Wi-Fi與WiMAX無線技術大比拚
發布時間:2010-05-13
中心議題:
寬帶無線接入主要麵臨三方麵的問題,即回程、接入和覆蓋。如果說具有高增益天線的Wi-Fi網絡可以解決接入問題,以Mesh網形式部署的IEEE802.11熱區可以解決覆蓋問題,那麼回程問題該如何解決呢?一是采用傳統的有線回程,但這種方法成本很高,而且目前還沒有統一的標準可以實施,其回程的具體實施形式也是五花八門;二是采用WiMAX技術。
Wi-Fi,也就是IEEE802.11,由於最初是為無線局域網而設計的,所以在麵對寬帶無線接入上會有一些問題,例如AP間的通訊缺乏統一的標準,昂貴的回程消耗,在缺少QoS的情況下不能提供優質的VoIP服務等等。根據物理層的不同,目前廣泛使用的有三個版本的802.11協議,分別是802.11a、802.11b和802.11g。在實施形式上主要有兩種,一是具有定向天線的Wi-Fi,一是具有Mesh網絡拓撲結構的Wi-Fi。
前者用作解決DSL(DigitalSubscriberLine)和DOCSIS(DataOverCableInteRFaceSpecification)的接入問題,但仍受限於距離不能過長,而且缺乏QoS和統一的設備標準也限製了這種方式的可擴展性。後者解決了覆蓋問題,並且Mesh網絡拓撲結構較定向天線的結構具有更好的可擴展性,但是缺乏QoS和內部AP缺乏統一標準也限製了Mesh網絡拓撲結構更進一步的發展。這兩種Wi-Fi的部署形式最高可以提供54Mbps的傳輸速率,覆蓋範圍可以超過10公裏。
WiMAX,也就是IEEE802.16,目前具有兩種形式,一是解決固定接入的802.16-2004,一是解決移動接入的802.16e。雖然WiMAX出現的時間不長,但發展態勢良好,最近又被ITU接受為3G標準之一,解決了無固定頻率問題,為WiMAX的進一步發展奠定了基礎。
Wi-Fi在寬帶無線接入方麵的方案
Wi-Fi的寬帶無線接入方麵主要有兩種方案:具有高增益定向天線的固定式接入和具有Mesh網絡的熱區式接入。在頻率方麵,802.11a在AP到AP的通訊間采用5GHz頻率,802.11b和802.11g在熱區內采用2.4GHz頻率。在調頻模塊上三者也有不同,802.11b采用DSSS(直接序列擴展頻譜),支持帶寬最高可達11Mbps;802.11a和802.11g采用OFDM(正交頻分複用技術),支持帶寬最高可達54Mbps,而且OFDM這種調製方式更加適合室外的環境。
802.11標準提供64個子載波,這些子載波從BS(basestation)或AP發出,在SS(subscriberstation)或client重新組合,采用DSSS技術的802.11b,在非視距情況下(NLOS:non-line-of-sight)下,載波由於被障礙物反射而造成多路幹擾(MPI:multi-pathinterference),而采用OFDM技術的802.11a和802.11g可以避免大的時延,從而對MPI有良好的抗性。
802.11采用載波監聽多路複用/衝突避免(CSMA/CA:carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance)協議來解決網絡衝突。CSMA/CA的工作機製是在真實數據在網絡上發送之前首先由CSMA/CA廣播一個信號來監聽網絡上是否有衝突的情形,並且告訴其他設備不要進行廣播。這種協議的弊端是在一個802.11網絡中,隨著訂戶數的不斷增加,維護每一個訂戶的開銷也不斷增大,最終導致網絡速度急劇下降。
增加覆蓋可以采用定向天線或是全向天線,定向天線隻在一個方向發送和接收信號,較適用於點對點的連接;而全向天線是全方位的發送和接收信號,較適用於Mesh網絡的情況。
Mesh網絡的拓撲結構擴展了傳統的有線和無線局域網的範圍。在Mesh網絡拓撲結構中,每個節點互通互聯,並且每個節點間共享通訊協議,Mesh網絡基礎架構將基於802.11a,802.11b,802.11g協議的節點互相連接起來。由於802.11a采用5GHz頻率,不會與適用2.4GHz頻率的802.11b和802.11g相互疊加,所以用於AP與AP之間的連接,而AP與客戶端的連接通常使用802.11b或802.11g。Mesh網絡有時也被稱作“多跳”wangluo,shujukeyizaiduogejiedianjianyouxiaodichuandi,dangyigejiedianshouzushi,shujukeyixuanzecongqitadelujingchuandixiaqu,erqiesuizhejiediandezengjianhuoyiyoujiedianweizhidegaibian,Mesh網絡還具有自適應性。
相對於單跳的802.11網絡,Mesh網絡有其自身的特點:
