WLAN與藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)發(fā)展

WLAN和Bluetooth簡(jiǎn)介

無(wú)線局域網(wǎng)WLAN顧名思義是一種借助無(wú)線技術(shù)取代以往有線布線方式構(gòu)成局域網(wǎng)的新手段，可提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它為通用無(wú)線接入的一個(gè)子集，它支持較高傳輸速率(2--54Mbit／s，甚至更高)，利用射頻無(wú)線電或紅外線，借助直接序列擴(kuò)頻(DSSS)或跳頻擴(kuò)頻(FHSS)、GMSK、OFDM等技術(shù)，甚至將來(lái)的超寬帶傳輸技術(shù)UWBT，實(shí)現(xiàn)固定、半移動(dòng)及移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)INTERNET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的高速連接訪問(wèn)。因此，原則上它的目前速率尚較低，主要適用于手機(jī)、掌上電腦等小巧移動(dòng)終端。1997年6月，IEEE推出了802.11標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)創(chuàng)了WLAN先河；目前，WLAN領(lǐng)域主要是IEEE802.11x系列與HiperLAN／x系列兩種標(biāo)準(zhǔn)。

藍(lán)牙技術(shù)想法是產(chǎn)生于1994年Ericsson推出了解決無(wú)線連線問(wèn)題的技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃，產(chǎn)生了推進(jìn)無(wú)線連線與個(gè)人接入的想法。1997年Ericsson、IBM、INTEL，NOKIA及TOSHIBA這5個(gè)世界著名的無(wú)線設(shè)備及計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體設(shè)備制造公司商議建立一種全球化的無(wú)線通信個(gè)人接入與無(wú)線連線新手段，后定名為“藍(lán)牙”(Bluetooth)。1998年5月正式發(fā)起成立了“藍(lán)牙特別興趣組織”BSIG(Blueteooth Special Interest Group)，簡(jiǎn)稱藍(lán)牙SIG。1999年11月美國(guó)4家著名公司Motorola、Lucent、Microsoft及3Com加盟BSIG，成為BSIG的9個(gè)發(fā)起成員，使藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展獲得了更強(qiáng)有力的支持，并顯示出更明朗的前景。現(xiàn)今，BSIG的參加成員已大于2500個(gè)，其發(fā)展勢(shì)頭令人觸目。目前藍(lán)牙信道帶寬為1MHz，異步非對(duì)稱連接最高數(shù)據(jù)速率723．2kbit／s；連接距離多半為10m左右，甚至為個(gè)人飾物，亦可屬物體域網(wǎng)(WBAN)范疇。藍(lán)牙速率亦擬進(jìn)一步增強(qiáng)，新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)2．0版擬支持高達(dá)10Mbit／s以上速率(4、8及12Mbit／s—20Mbit／s)，估計(jì)在2004年以后推出，這是適應(yīng)未來(lái)愈來(lái)愈多寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的必然演進(jìn)趨勢(shì)。

WLAN與Bluetooth技術(shù)特征

藍(lán)牙系統(tǒng)的基本特征

藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本特征可從下述諸方面獲得理解：(1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?2)交換模式；(3)節(jié)能模式；(4)抗干擾性能；(5)鑒權(quán)、加密；(6)話音編碼；(7)軟件結(jié)構(gòu)。

藍(lán)牙的軟件體系是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁；適用于幾種不同商用操作系統(tǒng)的藍(lán)牙規(guī)范正在完善中。藍(lán)牙協(xié)議體系中設(shè)計(jì)協(xié)議和協(xié)議棧的主要原則為盡可能利用現(xiàn)有各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍(lán)牙技術(shù)融合及各種應(yīng)用之間的互通性，充分利用兼容藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)和藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的開(kāi)放性，便于普遍開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。

藍(lán)牙軟件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)包括Core(核心)和Profile(應(yīng)用協(xié)議棧)兩大部分。Core為藍(lán)牙協(xié)議核心，主要定義藍(lán)牙的技術(shù)細(xì)節(jié)，Profile定義相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧，這樣即可為全球兼容性奠定基礎(chǔ)。

藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)主要定義的是底層協(xié)議，也定義了一些高層協(xié)議和相關(guān)接口。具體協(xié)議分為4層：核心協(xié)議（藍(lán)牙連接管理協(xié)議LMP、藍(lán)牙邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP、服務(wù)檢測(cè)協(xié)議SDP）、藍(lán)牙電纜替代協(xié)議RFCOMM、電話傳送控制協(xié)議TCB BIN／AT、與Internet應(yīng)用相關(guān)的一些高層協(xié)議（PPP、UDP／TCP／IP、OBEX／vCard／vCal、IrMC、E—mail、WAP和WAE等）。

對(duì)藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本系統(tǒng)參數(shù)及指標(biāo)要求可歸納如下

工作頻段：ISM頻段2.402GHz—2.480GHz；

雙工方式：TDD；

業(yè)務(wù)類(lèi)別：同時(shí)支持電路交換及分組交換業(yè)務(wù)；

數(shù)據(jù)標(biāo)稱速率：1Mbit／s；

異步信道速率：非對(duì)稱連接723.2kbit／s／57.6kbit／s；

對(duì)稱連接：433.9kbit／s(全雙工模式)；

同步信道速率：64kbit／s(3個(gè)全雙工信道)；

信道間隔：1MHz；

信道數(shù)：79；

發(fā)射功率及覆蓋：0dBm(1mW)，1—10m覆蓋，20dBm(100mW)，擴(kuò)展至1O0m覆蓋；

跳頻頻點(diǎn)數(shù)：79個(gè)頻點(diǎn)／MHz(2408+k(MHz)，k=0，1，2……78)；

跳頻速率：1600次／s；

工作模式：Active／Sniff／Hold／Park；

數(shù)據(jù)連接方式：面向連接業(yè)務(wù)SCO(話音，電路交換、預(yù)留時(shí)隙)、無(wú)連接業(yè)務(wù)ACL(分組數(shù)據(jù)、分組交換、輪詢)；

糾錯(cuò)方式：1／3FEC(3bit重復(fù)碼)，2/3FEC(截短Hamming碼)，CRC—16，ARQ；

鑒權(quán)：反應(yīng)邏輯算術(shù)方式；

密鑰：以8bits為單位增減，最長(zhǎng)128bits；

安全機(jī)制：鏈路級(jí)，認(rèn)證基于共享鏈路密鑰詢問(wèn)／響應(yīng)機(jī)制，認(rèn)證和加密密鑰生成基于SAFER+算法；

話音編碼方式：CVSD或?qū)?shù)PCM；

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Ad hoc(無(wú)中心自組織)結(jié)構(gòu)，Piconet及Scatternet；

WLAN的基本特征

(1)較高傳輸速率及較遠(yuǎn)連接距離。

WLAN的采用OFDM技術(shù)后的最高傳速率可高達(dá)54Mbit／s，遠(yuǎn)高于目前藍(lán)牙的最高標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率1Mbit／s；并且，IEEE 802.11b WLAN系統(tǒng)終端用戶共享11Mbit／s速率，而藍(lán)牙最高通信速率僅為723.2kbit／s。在通信距離方面，雖然WLAN速率越高距離越短，但一般來(lái)說(shuō)室內(nèi)連接距離可大于100m，室外可達(dá)數(shù)百米或者更遠(yuǎn)。因此，速率與距離方面，WLAN的優(yōu)勢(shì)是明顯的。

(2)較高頻譜利用效率

容易理解，采用OFDM技術(shù)借助多狀態(tài)調(diào)制處理的WLAN可取得較高的頻譜利用效率，若進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域覆蓋能力綜合評(píng)價(jià)其容量能力與頻譜利用效率則可有下述結(jié)果：藍(lán)牙系統(tǒng)為30000bit／(s.qm2)，IEEE802.11a系統(tǒng)83000bit／(s.qm2).

