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网络无线传输媒介-计算机网络技术及应用

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:无线传输媒介为不使用导电介质(铜线)和传光介质进行传送数字信号的通信机制。所谓无线计算机网络,就是指其传输介质是无线传输媒介的网络。每一种无线传输媒介在局域网和广域网的运行机制具有共同点,但也有一些差异。首先,无线电波、微波和红外线激光均是电磁波,传输时均不需要任何介质。地面微波作为计算机网络传输媒介时的频率范围在GHz区域,具体地一般在4~6GHz或21~23GHz。

网络无线传输媒介-计算机网络技术及应用

无线传输媒介为不使用导电介质(铜线)和传光介质(光导纤维)进行传送数字信号通信机制。根据物理学原理,电磁波传输不需要介质,无线网络数据的通信正是利用了电磁波的有关特性实现数据交换的,电磁波成为了一般意义上的传输“介质”。但本质上电磁波不能称为“介质”,只能是数据信号的载体,不妨把电磁波称之为传输媒介。

所谓无线计算机网络,就是指其传输介质是无线传输媒介的网络。无线计算机网络利用电磁波传输技术实现网络中计算机和网络设备之间的通信。目前的无线计算机网络采用的传输媒介有无线电波(Radio Wave)、微波(Microwave)和红外线激光(Infrared Light)。

每一种无线传输媒介在局域网和广域网的运行机制具有共同点,但也有一些差异。首先,无线电波、微波和红外线激光均是电磁波,传输时均不需要任何介质。但是由于它们的频率不同,其物理特性决定了它们传输信号机制的差异,其应用场合也都存在着较大的差异。

由于无线电波工作的频率较低,所以其数据传输率较低;微波、红外线和激光都工作在较高的频率范围内,如微波工作在109~1010Hz,激光工作在1014~1015Hz。因此,它们都有实现较高数据传输率的能力。目前用微波已经可使数据传输速率达到几十Mbit/s,完全满足短距离计算机网络数据通信的要求。

1.无线电波

在电磁波频谱中,把频率在10kHz~1GHz之间的电磁波称为无线电波。在此频段中含有广播电视频道,这个频段电磁波的应用在各个国家都是要受到严格管制的,仅仅有一小部分可供自由使用。这一小部分就是所谓的“非管制频道”。一般无线电波计算机网络所采用的频率就在非管制频道中。在非管制频道传输数据信号,由于可能受到其他电磁波的干扰,要保证没有差错是不可能的。因此,通常要求使用非管制频道的设备必须在规定的功率以下工作以减少与其他信号的干扰。

对于无线计算机网络,无线电波在应用中有低功率、单频率、高功率、单频率和甚高频无线电波三种类型。

不同类型无线电波架构的计算机网络有各自的特点,适用于不同领域的无线计算机网络的应用。下面仅介绍在技术性能和应用功能都能满足实际计算机网络通信要求的“甚高频”无线电波数据传输的性能和特点。

“甚高频”无线电波(超短波)的频率范围为30~300MHz,与其他无线电波一样其特性依赖于频率的大小,但它可同时采用多种频率,而不是单一频率。甚高频无线电波对信号的调制有两种方案:直接顺序调制和频率跳跃调制。

(1)直接顺序调制方案

该方案是无线网络数据传输最常用的调制方案。它是将经编码的数据分成小片,分散在不同频率的无线电波中。除了所需要的数据,片中还包含伪信号。但接收器知道哪些频率的信号是有效的,并且通过收集有效的信号进行辨认并去除伪信号,这些有效的信号被重新排列组成数据。

由于在任何一段频率中可以利用的频率比较多,所以直接顺序信号可以与其他信号同时存在,不需要的信号被忽略,或被看成伪信号,或被视为噪声。

虽然直接顺序调制方案的信号一样容易被截获,但数据的安全一般没有太大的问题。因为决定监视哪些频率、获取哪个频段的数据、辨认有效数据以及解释信号编码并不是一件容易的工作。

目前900MHz直接顺序调制方式的通信系统,可提供的数据传输率可达到2~6Mbit/s。

(2)频率跳跃调制

该方案要求无线电波的频率不断地跳频,且跳频可迅速地在预先设定的频率之间进行转换。无论发送方还是接收方,都必须遵守同一方式,保持复杂的时间间隔。由于该波段中所有频率都可以被用来传输数据,所以在多波段之间的同时跳跃,可以使用附加带宽,从而使数据传输的安全性更加有保证。

2.微波

微波通信系统有地面系统(基于地球表面)和卫星系统两种基本形式。从技术上看,微波地面系统和卫星系统使用同一范围的频率,但在能力上有一些差别,应用的目的也不同。以下仅介绍常用的地面微波数据通信系统的性能和特点。

