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第13章 现代物流信息系统技术基础(8)

(3)IEEE 802.11a

IEEE 802.11a工作于5GHz频带,但在美国是工作于U‐NII频段,即5.15~5.25GHz、5.25~5.35GHz、5.725~5.825GHz三个频段范围,其物理层速率可达54Mbps,传输层可达25Mbps。IEEE 802.11a的物理层还可以工作在红外线频段,波长为850~950nm,信号传输距离约10m。IEEE 802.11a采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术,并提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,支持语音、数据、图像业务。IEEE 802.11a使用正交频分复用技术来增大传输范围,采用数据加密可达152位的WEP。

就技术角度而言,IEEE 802.11a与IEEE 802.11b之间的差别主要体现在工作频段上。由于IEEE 802.11a工作在与IEEE 802.11b不同的5GHz频段,避开了大量无线电子产品广泛采用的2.4GHz频段,因此其产品在无线通信过程中所受到的干扰大为降低,抗干扰性较IEEE 802.11b更为出色。高达54Mbps数据传输带宽,是IEEE 802.11a的真正意义所在。当IEEE 802.11b以其11Mbps的数据传输率满足了一般上网浏览网页、数据交换、共享外设等需求的时候,IEEE 802.11a已经为今后无线宽带网的高数据传输要求做好了准备,从长远的发展角度来看,其竞争力是不言而喻的。此外,IEEE 802.11a的无线网络产品较IEEE 802.11b有着更低的功耗,这对笔记本电脑及PDA等移动设备来说也有着重大实用价值。

然而在IEEE 802.1la的普及过程中也面临着很多问题。首先,来自厂商方面的压力。IEEE 802.11b已走向成熟,许多拥有IEEE 802.11b产品的厂商会对IEEE 802.11a持保守态度。从目前的情况来看,由于这两种技术标准互不兼容,不少厂商为了均衡市场需求,直接将其产品做成了“a+b”的形式,这种做法虽然解决了“兼容”问题,但也使得成本增加。其次,由于相关法律法规的限制,使得5GHz频段无法在全球各个国家中获得批准和认可。5GHz频段虽然令基于IEEE 802.11a的设备具有低干扰的使用环境,但也有其不利的一面,由于太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5GHz频段,这样它们之间产生的干扰是不可避免的。此外,欧盟也已将5GHz频率用于其自己制定的HiperLAN无线通信标准。

(4)IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是对IEEE 802.11b的一种高速物理层扩展,它也工作于2.4GHz频带,物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术,而且它采用了OFDM技术,使无线网络传输速率最高可达54Mbps,并且与IEEE 802.11b完全兼容。IEEE 802.11g和IEEE 802.11a的设计方式几乎是一样的。

IEEE 802.11g的出现为无线传感器网络市场多了一种通信技术选择,但也带来了争议,争议的焦点是围绕在IEEE 802.11g与IEEE 802.11a之间的。与IEEE 802.11a相同的是,IEEE 802.11g也采用了OFDM技术,这是其数据传输能达到54Mbps的原因。然而不同的是,IEEE 802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的工作频段5GHz,而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段,这样一来,使得基于IEEE 802.11b技术产品的用户所担心的兼容性问题得到了很好的解决。

从某种角度来看,IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a来替代,那么IEEE 802.11g的推出是否就是多余的呢?答案当然是否定的。IEEE 802.11g除了具备高数据传输速率及兼容性的优势外,其所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么严重,并且IEEE 802.11g还具备更优秀的“穿透”能力,能在复杂的使用环境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作频段为2.4GHz,使得IEEE 802.11g与IEEE 802.11b一样极易受到来自微波、无线电话等设备的干扰。此外,IEEE 802.11g的信号比IEEE 802.11b的信号能够覆盖的范围要小得多,用户需要通过添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖,这或许就是IEEE 802.11g能够具有高宽带所付出的代价吧!

4.无线个域网(WPAN)

从网络构成上来看,无线个域网WPAN(Wireless Personal Area Networks)位于整个网络架构的底层,用于很小范围内的终端与终端之间的连接,即点到点的短距离连接。

WPAN是基于计算机通信的专用网,工作在个人操作环境,把需要相互通信的装置构成一个网络,且无需任何中央管理装置及软件。用于无线个域网的通信技术有很多,如蓝牙、红外、UWB、HomeRF等,下面就几种主要的技术进行讲述。

(1)蓝牙(Bluetooth)

蓝牙(Bluetooth)是由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM和东芝等公司于1998年5月联合主推的一种短距离无线通信技术,它可以在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备或移动设备之间的网络互联,从而在各种数字设备之间实现灵活、安全、低功耗、低成本的语音和数据通信。蓝牙技术的一般有效通信范围为10m,强的可以达到100m左右,其最高速率可达1Mbps。