(3)較適宜高速I(mǎi)NTERNET連接及高質(zhì)量多媒體傳輸

這是能以較高速率傳輸?shù)谋厝唤Y(jié)果。

WLAN和Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

1、 WLAN標(biāo)準(zhǔn)

1997年6月，IEEE推出了802.11標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)創(chuàng)了WLAN先河；目前，WLAN領(lǐng)域主要是IEEE 802.11x系列與HiperLAN／x系列兩種標(biāo)準(zhǔn)。

a、 IEEE802.11x系列

802.11是1997年IEEE最初制定的一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)。主要用于解決辦公室無(wú)線局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無(wú)線接入，其業(yè)務(wù)范疇主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)2Mbit／s。由于它在速率、傳輸距離、安全性、電磁兼容能力及服務(wù)質(zhì)量方面均不盡人意，從而產(chǎn)生了其系列標(biāo)準(zhǔn)；

802.11b，將速率擴(kuò)充至11Mbit／s，并可在5.5Mbit／s、2Mbit／s及1Mbit／s之間進(jìn)行自動(dòng)速率調(diào)整，亦提供了MAC層的訪問(wèn)控制和加密機(jī)制，以提供與有線網(wǎng)絡(luò)相同級(jí)別的安全保護(hù)，還提供了可選擇的40位及128位的共享密鑰算法，從而成為目前802.11系列的主流產(chǎn)品。而802.11b+還可將速率增強(qiáng)至22Mbit／s；

802.11a，工作于5GHz頻段，借助OFDM技術(shù)，使最高速率提升至54Mbit／s；

802.11g，依然工作于2.4GHz頻段，與802.11b兼容，最高速率亦提升至54Mbit／s，其系列化為1、2、5、5、6、9、11、12、18、24、36、54Mbit／s。

802.11c為MAC／LLC性能增強(qiáng)；801.11d對(duì)應(yīng)802.11b版本，解決那些不能使用2.4GHz頻段國(guó)家的使用問(wèn)題；

802.11e則是一個(gè)瞄準(zhǔn)擴(kuò)展服務(wù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，其分布式控制模式可提供穩(wěn)定合理的服務(wù)質(zhì)量，而集中控制模式可靈活支持多種服務(wù)質(zhì)量策略；

802.11f用于改善802.11協(xié)議的切換機(jī)制，使用戶能在不同無(wú)線信道或接入設(shè)備點(diǎn)間可漫游；

802.11h可用于達(dá)到比802.11a更好地控制發(fā)信功率(借助／PC技術(shù))和選擇無(wú)線信道（借助動(dòng)態(tài)頻率選擇技術(shù)DFS），而與802.11e一道可適應(yīng)歐洲的更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)；

802.11i及802.1x主要著重于安全性，802.11i能支持鑒權(quán)和加密算法的多種框架協(xié)議，支持企業(yè)、公眾及家庭應(yīng)用，802.1x的核心為具有可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP，可對(duì)以太網(wǎng)端口鑒權(quán)，擴(kuò)展至無(wú)線應(yīng)用；

802.11j的作用是解決802.11a與歐洲HiperLAN／2網(wǎng)絡(luò)的互連互通；

802.11／WNG解決IEEE802.11與歐洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN統(tǒng)一建成全球一致的WLAN公共接口；

802.11n已將速率增強(qiáng)至108／320Mbit／s；并已進(jìn)一步改進(jìn)其管理開(kāi)銷(xiāo)及效率802.11／RRM與無(wú)線電資源管理有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)802.11的性能；

802.11／HT，以進(jìn)一步增強(qiáng)802.11的傳輸能力，取得更高的吞吐量；

802.11Plus，擬制訂802.11WLAN與GPRS／UMTS之類(lèi)多頻、多模運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，可有松耦合及緊耦合兩種類(lèi)型。松耦合時(shí)兩種網(wǎng)絡(luò)分別部署，WLAN僅利用GPRS之類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，可通過(guò)Mobile IP(MIP)提供兩網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)性，通過(guò)RADUIS(Remote Access Dail—In User Service，遠(yuǎn)程接入撥號(hào)用戶業(yè)務(wù))實(shí)現(xiàn)AAA(Authentication Authorization Accounting，鑒權(quán)，授權(quán)和計(jì)帳)，由于MIP可能導(dǎo)致高傳輸時(shí)延，從而不容易達(dá)到無(wú)縫隙會(huì)話切換；而緊耦合時(shí)，WLAN直接連至業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN或標(biāo)準(zhǔn)化接口Gb、lu等，WLAN數(shù)據(jù)需經(jīng)_LTGPRS之類(lèi)核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)，完全按GPRS方式進(jìn)行AAA，此時(shí)，能在兩網(wǎng)絡(luò)間提供很強(qiáng)的移動(dòng)性。為與藍(lán)牙在2.4GHz頻段較好共存，亦采用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及自適應(yīng)跳頻信道分配技術(shù)

