无线局域网与无线个域网标准的演进

随着市场和技术的不断发展，无线短距通信逐渐形成了无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)两大体系，并且呈现出快速发展和相互融合的趋势。无线局域网主要包含了IEEE 802.11系列标准和HiperLAN系列标准，而蓝牙技术(Bluetooth)、HomeRF技术和IrDA红外技术共同构筑了无线个域网(WPAN)的基础。

　　1 无线局域网标准

　　目前，全世界约有4 500万移动工作者，每年商务旅行可达2.8亿人次，其中的20%需要Internet网或企业内部网络的支持，为无线局域网开辟了巨大的应用领域。无线互联网服务商和移动网络服务商正在大范围安装WLAN，并逐步由机场、宾馆和会议中心等热点场所扩展到办公室和家庭。几大相关标准构成了激烈竞争的态势。

　　1.1 IEEE 802.11标准

　　802.11是IEEE最初制订的一个WLAN标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入。这个标准的制订是无线网络技术发展的一个里程碑，它增强了无线设备互连功能，使WLAN在有移动要求的环境中被广泛接受。但是采用IEEE 802.11系列标准的业务主要限于数据存取，速率最高为2 Mbit/s，不能满足需要。因此，IEEE小组又推出了802.11a和802.11b两个标准。

　　这3个标准主要在媒体接入控制(MAC)子层和物理层存在差别。

　　802.11b的物理层可以同时支持5.5 Mbit/s和11 Mbit/s两个速率； 扩频采用补码键控(CCK)调制技术完成(802.11在扩频时采用一个11位调制芯片)；使用动态速率漂移，随环境状况在11 Mbit/s、5.5 Mbit/s、2 Mbit/s和1 Mbit/s间切换，且在速率为2 Mbit/s和1 Mbit/s时与802.11兼容。

　　802.11a工作在5 GHz无须许可证的国家信息基础设施(U-NII)频带，采用正交频分复用技术(OFDM)；物理层速率可达54 Mbit/s，传输层达到25Mbit/s；可提供25 Mbit/s的无线ATM接口和10 Mbit/s的以太网无线帧结构接口以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

　　由于频段不同，导致802.11a和802.11b不兼容。为了解决这个问题，IEEE推出了802.11g标准，它既适应传统的802.11b标准，在2.4 GHz频段下提供11 Mbit/s的数据传输率，也符合802.11a标准，在5 GHz频率下提供56 Mbit/s数据传输率。

　　1.2 HiperLAN/2标准

　　HiperLAN/2标准是欧洲电信标准组织(ETSI)为了满足Internet接入和宽带多媒体数据业务的需求开发的新一代WLAN技术标准，适用于小范围(150 m)高速(54 Mbit/s)无线接入系统，并且有望构筑未来4G技术的基础。

　　1.2.1 协议特点

　　(1)高传输速率、支持服务质量

　　HiperLAN/2物理层数据传输速率可达54 Mbit/s，网络层速率可达到32 Mbit/s；面向连接的特性使它可直接支持服务质量(QoS)。这两个特性使HiperLAN/2网络有利于多种不同类型数据流(如视频、语音、数据等)同时传输。

　　(2)面向连接的机制

　　HiperLAN/2网络中，MT和AP间采用时分多址(TDMA)方式建立数据链路，有“点对点”、“点对多点”两种连接类型。其中，“点对点”是双向连接，“点对多点”是从AP到MT的单项连接。

　　(3)自动频率分配及支持移动性

　　HiperLAN/2网络的AP在进行数据传输时，能够在覆盖范围内监听临近AP和其他无线资源，根据使用情况选择恰当的无线信道。同时，MT通过测量信噪比，确定信号最好的AP进行传输和接收数据。

　　(4)支持安全性

　　HiperLAN/2网络支持鉴权和加密，并且AP和MT可以相互鉴权。

　　(5)网络和应用独立

　　HiperLAN/2协议栈灵活，可以用于多种类型固定网络，既可以作为交换式以太网的无线接入子网，也可以作为3G的接入网，接入对于网络层以上的用户完全透明，固定网络上的所有应用都可以在HiperLAN/2网上运行。这种高度灵活性是HiperLAN/2的特色。相比之下，802.11系列标准都只能由以太网支撑。

