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802.11b

价格便宜的便携式计算机、移动电话和手持式设备的日趋流行,以及Internet应用程序和电子商务的快速发展,使用户需要随时进行网络连接。为满足这些需求,可以使用两种方法将便携式设备连接到网络,而没有电缆所带来的不便。这两种标准就是802.11b和Bluetooth。802.11b是一种11Mbps(原文为11M/s,已修改) 无线标准,可为笔记本电脑或桌面电脑用户提供完全的网络服务。

以往,无线局域网发展缓慢,推广应用困难,主要是由于传输速率低、成本高、产品系列有限,且很多产品不能相互兼容。如以前无线局域网的速率只有1~2Mbps,而许多应用也是根据10Mbps以太网速率设计的,限制了无线产品的应用种类。针对目前高速增长的数据业务和多媒体业务,无线局域网取得进展的关键就在于高速新标准的制定,以及基于该标准的10Mbps甚至更高速率产品的出现。IEEE 802.11b从根本上改变了无线局域网的设计和应用现状,满足了人们在一定区域内实现不间断移动办公的需求,为我们创造了一个自由的空间。(原文所有速率单位都为M/s,14-11-30修改)

IEEE 802.11b无线局域网带宽最高可达11Mbps,比两年前刚批准的IEEE 802.11标准快5倍,扩大了无线局域网的应用领域。另外,也可根据实际情况采用5.5Mbps、2 Mbps和1 Mbps带宽,实际的工作速度在5Mb/s左右,与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施,可以基本满足使用要求。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GHz频段,不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充,也可独立组网,从而使网络用户摆脱网线的束缚,实现真正意义上的移动应用。

IEEE 802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE 802.3以太网的原理很类似,都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是CSMA/CD(载波侦听/冲突检测)技术,网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送,当发现网络空闲时即发出自己的信息,如同抢答一样,只能有一台工作站抢到发言权,而其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息,则网络中会发生冲突,冲突后这些冲突信息都会丢失,各工作站则将继续抢夺发言权。而802.11b无线局域网则引进了CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术和RTS/CTS(请求发送/清除发送)技术,从而避免了网络中冲突的发生,可以大幅度提高网络效率。这里的CSMA/CA技术与正常情况下的CSMA/CD技术原理有所不同,原理是:站点在发送报文后等待来至接入点AP(基本模式)或来至另外站点(对等模式)的确认帧(ACK)。如果在一定的时间内没有收到确认帧,则假定发生了冲突并重发该数据。如果站点注意到信道上有活动,就不发送数据。RTS/CTS的工作方式与调制解调器类似,在发送数据之前,站点将一个请求发送帧RTS发送到目的站点,如果信道上没有活动,那么目的站点将一个清除发送帧CTS发送回源站点。这个过程成为“预热”其他站点,从而防止不必要的冲突。RTS/CTS只用于特别大的报文和重发数据时可能出现严重带宽问题的场合。

速度

2.4GHz直接序列扩频,最大数据传输速率为11Mb/s,无须直线传播。

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5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。

使用范围

支持的范围是在室外为300米,在办公环境中最长为100米。

可靠性

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。

互用性

只允许一种标准的信号发送技术,WECA将认证产品的互用性。

电源管理

网络接口卡可转到休眠模式,访问点将信息缓冲到客户,延长了笔记本电脑的电池寿命。

漫游支持

当用户在楼房或公司部门之间移动时,允许在访问点之间进行无缝连接。

加载平衡

NIC更改与之连接的访问点,以提高性能。

可伸缩性

最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中,以支持上百个用户。

安全性

内置式鉴定和加密。

不易接线的区域

在不易接线或接线费用较高的区域中提供网络服务;

灵活的工作组

为经常进行网络配置更改的工作区降低了总拥有成本;

网络化的会议室

用户可在不同的会议室时进行网络连接,以获得最新的信息,并且可在决策时相互交流;

特殊网络

现场顾问和小工作组的快速安装和兼容软件可提高工作效率;

子公司网络

为远程或销售办公室提供易于安装、使用和维护的网络;

部门范围的网络移动

漫游功能使企业可以建立易于使用的无线网络,可覆盖所有部门。

802.11b运作模式基本分为两种:点对点模式(ad-hoc mode)和基本模式(infrastructure mode),如图1所示。点对点模式是指站点(如:无线网卡)和站点之间的通信方式。只要PC插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的PC连接,对于小型的无线网络来说,是一种方便的连接方式,最多可连接256台PC。而基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式,这是802.11b最常用的方式。此时,插上无线网卡的PC需要由接入点(AP)与另一台PC连接。接入点负责频段管理及漫游等指挥工作,一个接入点最多可连接1024台PC(无线网卡)。当无线网络节点扩增时,网络存取速度会随着范围扩大和节点的增加而变慢,此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。无线网络需要与有线网络互连,或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时,接入点可以作为无线网和有线网之间的桥梁。

对标准的支持

802.11b有无线以太网兼容性联盟 (WECA)的支持,蓝牙有蓝牙特殊利益集团(SIG)的支持。

工作频段

802.11b和蓝牙都工作在2.4GHz频段上。

在技术上

802.11只规定了开放式系统互联参考模型(OSI/RM)的物理层和MAC层,其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免(CSMA/CA)协议,而在物理层,802.11定义了三种不同的物理介质:红外线、跳频扩谱方式(FHSS)以及直扩方式(DSSS)。802.11支持1~11Mb/s的数据速率,但是它只支持数据通信,要进行无线数据通信,数据设备先要安装有无线网卡。

