基于WLAN和WiMAX的全方位寬帶無線技術(shù)解析
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WLAN即無線局域網(wǎng)，結(jié)合了無線通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，以無線信道為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)在短距離內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)通信。 無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)還是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，它只是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線訪問點(diǎn)(AP)、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實(shí)現(xiàn)。
WLAN具有易安裝、易擴(kuò)展、易維護(hù)、可移動(dòng)性、速率高、使用開放頻段等諸多特點(diǎn)，無論企業(yè)、個(gè)人，還是運(yùn)營商都已經(jīng)認(rèn)同了WLAN在無線數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢。WLAN可與目前廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)無縫地結(jié)合，使用戶可以訪問互聯(lián)網(wǎng)、進(jìn)行在線交易、遠(yuǎn)程辦公等各種應(yīng)用。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各種業(yè)務(wù)應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸以外，WLAN還有望在無線語音方面有所突破。下面簡單介紹一下目前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(chǔ)。目前廣泛使用的WLAN設(shè)備是基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)的，最高無線速率可達(dá)到11Mbps。實(shí)際上，由于WLAN標(biāo)準(zhǔn)的無線幀頭開銷、接入控制等，用戶真正獲得的速率只能達(dá)到最高速率的一半左右。802.11a和802.11g 設(shè)備的無線接口速度在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(biāo)準(zhǔn)，可將速率增強(qiáng)至108/320Mbps;并進(jìn)一步改進(jìn)其管理開銷及效率，以增強(qiáng)WLAN的性能。
2.安全
WLAN通過無線信號傳輸來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，與有線網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別就是任何無線網(wǎng)卡、接入點(diǎn)都可以收到無線信號，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(yīng)用的SSID、ACL和WEP外，為了提高WLAN網(wǎng)絡(luò)的安全，最近IEEE通過的802.11i標(biāo)準(zhǔn)將對WLAN網(wǎng)絡(luò)的安全性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證，對WLAN的MAC層進(jìn)行修改和規(guī)范，定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：Wi-Fi保護(hù)訪問WPA(Wi-FiProtected Access)技術(shù)和強(qiáng)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(yùn)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(kuò)展身份驗(yàn)證協(xié)議EAP為依據(jù)，采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES，在接入點(diǎn)和移動(dòng)設(shè)備之間使用動(dòng)態(tài)身份驗(yàn)證和加密運(yùn)算法則，以實(shí)施更強(qiáng)大的加密和信息完整性檢查。
3.QoS
因?yàn)槟壳癢LAN沿襲了以太網(wǎng)的共享機(jī)制，所以對于不同類型業(yè)務(wù)的幾乎不做任何區(qū)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(yīng)用來說，無法提供必要的保證。因此IEEE特別成立802.11e任務(wù)組，細(xì)化802.11的MAC層，以改善QoS。定義了兩種方案：增強(qiáng)型分布式信道訪問(EDCA)和混合協(xié)調(diào)功能(HCF)。EDCA是傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的排隊(duì)機(jī)制的擴(kuò)展，為數(shù)據(jù)包被加上標(biāo)記并利用區(qū)分優(yōu)先次序的信道訪問功能傳輸。支持8類通信優(yōu)先分級，能直接實(shí)現(xiàn)與RSVP優(yōu)先級協(xié)議間的映射。HCF是一種查詢訪問機(jī)制，在使用時(shí)不同的傳輸流被分配給專用的通信時(shí)隙。這兩種機(jī)制結(jié)合起來可保持網(wǎng)絡(luò)與無線用戶之間的QoS控制。
4.漫游 針對無線局域網(wǎng)用戶在接入點(diǎn)之間的漫游問題，IEEE工作組制定了802.11f協(xié)議，詳細(xì)闡述了接入點(diǎn)內(nèi)部協(xié)議IAPP(Inter-AccessPoint Protocol)，IAPP協(xié)議旨在向用戶提供AP間的移動(dòng)功能，以滿足用戶對移動(dòng)性的需求。它的主要功能是便于擴(kuò)展服務(wù)集ESS的創(chuàng)建和維護(hù)，支持802.11移動(dòng)終端在AP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.語音應(yīng)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WLAN可方便地接入網(wǎng)絡(luò)，這兩種優(yōu)勢技術(shù)結(jié)合起來就出現(xiàn)了VoWLAN應(yīng)用。目前已經(jīng)有Wi-Fi手機(jī)面世，但限于WLAN的覆蓋范圍，主要還是在企業(yè)內(nèi)部使用，未來有可能在數(shù)字家庭領(lǐng)域有所應(yīng)用。還有一些設(shè)備廠商，正在開發(fā)WLAN+GSM或CDMA雙模手機(jī)，使得WLAN語音應(yīng)用與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來。