　　1.2.2 HiperLAN/2协议栈结构

　　HiperLAN/2协议栈分为控制和用户两个平面。控制平面完成连接的建立、释放和管理，用户平面完成已建立连接上的数据传输。整个协议有3个基本层：物理层、数据链路层和汇聚层。

　　目前，IEEE正在与ETSI联合进行5 GHz合作项目，目的是将802.11a和HiperLAN/2两大标准结合，吸取两者的优点，进一步提高数据吞吐量。

　　2 无线个域网标准

　　无线个域网(WPAN)主要指家庭微微网。目前，这个领域主要涉及3个标准：Bluetooth、HomeRF和IrDA。

　　2.1 Bluetooth技术标准

　　1994年，爱立信首先提出了Bluetooth开发计划。1998年5月，爱立信、诺基亚、英特尔、IBM和东芝等5家公司成立了蓝牙技术特别兴趣小组(SIG)，致力于Bluetooth的研究、开发。目前全部SIG成员已近3 000家。

　　根据计划，Bluetooth从实验室进入市场将经过3个阶段：

　　(1)作为附件应用于移动性较大的高端产品中，如移动电话耳机、笔记本电脑插卡、PC卡或只要求性能和功能对价格不太敏感的场合。

　　(2)嵌入中高档产品中，如个人数字助理(PDA)、移动电话、PC、笔记本电脑等。Bluetooth模块的价格会下降到10美元左右，有关的测试和认证也将逐步完善。这一阶段将处于2002?2005年间。

　　(3)进入家用电器、数码相机及其他各种电子产品。这一阶段估计在2005年以后，届时Bluetooth模块价格会在2～5美元之间。

　　目前，Bluetooth正处于第1阶段和第2阶段的过渡期。市场研究机构ABI公布的“无线系统展望”研究报告指出，到2006年底，Bluetooth将会有超过10亿的无线用户，其中包括5亿多无线互联网用户。借助Bluetooth技术，手机、便携设备、个人电脑、笔记本电脑和第3方接入设备将可以互连在一起。安装Bluetooth模块的设备将从2001年的不足100万台增加到2006年的16亿台。

　　2.1.1 Bluetooth的特点

　　Bluetooth的主要技术特点可归纳为以下几点：

　　(1)全球可操作性

　　Bluetooth使用2.4 GHz的工业/科学/医疗(ISM)频段，该频段在全球各个国家都是有效的，没有被任何一个组织或行业单独占有，可自由使用。

　　(2)10～100 m的无线覆盖范围

　　Bluetooth发射功率为1 mW(即为0 dBm)时的覆盖范围为10 m，适合于短距设备(如鼠标、键盘、耳机等)；发射功率为100 mW(20 dBm)时，覆盖范围可达到100 m，适合于设备需要经常变动的场合(如移动电话、访问接入点、笔记本电脑等)。

　　(3)多种数据传输速率

　　Bluetooth标准在不断发展中，最新的Bluetooth V2.0标准估计2004年以后推出。新版标准将支持4 Mbit/s、8 Mbit/s和12 Mbit/s多种传输速度。

　　(4)安全性

　　Bluetooth主要采取以下措施提高系统的安全性：每个Bluetooth单元拥有一个全球唯一的48位物理地址，数据只能由对应的Bluetooth单元接收；Bluetooth提供了基于8～128位密钥的数据加密机制，保证数据传输的可靠性；Bluetooth单元的数据加密密钥长度可配置，长度为8～128位，由生产厂商在出厂前指定，用户无法指定密钥的长度。

　　2.1.2 Bluetooth系统构成

　　Bluetooth系统一般可分为天线、链路控制、链路管理、软件(协议)4个功能单元。

　　(1)天线单元

　　天线单元采用微带天线，理想覆盖范围为0.1 mm～10 m，通过增大发送功率可将覆盖半径延长至100 m。

　　(2)链路控制单元

　　链路控制单元一般可分成基带链路控制器、基带处理器和射频发射接收器3部分。基带链路控制器负责处理基带协议和其他常规低层协议；基带处理器可采用“1/3比例前向纠错(FEC)码”、“2/3比例前向纠错码”和“数据自动请求重发”3种方案。

