頻段交錯技術(shù)加快向下一代WLAN演進
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今天的802.11b/g WLAN (無線局域網(wǎng))因為信道過于擁擠而正在快速耗盡所有的容量；雖然頻率更高的802.11a WLAN能夠提供更大的信道容量，但是將現(xiàn)有系統(tǒng)升級成雙頻接入點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)卻需要運營商為此支付巨額資本。現(xiàn)在，新出現(xiàn)的一種叫做頻段交錯的技術(shù)能夠有效地解決這個問題，而且成本十分低廉。
iSuppli等市場調(diào)研公司估計，2004年出產(chǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)接口超過8000萬個，到2008年之前，這個數(shù)字將攀升到每年2億個。但是，這種極高的普及度將會引起信道擁擠，因為基于802.11b/g 標準的第一代無線網(wǎng)絡(luò)提供給用戶的信道數(shù)量十分有限。
WLAN是通過連到接入端口的無線電鏈路，把客戶機節(jié)點連接到網(wǎng)絡(luò)，802.11標準為這些鏈路定義了若干個無線信道，802.11b標準規(guī)定了11個無線信道，原始數(shù)據(jù)傳輸速率11 Mbps；802.11g標準將這一數(shù)據(jù)速率提高到54 Mbps。在這兩種情況下，可用信道在頻率上都會重疊交錯，導致網(wǎng)絡(luò)覆蓋的服務區(qū)只有三條非重疊的信道可以使用，結(jié)果這個服務區(qū)的用戶只能共享這三條信道的數(shù)據(jù)帶寬。這三條信道還會受到其它無線電信號源的干擾，因為802.11b/g WLAN標準采用了擁擠的2.4 GHz無線電頻段，這個頻段還被用于各種應用，其中包括藍牙無線連接、無線電話機甚至微波爐，這些應用在這個頻段產(chǎn)生的干擾可能會進一步限制WLAN用戶的可用帶寬。
在已知的WLAN范圍內(nèi)只有很少的用戶時，這些限制還不算是一個問題。但是，隨著在某一個服務區(qū)的用戶的數(shù)量不斷增加，用戶的可用信道容量就開始下降。隨著用戶對帶寬需求的提高，WLAN這種擁擠性開始顯現(xiàn)出來。如果過去WLAN只是用于滿足間歇性網(wǎng)絡(luò)瀏覽的需求，而現(xiàn)在則必須在家庭網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)幾個小時高速傳送大量的多媒體數(shù)據(jù)，視頻流和媒體流等新的應用提高了每個用戶的平均帶寬需求量。
802.11a網(wǎng)絡(luò)大大提高了可用帶寬
為了解決這些問題，用戶必須轉(zhuǎn)向IEEE 802.11a標準定義的下一代WLAN。這個標準要求在5 GHz頻段建立無線電信令系統(tǒng)，允許在一個給定的服務區(qū)內(nèi)最多有8個非重疊信道。盡管每個信道的數(shù)據(jù)容量與802.11g標準WLAN相同，但是每個用戶的可用帶寬卻提高了兩倍。另一個優(yōu)點是，使用5 GHz頻段的其他服務種類數(shù)量很少，只有雷達和衛(wèi)星等服務，它們不會對普通的WLAN用戶產(chǎn)生干擾。
把客戶機節(jié)點升級到802.11a標準，同時兼容現(xiàn)有的802.11b/g標準相對來說比較容易，用戶只需安裝一個雙頻通信設(shè)備即可。當雙頻設(shè)備想要把用戶連接到WLAN時，它只掃描無線電頻譜，確定哪個頻率正在使用中，然后將射頻切換到相應的頻率即可。
不幸的是，網(wǎng)絡(luò)升級不是件容易的事情?？蛻魴C節(jié)點可以選擇要使用的頻段，所以它兼容兩種網(wǎng)絡(luò)類型中的任何一種。然而，如果網(wǎng)絡(luò)同時兼容以前的2.4 GHz 和新的 5 GHz，網(wǎng)絡(luò)的接入點則必須能夠在雙頻段內(nèi)同時通信。
雙頻接入點成本昂貴
