深入了解802.11n无线标准

日期:2013/11/24 2:55:00 来源:本网整理 阅读:14
从802.11b过渡到802.11g,只不过是一次升级行为,而从802.11g发展到802.11n,则是一个换代问题,这注定802.11n无线标准将会被业界热捧。

  事件见证篇:1.10草案通过,802.11n产品终师出有名

   802.11n标准1.0版草案早在2006年3月份被定为工作草案,而由于当时的认可率不足50%,所以802.11n无线标准被迫进一步推迟。到了2007年1月14日到19日,802.11工作组在英国伦敦举行了第101次会议,此次会议的其中一项重要议程就是对修改后的802.11n草案1.10版本进行投票,为草案2.0版本最终定稿,同时对802.11n标准时间表作进一步的规划。

   802.11n草案1.10版快速拍板后,802.11n草案(Draft)2.0版随之也提上议程,IEEE将在3月份将通过2.0版本草案的投票,并在今年4月或5月促使Wi-Fi联盟启动新一轮的认证测试项目,同时,符合2.0版本标准草案的产品也将在2007年下半年大批涌现,预计在2008年10月左右802.11n产品就可以“出师有名”了。

   新的草案并没有对1.10版本作太多的改动,其中一个较大的改动主要是围绕在40MHz信道的实现问题上,针对原有的2.4GHz频段设备增加信道带宽时出现的干扰现象做了一些调整。新版本的标准草案要求使用两个20MHz信道,在2.0版本中,系统将搜索网络环境中不支持更大带宽,而只通过一个20MHz发送数据的802.11n设备,避免降低全部数据的吞吐量;其次就是,将答应802.11n设备在发送数据前对两个信道进行检查;另外,将答应设备(包括蓝牙设备)发送信号告知相关设备是否以40MHz模式接收数据也是改动的内容之一。

   此外,工作在5GHz频段上的802.11a设备也将能够在40MHz信道上使用。还有就是,对于像Atheros、英特尔和苹果等厂商以及他们的用户来说,1.10版本与现有的准11n产品相互兼容,只需要对固件进行一个小小的升级即可实现产品对2.0版本草案的完全兼容,这个消息无疑是给相关的厂商和用户打了一支强心针。

  802.11n产品缘何“早产”于标准?

   当802.11n草案仍在风雨中摇曳,正式标准还在虚空停留之时,N系列的产品就早早降世了,802.11n无线网络的热潮升温更加激烈,Atheros、Broadcom、Marvell早已各自公布了符合802.11n规格草案的无线局域网络解决方案,Belkin、Linksys、Netgear、D-Link等也已经相继发布了基于802.11n标准的产品,之所以会出现这种“标准难产,产品早降”的情况,最大的因素在于利益的纷争,而非技术的不成熟或者是应用需求不足。

   目前,承载802.11n标准的技术阵营主要有两个,即WWiSE(World Wide Spectrum Efficiency)联盟和TGnSync联盟,这两大阵营都希望在下一代无线局域网标准之争中处于主导地位,而由于两大阵营实力旗鼓相当(TGnSync组织有英特尔、Atheros、Agere、思科、高通、北电网络等巨头的支持;而WWiSE组织则几乎由清一色的WLAN芯片制造商组成,包括TI、Broadcom、Conexant、STMicro、Airgo、Bermai,以及后来加入的Motorola和Nokia),所以彼此之间争夺的胜败并不轻易见分晓,这就造成了802.11n标准的一再“难产”。

   802.11n阵营融合

   802.11n标准的两大技术阵营的争斗充分凸现了802.11n在将来无线世界的举足轻重,而且随着WLAN技术的发展,传统通信厂商面对着IT技术向通信领域渗透无法无动于衷,所以也加入到WLAN标准化制定工作中争夺话语权,这更加让人们清楚地看到802.11n的美好未来。

   更可喜的是,802.11n工作组已经向前发展并采纳了一个由扩展无线联盟(EWC)整合的组合方案,该扩展无线联盟(EWC)是由Broadcom,Intel和其他Wi-Fi供给商领导的行业组织,802.11n 1.0版草案是两方面方案的有力结合;而且现在两大阵营的技术构架已经越来越相似,相信此次802.11n草案1.10版的顺利破晓,两大阵营之间的不计前嫌、和平停战是功不可没的。

 技术解密篇:

  802.11n这种“标准滞后于产品”的现象并不罕见,千兆、万兆产品的推出走的也是这种路线,这是厂商为抢占市场优势的惯用招式,厂商们之所以会不顾一切地提前拼抢市场,足见802.11n的诱人之处确实不可小觑。

  竞争力:强劲的多项实力派技术

  新兴的802.11n在高吞吐量上有比较大的突破,是下一代的无线网络技术的标准,可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n 结合了多种技术,其中包括 Spatial Multiplexing MIMO(Multi-In, Multi-Out)(空间多路复用多入多出)、20和 40MHz 信道和双频带(2.4 GHz 和5 GHz),以便形成很高的速率,同时又能与以前的 IEEE 802.11b/g 设备兼容。

  其中,MIMO(多入多出)或MTMRA(多发多收天线)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破,该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,是新一代移动通信系统必须采用的要害技术。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。传输信息流S(k)经过空时编码形成N个信息子流Ci(k),i=1,……,N。这N个子流由N个天线发射出去,经空间信道后由M个接收天线接收,多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流。这样,MIMO系统可以创造多个并行空间信道,解决了带宽共享的问题。802.11n天线数量可以支持到3×3,比802.11g的3增加了3倍。


      而802.11n可以实现高达320Mbps甚至500Mbps速率有赖于MIMO技术支撑的同时,更少不了OFDM技术的功劳,OFDM技术是多载波调制(Multi-CarrierModulation,MCM)的一种,它曾经效劳于802.11g标准,但相比802.11n中与MIMO技术的结合,昔日的表现自然逊色不少。该技术的核心是将信道分成许多进行窄频调制和传输正交子信道,并使每个子信道上的信号频宽小于信道的相关频宽,用以减少各个载波之间的相互干扰,同时提高频谱的利用率的技术。

     将MIMO与OFDM技术相结合,就产生了MIMO OFDM技术,该技术通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集,提高了信号质量,并增加了多径的容限,使无线网络的有效传输速率有质的提升。得益于将MIMO与OFDM技术相结合而应用的MIMO-OFDM技术,802.11n在支持2.4GHz频段和5GHz频段的基础上,使无线传输的质量和速度得到极大提升。 而为了提升整个网络的吞吐量,802.11n还对802.11标准的单一MAC层协议进行了优化,改变了数据帧结构,增加了净负载所占的比重,减少治理检错所占的字节数大大提升了网络的吞吐量。
 
     其次,为了提升整个网络的吞吐量,802.11n还对802.11标准的单一MAC层协议进行了优化,改变了数据帧结构,增加了净负载所占的比重,减少治理检错所占的字节数,使得网络的吞吐量得到大大提升。而在天线方面,智能天线技术的应用也解决了802.11n的传输覆盖范围问题,通过多组独立天线组成的天线阵列系统,动态地调整波束的方向,使得802.11n能保证用户能接收到稳定的信号,同时也能有效减少其它噪音信号的干扰,使无线网络的传输距离能够增加到几公里,移动性大大增强。

     第三,在兼容性方面,802.11n通过采用软件无线电技术解决不同标准采用不同的工作频段、不同的调制方式,造成系统间难以互通,移动性差等问题。这种软件无线电技术是一个完全可编程的硬件平台,所有的应用都通过在该平台上的软件编程实现,也就是说,不同系统的基站和移动终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容,这使得WLAN的兼容性得到极大改善。软件无线电技术将根本改变网络结构,实现无线局域网与无线广域网融合并能容纳各种标准、协议,提供更为开放的接口,最终大大增加网络的灵活性,这意味着WLAN将不但能实现802.11n向前后兼容,而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合,比如3G。

   较量:对802.11b/g技术的革命?