1、平衡負載,Meshwangluokeyitigonggengdaderongyuduyilifuzaipingheng。zaibijiaofanmangdewangluo,liruyouliangtaishebeijinxingdashujuliangdetongxun,meitaishebeifujindouyouxuduojiediankegongxuanze,chuangjianduotiaolujinglaipinghengfuzai。erdantiaowangluozemeiyoudongtaitiaozhengdenengli。
1、健壯性,因為Mesh網絡不像單跳網絡,僅僅依靠一個節點,一旦某個節點出現故障或者有衝突發生,Mesh網絡可以繼續工作,數據也可選擇替代路徑繼續傳遞。
2、空間的複用性,Mesh網(wang)絡(luo)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)地(di)利(li)用(yong)帶(dai)寬(kuan)。在(zai)一(yi)個(ge)單(dan)跳(tiao)環(huan)境(jing)中(zhong),所(suo)有(you)設(she)備(bei)不(bu)得(de)不(bu)共(gong)享(xiang)一(yi)個(ge)節(jie)點(dian),如(ru)果(guo)多(duo)台(tai)設(she)備(bei)同(tong)時(shi)要(yao)求(qiu)接(jie)入(ru)網(wang)絡(luo),那(na)麼(me)必(bi)然(ran)導(dao)致(zhi)速(su)度(du)變(bian)慢(man);而Mesh網絡,多設備可以同時接入網絡,卻通過不同的節點。
總之,Mesh網絡的優缺點如下:
優點:滿足802.11標準的產品已經廣泛使用、對於小範圍的部署初始投資有限、不局限於有線網的靈活性
缺點:為了覆蓋更大的地區需要建立更多的訂閱基站(subscriberbase)、共享帶寬、延時、外圍設備的投入、隱藏節點問題
3、WiMAX在寬帶無線接入方麵的方案
IEEE802.16-2004標準的設計初衷是解決固定接入的問題,而IEEE802.16e則麵向移動設備如何接入WiMAX網絡而設計的。前者的調製方式時OFDM,後者的調製方式是OFDMA,與OFDM的相同之處在於都把載波分割為多個子載波,不同之處在於OFDMA比OFDM更進一步,經多個子載波再合並為子信道。
802.16-2004媒體接入控製層(MAC)為長距離的連接做過優化,可以容忍更長的時延以及時延的變化。在無需照牌頻率範圍內WiMAX設備使用時分雙工通訊模式(TDD),在需牌照頻率範圍內可以使用時分雙工通訊模式(TDD),也可以使用頻分雙工模式(FDD)。
在802.16-2004標準下,OFDM信號分為256個子載波,而不想802.11那樣分成64個。
802.16-2004和802.11的物理層(PHY)都做出了容忍延時的設計,由於802.11標準設計傳送距離是100米,所以它僅僅能夠容忍900納秒的時延,而802.16-2004則可以容忍10毫秒的時延,幾乎是802.11標準的1000倍。
與802.11不同,802.16采用一種稱為授權請求接入的協議,這種協議不會允許數據衝突,因此可以更加有效地利用帶寬,除此之外,802.16較802.11的優越之處還包括:
1、改進用戶的連接,憑借802.16-2004標準靈活的帶寬設置,比起固定為20MHz的信道寬的802.11標準,802.16-2004可以服務更多的低速率用戶而無需浪費帶寬。這樣可以比802.11明顯提高用戶的在線率。
2、高質量的服務,802.16-2004既可以為商業客戶提供更高的帶寬、為語音和視頻應用提供低延時,也可以為家庭用戶提供便宜的低速接入服務。
3、802.16-2004的設計初衷就是滿足無線城域網的要求,所以對WMAN提供全力支持。
4、健壯的載波級操作,隨著用戶數量的增減,線性地影響上網速度,而不像802.11那樣會有劇烈地變化。
當SS與BS之間的距離增加時,或者SS開始移動時,在SS和BS之間的數據傳輸就可能失敗。尤其像那種功率很小的筆記本電腦在寬頻條件下很難在較遠距離處與BS進行通信。例如802.11的信道就帶寬固定為20MHz,而與此相對第三代移動通訊限製帶寬大概在1.5MHz。802.16-2004和802.16e則有著靈活的信道帶寬,範圍在1.5-20MHz之間。利用智能天線的幫助,還可以提高頻普密度和信噪比,前景廣闊。
總之,WiMAX的優缺點如下:
優點:內建的QoS、高性能、標準統一、有智能天線支持
缺點:新技術,還不成熟
在Wi-FiMesh網絡的基礎上,WiMAX能夠允許更多的無線接入的數量、更加經濟的回程方式和更快的接入性能,有望融合Wi-Fi網絡,與其相互配合成為“最後一公裏”的解決方案。
- Wi-Fi與WiMAX無線技術對比