　　(3)链路管理单元

　　链路管理单元完成链路的设置、鉴权和硬件配置，并通过LMP(链路管理协议)实现与远端链路管理单元的通信。

　　(4)软件(协议)单元

　　软件(协议)单元是独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。目前，适用于多种操作系统的Bluetooth标准正在完善中。

　　Bluetooth关键技术涉及射频、基带、跳频、网络特性、全球性地址、协议分层、安全性、纠错、抗干扰等诸多技术方面，这些技术的突破将会大大推进相关产品的推广和普及。

　　2.2 HomeRF技术标准

　　HomeRF是一种实现家庭电子设备间无线互连的开放性工业标准，由HomeRF工作组专为家庭用户制订，可实现网络中设备(如笔记本电脑、Internet应用设备等)间的漫游。

　　HomeRF结合了802.11和数字增强无绳通信(DECT)技术，其中数据通信采用简化的802.11标准，沿用了以太网带有冲突检测的载波监听多址技术；语音通信采用DECT标准，使用TDMA技术，沿用802.11中的介质访问协议模式，以竞争的方式来获取对信道的控制权。此标准对流业务规定了高级别的优先权，并采用了带有优先权的重发机制，提供了对流业务真正意义上的支持。

　　HomeRF工作在2.4 GHz频段，采用跳频技术，速率为50跳每秒，数据传输速率达2 Mbit/s。在HomeRF 2.x中，采用宽带跳频(WBFH)技术增加跳频带宽，数据峰值可达10 Mbit/s，并可根据传输速率动态调整跳频带宽，以满足未来家庭宽带通信需求。

　　2.3 IrDA红外技术标准

　　IrDA技术标准为由红外线数据标准协会制订的利用红外线进行点对点通信的无线通信标准。IrDA红外技术已经发展成熟，并为人们所熟知。它有移动通信设备所必须的体积小、功率低的特点。有关专家认为，对于传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的设备(如打印机、扫描仪、数码相机等)，IrDA将是首选技术。

　　3 结束语

　　WLAN数据传输速率高、覆盖范围广，在很多场合得到了应用。但是，以Bluetooth为代表的WPAN技术拥有WLAN不具备的优势，如支持点对点、点对多点传输，功率小，价格便宜，体积小，有行业巨头支持等，两者可构筑不同但互补的应用领域。

　　随着市场、技术的发展，两者必将不断融合。Intersil公司和Silicon Wave公司已经宣布合作开发兼容Bluetooth和802.11b标准的WLAN解决方案；美国Mobilian公司已经推出了兼具WLAN和Bluetooth功能的芯片组，这个芯片组由两个芯片构成，兼有802.11b的无线收发功能和Bluetooth功能，并采用消除电波干扰的方法，使两种规格的数据可同时通信。

　　可以预见，WLAN和WPAN将共同为未来移动通信设备提供完整的短距离无线通信环境。

　　参考文献：

　　[1] 刘元安.宽带无线接入和无线局域网[M].北京:北京邮电大学出版社,2000.
　　[2] 金纯.蓝牙技术[M].北京:电子工业出版社,2001.

[摘要] 文章介绍了无线局域网和无线个域网所涉及的主要标准的应用场合、技术特点及协议构成，比较了它们存在的差异及各自的特点，并根据市场发展给出了它们可能的发展趋势。

[关键词] 无线局域网；无线个域网；IEEE 801.11标准；HiperLAN/2标准；蓝牙技术

[Abstract] The application occasions, technical characteristics and protocol structures of WLAN & WPAN standards are discussed. The difference and characteristics of WLAN & WPAN standards are presented and their possible trends are analyzed in consideration of the market development.

[Keywords] WLAN; WPAN; IEEE Standard 802.11; Standard HiperLAN/2; Bluetooth technology