地面微波一般采用定向式抛物面天线,要求两天线间的通路没有障碍或视线可及。其信号由收发装置产生,频率一般在GHz范围。由于微波连接不需要什么电缆,所以微波可用于不宜布线的地区或地段的网络通信工程。一般来讲,连接两个相距较远的建筑物,用微波实现要比铺设电缆方式简单且便宜得多。目前在小城市之间和同一城市不同区域的某一单位的内部网的建设中基本上都是采用地面微波作为传输媒介。如许多证券公司营业部之间的计算机网络互连,就采用了微波无线计算机网络互连技术。

但是,应用时应注意使用微波作为传输媒介其频率的使用必须得到有关部门的批准,并缴纳一定的费用。

在建筑物群中有时也采用小规模的地面微波方式架构计算机网络。在微波LAN中,一般使用小型微波发送装置与中心位置的(微波)集线器进行通信。多个(微波)集线器相互连接组成一个完整的计算机网络以支持移动式用户环境

地面微波作为计算机网络传输媒介时的频率范围在GHz区域,具体地一般在4~6GHz或21~23GHz。(www.xing528.com)

3.红外线光

红外线光是又一种在计算机网络中被广泛使用的无线传输媒介。红外线系统采用发光二极管或激光二极管以及光电二极管实现网络设备之间的数据交换。红外线发光设备的一个最大特点,就是所发出的光单色性非常好。红外线光的频率一般在100~1000GHz。

带有信息的红外线光可以直接或经过墙面、天花板反射后被接收装置接收。不过,红外线光每被反射一次,信号强度大约减小一半。而且,红外线光信号没有穿透墙壁和其他固体物体的能力,容易被强光光源所覆盖,所以红外线光作为计算机网络的传输媒介最具优势的地方是应用在一个空荡的小房间里。

然而,红外线光的高频特性决定了它可以支持高速率的数据传输应用。目前红外在数据传输方面的应用技术发展相对比较慢,可以预见,红外系统一定会在计算机网络通信中有较大的发展和广泛的应用。

红外线传输系统按产品的应用方式分为两大类。

(1)点到点红外数据传输系统

由于红外线光具有容易分离和良好的方向性,所以一束红外线光可以很容易地被汇集于一个指定的目标或点从而减少了衰减,降低被窃听的可能性。所有红外通信设备,均充分应用了红外线光的上述特点。

红外线装置的价格与所需要的红外线光的过滤媒介的类型有关。高质量大功率的激光红外系统产品非常贵,而一般数据传输应用的红外系统产品价格却相当便宜。

红外数据传输设备的安装要求光线点对点集中准确,因而有一定的难度。大功率红外系统的安装要特别小心,以防红外光损坏人眼。

根据国际标准化组织IRDA正在制定的标准,红外线光系统点到点的数据传输速率可以达到11Kbit/s。实际上,许多专用红外线系统(如军事应用系统)1km内传输距离所具有的容量已经达到了512Kbit/s~16Mbit/s。

红外线光信号的衰减取决于发光光源的强度、光的单色度以及大气环境和通信路径上半透明物的特性等。一般红外数据传输的有效区域在几米到几十km之间。

所有红外信号在强光条件下都非常脆弱。不过,被强聚焦的红外数据传输对窃听具有很好的抵御能力,因为一旦红外信号被窃听,其信号将一定会遭到严重破坏而被发现。

(2)广播式红外数据传输系统

广播式红外系统把集中的红外光束以广播或扩散的方式向四周散发。这种方法通常也用于遥控等其他类似设备上。使用这种技术很容易连接收发设备,也容易灵活地改变设备的分布。通常这种技术具有可以与多个主机进行通信的能力,但同时也给数据传输的安全带来了不安全的影响——在有效的地域内其信号很容易被截获。

广播式红外系统的红外线频率一般在光频的最低端,大约为100~1000GHz。

与点到点红外系统一样,红外线装置的价格与所需要的红外线光的过滤媒介的类型有关。高质量大功率的激光红外系统产品非常贵,而一般数据传输应用的红外系统产品价格却相当便宜。

对于通路比较清晰,信号强度较强,系统设备又都在有效区域内的广播式红外系统收发装置的安装一般比较容易、且设备的重新配置与分布也比较简单。

目前典型的广播式红外数据传输系统的数据容量还不到1Mbit/s。随着技术的发展,未来广播式红外数据传输系统的容量一定会大大提高。

与点到点红外系统一样,广播式红外数据系统传输的距离受到红外线光信号强度、单色度以及通路上大气环境的影响。但传输通路上的半透明障碍物对衰减的影响相对较小,这是因为在广播方式下,红外线光设备可以移动,可避开障碍物的阻挡。一般低功率红外线光的广播信号传输距离限制在10m以内。

所有红外线光数据传输系统的可靠性在强光干扰条件下都非常脆弱,广播式红外数据传输系统尤其对遭窃听毫无办法,因为在广播的有效衰减范围内,其信号在任何位置均可被截获。因此,广播式红外系统比点对点式红外系统的安全性要逊色很多。

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