无线IP技术与标准研究现状  

文章出处:Linux 宝库 作者:未知 发布时间:2006-09-21
  当今世界,科学技术日新月异,特别是以电子信息技术为代表的高新技术产业得到迅速发展。但是,电子信息技术和产业的发展始终分为两条主线或两个方面:
    1、 以传统电信系统为代表的电信行业;
    2、 以传统电子系统为代表的电子行业。
    相应的国际标准、国家标准或行业标准也非常明显地分为这两方面。电信网的发展是从固定网(主要是地面电话网)到移动网(主要包括地面移动电话网和卫星网)。而近些年来,以移动(电话)通信为代表的移动通信网发展十分迅猛,移动电话几乎席卷了整个世界。它不但成为许多人经营业务的必需品,而且还是时髦的装饰。移动电话已成为工作和社会生活不可或缺的一部分。
     另一方面,由电子计算机(电子产品)互联而成的网络——Internet 得到了迅猛发展,Internet 的网络规模急剧膨胀。Internet成功的关键技术原因在于分组交换理论的提出以及TCP/IP协议(传输控制协议/网际协议)的成功应用。分组交换不同于传统电信技术中电路交换技术,它是将数据报文分成一系列的“分组(packet)”或称为“包(package)”。这些分组被分别发送,在接收端再将它们重新组装起来,进而恢复出原始报文。这种技术在需要的时候才占用线路,不同的分组可以通过不同的路径传输到接收端,比起电路交换技术更有效、灵活。而且拆分的报文难于被监听,保证了报文传输的安全性。
    随着Internet业务的增加和计算机(包括台式计算机、便携计算机等)的普及,人们随时随地、快捷地接入Internet,获得Internet服务,也越来越成为人们工作和生活的必需。
  
    Internet将各种形式的网络集成起来,TCP/IP协议的设计目的就是保证异构网络间的无缝互联,而网络中任何一点出现故障都不应导致整个网络瘫痪。为满足通信应用的多样性,TCP/IP协议已发展为包括几十个协议的Internet协议簇。因为TCP和IP是其中最重要最基本的两个协议,因此习惯上又称为TCP/IP协议簇。其中,IP协议是实现多个网络互联的关键。因此,网络发展的趋势是IP化,不同形式的物理网在IP层得到统一,各种网络用IP协议实现互联互通。
  
    电信行业中的移动通信是基于电路交换的,提供的业务主要是话音。随着网络发展的IP化趋势越来越明显,移动通信通过改造(技术叠加)来传输IP业务,进而接入Internet,实现由“移动”到“IP”,是移动通信IP化的必由之路。这条道路称作“(由)移动(到)互联”。由于带宽和费用的限制,其应用将受到较大的局限。谈到IP化,决不能忽视本身就是IP机制的电子计算机的互联网,即Internet。它是在互联网的基础上,以无线的方式让互联网“动”起来。这种方式叫做“(由)无线(到)互联”。这种方式是在互联网的基础上利用宽带无线IP技术直接实现的,简单快捷。
  
    事实上,不论是“(由)移动(到)互联”,还是“(由)无线(到)互联”,其核心都是可以移动的、广域的互联网络,只是实现的方式不同而已。实质上,“(由)无线(到)互联”才是真正的IP网,而“(由)移动(到)互联”的物理网并不是IP网。“(由)无线(到)互联”这条途径我们称之为“宽带无线IP”。这两种实现方式的发展情况和相应的有关标准情况如下面的图表所示。
  行 业 标 准
    电信(通信) ITU-T标准,GSM,WAP,GPRS,3G等
    计算机(计算机网) IETF标准,IEEE802标准,蓝牙等
    “无线IP”标准针对的是“(由)无线(到)互联”的实现方式,它是在固定   Internet的基础上,利用宽带无线接入(BWA)(无线城域网、无线局域网、无线个人区域网)技术、移动IP技术以及相关的安全技术等,提供宽带的、可移动的、广域的IP服务。因此,它包括如下几部分:
    1、 无线局域网的标准主要是无线局域网的物理层和媒体访问控制层规范,主要是IEEE802.11系列规范。1995年的IEEE 802.11无线局域网标准(草案)是IEEE 802.11无线局域网标准的基础。  1997年,IEEE 802.11无线局域网标准的正式颁布是无线网络技术发展的一个里程碑。IEEE802.11 标准除了介绍无线局域网的优点及各种不同性能外,还使得各种不同厂商的无线产品得以互联。IEEE802.11 标准的颁布,使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受。1999年8月,802.11标准得到了进一步的完善和修订,并成为IEEE/ANSI 和ISO/IEC 的一个联合标准。ISO/IEC 将该标准定为ISO 8802 11。
    IEEE802.11 标准在1997 的版本中主要对网络的物理层和媒质访问控制层(MAC) 进行了规定,其中对MAC 层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作,而逻辑链路控制层(LLC) 是一致的,即MAC 层以下对网络应用是透明的。
    在MAC 层以下,IEEE802.11 规定了三种发送及接收技术:两种采用射频技术--扩频(Spread Spectrum) 技术和窄带(Narrow Band) 技术,频带为2400MHz~2483.5MHz;另一种是红外(Infrared)技术,用红外光来传输。而扩频又分为直接序列扩频技术(DSSS) 和跳频(Frequency Hopping, FH) 扩频技术两种。
    1999年8月的802.11标准的修订内容包括用一个基于SNMP 的MIB 来取代原来基于OSI 协议的MIB。另外,还增加了两项新内容:
    (1)IEEE802.11a。它扩充了标准的物理层,规定该层使用5GHz 的频带。该标准采用正交频分调制数据,传输速率范围为6Mb/s~54Mb/s。这样的速率既能满足室内的应用,也能满足室外的应用。
    (2)IEEE802.11b。它是IEEE802.11 标准的另一个扩充,它规定采用2.4GHz 频带,调制方法采用补偿码键控(CCK)。CCK来源于直接序列扩频技术,多速率机制的介质接入控制(MAC)确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限时,传输速率能够从11Mb/s 自动降到5.5Mb/s,或者根据直接序列扩频技术调整到2Mb/s和1Mb/s。
    IEEE802.11b对无线局域网通信的最大贡献是可以支持两种速率--5.5Mb/s和11Mb/s。IEEE802.11b系统可以与速率为1Mb/s和2Mb/s的IEEE802.11 DSSS系统交互操作,但是无法与1Mb/s 和2Mb/s的IEEE802.11 FHSS系统交互操作。
    5GHz频带的IEEE802.11a不是使用2.4GHz频带的扩展频谱技术,而是已发展到名叫正交频分多路复用(OFDM)的复杂技术,该技术可帮助提高速度和改进信号质量,并可克服干扰。扩展频谱技术必须以直接序列发送信号,而OFDM技术与之不同,它可打破无线信道,将其分成以低数据速率并行传输的分频率。OFDM技术然后可把这些频率一起放回接收端。这一方法可大大提升无线局域网的速度和整体信号质量。
  
