无线个人局域网技术的比较

2019-11-03 19:06:36

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无线个人局域网技术的比较（李玮刘英男）随着人们对移动通信专用化要求的进一步提高，某个特定区域内的无线移动通信正在成为国际标准化组织、各个厂商和科研机构开发的热点。虽然无线局域通信存在性价比相对不高、速率较低、安全性较差等“先天不足”，但发展前景还是被IT行业所看好。如股票大厅、港口、医院、人烟稀少的地区，这些铺设电缆投资巨大、维修不便、气候恶劣但实时通信要求很高的特殊场合，使用无线局域网有其优越性。1998年，经过7年的努力工作，IEEE的802.11工作组制定了世界第一个无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）的协议标准802.11，ISO/IEC也批准了这一标准。可以说，802.11标准为以后相继出现的一系列无线局域网标准和无线个人局域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）标准的发展奠定了最为重要的一块基石。个人局域网（Personal AreaNetwork，PAN）是一种新兴网络，如果说居民区接入网（Residential access Network，RAN）是迈向数字家庭的“最后一公里”，那么，PAN就是“最后的50米”。随着外围设备的逐渐增多，用户们不仅在自己的PC机上连接打印机、扫描仪、调制解调器等外围设备，有时还要插上USB接口，将数码相机中的像片传输并存储到硬盘中去。频繁地插入拔出某一接口、PC机后缠绕着乱如麻的各种线缆，都使用户在体验新技术带来的享受的同时，又不得不忍受一些不便。此外，企业内部各个部门工作人员之间的信息传递在现代化企业中也对信息传送的移动化提出更高的要求，在有限的办公环境中，组成LAN以实现信息共享和设备共享（打印机、扫描仪等），但是密密麻麻的布线又令人心烦。WPAN网就是在一个活动半径较小、业务类型丰富、面向特定群体，实现无缝连接的移动通信网。这是一种与广域网、局域网并列但是范围较小的无线网络。 WPAN网的核心是短距离的无线链接技术。目前，为大家所熟悉的技术有IrDA、HomeRF、Bluetooth和WPAN四种。下面，分别就这四种技术的产生背景、核心技术、应用范围和市场前景进行分析。依然生机勃勃的IrDA 红外线数据标准协会IrDA（Infrared Data Association）成立于1993年，是非营利性组织，致力于建立无线传播连接的国际标准，目前在全球拥有160个会员，参与的厂商包括计算机及通信硬件、软件及电信公司等。简单地讲，IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它在技术上的主要优点有： * 无需专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的。 * 具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。HP公司目前已推出结合模块应用的约从2.5×8.0×2.9mm（3次方）到5.3×13.0×8.8mm（3次方）的专用器件；与同类技术相比，耗电量也是最低的。 * 传输速率在适合于家庭和办公室使用的微微网（Piconet）中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mb/s。除了在技术上有自己的技术特点外，IrDA的市场优势也是十分明显的。目前，全世界有5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然每年以50％的速度增长。有95％的手提电脑安装了IrDA接口。在成本上，红外线LED及接收器等组件远较一般RF组件来得便宜，IrDA端口的成本在5美元以内，如果对速度要求不高甚至可以低到1.5美元以内，相当于目前蓝牙产品的十分之一。面对其他技术的挑战，IrDA并没有停滞不前。除了传输速率由原来的FIR（Fast Infrared）的4Mb/s提高到最新VFIR的16Mb/s标准；接收角度也由传统的30度扩展到120度。这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有IrDA接口的键盘、鼠标就有了基本的技术保障。同时，由于Internet的迅猛发展和图形文件逐渐增多，lrDA的高速率传输优势在扫描仪和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。但是，IrDA也的确有其不尽如人意的地方。首先，IrDA是一种视距传输技术，也就是说两个具有IrDA端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的，但在多个电子设备间就必须彼此调整位置和角度等。这也是Bluetooth和HomeRF未来打败IrDA技术的超级法宝。其次，IrDA设备中的核心部件-红外线LED不是一种十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。最热门的蓝牙 1998年5月，就在IEEE成立WPAN（无线个人局域网）研究小组不久，5家世界著名的IT公司----EriCSSon、IBM、Intel、Nokia和Toshiba联合宣布了一项叫做“蓝牙”（Bluetooth）的计划，旨在设计通用的无线电接口（Radio Air Interface）及其控制软件的国际标准，使通信和计算机进一步结合，让不同厂家生产的便携式设备具有在没有电线或电缆相互链接的情况下，能在近距离范围内互通的能力。