蓝牙技术具有一整套全新的协议,可以应用于更多的场合。蓝牙技术中的跳频更快,因而更加稳定,同时它还具有低功耗、低代价和比较灵活等特点。

802.11b实现的是有形的、特定的网络,而由蓝牙形成的网络是无形的、看不见的,蓝牙技术是ad hoc网中的一个主流技术。

在应用上

802.11b的传输距离长、速度快,可以满足用户运行大量占用带宽的网络操作,就像在有线局域网上一样。而蓝牙技术面向的却是移动设备间的小范围连接,因而本质上说,它是一种代替电缆的技术。

蓝牙,适合用在手机、掌上型电脑等简易数据传递;而速率在11Mb/s的802.11b则较适合用在影像等高速无线传输,有效距离长达100米。

802.11b比较适于办公室中的企业无线网络,较适合用在影像等高速无线传输,有效距离长达100米;而速率小于1Mb/s的蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合,适合用在手机、掌上型电脑等简易数据传递。

802.11b无线局域网由于其便利性和可伸缩性,特别适用于小型办公环境和家庭网络。在室内环境中,针对不同的实际情况可以有不同的典型解决方案

对等解决方案是一种最简单的应用方案,只要给每台电脑安装一片无线网卡,即可相互访问。如果需要与有线网络连接,可以为其中一台电脑再安装一片有线网卡,无线网中其余电脑即利用这台电脑作为网关,访问有线网络或共享打印机等设备。

但对等解决方案是一种点对点方案,网络中的电脑只能一对一互相传递信息,而不能同时进行多点访问。如果要实现像有线局域网的互通功能,则必须借助接入点。

接入点相当于有线网络中的集线器无线接入点可以连接周边的无线网络终端,形成星形网络结构,同时通过10Base-T端口与有线网络相连,使整个无线网的终端都能访问有线网络的资源,并可通过路由器访问Internet。

不易接线的区域 在不易接线或接线费用较高的区域(如有历史意义的建筑物,有石棉的建筑物,以及教室中提供网络服务。灵活的工作组 为经常进行网络配置更改的工作区降低了总拥有成本。它是网络化的会议室 用户可在不同的会议室时进行网络连接,以获得最新的信息。

特殊网络 现场顾问和小工作组的快速安装和兼容软件可提高工作效率

子公司网络 为远程或销售办公室提供易于安装、使用和维护的网络

部门范围的网络移动 漫游功能使企业可以建立易于使用的无线网络,可覆盖所有部门

一般地说,802.11b允许使用任何现有在有线网络上运行的应用程序或网络服务

当网络规模较大,超过了单个接入点的覆盖半径时,可以采用多个接入点分别与有线网络相连,从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络,所有无线终端可以通过就近的接入点接入网络,访问整个网络的资源,从而突破无线网覆盖半径的限制。

无线接入器还有另外一种用途,即充当有线网络的延伸。比如在工厂车间中,车间具有一个网络接口连接有线网,而车间中许多信息点由于距离很远使得网络布线成本很高,还有一些信息点由于周边环境比较恶劣,无法进行布线。由于这些信息点的分布范围超出了单个接入点的覆盖半径,我们可以采用两个接入点实现无线中继,以扩大无线网络的覆盖范围。

对于网络可靠性要求较高的应用环境,比如金融、证券等,接入点一旦失效,整个无线网络会瘫痪,将带来很大损失。因此,可以将两个接入点放置在同一位置,从而实现无线冗余备份的方案。

在一个大楼中或者在很大的平面里面部署无线网络时,可以布置多个接入点构成一套微蜂窝系统,这与移动电话的微蜂窝系统十分相似。微蜂窝系统允许一个用户在不同的接入点覆盖区域内任意漫游,随着位置的变换,信号会由一个接入点自动切换到另外一个接入点。整个漫游过程对用户是透明的,虽然提供连接服务的接入点发生了切换,但对用户的服务却不会被中断。

早期的802.11b无线局域网技术已经在纵向市场应用方面取得成功,例如生产、存货控制和零售点等方面,1999年已经取得了4亿美元的销售额。随着802.11b性能价格比实质性的提高,一个全新的横向市场应用将全面展开。企业将可以应用无线局域网作为他们有限局域网的延伸。这一应用将使他们全方位地与公司应用程序和网络外围设备取得连接,从而大大提高雇员在移动中的工作效率。无线局域网技术将首先应用于企业的会议厅和部门办公室,随着其使用的深入,最终将应用于公司的每一个角落。小企业和家庭用户也将使用无线局域网代替有线网络,从而获得无线局域网提供的在“无线”安装和维护方面带来的节约。

开源的 802.11b 项目

使用开源软件无线电 GNU Radio, BBN Technologies Internetwork Research BBN - BBN Technologies Internetwork Research ADROIT Project 在 DARPA 的赞助下编写 802.11 代码。GNU Radio 是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块,用它可以在易制作的低成本的射频(RF)硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者,学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。 GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C++在带浮点运算的微处理器上构建的。因此,开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。 尽管其主要功用不是仿真器,GNU Radio 在没有射频 RF 硬件部件的境况下支持对预先存储和(信号发生器)生成的数据进行信号处理的算法的研究。

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