这个物理层采用互补编码键控法(ComplementaryCodeKeying,CCK)调制技术,支持5.5Mbps和11Mbps这两种数据速率。802.11b采用的PLCP层协议和IEEE802.11DSSS标准是相同的。

IEEE802.11b也支持5.5Mbps的速率,并以此作为11Mbps的后备运行方案。图19是5.5Mbps和11Mbps数据速率的比特格式。从图19可以看出,5.5Mbps模式中数据块是4比特的而不是8比特,这4比特的数据块是用于多路复用的。其中,2比特是用于在可能的4种可能的复正交矢量中选择一种。

 IEEE802.11b系统5.5Mbps和11Mbps对输入数据的多路复用

图19    IEEE802.11b系统5.5Mbps和11Mbps对输入数据的多路复用

二、IEEE802.11g标准

2003年,美国IEEE802.11I作组批准了“IEEE802.1lg”WLAN规范,虽然正式的标准在2003年夏天出台,但厂商对这个标准热情有加,已经有多家主流厂商针对802.11g规范草案推出了相关的产品。

虽然IEEE802.11g拥有和IEEE802.11a同样的传输速度,但是802.1la的产品已经推出一年多的时间,在市场有一定的影响,若要与802.Ila竞争,相信802.11g产品仍然拥有些优势。

802.11g使用与目前主流的802.11bWLAN标准相同的2.4GHz,而且采用802.Ila无线局域网络规格相同的OFDM的调制技术通信最大速率可达54Mbps0具有与802.11a、802.11b混合的特点。

三、三大标准的前途与安全性

1.三大标准的前途

到目前为止,绝大多数企业在部署WLAN时都会选择802.11bo这一标准仍占应用主流的原因是,它自1999年推出以来,其现有产品已经发展到了第四或第五代。它的大部分缺陷已经得到了解决,价格也降到了市场上能够接受的程度。此外,其1〜6Mbps吞吐量足以满足多种应用的需要。

802.Ha在它首次被认可为一种标准时,它技术还未得到确立,也未经过任何测试。802.Ha的传输速率可以达到54Mbps,并因此被视为下一代高速无线局域网。802.Ila使用OFDM调制技术,并选择了干扰较少的5GHz频段。

802.11g似乎还是一种极有争议的标准,但它有比802.11a更低的功耗、更长的传输距离和更好的穿透性却不能不让用户动心。与802.11a相比,802.11g在技术上与802.11b相同的频谱(2.4GHz)中实行更高的数据速率(以22Mbps启动)。在11Mbps下,厂商的解决方案应能与现有的各种符合802.11b的解决方案相兼容。

那么,802.11a、802.11b、802.11g的前途如何?我们从下面5个角度来分析:

1)信道数量。据有关资料介绍,802.Ila在美国可以提供8个无重叠信道,相比之下,802.11b和802.11g共享3个信道。在密集安装的环境中,额外的信道可以使802.1la网络比802.11b快出数倍。当然,不同的国家有不同的管制制度,可能会批准不同的信道数量。

2)带宽。通过WLAN上网的人关心的不是理论上的带宽,而是吞吐量。吞吐量会因距离、障碍和干扰而产生很大的变化。有数据表明,802.11a与802.11b带宽之间的差距理论上是43Mbps,而实际上只有30Mbps。而且,在密度适中(即额外信道不重要)而障碍或距离因素十分突出的环境中,这时,频率越低,效果越好,802.11g可以提供比802.Ha更好的吞吐量。

3)目前运行在802.1la所使用的5.8GHz频带上的设备非常少,而802.11b和802.11g所使用的2.4GHz频带正变得日益拥挤,手机、微波炉以及PDA的蓝牙外设等设备都运行在这个频带上。从频率越高的信号传输距离越短并且穿透障碍物的能力就越有限的角度看,5.8GHz系统的相互干扰要比2.4GHz系统低

4)能耗。运行在较高频率上的设备通常比运行在较低频率上的同类设备消耗更多的能量。802.11g使用与802.Ha相同的OFDM调制方式,而802.11b使用能耗较低的补码键控技术。在这点上,802.11b更有优势。

5)距离。频率高信号传输距离比频率低的信号短,穿透性也比后者差。不过,芯片制造商表示,第二代802.Ha产品将在任何的吞吐量上都具有比802.11b产品更长的传输距离。

