擺脫線纜對等無線網方案

2019-11-04 21:39:48

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供稿：網友

　　　　無線網絡可以徹底擺脫線纜嗎？通過SDR、認知無線電、UWB等新技術，利用WLAN中一種不常用的對等連接方式，將有望真正實現這一目標。
　　
　　　　無論是連接Wi-Fi接入點（AP）所需的線纜，連接掌上電腦和PC的串行線纜，還是每個移動設備所需的電源線，無線網絡似乎絕不是不用線纜。
　　
　　　　網狀架構有望改變這種現實。理想情形下，無線網狀網通過對等（P2P）的無線網絡把節點連接起來，每個無線設備成了路由器，可以發送彼此的流量，這樣就不再需要線纜。支持這種概念的人展望將來出現由無線設備組成的無線網絡，每個無線設備又基于新興技術——軟件定義無線電（SDR）。SDR可以通過軟件方式，使無線點適應不同的環境和標準。由于每個無線設備都能以智能方式找到連接到相鄰無線設備的最佳途徑，無線網絡就可以在某種程度上繞過有線網絡，成為無需線纜的純粹無線網。
　　
　　　　這種設想也許還不實際，但幾種新型技術已經在無線局域網（WLAN）和蜂窩網絡中找到了一席之地。將來的趨勢是，無線設備不會作為啞終端，而是被賦予更強的智能。
　　
　　無線路由更復雜
　　
　　　　無線路由是無線網狀網面臨的嚴重挑戰之一。雖然人們往往拿P2P架構與因特網進行比較，但完全網狀的無線網絡要比組成因特網核心的路由器和固定光纖復雜得多。除了可能含有數量更多的節點外，P2P架構的無線網狀網還會不斷變化：假如用戶在不同子網之間移動，傳輸路徑就會動態變化，距離限制和干擾不可能保證任何路徑的穩定性。無線路由器可以使用與有線路由器相類似的算法，但要比因特網上的路由器時延更低、更廉價、更小巧。幾家公司已經提供了無線網狀網的連網系統，但沒有一種是真正的P2P，因為客戶機無法發送彼此的流量（見圖1）。
　　　

　　　　圖1　在真正的對等網絡中，非凡設計的客戶端設備直接相互通信，并且各自充當路由器。假如使用了普通的客戶機如Wi-Fi卡或蜂窩電話，無線路由器組成的中間網絡必不可少。這不僅簡化了客戶機，而且減少了網絡開銷。
　　
　　無線功率要自動調整
　　
　　　　無線網狀網中比無線路由更重要的是物理層的改進。雖然利用各種媒介（包括無線電）就可以構建簡單的P2P網絡，但一般的網狀網只能讓每個節點以固定功率傳送信號。而在實際應用中，為了充分利用波段的數據容量，無線電必須能夠根據從QoS到頻譜治理等眾多因素改變功率大小。
　　
　　　　認知無線電（Cognitive Radio）技術可以解決這種智能的改變。它不像SDR那么復雜，而且已經進入了WLAN，因為各個緊密相鄰的AP不能堵塞彼此的信號傳輸。在最新的802.11 WLAN標準中，802.11k將定義802.11網絡根據每個AP傳輸范圍的用戶數量來調整覆蓋區域，或者調整AP的功率來補償失效或斷線的AP。許多Wi-Fi AP已經在提供802.11k提供的部分功能。然而，它們都采用專利技術，有些還要求人工干預來掃描波段或調整功率，也不具備實時功能。
　　
　　帶寬問題要解決
　　
　　　　認知無線電的支持者認為，這項技術的功能不僅僅是優化WLAN的覆蓋范圍，它還有助于解決有關如何治理無線電頻譜的爭論。因為無線電頻譜和數據速率密切相關，以至許多人提到兩者往往用到同一個詞“帶寬”，而帶寬在P2P無線網狀網中尤為重要。
　　
　　　　沒有多少有線局域網絡是真正的P2P網絡，它們把大部分流量發送給服務器或因特網路由器（見圖2），而服務器或路由器輕易成為整個網絡的速度瓶頸。在有線網絡上，有一種簡單的辦法可以克服這種限制,即采用數據速率較高的設備和技術。
　　

　　　　圖2　無線網絡中的每個節點都有同樣的最大帶寬，這樣所有節點同樣受歡迎的話，網狀網工作效果最佳。在大多數實際網絡中，情形并非如此：因特網的路由器將成為所有流量都要通過的瓶頸。
　　
　　　　但這種方式并不適用于WLAN，因為還沒有哪種無線技術能夠提供比Wi-Fi更高的數據傳輸速率，而純粹的無線網絡需要更快的無線技術。因此出現了新型無線技術超寬帶（UWB）技術，而UWB要使用大量頻譜。世界各國的電信監管部門每隔四年都會召開會議,協調電磁頻譜的治理，今年會議的熱門話題之一就是，需要提供WLAN更多的無執照頻率，并建議各國至少在5GHz波段提供24個非重疊信道，供802.11a使用。目前，大多數新的802.11a芯片已經支持這項標準的草案，以便享用多余信道。
　　
　　SDR隨無線應用而變
　　
　　　　無線網狀網統一的無線系統標準聽上去顯然是解決之道，但不是那么簡單。目前沒有哪一種無線應用可以滿足各種需求：Wi-Fi適合傳輸數據，但不適合語音；GSM蜂窩電話幾乎在任何地方都能工作，但無法升級到與3G技術同樣的數據速率；藍牙提供了低功耗，但相應的是，數據速率很低。
　　
　　　　目前的一種解決方法是提供多模設備，例如多波段蜂窩電話。它其實是融三種電話于一體，但隨著支持的標準數量的增加，相應部件的數量隨之增加，設備的成本和重量也就隨之提高。而使無線可以適應不同的環境和標準的SDR技術就非常重要。SDR蜂窩電話能夠在許多不同的蜂窩標準間進行切換，還能在使用任何WLAN或無線技術的網絡上進行漫游。雖然這種電話還沒有出現，但蜂窩電話生產商正計劃開發。諾基亞已經把一種SDR融入了新的GSM基站中，這樣只需點擊鼠標，即可升級到3G。
　　
　　　　其實，一種簡單的SDR已經部署在某些802.11網卡和AP當中，用來支持Wi-Fi 802.11g、802.11b、802.11a三種標準的物理層。802.11g實質上是前兩種標準的混合體：采用802.11a的調制和編碼方案，卻又工作在802.11b的頻率下。因而，通過軟件支持前兩種標準的網卡已經含有第三種標準所需的一切功能。Atheros、Broadcom和Cisco的較新芯片利用軟件即可實現切換，這樣就可以集成采用各種標準的部件。但真正的SDR意味著芯片升級后，能夠支持尚未確定的WLAN標準，譬如802.11i，這種數據速率非常高的標準預計2006年問世。
　　
　　　　雖然目前完全擺脫線纜的無線網絡的構想還不切實際，但由此產生的新技術仍會對無線網絡產生重大影響。試想，從2G升級到3G很難，因為它需要用戶采用新終端，需要移動運營商采用新網絡，但有了SDR，就只需要下載新軟件。

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