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WiFi与WiMAX无线技术大比拼


WiFi 与 WiMAX 无线技术大比拼
宽带无线接入主要面临三方面的问题,即回程、接入和覆盖。如果说具有高增益天 线的 Wi-Fi 网络可以解决接入问题,以 Mesh 网形式部署的 IEEE802.11 热区可以 解决覆盖问题,那么回程问题该如何解决呢?一是采用传统的有线回程,但这种方 法成本很高,而且目前还没有统一的标准可以实施,其回程的具体实施形式也是五 花八门;二是采用 WiMAX 技术。 Wi-Fi,也就是 IEEE802.11,由于最初是为无线局域网而设计的,所以在面对宽带 无线接入上会有一些问题,例如 AP 间的通讯缺乏统一的标准,昂贵的回程消耗, 在缺少 QoS 的情况下不能提供优质的 VoIP 服务等等。 根据物理层的不同, 目前广 泛使用的有三个版本的 802.11 协议,分别是 802.11a、802.11b 和 802.11g。在实 施形式上主要有两种,一是具有定向天线的 Wi-Fi,一是具有 Mesh 网络拓扑结构 的 Wi-Fi。 前 者 用 作 解 决 DSL(DigitalSubscriberLine) 和 DOCSIS(DataOverCableInteRFaceSpecification)的接入问题,但仍受限于距离不 能过长,而且缺乏 QoS 和统一的设备标准也限制了这种方式的可扩展性。后者解 决了覆盖问题,并且 Mesh 网络拓扑结构较定向天线的结构具有更好的可扩展性, 但是缺乏 QoS 和内部 AP 缺乏统一标准也限制了 Mesh 网络拓扑结构更进一步的 发展。这两种 Wi-Fi 的部署形式最高可以提供 54Mbps 的传输速率,覆盖范围可以 超过 10 公里。 WiMAX , 也 就 是 IEEE802.16 , 目 前 具 有 两 种 形 式 , 一 是 解 决 固 定 接 入 的 802.16-2004,一是解决移动接入的 802.16e。虽然 WiMAX 出现的时间不长,但 发展态势良好,最近又被 ITU 接受为 3G 标准之一,解决了无固定频率问题,为 WiMAX 的进一步发展奠定了基础。 Wi-Fi 在宽带无线接入方面的方案 Wi-Fi 的宽带无线接入方面主要有两种方案:具有高增益定向天线的固定式接入和 具有 Mesh 网络的热区式接入。在频率方面,802.11a 在 AP 到 AP 的通讯间采用 5GHz 频率,802.11b 和 802.11g 在热区内采用 2.4GHz 频率。在调频模块上三者 也 有 不 同 , 802.11b 采 用 DSSS( 直 接 序 列 扩 展 频 谱 ) , 支 持 带 宽 最 高 可 达 11Mbps;802.11a 和 802.11g 采用 OFDM(正交频分复用技术),支持带宽最高可达

54Mbps,而且 OFDM 这种调制方式更加适合室外的环境。 802.11 标准提供 64 个子载波,这些子载波从 BS(basestation)或 AP 发出,在 SS(subscriberstation)或 client 重新组合,采用 DSSS 技术的 802.11b,在非视距 情况下(NLOS:non-line-of-sight)下,载波由于被障碍物反射而造成多路干扰 (MPI:multi-pathinterference), 而采用 OFDM 技术的 802.11a 和 802.11g 可以避免 大的时延,从而对 MPI 有良好的抗性。 802.11 采 用 载 波 监 听 多 路 复 用 / 冲 突 避 免 (CSMA/CA : carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance) 协 议 来 解 决 网 络 冲 突 。 CSMA/CA 的工作机制是在真实数据在网络上发送之前首先由 CSMA/CA 广播一个 信号来监听网络上是否有冲突的情形,并且告诉其他设备不要进行广播。这种协议 的弊端是在一个 802.11 网络中,随着订户数的不断增加,维护每一个订户的开销 也不断增大,最终导致网络速度急剧下降。 增加覆盖可以采用定向天线或是全向天线,定向天线只在一个方向发送和接收信 号,较适用于点对点的连接;而全向天线是全方位的发送和接收信号,较适用于 Mesh 网络的情况。 Mesh 网络的拓扑结构扩展了传统的有线和无线局域网的范围。在 Mesh 网络拓扑 结构中,每个节点互通互联,并且每个节点间共享通讯协议,Mesh 网络基础架构 将基于 802.11a,802.11b,802.11g 协议的节点互相连接起来。由于 802.11a 采用 5GHz 频率,不会与适用 2.4GHz 频率的 802.11b 和 802.11g 相互叠加,所以用于 AP 与 AP 之间的连接, AP 与客户端的连接通常使用 802.11b 或 802.11g。 而 Mesh 网络有时也被称作“多跳”网络,数据可以在多个节点间有效地传递,当一个节点受 阻时,数据可以选择从其他的路径传递下去,而且随着节点的增减或已有节点位置 的改变,Mesh 网络还具有自适应性。 相对于单跳的 802.11 网络,Mesh 网络有其自身的特点: 1、平衡负载,Mesh 网络可以提供更大的冗余度以利负载平衡。在比较繁忙的网 络,例如有两台设备进行大数据量的通讯,每台设备附近都有许多节点可供选择, 创建多条路径来平衡负载。而单跳网络则没有动态调整的能力。 1、健壮性,因为 Mesh 网络不像单跳网络,仅仅依靠一个节点,一旦某个节点出 现故障或者有冲突发生,Mesh 网络可以继续工作,数据也可选择替代路径继续传 递。