這種雙頻接入節(jié)點如圖1所示，雙頻接入節(jié)點的實現(xiàn)成本相對較昂貴，這是因為它們必須集成兩個獨立的射頻電路，而射頻電路又是節(jié)點中成本最昂貴的元件之一。處理數(shù)據(jù)流量的CPU的成本也會增加，因為它必須處理兩個同步數(shù)據(jù)流。所以，與單頻設(shè)備相比，雙頻接入節(jié)點通常需要一個處理速度更快的CPU，結(jié)果雙信道方法比單頻方法提高接入節(jié)點的成本近一倍，典型材料單（bill of materials）的成本至少增加了20美元，這一成本負擔阻礙了網(wǎng)絡(luò)運營商采用802.11a標準的步伐。
意法半導體（STMicroelectronics）公司率先推出了另一個可以選擇的解決方案，這個新方案叫做頻段交錯技術(shù)，它幾乎可以免去這一成本負擔。采用頻段交錯技術(shù)的接入點在兩個頻段之間交替工作，而不是同時工作在兩個頻段內(nèi)。采用一個“零中頻”無線電設(shè)計，頻段交錯方案允許兩個無線電頻段共用從頻率合成器直至上變頻混頻器的所有元件。共享元件使射頻設(shè)計占用的芯片面積僅僅稍大于1mm2，使雙頻射頻的成本比單頻略高一點，從而使采用頻段交錯方案的雙頻接入節(jié)點比普通的單頻接入節(jié)點的成本僅略高一些，典型設(shè)計的材料單成本只增加了不到5美元。
頻段交錯對于用戶是透明的，它使用現(xiàn)有的協(xié)議管理獨立的雙頻段信道，所以用戶節(jié)點無需安裝特殊的軟件。當接入節(jié)點與客戶機節(jié)點不在同一個頻段信道時，頻段交錯方法禁止客戶機節(jié)點試圖發(fā)射信號。頻段交錯技術(shù)使用頻段轉(zhuǎn)換速度十分快（不到20ms）的射頻芯片，而且轉(zhuǎn)換對于TCP和802.11信令協(xié)議是隱蔽的。
頻段交錯方案通過管理兩個頻道之間的交替轉(zhuǎn)換來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍浴＿@樣，信道不會顯得只得到半個預期帶寬。管理頻率交替操作有兩種方法，其中一種是靜態(tài)方法：接入點在每個頻率上工作固定間隔。另一種是動態(tài)方法：接入點根據(jù)某一時刻頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)流量給每個頻段分配時間。頻段交錯方案在每個頻段使用動態(tài)時間分配方法，以最大限度提高帶寬的利用率。
競爭協(xié)議是共享的關(guān)鍵
實現(xiàn)這一透明水平的關(guān)鍵是以創(chuàng)新的方式利用802.11競爭協(xié)議，這個協(xié)議規(guī)定在發(fā)送數(shù)據(jù)前節(jié)點要檢查信道的數(shù)據(jù)流量。如果一個節(jié)點檢查到數(shù)據(jù)流量，它就會等候直到信道發(fā)送請求被清除時才會嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。兩個節(jié)點如果同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會檢查到?jīng)_突，然后撤消發(fā)送請求，稍后再嘗試發(fā)送操作。
為了防止沖突重復發(fā)生，節(jié)點中含有一個可以按照固定速率遞減的計數(shù)器。當計數(shù)器含有一個非零數(shù)時，節(jié)點就不能發(fā)送數(shù)據(jù)。當兩個節(jié)點沖突時，計數(shù)器內(nèi)就會增加一個隨機數(shù)，以降低下次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)時兩個節(jié)點沖突的可能性。網(wǎng)絡(luò)控制器還可以通過網(wǎng)絡(luò)分配矢量（NAV）來設(shè)置計數(shù)器，以確保某些節(jié)點享有優(yōu)先接入網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限。
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