WLAN技術(shù)的發(fā)展是與應(yīng)用需求息息相關(guān)的，用戶對移動(dòng)的廣泛性和速率的高帶寬的要求都在不斷地提高，標(biāo)準(zhǔn)組織和設(shè)備廠商、運(yùn)營商正在積極開發(fā)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品、服務(wù)，滿足用戶的需求。一方面，應(yīng)用新的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)解決目前存在的技術(shù)難題和設(shè)備缺陷;另一方面，通過與其他技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到各種技術(shù)共同發(fā)展。
WiMAX：無線城域網(wǎng)的新銳 1.標(biāo)準(zhǔn)情況 當(dāng)前所稱的WiMAX標(biāo)準(zhǔn)通常是指2004年6月IEEE通過的IEEE802.16d標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架(Profiles)。也可以將WiMAX技術(shù)廣義地理解為當(dāng)前WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)論壇所推廣的IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)。 2.WiMAX的優(yōu)勢 WiMAX的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在這一技術(shù)集成了Wi-Fi無線接入技術(shù)的移動(dòng)性與靈活性、以及DSL與CableModem等基于線纜的傳統(tǒng)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(xiàn)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(qiáng)大的安全性。 WiMAX基于動(dòng)態(tài)適應(yīng)性信號調(diào)制模式，因而使這一技術(shù)不僅具備遠(yuǎn)距離信號傳輸能力和穿越樹木和建筑物等障礙物的非視距傳輸能力，而且具有較強(qiáng)的信號反射容錯(cuò)能力。同時(shí)，這種調(diào)制模式還能夠使服務(wù)商基站根據(jù)信號強(qiáng)弱調(diào)整帶寬，以確保與用戶的正常連接 WiMAX還提供了包括靈活的信道規(guī)劃在內(nèi)的部署與配置伸縮性，使運(yùn)營商能夠根據(jù)所擁有的許可，或無需許可 頻段資源靈活規(guī)劃信道帶寬，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。如對擁有20MHz頻譜的運(yùn)營商而言，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還提供了可滿足語音和低延遲視頻服務(wù)應(yīng)用的QoS服務(wù)質(zhì)量支持，并且能夠使運(yùn)營商基于同一基站同時(shí)支持采用E1類型連接的企業(yè)用戶和采用DSL等類型連接的家庭消費(fèi)用戶。對于城郊與農(nóng)村等偏遠(yuǎn)地區(qū)而言，可提供對語音通信的支持。
另外，為了保護(hù)用戶信息安全、尤其是為滿足企業(yè)用戶對商業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)安全的需求，WiMAX技術(shù)還提供了隱私與加密保護(hù)，可通過身份認(rèn)證與數(shù)據(jù)加密等途徑，保障數(shù)據(jù)傳輸安全。
3.應(yīng)用 作為一種面向最后一公里接入領(lǐng)域的無線LAN技術(shù)，WiMAX可以廣泛應(yīng)用于多個(gè)寬帶相關(guān)領(lǐng)域。尤其是在城郊和農(nóng)村等DSL與CableModem服務(wù)有效覆蓋范圍以外、或不便于部署傳統(tǒng)寬帶接入技術(shù)的區(qū)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無線熱點(diǎn)與家庭或小型辦公領(lǐng)域無線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(guī)范要求中對WiMAX網(wǎng)絡(luò)所支持的應(yīng)用做了規(guī)定，分為三種應(yīng)用，分別是：普通IP應(yīng)用，高級IP應(yīng)用和非IP應(yīng)用。 (1)普通IP應(yīng)用 應(yīng)該支持非實(shí)時(shí)IP應(yīng)用，比如FTP，e-mail，Web瀏覽，遠(yuǎn)程訪問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)沒有確定的QoS保證。 (2)高級IP應(yīng)用 支持所有準(zhǔn)實(shí)時(shí)應(yīng)用，比如音頻/視頻(A/V)流，VoIP，多媒體IP會議，IMS(IP多媒體子系統(tǒng))應(yīng)用，MBS(組播和廣播服務(wù))，PTT(Push-to-Talk)，定位和在場觸發(fā)IP應(yīng)用，可管理的VPN服務(wù)(基于客戶端的或網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的)，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(jì)費(fèi)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：寬帶無線接入設(shè)備生產(chǎn)商、部件供應(yīng)商(芯片、射頻、天線、軟件和測試服務(wù)等)以及服務(wù)提供商(運(yùn)營商、無線ISP)。截止到2005年2月，其成員已經(jīng)超過了200個(gè)。WiMAX組織的目標(biāo)是通過確保寬帶無線接入設(shè)備之間的兼容和互操作性，促進(jìn)基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署。WiMAX與IEEE802.16的關(guān)系類似于Wi-Fi和IEEE 802.11，在全球范圍內(nèi)為通過測試的設(shè)備提供“WiMAX-Certified”認(rèn)證標(biāo)簽。 WiMAX論壇設(shè)置了TWG(TechnicalWorkingGroup)和CWG(CertificationWorking Group)工作組。 TWG的任務(wù)主要是：根據(jù)GlobalStandard制定一致性和互操作性規(guī)范、為未來的服務(wù)和互操作性開發(fā)應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)范。
CWG的任務(wù)主要是：管理一致性、互操作行和認(rèn)證的進(jìn)程、負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室協(xié)調(diào)和測試進(jìn)程的質(zhì)量。
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