2、空间的复用性,Mesh 网络可以充分地利用带宽。在一个单跳环境中,所有设 备不得不共享一个节点, 如果多台设备同时要求接入网络, 那么必然导致速度变慢; 而 Mesh 网络,多设备可以同时接入网络,却通过不同的节点。 总之,Mesh 网络的优缺点如下: 优点:满足 802.11 标准的产品已经广泛使用、对于小范围的部署初始投资有限、 不局限于有线网的灵活性 缺点:为了覆盖更大的地区需要建立更多的订阅基站(subscriberbase)、共享带宽、 延时、外围设备的投入、隐藏节点问题 3、WiMAX 在宽带无线接入方面的方案 IEEE802.16-2004 标准的设计初衷是解决固定接入的问题,而 IEEE802.16e 则面 向移动设备如何接入 WiMAX 网络而设计的。 前者的调制方式时 OFDM,后者的调 制方式是 OFDMA,与 OFDM 的相同之处在于都把载波分割为多个子载波,不同之 处在于 OFDMA 比 OFDM 更进一步,经多个子载波再合并为子信道。 802.16-2004 媒体接入控制层(MAC)为长距离的连接做过优化,可以容忍更长的时 延以及时延的变化。在无需照牌频率范围内 WiMAX 设备使用时分双工通讯模式 (TDD),在需牌照频率范围内可以使用时分双工通讯模式(TDD),也可以使用频分 双工模式(FDD)。 在 802.16-2004 标准下,OFDM 信号分为 256 个子载波,而不想 802.11 那样分成 64 个。 802.16-2004 和 802.11 的物理层(PHY)都做出了容忍延时的设计,由于 802.11 标 准设计传送距离是 100 米, 所以它仅仅能够容忍 900 纳秒的时延, 802.16-2004 而 则可以容忍 10 毫秒的时延,几乎是 802.11 标准的 1000 倍。 与 802.11 不同,802.16 采用一种称为授权请求接入的协议,这种协议不会允许数 据冲突,因此可以更加有效地利用带宽,除此之外,802.16 较 802.11 的优越之处 还包括: 1、改进用户的连接,凭借 802.16-2004 标准灵活的带宽设置,比起固定为 20MHz

的信道宽的 802.11 标准,802.16-2004 可以服务更多的低速率用户而无需浪费带 宽。这样可以比 802.11 明显提高用户的在线率。 2、高质量的服务,802.16-2004 既可以为商业客户提供更高的带宽、为语音和视 频应用提供低延时,也可以为家庭用户提供便宜的低速接入服务。 3、 802.16-2004 的设计初衷就是满足无线城域网的要求, 所以对 WMAN 提供全力 支持。 4、 健壮的载波级操作, 随着用户数量的增减, 线性地影响上网速度, 而不像 802.11 那样会有剧烈地变化。 当 SS 与 BS 之间的距离增加时,或者 SS 开始移动时,在 SS 和 BS 之间的数据 传输就可能失败。 尤其像那种功率很小的笔记本电脑在宽频条件下很难在较远距离 处与 BS 进行通信。例如 802.11 的信道就带宽固定为 20MHz,而与此相对第三代 移动通讯限制带宽大概在 1.5MHz。802.16-2004 和 802.16e 则有着灵活的信道带 宽,范围在 1.5-20MHz 之间。利用智能天线的帮助,还可以提高频普密度和信噪 比,前景广阔。 总之,WiMAX 的优缺点如下: 优点:内建的 QoS、高性能、标准统一、有智能天线支持 缺点:新技术,还不成熟 在 Wi-FiMesh 网络的基础上,WiMAX 能够允许更多的无线接入的数量、更加经济 的回程方式和更快的接入性能,有望融合 Wi-Fi 网络,与其相互配合成为“最后一 公里”的解决方案。


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