顾晓亮 郑恒瑞
南京邮电学院 通信工程系 南京 210003
摘 要 目前无线局域网技术已经迅速发展成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，因而采用何种无线局域网技术标准就显得尤为重要。本文着重介绍几种WLAN技术标准，包括802.11系列，HomeRF，HiperLAN2以及蓝牙技术，并且分析了各自的优劣。
关键词 无线局域网 标准 802.11 HomeRF HiperLAN 蓝牙技术
一、前言
WLAN开始是作为有线局域网络地延伸而存在的，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN（Local Area Network）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入，因而各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。这主要是因为WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。
WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层（MAC），涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。在WLAN迅猛发展的同时，WLAN的标准之争也成为众多厂商和运营实体非常关注的一个话题，究竟WLAN最终会采取哪种技术作为主流标准直接影响到企业今后的决策走向。在众多的标准中，人们知道最多的是IEEE（美国电子电气工程师协会）802.11系列，此外制定WLAN标准还有ETSI（欧洲电信标准化组织）提出的标准有HiperLan和HiperLan2，HomeRF工作组的两个标准是HomeRF和HomeRF2，另外还有蓝牙特别兴趣组织”BSIG(Bluetooth Special Interest Group)，简称蓝牙SIG的蓝牙技术标准。本文将针对目前业界最为关心的容量，兼容性，应用前景等方面出发，对各个WLAN技术标准进行逐一分析比较。
二、IEEE的802.11标准系列
IEEE的802.11标准由很多子集构成，它详细定义了WLAN中从物理层到MAC层（媒体访问控制）的通信协议。该系列中的802.11b,802.11a和802.11g都已经崭露头角，尤其是802.11b，它的产品普及率最高，在众多的标准中处于先导地位。
1. 802.11b
IEEE802.11b（Wi-Fi）使用开放的2.4GHz频段，物理调制方式为补码键控（CCK）编码的直接序列扩频（DSS），最大数据传输速率为11Mbps，无需直线传播。其实际的传输速率在5Mbps左右，与普通的10Base-T规格有线局域网处于同一水平。使用动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps。且当工作在2Mbps和1Mbps速率时可向下兼容IEEE802.11。IEEE802.11b的使用范围在室外为300米，在办公环境中则最长为100米。使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。IEEE802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式和基本结构模式，点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式,即Ad Hoc模式或者独立基本服务集（IBSS）。基本结构模式（BSS）是指仅使用一个接入点(AP)的无线网络；使用多个接入点的两个或多个BSS无线网络可以组成扩展服务集(ESS),这是无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，是IEEE802.11b最常用的方式。
然而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多，速率问题将会成为802.11b进一步发展的主要障碍。此外802.11b在安全问题也不容忽视，目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷，不过IEEE已经出台了一个标准802.11i来专门解决WLAN中的安全问题。
2. 802.11a
IEEE802.11a工作在5GHz U-NII频带，从而避开了拥挤的2.4GHz频段，所以相对802.11b来说几乎是没有干扰。物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps。采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口、10Mbps以太网无线帧结构接口和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。
IEEE802.11a在使用频率的选择和数据传输速率上都优与IEEE802.11b，不过其不兼容IEEE802.11b、空中接力不好、点对点连接很不经济，不适合小型设备，另外由于技术成本过高，缺乏价格竞争力，经济规模始终无法扩大，加上5GHz并非免费频段，在部分地区面临频谱管制的问题，市场销售情况一直不理想。相比而言，业界非常看好IEEE802.11b。
3. 802.11g
802.11g是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而出台的一个标准，它是802.11b的延续，两者同样使用2.4GHz通用频段，互通性高，被看好是新一代的WLAN标准。802.11g的速率上限已经由由11Mbps提升至54Mbps，但由于2.4GHz频段干扰过多，在传输速率上低于802.11a。