通过上述5点来看,802.11a、802.11b、802.11g各有优势,相比较而言,802.1la优势大一点。

2.安全问题

对于802.11产品的安全性问题,提供了两种类型的认证和保密服务。包括采用WEP、VPN、认证和802.1li标准等。但是由于安全解决方案价格昂贵,难以管理,而且其标准化程度也不高,因此许多问题还需要进一步的探讨。

802.11标准主要应用三项安全技术来保障WLAN的数据传输安全。

1)SSID(ServiceSetIdentifier)技术。该技术将一个WLAN分为几个需要不同身份验证的子网络,每一个子网络都需要独立的身份验证,只有能通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络,防止未被授权的用户进入本网络。

2)MAC(MediaAccessControl)技术。它可以在WLAN的每一个接入点设置一个许可接入的用户的MAC地址清单,对于MAC地址不在清单中的有关用户,接入点将拒绝其接入请求。

3)WEP加密技术。目前,这些技术已发展成熟。例如,Intel公司去年推出的11MbpsWLAN产品系列就全面支持WEP的密码编码后,在AP适配器上进行通信,密钥长度可选择40位或128位。而且,利用MAC地址和预设网络ID来限制网卡和接入点连入网络,也可以保障网络的安全。2003年的无线网络技术研讨会上的产品,证实了安全问题是可以解决的。

VPN技术也可用于WLAN。它与802.11b标准采用的安全技术不同,主要通过DES、3DES等技术来保障数据传输的安全。对于安全性要求较高的用户,专家建议,将现有的VPN安全技术与802.11b安全技术结合起来,是目前较为理想的WLAN安全解决方案。

还可以考虑调制技术,因为IEEE802.11g中规定的调制方式有两种,包括802.11a中采用的OFDM与802.11b中采用的CCK。其中,OFDM技术既增加了系统容量,又增加了一定的抗干扰能力。

四、WLAN Hiper LAN/2标准

HiperLAN/2是目前最为完善的WLAN协议,它的特点是高速传输、面向连接、支持QoS、自动频率配置、支持小区切换、安全保密、网络与应用无关。HiperLAN标准定义了许多支,持无线网络功能的信令和测量方法,包括动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等。HiperLAN/2标准是对目前无线接入系统的补充。虽然它的户外移动性受到限制,但适用面广,可在典型的应用环境。(如办公室、家庭、展览厅、火车站等热点地区。)为终端用户提供高速数据传输。

1.HiperLAN/2系统特点

在欧洲,HiperLAN/2有455MHz的频谱资源,美国为300MHz,日本则是100MHz,并且在考虑更多的频谱分配。这些频段虽都在5GHz频段中,但并不统一。ITU-R组织正为在全球范围内实现无线局域网统一频谱分配而努力。

在图20中,HiperLAN/2的典型网络拓扑结构移动终端(MT)通过访问接入点(AP)接入固定网,MT与AP之间的空中接口由HiperLAN/2定义。一个AP所覆盖的区域称为一个小区,一个小区的覆盖范围在室内一般为30m,在室外一般为150m。无线终端MT可以在HiperLAN/2网络中自由移动,并保持与网络间良好的传输性能。在某一个特定时间,移动终端只能与一个接入点通信。无线网络自动进行无线频率配置。这一方式不同于原来的无线网络频率规划,系统配置更加方便。

HiperLAN/2网络

图20   HiperLAN/2网络

HiperLAN/2作为目前性能最高的WLAN技术,其具体特点表现如下:

1)高速数据传输。由于采用了先进的OFDM调制技术,HiperLAN/2可以提供非常高的数据传输速率,其速率在物理层最高达54Mbpso在办公室的环境中,OFDM对多径效应的解决很有效。同时,MAC采用了动态TDD模式,使无线资源的利用更加有效。

2)面向连接。与其他无线局域网技术不同,在HiperLAN/2网络中数据的传输是面向连接的。在传送数据之前,AP和MT之间通过HiperLAN/2控制层的信令预先建立连接。这种连接在空中接口上是时分双工的,连接时分点对点和点对多点。点对点连接是双向连接,点对多点是下行方向单向连接。另外,HiperLAN/2还可以采用专用广播信道,由同一个AP向所有移动终端发送广播消息。

3)QoS0HiperLAN/2面向连接的特性有利于实现对QoS的支持。由于高传输率和对QoS的支持,HiperLAN/2可以同时传输不同类型的数据流,比如视频、话音和数据等。