b、HiperLAN／x系列

HiperLAN是由ETSI的RESl0工作組提出的歐洲WLAN標(biāo)準(zhǔn)。工作頻段為5.12—5.30GHz及17.1—17.3GHz。早期的HiperLAN／1采用GMSK調(diào)制，最高傳輸速率為23.5Mbit／s，與當(dāng)時(shí)技術(shù)上較成熟的IEEE802.11b相比，無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)；

HiperLAN／2采用OFDM作物理層手段，可將速率提高至54Mbit／s，并能有效對(duì)抗多徑干擾，以及與IEEE 802.11a共享一些相同部件，在較大范圍內(nèi)取得較好的性能／價(jià)格比。其信道帶寬為22MHz，調(diào)制方式亦為OFDM--BPSK／QPSK／16／64QAM，系列化傳輸速率為6、9、12、18、27、36、54Mbit／s。

HiperLAN／2具備另一些長(zhǎng)處，如其接入點(diǎn)可監(jiān)視相應(yīng)無(wú)線信道并自動(dòng)選擇空閑信道，從而進(jìn)行自動(dòng)頻率分配，使系統(tǒng)部署簡(jiǎn)單有效；數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)終端與接入點(diǎn)間建立的信令鏈接進(jìn)行傳輸，此面向鏈接的特征可容易實(shí)現(xiàn)QoS支持；與802.11協(xié)議只能由以太網(wǎng)作為支撐情況有不同，其協(xié)議棧具有很大靈活性，它既可作為交換式以太網(wǎng)的無(wú)線接入子網(wǎng)，也可作為3G蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)，而且，這種接入對(duì)網(wǎng)絡(luò)層以上用戶部分來(lái)說(shuō)完全透明，從而目前在固定網(wǎng)絡(luò)上的任何應(yīng)用均可在HiperLAN／2上運(yùn)行。

2、Bluetooth技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——IEEE 802.15x及16x系列

藍(lán)牙技術(shù)與無(wú)線局域網(wǎng)WLAN、無(wú)線城域網(wǎng)WMAN、無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN一道，以藍(lán)牙規(guī)范1．1版為基礎(chǔ)已納入IEEE802.X.Y系列中，成為WPAN系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15x之一，即802.15.1標(biāo)準(zhǔn)。802.15x系列標(biāo)準(zhǔn)將以藍(lán)牙速率為基礎(chǔ)，向低速率、高速率、更高速率全面邁進(jìn)。

IEEE802.15.1即相當(dāng)藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

802.15.2解決WPAN與WLAN之間的共存標(biāo)準(zhǔn)。

802.15.3標(biāo)準(zhǔn)作為高速WPAN接入，利用編碼調(diào)制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)55Mbit／s的高速傳輸，功耗及成本可較低，復(fù)雜性亦可比OFDM時(shí)低，可實(shí)現(xiàn)控制QoS的高質(zhì)量聲音、視象多媒體傳輸。工作于2.4GHzlSM頻段，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可由五種調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)11—55Mbit／s速率傳輸：22Mbit／s時(shí)用編碼OQPSK，用2維8狀態(tài)(2D--8S)TCM QPSK及16／32／64QAM可實(shí)現(xiàn)們，33、44及55Mbit／s的高速傳輸，以滿足藍(lán)牙速率能力不足的圖象和視頻多媒體應(yīng)用需求。