与802.11a和802.11b同时兼容是802.11g的一大亮点，它同时支持802.11b的CCK和802.11a的OFDM，802.11g还支持PBCC（Packet Binary Convolutional Coding，分组二进制卷积码）技术。802.11g中规定的调制方式有2种，一为原Intersil公司提案采用的CCK-OFDM，另一为TI公司提案采用的PBCC-22（也称CCK-PBCC）调制方式，其中采用PBCC-22方式的TI提案保持了对IEEE802.11b的完全兼容，并使最高传输速率达到了22Mbps,目前已经有不少符合该标准的产品。而CCK-OFDM则作为802.11g的强制54Mbps模式，同时支持两种模式的802.11g产品便可以在与802.11b网络兼容的情况下，最高提供与802.11a标准相同的54Mbps连接速率。
802.11g的兼容性和高数据速率弥补了802.11a和802.11b各自的缺陷，一方面使得802.11b产品可以平稳向高数据速率升级，满足日益增加的带宽需求，另一方面使得802.11a实现与802.11b的互通，克服了802.11a一直难以进入市场主流的尴尬，因此802.11g一出现就获得众多厂商的支持。IEEE标准委员会已经通过了802.11g标准，WLAN市场势将再掀波澜。
三、HomeRF
HomeRF无线标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。
HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合，使用这种技术能降低语音数据成本。与前几种技术一样，使用开放的2.4GHz频段。采用跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒, 共有75个带宽为1MHz的跳频信道，室内覆盖范围为45米。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种，采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。2FSK方式下，最大数据的传输速率为1Mbps；4FSK方式下，速率可达2Mbps。在新的HomeRF 2.x标准中，采用了WBFH（Wide Band Frequency Hopping，宽带调频）技术来增加跳频带宽，由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/秒，数据峰值达到10Mbps。
以下为HomeRF 标准的主要特点：
HomeRF提供了流媒体（Stream Media）真正意义上的支持。由于流媒体规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，这样就确保了实时播放流媒体所需的带宽、低干扰、低误码。
HomeRF把共享无线接入协议（SWAP）作为未来家庭联网的技术指标，基于该协议的网络是对等网，因此该协议主要针对家庭无线局域网。其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准，沿用类似于以太网技术中的冲突检测的载波侦听多址技术（CSMA/CD）—CSMA/CA，冲突避免的载波侦听多址技术。语音通信采用DECT（Digital Enhanced Cordless Telephony）标准，使用TDMA时分多址技术。
不过由于HomeRF技术标准没有公开，仅获得了数十家公司的支持，并且在抗干扰能力等方面与其它技术标准相比也存在不少欠缺，这些先天不足决定了HomeRF标准应用和发展前景有限，又加上这一标准推出后，市场营销策略失当、后续研发与技术升级进展迟缓，因此，2000年之后，HomeRF技术开始走上了下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30%，市场优势逐渐丧失。与此同时，作为HomeRF技术劲敌的Wi-Fi技术不仅在商用与家庭无线联网市场双管齐下，而且无论在技术标准升级演化、普及程度和产品价格方面，Wi-Fi都开始领先于HomeRF，尤其是芯片制造巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对802.11b标准的支持后，HomeRF的失败几乎已成定局。
四、HiperLAN2
除了IEEE，欧洲电信标准协会（ETSI）也在针对欧洲市场，制订名为“HiperLAN”的无线接入标准。所制订的标准有4个：HiperLAN1、HiperLAN2、HiperLink和HiperAccess。其中HiperLink用于室内无线主干系统，HiperAccess用于室外对有线通信设施提供固定接入，HiperLAN1和HiperLAN2则用于无线局域网接入。
HiperLAN主要是为集团消费者，公共和家庭环境提供无线接入到因特网和实时视频服务。HiperLAN1采用了已在GSM蜂窝网和蜂窝数字分组数据（CDPD）中广泛使用的高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制技术，支持最大23.5Mbit/s的速率。HiperLAN2则与802.11a相似，同样工作在5G频带，同样在物理层采用正交频分复用（OFDM）调制方法，同样支持高达54Mbit/s的传输速率。不过，它还具备其它方面的一些优点。在HiperLAN2中，数据通过移动终端和接入点之间事先建立的信令链接来进行传输，面向链接的特点使得HiperLAN2可以很容易地实现QoS支持；HiperLAN2自动进行频率分配，接入点监听周围的HiperLAN2无线信道并自动选择空闲信道，这消除了对频率规划的需求，使系统部署变得相对简便；为了加强无线接入的安全性，HiperLAN2网络支持鉴权和加密，只允许合法用户接入网络；HiperLAN2的协议栈具有很大的灵活性，可以适应多种固定网络类型——它既可以作为交换式以太网的无线接入子网，也可以作为第三代蜂窝网络的接入网，并且这种接入对于网络层以上的用户部分来说是完全透明的，当前在固定网络上的任何应用都可以在HiperLAN2网上运行。相比之下，IEEE802.11的一系列协议都只能由以太网作为支撑，不如HiperLAN2灵活。