这一计划一经公布，就得到了包括Motorola、Lucent、Compaq、Simens、3Com、TDK以及Microsoft等大公司在内的近2000家厂商的广泛支持和采纳。蓝牙技术从应用的角度来讲，与目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数据传输。早在蓝牙标准制定的前一年，IEEE的有关工作组就已经开始WPAN的准备工作。起初，IEEE执行委员会认为由于这是局域网内部的无线通信技术，所以就将此任务交给了对WLAN有着突出贡献的802.11工作组，当时主要的工作就是实现无线局域网和无线个人局域网的无缝隙连接。经过一年的努力工作，小组成员的结论是，现有的IEEE 802.11中有关支持三种物理媒介层的MAC（Medium Access Control，媒介访问控制）中规定的基础结构并不适用于WPAN。因此，1999年3月，原由802.11领导的WPAN小组单独成立IEEE 802.15工作组。其主要目的是：在个人工作空间（Personal Operating Space POS）内建立无线通信的国际标准，实现和802.11协议族的融合。同时考虑经济和技术方面的可实现性。 1999年7月，802.15工作组在蒙特利尔召开了第一次正式会议。在这次会议上，蓝牙特别利益小组（SIG）明确提出希望参与WPAN标准的制定工作。由于很多IEEE 802.15成员也是SIG的成员，因此很快就达成一致协议，并提出当前二者共同关心的问题：如何解决两种规范下产品的兼容性问题；如何找到一种可靠的测试手段来验证二者的兼容性作为合作的基点。 802.15工作组于1999年秋天开始起草一项以蓝牙1.0版本为基础的标准，2000年11月提交到IEEE标准委员会讨论。之所以如此迅速，主要是IEEE 802.11工作组在制定WLAN标准时过于滞后于市场，继而造成了WLAN标准重蹈“ATM”的覆辙。虽然IEEE 802.11是国际公认的技术标准，但市场份额并不大，因此蓝牙才决定使用无线局域网使用的2.4GHz波段（由于频率的冲突，很可能造成现有无线局域网性能的下降）。蓝牙的支持者甚至大胆地预测，随着蓝牙技术的不断发展，采用IEEE 802.11标准的无线局域网将不复存在，从而双方的频段之争将迎刃而解。力不从心的HomeRF HomeRF工作组成立于1997年，是由美国家用射频委员会领导的。它成立的技术与商业动机和其他几项技术十分相似，其宗旨是在消费者能够承受的前提下，建设家庭语音、数据内联网。HomeRF把共享无线连接协议（SWAP）作为未来家庭内联网的几项技术指标，使用IEEE 802.11无线以太网作为数据传输标准，通信频段也是2.4GHz，HomeRF工作组像当初人们构造ATM一样，提出了一整套应用于家庭联网的完整体系，包括外围设备和家庭主机之间的连接、外围设备之间的连接、主机和HomeRF中央控制的连接、接入网、PSTN等。2000年8月31日美国联邦通信委员会批准了Intel、Microsoft、Motorola和PRoxim等HomeRF组织成员的要求，允许HomeRF的传输速率在原来的2Mb/s的基础上提高四倍，达到8M-11Mb/s传送速率；而且和蓝牙一样，HomeRF可以实现多个（最多5个）设备之间的互联。但FCC的这一决定，招致了来自包括内部成员和蓝牙组织成员的反对，主要理由是频率冲突、功耗较大。同时，HomeRF工作组的一些成员提出将原来的发射带宽由1MHz提高到5MHz，这样速率能够提高得更多，但反对者认为，信息本来在狭窄的信号通道里跳动，现在如果将狭窄的通道加宽，就会像一辆卡车在几条车道上横冲直撞，从而造成SWAP设备之间的互相干扰。因此，很多业界人士对这一技术并不表示乐观。物竞天择，共同发展无论是成熟可靠的IrDA还是朝气蓬勃的蓝牙、WPAN，都在互相取长补短。从蓝牙协议堆仍然采用分层的体系结构，在串行电缆仿真协议之上或直接加在“逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）”之上的是专用协议，包括现有的多种协议，如PPP、UDP/TCP/ip、WAP、OBEX等。其中，OBEX的IrOBEX（Short OBEX）是红外线数据协会开发的一个会话协议。事实上，蓝牙系统和WPAN的概念相辅相成，它已经是WPAN的一个雏形。在其1999年12月发布的蓝牙1.0版的标准中，已定义了包括使用WAP协议连接互联网的多种应用软件。它能够使蜂窝电话系统、无绳通信系统、无线局域网和互联网等现有网络增添新功能，使各类计算机、传真机、打印机设备增添无线传输和组网功能，在家庭和办公自动化、家庭娱乐、电子商务、无线公文包应用、各类数字电子设备、工业控制、智能化建筑等场合开辟了广阔的应用。随着WPAN的发展，IEEE 802.15的一个工作小组正在制订速率可达20Mb/s以上的WPAN标准，这一标准也是基于蓝牙规范。因此，WPAN和蓝牙必然会趋于融合，由SIG参与蓝牙计划的公司和IEEE802.15工作组协力合作，共同创造明天的WPAN。据Cahners In-Star集团预测，新兴的家庭网络市场规模将从2000年的6000万美元增涨到2004年的57亿美元，由于存在着巨大的商机，许多公司都采取了灵活的姿态，宣布同时支持IrDA、HomeRF、Bluetooth和WPAN中的一些规范，可以看出，这四种技术各有所长，背后又有各家公司或科研机构的支持，所以在一段时间内，这几种技术之间的竞争是必然，相互间取长补短也是必然的。通过对于四种技术指标的比较（表1），可以认为：