802.15.4標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)諸如智能證卡，傳感器、節(jié)能，安保。家庭自動(dòng)化等低速率WPAN需要，目標(biāo)是比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單。低功耗、價(jià)廉、方便靈活的低速率連接。IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層及MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，高層應(yīng)用、測(cè)試及市場(chǎng)推廣等方面工作將由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)，由此實(shí)施802.15.4的應(yīng)用技術(shù)常稱為ZigBee。ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國(guó)Inversys公司，日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司及荷蘭菲力浦半導(dǎo)體公司組成，至今已吸引了上百家芯片公司。無(wú)線設(shè)備公司和開(kāi)發(fā)商加盟。ZigBee為此技術(shù)的商業(yè)化品牌命名，如上已提及，為象征蜂群(Bee)跳ZigBee(“之”字形)舞蹈方式來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離、方向等信息，表達(dá)此繁榮的生存，發(fā)展的新通信方式。而且，802.15.4還吸引了其它標(biāo)準(zhǔn)化組織注意，如IEEEl451工作組正在考慮以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Sensor Network)。

IEEE802.15.3a目標(biāo)是提供更高速率物理層增強(qiáng)，UWB即為一種可能的技術(shù)途徑。UWBG(Ultra WideBand Group)工業(yè)集團(tuán)于1998年成立，至2002年2月其成員包括廠商及大學(xué)在內(nèi)已超過(guò)540個(gè)，一些公司亦提議將UWB技術(shù)納入IEEE802.15.3s標(biāo)準(zhǔn)。

WLAN與Bluetooth的互補(bǔ)關(guān)系以及戰(zhàn)略意義

以Bluetooth技術(shù)為基礎(chǔ)的WBAN、WPAN和WLAN構(gòu)成了完整的無(wú)線接入體系。一般認(rèn)為WBAN連接距離最短，為圍繞人體、(物流等)物件或附屬其上，WPAN連接距離大多在10m左右以內(nèi)，最高達(dá)100m左右；而無(wú)線局域網(wǎng)WLAN連接距離很多為數(shù)千米至一百多米，包括采用智能天線在內(nèi)EIRP增強(qiáng)后或中繼室外運(yùn)行時(shí)，其連接距離可增達(dá)數(shù)公里或更遠(yuǎn)。由于其技術(shù)指標(biāo)和市場(chǎng)定位不同，使得它們相互支持與補(bǔ)充，構(gòu)成一種完整有效的WLAN／WPAN／WBAN無(wú)線接入。

近代，通用無(wú)線接入作為先進(jìn)手段實(shí)施接入網(wǎng)的全部或部分功能，它已成為有線接入的有效支持、補(bǔ)充與延伸；是快速、靈活裝備與實(shí)現(xiàn)普遍服務(wù)的重要途徑。無(wú)線接入目前雖然大部分為窄帶，但中寬帶與寬帶(Wideband and Broadband)無(wú)線接入，包括2.5G／3G移動(dòng)接入、不對(duì)稱IP接入及衛(wèi)星接入已成為可能，而藍(lán)牙及WLAN／WPAN／WBAN技術(shù)可視為一種最接近用戶的短距離、微功率、微微小區(qū)(Pico--cell)型無(wú)線接入手段，在構(gòu)筑新世紀(jì)全球個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線連接世界方面將發(fā)揮其獨(dú)特重要的作用。很明顯，由于通用無(wú)線接入可綜合包括宏大區(qū)、大區(qū)、小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)、移動(dòng)、半移動(dòng)(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多種接入覆蓋模式，可有效覆蓋三維物理空間的任何一角落及有效地在任何時(shí)候連接至任何個(gè)人用戶，它對(duì)未來(lái)全球個(gè)人通信的實(shí)際連接覆蓋的普遍化與重要性顯而易見(jiàn)，而且無(wú)線接入與Internet聯(lián)合運(yùn)作的所謂無(wú)線Internet／移動(dòng)IP，以及更進(jìn)一步以全球移動(dòng)通信演進(jìn)發(fā)展沿1G→2G→2G+(2.5G，2.75G)→3G→3G+→4G這一發(fā)展脈絡(luò)中，將及時(shí)大量運(yùn)用及嵌入Bluetooth、WLAN／WPAN／WBAN之類(lèi)新手段，進(jìn)入所謂嵌入式(Embedded)世界，實(shí)現(xiàn)以Pico--cell小區(qū)個(gè)人接入為中心展開(kāi)的無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)(WPAN／WBAN)時(shí)代，這將成為未來(lái)全球個(gè)人通信世界中的最重要環(huán)節(jié)之一。因此，Bluetooth、WLAN／WPAN／WBAN技術(shù)的戰(zhàn)略意義將不言而喻。