   WLAN市场的发展可以说是日新月异,自1999年IEEE正式颁布IEEE 802.11a、11b标准后,到2004年11b产品成为WLAN的市场主流,经过了近5年的时间;而2006年11g产品成为主流,只用了不到2年的时间。由此可见,11n的产品替代11g的历时将会更短。可以这么说,从11b过渡到11g,只不过是一次升级行为,而从11g发展到11n,则是一个换代问题,11n在802.11b/g的基础上已经实现了质的飞跃。

   传输速率提升10倍

   802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps,甚至高达600Mbps。即在理想状况下,802.11n将可使WLAN传输速率达到目前传输速率的10倍左右,拷贝需要30分钟时间的视频文件,在最高数据传输率上,用802.11b拷贝文件需要耗时42分钟,用双天线草案802.11n客户端只需要不到一分钟。

   覆盖范围到几平方公里

         802.11n采用智能天线技术,通过多组独立天线组成的天线阵列系统,动态地调整波束的方向,802.11n保证让用户接收到稳定的信号,并减少其它噪音信号的干扰,覆盖范围可扩大到好几平方公里,这使得原来需要多台11g设备的地方,只需要一台11n产品就可以了,不仅方便了使用,还减少了原来多台11g产品互联通时可能出现的信号盲点,移动性大大增强。

   全面兼容各标准

   802.11n采用软件无线电技术解决了不同标准采用不同的工作频段、不同的调制方式造成系统间难以互通、移动性差的问题,这样,不但保障了与以往的802.11a、11b、11g标准的兼容,而且还可以实现与无线广域网络的结合,极大的保护了用户的投资。

   纽带:连接Wi-Fi与WiMAX

   随着人们对网络的使用越来越广泛,现有的Wi-Fi技术根本满足不了人们不断变化的使用需求,人们渴望一种具有更高带宽、更高传输速度、覆盖面更广的无线传输技术,802.11n的出现,弥补了Wi-Fi不足的同时,也成为了WiMAX实现市场飞跃的跳板。

   其中,Wi-Fi全称为WirelessFidelity,又称802.11b标准,传输速度为11Mbps,是在办公室和家庭中使用的短距离无线技术,其目前可使用的标准有两个。而WiMAX是IEEE802.16标准的代名词,全称为World InterOperability for Microwave access,即全球微波接入互操作性,为了推广IEEE 802.16无线宽带接入技术,促进和认证符合IEEE802.16标准的宽带无线接入设备的兼容性和互操作性,由Intel和Nokia在2001年发起并成立了WiMAX论坛组织。WiMAX的基本目标是提供一种在城域网接入多厂商环境下,确保不同厂商的无线设备互连互通;主要用于为家庭、企业以及移动通信网络提供最后一公里的高速宽带接入,以及将来的个人移动通讯业务。

   Wi-Fi早已发展得如火如荼,WiMAX是Wi-Fi的延续,目前还没有进入到实质性的应用之中,而且其发展也受到一些实际的问题的制约与挑战,802.11n作为WiMAX的前奏,它的出现为WiMAX满足无线世界对带宽、速度和便捷性的应用需求提供了保证,即将出炉的802.11n标准,将以其优势把WiMAX推向新的发展高度。而且,WiMAX还可以利用目前至近九成的移动网络设备内置了Wi-Fi的现成优势,在市场应用中加速腾飞。


  产品业篇:

   802.11n的出现对于高质量的语音、视频传输应用来说是个再好不过的消息,在802.11n光环下人们不久便可以在写字楼中用Wi-Fi手机来拨打IP电话和可视电话,VoIP电话可从802.11n接入点增强的覆盖范围和可靠性中获益。另外,个人NAS(网络附加存储)等令人兴奋的新应用也会因802.11n而兴起,比如通过可靠的高带宽连接的视频存储中心,家里的电视、电脑可以流播预先录制的电视节目、音乐视频和整部故事片。

   实际应用需求呼唤802.11n

   由于标准的空缺,802.11n的产品尚未能摆脱草案产品之名,而价格方面与目前主流的802.11g产品相比起来,足可以倍数计,所以其使用范围局限性比较强,就目前而言,11n产品主要面向的用户群还是高档写字楼、酒店、高收入家庭或是无线发烧友。但是,从目前市场发展的相关数据显示以及802.11n的发展态势来看,802.11n的使用范围绝对不会局限与目前的少部分人,其市场占有率井喷式发展将指日可待。

   据Forrester Research 2006年9月数据显示,已经有超过60%的企业部署了无线局域网,而这些无线局域网的规模正在逐渐扩大,11n技术的成熟将推动流媒体、数字家庭、移动办公等应用的向前发展,反之,这些应用的迫切需求也更将进一步推动整个市场的前行。