  后来,又分别在802.11b及802.11a的基础上进行了扩展,在它们的MAC层追加了QOS功能及安全功能,提高了传输语音数据和数据流数据的能力,对应的是标准作业部门分别是“802.11e”及“802.11f”。另外,还有一个作业部门“802.11g”,它是在IEEE802.11b的基础上,使最高数据传输速度从目前的11Mb/s提高到20Mb/s以上。使用的频带与过去相同,仍为2.4GHz频带。不过关于调制方式,还未决定是否使用一直沿用的直接扩频方式的频谱(Spectrum)扩散技术。
    基于IEEE802.11标准的无线局域网产品所提供的带宽从1Mb/s到11Mb/s不等。但是,现在这些无线网络产品在性能上还远远不能与传统的固定网络产品相比,这就使得如今的无线网络在性能方面与采用GSM、AMPS等技术的广域蜂窝网络似乎并没有实质性的区别。尽管也支持一些速率较低的数据通信,但这些无线网络的最主要的应用还是支持话音服务。
    为了满足未来的Internet/Intranet访问的需求,业界正在开发新一代的WLAN和蜂窝网络技术,这些新一代的技术将在QoS、安全及性能方面进行改进。最为典型的是欧洲电信标准协会(ETSI)正在开发HiperLAN标准,它包括四种标准:HiperLAN1、HiperLAN2、HiperLink和HiperAccess;其中HiperLAN1和2用于高速无线LAN接入,HiperLink用于室内无线主干系统,HiperAccess则用于室外对有线通信设施提供固定接入。
    HiperLAN2最引人注目之处是它能够在5GHz的频段上运行,而传统的无线局域网技术大多使用IEEE802.11标准的2.4GHz频段。另外,HiperLAN2和IEEE 802.11a具有相同的物理层,因此它们可以共享相同的部件,从而降低成本。它在高速率下支持QoS,对像视频和话音一类实时应用提供了新的途径;对多种类型的网络基础结构(如以太网、ATM等)提供连接,并且对每一种连接都具有安全认证和加密功能;具有自动频率管理功能。HiperLAN2标准已经在2000年底被最终确定下来。
    在5GHz频带还有一个无线传输技术标准,那就是多媒体移动连接推进协议会(MMAC-PC)的无线HOME-LINK特别部门公布的“Wireless1394”标准。Wireless1394规定了IEEE1394规格数据的无线传输方式。该部门将以此标准为基础整理正式版本的规格。标准的具体内容为,2次调制方式采用OFDM,1次调制方式从BPSK,QPSK,16值QAM,64值QA M中选择使用。纠错处理采用叠加编码和BITABI(音译)编码,编码压缩率为1/2,9/16,2/3,3/4。这些标准与使用5GHz频带的其它无线LAN方式(IEEE802.11a,ETSI-BRAN的HIPERLAN/2 ,MMAC-PC的5GHz频带移动连接特别部门方式)相同。这主要是为了通过同样方式以降低电路等零部件的价格。最大数据传输速度为32Mbit/s。使用有线电缆的IEEE1394数据传输速度高达100Mbit/s~400Mb it/s,对传输数据包实施时间轴延长处理。对此传输数据包将增加位列标志。
    2、 无线个人区域网标准
    无线个域网的核心就是短距离的无线链接技术。目前,为大家所熟知的技术有IrDA、HomeRF、Bluetooth和WPAN 4种。下面分别就这4种技术的产生背景、核心技术、应用范围和市场前景进行阐述。
  (1)依然生机勃勃的IrDA
    IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术。伴随这种技术的还有红外线数据标准协会IrDA(Infrared Data Association)。该协会成立于1993年,是个非营利性组织,致力于建立无