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《无线网络:理解和应对互联网环境下网络互连所带来的挑战》——1.6 无线数据网络技术概述

简介: 本书将为人们学习无线网络技术提供一个全面、深刻的视角。在具体介绍无线网络技术之前,本书将简要概述当前主流的无线网络技术。但由于近年来大量的无线网络技术飞速发展,且许多专有技术的细节并未公开,这增加了我们评述无线网络技术的难度。

本节书摘来自华章出版社《无线网络:理解和应对互联网环境下网络互连所带来的挑战》一书中的第1章,第1.6节,作者:(美)杰克L.伯班克(Jack L. Burbank)等著,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

1.6 无线数据网络技术概述

本书将为人们学习无线网络技术提供一个全面、深刻的视角。在具体介绍无线网络技术之前,本书将简要概述当前主流的无线网络技术。但由于近年来大量的无线网络技术飞速发展,且许多专有技术的细节并未公开,这增加了我们评述无线网络技术的难度。因此,我们将主要关注那些基于开放标准协议,且在整个无线网络领域内占据重要地位的无线网络技术。
无线网络标准的演进主要包括以下3个特点:
(1)随着时间推移,协议标准不断地增量更新,且快速地演进发展;
(2)随着协议标准增量更新,无线网络技术的复杂度也不断提高;
(3)随着协议标准增量更新,无线网络技术的系统功能也不断提升。
上述特点在每项无线网络技术的发展过程中都得到了充分体现。图1-8展示了主要的无线网络技术的总结,也反映了无线数据网络技术试图解决的整个问题空间的部分内容。
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图1-8 现有无线网络技术总结(BT表示蓝牙技术)
1.6.1 WPAN
本节简单介绍WPAN(Wireless Personal Area Network,无线个人区域网络)的主要技术,具体技术细节将在第3章展开讨论。
1.6.1.1 蓝牙
初始的蓝牙技术标准提出了基本速率(Basic Rate,BR)系统。截至2011年,蓝牙4.0标准提出了支持低功耗(Low Energy,LE)系统。这些系统实现了WPAN技术的基础功能,包括设备的发现、连接的建立和维护等。与最初的蓝牙技术标准相比,目前的BR系统进行了多方面的功能增强,包括增强型数据速率(Enhanced Data Rate,EDR),以及相关的MAC和PHY扩展以支持更高的数据速率。由此,蓝牙4.0系统能够有效支持低功耗的业务需求,表1-2总结了迄今为止所有的蓝牙技术标准。
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1.6.1.2 IEEE 802.15.4
IEEE 802.15工作组主要研究WPAN的应用技术标准,包含多种无线通信技术标准。其中,IEEE 802.15.4标准是ZigBee的技术基础,整个协议簇主要关注以自组织网络和传感器网络为代表的技术应用。表1-3总结了IEEE 802.15.4中一些主要的标准版本。
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1.6.2 WLAN
在过去12年间,IEEE 802.11完成了多次标准更新。这里我们主要关注其中4次重要的技术更新。
IEEE 802.11b:IEEE 802.11高速业务的扩展,在2.4 GHz频段将速率提升到11Mbps;
IEEE 802.11a:IEEE 802.11高速业务的扩展,在5 GHz频段将速率提升到54Mbps;
IEEE 802.11g:IEEE 802.11高速业务的扩展,在2.4 GHz频段将速率提升到54Mbps;
IEEE 802.11n:IEEE 802.11高速业务的扩展,同时在2.4 GHz和5 GHz频段将速率提升到600Mbps。
表1-4总结了上述4次重要的标准更新。
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上述这些“主要版本”仅仅罗列了IEEE 802.11工作组的部分工作。在过去的数十年间,IEEE 802.11工作组对最初的标准规范进行了多次修订,表1-5总结了这些修订工作,表1-6总结了IEEE 802.11工作组仍在进行的工作。
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这些修订工作将定期写入IEEE 802.11规范的新的主要版本中,如IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE 802.11g、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i及IEEE 802.11j。这些技术标准与IEEE 802.11-1999规范融合发展,形成了IEEE 802.11-2007规范[36]。同样,最新发布的IEEE 802.11-2012规范[37],也融合了自IEEE 802.11-2007发布以来完成的许多修订工作。与最初的IEEE 802.11版本相比,新的标准版本具有更多功能和更大的特性集合,但是,这不可避免地增加了802.11协议簇的复杂度。例如,最初的IEEE 802.11规范只有500多页长,最新的2012标准已经超过了2700多页。图1-9展示了IEEE 802.11规范的演进(包括过去的和未来的)过程(数据来自参考文献[38])。
IEEE 802.11标准的关键技术将在第4章进行详细阐述。

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图1-9 IEEE 802.11规范的演进历史
1.6.3 WMAN
IEEE 802.16技术标准是WiMAX技术的基础,也许没有哪项技术标准像IEEE 802.16一样,在提出之后经历如此巨大的变革。IEEE 802.16最初是为支持高速率的点对点回程通信而提出的一个技术标准,后来逐步演进为一类蜂窝技术,并成为4G切实可行的候选技术。图1-10描绘了IEEE 802.16技术路线的这种转变,即以牺牲带宽和速率为代价改善对可扩展性和移动性的支持,直至最新的IEEE 802.16m出现。
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图1-10 IEEE 802.16技术路线的演进
表1-7总结了IEEE 802.16标准修订的历史进程。
WMAN的具体技术细节将在第5章展开介绍。
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