   11n在技术上的优势是勿庸置疑的,然而它可以带给我们什么样的应用呢?据有关人士猜测,在11n的世界里,在办公室里我们可以不再使用手机、不再使用桌面电话,而是使用Wi-Fi手机,笔记本电脑不必中断网络就可以在各个办公室、会议室中移动办公;在家里我们可以享受到各种宽带的无线应用,从IPTV到视频电话都可以通过11n实现,各种智能家电等也都可以通过11n实现连接。鉴于目前种种因素的限制,包括数字家庭和流媒体等应用还并没有在中国的家庭中普及,多媒体应用环境也还并未完全成熟,所以,在国内要实现上述的应用尚需时日。

   价格门槛的降低是802.11n普及的要害。在802.11n草案产品向802.11n正式标准演进过程中,众多设备提供商和芯片企业均表示在技术上已不存在问题,当802.11n标准正式颁布之后,设备提供商均表示其802.11n草案产品将得到顺利升级。而在最为敏感的产品价格问题上,设备提供商和芯片企业也表示,目前的产品定价主要是基于市场规模,随着802.11n产品市场逐渐扩大,进入量产阶段后,11n的成本势必会极大降低,产品价格的大幅下降的日子应该不会太远。

   802.11n技术的前景是可喜的,各大厂商之所以早早推出商用化的产品,一方面当然是为了争夺市场的有利位置,另一方面确实是对目前的11n技术布满信心。


   芯片等上游厂商力争上游

   在802.11n尚未浮出水面之前,一度是Draft草案的天下,而现在802.11n草案的解决方案有三种之多,一种是基于Broadcom芯片的Intensi-fi,一种是基于MARVELL的TOP DOG,还有一种是Atheros的XSPAN,这三种解决方案各有特色,而依最近上市的产品来看,采用Broadcom的产品似乎更为走俏。如今多家芯片厂商如Broadcom、Atheros和Marvell都已经开始批量生产802.11n草案的芯片,而这些芯片已用于多种终端产品。

   尽管分析师认为目前设备厂商还不应该大举挺进802.11n,消费者购买也为时尚早,但是各芯片厂商和设备制造商却潜心抢占推出芯片组的先机。Broadcom称该公司旗下符合Draft-802.11n规范的Intensi-fi系列芯片组市场势头不断增强,并已为几家业内领先的无线网络设备厂商交付了100多万套Intensi-fi芯片组。而Intel公司于2007年1月24日发布了应用在Intel笔记本电脑上的新一代Wireless-N技术,该技术是基于IEEE802.11n无线标准草案的,业界希望该技术的推出能够为无线设备市场注入新的活力,并且能够提升基于802.11n标准草案的设备销量。这样一来不但11n产品成本势必大大下降,而且也加快了802.11n铺盖市场的速度。

   路由器等下游厂商顺流而下

   从目前的市场形势来看,基于802.11g标准的无线路由器只卖到两百元左右,而且价格还在一路下跌,厂商和渠道商在缺乏利润空间的情况下,都迫切地渴望对产品实行更新换代,希望通过产品的新旧交替来带动市场的重新洗牌。而802.11n独有的技术优势便很自然成为厂商进行产品更新换代的最佳选择,终端厂商期待着11n产品能尽快取代现有的11g产品,成为市场的主流。

   包括Linksys、Airgo、Dell、Belkin、Netgear等在内的无线设备生产商纷纷推出了相关802.11n草案产品,而所有产品设备提供商也纷纷表示自身的产品符合未来标准规范。NETGEAR首先发布了业界首款基于802.11n 标准草案的无线网络产品。该系列产品可提供高达 300 Mbps 的无线速率,NETGEAR RangeMax NEXT 系列产品丰富,为用户提供了一个最完整基于 802.11n 标准草案的无线产品系列。思科旗下的Linksys也正式推出了其首款采用802.11n草案标准的产品——WRT300NWireless-N无线宽带路由器和WPC300NWireless-N无线网卡。D-Link公司则在中国台湾省公布推出了RANGEBOOSTERN650802.11ndraft无线宽带路由器。这些在Wi-Fi领域具有影响力的国际巨头的举措,正在向我们宣告802.11n时代的到来。

  小结:

  尽管大家都知道草案版的802.11n与最终的802.11n标准会有一定的差异,而且离802.11n最终标准的颁布还有一年多的时间,但是这些并没有让商家们的热情有所退却,更不能减缓市场的步伐,相信只有在多方的共同努力和共同推动下才能让11n的综合条件成熟。


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