表1 WLAN HomeRF IrDA和Bluetooth各项指标的比较

	最高速率	相对价格	数据	语音	传输内容	功耗	应用现状	传输半径
WLAN	2Mb/s	高	TCP/IP	ViaIP	语音数据	-10mA -400mA	较少	>50m
HomeRF	8Mb/s	中等	TCP/IP	Via IP&PSTN	语音数据	<1-300mA	少	>50m
IrDA	16Mb/s	低	PPP	Via IP&Cellular	数据	<1-60mA	广泛	<2m
Bluetooth	1Mb/s	中等	PPP和	Via IP	语音数据	<10uA-300mA	较少	<10m

* 对于要求传输速率高、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、数码像机等，IrDA技术是首选。 * 如果设备是属于那种活动范围比较广、要求能和多种设备迅速互联，如，笔记本电脑、数字无绳电话、个人数字助理（PDA）、手机等，采用蓝牙或WPAN是十分理想的。 * HomeRF技术对于小型公司或者类似别墅的家庭是再方便不过的了，因为这两种环境的活动半径都比Bluetooth和WPAN规定的活动范围大，同时，一般又小于无线局域网的半径。但这也并非是说HomeRF的地位是高枕无忧的。因为，一项技术如果想要成为国际认可的标准，其独特性是必不可少的。HomeRF在传输距离方面的优势很有可能被蓝牙所击败。摘自《通讯世界》

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