新一代無線網(wǎng)絡技術研究及應用

何勁財

【摘要】為了滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡設備對高傳輸速率的網(wǎng)絡的要求，新一代無線網(wǎng)絡技術標準802.11ac誕生了。802.11ac 是在802.11協(xié)議族的基礎上發(fā)展起來的，它通過5GHz頻帶進行通信，安裝更多的天線，增加空間信息流的數(shù)量，采用更高密度的調制方式，以及增加傳輸帶寬等方式大大提高了物理層數(shù)據(jù)的傳輸速率，傳輸速率至少達到1GHz以上。同時802.11ac標準同樣有很強的向后兼容性，與現(xiàn)有 WiFi 網(wǎng)絡兼容。

【關鍵詞 】空間流；兼容性；802.11ac

1.引言

無線局域網(wǎng)（WLAN）推行之初被普遍認可的兩個國際標準是IEEE802.11a和802.11b。最初設計這些標準的目的是為滿足便攜式電腦在家和辦公室環(huán)境中可隨意移動的要求。為了盡量減少來自其它同頻設備的干擾，這兩個標準都采用了擴頻傳輸技術和比較復雜的編碼技術。2003年，IEEE（美國電氣及電子工程師學會）頒布了802.11g，依舊工作在2.4GHz頻段，但是數(shù)據(jù)速率可以達到54Mbps。與此同時，一種新的應用模式即在家庭和小型辦公室里可連接多個設備并在設備間進行數(shù)據(jù)共享，對無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提出更高要求，從而使得一個新的研究項目應運而生，這就是于2009公布的802.11n的由來。為了使單信道的數(shù)據(jù)速率最高可以超過100 Mbps，在802.11n標準中引入的MIMO技術，來達到傳輸較高的數(shù)據(jù)容量的目的。但隨著新的應用場景的產(chǎn)生，這些應用場景需要更高的數(shù)據(jù)傳輸來支持“無線辦公”的要求，為了滿足以上這些需要，IEEE內部設立了兩個項目工作組，其中一個工作組（Working Group）TGac是以802.11n標準為基礎并進行擴展，制定出802.11ac即在5GHz的頻段上，數(shù)據(jù)吞吐量目標為：在單通道鏈路上的最低速率為500 Mb/s，最高可達到1Gbps。

2.802.11ac的技術特點

2.1 選擇5GHz頻帶

802.11ac性能大幅提升最重要的原因是技術革新，其中最關鍵的一點就是采用 5GHz 頻段。以往的802.11設備始終不得不面臨一個問題，那就是基于這些標準的網(wǎng)絡設備不得不與其他非802.11設備。而802.11ac是在不太擁擠或者說更“清潔”的5GHz頻段上工作的，爭用帶寬的無線設備較少，因此速度也有保障。

2.2 支持MIMO技術

MIMO技術打破了傳統(tǒng)的無線通信模式，它要求系統(tǒng)使用多個發(fā)射和接收天線同時同頻的發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。MIMO系統(tǒng)的一個重要特性就是可以通過空分復用和發(fā)射分集技術來提高數(shù)據(jù)傳輸率。

2.3 增強載波偵聽技術

802.11ac標準同時也應用了許多MAC層的增強技術來進一步加強高性能的射頻和多用戶多進多出（MU-MIMO）特性。在802.11n中，RTS/CTS承擔著清道的任務，讓802.11a/g設備在其發(fā)送期間，停止傳輸，避免沖突。在802.11ac中，由于80Mhz使用更多的信道，因此需要提升RTS/CTS的機制來處理輔助信道上的通信沖突問題。改進后RTS/CTS同時支持“動態(tài)頻寬”模式。

2.4 增強報文聚合

在802.11ac的基本MAC協(xié)議中，為了確保各個站都能公平地取得媒質使用機會并盡量避免沖突，使用了一系列控制機制。這些機制在提高系統(tǒng)性能的同時也帶來了固定開銷，而這些開銷則限制了系統(tǒng)吞吐量的提高。增加聚合的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元*A-MPDU（的大小 ，降低通信的開銷，802.11n引入了兩種幀聚合的方法：MAC服務數(shù)據(jù)單元（MSDU）聚和信息協(xié)議數(shù)據(jù)單元（MPDU）聚合。兩種幀聚合方法降低了每個聚合幀傳輸時的單路射頻前導碼的開銷。

3.802.11ac的技術應用

為了滿足用戶通過AP上網(wǎng)進行各式各樣的操作，提高用戶通過AP（Access Point）上網(wǎng)的速度以及增強用戶使用AP的體驗感，適應未來市場發(fā)展的需求，于2012年初開始802.11ac的AP項目的科研。

3.1 AP系統(tǒng)總體硬件結構設計

基于現(xiàn)在以及未來市場發(fā)展的前景，目前我們的AP硬件設計方案支持802.11ac和802.11n接入點，采用3x3MIMO設計原理，實現(xiàn)卓越的吞吐量。總體硬件結構如圖1所示，各項硬件參數(shù)指標如下所示：800MHz的雙核處理器；1G的667 MHz DDR3；64MB的NOR閃存；2x MiniPCI-e；2x10/100/1000 Base-T；支持以太網(wǎng)供電；支持DC48供電；1個JTAG口；1個RS232串口。

4.總結

目前AP可以接入不同AC服務器，已完成了全部研發(fā)目標，設備已通過檢測，在全國部分省市得到推廣應用。

AP技術還在不斷發(fā)展，AP與LTE（4G）的融合，以及更高速率的要求，需要我們繼續(xù)研究新的課題，研發(fā)新的技術。