4)自动频率分配。在每一接入点覆盖区域中,AP能自动选择适当的无线信道进行传输数据。AP侦听邻近小区及环境中的其他无线资源,根据最小干扰和资源不冲突准则选择适当的无线信道。

5)安全性。HiperLAN/2网络支持安全认证和加密功能。

6)移动性。移动终端与离它最近的一个接入点通信。确切地说,移动终端与具有最好信噪比的接入点通信。这就是说,在不断移动的情况下,移动用户(终端)可能会侦测到一个无线传输性能更好的接入点。于是,移动终端将执行一次切换,切换到一个新的AP中,所有已建立的连接都转移到新AP上。当然,在切换过程中,有可能会丢失一些数据包,而且,如果移动终端超出HiperLAN/2网络的覆盖范围,在一段时间后,终端将会失去与网络的联系,所有连接将被释放。

7)网络与应用无关。HiperLAN/2网络协议栈具有灵活的体系结构,很容易适配并扩展不同的固定网络。例如,HiperLAN/2可被用做交换式以太网的无线部分;同样,HiperLAN/2也可作为第三代蜂窝网络的接入网使用。目前,在固定网上运行的所有应用都可以在HiperLAN/2上运行。

8)省电。HiperLAN/2的省电机制是基于MT对睡眠期的初始约定。移动终端可以在任何时间要求AP进入低功率状态,并且请求特定的睡眠周期。睡眠周期结束时,移动终端将检测有无AP发来的激活指示,如果没有检测到,则进入下一个睡眠周期,继续保持低功率状态。AP暂不发送用户数据,等睡眠期结束后才开始发送。网络可以根据对反应时间和低功耗的要求,选择不同的睡眠周期。

2.协议体系结构

HiperLAN/2无线接口的协议参考分成控制平面和用户平面两部分。用户平面的功能是在已经连接的连接上传输数据;控制平面的功能是控制连接的建立、释放和监控。HiperLAN/2协议包括三个基本层:物理层(PHY)、数据链路控制层(DLC)和汇聚层(CL),如图21所示。

(1)物理层

HiperLAN/2的物理层以一定长度的突发脉冲串(Burst)格式传输数据单元,每一个突发脉冲串分成前导码(Preamble)和数据两个部分。

HiperLAN/2采用了OFDM调制方案,特别适用于信道呈发散状分布的系统,HiperLAN/2的信道间隔为20MHz,可以支持非常高的传输速率,是信道数目和传输高速率的一种折衷(如在欧洲采用了19个信道)。每一个信道又分成52个子信道。为抑制子信道之间的干扰,每个子信道之间的频率间隔为312.5kHz,其中48个子信道用于传送数据,另外4个子信道用于提供系统同步的导频信号。信道的传输时延一般不超过250ns,采用800ns的保护间隔时间足以满足要求,在比较小的室内环境中,可以采用400ns的保护间隔时间。

在HiperLAN/2的收发端使用FFT信号处理方式可以有效地实现OFDM,这样,与传统的FDM系统相比,采用OFDM的HiperLAN/2系统可大大降低硬件设备的复杂度,并且有效提高频谱利用率,在时间扩散环境中尽可能地抑制因多径传输而产生的符号干扰和码片间干扰。

HiperLAN/2协议参考模型

图21  HiperLAN/2协议参考模型

与3G等类似,为了适应不同的业务要求和链路条件,HiperLAN/2的物理层可以提供多种传输方式(采用不同的调制和编码方式),由高层协议根据具体要求而定。

(2)数据链路控制层

数据链路层负责建立移动终端和接入点之间的逻辑链路。它的功能包括用户面的媒体访问和传输及控制面的连接处理,因此,DLC层包括MAC协议、差错控制协议(EC)和无线链路控制协议(RLC)3个子层。

1)MAC协议。MAC协议用于发送数据时控制对物理介质的访问。无线接口基于TDD和动态的TDMA多址方案,采用的时隙结构在HiperLAN/2中称作MAC帧。根据所需要的传输资源动态地分配上下行链路的时隙,基本的MAC帧时长固定为2ms,包括广播控制信道、帧控制信道、接入控制信道、上下行数据传输和随机接入。AP和MT所有数据的传输都在专用的时隙上传输,但随机接入信道存在一个竞争问题。广播控制的持续时间是固定的,而其他部分的持续时间要依据当时的传输条件而定。MAC帧和传输信道组成数据链路层DLC和传输层PHY之间的接口。