蓝牙技术运行在全球通行的、无需申请许可的2.4GHz频段。采用GFSK调制技术,传输速率达1Mbps;采用FHSS扩频技术,把信道分成若干个长为625μs的时隙,每个时隙交替进行发射和接收,实现时分双工。在2.402~2.480GHz频段内含有间隔为1MHz的79个跳频载频及一系列的跳频序列,跳频速率为1600hops/s,每个时隙传送一个分组数据。蓝牙由于采用了时分双工,可以防止收发信机之间的串扰;采用跳频技术提高了设备抗干扰能力,以及提供了一定的安全保障,便于叠区组网。蓝牙采用电路交换和分组交换技术,可独立或同时支持异步数据信道和语音信道。每个同步语音信道数据速率为64kbps,语音信号编码采用脉冲编码调制或连续可变斜率增量调制方法。当采用非对称信道传输数据时,其速率可达723.2kbps;当采用对称信道传输数据时,速率最高为342.6kbps。蓝牙还使用了前向纠错(Forward Error Correction,FEC)机制,从而抑制了长距离链路的随机噪声。

基于蓝牙技术的设备在网络中所扮演的角色有主设备和从设备之分。主设备负责设定跳频序列,从设备必须与主设备保持同步。主设备负责控制主从设备之间的业务传输时间与速率。在组网方式上,通过蓝牙设备中的主设备与从设备可以形成一点到多点的连接,即在主设备周围组成一个微微网,网内任何从设备都可与主设备通信,而且这种连接无需任何复杂的软件支持,但是一个主设备同时最多只能与网内的7个从设备相连接进行通信。同样,在一个有效区域内多个微微网通过节点桥接可以构成散射网。

蓝牙技术是一种新兴的技术,其传输使用的功耗很低,它可以应用到无线传感器网络中。同时,也可以广泛应用于无线设备(如PDA、手机、智能电话)、图像处理设备(照相机、打印机、扫描仪)、安全产品(智能卡、身份识别、票据管理、安全检查)、消遣娱乐(蓝牙耳机、MP3、游戏)、汽车产品(GPS、动力系统、安全气袋)、家用电器(电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机)、医疗健身、智能建筑、玩具等领域。如今日常生活中基于蓝牙技术的手机、耳机和笔记本电脑随处可见。

(2)红外(IrDA)

IrDA是国际红外数据协会的英文缩写,IrDA技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信的技术。IrDA技术的主要特点有:利用红外传输数据,无需专门申请特定频段的使用执照;具有设备体积小、功率低的特点;由于采用点到点的连接,数据传输所受到的干扰较小,数据传输速率高,速率可达16Mbps。

由于IrDA使用红外线作为传播介质。红外线是波长在0.75~1000μm之间的无线电波,是人用肉眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内波长在0.75~25μm之间的近红外线。红外数据协会成立后,为保证不同厂商基于红外技术的产品能获得最佳的通信效果,规定所用红外波长在0.85~0.90μm之间,红外数据协会相继也制定了很多红外通信协议,有些注重传输速率,有些则注重功耗,也有二者兼顾的。

IrDA1.0标准简称SIR(Serial Infrared,串行红外协议),它是基于HP‐SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式,它以系统的异步通信收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)为依托,通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程(3/16EnDec)实现红外数据传输。

SIR的最高数据速率只有115.2kbps。在1996年,发布了IrDA1.1协议,简称FIR(Fast Infrared,快速红外协议),采用4PPM(Pulse Position Modulation,脉冲相位调制)编译码机制,最高数据传输速率可达到4Mbps,同时在低速时保留1.0标准的规定。之后,IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR(Very Fast Infrared)技术,并将其作为补充纳入IrDA1.1标准之中。

IrDA标准都包括三个基本的规范和协议:红外物理层连接规范IrPHY(Infrared Physical Layer Link Specification)、红外连接访问协议IrLAP(Infrared Link Access Protocol)和红外连接管理协议IrLMP(Infrared Link Management Protocol)。IrPHY规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求;IrLAP和IrLMP为两个软件层,负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议,如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran‐P等。

IrDA技术缺陷主要有:①受视距影响其传输距离短;②要求通信设备的位置固定;③其点对点的传输连接,无法灵活地组成网络等。

但是这些缺点并没有给IrDA的应用带来致命的障碍,红外技术已在手机和笔记本电脑等设备上得到了广泛的应用。

(3)UWB

UWB(Ultra Wideband)技术最初是被作为军用雷达技术开发的,它是一种不用载波,而采用时间间隔极短(小于1纳秒)的脉冲进行通信的方式,能在10m左右的范围内达到数百Mbps至数Gbps的数据传输速率。

UWB的工作频段为3.1~10.6GHz,作为一种时域通信技术,UWB采用超短周期脉冲对信号进行调制,把信号直接按照0或1发送出去,而不使用载波,这与此前的无线通信截然不同。而且脉冲调制产生的信号为超宽带信号,谱密度极低,信号的中心频率在650MHz~5GHz之间,发送功率非常小,平均功率为亚毫瓦量级。UWB采用跳时扩频信号,系统具有较大的处理增益,在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中,输出功率甚至低于普通设备产生的噪声;接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益,从而抗干扰和抗多径的能力强。与CDMA系统相比,时域通信系统结构简单,成本相对较低。UWB技术具有上述高速率、低成本、低功耗和抗多径能力强等显着特性,而UWB最引人注目的特点还是其具有很高的数据传输速率,可以应用到家庭中的视频超高数据传输中去,解决了以前众多无线通信技术所不能达到的高速率数据传输问题。

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