寬帶無線接入主要麵臨三方麵的問題,即回程、接入和覆蓋。如果說具有高增益天線的Wi-Fi網絡可以解決接入問題,以Mesh網形式部署的IEEE802.11熱區可以解決覆蓋問題,那麼回程問題該如何解決呢?一是采用傳統的有線回程,但這種方法成本很高,而且目前還沒有統一的標準可以實施,其回程的具體實施形式也是五花八門;二是采用WiMAX技術。
Wi-Fi,也就是IEEE802.11,由於最初是為無線局域網而設計的,所以在麵對寬帶無線接入上會有一些問題,例如AP間的通訊缺乏統一的標準,昂貴的回程消耗,在缺少QoS的情況下不能提供優質的VoIP服務等等。根據物理層的不同,目前廣泛使用的有三個版本的802.11協議,分別是802.11a、802.11b和802.11g。在實施形式上主要有兩種,一是具有定向天線的Wi-Fi,一是具有Mesh網絡拓撲結構的Wi-Fi。
前者用作解決DSL(DigitalSubscriberLine)和DOCSIS(DataOverCableInteRFaceSpecification)的接入問題,但仍受限於距離不能過長,而且缺乏QoS和統一的設備標準也限製了這種方式的可擴展性。後者解決了覆蓋問題,並且Mesh網絡拓撲結構較定向天線的結構具有更好的可擴展性,但是缺乏QoS和內部AP缺乏統一標準也限製了Mesh網絡拓撲結構更進一步的發展。這兩種Wi-Fi的部署形式最高可以提供54Mbps的傳輸速率,覆蓋範圍可以超過10公裏。
WiMAX,也就是IEEE802.16,目前具有兩種形式,一是解決固定接入的802.16-2004,一是解決移動接入的802.16e。雖然WiMAX出現的時間不長,但發展態勢良好,最近又被ITU接受為3G標準之一,解決了無固定頻率問題,為WiMAX的進一步發展奠定了基礎。
Wi-Fi在寬帶無線接入方麵的方案
Wi-Fi的寬帶無線接入方麵主要有兩種方案:具有高增益定向天線的固定式接入和具有Mesh網絡的熱區式接入。在頻率方麵,802.11a在AP到AP的通訊間采用5GHz頻率,802.11b和802.11g在熱區內采用2.4GHz頻率。在調頻模塊上三者也有不同,802.11b采用DSSS(直接序列擴展頻譜),支持帶寬最高可達11Mbps;802.11a和802.11g采用OFDM(正交頻分複用技術),支持帶寬最高可達54Mbps,而且OFDM這種調製方式更加適合室外的環境。
802.11標準提供64個子載波,這些子載波從BS(basestation)或AP發出,在SS(subscriberstation)或client重新組合,采用DSSS技術的802.11b,在非視距情況下(NLOS:non-line-of-sight)下,載波由於被障礙物反射而造成多路幹擾(MPI:multi-pathinterference),而采用OFDM技術的802.11a和802.11g可以避免大的時延,從而對MPI有良好的抗性。
802.11采用載波監聽多路複用/衝突避免(CSMA/CA:carrier-sense,multiple-access/collision-avoidance)協議來解決網絡衝突。CSMA/CA的工作機製是在真實數據在網絡上發送之前首先由CSMA/CA廣播一個信號來監聽網絡上是否有衝突的情形,並且告訴其他設備不要進行廣播。這種協議的弊端是在一個802.11網絡中,隨著訂戶數的不斷增加,維護每一個訂戶的開銷也不斷增大,最終導致網絡速度急劇下降。
增加覆蓋可以采用定向天線或是全向天線,定向天線隻在一個方向發送和接收信號,較適用於點對點的連接;而全向天線是全方位的發送和接收信號,較適用於Mesh網絡的情況。
Mesh網絡的拓撲結構擴展了傳統的有線和無線局域網的範圍。在Mesh網絡拓撲結構中,每個節點互通互聯,並且每個節點間共享通訊協議,Mesh網絡基礎架構將基於802.11a,802.11b,802.11g協議的節點互相連接起來。由於802.11a采用5GHz頻率,不會與適用2.4GHz頻率的802.11b和802.11g相互疊加,所以用於AP與AP之間的連接,而AP與客戶端的連接通常使用802.11b或802.11g。Mesh網絡有時也被稱作“多跳”wangluo,shujukeyizaiduogejiedianjianyouxiaodichuandi,dangyigejiedianshouzushi,shujukeyixuanzecongqitadelujingchuandixiaqu,erqiesuizhejiediandezengjianhuoyiyoujiedianweizhidegaibian,Mesh網絡還具有自適應性。
相對於單跳的802.11網絡,Mesh網絡有其自身的特點:
1、平衡負載,Meshwangluokeyitigonggengdaderongyuduyilifuzaipingheng。zaibijiaofanmangdewangluo,liruyouliangtaishebeijinxingdashujuliangdetongxun,meitaishebeifujindouyouxuduojiediankegongxuanze,chuangjianduotiaolujinglaipinghengfuzai。erdantiaowangluozemeiyoudongtaitiaozhengdenengli。
1、健壯性,因為Mesh網絡不像單跳網絡,僅僅依靠一個節點,一旦某個節點出現故障或者有衝突發生,Mesh網絡可以繼續工作,數據也可選擇替代路徑繼續傳遞。
2、空間的複用性,Mesh網(wang)絡(luo)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)地(di)利(li)用(yong)帶(dai)寬(kuan)。在(zai)一(yi)個(ge)單(dan)跳(tiao)環(huan)境(jing)中(zhong),所(suo)有(you)設(she)備(bei)不(bu)得(de)不(bu)共(gong)享(xiang)一(yi)個(ge)節(jie)點(dian),如(ru)果(guo)多(duo)台(tai)設(she)備(bei)同(tong)時(shi)要(yao)求(qiu)接(jie)入(ru)網(wang)絡(luo),那(na)麼(me)必(bi)然(ran)導(dao)致(zhi)速(su)度(du)變(bian)慢(man);而Mesh網絡,多設備可以同時接入網絡,卻通過不同的節點。
總之,Mesh網絡的優缺點如下:
優點:滿足802.11標準的產品已經廣泛使用、對於小範圍的部署初始投資有限、不局限於有線網的靈活性
缺點:為了覆蓋更大的地區需要建立更多的訂閱基站(subscriberbase)、共享帶寬、延時、外圍設備的投入、隱藏節點問題
3、WiMAX在寬帶無線接入方麵的方案
IEEE802.16-2004標準的設計初衷是解決固定接入的問題,而IEEE802.16e則麵向移動設備如何接入WiMAX網絡而設計的。前者的調製方式時OFDM,後者的調製方式是OFDMA,與OFDM的相同之處在於都把載波分割為多個子載波,不同之處在於OFDMA比OFDM更進一步,經多個子載波再合並為子信道。
802.16-2004媒體接入控製層(MAC)為長距離的連接做過優化,可以容忍更長的時延以及時延的變化。在無需照牌頻率範圍內WiMAX設備使用時分雙工通訊模式(TDD),在需牌照頻率範圍內可以使用時分雙工通訊模式(TDD),也可以使用頻分雙工模式(FDD)。
在802.16-2004標準下,OFDM信號分為256個子載波,而不想802.11那樣分成64個。
802.16-2004和802.11的物理層(PHY)都做出了容忍延時的設計,由於802.11標準設計傳送距離是100米,所以它僅僅能夠容忍900納秒的時延,而802.16-2004則可以容忍10毫秒的時延,幾乎是802.11標準的1000倍。
與802.11不同,802.16采用一種稱為授權請求接入的協議,這種協議不會允許數據衝突,因此可以更加有效地利用帶寬,除此之外,802.16較802.11的優越之處還包括:
1、改進用戶的連接,憑借802.16-2004標準靈活的帶寬設置,比起固定為20MHz的信道寬的802.11標準,802.16-2004可以服務更多的低速率用戶而無需浪費帶寬。這樣可以比802.11明顯提高用戶的在線率。
2、高質量的服務,802.16-2004既可以為商業客戶提供更高的帶寬、為語音和視頻應用提供低延時,也可以為家庭用戶提供便宜的低速接入服務。
3、802.16-2004的設計初衷就是滿足無線城域網的要求,所以對WMAN提供全力支持。
4、健壯的載波級操作,隨著用戶數量的增減,線性地影響上網速度,而不像802.11那樣會有劇烈地變化。
當SS與BS之間的距離增加時,或者SS開始移動時,在SS和BS之間的數據傳輸就可能失敗。尤其像那種功率很小的筆記本電腦在寬頻條件下很難在較遠距離處與BS進行通信。例如802.11的信道就帶寬固定為20MHz,而與此相對第三代移動通訊限製帶寬大概在1.5MHz。802.16-2004和802.16e則有著靈活的信道帶寬,範圍在1.5-20MHz之間。利用智能天線的幫助,還可以提高頻普密度和信噪比,前景廣闊。
總之,WiMAX的優缺點如下:
優點:內建的QoS、高性能、標準統一、有智能天線支持
缺點:新技術,還不成熟
在Wi-FiMesh網絡的基礎上,WiMAX能夠允許更多的無線接入的數量、更加經濟的回程方式和更快的接入性能,有望融合Wi-Fi網絡,與其相互配合成為“最後一公裏”的解決方案。
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