2)差错控制协议。差错控制(EC)机制有助于提高无线链路的可靠性,系统采用可选择重复ARQ0这里的EC功能是检测位错,有位错时重发U-PDU,同时也保证U-PDU按顺序发送到汇聚层,具体方法是:给每个连接上的U-PDU分配一个序列号,ARQ应答的正确或错误消息在LCCH±传送,一个U-PDU可以被重发多次(次数可以设定)。

为保证一些实时业务如语音等应用的服务质量,系统允许丢失一些U-PDU。因为重发方式导致一些数据陈旧时(如超过重发次数的上限),EC协议上的发送方将会发起“丢失机制”,将该PDU以及这个DUC上其他待发的U—PDU全部丢失(发送时U—PDU序列号依次减小),这就导致DLC有效连接上的PDU存在残缺,如果需要,允许更上层恢复这些丢失的数据。

3)无线链路控制协议。无线链路控制协议(RLC)为信令实体提供传输服务,主要处理三种控制功能:用于鉴权、密钥管理、关联(Association)、取消关联(Disassociation)以及加密种子(EncryptionSeed)的关联控制功能(ACF)无线资源控制(RRC)功能管理切换、动态频率选择、移动终端的激活和释放、省电以及功率控制;DLC用户连接控制功能(DDC)用于建立和释放用户连接、多点传送和广播。

总之,RLC用于在一个接入点和移动终端之间的控制面中交换信令数据。例如,移动终端通过RLC信令形成和接入点的联系,完成这个联系过程后,移动终端可以请求一个专业控制信道建立无线载体(RadioBearer)o在HiperLAN/2中,无线载体称为DLC连接。

(3)汇聚层

汇聚层(ConvergenceLayer,CL)有两大主要功能:使来自高层的服务请求与DLC层提供的服务适配;将高层固定或可变长度的分组整理成适合固定长度的业务数据单元(SDU)在DLC中使用,可采用填充分割、重新组装成DLC内的固定长度的SDU。固定长度DLC业务数据单元的填充、分割和重组是一个关键特征,它使得DLC和PHY层脱离开主干网独立存在而不必关心HiperLAN/2接入何种网络中,系统实现相对简单。CI的通用结构使Hiper LAN/2足以称为宽带无线接入网,可接入A不同固定网络,如以太网、IP网、ATM和UMTS等,如图22所示。

汇聚层基本结构

图22  汇聚层基本结构

图22中的汇聚层有两种类型:一是单元式汇聚层,其高层有固定长度的分组,如HiperLAN/2接入ATM网络的情况;二是分组式汇聚层,其高层的分组长度不易固定,如HiperLAN/2接入以太网的情况。分组式的汇聚层包括公共部分(CommonPart)和业务细节(ServiceSpecificConvergenceSublayer,SSCS)两个部分,这样可以适配不同网络。

Hiper LAN/2提供了一个适用于小范围(150m)、高速(54Mbps)的无线接入系统。研究表明,在大部分环境下,它都可以具有很高的性能。

HiperLAN/2所具有的QoS支持、可选择重复ARQ、链路适配以及动态频率选择等特征,使得该系统可以在传播条件不断变化、干扰严重的无线环境下得到很好的应用。

下一篇

 安防视频监控系统模拟式视频矩阵切换主机

弱电工程

安防视频监控系统模拟式视频矩阵切换主机

矩阵式切换器与上述的视频切换器不同点是有两个以上的输出端口,且这些端口输出的信号彼此独立。也就是说,这些端口的输出信号既可以是任意某一路输入信号(可以为同-路输入信号源),也可以是任意某几路输入信号的轮换,各端口的输出内容可以不相同。本小节... ...

相关内容

通信技术中的音视频压缩编码

通信技术中的音视频压缩编码

音视频信号数字化后所产生的数据速率相当大,例如一分钟的双声道立体声.采样频率为1......

弱电工程

2022-08-31

现代通信网的支撑技术

现代通信网的支撑技术

现代通信网络采用分层的功能结构形式,每层都有不同的支撑技术,这些支撑技术是网络中......

弱电工程

2022-08-29

长途货车无线移动智能视频监控系统的实现方案

长途货车无线移动智能视频监控系统的实现方案

一、长途货车无线移动智能视频监控系统的方案组成长途货车无线移动智能视频监控系统的......

弱电工程

2022-06-28