五、蓝牙
“蓝牙”的英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准。它是面向移动设备间的小范围连接，其本质可以说它是一种代替线缆的技术。从应用的角度来讲，它与日前广泛应用于微波通信中的一点多址技术十分相似；因此，它很容易穿透障碍物，实现全方位的语音与数据传输。蓝牙技术与无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN一道，以蓝牙规范1.1版为基础已纳入IEEE802.X.Y系列中，成为WPAN系列标准IEEE802.15x之一，即802.15.1标准。802.15x系列标准将以蓝牙速率为基础，向低速率、高速率、更高速率全面迈进。IEEE802.15.1即相当蓝牙技术标准。
蓝牙同IEEE802.11b一样，使用2.4GHz频段，采用跳频扩频（FHSS）技术。跳频是蓝牙使用的关键技术。对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对应于时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时则提高为3200跳/秒。蓝牙的室内覆盖范围是9米，以2.45GHz为中心频率，来得到79个1MHz带宽的信道。由于使用比较高的跳频速率，使蓝牙系统具有较高的抗干扰能力。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kbps。
蓝牙的移动性和开放性使得安全问题倍受关注。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已提供了一定的安全保障，但是蓝牙系统仍需要链路层和应用层进行安全管理。在链路层中，蓝牙系统提供了认证、加密和密钥管理等功能，每个用户都有一个个人标识码（PIN），它会被译成128比特的链路密钥（Link Key）来进行单双向认证。链路层安全机制提供了大量的认证方案和一个灵活的加密方案。
在连网上，蓝牙支持点对点和点到多点的连接，使用无线方式将多个蓝牙设备连成一个微微网，多个微微网又可互连成特殊分散网，形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。
在技术规范方面，蓝牙包括协议（Protocol）和应用规范（Profile）两个部分。协议定义了各功能元素（如串口仿真协议、逻辑链路控制和适配协议等）各自的工作方式，而应用规范则阐述了为了实现一个特定的应用模型，各层协议间的运转协同机制。整个蓝牙协议体系结构可分为4层，即核心协议层、线缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。
作为一种新兴的无线技术，蓝牙一度曾被业界看好，不过英特尔公司负责通讯发展战略的副总裁Sean Maloney在“英特尔开发者论坛”上一语惊人：“蓝牙协议在无线网络标准之争中败局已定”，并且宣称，“虽然蓝牙协议还会继续存在下去，但不会象以前我们预料的那般成为主流技术，而是处于尴尬地位。”蓝牙是浮是沉，现在尚不得而知。
六、小结
综上所述，经过市场的洗刷，各个无线技术都显示出了各自优点，同时也暴露出了一些不足。在市场定位方面：IEEE802.11定位于企业无线网络，802.11b，802.11a和802.11g在WLAN标准中三足鼎立，其中802.11b仍然是当前普及最广和应用最多的WLAN标准，后起之秀802.11g也越来越引起业界的关注，它在容量和兼容性上都优于前两个标准，在价格上也开始低于802.11a产品,而802.11a 又与HiperLAN2相仿。在家庭无线应用上，HomeRF无可非议，其专为家庭用户设计，对流媒体提供了真正意义上的支持，因此在传送声音以及影像数据方面占有优势，不存在牺牲质量的问题，而IEEE802.11b所提供的高带宽，是以将数据分割为TCP/IP包为代价，这样会对"流媒体"的播放产生影响。而蓝牙则应用于以无线方式替代线缆的场合。以目前来看，在一段时间内，这些技术还将处于并存阶段，其引发的主要问题为干扰，主要由于IEEE802.11b 、HomeRF和蓝牙这3种技术都使用2.4GHz频带，当同时收发这几种规格的数据时，就有可能引起数据包冲突、电波干扰等问题。从长远来看，随着产品与市场的不断发展，各种无线技术将互相竞争，取长补短，最终走向融合。
参 考 文 献
[1] 无线局域网设计与实现/（美）西恩帕（Ciampa,M.）著；王顺满等译.—北京：科学出版社，2003
[2] 宽带固定无线网/（美）里德（Reid,N.P.）著；廖建新等译.—北京：人民邮电出版社，2004.1
[3] OFDM无线局域网/（美）海斯卡拉（Heiskala,J.）著；杨晓春等译.—北京：电子工业出版社，2003.3
顾晓亮，男，江苏扬州人。南京邮电学院通信与信息系统专业2002级硕士研究生，研究方向：移动通信与无线技术。
郑恒瑞，男，江苏南京人。南京邮电学院通信与信息系统专业2002级硕士研究生，研究方向：移动通信与无线技术。
----《中国数据通信》
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